CN101102009B

CN101102009B - 超宽频天线结构

Info

Publication number: CN101102009B
Application number: CN2006101011846A
Authority: CN
Inventors: 翁金辂; 周瑞宏; 苏绍文
Original assignee: National Sun Yat Sen University; Lite On Technology Corp
Current assignee: National Sun Yat Sen University; Lite On Technology Corp
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2026-07-03
Also published as: CN101102009A

Abstract

本发明关于一种超宽频天线，其包含基板、系统接地面、辐射元件、馈入点、短路点和短路金属细片；该基板是由介电材料制成，并具有至少一边缘；该系统接地面位于该基板上；该辐射元件为具有多个弯折线的大致为U形结构的金属片，位于该基板的上方，且靠近该基板的边缘，其中该U形结构金属片具有一个具有开口方向的开口、一前端和一末端，该多个弯折线、该前端和该末端都大致垂直于该开口的开口方向，且该开口的开口方向大致平行于该基板；该馈入点位于该金属片的前端附近，用以接收信号至该天线；该短路点位于该金属片的开口附近；该短路金属细片位于该基板之上，并以一端电性连接该系统接地面，并且以另一端电性连接该短路点。

Description

超宽频天线结构

技术领域

本发明关于一种超宽频天线结构，更特别地关于可装设在随插即用装置内的超宽频天线结构。

背景技术

无线通讯产业近年来蓬勃发展，各式各样的无线通讯产品与技术不断地快速进步与推陈出新，并都有往外观缩小化努力的趋势，借以达到提升视觉感受及方便使用和携带的效果，因此其一直都是同领域中非常热门并且重要的研究课题。

无线通讯产品都需要利用天线以收发信号，而超宽频天线因为可令相关信号的频率使用较具有弹性而具有优势，因此更容易被采用及研究。然而，就公知常用的超宽频天线而言，其外观尺寸一般相当大，所以不利于被安装在随插即用的无线通讯装置中，即不适合作为随插即用无线通讯装置的内藏式超宽频天线。这类天线已在许多先前技术中提出，如美国专利早期公开第20040100408号“宽频天线(Wide Bandwidth Antenna)”及美国专利早期公开第20050062670号“平面宽频天线(Planar Wideband Antenna)”均揭示了该种宽频天线，它可用在超宽频(3.1-10.6GHz)操作应用中，但是由于其所占的空间过大，所以很难被内藏在随插即用装置内，其中频宽的定义为返回损失大于10dB的对应频率范围。

针对上述超宽频天线实际使用时占用空间过大及无法内藏在随插即用装置中的问题，本申请发明人提出一种全新超宽频天线结构，它适用于随插即用无线通讯装置中，并足以克服公知技术的缺点。

发明内容

如上所述，本发明的目的在于提供一种全新超宽频天线结构，其操作频带涵盖超宽频范围，并可内藏于无线通讯装置中，特别可内藏于随插即用无线通讯装置中。

本发明中，该超宽频天线结构包含基板、系统接地面、辐射元件、馈入点、短路点及短路金属细片，该基板由介电材料制成，并具有至少一边缘；该系统接地面位于该基板上；该辐射元件是具有多个弯折线的大致为U形结构的金属片，位于该基板的上方，并且靠近该基板的边缘，其中该U形结构金属片具有一个具有开口方向的开口、一前端及一末端，该多个弯折线、该前端及该末端都大致垂直于该开口的开口方向，且该开口的开口方向大致平行于该基板；该馈入点位于该金属片的前端中央附近，用以接收信号至该天线；该短路点位于该金属片的末端角落附近；该短路金属细片位于该基板上，并以一端电性连接该系统接地面，且以另一端电性连接该短路点，并且该短路金属细片配置于靠近该基板的另一边缘。

根据所述的超宽频天线，其中，该基板大致为矩形形状。

根据所述的超宽频天线，其中，该辐射元件与该基板之间具有一支撑物体，用以支撑该辐射元件。

根据所述的超宽频天线，其中，该支撑物体是由保丽龙或塑料制成。

根据所述的超宽频天线，其中，该开口在该U形结构金属片上构成两个臂，该两个臂各为均宽的结构。

根据所述的超宽频天线，其中，该开口在该U形结构金属片上构成两个臂，该两个臂各为渐宽的结构。

根据所述的超宽频天线，其中，该开口在该U形结构金属片上构成两个臂，该两个臂各为渐窄的结构。

根据所述的超宽频天线，其中，该U形结构金属片是由单一金属片受冲压或切割制作形成。

根据所述的超宽频天线，其中，该系统接地面及该短路金属细片是由印刷或蚀刻技术形成在该基板上。

由于该超宽频天线结构在设计时即将天线与系统接地面做整合考虑设计，故可内藏在随插即用装置内，并且不会在实际使用时因为外来因素而造成天线内组件的损毁；又因其占用的体积小，所以在实际使用时较为方便。

关于本发明的其它目的、特征及优点，可通过阅读下述优选实施例的详细说明、权利要求书、并配合附图而得到确实的了解。

附图说明

图1A为本发明的超宽频天线结构实施例的立体示意图。

图1B为图1A中超宽频天线的辐射元件(U形结构金属片)的平面展开图。

图2为图1A所示超宽频天线实施例的返回损失实验测量结果图。

图3为图1A所示超宽频天线实施例操作在5000MHz时的辐射场型测量结果。

图4为图1A所示超宽频天线实施例操作在8000MHz时的辐射场型测量结果。

图5为图1A所示超宽频天线实施例的天线增益测量结果与辐射效率模拟结果。

图6A-6B为本发明的超宽频天线的辐射元件的另两个实施例结构图。

图7A-7B为本发明的超宽频天线的辐射元件又两个实施例平面的展开结构图。

其中，附图标记说明如下：

1超宽频天线

11基板

111边缘

12系统接地面

13、63、63’辐射元件

131、631、731前端

132、632、732馈入点

133、633、733开口端

134、634、734短路点

135、136、735、736弯折线

137、637、737末端

138、638、738臂

14短路金属细片

51天线增益测量结果曲线

52辐射效率仿真结果曲线

61、61’支撑物体

73、73’U形结构金属片

具体实施方式

本发明揭示一种超宽频天线结构，其内容将借由优选实施例说明如下，然而所述实施例仅为其中优选的，本发明的实施并非仅限于所述优选实施例，本领域的技术人员可依据公开的实施例推衍出其它实施例，这些实施例都应当属于本发明的范围。

图1A所示为本发明的超宽频天线结构实施例的立体示意图，图1B为图1A所示天线结构中辐射元件的平面展开图。如图所示实施例，本发明的超宽频天线1结构包含基板11、系统接地面12、辐射元件部份13、馈入点132、短路点134及短路金属细片14。该基板11由介质材料制成，该系统接地面12位于该基板11上，并与该基板11在形状上同样大致为矩形。此外，该基板11具有至少一边缘111。该辐射元件13位于该基板11的上方，并靠近该基板11的边缘111，其是由大致为U形结构的金属片经过至少两次弯折而形成(弯折线如图中标号135、136所示，并在此分别被称为第一次弯折线和第二次弯折线)，经两次弯折的U形结构金属片具有一前端131、一末端137及一开口133，该开口133两旁形成两个臂138，其中该两个弯折线135、136均大致与该金属片的开口133的开口方向垂直，并与该前端131及末端137大致平行，该开口133的开口方向则大致平行于该基板11。在优选实施例中，该前端131及末端137与该基板11接触。该馈入点132位于该金属片的前端131附近，并是该天线1接收信号的所在处。该短路点134位于该金属片的开口133附近。该短路金属细片14位于该基板11上，并具有两端，其中一端与该系统接地面12电性连接，另一端则与该短路点134电性连接。

图2所示为图1A中超宽频天线结构的返回损失实验测量结果图。在进行返回损失的实验中，该天线结构的各特征尺寸的设置如下：该系统接地面11的长度大约为60mm，宽度大约为20mm；该前端131宽度大约为3mm，与第一次弯折线135间的高度差大约为6mm，开口133的宽度大约为20mm；第一和第二弯折线135、136之间的距离大约为11mm，两个弯折线135、136之间的宽度大约为6mm，而第二次弯折线136与开口133末端137的高度差大约为6.4mm；该短路金属细片14的长度大约为6mm，宽度则大约为1mm。图2中，纵轴表示返回损失，横轴则表示操作频率。由图可知，在一般小于10dB返回损失的可操作范围定义下，该天线结构的可操作频带涵盖的频宽范围为3.1GHz至10.6GHz，故被称为超宽频天线结构。

图3与图4为上述超宽频天线结构实施例在操作频率分别为5000MHz与8000MHz时所得到的天线辐射场型测量结果，其中超宽频天线结构显示在上述视图中，以指出该结构在三维空间中定义的方向。由所述测试结果可知，在三维空间中X-Y平面、Y-Z平面及X-Z平面等三个切面的电场分量强度E_θ与

有部分接近，这有助于超宽频操作在室内复杂的无线传播环境中进行。

图5所示为上述天线结构实施例在操作频带中的天线增益实验测量结果51与辐射效率模拟结果52，其中左方纵轴表示天线增益(dBi)，右方纵轴表示辐射效率(％)，横轴则表示操作频率(MHz)。由该图可知，操作频带中的天线增益约为4.5dBi，其对应的辐射效率大约高于85％，故能满足超宽频天线操作的增益与效率需求。

图6A和图6B分别为本发明的超宽频天线的辐射元件的另两个实施例结构图，其中该两个辐射元件63、63’实施例与基板(本图中省略，请配合参阅图1A)间可各设以一支撑物体61和61’，该支撑物体61、61’的材料可为保丽龙或塑料等，其形状可为平滑矩形或为梯形，用以支撑该辐射元件13。此外，该两个辐射元件63、63’各具有一前端631及一末端637。当利用该两个辐射元件63、63’时，所形成的天线结构能够达到相似于图1所示天线结构实施例的超宽频操作特性。

图7A和图7B为本发明的超宽频天线的辐射元件的又两个实施例结构的平面展开图，其中辐射元件U形结构金属片73、73’的两个弯折线735、736均大致垂直于该U形金属片73、73’的开口733的开口方向，该U形金属片73、73’的两臂738分别为渐宽或渐窄形状，而该金属片73、73’的前端731可为直线或圆弧形状。此外，该两个辐射元件73、73’各具有一前端731及一末端737。当利用该两个U形金属片73、73’时，所形成的天线结构能够达到相似在图1所示天线实施例的超宽频操作特性。

关于上述超宽频天线结构的形成，该U形结构金属片是由单一金属片受冲压或切割制作形成，该系统接地面及该短路金属细片则是由印刷或蚀刻技术形成于该基板上。

在本发明中，所用的U形结构金属片可使天线结构不会激发表面回路电流(surface loop current)，故可大幅度改善天线结构的阻抗匹配，特别是超宽频带内中频(大约为5-8GHz)范围的阻抗匹配，因此满足超宽频频带操作的需求，故该天线结构被称作超宽频天线结构。此外，该经弯折的U形结构金属片可有效缩小天线的整体尺寸，使得使用较为方便。此外，该短路金属细片的设置可有效降低超宽频频带的最低频率，因此能进一步缩小天线的尺寸；又因为在设计天线与系统接地面时就采用整合考虑设计，所以天线中组件不会因外来因素而造成损毁，所以能实现用于随插即用装置中的内藏式超宽频天线结构。

以上说明中所述的实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非限制本发明。因此，本领域技术人员可在不违背本发明的精神下对上述实施例进行修改及变化。本发明的权利范围如后面所附的权利要求书所列。

Claims

1.一种超宽频天线，包含：

基板，由介电材料制成，并具有至少一边缘；

系统接地面，位于该基板上；

辐射元件，为具有多个弯折线的大致为U形结构的金属片，位于该基板的上方，并且靠近该基板的边缘，其中该U形结构金属片具有一个具有开口方向的开口、一前端及一末端，该多个弯折线、该前端及该末端皆大致垂直于该开口的开口方向，并且该开口的开口方向大致平行于该基板；

馈入点，位于该金属片的前端中央附近，用以接收信号至该天线；

短路点，位于该金属片的末端角落附近；以及

短路金属细片，位于该基板上，并具有第一端和第二端，其中该第一端电性连接至该系统接地面，该第二端则电性连接至该短路点，并且该短路金属细片配置于靠近该基板的另一边缘。

2.如权利要求1所述的超宽频天线，其中，该基板大致为矩形形状。

3.如权利要求1所述的超宽频天线，其中，该辐射元件与该基板之间具有一支撑物体，用以支撑该辐射元件。

4.如权利要求3所述的超宽频天线，其中，该支撑物体是由塑料制成。

5.如权利要求1所述的超宽频天线，其中，该开口在该U形结构金属片上构成两个臂，该两个臂各为均宽的结构。

6.如权利要求1所述的超宽频天线，其中，该开口在该U形结构金属片上构成两个臂，该两个臂各为渐宽的结构。

7.如权利要求1所述的超宽频天线，其中，该开口在该U形结构金属片上构成两个臂，该两个臂各为渐窄的结构。

8.如权利要求1所述的超宽频天线，其中，该U形结构金属片是由单一金属片受冲压或切割制作形成。

9.如权利要求1所述的超宽频天线，其中，该系统接地面及该短路金属细片是由印刷或蚀刻技术形成在该基板上。

10.如权利要求3所述的超宽频天线，其中，该支撑物体是由保丽龙制成。