CN101154768A

CN101154768A - 具有耦合隙缝天线模块的手持通讯装置

Info

Publication number: CN101154768A
Application number: CNA2006101406041A
Authority: CN
Inventors: 刘一如
Original assignee: Accton Technology Corp
Current assignee: Accton Technology Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: CN101154768B

Abstract

本发明提供了一种具有耦合隙缝天线模块的手持通讯装置，属于通讯领域。所述耦合隙缝天线模块主要包含：介电基板，射频模块、接地平面、共振空腔以及辐射板。上述通讯装置有一个馈线与支线耦合在上述介电基板的表面上，并且略向平行于上述介电基板的长边方向延伸。上述接地平面耦合于上述介电基板的另一表面上，具有耦合隙缝结构，其中上述耦合隙缝的交叉点位于上述馈线与支线通过的位置。上述辐射板与上述接地平面之间具有空气层，并且上述辐射板平行于上述接地平面，在上述耦合隙缝的位置。

Description

具有耦合隙缝天线模块的手持通讯装置

技术领域

本发明涉及一种掌上型通讯装置，特别涉及具有耦合隙缝天线模块的掌上型通讯装置。

背景技术

由于科技发展与通讯技术的进步，有线网络已经无法满足人们对网络的方便性需求，随着移动电话、笔记本电脑及个人数码助理(Personal Digital Assistant，PDA)等个人移动装置(mobile devices)的普及，使用无线网络的用户正在日益增加。

由无线以太网兼容联盟(Wireless Ethernet Compatibility Alliance，WECA)组织所发布的WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)，亦即使用802.11b的无线网络的别称，它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的射频信号。在高速因特网技术中，它是一个成本低、实现方法简单的技术。随着技术的发展，以及IEEE 802.11a及IEEE 802.11g等标准的出现，目前有许多的无线射频技术被提供及利用，但是随着利用无线因特网上网人口的增加，业界及市场正向标准规格化发展。从应用上来说，一般掌上型射频装置都需要能兼容802.11规格的装置。

能提供802.11通讯功能的掌上型通讯装置有个人数字助理(PDA)、行动电话、可携式媒体播放器(portable media player)、游戏机以及其它内设WiFi的通讯装置，这些通讯装置通常包括无线射频模块以及无线射频天线。天线模块通常包括一个导电辐射板(conductivepatch radiator)，该导电辐射板用来增加天线的辐射效率。现有技术中，上述导电辐射板通常是在：(1)连接(attached)或印刷(printed)在介电机壳(dielectric housing)的外部或内部；(2)内置在介电机壳中；(3)夹层(sandwiched)或堆栈(stacked up)处，成为介电机壳的两外部层之间的内部层。

上述天线模块没有连接辐射板(radiator)至电路板(PCB)上的射频模块(radio)的馈线(feed line)或短导体(short conductor)，并且上述射频模块通常是由离散(discrete)或是集成电路(integrated circuits)所构成。

综上，现有技术有以下几个缺点，包括：

(1)一般天线是直接固定或安装在主要的PCB板上，通常会受到PCB板上其它组件的阻碍，这些组件有：电池、键盘、LCD面板、连接器、扬声器、相机镜头、麦克风、下压按键(push bottom switch)、配线(wire harness)、LED等。

(2)上述天线通常直接装配在机壳上，并且使用电缆线(cable)或是转接器(adapter)连接天线至主PCB板上；因此，在电缆线上会有信号传递损失(cable loss)、电缆线连接不牢靠(non-reliability)、安装配置或是故障排除(trouble-shooting)较困难等缺点。

(3)对于连接在机壳外部的天线来说，通常通过穿过机壳的电缆线或转接器将天线连接到主PCB板上，这样会有信号损失或是表面不规则等缺点。

(4)对于安装在机壳外部的一个独立配件(standalone)中的天线来说，通常使用穿过机壳的电缆线或转接器连接天线到主PCB板上，这样会造成信号损失以及需要较高的固定技术(mounting knowledge)。

发明内容

本发明为了解决以上现有技术中的问题，提供了一种具有耦合隙缝天线模块的手持通讯装置，特别是兼容于WiFi规格和通讯协议的通讯装置。

本发明的主要目的在于揭露一种具有耦合隙缝天线模块的手持通讯装置，包括：一个射频模块，它配置在介电基板上，这个射频模块用来处理无线信号，该介电基板可以是PCB板；一个X或8字形耦合隙缝天线，它配置在介电基板上，且X或8字形耦合隙缝天线的交叉点在馈线与支线通过的位置，X字形夹角约为60°；一个辐射板，差不多在X或8字形耦合隙缝天线所在位置，并且基本与X或8字形耦合隙缝天线平行配置，它们之问是空气层，用这个空气层做为共振空腔。辐射板的材料可以是金属板；一个接地平面，耦合在介电基板上，以方便接地。耦合隙缝天线模块可以配置在介电机壳中，这时辐射板连接在上述介电机壳的内表面。

本发明另一个目的是提供一种隙缝天线模块，该细缝天线模块包括：一个接地平面，该接地平面耦合在介电基板上，一个8或X字形耦合隙缝，其中8或X字形耦合隙缝交叉点大致在馈线与支线通过的位置；以及一个辐射板，该辐射板所在的位置约与上述8或X字形耦合隙缝所在的位置相同。

本发明的优点在于上述掌上型通讯装置具有耦合隙缝的天线结构，其内部空间配置比现有技术的自由度高，因此天线能够稳固地配置在上述掌上型通讯装置的内部。

本发明还有一个优点是装置中的X形或8字形耦合隙缝比现有技术中的I形耦合隙缝天线有更大的频宽，以及更高的回波损耗(return loss)，并且本发明中的天线辐射效率与最普遍的H形耦合隙缝天线的辐射效率相近似。

本发明的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供的天线的接地平面上具有耦合隙缝结构，在空间配置的自由度以及安装的牢固度上均比现有技术高。此外，本发明的耦合隙缝天线具有比现有技术更高的辐射性能，能够有效地提高目前天线结构的辐射增益值，且本发明所提供的X形以及8字形耦合隙缝结构能够提供比传统I形耦合隙缝的频带宽，以及回波损耗较高，并且本发明天线结构的辐射效率与最普遍的H形耦合隙缝天线结构的辐射效率相近似。

附图说明

图1是本发明实施例中所述手持通讯装置三视图；

图2是本发明实施例2所述隙缝天线结构三视图；

图3是本发明实施例1所述电场分布的方位场型图；

图4是本发明实施例1所述的ψ为0°时电场分布的俯仰场型图；

图5是本发明实施例1所述ψ为90°时电场分布的俯仰场型图；

图6是本发明实施例1所述回波损耗曲线图；

图7是本发明实施例1所述史密斯图(Smith chart)；

图8是本发明实施例1所述VSWR特性图；

图9是本发明实施2所述电场分布的方位场型图；

图10是本发明实施例2所述ψ为0°时电场分布的俯仰场型图；

图11是本发明实施例2所述ψ为90°时电场分布的俯仰场型图；

图12是本发明实施例2所述回波损耗曲线图；

图13是本发明实施例2所述史密斯图；

图14是本发明实施例2所述VSWR特性图。

附图中的主要组件符号说明如下：

1 介电基板

2 射频模块

3 接地平面

4 馈线

5 辐射板

6 X形耦合隙缝

7 介电机壳

8 空气层

9 8字形耦合隙缝

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

本发明将详细地叙述一些实施例。然而除了明确指出外，本发明可以实施在广泛范围的其它实施例中，并且本发明的范围不受限于所提供的实施例，保护范围以专利申请范围为依据。另外，为了使本发明的技术方案更清楚、更利于理解，不同组件的部分没有按照比例显示。上述相关部件的尺寸是被扩大的，并且无意义的部分没有在图中显示。

本发明提供了一种具有X形或8字形隙缝的平面天线，用来适用或兼容于WiFi规格与通讯协议的通讯装置。图1是本发明的手持通讯装置的三视图。本发明包括介电基板(dielectric substrate)1、射频模块(radio module)2、接地平面(ground plane)3、馈线(feed line)4、辐射板5以及X形耦合隙缝6。天线模块在介电机壳7的内部，并且上述介电基板1通常为PCB基板，上面通常有各种电子零件以及控制电路。其详细结构配置的实施例将在下文中详述。

实施例1

由图1的俯视图与侧视图可知，射频模块2耦合在介电基板1的表面，用于将PCB上的各种电子组件产生的信号转换为射频信号。在本实施例中，馈线4耦合在介电基板1上与射频模块2同侧的表面，其一端连接射频模块2，并且向与介电基板1大体平行的长轴方向延伸。馈线4通常还包括支线(stub)，馈线用于馈入信号至射频模块2。

上述接地平面3是耦合在该介电基板1的与上述射频模块2所在的另一表面上，其大小约与上述基板相等，并且其通常由导电材料(例如金属板)构成，用于接地。X形耦合隙缝6形成在接地平面3上。由图1的主视图可知，馈线4通过X形耦合隙缝6的交叉点。馈线4通常是信号传输线(transmission line)，用来传输射频信号。

辐射板5连接在介电机壳7的内侧，其面积约大于X形耦合隙缝6，并且在X形耦合隙缝6的位置。辐射板5通常为导电板(例如金属板)构成，用于发射信号。X形耦合隙缝6与辐射板5之间具有一个空气层8，该空气层作为射频信号的共振腔。

在本实施例中，以下述数值作为参考对天线进行说明，但不是用来限定本发明的范围。其辐射板5的面积约为12.4×20mm²。介电机壳7的高度约为0.747±0.0375mm。介于辐射板5与接地平面3之间的空气层8厚度约为6±0.3mm。馈线4的面积为20×1mm²，并且馈线4的支线面积为7.4×1mm²。介电基板1的体积约为50×25×0.747mm³。介电基板1的介电常数约为4.2。接地平面3的面积约为50×25mm²。耦合隙缝6的面积约为1×10mm²。耦合隙缝6的夹角角度约为60°

根据本实施例的天线，其射频模块2的金属屏蔽(metallic shield)的尺寸约为10×10×1.5mm³。辐射板5的厚度约为每1.0盎斯金箔(metallic foil)1.4mil。馈线4、支线以及接地平面3的厚度约为每0.5盎斯金箔0.7mil。此外，上述PCB基板1的介电常数约为4.2；空气层8的介电常数约为1.0；以及介电机壳7的介电常数约为3～6。

图2是本实施例的电场分布的方位场型(Azimuth pattern)图。图4与图5是本实施例当ψ为0°以及90°时电场分布的俯仰场型(elevation pattern)图。本实施例的天线，其E-theta的ψ角为0°时，其峰值增益(peak gain)约为4.05287dB，而当E-theta的ψ角为90°时，其峰值增益(peak gain)约为3.28312dB。其E-theta的ψ角为0°时，其平均增益(average gain)约为1.94938dB，而当E-theta的ψ角为90°时，其平均增益(averagegain)约为-0.3202146dB。

根据图6所示的本实施例的回波损耗曲线图可知，上述天线的频率为5.545GHz时的回波损耗(return loss)约为40.14dB。图7是本发明的实施例1的史密斯图(Smith chart)。图8是本明的实施例1的VSWR特性图。根据本实施例的X形耦合隙缝结构的天线，其10dB的频率覆盖范围(frequency coverage)约为1.274MHz或4.874～6.150GHz，低覆盖(coverlow)以及不需授权频段(Mild UNII band)的频率范围为5.15与5.35GHz，无线通讯会议频段(WRC band)的频率范围为5.47～5.725GHz，以及工业科学医疗频段(ISM band)的频率范围为5.725～5.85GHz。

实施例2

图2所示是本发明中隙缝天线的三视图。本实施例与上述实施例类似，所以相同的构造处不再详细赘述。天线结构包括介电基板1、接地平面3、辐射板5以及8字形耦合隙缝9。

由图2的俯视图与侧视图可知，本实施例特征在于8字形耦合隙缝9在接地平面3上，由图2的前视图可知，馈线4大致通过8字形耦合隙缝9的交叉点。馈线4通常为信号传输线，用以传输通讯信号。辐射板5，连接在介电机壳7的内侧，其面积约大于8字形耦合隙缝9的面积，并且在8字形耦合隙缝9的位置。辐射板5通常由导电板(例如金属板)构成。8字形耦合隙缝9与辐射板5之间具有一个空气层8，该空气层作为通讯信号的共振腔。本实施例的天线的数值参数与前一实施例相似，故不赘述。

图9是本实施例的电场分布的方位场型图，当角度为0°时电场分布场型图，其分布很对称。天线E-theta的ψ角为0°时，其峰值增益约为3.35003dB，其平均增益约为0.574541dB。图10与图11分别为本实施例当ψ为0°以及90°时电场分布的俯视、仰视场型图。本实施例的天线，其E-theta的ψ角为0°时，其峰值增益约为4.1536dB，而当E-theta的ψ角为90°时，其峰增益约为3.35003dB。其E-theta的ψ角为0°时，其平均增益约为1.94978dB，而当E-theta的ψ角为90°时，其平均增益约为-0.243249dB。

根据图12所示的本实施例的回波损耗曲线图可知，当上述天线频率为5.589GHz时，其回波损耗约为45.93dB。图13为本实施例的史密斯图(Smith chart)。图14为本实施例的电压驻波比VSWR特性图。根据本实施例的耦合隙缝天线结构，其10dB的频率覆盖范围约为1.322MHz或4.902～6.224GHz，低覆盖以及不需授权频段的频率范围约为5.15至5.35GHz，无线通讯会议频道的频率范围约为5.47至5.725GHz，以及工业科学医疗频段的频率范围约为5.725至5.85GHz。

综上所述，本发明的耦合隙缝天线模块主要是应用在手持通讯装置中，特别是兼容WiFi规格与通讯协议的通讯装置。

本发明以较佳实施例说明如上，但不是用来限定本发明所主张的专利权利范围。其专利保护范围以权利要求及其等同领域来定。凡熟悉此领域的技术人员，在不脱离本专利提供的技术方案范围内所作的修改，均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种具有耦合隙缝天线模块的手持通讯装置，其特征在于，包括：

一射频模块，配置在该手持通讯装置内部的介电基板上用以处理无线信号；

一接地平面，配置在该介电基板上；

一X形耦合隙缝天线，配置在该介电基板上，其中该X形耦合隙缝天线的交叉点置于馈线与支线通过的位置；以及

一辐射板，是一金属板，该辐射板位于该X形耦合隙缝天线所在的位置且与该X形耦合隙缝天线平行配置，其间形成空气层做为共振腔。

2.如权利要求1所述的具有耦合隙缝天线的手持通讯装置，其特征在于，其中该X形耦合隙缝天线夹角为60°。

3.一种具有耦合隙缝天线的手持通讯装置，其特征在于，包括：

一接地平面，配置在该介电基板上；

一8字形耦合隙缝天线，配置在该介电基板上，其中该8字形耦合隙缝天线的交叉点位于馈线与支线通过的位置上；以及

一辐射板，为一金属板，该辐射板位于该8字形耦合隙缝天线所在的位置且与该8字形耦合隙缝天线平行配置，其间形成空气层做为共振腔。

4.如权利要求3所述的具有耦合隙缝天线的手持通讯装置，其特征在于，其中该8字形耦合隙缝天线夹角为60°。

5.一种耦合隙缝天线模块，其特征在于，包括：

一介电基板；

一接地平面，为一导电板，该接地平面耦合在该介电基板的表面上，具有一X形耦合隙缝，其中该X形耦合隙缝交叉点是在馈线与支线通过的位置；以及

一辐射板，为一金属板，该辐射板位于该X形耦合隙缝所在的位置且与该接地平面平行配置，其间形成空气层，耦合于该接地平面。

6.如权利要求5所述的耦合隙缝天线模块，其特征在于，其中还包括一介电机壳用以存放该隙缝天线模块，并且该辐射板是连接在该介电机壳的内侧表面，且该介电机壳的介电常数介于3～6之间。

7.如权利要求5所述的耦合隙缝天线模块，其特征在于，其中该X形耦合隙缝的夹角为60°，该空气层的厚度为6±0.3mm，介电常数为1。

8.一种耦合隙缝天线模块，其特征在于，包括：

一介电基板；

一接地平面，为一导电板，该接地平面耦合在该介电基板的表面上，具有一8字形耦合隙缝，其中该8字形耦合隙缝交叉点在该馈线与支线通过的位置；以及

一辐射板，为一金属板，该辐射板位于该8字形耦合隙缝所在的位置且与该接地平面平行配置，其间形成空气层，耦合在该接地平面。

9.如权利要求8所述的耦合隙缝天线模块，其特征在于，其中还包括一介电机壳用以存放该隙缝天线模块，并且该辐射板连接在该介电机壳的内侧表面，且该介电机壳的介电常数介于3～6之间。

10.如权利要求8所述的耦合隙缝天线模块，其特征在于，其中该8字形耦合隙缝的夹角为60°，该空气层的厚度为6±0.3mm，介电常数为1。