CN101431179A - 具有延伸接地面的平面倒f天线 - Google Patents

Abstract

一种具有延伸接地面的平面倒F天线，是在该平面倒F天线的接地金属片一选定侧缘形成有一预定高度的延伸接地面。该平面倒F天线的天线信号辐射板通过一短路段连接于该接地金属片，并与该接地金属片保持一平行距离，一馈入端由该天线信号辐射板朝该接地金属片的方向延伸出而对应于该延伸接地面，并与该延伸接地面之间保持一间距。借助延伸接地面的设计，可改善天线的阻抗匹配，增加天线的阻抗频宽。

Description

具有延伸接地面的平面倒F天线

技术领域

本发明是关于一种平面倒F天线的结构设计，特别是关于一种具有延伸接地面的平面倒F天线，具有良好的天线阻抗匹配特性及较佳的阻抗频宽。

背景技术

查天线是在无线通讯系统中用来传送与接收电磁波能量的关键性组件，其电气特性良好与否足以影响通讯的品质，是无线信号接收及发射品质好坏的指标。在各种不同的无线信号传送接收的应用产品中，其使用的天线结构与制作材质不尽相同。选用适当的天线除了有助于搭配产品的外型以及提升无线信号的传输特性外，还可以更进一步降低整个无线设备的成本。

天线的使用除了需具有良好的无线传送/接收特性之外，如何搭配所应用的电子设备亦是极为重要。例如对于诉求轻薄短小的移动电话及其它可携式无线电子设备(例如笔记本电脑)，其所使用的天线即需兼顾到其产品的整个外形设计及良好的信号传送/接收特性，业者在此类电子设备中所使用的天线都往小型化的目标研发设计。

为了要达到小型化天线的目的，于是有平面倒F天线(Planar Inverted FAntenna，简称PIFA)天线的设计。由于此种天线具有近似全向性的辐射场型以及结构简单、天线的操作长度只有四分之一操作波长…等优点，所以非常适合于例如蓝芽装置、移动电话、及其它可携式无线电子设备中使用。再者，由于PIFA天线只需利用金属导体配合适当的馈入及天线短路到接地面的位置，故其制作成本低，而且可以直接与电子设备的电路基板焊接在一起。

现有的PIFA天线的结构，主要包括有一接地金属片(Ground Plane)、一短路段(Short Circuit Piece)、一平板状信号辐射板(Planar Radiating Plate)，其中该平板状信号辐射板可在一预定位置连接一信号传输线，该预定位置即作为该PIFA天线的信号馈入端(Feed Point)。

发明内容

本发明所欲解决的技术问题

虽然一般结构设计的平面倒F天线具有结构简单、天线的操作长度只有四分之一操作波长、体积小、适合可携式电子设计使用…等优点，但在天线的阻抗匹配方面仍有待改进的空间，且天线的阻抗频宽仍为不足。

如果能维持平面倒F天线的结构简易的优点之外，尚针对平面倒F天线的阻抗匹配及阻抗频宽方面，再予以进一步改良，则当会使平面倒F天线的商业应用更具优势。

因此，本发明的主要目的是提供一种具有延伸接地面结构的平面倒F天线结构，在不增加平面倒F天线的结构复杂性的状况下，借助本发明的延伸接地面的结构设计，可以改善天线的阻抗匹配，增加天线的阻抗频宽。

本发明的另一目的是提供一种具有单一馈入、双频段辐射及一体成型的平面倒F天线结构。

本发明解决问题的技术手段

本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段是设计出一种具有延伸接地面、立体、一体成形、单一馈入、双频段辐射的平面倒F天线的创新设计。该平面倒F天线包括有一接地金属片、一延伸接地面由该接地金属片的其中一侧缘朝馈入端方向延伸出一预定高度、一短路段形成于该接地金属片的一侧缘一预定高度、至少一天线信号辐射板，通过该短路段连接于该接地金属片、一馈入端由该第二天线信号辐射板朝该接地金属片的方向延伸出而对应于该延伸接地面，并与该延伸接地面之间保持一间距。本发明的较佳实施例中，设置有两个独立的天线信号辐射板(metal strip)分别提供高频与低频的电流路径。

本发明对照先前技术的功效

本发明借助预定高度的延伸接地面与连接于短路段的天线信号辐射板的馈入端相对应，除了可调整短路段与馈入端之间距达成良好的阻抗匹配之外，本发明的结构设计中更借助延伸接地面的设计，可以进一步改善阻抗匹配，增加天线的阻抗频宽。

本发明的较佳实施例中，通过两个独立的金属片是天线信号辐射板分别提供高频与低频的电流路径，因而可得到双频段辐射；此两个操作频率可以通过调整不同的金属片长度，独立控制操作频率点。并且利用延伸接地面的设计，可有效的增加天线的阻抗频宽(impedance bandwidth)。

本发明的天线结构由于很容易以现行薄形金属板件制成具有单一馈入、双频段辐射及一体成型的平面倒F天线结构，故在产业利用时，适合量产。

附图说明

为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例作进一步的说明，其中：

图1显示本发明具有延伸接地面的平面倒F天线的第一实施例结构立体图；

图2显示一同轴电缆线的信号馈入线焊接于天线的馈入端，而同轴电缆线的披覆地线则焊接于天线的延伸接地面；

图3显示图2中3-3断面的剖视图；

图4显示图2中短路段、馈入端、延伸接地面之间空间配置关系的示意图；

图5显示在改变图1所示第一天线信号辐射板的不同狭缝数时，反射损失与频率的响应图；

图6显示当改变不同第二天线信号辐射板长度时，反射损失与频率的响应图；

图7是显示当增加本发明的延伸接地面与未设置延伸接地面时与未配置延伸接地面时，反射损失与频率的响应图；

图8是显示本发明具有延伸接地面的平面倒F天线的第二实施例结构图。

具体实施方式

本发明提出一种具有延伸接地面、立体、一体成形、单一馈入、双频段辐射的平面倒F天线(PIFA)的创新设计。参阅图1所示，本发明具有延伸接地面的平面倒F天线100的第一实施例结构包括有一平板状的接地金属片1，该接地金属片1具有一侧缘11及一对向的侧缘12。

一短路段2向上凸伸地形成在该接地金属片1的侧缘11一预定高度，并在短路段2的顶端连接有一第一天线信号辐射板3。第一天线信号辐射板3与该接地金属片1之间保持一平行距离，用以提供该平面倒F天线100的低频信号的电流路径。第一天线信号辐射板3在邻近于短路段2处形成有数个狭缝结构31(slit)。

一第二天线信号辐射板4形成在第一天线信号辐射板3的水平方向侧边，两者之间具有预设的间距，第二天线信号辐射板4亦与该接地金属片1保持一平行距离，用以提供该平面倒F天线100的高频信号的电流路径。第一天线信号辐射板3与第二天线信号辐射板4的位置亦可以互相调换。

第一天线信号辐射板3与第二天线信号辐射板4分别提供两个不同的电流路径，使得天线得以借助第一天线信号辐射板3操作于第一共振频率(低频)与第二天线信号辐射板4操作于第二共振频率(高频)，并借助第一天线信号辐射板3的狭缝结构31来增加等效电流路径，得以缩短第一天线信号辐射板3的总长度。调整第二天线信号辐射板4的长度可单独调整高频的操作频率。

一馈入端5由该第二天线信号辐射板4对应于该接地金属片1的侧缘11的方向延伸出而对应于一延伸接地面6的顶缘。本发明的第一实施例中，该延伸接地面6是一垂直接地面，其是由该接地金属片1的侧缘11朝该第二天线信号辐射板4的方向垂直地延伸出一预定高度，并与馈入端5保持一间距g。在本实施例中，该短路段2是形成于该接地金属片1邻近该第一天线信号辐射板3的一侧缘11处，而该延伸接地面6也位在该侧缘11处。

除了可调整短路段2与馈入端5的间距达成良好的阻抗匹配之外，本发明的结构设计中还通过延伸接地面6的设计，可以进一步改善阻抗匹配，增加天线的阻抗频宽。

接地金属片1的形状可选择为矩形的结构型态，并可在接地金属片1的侧缘11及侧缘12各凸伸出有天线定位部13、14，使得整个平面倒F天线100可以现有的定位组件(如螺钉)直接锁固定位在标的电子设备(未示)的机壳选定位置处。天线定位部13、14可以形成在侧缘11及对应的侧缘12，当然亦可以制作于该接地金属片1的同一侧缘、或者前后左右侧任一位置。

参阅图2所示，一同轴电缆线7的信号馈入线71可焊接于馈入端5，而同轴电缆线7的披覆地线72则焊接于延伸接地面6。图3显示图2中3-3断面的剖视图，其显示该同轴电缆线7的信号馈入线71与披覆地线72分别焊接于馈入端5与延伸接地面6。图4显示短路段2、馈入端5、延伸接地面6之间空间配置关系的平面示意图。

在实际制作本发明具有延伸接地面的平面倒F天线100时，可以金属薄板件以一体成形的结构，经过适当的凹折即可能达成本发明具有延伸接地面的平面倒F天线100的立体形式。

本发明的天线特性的模拟结果于图5、6及7中说明。当改变第一天线信号辐射板3的狭缝结构31的不同狭缝数时，可改变天线第一共振频率的操作点。参阅图5所示，其即显示在改变第一天线信号辐射板3的狭缝结构31的狭缝数目时，反射损失(Return Loss)与频率的响应图。由图显示，当狭缝数由0增加到7时，第一共振频率由1170MHz降低为885MHz，这是因为当狭缝数越大时，相对的等效电流路径变长，因此使得频率降低。

由图5的结果可以知道，改变不同狭缝数时，仅改变第一共振频率的操作点，不改变第二共振频率。代表改变狭缝数仅对低频有影响对高频无影响，因而可通过调整不同狭缝数单独控制低频共振点。

图6显示当改变不同第二天线信号辐射板4长度时，反射损失(Return Loss)与频率的响应图。图6说明改变第二天线信号辐射板4的长度时，可调整天线的第二共振频率的操作点。此处第二天线信号辐射板4长度由20mm增加到26mm，第二共振频率由2495MHz降低为2068MHz；同样是因为当第二天线信号辐射板4长度越长时，代表等效电流路径变长，因此使得频率降低，此处仅改变第二共振频率的操作点，不改变第一共振频率。代表改变第二天线信号辐射板4长度仅对高频有影响对低频无影响，因而可通过调整不同第二天线信号辐射板4长度单独控制高频共振点。

图7是显示当增加本发明的延伸接地面与未配置延伸接地面时，反射损失(Return Loss)与频率的响应图。当一平面倒F天线加入本发明的延伸接地面6时，其所呈现的反射损失与频率的关系如频率响应曲线C1所示，而未配置延伸接地面所呈现的反射损失与频率的关系如频率响应曲线C2。由图中可以明显的得知，当加入延伸接地面6的设计，可使得天线的阻抗匹配获得更进一步的改善。此处加入延伸接地面6后，频宽可由162MHz增加到267MHz。

参阅图8所示，显示本发明具有延伸接地面的平面倒F天线100a的第二实施例结构。其大部份的结构与前述第一实施例相同，其差异在于延伸接地面6a是由接地金属片1在对应于第二天线信号辐射板4侧边的一侧缘15朝第二天线信号辐射板4的方向凸伸出一预定高度，而一馈入端5a则由该第二天线信号辐射板4对应于该延伸接地面6a向下凸伸而对应于该延伸接地面6a的顶缘，并与该延伸接地面6a的顶缘保持一间距g。在本实施例中，该短路段2是形成于该接地金属片1邻近该第一天线信号辐射板3的一侧缘11处，但该延伸接地面6a是位在邻近该第二天线信号辐射板4的另一侧缘15处。通过此一结构仍能达到如同前一实施例的功能与效果。

前述的实施例，皆是以两个天线信号辐射板的双频段辐射应用作为说明，本发明当然也可以应用在仅有单一个金属片的单段辐射应用领域中。

通过上述的本发明实施例可知，本发明确具产业上的利用价值。但以上的实施例说明，仅为本发明的较佳实施例说明，凡熟悉此项技术者当可依据本发明的上述实施例说明而作其它种种等同的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及变化，当仍属于本发明的发明精神及界定的专利范围内。

Claims (16)

1.一种具有延伸接地面的平面倒F天线，包括有：

一接地金属片；

一短路段，形成于该接地金属片的一侧缘一预定高度；

一第一天线信号辐射板，通过该短路段连接于该接地金属片，并与该接地金属片保持一平行距离，用以提供该天线的第一共振频率的电流路径；

一第二天线信号辐射板，通过该短路段连接于该接地金属片，并与该接地金属片保持一平行距离，用以提供该天线的第二共振频率的电流路径；

一馈入端，形成在该第二天线信号辐射板的一选定位置；

一延伸接地面，由该接地金属片的一侧缘朝该馈入端的方向延伸出一预定高度，并与该馈入端之间保持一间距。

2.根据权利要求1所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该延伸接地面是由该接地金属片的该侧缘向上垂直地朝该馈入端的方向延伸出。

3.根据权利要求1所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该短路段是形成于该接地金属片邻近该第一天线信号辐射板的一侧缘处，而该延伸接地面也位于该侧缘处。

4.根据权利要求1所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该短路段是形成于该接地金属片邻近该第一天线信号辐射板的一侧缘处，但该延伸接地面是位于邻近该第二天线信号辐射板的另一侧缘处。

5.根据权利要求1所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该第一天线信号辐射板具有多个狭缝，其狭缝数可改变该第一共振频率的操作点。

6.根据权利要求1所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该第二天线信号辐射板的长度改变可改变该第二共振频率的操作点。

7.根据权利要求1所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该接地金属片设有至少一天线定位部，用以将该平面倒F天线定位在一标的电子设备。

8.根据权利要求1所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该馈入端是连接至一同轴电缆线的信号馈入线，而该同轴电缆线的披覆地线则连接于该延伸接地面。

9.一种具有延伸接地面的平面倒F天线，包括有：

一接地金属片；

一短路段，形成于该接地金属片的一侧缘一预定高度；

至少一天线信号辐射板，通过该短路段连接于该接地金属片，并与该接地金属片保持一平行距离，用以提供该天线的共振频率的电流路径；

一馈入端，形成于该天线信号辐射板的一选定位置；

一延伸接地面，由该接地金属片的一侧缘朝该馈入端的方向延伸出一预定高度，并与该馈入端之间保持一间距。

10.根据权利要求9所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该延伸接地面是由该接地金属片的该侧缘向上垂直地朝该馈入端的方向延伸出。

11.根据权利要求9所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该短路段是形成于该接地金属片邻近该天线信号辐射板的一侧缘处，而该延伸接地面也位于该侧缘处。

12.根据权利要求9所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该短路段是形成于该接地金属片邻近该天线信号辐射板的一侧缘处，但该延伸接地面是位于邻近该天线信号辐射板的另一侧缘处。

13.根据权利要求9所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该天线信号辐射板具有多个狭缝，其狭缝数可改变该共振频率的操作点。

14.根据权利要求9所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该天线信号辐射板的长度改变可改变该共振频率的操作点。

15.根据权利要求9所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该接地金属片设有至少一天线定位部，用以将该平面倒F天线定位在一标的电子设备。

16.根据权利要求9所述的具有延伸接地面的平面倒F天线，其特征在于该馈入端是连接至一同轴电缆线的信号馈入线，而该同轴电缆线的披覆地线则连接于该延伸接地面。

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