CN101615715B - 电子装置与其使用的天线以及形成此天线的方法 - Google Patents

Abstract

一种电子装置与其使用的天线以及形成此天线的方法。所提供的天线包括收发件以及介电体。收发件具有接地部、辐射部、导电部以及馈入部。接地部与辐射部之间相隔的距离定义为一收发件高度，亦即两者间形成一空间。介电体设置于此空间中，亦即，介电体设置于接地部与辐射部之间。介电体具有介电体厚度，小于收发件高度。在一实施例中，介电体厚度与收发件高度的比值优选约介于0.4至0.7之间。

Description

电子装置与其使用的天线以及形成此天线的方法

技术领域

本发明关于一种天线，具有此天线的电子装置以及一种形成天线的方法；具体而言，本发明关于一种具有介电体的天线以及具有此天线的电子装置。

先前技术

目前消费性电子产品朝着轻薄短小兼具多功能的特色为发展主流，因此各式电子装置中的组成元件也朝着轻薄短小的设计发展。举例而言，目前电子装置中的基频模块与信号处理模块可利用集成电路化设计的方式，使电子装置体积缩小；然而，电子装置的天线设计无法以集成电路来进行天线小型化。

目前技术发展出的天线种类很多，其中分有多极与单极两种形式。多极天线例如为螺旋天线或螺线天线，而单极天线常见者例如为微带天线(patchantenna)或曲折型天线。单极天线中，常见的例子是将微带天线(或者曲折型天线)围绕在低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic)的基板上，形成所谓的陶瓷天线，试图缩小天线的尺寸。

然而，受限于电子装置所需的频率的要求，依陶瓷天线的几何外型与尺寸所需要的置放空间通常为固定，无法依照电子装置容纳空间的大小进行相对应的调整，电子装置的元件内部设计因此受限，无法进行更进一步的小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具介电体的天线，可依照欲收发的频率对天线进行尺寸调整。

本发明的另一目的在于提供一种具有天线的电子装置，可依照电子装置的容纳空间对天线进行尺寸调整。

本发明的另一目的在于提供一种形成天线的方法，具有步骤简易与低成本的特性。

本发明所提供的天线包括收发件以及介电体。收发件具有接地部、辐射部、导电部以及馈入部。接地部与辐射部之间平行相隔的距离定义为一收发件高度，亦即两者间形成一空间。介电体设置于此空间中，亦即，介电体设置在接地部与辐射部之间。介电体具有介电体厚度，小于收发件高度。在一实施例中，介电体厚度与收发件高度的比值优选约介于0.4至0.7之间。

本发明所提供的电子装置包括壳体、天线以及信号处理电路板。天线电连接到信号处理电路板，并安装于壳体内。天线包括收发件以及介电体，收发件具有接地部、辐射部、导电部以及馈入部。接地部与辐射部之间平行相隔的距离定义为一收发件高度，亦即两者间形成一空间。介电体设置于此空间中，亦即，介电体设置于接地部与辐射部之间。介电体具有介电体厚度，小于收发件高度。

本发明还提供一种形成天线的方法。首先，形成收发件，具有接地部、辐射部、导电部以及馈入部。接地部与辐射部彼此平行相隔收发件高度设置并形成一空间，导电部连接于辐射部与接地部之间，且馈入部的一端连接于导电部。接着，形成介电体，具有介电体厚度，其设置于上述的空间中。再者，调整介电体厚度与收发件高度的比例，使收发件的辐射部可收发特定频率的电磁波信号。

附图说明

图1为本发明一实施例的天线的立体图；

图2为本发明一实施例的收发件的立体图；

图3为本发明实施例的介电体的立体图；

图4为本发明实施例的天线的侧面示意图；

图5为本发明具有天线的电子装置的示意图；以及

图6为本发明一实施例形成天线方法的流程示意图。

主要元件符号说明

10   天线

100  电子装置

20   收发件

200  接地部

201    第一接地面

203    第二接地面

220    辐射部

221    第二接合部

240    导电部

241    第一导电段

243    第二导电段

260    馈入部

30     介电体

301    上表面

303    凸块

305    第一接合部

40     壳体

401    前壳面

403    后壳面

405    侧壳面

60     信号处理电路板

D1     介电体厚度

D2     凸块厚度

H      收发件高度

S      空间

具体实施方式

本发明提供一种天线、应用此天线的电子装置以及形成此天线的方法。以优选实施例而言，此天线提供电子装置的无线信号收发使用。优选实施例中，此电子装置包括卫星定位装置(或具卫星定位功能的电子装置)。然而在不同实施例中，电子装置亦可包括有移动电话、移动电脑，或任何其他需利用天线收发无线信号的装置。

图1所示为本发明一实施例的天线的立体图。本实施例的天线10由收发件20以及介电体30构成。本实施例的收发件20由例如铜等金属所制，然不限于此。收发件20具有长形且弯折的片状结构，其功能在于传送与接收高频的电磁波信号；因此，本发明的收发件20亦可视为一种微带天线。介电体30则为实心矩形块状的元件，其由落于特定介电系数范围(优选落于3.8至4.8之间)的非导电材质所构成，例如高分子液晶(liquid crystal polymer)、塑料或橡胶类的材料等，其供协助收发件20调整电磁波信号的谐振频率以及场形。如图所示，收发件20与介电体30互相连接设置，以下有进一步详述。

图2为本发明实施例的收发件20的立体图。请参考图1与图2，收发件20包括以下几个部分：接地部200、辐射部220、导电部240以及馈入部260。接地部200与辐射部220均为长矩形的片状板，相互平行地设置。接地部200与辐射部220之间形成一空间S，供容纳介电体30装置其中(请参见图1)，且接地部200与辐射部220之间相隔的距离定义为一收发件高度H。此实施例中，接地部200具有第一接地面201以及第二接地面203。第一接地面201实质上为平行于辐射部220的那一面；而第二接地面203自第一接地面201的侧边朝辐射部220的方向延伸而出，且垂直于第一接地面201。本实施例中设计第一接地面201与第二接地面203的用意在于提供较完整的接地性，防止天线以及其他电子元件间因耦合而产生的电磁干扰，因此，借由调整第一接地面201与二接地面203的尺寸(如高度、宽度)而可调整接地性。此外，第二接地面203为选择性地设置，其他实施例中，接地部可能仅具有第一接地面的部分而未设置第二接地面，视不同需求而改变。此外，若本实施例的天线10是供频率为1575MHz(波长19cm)的卫星定位用，本实施例的收发件20的辐射部220的长度约调整在26毫米(mm)至38毫米(mm)之间，而收发件20其他各部分(如接地部)尺寸则据以相对应调整。

请继续参考图2，收发件20的导电部240分别连接于接地部200的一端与对应的辐射部220的一端。本实施例的导电部240实际上包括第一导电段241与第二导电段243，彼此间相隔一间隙平行地设置。第一导电段241的两端分别连接于接地部200与辐射部220，供于辐射部220与接地部200间传递信号。而第二导电段243一端连接辐射部200，另一端则连接于馈入部260。馈入部260一端连接于第二导电端243，另一端为自由端，不连接于收发件20的任何部位；亦即，馈入部260被定义为第二导电端243的自由端之处，馈入部260的自由端供电连接于其装置的电路(未图示)，电路中的信号源将电磁波信号自馈入部260馈入，再经由第二导电段243传递至辐射部220发送至外界；或者，辐射部220自外界接收电磁波信号并借由馈入部260传送至电路以进行进一步处理。然而，本发明另一实施例的导电部亦可被设计为仅具有一个导电段用来传递信号，导电部的设计不用以限缩本发明的范畴。

图3所示为本发明实施例的介电体30的立体图。本实施例运用落于特定介电系数范围的非导电材料构成介电体30；优选地为高介电系数的介电材料，例如高分子液晶(liquid crystal polymer)、塑料或橡胶类的材料等；然其他实施例中，亦可能应用其他介电系数的材料。本实施的介电体30为实心的矩形块状，然而其形状不限于此，优选地配合收发件20的形状而设计。如图3所示，介电体30具有介电体厚度D1，略小于收发件20的收发件高度H。本发明的介电体30面对辐射部220的上表面301上优选地形成有凸块303，供固定在辐射部220。此实施例中，凸块303具有凸块厚度D2，而介电体厚度D1与凸块厚度D2的总和约略等于收发件高度H。然而，其他实施例中，介电体30不一定具有凸块303形成其上，而借由其他部位与收发件20相固定(在下面详述)。

图4所示为本发明实施例的天线10的侧面示意图。由图中可见，本实施例介电体30的底部(也就是对应于第一接地面201的该面)具有多个第一接合部305(本实施例中为两个第一接合部305)，例如为环状的凹槽；收发件20的接地部200具有第二接合部221，对应于第一接合部305设置，且第一接合部305与第二接合部221互相固定。此实施例中第二接合部221例如为环状的凸缘，中间部分挖空，供插入环状凹槽内以相互固定。此例中，介电体30上的凸块303亦具有第一接合部305，而辐射部220上对应之处亦具有第二接合部221，此例中第一接合部305亦为环状凹槽，第二接合部221亦为中间挖空的环状凸缘，两者相接合地设置。然而，其他实施例中，第一接合部与第二接合部的形状、第一接合部在介电体上的位置，以及第二接合部在接地部上的位置，不限于上述，亦可能有其他的设计，只是第一接合部与第二接合部的位置与形状须相对应配合地设置，以使介电体与收发件可借由此等接合部相固定。

请继续参考图4，介电体30的尺寸设计与收发件20的尺寸相配合；首先，介电体厚度D1与凸块厚度D2的总和约略等于收发件高度H。值得注意的是，介电体30的介电体厚度D1与收发件20的收发件高度H的比值优选介于0.4至0.7之间。

图5所示为本发明具有天线10的电子装置100的示意图。本实施例的电子装置100为利用天线收发电磁波信号的装置，例如移动电话。电子装置100包括天线10、壳体40以及信号处理电路板60；然而，一般电子装置所必需的其他元件(例如中央处理器、屏幕等)在此不多加详述。天线10的结构与上述实施例相同，此处亦不加以重述。本图主要示意天线10在电子装置100内的位置。天线10与信号处理电路板60装设于壳体40内，天线10的馈入部260电连接于信号处理电路板60，以接收一馈入信号。如图5所示，壳体40包括前壳面401、后壳面403以及侧壳面405。前壳面401以及后壳面403相平行，而侧壳面405垂直连接前壳面401以及后壳面403。特别的是，本实施例的天线10装设接近于后壳面403与侧壳面405相接的角落。优选地，天线10与侧壳面405实值上相距四分之一波长(或其倍数)的距离，以使天线的阻抗匹配有优选的表现；此处所指的波长为天线10所收发的电磁波信号的波长。如此安排天线10的位置设计，使电子装置100的天线20发出电磁波信号时的场形保持完整；并且，由于天线10位于电子装置100后上方，若使用者手持电子装置100时，此实施例的天线10位置设计可降低因收发电磁波产生的热能(SAR)对使用者脑部的影响。

图6为本发明一实施例形成天线方法的流程示意图。首先，步骤601中形成收发件。收发件具有接地部、辐射部、导电部以及馈入部。接地部与辐射部彼此平行相隔设置，两者之间形成一空间，且接地部与辐射部间相距一收发件高度。导电部一部分的两端分别连接于辐射部与接地部之间，导电部另一部分一端连接于辐射部，而另一端与馈入部连接。接着在步骤603中形成介电体。介电体设置于收发件的接地部与辐射部之间所形成的空间中；介电体优选地与接地部和辐射部接合，然而其他实施例中，亦可选择性地与接地部与辐射部其一接合即可。此介电体具有介电体厚度，其小于收发件高度。步骤605中调整介电体厚度与收发件高度的比例，以使收发件的辐射部的频率响应对应至特定频率的电磁波信号。在一优选实施例中，步骤605是将介电体厚度与收发件高度的比例调整为0.4∶1至0.7∶1；亦即，介电体厚度与收发件高度的比值优选介于0.4至0.7。

本方法还包括步骤607，调整介电体的介电系数，本实施例中介电系数优选地于3.8至4.8之间调整。此步骤是借由改变制作介电体的介电材料而可达成。介电体所应用的材料一般来说为高介电系数的非导电性材料，例如高分子液晶或塑料。借由调整介电体的介电系数，可改变收发件的尺寸(高度、长度或宽度)，端视设计的需求而定。进一步可包括步骤609，调整导电部的间隙。具体地说，本发明形成收发件时，其中导电部具有第一导电段与第二导电段彼此相隔一间隙设置。第一导电段两端分别连接于辐射部与接地部，而第二导电段两端分别连接于辐射部与馈入部。在此步骤中，由调整两导电段之间的间隙，借以调整天线的阻抗匹配，以期达成优选的频率响应。此实施例更具有步骤611，调整收发件的接地部的部分高度。此实施例的收发件的接地部具有第一接地面与第二接地面，第一接地面为平行于辐射部的那一面，而第二接地面自第一接地面的侧边朝辐射部的方向延伸而出，且垂直于第一接地面。借由调整第二接地面的高度，可帮助调整天线的阻抗匹配。值得注意的是，上述的步骤607、609与611可选择性地实施，亦没有实施的绝对先后顺序，端视不同实施例的需求而定。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包括本发明的精神及范围的修改及均等设置均包括在本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种天线，包括：

一收发件，供接收及发射一电磁波信号，该收发件包括：

一接地部；

一辐射部，与该接地部之间平行且相隔一收发件高度设置，该辐射部与该接地部之间形成一空间；

一导电部，至少部分连接于该辐射部的一端与该接地部的一端；以及

一馈入部，连接于该导电部，其中该导电部包括：一第一导电段，其两端分别与该接地部与该辐射部连接；以及一第二导电段，与该第一导电段平行且相隔一间隙，该第二导电段的两端分别连结于该辐射部以及该馈入部；以及

一介电体，其容置于该接地部与该辐射部之间所形成的该空间中，并与该接地部直接接合，其中该介电体具有一介电体厚度，小于该收发件高度，该介电体为非导电材料且其介电系数为3.8-4.8，用于协助该收发件调整电磁波信号的谐振频率以及场形。

2.根据权利要求1所述的天线，其中该介电体厚度与该收发件高度的比值约略介于0.4至0.7之间。

3.根据权利要求2所述的天线，其中该介电体具有一上表面，其上具有一凸块，供固定于该辐射部，该凸块具有一凸块厚度，该凸块厚度与该介电体厚度的总和约略等于该收发件高度。

4.根据权利要求3所述的天线，其中该凸块上形成一第一接合部，该辐射部上形成有一第二接合部，该第一接合部与该第二接合部相接合以使该辐射部与该介电体连结。

5.根据权利要求1所述的天线，其中该馈入部一端连接于该第二导电段，另一端为自由端。

6.根据权利要求1所述的天线，其中该接地部具有一第一接地面与一第二接地面，该第一接地面平行于该辐射部，该第二接地面自该第一接地面的一侧边朝该辐射部的方向垂直延伸而出。

7.根据权利要求6所述的天线，其中该介电体紧靠该第一接地面与该第 二接地面设置。

8.根据权利要求7所述的天线，其中该介电体具有至少一第一接合部，该第一接地面至少具有一第二接合部，该第一接合部与该第二接合部相接合。

9.根据权利要求1所述的天线，其中该介电体的材质包括高分子液晶或塑料。

10.根据权利要求1所述的天线，其中该收发件的材质包括金属。

11.一种电子装置，包括：

一壳体；

一天线，容纳于该壳体内，该天线包括：

一收发件，供接收及发射一电磁波信号，该收发件包括：

一接地部；

一辐射部，与该接地部之间平行且相隔一收发件高度设置，该辐射部与该接地部之间形成一空间；

一导电部，连接于该辐射部的一端与该接地部的一端；以及

一馈入部，连接于该导电部，其中该导电部包括：一第一导电段，其两端分别与该接地部与该辐射部连接；以及一第二导电段，与该第一导电段平行且相隔一间隙，该第二导电段的两端分别连结于该辐射部以及该馈入部；以及

一介电体，其容置于该接地部与该辐射部之间所形成的该空间中，并与该接地部直接接合，该介电体具有一介电体厚度，小于该收发件高度，该介电体为非导电材料且其介电系数为3.8-4.8，用于协助该收发件调整电磁波信号的谐振频率以及场形；以及

一信号处理电路板，电连接于该天线，供处理该电磁波信号。

12.根据权利要求11所述的电子装置，其中该壳体包括前壳面、后壳面以及侧壳面，该前壳面与后壳面相互平行，该侧壳面垂直地连接该前壳面与后壳面，其中该天线装置在贴近该后壳面与该侧壳面的角落。

13.根据权利要求12所述的电子装置，其中该天线与该侧壳面实质上相距四分之一波长的距离，其中该波长为该电磁波信号的波长。

14.根据权利要求11所述的电子装置，其中该天线的该介电体厚度与该收发件高度的比值约略介于0.4至0.7之间。 

15.根据权利要求14所述的电子装置，其中该介电体具有一上表面，其上具有一凸块，具有一凸块厚度，该凸块厚度与该介电体厚度的总和约略等于该收发件高度。

16.根据权利要求11所述的电子装置，其中该天线的该接地部具有一第一接地面与一第二接地面，该第一接地面平行于该辐射部，该第二接地面自该第一接地面的一侧边朝该辐射部的方向垂直延伸而出。

17.一种形成天线的方法，包括：

形成一收发件，该收发件具有一接地部、一辐射部、一导电部以及一馈入部，该接地部与该辐射部彼此平行相隔一收发件高度设置并形成一空间，该导电部连接于该辐射部与该接地部之间，且该馈入部的一端连接于该导电部，其中该导电部包括：一第一导电段，其两端分别与该接地部与该辐射部连接；以及一第二导电段，与该第一导电段平行且相隔一间隙，该第二导电段的两端分别连结于该辐射部以及该馈入部；

形成一介电体，其容置于该接地部与该辐射部之间所形成的该空间中，并与该接地部直接接合，该介电体具有一介电体厚度；以及

调整该介电体厚度与该收发件高度的比例，以使该收发件的该辐射部收发一特定频率的一电磁波信号，该介电体为非导电材料且其介电系数为3.8-4.8，用于协助该收发件调整该电磁波信号的谐振频率以及场形。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括调整该介电体厚度与该收发件高度，使该介电体厚度与该收发件高度的比值介于0.4至0.7。

19.根据权利要求17所述的方法，其中该介电体厚度小于该收发件高度。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括调整该介电体的介电系数，据以调整该收发件的尺寸。

21.根据权利要求17所述的方法，其中该接地部具有一第一接地面与一第二接地面，该第一接地面平行于该辐射部，该第二接地面自该第一接地面的一侧边朝该辐射部的方向垂直延伸而出，该方法还包括：

调整该第二接地面的高度，以调整阻抗匹配。

22.根据权利要求17所述的方法，其中该方法还包括调整该第一导电段与该第二导电段的该间隙，以调整阻抗匹配。 

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