CN101593870B - 金属线天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小型金属线天线，由一单一金属线制造构成，包括一主辐射单元、一接地单元、一短路单元及一同轴传输线。其中主辐射单元与接地单元借由短路单元连接，且同轴传输线与附设于主辐射单元和接地单元上的第一馈入点和第二馈入点电气连接。本发明的主辐射单元和接地单元都由金属线构成，整体天线体积小，耗材少，适用于小型无线网络终端设备，并可执行单频或双频操作模式。

Description

金属线天线

技术领域

本发明是有关于一种金属线天线，具体地说是指一种可于无线通讯装置的小型天线。

背景技术

随着无线网络技术的发展，无线网络技术已经被广泛的应用，可以让使用者随时随地的无线上网。而现有的应用于无线网络技术中的天线在结构设计上多为天线与天线接地面在同一单元上，并藉由同轴电线馈入。其中，一类平面天线，如倒F型天线得到了广泛的应用。

美国专利US20070296636A1公开了一种平面天线。该专利揭示了一种应用频段为2.4GHz的倒F型天线结构。

参阅图1，首先可以看到天线主辐射体A相对小于接地面B，平面形式的接地面B尺寸较大，使得天线系统的整体尺寸也比较大，进而金属耗材费也比较高。而缘于外观轻薄、小巧及美化的需求，无线网络终端设备都在向小型化、便携式的方向发展，故为了配合产品小尺寸的需求，应用在小型无线通讯设备中的内置天线，更加轻薄、短小也是大势所趋。

其次，倒F型天线在现有技术的设计上只能用于单频段运作，可以预期，随着无线通讯设备的快速发展，应用在无线通讯终端上的天线面对可双频操作的需求，显然现有的倒F型天线是无法满足这种需求的。因此，为了提升产品的功用和在未来市场中的竞争力，配置可双频操作的无线天线将是相关电子产品的主流趋势。

因此，综上所述，如何设计一种体积小、结构简单，并可进行双频段操作的小型天线就是本发明需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的即在提供一种体积小、结构简单，又可满足无线通讯设备双频操作需求的小型天线。

为了实现上述目的，本发明提供一种金属线天线，可于无线网络设备上实现单频操作，由单一金属线两次弯折制造而成，经两次弯折而成的三段金属线形成：一主辐射单元，具有一第一馈入端，且临近该第一馈入端有一第一馈入点；一接地单元，其长度大于该主辐射单元的长度，并平行于该主辐射单元，具有一第二馈入端，且临近该第二馈入端有一第二馈入点；以及，一短路单元，两端分别与该第一馈入端和该第二馈入端连接。

其中，该金属线天线更包含一同轴传输线，由一中心导线和一外层接地导体构成。并且，该第一馈入点与该中心导线连接，而该第二馈入点与该外层接地导体连接。该同轴传输线具有特性阻抗50欧姆，用以传递信号，而该金属线天线的材质可为铜线，漆包线或单芯线。

本发明还提供另一种金属线天线，可于无线网络设备内实现双频操作，由单一金属线的多次弯折制造而成回形针结构，经多次弯折而成的金属线形成：一主辐射单元，具有一第一馈入端，且临近该第一馈入端有一第一馈入点。一接地单元，其长度大于该主辐射单元的长度，且经两次弯折而包括有以下三部分：一第一单元，平行于该主辐射单元，具有一第二馈入端和一第一末端，且临近该第二馈入端有一第二馈入点；一第二单元，平行于该第一单元，具有一第二末端；以及一第三单元，其两端分别与该第一末端和该第二末端连接；具有一第二馈入端，且临近该第二馈入端有一第二馈入点。以及，一短路单元，两端分别与该第一馈入端和该第二馈入端连接。

随着该接地单元被多次弯折，该金属线天线构成一回形针结构。该第二单元位于该主辐射单元和该第一单元之间，或者该主辐射单元位于该第一单元和该第二单元之间。

其中，该金属线天线更包含一同轴传输线，由一中心导线和一外层接地导体构成。并且，该第一馈入点与该中心导线连接，而该第二馈入点与该外层接地导体连接。该同轴传输线具有特性阻抗50欧姆，用以传递信号，而该金属线天线的材质可为铜线，漆包线或单芯线。

由于应用在无线网络设备中的小型天线，多为平面金属片结构，因此天线尺寸与结构复杂度，大致决定天线整体价格。结构越复杂，整体尺寸越大，则天线的造价就越高，进而应用该天线的无线网络设备的成本就会越高。本发明提供的天线，辐射单元与接地单元均为金属线结构，大大缩小了天线整体的体积，配合无线操作频段，可制作成不同尺寸的天线以供无线网络设备之使用，还可实现双频段操作功能。

综上所述，本发明提供的金属线天线，由单一金属线弯折制造而成，可不需透过开模、冲压方式制作。结构简单，体积小，成本低，并可实现单频或双频操作模式。符合无线网络设备轻薄、短小的需求，提升产品功能的同时又有利于成本控制。

附图说明

图1是现有倒F型天线示意图；

图2是本发明第一实施例示意图；

图3是本发明第二实施例A示意图；

图4是本发明第二实施例B示意图；

图5是本发明第一实施例返回损失量测图；

图6是本发明第一实施例辐射场型量测图；

图7是本发明第一实施例天线增益与辐射效率图；

图8是本发明第二实施例返回损失量测图；

图9A～B是本发明第二实施例辐射场型量测图；以及

图10是本发明第二实施例天线增益与辐射效率图。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明为达到预定目的所采取的技术、手段及功效，配合参阅以下两个较佳实施例的详细说明和附图，将可清楚呈现。

在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。

简单的说，本发明小型金属线天线，主要应用在小型无线网络设备上，如具有蓝牙或Wi-Fi功能的手机、PDA、无线数位相框或笔记本电脑...等消费型电子产品，且可符合无线网络线路IEEE 802.11a、11b及11g的标准可操作在2.4GHz和5.2GHz的双频带天线。

参阅图2，为本发明第一较佳实施例示意图。本实施例提供的金属线天线10由一主辐射单元11，一接地单元12，以及一短路单元13构成，并借着一同轴传输线16馈入该金属线天线10。这其中，主辐射单元11具有一第一馈入端110，临近该第一馈入端110有一第一馈入点14。接地单元12具有一第二馈入端120，临近该第二馈入端120有一第二馈入点15。该短路单元13分别延伸连接至该第一馈入端110和该第二馈入端120。

本实施例中的金属线天线10，更进一步包含一同轴传输线16，由一中心导线161和一外层接地导体162包捆构成。其中，该第一馈入点14与该中心导线161连接，而该第二馈入点15则与该外层接地导体162连接。

本实施例的金属线天线10的材质可为铜线，漆包线或单芯线。其中，该同轴传输线16具有特性阻抗50欧姆，用以传递信号。

在第一实施例结构中，主辐射单元11、接地单元12和短路单元13的尺寸分别为：25mm、40mm和5mm，其中第一馈入点14、第二馈入点15和第一馈入端110、第二馈入端120的距离均为3mm。值得注意的是，上述尺寸及距离仅为举例说明，并非用以限定本发明。本实施例中，主辐射单元11的长度大于接地单元12的长度，并微调馈入点14、15与短路单元13之距离，而获得2.4GHz无线网络频带的良好阻抗匹配。

参阅图5，为本发明第一实施例返回损失量测图，本发明在10dB返回损失(Returnloss)阻抗频宽的定义下，本实施例的金属线天线10的操作频率的测量结果为2398-2523MHz，频宽约150MHz，涵盖2.4GHz无线局域网络频带。

参阅图6，为本发明第一实施例辐射场型量测图，其显示了本实施例操作于2442MHz的辐射场型量测结果。由所得之结果，水平面(x-y面)的辐射场型，为良好的全向性辐射场型，满足一般无线局域网络操作之应用需求。

图7是本发明第一实施例天线增益与辐射效率图，显示了在2.4GHz频带内，本实施例的增益值41介于2～3dBi，且辐射效率42可达到80％以上，表明了本实施例在2.4GHz频带的操作模式下具有良好的辐射特性。

参阅图3，为本发明第二较佳实施例A示意图。本实施例提供的金属线天线20由主辐射单元11、接地单元12和短路单元13构成。特别的是，与实施例一相比，先缩短天线辐射体，即主辐射单元11变短，并弯折接地单元12两次，呈一ㄇ字型结构，分别由三部分构成：第一单元121、第二单元123和第三单元122。整体金属线天线20形如一回形针结构。

其中，主辐射单元11具有一第一馈入端110，临近该第一馈入端110有一第一馈入点14。第一单元121具有一第二馈入端120和一个第一末端124，临近该第二馈入端120有一第二馈入点15。该短路单元13分别与该第一馈入端110和该第二馈入端120连接。该第三单元122分别与该第一末端124及第二单元123上的一第二末端125连接。

参阅图4，为本发明第二实施例B示意图。本实施例提供的金属线天线30由主辐射单元11、接地单元12和短路单元13构成。特别的是，与实施例一相比，先缩短天线辐射体，即主辐射单元11变短，并弯折接地单元12两次，呈一ㄇ字型结构，分别由三部分构成：一第一单元121、第二单元123和第三单元122。整体金属线天线30形成如一回形针结构。特别的是，该主辐射单元11位于该第一单元121和第二单元123之间。

其中，主辐射单元11具有一第一馈入端110，临近该第一馈入端110有一第一馈入点14。第一单元121具有一第二馈入端120和一第一末端124，临近该第二馈入端120有一第二馈入点15。该短路单元13分别与该第一馈入端110和该第二馈入端120连接。该第三单元122分别与该第一末端124及第二单元123上的一第二末端125连接。

本实施例更包含一同轴传输线16，其由一中心导线161和一外层接地导体162包捆构成。其中，该第一馈入点14可藉由连接一同轴传输线16的中心导线161来电气连接一讯号源，而该第二馈入点15则电气连接至该外层接地导体162，并通过该外层接地导体连接于无线局域网络设备的接地电位端。

与图3中第二单元123位于该主辐射单元11和该第一单元121之间不同的是，图4展示的金属线天线结构中，该主辐射单元11位于该第一单元121和该第二单元123之间。

再请参阅图3，第二实施例A的结构中，主辐射单元11、第一单元121、第二单元123、第三单元122和短路单元13的尺寸可分别为：14.5mm、23.5mm、18.5mm、2.5mm和5mm，其中第一馈入点14、第二馈入点15和第一馈入端110、第二馈入端120的距离均为2mm。在本实施例中，主辐射单元11的长度小于接地单元12的长度，并微调馈入点14、15与短路单元13之距离，而获得2.4/5.2GHz无线局域网络频带的良好阻抗匹配。值得注意的是，上述尺寸及距离仅为举例说明，并非用以限定本发明。

相对于第一实施例，本实施例透过弯折接地单元12，其主辐射单元11可共振约在5250MHz(高频模态)，而接地单元12的长度接近2442MHz的0.25个波长，可共振约在2442MHz(低频模态)。如此，藉由调整接地单元12与主辐射单元11之间的耦合特性，在两共振模态内获得不错的阻抗频宽，达到双频2.4/5.2GHz无线局域网络操作。

参阅图8，为本发明第二实施例返回损失量测图，显示了本发明在2.4GHz和5.2GHz下的阻抗频宽皆小于7.3-dB返回损失。

参阅图9A～B，为本发明第二实施例在2.4GHz和5.2GHz频段下的场型(Pattem)量测图。显示了本发明操作于2.4/5.2GHz双频带下的辐射场型量测结果。由所得之结果，水平面(x-y面)的辐射场型，为良好的全向性辐射场型，满足一般无线局域网络操作之应用需求。

而图10是本发明第二实施例天线增益与辐射效率图，显示了在2.4GHz频带内的，本实施例的金属线天线20的增益值41在2dBi左右，辐射效率42在80％以上。同样的，在5.2GHz频带内，本实施例金属线天线20的增益值41在3dBi左右，辐射效率42可达到90％以上。

由上述内容可知，相较于先前技术之片状天线结构的面积大、成本高、只能用于单频带操作等问题，本发明涉及的金属线天线，仅需使用单一金属线弯折制作完成，其天线轻盈、尺寸小、金属耗材量小、结构简单。在本发明第一实施例中，我们藉由弯折单一金属线两次，有效缩小天线整体尺寸，并形成主辐射单元、接地单元与短路单元，天线可操作在2.4GHz频带内。而在本发明第二实施例结构中，缩短天线主辐射单元长度，并弯折天线接地单元两次，形成如一回形针结构。在此条件下，天线可同时操作在2.4GHz和5.2GHz两个频带内，达成双频天线机制，并可达成电容性、电感性电抗两者平衡，获得良好的阻抗频宽。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。

Claims (6)

1.一种金属线天线，可用于无线网络设备内进行双频操作，其特征在于：由一单一金属线多次弯折制造而成，经多次弯折而成的金属线形成：

一主辐射单元，具有一第一馈入端，且临近该第一馈入端有一第一馈入点；

一接地单元，其长度大于该主辐射单元的长度，且经两次弯折而包括有以下三部分：

一第一单元，平行于该主辐射单元，具有一第二馈入端和一第一末端，且临近该第二馈入端有一第二馈入点；

一第二单元，平行于该第一单元，具有一第二末端；以及

一第三单元，其两端分别与该第一末端和该第二末端连接；

一短路单元，其两端分别与该第一馈入端和该第二馈入端连接；以及

一同轴传输线，由一中心导线和一外层接地导体构成，分别电气连接于该第一馈入点和该第二馈入点。

2.如权利要求1所述的金属线天线，其特征在于，该第一馈入点与该同轴传输线的该中心导线连接，而该第二馈入点则与该同轴传输线的该外层接地导体连接。

3.如权利要求1所述的金属线天线，其特征在于，随着该接地单元被多次弯折，使得该金属线天线构成一回形针结构。

4.如权利要求1所述的金属线天线，其特征在于，该同轴传输线具有特性阻抗50欧姆，用以传递信号。

5.如权利要求1所述的金属线天线，其特征在于，该第二单元可位于该主辐射单元和该第一单元之间。

6.如权利要求1所述的金属线天线，其特征在于，该主辐射单元可位于该第一单元和该第二单元之间。