CN101304112A

CN101304112A - 超宽频天线与应用其的即插即用装置

Info

Publication number: CN101304112A
Application number: CNA200710103426XA
Authority: CN
Inventors: 翁金辂; 杨育展; 李伟宇; 苏绍文; 周瑞宏
Original assignee: Lite On Technology Corp
Current assignee: Sun Yat Sen University; Lite On Technology Corp
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2008-11-12

Abstract

本发明公开一种超宽频天线与应用其的即插即用装置。即插即用装置的介质基板上具有一接地面。超宽频天线包括一辐射金属片与一馈入部。辐射金属片位于介质基板上无接地面的区域，且具有至少一槽缝。此槽缝的开口端位于辐射金属片面对接地面的一边缘处。馈入部亦位于辐射金属片面对接地面的边缘处，以接收信号至天线。

Description

超宽频天线与应用其的即插即用装置

技术领域

本发明是有关于一种天线，且特别是有关于一种适用于即插即用装置的超宽频天线。

背景技术

随着无线通信技术的进步，在未来以无线信号传输方式，取代有线信号传输方式已成为必然的趋势。

自从美国联邦通信委员会(Federal communications commission)于2002年公布了超宽频技术的标准规格后，关于这种适用于短距离高速传输技术的相关研究与发明便如雨后春笋般出现。然而，虽然美国联邦通信委员会开放3.1～10.6GHz为超宽频技术应用的频带，但目前较广泛使用的超宽频商业应用频带仅为3.1～6.0GHz，此为超宽频应用频带的较低频频带(Lowerband)。

由于频宽越大、传输信息速率也越快的关系，超宽频技术可达成100～500Mb/s的传输速率，大幅的增加以前所无法达到的信息传输速度及传输量，因此即使连影像等需要庞大信息传输量的信号也可借由超宽频技术达成无线传输，我们可预期以超宽频技术打造无线的家庭影音环境将获得实现。

此外，使个人电脑与周边设备如：键盘、鼠标、屏幕、打印机、传真机等之间的信号连接全都无线化，也可借由超宽频技术达成。在将来，个人电脑主机只需要连接一内建超宽频信号接收模组的USB(Universal serial bus)即插即用装置，即可完成电脑主机与周边设备的信号连结。要达到此一目的，一适用于USB即插即用装置的缩小化超宽频天线，就成为相当重要的关键技术之一。

台湾专利I248,231号所公开的“平面单极天线”，和台湾专利I239,122号所公开的“全向性宽频单极天线”，其应用天线所需的长度皆约为最低操作频率波长的0.18倍。在即插即用装置不断追求外观尺寸缩小化的趋势下，此天线长度会造成尺寸缩小化的限制。

发明内容

本发明关于一种超宽频天线与应用其的即插即用装置，超宽频天线设计的天线尺寸所需长度仅为10mm，约为最低操作频率3.1GHz波长的0.1倍。本发明天线不仅可产生一涵盖超宽频应用频带较低频频带(3.1～6.0GHz)的操作频宽，且具有结构简单、制作容易、制作成本低廉的优点。

根据本发明，提出一种超宽频天线，应用于一即插即用装置，此即插即用装置的介质基板上具有一接地面。超宽频天线包括一辐射金属片与一馈入部。辐射金属片位于介质基板上无接地面的区域，且具有至少一槽缝。此槽缝的开口端位于辐射金属片面对接地面的一边缘处。馈入部亦位于辐射金属片面对接地面的边缘处，以接收信号至天线。

根据本发明，再提出一种即插即用装置，此装置包括一本体与一超宽频天线。本体包括一介质基板，此介质基板上具有一接地面。超宽频天线包括一辐射金属片与一馈入部。辐射金属片位于介质基板上无接地面的区域，且具有至少一槽缝。此槽缝的开口端位于辐射金属片面对接地面的一边缘处。馈入部亦位于辐射金属片面对接地面的边缘处，以接收信号至天线。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1所示为本发明实施例一的超宽频天线的示意图。

图2所示为应用超宽频天线的即插即用装置的示意图。

图3所示为图1的超宽频天线的返回损失实验的测量结果图。

图4所示为图1的超宽频天线在3090MHz的辐射场型图。

图5所示为图1的超宽频天线在4930MHz的辐射场型图。

图6所示为图1的超宽频天线在其操作频带内的天线增益与辐射效率的曲线图。

图7所示为本发明实施例二的超宽频天线的示意图。

图8所示为本发明实施例三的超宽频天线的示意图。

图9所示为本发明实施例四的超宽频天线的示意图。

主要元件符号说明

1、7、8、9：超宽频天线

2：即插即用装置

11：介质基板

12：接地面

13、73、83、93：辐射金属片

24：连接器

25：本体

26：射频电路

27：数字信号处理电路

61、62：曲线

131、731、831、931：边缘处

132、732、832、932：槽缝

134、734、834、934：馈入部

具体实施方式

本发明的超宽频天线主要是借由在金属片上挖置槽缝的方式，来有效的达成延长天线电流谐振路径的效果，进而达到天线缩小化的目的。该槽缝的开口端位于辐射金属片面对接地面的一边缘处，由于此处的电流分布较强，因此在此挖置槽缝可有显著的降频效果，且本实施例的天线仍可保有良好的阻抗频宽与辐射效率特性来满足超宽频系统的实际应用需求。以下举数个实施例加以说明。

实施例一

请参照图1，其所示为本发明实施例一的超宽频天线的示意图。如图1所示，超宽频天线1设置于一介质基板11上，此介质基板11例如是一即插即用装置的系统电路板。介质基板11上具有一接地面12，天线1的辐射金属片13位于介质基板11上无接地面的区域中。辐射金属片13大致为一矩形片状，且具有至少一槽缝132。槽缝132的开口端位于辐射金属片13面对接地面12的一边缘处131。天线1的馈入部134亦位于辐射金属片13面对接地面12的边缘处131，用以接收一信号至该天线1。辐射金属片13例如是以印刷或蚀刻技术形成于介质基板11上。

并请参照图2，其所示为应用超宽频天线的即插即用装置的示意图。如图2所示，即插即用装置2包括一连接器24与一本体25，连接器24用以连接于其他主机上。本体25内部的天线设计即如图1所示(在图2中相同元件的标号沿用图1中的标号)，其中天线1位在本体25内的介质基板11上，其馈入部134与连接介质基板11连接。介质基板11的接地面12上并设置有射频电路(radio frequency circuit)26与数字信号处理电路(digital signalprocessing circuit)27。

值得注意的是，本实施例一的辐射金属片13上挖置有槽缝132，以达成延长天线电流谐振路径的效果，进而达到天线缩小化的目的。而槽缝132的开口端位于辐射金属片13面对接地面12的边缘处131，由于此处的电流分布较强，因此在此挖置槽缝132可有显著的降频效果，以下结合附图说明。

请参照图3，其所示为图1的超宽频天线的返回损失(return loss)实验的测量结果图。本实施例一选择下列尺寸进行实验测量：辐射金属片13的形状大致为一矩形片状，其长度为10mm、宽度为20mm。辐射金属片13的槽缝132，其长度为5mm、宽度为1mm，且辐射金属片13的一厚度为0.8mm。图3中的纵轴表示返回损失值，横轴表示操作频率。我们可由返回损失的测量结果观察到，本实施例一的天线在3.1～6GHz的频带内，天线返回损失值均高于10dB，大体而言，此天线返回损失水平能够满足超宽频系统的实际应用需求。

图4与图5所示为图1的超宽频天线分别在3090MHz与4930MHz的辐射场型图。由图4与图5所得的结果，其水平面(x-y平面)的Eθ与

的辐射场量差异不大，因此具有可以抵抗传输信号多重路径衰减的效应。

并请参照图6，其所示为图1的超宽频天线在其操作频带内的天线增益与辐射效率的曲线图。图6中，右方纵轴表示天线辐射效率，左方纵轴表示天线增益，横轴表示操作频率。天线增益的曲线为图中的曲线61，而天线辐射效益的曲线为图中曲线62。由所得的结果，在3.1～6.0GHz的频带内，天线辐射效率皆在60％以上，天线辐射增益也都大于1dBi，其可视为一辐射良好的天线。

相比于台湾专利I248,231号所公开的“平面单极天线”，和台湾专利I239,122号所公开的“全向性宽频单极天线”，其应用天线所需的长度皆约为最低操作频率波长的0.18倍，本实施例一的天线尺寸所需长度仅为10mm，约为最低操作频率3.1GHz波长的0.1倍。因而，本实施例的天线1应用于即插即用装置2或其他电子装置时，所占的空间相对较少。使得天线1所应用的产品其整体尺寸的要求也相对的降低，使用者携带时更为方便。同时，天线仍保有良好的阻抗频宽与辐射效率特性，以满足超宽频系统的实际应用需求。

实施例二

请参照图7，其所示为本发明实施例二的超宽频天线的示意图。实施例二提出的超宽频天线与实施例一的超宽频天线1的不同之处在于天线结构的设计，因而在图示中相同的元件将沿用旧有的标号，且不再赘述。如图7所示，辐射金属片73上包括二个槽缝732，优选地，二个槽缝732以馈入部734为对称位在介质基板11上无接地面12的区域。槽缝732均为一T形，虽其与该实施例1的槽缝132在外观上有所差异，但因为此槽缝732也能达成延长天线电流谐振路径的效果，故也能使得本实施例二的天线7达到缩小化的目的。

同样地，槽缝732的开口端位于辐射金属片73面对接地面12的一边缘处731，由于此处的电流分布较强，因此在此挖置槽缝732可有显著的降频效果。除了辐射金属片73上槽缝732的形状与数量差异外，本实施例二其他结构均与实施例一相同，因此，本实施例二也能达到超宽频天线的阻抗频宽与辐射效率需求。

实施例三

请参照图8，其所示为本发明实施例三的超宽频天线的示意图。实施例三的超宽频天线与实施例一的超宽频天线1的不同之处在于天线结构的设计，因而于图示中相同的元件将沿用旧有的标号，且不再赘述。如图8所示，天线8的辐射金属片83上的槽缝832为一倒L形，且辐射金属片83的边缘处831具有一截角，槽缝832的开口端位于此截角处并面对接地面12。辐射金属片83的馈入部834亦位于边缘处831。辐射金属片83的倒L形槽缝与截角的设计能达成延长天线电流谐振路径的效果，故也能使得本实施例的天线达到缩小化的目的。由于接地面12的边缘处831的电流分布较强，因此在此挖置槽缝832可有显著的降频效果。除了辐射金属片83与槽缝832的形状差异外，实施例三的天线8的其他结构均与实施例一相同，故也能达到超宽频天线的阻抗频宽与辐射效率需求。

实施例四

请参照图9，其所示为本发明实施例四的超宽频天线的示意图。实施例四的超宽频天线与实施例一的超宽频天线1的不同之处在于天线结构的设计，在图示中相同的元件将沿用旧有的标号，且不再赘述。如图9所示，天线9的辐射金属片93其形状可为一圆形或椭圆形，虽其与实施例一的辐射金属片13有所差异，但也均能达到超宽频天线的阻抗频宽与辐射效率需求。辐射金属片93的馈入部934位于边缘处931。在辐射金属片93上的槽缝932能达成延长天线电流谐振路径的效果，故也能使得本实施例的天线9达到缩小化的目的。另外，槽缝932的开口端位于辐射金属片93面对接地面12的一边缘处931。由于此处的电流分布较强，因此，在此挖置槽缝932可有显著的降频效果。除了辐射金属片93与实施例一的辐射金属片13具形状上的差异外，实施例四的天线9的其他结构均与实施例一相同。

本发明上述实施例所公开的超宽频天线与应用其的即插即用装置，系借由在辐射金属片上适当位置处挖置槽缝的方法来延长天线电流谐振路径，即可以使得本发明天线达成缩小化的目的。槽缝的开口端位于辐射金属片面对接地面的边缘处，由于此处的电流分布较强，因此在此挖置槽缝具有显著的降频效果，进而可涵盖3.1～6.0GHz的频带，且天线辐射场型与辐射效率系符合超宽频系统的实际应用需求。同时，本发明天线具有结构简单、制作容易、成本低廉的优点。

综上所述，虽然本发明已以一优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种超宽频天线，应用于一即插即用装置中，该即插即用装置包括一介质基板，该介质基板具有一接地面，该超宽频天线包括：

一辐射金属片，设置于该介质基板的无该接地面的区域，该辐射金属片具有至少一槽缝，该槽缝的开口端位于该辐射金属片面对该接地面的一边缘处；以及

一馈入部，位于该辐射金属片面对该接地面的该边缘处，通过该馈入部接收一信号至该天线。

2.根据权利要求1所述的超宽频天线，其中该介质基板为一系统电路板。

3.根据权利要求1所述的超宽频天线，其中该辐射金属片由印刷或蚀刻技术形成于该介质基板上。

4.根据权利要求1所述的超宽频天线，其中该辐射金属片具有二槽缝，位于该馈入部的二侧。

5.根据权利要求1所述的超宽频天线，其中该槽缝的形状为一直线形或一T形或一倒L形。

6.根据权利要求1所述的超宽频天线，其中该辐射金属片大致为一矩形，且在该辐射金属片面对该接地面的角落处具有截角。

7.根据权利要求1所述的超宽频天线，其中该辐射金属片大致为一圆形或一椭圆形。

8.一种即插即用装置，包括：

一本体，包括一介质基板，该介质基板上具有一接地面；以及

一超宽频天线，包括：

9.根据权利要求8所述的即插即用装置，其中该介质基板为一系统电路板。

10.根据权利要求8所述的即插即用装置，其中该辐射金属片由印刷或蚀刻技术形成于该介质基板上。