CN102683828B - 具有袖状扼流结构的天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种具有袖状扼流结构的天线装置，包括一绝缘基板、一非平衡式天线及一接地面，该非平衡式天线设在该绝缘基板的一短边，并具有一接地部，该接地面沿该绝缘基板的两相对长边设置，位于该非平衡式天线一侧并与该接地部电耦接，其长度大于该非平衡式天线的操作频率的等效四分之一波长，且其两相对侧边在距离该非平衡式天线大约该操作频率的等效四分之一波长处，设有相对称的一对袖状扼流结构，各该袖状扼流结构的一端与该接地面连接，另一端朝远离该非平衡式天线方向延伸。借此，改善非平衡式天线的辐射场型。

Description

具有袖状扼流结构的天线装置
技术领域
本发明涉及一种天线，特别是涉及一种印刷电路板天线。
背景技术
参见图1与图2所示，目前应用在小型无线装置，例如无线USB装置的印刷电路板天线大都为非平衡式(unbalanced)结构的天线30，例如单极天线、平面倒F型天线(PIFA)等，其会在印刷电路板31的接地面32上产生映像电流，且映像电流在接地面32上会以驻波形式呈现，因而使天线30的辐射场型易出现旁波瓣与零点等问题，原因在于印刷电路板31会因为产品的机构与设计，使得其上摆设的零件多寡不一，且接地面32大小亦不相同，当接地面32长度小于天线操作频率的四分之一波长时，天线30可产生如常见的偶极天线良好的全向性辐射场型。
然而，当需要增加印刷电路板31的长度以摆放所需元件时，往往会使得其接地面32的长度超过天线30的操作频率的四分之一波长，以致接地面32上的映像电流在接地面32上会以驻波形式呈现而产生电流零点33，使天线30辐射方向朝向印刷电路板31，导致天线30辐射场型产生多个旁波瓣与零点，不但影响天线收发信号的效能，并且可能对印刷电路板31上的电路元件产生电磁干扰。
由此可见，上述现有的天线装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的具有袖状扼流结构的天线装置，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可改善非平衡式天线的辐射场型的具有袖状扼流结构的天线装置。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具有袖状扼流结构的天线装置，包括一绝缘基板，其具有一个短边及两个连接该短边的两端且平行的长边；该具有袖状扼流结构的天线装置还包括：一非平衡式天线，设在该绝缘基板上并且靠近该绝缘基板的该短边，并具有一接地部；及一接地面，设在该绝缘基板上，位于该非平衡式天线一侧并与该接地部电耦接，该接地面的两相对侧边沿该绝缘基板的两长边延伸，其长度大于该非平衡式天线的操作频率的等效四分之一波长，且其两相对侧边的内侧在距离该非平衡式天线的该操作频率的等效四分之一波长处，设有相对称的一对袖状扼流结构，各该袖状扼流结构的一端与该接地面连接，另一端朝远离该非平衡式天线方向延伸。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的具有袖状扼流结构的天线装置，其中各该袖状扼流结构是一窄长形金属线段，其另一端与该接地面之间具有一第一间隙，且其一内侧边与该接地面之间具有一第二间隙。
较佳地，前述的具有袖状扼流结构的天线装置，其中该对袖状扼流结构将该接地面分隔成位于该对袖状扼流结构的靠近该非平衡式天线一侧的一电流有效区，设置该对袖状扼流结构处的一电流局限区及位于该对袖状扼流结构的远离该非平衡式天线一侧的一电流抑制区，该对袖状扼流结构阻挡在该接地面上产生的映像电流流至该电流抑制区，且该对袖状扼流结构与相邻的该接地面的电流向量大小相等，方向相反而相互抵消，并使该电流有效区的长度小于该非平衡式天线的操作频率的等效四分之一波长，使得该电流有效区内不致产生电流零点。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有袖状扼流结构的天线装置，包括一绝缘基板，其具有一个短边及两个连接该短边的两端且平行的长边；该具有袖状扼流结构的天线装置还包括：一非平衡式天线，设在该绝缘基板上并且靠近该绝缘基板的该短边，并具有一接地部；及一接地面，设在该绝缘基板上，位于该非平衡式天线一侧并与该接地部电耦接，该接地面的两相对侧边沿该绝缘基板的两长边延伸，其长度大于该非平衡式天线的操作频率的等效四分之一波长，且其两相对侧边的外侧在距离该非平衡式天线的该操作频率的等效四分之一波长处，设有相对称的一对袖状扼流结构，各该袖状扼流结构的一端与该接地面连接，另一端朝远离该非平衡式天线方向延伸。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的具有袖状扼流结构的天线装置，其中各该袖状扼流结构是一窄长形金属线段，其一内侧边与该接地面之间具有一间隙。
较佳地，前述的具有袖状扼流结构的天线装置，其中该对袖状扼流结构将该接地面分隔成位于该对袖状扼流结构的靠近该非平衡式天线一侧的一电流有效区，设置该对袖状扼流结构处的一电流局限区及位于该对袖状扼流结构的远离该非平衡式天线一侧的一电流抑制区，该对袖状扼流结构阻挡在该接地面上产生的映像电流流至该电流抑制区，且该对袖状扼流结构与相邻的该接地面的电流向量大小相等方向相反而相互抵消，该电流有效区的长度小于该非平衡式天线的操作频率的等效四分之一波长，使得该电流有效区内不致产生电流零点。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明具有袖状扼流结构的天线装置至少具有下列优点及有益效果：本发明借由设在绝缘基板上的接地面的两相对侧边距离非平衡式天线的操作频率的等效四分之一波长处，设置一对袖状扼流结构来改变接地面上的映像电流分布，使电流局限于接地面的位于该对袖状扼流结构上方的长度小于操作频率的等效四分之一波长的一电流有效区内，使接地面上不致出现电流零点，而改善天线辐射场型中的旁波瓣(side 1obes)和零点(nulls)现象，使非平衡式天线具有良好的全向性辐射场型，并使设置在接地面上的电子元件不致受到天线的电磁波干扰。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是传统印刷电路板天线的构造示意图。
图2是传统印刷电路板天线的接地面上的映像电流模拟分布示意图。
图3本发明具有袖状扼流结构的天线装置的第一较佳实施例的构造示意图。
图4是第一实施例的各元件构造尺寸图。
图5是第一实施例的接地面上的映像电流模拟分布示意图。
图6是第一实施例操作在2.4GHz频段的二维辐射场型图。
图7是第一实施例操作在2.4GHz频段的三维辐射场型图。
图8是第一实施例的反射系数量测结果图。
图9是本发明具有袖状扼流结构的天线装置的第二较佳实施例的构造示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有袖状扼流结构的天线装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
参见图3所示，是本发明具有袖状扼流结构的天线装置的第一较佳实施例，其包括一绝缘基板(例如可以是印刷电路板的基板)10，一设于绝缘基板10一侧的非平衡式天线11，及一设在绝缘基板10上，与非平衡式天线11同一平面并位于非平衡式天线11一侧的接地面12。
绝缘基板10在本实施例概呈一长矩形，其具有两短边101、102及连接该二短边101、102的两端且平行的两长边103、104。
非平衡式天线11是一四分之一波长共振天线，其设(例如印刷)在绝缘基板10上并且靠近绝缘基板10的短边101，非平衡式天线11包括一辐射单元111与一接地部112。辐射单元111概呈T形，其具有一直立部113及二辐射部114、115，辐射部114、115由直立部113的接近绝缘基板10的短边101分别朝绝缘基板10的长边103、104方向对称延伸。接地部112设在直立部113的另一端，其具有一位于中心的馈入点116及由馈入点116朝向相反两侧对称延伸的倒L形接地段117、118，且直立部113的另一端与接地部112的馈入点116电耦接。上述非平衡式天线11只是本发明的一实施例，并非以此为限，只要是设置在印刷电路板上的非平衡式天线皆适用本发明。
接地面12位在非平衡式天线11的接地部112的一侧并与接地部112的倒L形接地段117、118末端电耦接。接地面12沿绝缘基板10的两长边103、104延伸而布设在绝缘基板10的表面，其长度大于非平衡式天线11的操作频率(或中心频率)的四分之一波长，且在接地面12的两相对侧边(长边)121、122的内侧，距离非平衡式天线11大约操作频率的等效四分之一波长处(亦即该距离包含可稍微大于、或等于、或稍微小于操作频率的等效四分之一波长)，设有相对称的一对袖状扼流结构13、14，使该对袖状扼流结构13、14至非平衡式天线11之间的区域长度不超过非平衡式天线11的操作频率的四分之一波长。
请同时参见图3与图4所示，各该袖状扼流结构13、14是一窄长形金属线段，其长度h大约为非平衡式天线11的操作频率的等效四分之一波长，且其一端131、141与接地面12连接，另一端朝远离非平衡式天线11方向延伸，并与接地面12之间具有一第一间隙g1，且袖状扼流结构13、14的一内侧边与接地面12之间具有一第二间隙g2。其中袖状扼流结构13、14的长度h或第一间隙g1可以调整天线的阻抗匹配及辐射场型，且第二间隙g2可以调整天线的辐射场型。
参见图4所示，其显示本实施例具有袖状扼流结构的天线装置操作在2.4GHz频段的元件尺寸。其中绝缘基板10是采用厚度为1.6mm的FR4基板，但不以此为限。
且参见图5所示，该对袖状扼流结构13、14将接地面12分隔成位于该对袖状扼流结构13、14上方的一电流有效区，设置该对袖状扼流结构13、14处的一电流局限区及位于该对袖状扼流结构13、14下方的一电流抑制区，当非平衡式天线11操作在2.4GHz频段时，由图5中可以看出，由于受到该对袖状扼流结构13、14的影响，在接地面12上产生的映像电流会被该对袖状扼流结构13、14阻挡，无法流至电流抑制区，所以在电流抑制区的电流强度很微弱，而电流局限区是该对袖状扼流结构13、14设置处，电流强度最大，但由于该对袖状扼流结构13、14的窄长形金属线段与相邻的接地面12电流向量大小大约相等，但方向相反相互抵消，故产生的辐射能量小，而电流有效区的长度由于不超过非平衡式天线11的操作频率的四分之一波长，所以不会在电流有效区内产生电流零点，且非平衡式天线11加上电流有效区的电流分布，会让其辐射场型产生如图6及图7所示的如同一般偶极天线的良好全向性辐射场型。
图8是非平衡式天线11操作在2.4GHz频段的反射系数量测结果，由图中可知，非平衡式天线11在返回损失10dB的频宽约为385MHz(2350MHz～2735MHz)。
由上述说明可知，本发明借由在绝缘基板10的接地面12的两相对长边121、122距离非平衡式天线11约操作频率的等效四分之一波长处，植入一对袖状扼流结构13、14，来改变接地面12上的映像电流分布，使电流局限于接地面12的位于该对袖状扼流结构13、14上方的长度小于操作频率的等效四分之一波长的电流有效区内，使接地面12上不致出现电流零点，而改善天线辐射场型中的旁波瓣(side lobes)和零点(nulls)现象，使非平衡式天线11具有良好的全向性辐射场型，并使设置在接地面12上的电子元件不致受到天线的电磁波干扰。
而且由于该对袖状扼流结构13、14是直接设在接地面12的长边内侧，不会使绝缘基板10的面积增加，且不会占据绝缘基板10太多的空间，在电路布局上也不会影响电子元件的摆设，确实为改善非平衡式天线11的辐射场型的良好解决方案。
再参见图9所示，是本发明具有袖状扼流结构的天线装置的第二较佳实施例，其与第一实施例不同之处在于，本实施例的一对袖状扼流结构23、24是设置在接地面12的两相对长边121、122的外侧，并与接地面12之间具有第二间隙g2，其余构造皆与第一实施例相同，在此不再赘述。且本实施例的该对袖状扼流结构23、24同样能发挥如同上述该对袖状扼流结构13、14的作用，将接地面12上产生的映像电流局限在该对袖形扼流结构23、24上方的电流有效区，而改善天线辐射场型中的旁波瓣(side lobes)和零点(nulls)现象，使天线具有良好的全向性辐射场型，并使设置在接地面12上的电子元件不致受到天线的电磁波干扰。
综上所述，上述实施例借由在设有非平衡式天线11的印刷电路板的接地面12的与非平衡式天线11概呈垂直的相对两长边121、122的距离非平衡式天线11约操作频率(中心频率)的四分之一波长处，设置一对呈窄长形金属线段的袖状扼流结构13、14或23、24，并使其一端与接地面12连接而短路，另一端朝远离非平衡式天线方向延伸而开路，使接地面12上产生的映像电流在该对袖状扼流结构13、14或23、24所在的电流局限区被抑制，无法经由电流局限区到达位于该对袖状扼流结构13、14或23、24下方的电流抑制区，使得接地面12上的映像电流被限制在位于该对袖状扼流结构13、14或23、24上方的靠近非平衡式天线11的电流有效区中，使接地面12上不致出现电流零点，而改善天线辐射场型中的旁波瓣(side lobes)和零点(nulls)现象，使非平衡式天线11具有良好的全向性辐射场型，并使电路板(接地面12)上的电子元件不致受到天线的电磁波干扰。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种具有袖状扼流结构的天线装置，其特征在于：
该具有袖状扼流结构的天线装置包括：
一绝缘基板，其具有一个短边及两个连接该短边的两端且平行的长边；
一非平衡式天线，设在该绝缘基板上并且靠近该绝缘基板的该短边，该非平衡式天线并具有一接地部；及
一接地面，设在该绝缘基板上，位于该非平衡式天线的下侧并与该接地部电耦接，该接地面的两相对侧边沿该绝缘基板的两长边延伸，其长度大于该非平衡式天线的操作频率的等效四分之一波长，且其两相对侧边的内侧在距离该非平衡式天线的该操作频率的等效四分之一波长处，设有相对称的一对袖状扼流结构，各该袖状扼流结构的一端与该接地面连接，另一端朝远离该非平衡式天线方向延伸。
2.如权利要求1所述的具有袖状扼流结构的天线装置，其特征在于：各该袖状扼流结构是一窄长形金属线段，其另一端与该接地面之间具有一第一间隙，且其一内侧边与该接地面之间具有一第二间隙。
3.如权利要求1所述的具有袖状扼流结构的天线装置，其特征在于：该对袖状扼流结构将该接地面分隔成位于该对袖状扼流结构的靠近该非平衡式天线一侧的一电流有效区，设置该对袖状扼流结构处的一电流局限区及位于该对袖状扼流结构的远离该非平衡式天线一侧的一电流抑制区，该对袖状扼流结构阻挡在该接地面上产生的映像电流流至该电流抑制区，且该对袖状扼流结构与相邻的该接地面的电流向量大小相等，方向相反而相互抵消，并使该电流有效区的长度小于该非平衡式天线的操作频率的等效四分之一波长，使得该电流有效区内不致产生电流零点。
4.一种具有袖状扼流结构的天线装置，其特征在于：
该具有袖状扼流结构的天线装置包括：
一绝缘基板，其具有一个短边及两个连接该短边的两端且平行的长边；
一非平衡式天线，设在该绝缘基板上并且靠近该绝缘基板的该短边，该非平衡式天线并具有一接地部；及
一接地面，设在该绝缘基板上，位于该非平衡式天线的下侧并与该接地部电耦接，该接地面的两相对侧边沿该绝缘基板的两长边延伸，其长度大于该非平衡式天线的操作频率的等效四分之一波长，且其两相对侧边的外侧在距离该非平衡式天线的该操作频率的等效四分之一波长处，设有相对称的一对袖状扼流结构，各该袖状扼流结构的一端与该接地面连接，另一端朝远离该非平衡式天线方向延伸。
5.如权利要求4所述的具有袖状扼流结构的天线装置，其特征在于：各该袖状扼流结构是一窄长形金属线段，其一内侧边与该接地面之间具有一间隙。
6.如权利要求4所述的具有袖状扼流结构的天线装置，其特征在于：该对袖状扼流结构将该接地面分隔成位于该对袖状扼流结构的靠近该非平衡式天线一侧的一电流有效区，设置该对袖状扼流结构处的一电流局限区及位于该对袖状扼流结构的远离该非平衡式天线一侧的一电流抑制区，该对袖状扼流结构阻挡在该接地面上产生的映像电流流至该电流抑制区，且该对袖状扼流结构与相邻的该接地面的电流向量大小相等方向相反而相互抵消，该电流有效区的长度小于该非平衡式天线的操作频率的等效四分之一波长，使得该电流有效区内不致产生电流零点。
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