CN101764282B - 电磁辐射装置及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种电磁辐射装置及其制作方法，根据本发明的实施例，电磁辐射装置包含接地面和整体成形的天线结构。整体成形的天线结构可包含垂直于接地面或与接地面间的角度大于45度的辐射板，以及屏蔽结构，以限制辐射板的辐射。

Description

电磁辐射装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种电磁辐射装置及其制作方法，具体地涉及一种具有自我屏蔽天线的电磁辐射装置及其制作方法。
背景技术
无线通信装置一般包含天线、射频(RF)模块和其他电子元件。为了符合目前微型化产品的需求，天线和系统元件间的间隔减小，因而增加了电磁耦合效应。如此一来，天线的辐射改变且降低了天线的效能。另外，压缩后的电路布局对例如辐射图(radiation pattern)或回波损耗(return loss)等天线特性产生负面影响，故在整合天线及系统后需修改调整结构参数以符合原先的设计，因此将增加设计时间和成本。
美国公开号US 2007/0109196A提出了一种电磁兼容(EMC)天线，其具有屏蔽金属墙以有效降低与附近金属元件可能的耦合现象。然而，平面结构的辐射金属平行于系统接地面且形成三维(3D)立体结构，因此限制了使用的灵活性和辐射图的模式。
在快速发展的手持式电子装置市场中，对于具有低干扰特性的小型辐射装置有高度需求。再者，无需改装即可应用于不同电子装置如个人数字助理(PDA)、卫星定位系统(GPS)或笔记型电脑的电磁辐射装置，可提供各式各样应用的灵活性。
发明内容
本发明提出一种电磁辐射装置及其制作方法，其增益和回波损耗不被系统中的其他元件所影响。该电磁辐射装置无需进行结构参数的修正调整即可应用于各式装置。另外，该电磁辐射装置具有隔离干扰噪声功能。
根据本发明的一方面，电磁辐射装置包含接地面和整体成形的天线。整体成形的天线可包含垂直于接地面或与接地面间的角度大于45度的辐射板，和屏蔽结构，以限制辐射板的辐射。
根据本发明的另一方面，提出一种具有天线的电磁辐射装置的制作方法。该天线包含辐射板和屏蔽结构。该方法包含以下步骤：(a)根据系统空间安排和辐射图的需求，选择辐射板和屏蔽结构的弯折方式；(b)根据操作频率决定天线的共振长度；(c)根据辐射板的尺寸、操作频率和频宽决定天线的最初形状；(d)调整辐射板馈入点(feeding point)的位置和天线的宽度以在操作频带中实现阻抗匹配；以及(e)选择有最佳增益和频宽的屏蔽结构及辐射板的间距。
附图说明
图1A为本发明实施例的自我屏蔽天线。
图1B至1D显示根据本发明的电磁辐射装置。
图2、3A、3B、4A和4B显示根据本发明实施例的自我屏蔽天线。
图5A至5I显示天线和屏蔽结构的安排的顶视图。
图6A至6D显示具有和不具有屏蔽结构的电磁辐射装置。
图7A、7B和图8显示图6A至6D的电磁辐射装置的回波损耗和增益。
图9显示应用于不同电子装置的电磁辐射装置的回波损耗。
图10A至10H显示本发明的实施例的电子辐射装置及其辐射图。
图11显示根据本发明实施例的电磁辐射装置的制作方法。
主要元件符号说明
10、20天线        11辐射板
12屏蔽板          13屏蔽板
14折线            15接地面
16电路板          17、17′槽孔
18信号馈入元件    19开口
30、35天线        31、32、33屏蔽板
40、45天线        51辐射板
52屏蔽板          53接地面
60天线            61屏蔽板
62金属挡屏        70天线
71屏蔽板          72信号馈入元件
73接地面          74辐射板
S11～S16步骤
具体实施方式
为充分了解本发明的特征和功效，通过下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本发明做详细说明。
图1A至图1C显示根据本发明实施例的具有自我屏蔽天线的电磁辐射装置。电磁辐射装置包含天线10和接地面15。天线10为整体成形，例如天线10是通过将平板弯折而成。天线10包含辐射板11和屏蔽板12和13。屏蔽板12和13形成屏蔽结构。天线10根据两条折线14弯折成3D立体结构。接地面15位于电路板16(例如FR-4板)上。在实施例中，屏蔽板12接触接地面15，如图1B所示。可替代地，屏蔽板12未接触接地面15而直接接触电路板16，如图1C所示。辐射板11垂直于接地面15，而屏蔽板13也垂直于且电连接该接地面15，以限制辐射板11的辐射。辐射板11有槽孔17和信号馈入元件(辐射元件)18。信号馈入元件18包含位于槽孔17两侧的正极和负极以操作差分信号。槽孔17有开口19，且槽孔17的长度约为天线10的辐射电磁波长的1/4。本实施例中，槽孔17的纵向平行于接地面15。屏蔽板13等于或大于辐射板11。
可替代地，如图1D所示，辐射板11与接地面15形成角度，且屏蔽板13与接地面也形成角度。在实施例中，辐射板11和接地面15间的角度大于45度，且屏蔽板13和接地面15间的角度大于45度。
图2显示本发明另一实施例的天线20，其类似于天线10但有无开口的槽孔17′。槽孔17′的长度约为天线20的辐射电磁波长的1/2。
图3A和3B分别显示天线30和35。相比于天线20，天线30另包含延伸自屏蔽板13且沿折线14弯折的屏蔽板31、32和33。屏蔽板31、32和33可连接或垂直于屏蔽板13。类似地，屏蔽板12接触接地面15或电路板16。
图4A和4B分别显示天线40和45。相比于图1A所示的天线10，天线40和45另包含延伸自屏蔽板13且沿折线14弯折的屏蔽板31和/或32。
图5A至图5F显示本发明的实施例的电磁辐射装置的顶视图。图5A中，辐射板51位于接地面53的一侧，屏蔽板52的位置接近辐射板11且延伸至接地面53的两侧边。图5B中，辐射板51位于接地面53的一侧，且屏蔽板52包围辐射板51。图5C中，辐射板51位于接地面53中，且屏蔽板52包围辐射板51。图5D中，辐射板51位于接地面53的角落，且屏蔽板52包围辐射板51。图5E中，辐射板51位于接地面53中，且屏蔽板52包围辐射板51。图5F中，辐射板51弯折且位于接地面53的角落，屏蔽板52顺应辐射板51的形状包围辐射板51。
因为辐射装置经常位于例如手机等无线装置的角落，辐射板51可为弯曲状以顺应手机的外型，如图5G所示。此外，屏蔽板52也可为弯曲的屏蔽板，其顺应辐射板51的形状，如图5H和5I所示。图5H中，辐射板51并未连接屏蔽板52。图5I中，辐射板51的一端连接屏蔽板52的一端。实用上，辐射板51的两端可连接屏蔽板52的两端。
图6A显示具有屏蔽板61的天线60的电磁辐射装置。天线60有开槽。图6B显示具有天线60和金属挡屏62的电磁辐射装置。天线60设有屏蔽板61。金属挡屏62与天线60间隔2mm，且可作用为散热板、金属线圈或电磁辐射装置的屏蔽。图6C和6D显示对应图6A和6B的电磁辐射装置中的天线60中无屏蔽板61的情况。图6D中，金属挡屏62与天线60间隔5mm。
图7A显示图6A和6B的电磁辐射装置的回波损耗。有或无金属挡屏的电磁辐射装置的回波损耗差异不大。换言之，电磁辐射装置中的其他元件对于有屏蔽板的天线的影响不大，反之亦然。图7B显示图6C和6D的电磁辐射装置的回波损耗。无屏蔽板的天线的回波损耗大幅降低(大于10dB)，操作频宽也减少，且回波损耗最低点仅约-7dB。
图8显示图6A至6D的电磁辐射装置的频率和实现增益的模拟结果。金属挡屏62并不影响有屏蔽结构61的天线60的特性，即系统中的其他元件并不影响有屏蔽结构的天线。如图6D所示，当金属挡屏62设于天线后时，实现增益最高点频率仅从2.55GHz飘移至2.40GHz。因此，具有无屏蔽结构的天线的电磁辐射装置的其他元件可显著影响操作频宽和增益。
图9显示本发明在例如手机(包含PDA)、GPS和笔记型电脑等不同应用中的自我屏蔽天线的回波损耗。手机有较小的接地面90mm×50mm，GPS的接地面的大小为90mm×180mm，而笔记型电脑的接地面大小为220mm×310mm。由图中可看出不同应用的回波损耗影响不大，因此本发明的自我屏蔽天线无需进行改装即可直接应用到不同的电子装置。
图10A和10B显示第一实施例的屏蔽天线及其辐射图。天线70设于接地面73的角落。天线70包含屏蔽板71和辐射板74。辐射板74有信号馈入元件72。辐射板74平行于屏蔽板71。图10C和10D显示第二实施例的屏蔽天线及其辐射图。天线70设于接地面73的角落。天线70包含具有信号馈入元件72的辐射板74和屏蔽板71。屏蔽板71弯折，且辐射板74和屏蔽板71并非平行。图10E和图10F显示第三实施例的屏蔽天线及其辐射图。天线70设于接地面73的角落。天线70包含屏蔽板71和具有信号馈入元件72的辐射板74。辐射板74平行于屏蔽板71。图10G和10H第四实施例的屏蔽天线及其辐射图。天线70设于接地面73的角落。天线70包含屏蔽板71和具有信号馈入元件72的辐射板74。辐射板74弯折，且屏蔽板71包围辐射板74。屏蔽天线弯折的尺寸和摆放位置在不同实施例中改变，且结果显示这些实施例的辐射图不同。天线70可被弯折成各种形状以符合多重输入-多重输出(MIMO)的辐射图多样化需求。
图11显示本发明实施例的电磁辐射装置的制作方法。在步骤S11中，根据系统空间安排和辐射图的需求，选择辐射板和屏蔽结构的弯折方式。在步骤S12中，根据操作频率决定天线的共振长度。在步骤S13中，根据辐射板的尺寸、操作频率和频宽决定天线的最初形状，例如为直线状、弯折状或曲线状。在步骤S14中，调整辐射板馈入点的位置和天线的宽度以在操作频带中实现阻抗匹配。在步骤S15中，选择有最佳增益和频宽的屏蔽结构和辐射板的间距。在步骤S16中，确认增益和频宽是否符合规格要求。若符合规格要求，即完成设计，否则重复步骤S14和S15而形成如图11所示的循环。
本发明的自我屏蔽天线可有效减少外界的干扰，反之亦然，且无需进一步修改调整即可直接应用于各式电子装置。因此，相关小型天线可轻易应用于手机、GPS和笔记型电脑等。
以上已将本发明专利申请做详细说明，以上所述，仅为本发明专利申请的优选实施例，不能限定本发明专利申请实施的范围。即凡依本发明专利申请的申请范围所作的同等变化与修饰等，皆应仍属本发明专利申请的专利涵盖范围内。

Claims (19)

1.一种电磁辐射装置，包含：
接地面；以及
整体成形的天线，包含：
辐射板，垂直于该接地面或与该接地面的角度大于45度，其中该辐射板有一槽孔及一信号馈入元件，该信号馈入元件包含分别位于该槽孔两侧的正极及负极，该槽孔的纵向平行于接地面，并调整该辐射板信号馈入元件馈入信号的位置的位置以在操作频带中达成阻抗匹配；以及
屏蔽结构，以限制该辐射板的辐射。
2.根据权利要求1所述的电磁辐射装置，其中该槽孔的长度约为该整体成形的天线的电磁波长的1/2。
3.根据权利要求1所述的电磁辐射装置，其中该槽孔有开口。
4.根据权利要求3所述的电磁辐射装置，其中该槽孔的长度约为该整体成形的天线的电磁波长的1/4。
5.根据权利要求1所述的电磁辐射装置，其中该屏蔽结构包含第一屏蔽板，该第一屏蔽板垂直于该接地面或与该接地面间的角度大于45度。
6.根据权利要求5所述的电磁辐射装置，其中该第一屏蔽板平行于该辐射板。
7.根据权利要求5所述的电磁辐射装置，其中该屏蔽结构另包含位于该辐射板和该第一屏蔽板间的第二屏蔽板。
8.根据权利要求5所述的电磁辐射装置，其中该第一屏蔽板等于或大于该辐射板。
9.根据权利要求7所述的电磁辐射装置，其中该第二屏蔽板接触该接地面。
10.根据权利要求7所述的电磁辐射装置，另包含第三屏蔽板，该第三屏蔽板连接且垂直于该第一屏蔽板。
11.根据权利要求1所述的电磁辐射装置，其中该辐射板被该屏蔽板包围。
12.根据权利要求1所述的电磁辐射装置，其中该整体成形的天线通过弯折板件形成。
13.根据权利要求1所述的电磁辐射装置，其中该辐射板包含曲面辐射板。
14.根据权利要求1所述的电磁辐射装置，其中该屏蔽结构包含曲面屏蔽板。
15.根据权利要求1所述的电磁辐射装置，其中该天线可弯折成不同形状以符合多重输入-多重输出的应用。
16.根据权利要求1所述的电磁辐射装置，其中该天线可弯折成不同形状以顺应电子装置的外型。
17.一种具有天线的电磁辐射装置的制作方法，该天线包含辐射板和屏蔽结构，其中该辐射板有一槽孔及一信号馈入元件，该信号馈入元件包含分别位于该槽孔两侧的正极及负极，该槽孔的纵向平行于接地面，该方法包含以下步骤：
(a)根据系统空间安排和辐射图的需求，选择该辐射板和屏蔽结构的弯折方式；
(b)根据操作频率决定该天线的共振长度；
(c)根据该辐射板的尺寸、操作频率和频宽决定该天线的最初形状；
(d)调整该辐射板信号馈入元件馈入信号的位置的位置和该天线的宽度以在操作频带中实现阻抗匹配；以及
(e)选择有最佳增益和频宽的该屏蔽结构和辐射板的间距。
18.根据权利要求17所述的电磁辐射装置的制作方法，另包含确认增益和频宽是否符合规格要求的步骤。
19.根据权利要求18所述的电磁辐射装置的制作方法，其中当增益和频宽不符合规格要求时，重复步骤(d)和(e)。
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