CN102340054B - 无线网络装置及其平面天线 - Google Patents

Abstract

一种无线通信装置及其平面天线。无线通信装置包括连接端口、印刷电路板及平面天线。印刷电路板连接到连接端口，且平面天线形成在印刷电路板上。平面天线包括辐射部、短路部及馈入部。馈入部连接到辐射部及短路部，且辐射部及短路部均呈弯折状使得辐射部、短路部及馈入部分布于一矩形区域。

Description

无线网络装置及其平面天线

技术领域

本发明是有关于一种无线通信装置及其平面天线，且特别是有关于一种缩小尺寸的无线通信装置及其平面天线。

背景技术

随着电脑及无线通信技术的进步，无线区域网络(Wireless Area Network，WLAN)已逐渐地被广泛使用在日常生活中。目前许多的电子装置都能借由通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)无线网卡连接到无线区域网络。

然而，目前的电子装置多朝向轻、薄、短、小的设计发展，因此，USB无线网卡的面积亦被局限于如同USB随身盘般的大小。所以如何减少天线在印刷电路板上所占用的面积即成为急需解决的问题。

发明内容

本发明关于一种无线通信装置及其平面天线，其至少包括如下优点：

一、减少平面天线占用印刷电路板的面积，符合现今电子装置体积缩小的要求；

二、降低印刷电路板电路布局的困难度；以及

三、借由简单的调整，即能将平面天线匹配到符合系统需求。

根据本发明的一方面，提出一种平面天线。平面天线包括辐射部、短路部及馈入部。馈入部连接到辐射部及短路部，且辐射部及短路部均呈弯折状使得辐射部、短路部及馈入部分布于一矩形区域。

根据本发明的另一方面，提出一种无线通信装置。无线通信装置包括连接端口、印刷电路板及平面天线。印刷电路板连接到连接端口，且平面天线形成在印刷电路板上。平面天线包括辐射部、短路部及馈入部。馈入部连接到辐射部及短路部，且辐射部及短路部均呈弯折状使得辐射部、短路部及馈入部分布于一矩形区域。

本发明的矩形区域还包括互不重叠的一第一子矩形区域及一第二子矩形区域，馈入部位于第一子矩形区域与第二子矩形区域的交界处，短路部为连续弯折以分布于第一子矩形区域，辐射部为连续弯折以分布于第二子矩形区域。

本发明的馈入部还包括相对应的一第一馈入端和一第二馈入端，辐射部还包括相对应的一第一辐射端和一第二辐射端，辐射部的连续弯折介于第一辐射端和第二辐射端之间。短路部还包括相对应的一第一短路端和一第二短路端，短路部的连续弯折介于第一短路端和第二短路端之间。第一馈入端与馈入信号相连，第二馈入端与第一辐射端及第二短路端相连，第一短路端与接地相连。

优选地，本发明的辐射部的连续弯折与馈入部最远的垂直距离为一第一间距，辐射部的连续弯折与馈入部最近的垂直距离为一第二间距。短路部的连续弯折与馈入部最远的垂直距离为一第三间距。接地包括一第一侧边与一第二侧边，第一侧边与第一短路端垂直相接，第二侧边与第一馈入端垂直相邻。自第一辐射端开始延伸的连续弯折的第一个弯折与第二侧边的垂直距离等于第四间距，第一短路端与第二侧边的垂直距离等于第五间距。其中第四间距大于或等于第五间距，第二间距、第四间距及第五间距取决于第三间距与第一间距的比值。

优选地，本发明的辐射部还包括一第一弯折及一第二弯折，第一弯折为辐射部中距离馈入部最远的弯折，且第一弯折至馈入部的垂直距离为一第一间距，第二弯折为辐射部中距离馈入部最近的弯折，第二弯折至馈入部的垂直距离为一第二间距。第一短路端连接到一接地面，而第二短路端连接到馈入部的一端。接地为一接地面，接地面包括与短路部连接的一第一侧边及相邻于辐射部的一第二侧边，且第一侧边与第二侧边垂直连接。短路部是自第一侧边沿远离第一侧边的方向连续弯折至馈入部的一端，而辐射部是自馈入部的一端沿接近第二侧边的方向连续弯折。第一侧边至馈入部的垂直距离为一第三间距，第一弯折至第二侧边的垂直距离等于第四间距，第一短路端至第二侧边的垂直距离等于第五间距。其中第四间距大于或等于第五间距，第二间距、第四间距及第五间距取决于第三间距与第一间距的比值。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1示出为依照本发明优选实施例的一种无线通信装置的示意图。

图2示出为平面天线在XY平面上的辐射场型。

图3示出为平面天线在YZ平面上的辐射场型。

图4示出为平面天线在XZ平面上的辐射场型。

图5示出为依照本发明第一个实施例的一种平面天线的示意图。

图6、图7及图8示出分别为平面天线13在不同尺寸设计下的电压驻波比的测量图。

图9示出为依照本发明第二实施例的一种平面天线的示意图。

图10、图11及图12示出分别为平面天线23在不同尺寸设计下的电压驻波比的测量图。

主要元件符号说明

1：无线通信装置

11：连接端口

12：印刷电路板

13、23：平面天线

30：矩形区域

32：第一子矩形区域

34：第二子矩形区域

132：辐射部

132a：第一弯折

132b：第二弯折

132c：第一辐射端

132d：第二辐射端

132e：第一连续弯折

134：短路部

134a：第一短路端

134b：第二短路端

134c：第二连续弯折

136：馈入部

136a：第一馈入端

136b：第二馈入端

138：接地面

138a：第一侧边

138b：第一侧边

具体实施方式

由于目前无线通信装置均朝轻、薄、短、小的方向发展，所以如何在满足上述要求的前提下，设计出体积较小的天线乃当今天线设计的一大挑战。故此，下述实施例提出一种无线通信装置及其平面天线。无线通信装置包括连接端口、印刷电路板及平面天线。印刷电路板连接到连接端口，且平面天线形成在印刷电路板上。平面天线包括辐射部、短路部及馈入部。馈入部连接到辐射部及短路部，且辐射部及短路部均呈弯折状使得辐射部、短路部及馈入部分布于一矩形区域。

第一个实施例

请参照图1，图1示出为依照本发明优选实施例的一种无线通信装置的示意图。无线通信装置1例如是无线网卡，且无线通信装置1包括连接端口11、印刷电路板12及平面天线13。印刷电路板12系连接到连接端口11，且平面天线13形成在印刷电路板23上的印刷天线。其中，平面天线13的操作频率例如为2.4GHz～2.5GHz，且印刷电路板12的厚度例如为1.6mm。

请同时参照图2、图3及图4，图2示出为平面天线在XY平面上的辐射场型，图3示出为平面天线在YZ平面上的辐射场型，图4示出为平面天线在XZ平面上的辐射场型。从图2示出可看出，前述平面天线13在XY平面上的辐射场型的峰值增益为0.81dBi，而平均增益为-3.12dBi。从图3示出可看出，前述平面天线13在YZ平面上的辐射场型的峰值增益为1.85dBi，而平均增益为-0.36dBi。从图4示出可看出，前述平面天线13在XZ平面上的辐射场型的峰值增益为1.30dBi，而平均增益为-1.91dBi。

请参照图5，图5示出为依照本发明第一个实施例的一种平面天线的示意图。平面天线13包括辐射部132、短路部134及馈入部136，且辐射部132、短路部134及馈入部136形成在前述图1示出的印刷电路板23上。短路部134连接到辐射部132及馈入部136，且辐射部132及短路部134均呈弯折状使得辐射部132、短路部134及馈入部136分布于矩形区域30。矩形区域30例如小于10mm×8mm，且矩形区域30包括互不重叠的第一子矩形区域32及第二子矩形区域34。短路部134为连续弯折以分布于第一子矩形区域32，且辐射部132为连续弯折以分布于第二子矩形区域34。馈入部136位于第一子矩形区域32与第二子矩形区域34的交界处。由平面天线13在印刷电路板12上所占用的面积小于传统无线通信装置所使用的平面天线，因此不仅有助于无线通信装置的小型化，更降低印刷电路板上电路布局的困难度。

辐射部132包括第一辐射端132c、第二辐射端132d及第一连续弯折132e。第一辐射端132c与第二辐射端132d相对应，而第一连续弯折132e介于第一辐射端132c与第二辐射端132d之间。第一连续弯折132e进一步包括第一弯折132a及第二弯折132b。第一弯折132a为第一连续弯折132e中垂直距离馈入部136最远的弯折，亦即第一连续弯折132e与馈入部136最远的垂直距离为第一间距L2。第二弯折132b为第一连续弯折132e中垂直距离馈入部136最近的弯折，亦即第一连续弯折132e与馈入部136最近的垂直距离为第二间距g。

短路部134包括第一短路端134a、第二短路端134b及第二连续弯折134c。第一短路端134a与第二短路端134b相对应，而第二连续弯折134c介于第一短路端134a与第二短路端134b之间。第一短路端134a连接到接地面138。

馈入部136包括相对应的第一馈入端136a及第二馈入端136b。第一馈入端136a与馈入信号相连，第二馈入端136b与第一辐射端132c及第二短路端134b相连，使的前述辐射部132、短路部134及馈入部136分布于矩形区域30。

接地面138包括第一侧边138a及第二侧边138b。第一侧边138a与第一短路端134a垂直相接，且第一侧边138a与第二侧边138b垂直相邻。短路部134是自第一侧边138a沿远离第一侧边138a的方向连续弯折至第二馈入端136b，而辐射部132是自第二馈入端136b沿接近第二侧边138的方向连续弯折。

第一侧边138a至馈入部136的垂直距离为第三间距L1，亦即第二连续弯折134c与馈入部136最远的垂直距离为第三间距L1。第一弯折132a是自第一连续弯折132e延伸的第一个弯折，且第一弯折132a至第二侧边138b的垂直距离等于第四间距H。第一短路端134a至第二侧边138b的垂直距离等于第五间距hs。第二间距g、第四间距H及第五间距hs取决于第三间距L1与第一间距L2的比值。第四间距H例如为大于或等于第五间距hs，而在图2示出中是以第四间距H等于第五间距hs为例说明。

请同时参照图6、图7及图8，图6、图7及图8示出分别为平面天线13在不同尺寸设计下的电压驻波比的测量图。图6示出为当第三间距L1＝3.4，第一间距L2＝6，第四间距H＝7、第二间距g＝1及第五间距hs＝7时的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)；图7示出为当第三间距L1＝4.4，第一间距L2＝6，第四间距H＝7、第二间距g＝1及第五间距hs＝7时的电压驻波比；图8示出为当第三间距L1＝3.4，第一间距L2＝7，第四间距H＝6、第二间距g＝1及第五间距hs＝6时的电压驻波比(Voltage StandingWave Ratio，VSWR)。

第二实施例

请参照图9，图9示出为依照本发明第二实施例的一种平面天线的示意图。第二实施例与第一个实施例不同之处在于：平面天线23的短路部234形状与平面天线13短路部134不同，且第四间距H与第五间距hs不同。

请同时参照图10、图11及图12，图10、图11及图12示出分别为平面天线23在不同尺寸设计下的电压驻波比的测量图。图10示出为当第三间距L1＝3.4，第一间距L2＝6，第四间距H＝6、第二间距g＝0.4及第五间距hs＝1.6时的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)；图11示出为当第三间距L1＝4.4，第一间距L2＝6，第四间距H＝6、第二间距g＝0.4及第五间距hs＝1.6时的电压驻波比；图12示出为当第三间距L1＝3.4，第一间距L2＝7，第四间距H＝6、第二间距g＝1及第五间距hs＝1.6时的电压驻波比(VoltageStanding Wave Ratio，VSWR)。

前述平面天线的第二间距g、第四间距H及第五间距hs取决于第三间距L1与第一间距L2的比值。在图6及图10中，平面天线13及平面天线23的第三间距L1与第一间距L2的比值均等于3.4/6。在第三间距L1：第一间距L2比例不变的情况下，当第四间距H减少时，仅需适当地调整第二间距g及第五间距hs的大小，即能将平面天线匹配到系统需求的50欧姆。相似地，在图7及图11中，平面天线13及平面天线23的第三间距L1与第一间距L2的比值均等于4.4/6。在第三间距L1：第一间距L2比例不变的情况下，当第二间距g改变时，仅需适当地调整第五间距hs的大小，即能将平面天线匹配到系统需求的50欧姆。相似地，在图8及图12中，平面天线13及平面天线23的第三间距L1与第一间距L2的比值均等于3.4/7。在第三间距L1：第一间距L2比例不变的情况下，当第二间距g改变时，仅需适当地调整第五间距hs的大小，即能将平面天线匹配到系统需求的50欧姆。如此一来，借由简单的调整，即能将平面天线匹配到符合系统需求。

本发明上述实施例所公开的无线通信装置及其平面天线，具有多项优点，以下仅列举部分优点说明如下：

一、减少平面天线占用印刷电路板的面积，符合现今电子装置体积缩小的要求；

二、降低印刷电路板电路布局的困难度；以及

三、借由简单的调整，即能将平面天线匹配到符合系统需求。

综上所述，虽然本发明已以一优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。

Claims (13)

1.一种平面天线，包括：

一辐射部；

一短路部；

一馈入部，连接到该辐射部及该短路部，且该辐射部及该短路部均呈弯折状；以及

一接地面，包括一第一侧边及一第二侧边，其中该第一侧边与该短路部垂直相接，且该第一侧边及该第二侧边垂直相邻以形成一矩形区域，使得该辐射部、该短路部及该馈入部分布于该矩形区域；

其中该矩形区域包括互不重叠的一第一子矩形区域及一第二子矩形区域，该短路部连续弯折以分布于该第一子矩形区域，该辐射部连续弯折以分布于该第二子矩形区域，

其中该辐射部包括：

一第一弯折，为该辐射部中距离该馈入部最远的弯折，该第一弯折至该馈入部的垂直距离为一第一间距；以及

一第二弯折，为该辐射部中距离该馈入部最近的弯折，该第二弯折至该馈入部的垂直距离为一第二间距；

其中该短路部包括：

一第一短路端，连接到该接地面的该第一侧边，该接地面的该第二侧边相邻于该辐射部，该第一侧边至该馈入部的垂直距离为一第三间距，该第一弯折至该第二侧边的垂直距离等于一第四间距，该第一短路端至该第二侧边的垂直距离等于一第五间距，该第二间距、该第四间距及该第五间距取决于该第三间距与该第一间距的比值；以及

一第二短路端，连接到该馈入部的一端。

2.根据权利要求1所述的平面天线，其中该矩形区域小于10mm×8mm。

3.根据权利要求1所述的平面天线，其中该第四间距大于或等于该第五间距。

4.根据权利要求1所述的平面天线，其中该短路部自该第一侧边沿远离该第一侧边的方向连续弯折至该馈入部的一端。

5.根据权利要求1所述的平面天线，其中该辐射部自该馈入部的一端沿接近该第二侧边的方向连续弯折。

6.根据权利要求1所述的平面天线，其中该辐射部、该短路部及该馈入部形成在一印刷电路板上。

7.根据权利要求1所述的平面天线，其中该馈入部位于第一子矩形区域与第二子矩形区域的交界处。

8.一种平面天线，包括：

一辐射部，包括一第一连续弯折与相对应的一第一辐射端和一第二辐射端，该第一连续弯折介于该第一辐射端和该第二辐射端之间；

一短路部，包括一第二连续弯折与相对应的一第一短路端和一第二短路端，该第二连续弯折介于该第一短路端和该第二短路端之间；

一馈入部，包括相对应的一第一馈入端和一第二馈入端，第一馈入端与馈入信号相连，该第二馈入端与该第一辐射端及该第二短路端相连；以及

一接地面；包括一第一侧边及一第二侧边，其中该第一侧边与该第一短路端垂直相接，且该第一侧边及该第二侧边垂直相邻以形成一矩形区域，使得该辐射部、该短路部及该馈入部分布于该矩形区域；

其中该矩形区域包括互不重叠的一第一子矩形区域及一第二子矩形区域，该短路部为连续弯折以分布于该第一子矩形区域，该辐射部为连续弯折以分布于该第二子矩形区域，其中该第一连续弯折与该馈入部最远的垂直距离为一第一间距；该第一连续弯折与该馈入部最近的垂直距离为一第二间距；以及该第二连续弯折与该馈入部最远的垂直距离为一第三间距，该第二侧边与该第一馈入端垂直相邻，自该第一连续弯折延伸的第一个弯折与该第二侧边的垂直距离等于第四间距，该第一短路端与该第二侧边的垂直距离等于第五间距，第二间距、第四间距及第五间距取决于第三间距与第一间距的一比值。

9.根据权利要求8所述的平面天线，其中该第四间距大于或等于该第五间距。

10.一种无线通信装置，包括：

一连接端口；

一印刷电路板，连接该连接端口；以及

一平面天线，形成在该印刷电路板上，该平面天线包括：

一辐射部；

一短路部；

一馈入部，连接到该辐射部及该短路部，且该辐射部及该短路部均呈弯折状；以及

一接地面；包括一第一侧边及一第二侧边，其中该第一侧边与该短路部垂直相接，且该第一侧边及该第二侧边垂直相邻以形成一矩形区域，使得该辐射部、该短路部及该馈入部分布于该矩形区域；

其中该矩形区域包括互不重叠的一第一子矩形区域及一第二子矩形区域，该短路部连续弯折以分布于该第一子矩形区域，该辐射部连续弯折以分布于该第二子矩形区域，

其中该辐射部包括：

一第一弯折，为该辐射部中距离该馈入部最远的弯折，该第一弯折至该馈入部的垂直距离为一第一间距；以及

一第二弯折，为该辐射部中距离该馈入部最近的弯折，该第二弯折至该馈入部的垂直距离为一第二间距；

其中该短路部包括：

一第一短路端，连接到该接地面，该短路部连接该接地面的该第一侧边，该接地面的该第二侧边相邻于该辐射部，该第一侧边至该馈入部的垂直距离为一第三间距，该第一弯折至该第二侧边的垂直距离等于一第四间距，该第一短路端至该第二侧边的垂直距离等于一第五间距，该第二间距、该第四间距及该第五间距取决于该第三间距与该第一间距的比值；以及

一第二短路端，连接到该馈入部的一端。

11.根据权利要求10所述的无线通信装置，其中该第四间距大于或等于该第五间距。

12.根据权利要求10所述的无线通信装置，其中该短路部是自该第一侧边沿远离该第一侧边的方向连续弯折至该馈入部的一端。

13.根据权利要求10所述的无线通信装置，其中该辐射部是自该馈入部的一端沿接近该第二侧边的方向连续弯折。

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