CN101145635B - 双频印刷式天线 - Google Patents

Abstract

一种双频印刷式天线，包括：基板，具有第一平面、第二平面及侧边；第一天线本体，位于第一平面；第二天线本体，位于第二平面；馈入点，位于第一天线本体；第一邮票孔，位于该侧边且连接第一天线本体和第二天线本体；以及第二邮票孔，位于该侧边且连接第一天线本体和第二天线本体；从该馈入点依序经第一天线本体、第一邮票孔而最终至第二天线本体，可构成该双频印刷式天线的第一共振路径，并决定该天线的第一工作频率；从该馈入点依序经第一天线本体、第二邮票孔而最终至第二天线本体，可构成该双频印刷式天线工作的第二共振路径并决定该天线的第二工作频率，第一共振路径的长度大于第二共振路径。本发明能有效降低双频印刷式天线所需的面积。

Description

双频印刷式天线

技术领域

本发明涉及一种双频印刷式天线，尤其涉及一种形成于印刷电路板双面空间的双频印刷式天线。

背景技术

802.11b为早期发展的无线局域网(Wireless LAN)标准，802.11b的工作频率在2.4GHz，其最大的传输速率为11Mbps(bit per second)。然而随着无线网应用的快速发展，传输数据也愈来愈多，802.11b的11Mbps传输速率已渐感不足。802.11a无线局域网标准的出现在某种程度上解决了此问题，802.11a的工作频率在5GHz，其最大的传输速率为54Mbps。为了将802.11a和802.11b整合于单一无线通信电路，必须采用能够同时工作于2.4GHz和5GHz两种不同频率的天线，而此类天线称之为双频天线(Dual BandAntenna)。

在电子产业中，愈来愈多的产品趋向小型化，为了符合此需求，也要求天线体积缩小。目前所使用的小型天线主要分为芯片天线(Chip Antenna)和平面型天线(Planar Antenna)，原因在于这类天线较易达到高度低体积小的要求。其中属于芯片天线设计原理且较热门的，包括采用低温共烧陶瓷技术(Low-Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)的陶瓷芯片天线(Ceramic ChipAntenna)。而采用平面天线设计原理的，则主要分为微带天线(Micro-stripAntenna)和印刷式天线(Printed Antenna)。

在双频天线的设计中，若以馈入点(Feed Point)来区分，可分成两种形式，一种为利用两个单独馈入点的双频天线，另一种为只利用一个馈入点的双频天线。请参阅图1，其示出具有两个馈入点的双频天线示意图。该双频天线主要包括：第一天线本体11；第一馈入点13；第二天线本体15；以及第二馈入点17。其中，该第一馈入点13位于该第一天线本体11的一端，该第二馈入点17位于该第二天线本体15的一端，且该第一天线本体11的长度大于该第二天线本体15的长度。如图1所示，从该第一馈入点13至该第一天线本体11的另一端，可构成该双频天线工作的低频共振路径LP-1，且其工作频率为2.4GHz；从该第二馈入点17至该第二天线本体15的另一端，可构成该双频天线工作的高频共振路径HP-1，且其工作频率为5GHz。

请参阅图2，其示出具有一个馈入点的双频天线示意图。该双频天线主要包括：天线本体21；以及馈入点23。其中该馈入点23位于该天线本体21上。如图2所示，从该馈入点23至该天线本体21的一端，可构成该双频天线工作的低频共振路径LP-2，且其工作频率为2.4GHz；从该馈入点23至该天线本体21的另一端，可构成该双频天线工作的高频共振路径HP-2，且其工作频率为5GHz。

请参阅图3A，其示出传统具单一馈入点的双频印刷式天线(Dual-BandPrinted Antenna)示意图。该双频印刷式天线主要包括：基板31；第一水平金属线33；第二水平金属线35；第一垂直金属线37；以及馈入点39。其中，该第一水平金属线33、该第二水平金属线35、该第一垂直金属线37均位于该基板31表面上。另外，该第一水平金属线33平行于该第二水平金属线35，该第一垂直金属线37垂直于该第一水平金属线33和该第二水平金属线35，该第一水平金属线33连接于该第一垂直金属线37的一端，该第二水平金属线35连接于该第一垂直金属线37的中端附近，使得该双频印刷式天线形成倒F形(Inverted F)。另外，该馈入点39位于该第一垂直金属线37的另一端。该基板31由无线网路卡电路板构成，且一般为金属玻璃纤维板(FR4)制成的印刷电路板(PCB)。此外，该第一水平金属线33、该第二水平金属线35及该第一垂直金属线37可视为天线本体30。

请参阅图3B，其示出构成于图3A所示双频印刷式天线中的低频共振路径示意图。从该馈入点39，依序经由该第一垂直金属线37，而至该第一水平金属线33未与该第一垂直金属线37相连的一端，可构成该双频印刷式天线工作的低频共振路径LP-3，且其工作频率为2.4GHz。

请参阅图3C，其示出构成于图3A所示的双频印刷式天线的高频共振路径示意图。从该馈入点39，依序经由该第一垂直金属线37，而至该第二水平金属线35未与该第一垂直金属线37相连的一端，可构成该双频印刷式天线工作的高频共振路径HP-3，且其工作频率为5GHz。

请再参阅图3A，该天线本体30(该第一水平金属线33、该第二水平金属线35以及该第一垂直金属线37)均设计于该基板31(印刷电路板)的同一面，也就是说，传统的双频印刷式天线只利用印刷电路板的单面空间来进行设计，如此将造成双频印刷式天线的面积较大。因此，设计一种双频印刷式天线，使得该双频印刷式天线的天线本体形成于印刷电路板的双面空间，进而达成双频印刷式天线的小型化，则为本发明的主要目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设计于印刷电路板的双面空间的印刷式双频天线，进而达成印刷式双频天线的小型化。

本发明提出一种双频印刷式天线，包括：基板，该基板具有第一平面、第二平面及侧边；第一天线本体，该第一天线本体位于该基板的第一平面；第二天线本体，该第二天线本体位于该基板的第二平面；馈入点，位于该第一天线本体；第一邮票孔，位于该侧边，且连接于该第一天线本体和该第二天线本体；以及第二邮票孔，位于该侧边，且连接于该第一天线本体和该第二天线本体；其中，从该馈入点，依序经由该第一天线本体、该第一邮票孔，最终至该第二天线本体，可构成该双频印刷式天线工作的第一共振路径，并决定该双频印刷式天线的第一工作频率；从该馈入点，依序经由该第一天线本体、该第二邮票孔，最终至该第二天线本体，可构成该双频印刷式天线工作的第二共振路径，并决定该双频印刷式天线的第二工作频率，且该第一共振路径的长度大于该第二共振路径。

上述双频印刷式天线中，该基板可为印刷电路板。

上述双频印刷式天线中，该印刷电路板可为金属玻璃纤维板。

上述双频印刷式天线中，该第一邮票孔及该第二邮票孔可由形成于该侧边的金属铜箔构成。

上述双频印刷式天线中，该第一共振路径的长度可为2.4GHz的四分之一波长。

上述双频印刷式天线中，该第二共振路径的长度可为5GHz的四分之一波长。

上述双频印刷式天线中，该第一工作频率可为2.4GHz。

上述双频印刷式天线中，该第二工作频率可为5GHz。

另外，本发明提出一种双频印刷式天线，包括：基板，该基板具有第一平面、第二平面及侧边；馈入点；第一天线本体，该第一天线本体位于该基板的第一平面，且该第一天线本体还包括第一垂直金属线、第一水平金属线、第二垂直金属线、第二水平金属线，其中该馈入点位于该第一垂直金属线的第一端，该第一垂直金属线的第二端连接该第一水平金属线的第一端，该第一水平金属线的第二端连接该第二垂直金属线的第一端，该第二垂直金属线的第二端连接该第二水平金属线的第一端；第一邮票孔，位于该侧边，且连接于该第二水平金属线第二端和该第三水平金属线第一端；第二邮票孔，位于该侧边，且连接于该第二水平金属线第一端和该第三水平金属线第二端；以及，第二天线本体，该第二天线本体位于该基板的第二平面，且该第二天线本体还包括第三水平金属线、第三垂直金属线、第四水平金属线，其中该第三水平金属线的第一端连接至该第一邮票孔，该第三水平金属线的第二端连接至该第二邮票孔，该第三水平金属线的第二端连接该第三垂直金属线的第一端，该第三垂直金属线的第二端连接该第四水平金属线的第一端；其中，起始于该馈入点，依序经由该第一垂直金属线、该第一水平金属线、该第二垂直金属线、该第二水平金属线、该第一邮票孔、该第三水平金属线、该第三垂直金属线，结束于该第四水平金属线的第二端，可构成该双频印刷式天线工作的第一共振路径，并决定该双频印刷式天线的第一工作频率；起始于该馈入点，依序经由该第一垂直金属线、该第一水平金属线、该第二垂直金属线、该第二邮票孔、该第三垂直金属线，结束于该第四水平金属线的第二端，可构成该双频印刷式天线工作的第二共振路径，并决定该双频印刷式天线的第二工作频率，且该第一共振路径的长度大于该第二共振路径的长度。

上述双频印刷式天线中，该第一垂直金属线的长度可为3mm，宽度为1mm；该第一水平金属线的长度为6mm，宽度为1mm；该第二垂直金属线的长度为6mm，宽度为1mm；该第二水平金属线的长度为5mm，宽度为1mm；该第三垂直金属线的长度为6mm，宽度为1mm；该第三水平金属线的长度为5mm，宽度为1mm；该第四水平金属线的长度为5mm，宽度为3.5mm；该第一邮票孔的高度为1.2mm，直径为1mm；该第二邮票孔的高度为1.2mm，直径为1mm，且该第一邮票孔与该第二邮票孔相距4mm。

上述双频印刷式天线中，该基板可为印刷电路板。

上述双频印刷式天线中，该印刷电路板可为金属玻璃纤维板。

上述双频印刷式天线中，该第一邮票孔及该第二邮票孔可由形成于该侧边的金属铜箔构成。

上述双频印刷式天线中，该第一共振路径的长度可为2.4GHz的四分之一波长。

上述双频印刷式天线中，该第二共振路径的长度可为5GHz的四分之一波长。

上述双频印刷式天线中，该第一工作频率可为2.4GHz。

上述双频印刷式天线中，该第二工作频率可为5GHz。

本发明能够有效降低双频印刷式天线所需的面积，从而达成双频印刷式天线的小型化。

附图说明

本发明可通过下列附图及说明，得到更深入的了解，其中：

图1为示出具有两个馈入点的双频天线示意图。

图2为示出具有一个馈入点的双频天线示意图。

图3A为示出传统具单一馈入点的双频印刷式天线示意图。

图3B为示出构成于图3A所示双频印刷式天线中的低频共振路径示意图。

图3C为示出构成于图3A所示双频印刷式天线中的高频共振路径示意图。

图4A为示出本发明的双频印刷式天线的示意图。

图4B为示出本发明的位于印刷电路板第一平面的第一天线本体的示意图。

图4C为示出本发明的位于印刷电路板第二平面的第二天线本体的示意图。

图5A为示出构成于第一天线本体的低频共振路径的示意图。

图5B示出构成于第二天线本体的低频共振路径的示意图。

图6A为示出构成于第一天线本体的高频共振路径的示意图。

图6B为示出构成于第二天线本体的高频共振路径的示意图。

图7A为示出本发明的双频印刷式天线的尺寸的示意图。

图7B为示出本发明的双频印刷式天线的尺寸的示意图。

图8为示出本发明的双频印刷式天线的反射系数的示意图。

图9为示出本发明的双频印刷式天线在2450MHz测量到的X-Y平面的辐射场型的示意图。

图10为示出本发明的双频印刷式天线在2450MHz测量到的Y-Z平面的辐射场型的示意图。

图11为示出本发明的双频印刷式天线在5500MHz测量到的X-Y平面的辐射场型的示意图。

图12示出本发明的双频印刷式天线在5500MHz测量到的Y-Z平面的辐射场型示意图。

其中，附图标记说明如下：

11、15、21、30、43、53天线本体

31、41基板

411、413基板平面

415基板侧边

13、17、23、39、45馈入点

33、35、433、437、531、535水平金属线

37、431、435、533垂直金属线

47第一邮票孔

49第二邮票孔

LP-1、HP-1、LP-2、HP-2、LP-3、HP-3、LP-4、HP-4共振路径

具体实施方式

为了达成双频印刷式天线的小型化，本发明利用印刷电路板的双面空间来设计双频印刷式天线，亦即将第一天线本体设计于印刷电路板的第一平面，将第二天线本体设计于印刷电路板的第二平面，并分别通过在印刷电路板侧边形成的两个不同的邮票孔(Perforation)，来构成双频印刷式天线所工作的低频共振路径和高频共振路径。

请参照图4A，其示出本发明的双频印刷式天线的示意图。该天线本体主要包括：第一垂直金属线431、第一水平金属线433、第二垂直金属线435、第二水平金属线437、馈入点45、第一邮票孔47、第二邮票孔49、第三水平金属线531、第三垂直金属线533、以及第四水平金属线535。其中，该天线本体形成于印刷电路板的两个平面，其中第一垂直金属线431、第一水平金属线433、第二垂直金属线435、第二水平金属线437、以及馈入点45形成于印刷电路板的第一平面；另外，第三水平金属线531、第三垂直金属线533、以及第四水平金属线535形成于印刷电路板的第二平面；另外，印刷电路板的侧边形成有导电的第一邮票孔47以及第二邮票孔49。

请参阅图4B，其示出本发明的位于印刷电路板第一平面的第一天线本体示意图。该印刷电路板41具有第一平面411及侧边415。另外，该第一垂直金属线431、该第一水平金属线433、该第二垂直金属线435、该第二水平金属线437、以及该馈入点45可视为形成于该第一平面411的第一天线本体；而该第一邮票孔47以及该第二邮票孔49形成于该侧边415。其中，该印刷电路板41由无线网路卡电路板构成，且一般为金属玻璃纤维板(FR4)制成的印刷电路板。此外，该馈入点45位于该第一垂直金属线431的第一端，该第一水平金属线433的第一端连接该第一垂直金属线431的第二端，且该第二垂直金属线435的第一端连接该第一水平金属线433的第二端，且该第二水平金属线437的第一端连接该第二垂直金属线435的第二端。另外，该第一水平金属线433平行于该第二水平金属线437，该第一垂直金属线431和该第二垂直金属线435分别垂直于该第一水平金属线433和该第二水平金属线437。另外，该第一垂直金属线431、该第一水平金属线433、该第二垂直金属线435、该第二水平金属线437可视为第一天线本体43。另外，该第一邮票孔47以及该第二邮票孔49形成于该侧边415，且分别连接该第一天线本体43的该第二水平金属线437的第二端与第一端。

请参阅图4C，其示出本发明的位于印刷电路板第二平面的第二天线本体示意图。该印刷电路板41还包括第二平面413，第二平面413上形成第二天线本体53，第二天线本体53包括：第三水平金属线531、第三垂直金属线533、以及第四水平金属线535。其中，该第二天线本体53的该第三水平金属线531的第一端与第二端分别连接至该第一邮票孔47以及该第二邮票孔49。另外，该第三水平金属线531的第二端连接该第三垂直金属线533的第一端，该第四水平金属线535的第一端连接该第三垂直金属线533的第二端。另外，该第二水平金属线437、该第三水平金属线531与该第四水平金属线535相互平行，该第三垂直金属线533垂直于该第三水平金属线531和该第四水平金属线535。

在图4A和图4B中，该第一邮票孔47和该第二邮票孔49由形成于该印刷电路板侧边415的两个金属铜箔构成，其主要功能在于连接该印刷电路板41第一平面411上的第一天线本体43和该印刷电路板41第二平面413上的第二天线本体53。也就是说，通过该第一邮票孔47和该第二邮票孔49，可构成由该馈入点45，依序经由该第一天线本体43、该第一邮票孔47，再至该第二天线本体53的第一共振路径；或是构成由该馈入点45，依序经由该第一天线本体43、该第二邮票孔49，再至该第二天线本体53的第二共振路径。

请参阅图5A和图5B，其示出分别构成于该第一天线本体43和该第二天线本体53中的低频共振路径示意图。从该馈入点45，依序经由该第一垂直金属线431、该第一水平金属线433、该第二垂直金属线435、该第二水平金属线437、该第一邮票孔47、该第三水平金属线531、该第三垂直金属线533，最终至该第四水平金属线535的第二端，可构成该双频印刷式天线工作的低频共振路径LP-4，该低频共振路径LP-4的长度约为2.4GHz的四分之一个波长，且其工作频率为2.4GHz。

请参阅图6A和图6B，其示出分别构成于该第一天线本体43和该第二天线本体53中的高频共振路径示意图。从馈入点45，依序经由该第一垂直金属线431、该第一水平金属线433、该第二垂直金属线435、该第二邮票孔49、该第三垂直金属线533，最终至该第四水平金属线535的第二端，可构成该双频印刷式天线工作的高频共振路径HP-4，该高频共振路径HP-4的长度约为5GHz的四分之一个波长，且其工作频率为5GHz。

请参阅图7A和图7B，其示出本发明的双频印刷式天线的尺寸示意图，其单位为毫米(mm)。在本实施例中，该第一垂直金属线431的长度为3mm，宽度为1mm；该第一水平金属线433的长度为6mm，宽度为1mm；该第二垂直金属线435的长度为6mm，宽度为1mm；该第二水平金属线437的长度为5mm，宽度为1mm；该第三水平金属线531的长度为5mm，宽度为1mm；该第三垂直金属线533的长度为6mm，宽度为1mm；该第四水平金属线535的长度为5mm，宽度为3.5mm；另外，印刷电路板41的厚度为1.2mm因此，该第一邮票孔47的高度为1.2mm，直径为1mm；该第二邮票孔49的高度为1.2mm，直径为1mm，且该第一邮票孔47和该第二邮票孔49相距4mm。

值得特别注意的是，由于双频印刷式天线工作在高频时所需的频宽较宽，因此在本实施例中，还可通过在第四水平金属线535处增加天线本体的面积来增加电流所流经的面积，进而达到增加频宽的效果。

图8示出本发明的双频印刷式天线的反射系数，由此测量结果可知本发明的双频印刷式天线涵盖2.4-2.5GHz和5.1-5.8GHz两个频带。图9为本发明的双频印刷式天线在2450MHz测量到的X-Y平面的辐射场型。图10为本发明的双频印刷式天线在2450MHz测量到的Y-Z平面的辐射场型。图11为本发明的双频印刷式天线在5500MHz测量到的X-Y平面的辐射场型。图12为本发明的双频印刷式天线在5500MHz测量到的Y-Z平面的辐射场型。

由以上实施例可知，通过本发明，可将双频印刷式天线的天线本体分别设计于印刷电路板的双面空间，如此一来，将可有效降低双频印刷式天线所需的面积，进而达成双频印刷式天线的小型化。

综上所述，虽然本发明已通过较佳实施例公开如上，然而公开内容并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种改动与修改，因此本发明的保护范围应以所附权利要求范围为准。

Claims (17)

1.一种双频印刷式天线，包括：

基板，该基板具有第一平面、第二平面及侧边；

第一天线本体，该第一天线本体位于该基板的第一平面；

第二天线本体，该第二天线本体位于该基板的第二平面；

馈入点，位于该第一天线本体；

第一邮票孔，位于该侧边，且连接于该第一天线本体和该第二天线本体；以及

第二邮票孔，位于该侧边，且连接于该第一天线本体和该第二天线本体；

其中，从该馈入点，依序经由该第一天线本体、该第一邮票孔，最终至该第二天线本体，构成该双频印刷式天线工作的第一共振路径，并决定该双频印刷式天线的第一工作频率；从该馈入点，依序经由该第一天线本体、该第二邮票孔，最终至该第二天线本体，构成该双频印刷式天线工作的第二共振路径，并决定该双频印刷式天线的第二工作频率，且该第一共振路径的长度大于该第二共振路径的长度。

2.如权利要求1所述的双频印刷式天线，其中该基板为印刷电路板。

3.如权利要求2所述的双频印刷式天线，其中该印刷电路板为金属玻璃纤维板。

4.如权利要求1所述的双频印刷式天线，其中该第一邮票孔及该第二邮票孔由形成于该侧边的金属铜箔构成。

5.如权利要求1所述的双频印刷式天线，其中该第一共振路径的长度约为2.4GHz的四分之一波长。

6.如权利要求1所述的双频印刷式天线，其中该第二共振路径的长度约为5GHz的四分之一波长。

7.如权利要求1所述的双频印刷式天线，其中该第一工作频率约为2.4GHz。

8.如权利要求1所述的双频印刷式天线，其中该第二工作频率约为5GHz。

9.一种双频印刷式天线，包括：

基板，该基板具有第一平面、第二平面及侧边；

馈入点；

第一天线本体，该第一天线本体位于该基板的第一平面，且该第一天线本体还包括第一垂直金属线、第一水平金属线、第二垂直金属线、及第二水平金属线，其中该馈入点位于该第一垂直金属线的第一端，该第一垂直金属线的第二端连接该第一水平金属线的第一端，该第一水平金属线的第二端连接该第二垂直金属线的第一端，该第二垂直金属线的第二端连接该第二水平金属线的第一端；

第一邮票孔，位于该侧边，且连接于该第二水平金属线第二端；

第二邮票孔，位于该侧边，且连接于该第二水平金属线第一端；以及

第二天线本体，该第二天线本体位于该基板的第二平面，且该第二天线本体还包括第三水平金属线、第三垂直金属线、及第四水平金属线，其中该第三水平金属线的第一端连接至该第一邮票孔，该第三水平金属线的第二端连接至该第二邮票孔，该第三水平金属线的第二端连接该第三垂直金属线的第一端，该第三垂直金属线的第二端连接该第四水平金属线的第一端；

其中，起始于该馈入点，依序经由该第一垂直金属线、该第一水平金属线、该第二垂直金属线、该第二水平金属线、该第一邮票孔、该第三水平金属线、该第三垂直金属线，结束于该第四水平金属线的第二端，构成该双频印刷式天线工作的第一共振路径，并决定该双频印刷式天线的第一工作频率；起始于该馈入点，依序经由该第一垂直金属线、该第一水平金属线、该第二垂直金属线、该第二邮票孔、该第三垂直金属线，结束于该第四水平金属线的第二端，构成该双频印刷式天线工作的第二共振路径，并决定该双频印刷式天线的第二工作频率，且该第一共振路径的长度大于该第二共振路径的长度。

10.如权利要求9所述的双频印刷式天线，其中该第一垂直金属线的长度为3mm，宽度为1mm；该第一水平金属线的长度为6mm，宽度为1mm；该第二垂直金属线的长度为6mm，宽度为1mm；该第二水平金属线的长度为5mm，宽度为1mm；该第三垂直金属线的长度为6mm，宽度为1mm；该第三水平金属线的长度为5mm，宽度为1mm；该第四水平金属线的长度为5mm，宽度为3.5mm；该第一邮票孔的高度为1.2mm，直径为1mm；该第二邮票孔的高度为1.2mm，直径为1mm，且该第一邮票孔与该第二邮票孔相距4mm。

11.如权利要求9所述的双频印刷式天线，其中该基板为印刷电路板。

12.如权利要求11所述的双频印刷式天线，其中该印刷电路板为金属玻璃纤维板。

13.如权利要求9所述的双频印刷式天线，其中该第一邮票孔及该第二邮票孔由形成于该侧边的金属铜箔构成。

14.如权利要求9所述的双频印刷式天线，其中该第一共振路径的长度约为2.4GHz的四分之一波长。

15.如权利要求9所述的双频印刷式天线，其中该第二共振路径的长度约为5GHz的四分之一波长。

16.如权利要求9所述的双频印刷式天线，其中该第一工作频率约为2.4GHz。

17.如权利要求9所述的双频印刷式天线，其中该第二工作频率约为5GHz。

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