CN103208673A - 隐藏式天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种隐藏式天线。隐藏式天线包括同轴电缆及接地连接部。同轴电缆包括中心导体、绝缘层及外层编织网。中心导体包括信号传输部及辐射部。辐射部连接信号传输部，并提供共振频率。绝缘层包覆信号传输部及辐射部。外层编织网包覆信号传输部而不包覆辐射部。接地连接部电连接系统接地部与外层编织网。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线，且特别是涉及一种隐藏式天线。
背景技术
请参照图1，图1绘示为使用传统倒F型天线的荧幕电脑的示意图。荧幕电脑1使用传统平面倒F型天线(Planar Inverted-F Antennas，PIFA)11收发无线信号。倒F型天线11必须依据周遭环境进行设计。即使在射频规格(RF Specification)一样的条件下，不一样的周遭环境都必须用各别的设计调整来达成天线辐射体(Antenna Radiating Element)射频规格的目标，所以就目前的天线设计技术而言都需考量天线所置放位置的相关参数来做设计依据以达成所要的特性与表现。
不论是笔记型电脑、平板电脑或荧幕电脑，天线的摆放位置大部分都集中在荧幕周边部分，因此天线辐射体的设计就会依据荧幕周边部分的可用立体空间作为规划。以目前的设计技术而言，天线的操作频率(OperatingFrequency)越低所需要的立体空间就越大。反之，天线的共振频率(ResonanceFrequency)越高就可以在较小的立体空间中完成天线辐射体的设计。也因此隐藏式天线的设计样式就随着不同的产品结构有不同的设计，无法使用单一设计来满足各种结构的射频要求。纵使是在十分相近的周遭环境与条件下天线辐射体(包含正极与负极；接地部分的架构)也必须做调整以期符合射频规格。因此天线设计者皆需因应天线所置放位置的周遭环境与条件并依据所使用的天线辐射体做设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隐藏式天线(Embedded Antenna)，以解决上述问题。
根据本发明，提出一种隐藏式天线。隐藏式天线包括同轴电缆及接地连接部。同轴电缆包括中心导体、绝缘层及外层编织网。中心导体包括信号传输部及辐射部。辐射部连接信号传输部，并提供共振频率。绝缘层包覆信号传输部及辐射部。外层编织网包覆该信号传输部而不包覆辐射部。接地连接部电连接系统接地部与外层编织网。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为使用传统倒F型天线的荧幕电脑的示意图；
图2为一种具隐藏式天线的电子装置的局部示意图；
图3为依照第一实施例的一种隐藏式天线的局部示意图；
图4为依照第二实施例的一种隐藏式天线的局部示意图；
图5为依照第三实施例的一种隐藏式天线的局部示意图；
图6为依照第四实施例的一种隐藏式天线的局部示意图；
图7为依照第五实施例的一种隐藏式天线的局部示意图；
图8为依照第六实施例的一种金属套管的示意图；
图9为依照第六实施例的一种隐藏式天线的局部示意图；
图10为依照第七实施例的一种隐藏式天线的局部示意图；
图11为将隐藏式天线配置于荧幕电脑的位置A及位置B的示意图；
图12为主天线的驻波比(Voltage standing wave ratio，VSWR)的示意图；
图13为副天线的驻波比的示意图；
图14为主天线于YZ平面的天线场型图；
图15为主天线于XZ平面的天线场型图；
图16为主天线于XY平面的天线场型图；
图17为副天线于YZ平面的天线场型图；
图18为副天线于XZ平面的天线场型图；
图19为副天线于XY平面的天线场型图；
图20为利用无线网卡测试802.11g于不同角度的吞吐量的示意图；
图21为于802.11n中不同通道的上传吞吐量的示意图；
图22为于802.11n中不同通道的下载吞吐量的示意图；
图23为利用无线网卡测试802.11g于不同角度的吞吐量的示意图；
图24为于802.11g中不同通道的上传吞吐量的示意图；
图25为于802.11g中不同通道的下载吞吐量的示意图；
图26为荧幕电脑使用传统倒F型天线于802.11g时的上传吞吐量的示意图；
图27为荧幕电脑使用传统倒F型天线于802.11g时的下载吞吐量的示意图；
图28为荧幕电脑使用传统倒F型天线于802.11n时的上传吞吐量的示意图；
图29为荧幕电脑使用传统倒F型天线于802.11n时的下载吞吐量的示意图；
图30为将隐藏式天线配置于荧幕电脑的位置C及位置D的示意图；
图31为一种笔记型电脑的示意图；
图32为图31绘示的驻波比的示意图；
图33为图31绘示的天线场型图；
图34为依照第八实施例的一种隐藏式天线的正面示意图；
图35为依照第八实施例的一种隐藏式天线的背面示意图；
图36为依照第八实施例的一种隐藏式天线的侧面示意图。
主要元件符号说明
2：电子装置
1、2a、2b：荧幕电脑
2c：笔记型电脑
21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h：隐藏式天线
22：系统接地端
211：接地连接部
212：中心导体
213：绝缘层
212a、212c、215：辐射部
212b：信号传输部
214：外层编织网
216、217：金属套管
217a、217b：套管部
218：延伸编织网
A、B、C、D：位置
g1、g2：管径
L1、L2、d1：长度
W2、d2：宽度
d3：距离
具体实施方式
第一实施例
请同时参照图2及图3，图2绘示为一种具隐藏式天线的电子装置的局部示意图，图3绘示为依照第一实施例的一种隐藏式天线的局部示意图。电子装置2例如为平板电脑、笔记型电脑或荧幕电脑(All In One，AIO)，电子装置2至少包括隐藏式天线(Embedded Antenna)21及系统接地端22。系统接地端22例如为电子装置2中的金属机构。
在第一实施例中，隐藏式天线21以隐藏式天线21a为例说明。隐藏式天线21a包括同轴电缆及接地连接部211，且同轴电缆包括中心导体212、绝缘层213及外层编织网214。中心导体212包括辐射部212a及信号传输部212b。辐射部212a连接信号传输部212b，并提供一共振频率。辐射部212a可视为自外层编织网214向外延伸。当应用于无线区域网络时(Wireless LAN，WLAN)，辐射部212a的共振频率例如是2.4GH～2.5GHz。辐射部212a的长度L1为对应于共振频率的四分之一波长。当共振频率为2.4GH～2.5GHz时，辐射部212a的长度L1约为3cm～3.125cm之间。辐射部212a的长度L1也可通过调整绝缘层213的介电质材料或中心导体212的线径宽度而进行微调。
绝缘层213包覆信号传输部212b及辐射部212a。外层编织网214包覆信号传输部212b，而不包覆传输部212b。接地连接部211电连接系统接地部22与外层编织网214。接地连接部211例如为铜箔胶布。当接地连接部211使用铜箔胶布时，除了能电连接系统接地部22与外层编织网214外，还能同时地固定隐藏式天线21a。此外，通过适当地调整系统接地部22的宽度能进一步地增加隐藏式天线21a的频宽。
相比较于传统平面倒F型天线(Planar Inverted-F Antennas，PIFA)，由于隐藏式天线21a主要是由同轴电缆所实现，因此能降低生产成本。此外，隐藏式天线21a的空间相依性较低，机构设计上仅需一条固定同轴电缆的沟槽即可。隐藏式天线21a能沿着电子装置2的边框四周任意位置摆放。相较于传统平面倒F型天线，隐藏式天线21a不需要在机构上额外地设计定位孔，将有助于电子装置2的机构设计达到简单化及标准化的目标。不仅如此，由于外层编织网214经系统接地部22电连接至接地连接部211，因此能提升效率及因应环境自我调适天线响应。
第二实施例
请同时参照图2及图4，图4绘示为依照第二实施例的一种隐藏式天线的局部示意图。于第二实施例中，隐藏式天线21以隐藏式天线21b为例说明。隐藏式天线21b与前述隐藏式天线21a主要不同之处在于隐藏式天线21b的辐射部212a能因应环境的需要而设计成呈L状。如此一来，隐藏式天线21b能设置于电子装置2的角落，而进一步地降低机构设计的困难度。
第三实施例
请同时参照图2及图5，图5绘示为依照第三实施例的一种隐藏式天线的局部示意图。在第三实施例中，隐藏式天线21以隐藏式天线21c为例说明。隐藏式天线21c与前述隐藏式天线21a主要不同之处在于隐藏式天线21c的中心导体212更包括辐射部212c。辐射部212c电连接辐射部212a以形成一应用于无线区域网络的双频天线。辐射部212a提供一共振频率，而另一共振频率由辐射部212c与辐射部212a的组合所提供。辐射部212a所提供的共振频率与辐射部212c所提供的共振频率不同。举例来说，辐射部212a提供的共振频率为5.15GHz～5.85GHz，而辐射部212c与辐射部212a的组合提供的共振频率为2.4GHz～2.5GHz。
辐射部212c例如被延展成一几何平面，几何平面的形状可视需求予以调整。为方便说明起见，图5绘示的辐射部212c以矩形平面为例说明。辐射部212a的长度L1与辐射部212c的长度L2的总和为辐射部212a与辐射部212c的总长度。辐射部212a与辐射部212c的总长度为对应于共振频率2.4GHz～2.5GHz的四分之一波长。辐射部212a的长度L1为对应于共振频率5.15GHz～5.85GHz的四分之一波长。于第三实施例中辐射部212a与辐射部212c的总长度约为3cm～3.125cm；辐射部212a的长度L1约为1.46cm～1.28cm；辐射部212c的长度L2约为2cm。于第三实施例中辐射部212c的宽度W2约为1cm，而辐射部212c的宽度W2也能适当地进行微调，以提高隐藏式天线21c的频宽。
第四实施例
请同时参照图2及图6，图6绘示为依照第四实施例的一种隐藏式天线的局部示意图。在第四实施例中，隐藏式天线21以隐藏式天线21d为例说明。隐藏式天线21d与前述隐藏式天线21c主要不同之处在于隐藏式天线21d的辐射部215为铜箔胶布。辐射部215电连接辐射部212a以形成一应用于无线区域网络的双频天线。辐射部212a提供一共振频率，而另一共振频率由辐射部215与辐射部212a的组合所提供。辐射部212a所提供的共振频率与辐射部215所提供的共振频率不同。举例来说，辐射部212a提供的共振频率为5.15GHz～5.85GHz，而辐射部215与辐射部212a的组合提供的共振频率为2.4GHz～2.5GHz。
辐射部215的几何平面形状可视需求予以调整。为方便说明起见，图5绘示的辐射部215以矩形平面为例说明。辐射部212a的长度L1与辐射部215的长度L2的总和为辐射部212a与辐射部215的总长度。辐射部212a与辐射部215的总长度为对应于共振频率2.4GHz～2.5GHz的四分之一波长。辐射部212a的长度L1为对应于共振频率5.15GHz～5.85GHz的四分之一波长。于第三实施例中辐射部212a与辐射部215的总长度约为3cm～3.125cm；辐射部212a的长度L1约为1.46cm～1.28cm；辐射部215的长度L2约为2cm。于第三实施例中辐射部215的宽度W2约为1cm，而辐射部215的宽度W2也能适当地进行微调，以提高隐藏式天线21d的频宽。
第五实施例
请同时参照图2及图7，图7绘示为依照第五实施例的一种隐藏式天线的局部示意图。在第五实施例中，隐藏式天线21以隐藏式天线21e为例说明。隐藏式天线21e与前述隐藏式天线21a主要不同之处在于隐藏式天线21e还包括金属套管216。金属套管216例如为铝管或铜管，且金属套管216包覆至少部分绝缘层214。隐藏式天线21e能通过金属套管216达到增加频宽的效果。
第六实施例
请同时参照图2、图8及图9，图8绘示为依照第六实施例的一种金属套管的示意图，图9绘示为依照第六实施例的一种隐藏式天线的局部示意图。在第六实施例中，隐藏式天线21以隐藏式天线21f为例说明。隐藏式天线21f与前述隐藏式天线21a主要不同之处在于隐藏式天线21f更包括金属套管217。金属套管217包括套管部217a及套管部217b，套管部217b与套管部217a连接。套管部217a具有管径g1，而套管部217b具有管径g2。其中，管径g2大于管径g1。于第六实施例中，套管部217a相邻辐射部212a，而套管部217b自套管部217a沿与辐射部212a相反的延伸方向向外延伸。需说明的是，隐藏式天线21f可通过调整管径g2的大小来改变频宽大小。
第七实施例
请同时参照图2、图8及图10，图10绘示为依照第七实施例的一种隐藏式天线的局部示意图。在第七实施例中，隐藏式天线21以隐藏式天线21g为例说明。隐藏式天线21g与前述隐藏式天线21f主要不同之处在于套管部217b相邻辐射部212a，而套管部217a自套管部217b沿与辐射部212a相反的延伸方向向外延伸。需说明的是，隐藏式天线21g可通过调整管径g2的大小来改变频宽大小。
第八实施例
请同时参照图2、图34、图35及图36，图34绘示为依照第八实施例的一种隐藏式天线的正面示意图，图35绘示为依照第八实施例的一种隐藏式天线的背面示意图，图36绘示为依照第八实施例的一种隐藏式天线的侧面示意图。在第八实施例中，隐藏式天线21以隐藏式天线21h为例说明。隐藏式天线21h与前述隐藏式天线21d主要不同之处在于隐藏式天线21h更包括延伸编织网218。延伸编织网218被延展成一平面，且与外层编织网214电连接。外层编织网214与接地连接部211例如分别设置于绝缘层213的两侧。延伸编织网218的面积大小为长度d1×宽度d2，且延伸编织网218与绝缘层相距距离d3。隐藏式天线21h可通过适当地调整长度d1、宽度d2及距离d3达到调整天线频宽的目的。除此之外，延伸编织网218也可改由铜箔、铝箔或导电布来达到相似的功效。此外，在另一实施例中，外层编织网214与接地连接部211也可设置于绝缘层213的同一侧。
请同时参照图11、图12及图13，图11绘示为将隐藏式天线配置于荧幕电脑的位置A及位置B的示意图，图12绘示为主天线的驻波比(Voltagestanding wave ratio，VSWR)的示意图，图13绘示为副天线的驻波比的示意图。为方便说明起见，前述电子装置2于图11绘示中以一18.5时的荧幕电脑2a为例说明，且座标轴Z以垂直附图纸面的方向射出。前述隐藏式天线21a可设置于荧幕电脑2a边框中位置A做为一主天线，而另一隐藏式天线21a可设置于荧幕电脑2a边框中位置B做为一副天线。一般在业界中，天线驻波比的标准值为2。在图12中能清楚地看出，主天线于2.4GHz、2.45GHz及2.5GHz的驻波比分别为1.6731、1.6469、1.7686。而于图13能清楚地看出副天线于2.4GHz、2.45GHz及2.5GHz的驻波比分别为1.6833、1.6114、1.7995。显见当上述隐藏式天线21a应用于无线区域网络时(Wireless LAN，WLAN)，不论是主天线或副天线其位于2.4GH～2.5GHz内的驻波比皆符合业界的规范值。
请同时参照图11、图14、图15、图16、图17、图18及图19，图14绘示为主天线于YZ平面的天线场型图，图15绘示为主天线于XZ平面的天线场型图，图16绘示为主天线于XY平面的天线场型图，图17绘示为副天线于YZ平面的天线场型图，图18绘示为副天线于XZ平面的天线场型图，图19绘示为副天线于XY平面的天线场型图。由图14、图15及图16可看出主天线分别于YZ平面、XZ平面及XY平面的天线场型。而由图17、图18及图19可看出副天线分别于YZ平面、XZ平面及XY平面的天线场型。不论是主天线或副天线皆能达到40％以上的效率。
请同时参照图20、图21、图22、图23、图24及图25，图20绘示为利用无线网卡测试802.11g于不同角度的吞吐量的示意图，图21绘示为于802.11n中不同通道的上传吞吐量的示意图，图22绘示为于802.11n中不同通道的下载吞吐量的示意图，图23为利用无线网卡测试802.11g于不同角度的吞吐量的示意图，图24绘示为于802.11g中不同通道的上传吞吐量的示意图，图25绘示为于802.11g中不同通道的下载吞吐量的示意图。下述说明以无线网卡WPET-123GN来比较上述隐藏式天线在802.11g及802.11n两种传输协定中的效能。首先，先以无线通道2412MHz决定出荧幕电脑最差吞吐量的角度。接着，再针对不同的信号衰减量及不同无线通道比较效能。测试环境为待测物与隐藏式天线均在一个总初始衰减值(Total Path Loss)为55dB的无反射室。图20绘示为总初始衰减值为55dB时，利用前述隐藏式天线测试802.11g得知最差吞吐量的角度为315度。图21及图22分别为802.11g在315度时，不同衰减值及各通到的上传及下载吞吐量。
相似地，图23绘示为总初始衰减值为55dB时，利用前述隐藏式天线测试802.11n得知最差吞吐量的角度为0度。图24及图25分别为802.11n在0度时，不同衰减值及各通到的上传及下载吞吐量。
请同时参照图26、图27、图28及图29，图26绘示为荧幕电脑使用传统倒F型天线于802.11g时的上传吞吐量的示意图，图27绘示为荧幕电脑使用传统倒F型天线于802.11g时的下载吞吐量的示意图，图28绘示为荧幕电脑使用传统倒F型天线于802.11n时的上传吞吐量的示意图，图29绘示为荧幕电脑使用传统倒F型天线于802.11n时的下载吞吐量的示意图。比较使用传统倒F型天线的荧幕电脑与使用前述实施例揭露的隐藏式天线的荧幕电脑可知，前述实施例揭露的隐藏式天线在信号高衰减时，仍相较于传统倒F型天线有较好的表现。
请同时参照图30及表1，图30绘示为将隐藏式天线配置于荧幕电脑的位置C及位置D的示意图。为方便说明起见，前述电子装置2于图11绘示中以一18.5时的荧幕电脑2b为例说明，且座标轴Z以垂直附图纸面的方向射出。
隐藏式天线21a因为对机构环境的相依性低，因此隐藏式天线21a可放置的位置也较传统倒F型天线有弹性。举例来说，前述隐藏式天线21a可设置于荧幕电脑2b边框中位置C做为一主天线，而另一隐藏式天线21a可弯曲地设置于荧幕电脑2b边框中位置D做为一副天线。从下表1可知，主天线与副天线所测得的辐射效率均有40％以上。
| 位置C | 位置D | |
| 频率(GHz) | 3D效率(％) | 3D效率(％) |
| 2.4 | 43.34 | 52.75 |
| 2.45 | 43.99 | 53.95 |
| 2.5 | 44.78 | 51.07 |
表1
请同时参照图31、图32、图33及表2，图31绘示为一种笔记型电脑的示意图，图32绘示为图31绘示的驻波比的示意图，图33绘示为图31绘示的天线场型图。为方便说明起见，前述电子装置2于图31绘示中以一10.1时的笔记型电脑2c为例说明，且座标轴Z以垂直附图纸面的方向射出。由图32可看出隐藏式天线215于2.4GHz、2.45GHz、2.5GHz、5.15GHz及5.85GHz的驻波比分别为2.0620、2.0396、1.9623、2.0701及2.2086。而由下表2可看出隐藏式天线215的效率大50％。此外，由图33可看出隐藏式天线215具有优异的天线场型。
| 频率(GHz) | 3D效率(％) |
| 2.4 | 53.14 |
| 2.45 | 61.94 |
| 2.5 | 58.69 |
| 5.15 | 51.47 |
| 5.85 | 53.02 |
表2
综上所述，虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (15)
1.一种隐藏式天线(Embedded Antenna)，包括：
同轴电缆，包括：
中心导体，包括：
信号传输部；及
第一辐射部，连接该信号传输部，并提供一第一共振频率；
绝缘层，用以包覆该信号传输部及该第一辐射部；及
外层编织网，用以包覆该信号传输部，而不包覆该第一辐射部；以及
接地连接部，用以电连接该系统接地部与该外层编织网。
2.如权利要求1所述的隐藏式天线，其中该接地连接部为铜箔胶布。
3.如权利要求1所述的隐藏式天线，其中该第一辐射部的长度为对应于该第一共振频率的四分之一波长。
4.如权利要求1所述的隐藏式天线，其中该第一辐射部呈L状。
5.如权利要求1所述的隐藏式天线，其中该中心导体还包括：
第二辐射部，电连接该第一辐射部，用以提供一第二共振频率，该第二共振频率与该第一共振频率不同。
6.如权利要求5所述的隐藏式天线，其中该第二辐射部被延展成一平面。
7.如权利要求5所述的隐藏式天线，其中该平面为矩形。
8.如权利要求5所述的隐藏式天线，其中该第一辐射部与该第二辐射部的总长度为对应于该第一共振频率的四分之一波长。
9.如权利要求1所述的隐藏式天线，还包括：
第二辐射部，电连接该第一辐射部，用以提供一第二共振频率，该第二共振频率与该第一共振频率不同。
10.如权利要求9所述的隐藏式天线，其中该第二辐射部为铜箔胶布。
11.如权利要求9所述的隐藏式天线，其中该第一辐射部与该第二辐射部的总长度为对应于该第一共振频率的四分之一波长。
12.如权利要求1所述的隐藏式天线，还包括：
金属套管，用以包覆至少部分该外层编织网。
13.如权利要求1所述的隐藏式天线，还包括：
金属套管，用以包覆至少部分该绝缘层。
14.如权利要求13所述的隐藏式天线，其中该金属套管包括：
第一套管部，具有第一管径；以及
第二套管部，与该第一套管部连接且具有第二管径，该第二管径大于该第一管径。
15.如权利要求1所述的隐藏式天线，还包括：
延伸编织网，被延展成一平面，且与该外层编织网电连接。
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