CN101179151A - 小型化印刷电路板天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型化印刷电路板天线，包含基板；位于基板上的接地；图刻在基板上的辐射元件；以及图刻在基板上的短路路径。短路路径从辐射元件的分支点延伸。其中分支点界定出辐射元件的第一段及第二段；且第一段具有在第一段的一端的馈入接脚(feed pin)，而第二段是弯曲的。其中介于辐射元件与接地之间的短路路径围绕第二段的一部分且连接至接地。本发明提供的小型化印刷电路板天线的基板通过将短路路径围绕辐射元件的第二段的一部分，因而天线可进一步缩小其尺寸，进而满足应用需求。

Description

小型化印刷电路板天线

技术领域

本发明涉及天线结构，特别是用于各种应用的小型化印刷电路板(printcircuit board，PCB)天线，例如，用于便携式电子通信装置的小型化印刷电路板天线。

背景技术

便携式电子通信装置，如个人数字助理(PDA)，移动电话，或智能手机，均需要天线以与通信系统中的另一装置建立无线连接。在电信产业中，多种芯片天线通常使用于整合蓝牙、GPS、或其它装置中的便携式电子通信装置中。然而，使用芯片天线会增加制造成本，因而减少便携式电子通信装置的竞争力。另一方面，芯片天线的效能会大大的受环境影响，举例来说：芯片天线的特性，如：频带、输入阻抗、增益及相似特性，会随印刷电路板(PCB)的改变而改变，而必须增加额外的组件至天线以达成良好的阻抗匹配，增加了设计复杂程度。

因此，在现有关于设计小型化印刷电路板技术中，通常利用印刷电路板天线代替芯片天线，并有两种已知的方法，即如图1A所示现有技术中单极天线(monopole)及如图1B所示现有技术中倒F天线(inverted-F)的结构示意图。图1A所示的单极天线具有延伸超出接地约1/4波长距离的传输线，以形成辐射体，也称为辐射元件。单极天线的阻抗匹配可通过调整辐射体与接地平面间的距离轻易达成。然而，单极天线的方法会占用较大空间，例如：50欧姆匹配的单极天线仍然需要相当大的距离。因此，单极天线不适合小型的电子通信装置。另一方面，图1B所示的倒F天线的结构类似于单极天线，除了倒F天线是增加短路路径至接地。短路路径用于减少介于辐射体与上述接地面之间的距离。

不过，当便携式电子通信装置变的越来越小，甚至常见的芯片天线或单极天线及倒F天线对于小型化的可携式电子通信装置来说仍太大。当可携式电子通信装置需要用于多项应用(如：移动电话、GPS、蓝牙等)的多种天线时，情况变的更严重。

因此，需要小型化印刷电路板天线，而能使用于小型便携式电子通信装置中。

发明内容

本发明提供一种小型化印刷电路板天线，以满足便携式电子通信装置对天线的要求。

本发明揭露一种小型化印刷电路板天线，包含：基板；接地，位于基板上；辐射元件，图刻在基板上。短路路径，图刻在基板上，短路路径从该辐射元件的分支点延伸。且其中分支点界定出辐射元件的第一段及第二段，且第一段在第一段的一端具有馈入接脚以及第二段是弯曲的。其中介于辐射元件与接地之间的短路路径围绕第二段的一部分且连接至接地。

本发明提供的小型化印刷电路板天线通过将短路路径围绕辐射元件的第二段的一部分，进一步的，本发明提供的小型化印刷电路板天线的基板包含多层及导通孔，以实现延伸天线于基板的不同层，天线可进一步缩小其尺寸，进而满足应用需求。

附图说明

图1A是现有技术中单极天线的结构示意图。

图1B是现有技术中倒F天线的结构示意图。

图2是显示依据本发明一实施例小型化印刷电路板天线的俯视图。

图3是显示如图2所示且尺寸为3mm×20mm的小型化印刷电路板天线的仿真曲线及实验结果示意图。

图4是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线的俯视图。

图5是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线的俯视图。

图6是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线的俯视图。

图7是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线的俯视图。

图8，是依据本发明实施例小型化印刷电路板天线延伸于基板不同层的透视图。

图9是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线延伸于基板不同层的透视图。

图10是显示如图9所示的小型化印刷电路板天线的实验结果示意图。

图11是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线延伸于基板不同层的透视图。

图12是显示图11所示的小型化印刷电路板天线实验结果的曲线图。

图13是显示依据本发明一实施例小型化印刷电路板天线延伸于基板不同层的俯视图。

图14是显示图13所示的小型化印刷电路板天线实验结果的曲线图。

图15是显示依据本发明一实施例小型化印刷电路板天线延伸于基板不同层的俯视图。

图16是显示图15所示的小型化印刷电路板天线实验结果的曲线图。

图17是显示依据本发明一实施例小型化印刷电路板天线延伸于基板不同层的透视图。

图18是显示图17所示的小型化印刷电路板天线实验结果的曲线图。

具体实施方式

揭露一种小型化印刷电路板天线。参考下列实施例并配合图2至图18的附图说明，可使本发明的叙述更加详细，但下列实施例并非是对本发明的限制。

参考图2，其是显示依据本发明实施例小型化印刷电路板天线200的俯视图。小型化印刷电路板天线200包含基板202，如本领域内技术人员所熟知的FR4、FR408、或Rogers 4003；辐射元件210，图刻(patterned)在基板202上；在基板202上的接地(ground)204；及短路路径206，图刻在基板202上。短路路径206的一端在A点电性连接接地204，且短路路径206的另一端电性连接辐射元件210于分支点，称作B点。B点界定出辐射元件210的第一段211与第二段212。第一段211在第一段211的一端(即C点)具有馈入接脚(feed pin)，且第二段212是弯曲的。在本实施例中，第二段212在D点与E点具有两转弯(turn)。介于辐射元件210与接地204间的短路路径206围绕第二段212的一部分。需要说明的是，尽管本实施例中第二段212仅有两个转弯，在其它实施例可有更多的转弯。此外，尽管两个转弯均为90度角，在其它实施例中可为任何度数的角度，即上述“转弯”意指改变方向并不表示要转直角。

需要说明的是，如图2所示，短路路径206从E点围绕第二段212至第二段212的一端。然而，在另一实施例中，天线的短路路径206可围绕天线第二段的“任何部分”，优选的，围绕第二段的一部分以缩小天线的尺寸。

通过从A点延伸短路路径206至辐射元件210与接地204之间并连接至接地204以便于围绕第二段212的一部分，可有效的减少辐射元件210与接地204间的距离。图3是显示如图2所示且尺寸为3mm×20mm的小型化印刷电路板天线的仿真曲线及实验结果示意图。由结果得知，小型化印刷电路板天线的频宽可为70MHz，其返回损失(Return Loss)小于-10dB。

图4是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线的俯视图。除了上述第二段212的一端连接至金属平面413之外，小型化印刷电路板天线的结构400相似于小型化印刷电路板天线200。特别的是，第二段212截止于金属平面413。此结构尺寸可为4.5mm×12mm且仿真与实验数据显示其频宽约80MHz，返回损失小于-10dB。

图5是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线的俯视图。除了上述第二段212的一端连接至传输线513之外，小型化印刷电路板天线的结构500相似于小型化印刷电路板天线200。特别的是，第二段212截止于传输线513。此结构尺寸可为7mm×8mm且仿真与实验数据显示，其频宽约80MHz，返回损失小于-10dB。

此外，请参照图6与图7，图6是显示依据本发明一实施例小型化印刷电路板天线的俯视图，以及图7是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线的俯视图。在本发明的另一实施例中，上述第一段可弯曲，即如图6所示的小型化印刷电路板天线600，第一段211在F点与G点具有两转弯。所产生的结构尺寸可为3mm×17.5mm，且仿真与实验数据显示频宽约130MHz其电压驻波比(VSWR)小于3∶1，以及70MHz，而返回损失小于-10dB。若第一段211具有更多转弯，即如图7所示的结构，第一段211在F、G、H、I点转向四次。小型化印刷电路板天线700进一步减少其尺寸至3mm×15mm，且小型化印刷电路板天线700的频宽约变成70MHz且返回损失小于-10dB。

参照图8，是依据本发明实施例小型化印刷电路板天线800延伸于基板不同层的透视图。小型化印刷电路板天线800包含基板802，如本领域内技术人员所熟知的FR4、FR408或Rogers4003；辐射元件810，图刻在基板802；在基板802上的接地804；以及短路路径806，图刻在基板802上。短路路径806的一端电性连接接地804于A点，而短路路径806的另一端电性连接辐射元件810于分支点，称作B点。B点界定出辐射元件810的第一段811及第二段812。第一段811具有在其一端(即C点)处的馈入接脚(feed pin)，而第二段812通过导通孔(via hole)延伸至基板802的其它层的底层。其中接地804、辐射元件810及短路路径806位于基板802的顶层上。第二段812通过导通孔以在D点与E点形成两转弯。位于辐射元件810与接地804之间的短路路径806围绕第二段812的一部分，并电性连接至接地804。在图8所示的实施例中，第二段812以金属平面作为结束。另一实施例中，第二段812可截止于传输线。图8结构尺寸可为3mm×11mm，且仿真与实验数据显示其具频宽约60MHz，返回损失小于-10dB。

图9是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线延伸于基板不同层的透视图。在图9所示的另一实施例中，小型化印刷电路板天线900的第二段812延伸至基板802的底层或其它层，且在基板802底层上的J点及K点具有两转弯。所造成的结构尺寸可为2.5mm×10mm，其实验结果如图10所示。图10是显示如图9所示的小型化印刷电路板天线的实验结果示意图。从图10所示的曲线图可知，小型化印刷电路板天线900具有频宽约55MHz，返回损失小于-10dB。

此外，若界定每一基板具有一对长边与一对短边，小型化印刷电路板天线200、400、500、600、700、800及900的辐射元件可实质地延伸于平行于基板长边的第一方向，且小型化印刷电路板天线200、400、500、600、700、800及900的辐射元件也可大致地延伸至平行于基板短边的第二方向。举例来说，请参照图11，是显示依据本发明另一实施例小型化印刷电路板天线延伸于基板不同层的透视图。在图11所示的一实施例中，辐射元件810，或更特别地，小型化印刷电路板天线1100的第二段812延伸至基板802的底层，且在基板802底层的J点、K点、L点处具有三个转弯。请注意，实施例中第二段812延伸于第二方向而不是第一方向。明确地说，本实施例中的“第二方向”是相对于上述第二段大致地延伸于“第一方向”的实施例。图11的结构其尺寸可为3mm×10mm，且图12是显示图11所示的小型化印刷电路板天线实验结果的曲线图。从图12所示的曲线图可知，小型化印刷电路板天线1100达到良好的阻抗匹配。

无论延伸于第一方向或第二方向，上述所有接地、辐射元件及短路路径均位于基板的角落处附近。然而，本发明的接地、辐射元件及短路路径也可沿一侧配置，例如基板的一长边或一短边配置。例如，图13是显示依据本发明一实施例小型化印刷电路板天线1300延伸于基板不同层的俯视图。小型化印刷电路板天线1300包含基板1302，如本领域内技术人员所熟知的FR4、FR408、或Rogers4003；辐射元件1310，图刻在基板1302上；在基板1302上的接地1304；以及短路路径1302。短路路径1306的一端电性连接接地1304于A点，且短路路径1306的另一端电性连接辐射元件1310于分支点，称作B点。B点界定出辐射元件1310的第一段1311与第二段1312。第一段1311在其一端(即C点)具有馈入接脚(feed pin)，且第二段1312通过导通孔延伸至基板1302的底层或其它层(未图示)。第二段1312穿过导通孔形成多个转弯(未图示)。介于辐射元件1310与接地1304间的短路路径1306围绕第二段1312的一部分。图13的结构其尺寸可为3mm×12mm，且图14是显示图13所示的小型化印刷电路板天线实验结果的曲线图。表明同样能达到良好的阻抗匹配。

图15是显示依据本发明一实施例小型化印刷电路板天线延伸于基板不同层的俯视图。小型化印刷电路板天线1500沿一侧(如基板1502的一长边或一短边)的配置。相对于图13所示的印刷电路板天线1300，基板1502的馈入接脚与短接脚位置不同于基板1302的馈入接脚与短接脚位置。因此，结构相对应于改变的馈入接脚与短接脚的位置而改变，改变后的结构尺寸可为3mm×12mm，且实验结果如图16所示，图16是显示图15所示的小型化印刷电路板天线实验结果的曲线图。

再者，若天线不得不以不规则的多角形而会占用空间时，如图17所示的L形，则天线可设计如下。图17是显示依据本发明一实施例小型化印刷电路板天线1700延伸于基板不同层的透视图。小型化印刷电路板天线1700包含基板1702，如本领域内技术人员所熟知的FR4、FR408或Rogers4003；辐射元件1710，图刻在基板1702上；在基板1702上的接地1704；以及短路路径1706，图刻在基板1702上。短路路径1706的一端电性连接接地1704于A点，而短路路径1706的另一端电性连接辐射元件1710于分支点，称作B点。B点界定出辐射元件1710的第一段1711及第二段1712。第一段1711在其一端(即C点)具有馈入接脚(feed pin)，及第二段1712通过导通孔延伸至基板1702的底层或其它层。第二段1712通过导通孔在D点与E点形成两转弯。位于辐射元件1710与接地1704之间的短路路径1706围绕第二段1712的一部分，并电性连接至接地1704。在本实施例中，为配合此区域，第二段1712同时在以上所界定的第一方向及第二方向延伸，并在基板1702底层或基板1702其它层上的J点、K点及L点具有三个转弯。图17结构尺寸可为7mm×7mm，且实验资料如图18所示。图18是显示图17所示的小型化印刷电路板天线实验结果的曲线图。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种小型化印刷电路板天线，其特征在于，所述的小型化印刷电路板天线包含：

基板；

接地，位于所述的基板上；

辐射元件，图刻在所述的基板上；以及

短路路径，图刻在所述的基板上，所述的短路路径从所述的辐射元件的分支点延伸；

其中所述的分支点界定出所述的辐射元件的第一段及第二段，且所述的第一段在所述的第一段的一端具有馈入接脚以及所述的第二段是弯曲的；以及

其中介于所述的辐射元件与所述的接地之间的所述的短路路径围绕所述的第二段的一部分且连接至所述的接地。

2.如权利要求1所述的小型化印刷电路板天线，其特征在于，所述的第二段的一端截止于金属平面或传输线。

3.如权利要求1所述的小型化印刷电路板天线，其特征在于，所述的第一段是弯曲的。

4.如权利要求3所述的小型化印刷电路板天线，其特征在于，所述的第一段是通过多个转弯而弯曲。

5.如权利要求1所述的小型化印刷电路板天线，其特征在于，所述的接地、所述的辐射元件及所述的短路路径位于所述的基板的顶层上。

6.如权利要求5所述的小型化印刷电路板天线，其特征在于，所述的基板具有导通孔及所述的第二段是经由所述的导通孔延伸至所述的基板的底层。

7.如权利要求6所述的小型化印刷电路板天线，其特征在于，所述的第二段在所述的基板的所述的底层上具有多个转弯。

8.如权利要求1所述的小型化印刷电路板天线，其特征在于，所述的接地、所述的辐射元件及所述的短路路径是位于所述的基板的角落处。

9.如权利要求1所述的小型化印刷电路板天线，其特征在于，所述的接地、所述的辐射元件及所述的短路路径位于沿着所述的基板的一侧。

10.如权利要求1所述的小型化印刷电路板天线，其特征在于，所述的基板具有长侧及短侧，且所述的辐射元件大致沿平行于所述的长侧的第一方向、平行于所述的短侧的第二方向或同时在所述的第一方向及所述的第二方向延伸。

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