CN101989677A - 短路单极天线 - Google Patents

Abstract

本发明的短路单极天线主要包含介质基板、接地面、辐射部、馈入部、短路部及电容元件。接地面位于介质基板上，不完全覆盖介质基板。辐射部位于介质基板上，与接地面不互相重叠。辐射部并包含：第一金属部，经多次弯折形成两个相邻耦合金属区段，两个相邻耦合金属区段具有耦合间距，第一金属部长度大于天线最低操作频带中心频率的八分之一波长；及第二金属部，其一端电气连接至第一金属部，另一端为开口端。馈入部位于介质基板上，其一端电气连接至第一金属部，另一端为天线的馈入点。短路部位于介质基板上，其一端电气连接至第一金属部，另一端电气连接至接地面。电容元件位于介质基板上，其一端电气连接至天线的馈入点，另一端电气连接至信号源。

Description

短路单极天线

技术领域

本发明涉及一种短路单极天线，特别是一种可多频操作、小尺寸且适用于可携式通讯装置的短路单极天线。

背景技术

随着无线通讯的蓬勃发展，各式各样的无线通讯技术与产品不断的进步与创新，其中又以可携式通讯装置为最热门的通讯产品。在可携式通讯装置要求轻薄短小且多频操作的同时，可容纳天线的空间相对缩减，因此各类多频天线缩小化技术不断被推陈出新，以适应可携式通讯装置的市场需求。

现有可携式通讯装置的短路单极天线的多频操作多半利用多共振路径或是双共振路径方式来实现，如中国台湾专利公告号第I254,493号“一种双频倒F形天线”及中国台湾专利公告号第I276,248号“一种内藏式多频带天线”，即以双共振路径来实现双频或多频的操作。不过使用此种双共振路径或多共振路径方式，限制了天线的尺寸缩小幅度，不易满足现有可携式通讯装置的多频天线尺寸缩小的要求。

因此，有必要提供一种短路单极天线，以改善现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种短路单极天线，其可多频操作、小尺寸且适用于可携式通讯装置的短路单极天线设计。

为了实现上述目的，本发明的短路单极天线包含：介质基板、接地面、辐射部、馈入部、短路部及电容元件。其中，接地面位于介质基板上，且接地面不完全覆盖介质基板。辐射部位于介质基板上，与接地面不互相重叠。辐射部并包含：第一金属部，经由多次弯折形成两个相邻耦合金属区段，两个相邻耦合金属区段具有耦合间距，此耦合间距小于2mm，且第一金属部长度大于天线最低操作频带中心频率的八分之一波长；及第二金属部，其一端电气连接至第一金属部，另一端为开口端。馈入部位于介质基板上，与接地面不互相重叠，其一端电气连接至第一金属部，另一端为天线的馈入点。短路部位于介质基板上，与接地面不互相重叠，其一端电气连接至第一金属部，另一端电气连接至接地面。电容元件位于介质基板上，与接地面互相重叠，其一端电气连接至天线的馈入点，另一端电气连接至一信号源。

根据本发明的实施方式，第一金属部与第二金属部可为等宽度或不等宽度设计；电容元件可以为芯片电容；接地面、辐射部、馈入部及短路部可以使用印刷或蚀刻技术形成于介质基板的一表面上。

本发明的有益技术效果在于，该短路单极天线可以使用单共振路径实现涵盖GSM850/900/1800/1900/UMTS多频操作，因此本发明的天线可以多频操作且有效地缩小天线尺寸，非常适合应用于可携式通讯装置上

本发明构造新颖，能提供产业上的应用。

附图说明

图1为本发明短路单极天线第一实施例的结构图；

图2为本发明短路单极天线第一实施例的实测天线返回损失图；

图3为本发明短路单极天线第二实施例的结构图；及

图4为本发明短路单极天线第三实施例的结构图。

其中，附图标记说明如下：

短路单极天线1、3、4    介质基板11

接地面12               接地面一边缘121

辐射部13、33、43       第一金属部131、331、431

耦合金属区段1311、1312 第二金属部132、332、432

第二金属部的一支路433  馈入部14

天线馈入点141          馈入部的一端142

电容元件15             金属连接线151、152

短路部19               短路点161

短路部的一端162        通孔17

信号源18               耦合间距19

第一共振模态21         第二共振模态22

第三共振模态23

具体实施方式

为能让本发明的技术内容更易于了解，特举三个较佳具体实施例说明如下。

请先参考图1，其为本发明的短路单极天线第一实施例的结构图。短路单极天线1包含介质基板11、接地面12、辐射部13、馈入部14、短路部16与电容元件15。举例来说，当短路单极天线1应用于可携式通讯装置时，介质基板11为可携式通讯装置的系统电路板。

接地面12位于介质基板11上，且接地面12覆盖介质基板11表面的一部分，即接地面12并未完全覆盖介质基板11上。

辐射部13位于介质基板11上，辐射部13与接地面12不互相重叠。

于本实施例中，接地面12与辐射部13位于介质基板11的两个相对表面上。但须注意的是，只要接地面12与辐射部13不互相重叠，接地面12与辐射部13亦可位于介质基板11的相同平面上。

辐射部13包含第一金属部131与第二金属部132。其中，第一金属部131经由多次弯折形成两个相邻耦合金属区段1311、1312，两个相邻耦合金属区段1311、1312具有一耦合间距19，此耦合间距必须小于2mm，以产生足够的电容性耦合。

第一金属部131的目的在于形成两个相邻耦合金属区段，负责使两个共振模态结合成一高频操作频带，以涵盖GSM1800/1900/UMTS三个通讯频带。其中，耦合间距19越小，越可以使得共振模态结合成一高频操作频带。

另外，第一金属部131的线段总长度必须大于天线最低操作频带中心频率的八分之一波长。在本实施例中，耦合间距19为等宽。但须注意的是，耦合间距19也可为非等宽。

第二金属部132的一端电气连接至第一金属部131，另一端为开口端。其中，第二金属部132与第一金属部131的总长度可决定最低共振模态的频率。在本实施例中，第二金属部132略呈L形，并且第一金属部131及第二金属部132皆分别为等宽度。

馈入部14位于介质基板11上，其与辐射部13位于相同表面，馈入部14与接地面12不互相重叠，馈入部的一端142电气连接至第一金属部131的耦合金属区段1312，另一端为天线馈入点141。

短路部16位于介质基板11上，其与辐射部13位于相同表面，短路部16与接地面12不互相重叠，短路部的一端162电气连接至第一金属部131的耦合金属区段1312，另一端为短路点161，其经由通孔17电气连接至接地面12。

其中，辐射部13、馈入部14及短路部16可利用印刷或蚀刻技术形成在介质基板上。

电容元件15为外接的电路元件，位于介质基板11上，其与辐射部13位于相同表面。电容元件15与接地面12互相重叠，其一端经由金属连接线151电气连接至天线馈入点141，另一端经由金属连接线152电气连接至信号源18。在本实施例中，电容元件15为芯片电容。

在本实施例中，接地面12位于介质基板11的一平面上，而辐射部13、馈入部14、短路部16、电容元件15皆在介质基板的另一平面上。但须注意的是，接地面12、辐射部13、馈入部14、短路部16、电容元件15也可全部位于介质基板11的相同平面上。

接着请参考图2，其为本发明的短路单极天线第一实施例的实测天线返回损失图。在本发明的第一实施例中选择下列尺寸来进行实验量测：介质基板11长度约为110mm、宽度约为60mm；接地面12长度约为100mm、宽度约为60mm；第一金属部131长度约为73mm，宽度约为1mm，并具有一耦合间距19，该耦合间距约为0.8mm；第二金属部132长度约为40mm，宽度约为1mm。馈入部14长度约为2mm，宽度约为1.5mm；短路部16长度约为2mm，宽度约为1mm；电容元件15使用一芯片电容，其电容值约为3.3pF。

由所得的实验结果，在6dB天线返回损失的定义之下，其第一(最低)共振模态21足以涵盖GSM850/900两个通讯频带，而第二及第三共振模态22、23则合成一宽带涵盖GSM1800/1900/UMTS三个通讯频带，因此本发明天线能多频操作于GSM850/900/1800/1900/UMTS五个频带，符合现今通讯频带的需求。

接着请参考图3，其为本发明天线第二实施例的结构图。短路单极天线3包含介质基板11、接地面12、辐射部33、馈入部14、短路部16与电容元件15。其中辐射部33包含第一金属部331及第二金属部332。第二实施例与第一实施例的差别在于，在本实施例中，第一金属部331及第二金属部332的宽度可为一渐进式变化形成的不等宽结构，利用宽度的变化来调整天线匹配，以微调天线的各个共振模态的位置，如此可增加天线设计的弹性及自由度。另外，馈入部14其宽度亦可为渐进式变化形成的不等宽或较宽结构，使馈入电流较为平缓，可使天线获得较佳的阻抗匹配。

接着请参考图4，其为本发明天线第三实施例的结构图。短路单极天线4包含介质基板11、接地面12、辐射部43、馈入部14、短路部16与电容元件15。其中辐射部43并包含第一金属部431与第二金属部432，第二金属部432还包括支路433。在本实施例中，除了多加入第二金属部432的支路433之外，其它结构与第一实施例相同。在第三实施例中，利用此多加入的支路433以更增加一共振路径，可以得到更多频操作，尤其是可增加高频频宽。

综上所述，本发明的短路单极天线的机构是利用外加电容元件以有效降低短路单极天线直接馈入时的高电感性，而使天线第一(最低)共振模态达到良好的阻抗匹配，进而可以有效涵盖GSM850/900频带；再利用调整天线两相邻耦合金属区段的长度大于天线第一共振模态中心频率的八分之一波长，使此耦合金属区段的长度涵盖天线操作在其第二及第三共振模态时的表面电流零点位置(在此位置，对应之电场强度为最大值)，在此条件下，此耦合金属区段可以提供天线第三共振模态大的电容性电抗而使第三共振模态降频，同时可使天线第二共振模态达到良好的匹配，进而使此第二及第三共振模态结合成可涵盖高频GSM1800/1900/UMTS的宽带。本发明天线因此可以使用单共振路径实现涵盖GSM850/900/1800/1900/UMTS多频操作，因此本发明天线可以多频操作且有效的缩小天线尺寸，非常适合应用于可携式通讯装置上。

综上所述，本发明无论目的、手段及功效，均具有迥异于现有技术的特征。但须注意，上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的范围。本发明的权利保护范围应以所附的权利要求书的范围为准。

Claims (9)

1.一种短路单极天线，包含：

一介质基板；

一接地面，位于该介质基板上，且该接地面不完全覆盖该介质基板；

一辐射部，位于该介质基板上，该辐射部与该接地面不互相重叠，其中该辐射部包含：

一第一金属部，经由多次弯折形成两个相邻耦合金属区段，所述两个相邻耦合金属区段具有一耦合间距，该耦合间距小于2mm，且该第一金属部的总长度大于该天线最低操作频带中心频率的八分之一波长；以及

一第二金属部，该第二金属部的一端电气连接至该第一金属部，该第二金属部的另一端为开口端；

一馈入部，位于该介质基板上，该馈入部与该接地面不互相重叠，该馈入部的一端电气连接至该第一金属部，该馈入部的另一端为一天线馈入点；

一短路部，位于该介质基板上，该短路部与该接地面不互相重叠，该短路部的一端电气连接至该第一金属部，该短路部的另一端电气连接至该接地面；以及

一电容元件，位于该介质基板上，该电容元件与该接地面重叠，该电容元件的一端电气连接至该天线馈入点，该电容元件的另一端电气连接至一信号源。

2.如权利要求1所述的短路单极天线，其中该介质基板为一可携式通讯装置的系统电路板。

3.如权利要求1所述的短路单极天线，其中该辐射部、该馈入部及该短路部以印刷或蚀刻技术形成于该介质基板上。

4.如权利要求1所述的短路单极天线，其中该电容元件为一芯片电容。

5.如权利要求1所述的短路单极天线，其中该第一金属部及该第二金属部为等宽度或不等宽度。

6.如权利要求1所述的短路单极天线，其中该第二金属部还具有至少一条支路。

7.如权利要求1所述的短路单极天线，其中该馈入部为等宽度或不等宽度。

8.如权利要求1所述的短路单极天线，其中该接地面位于该介质基板的一平面上，该辐射部、该馈入部、该短路部与该电容元件位于该介质基板的另一平面上。

9.如权利要求1所述的短路单极天线，其中该接地面、该辐射部、该馈入部、该短路部与该电容元件皆位于该介质基板的一平面上。

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