CN103682579A - 液态天线与液态天线的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液态天线与液态天线的制造方法，所述液态天线包括天线外壳、液态导体以及馈入信号接点，其中天线外壳在天线外壳的内部形成密闭空间，以将液态导体容纳在密闭空间中。另外，馈入信号接点延伸到天线外壳的内部，与液态导体接触，其中馈入信号接点具有导电性而可用以传送一馈入信号至该液态导体，或从该液态导体接收一射频信号。

Description

液态天线与液态天线的制造方法

技术领域

本发明是有关于一种天线，且特别是有关于一种液态天线与液态天线的制造方法。

背景技术

天线是许多无线通信系统不可或缺的必备元件，且其更是攸关于系统的整体性能的主要构成要件。随着手持式电子装置已逐渐地往具有弹性或柔性(flexible)电子装置的方向发展，而天线势必也将具有相同的功能。举例来说，目前已有相关文献指出可以液态金属或液态合金作为天线本体，制造出具有弹性的天线，其中液态金属例如是由镓(Gallium)或铟(Indium)组成。然而，镓或铟等液态金属材料不仅取得不易，并且由这些液态金属材料制成的弹性天线其制造成本也相对较高。此外，由于弹性天线或柔性天线的概念目前尚未普及，一般的天线制程也不适用于制造弹性天线或柔性天线。

因此，如何设计具有弹性的天线或柔性天线与其对应的制造方法，并可兼顾制造成本与天线性能，已成为该领域技术的一大课题。

发明内容

本发明提出一种液态天线与液态天线的制造方法，可有效地提升天线在柔性电子装置上的适用性。

本发明提出一种液态天线，包括天线外壳、液态导体以及馈入信号接点。天线外壳在天线外壳的内部形成密闭空间。液态导体容纳在密闭空间中。馈入信号接点延伸到天线外壳的内部，与液态导体接触，其中馈入信号接点具有导电性而可用以传送一馈入信号至该液态导体或从该液态导体接收一射频信号。

在本发明的一实施例中，所述天线外壳由介质材料组成，并且介质材料的材质具有弹性。

在本发明的一实施例中，所述液态导体为非金属液态导体。

在本发明的一实施例中，所述液态导体为氯化钠溶液。

在本发明的一实施例中，所述液态天线设置在基板上，而基板包括接地面。

本发明还提出一种液态天线的制造方法，所述液态天线的制造方法适于制造液态天线，所述液态天线的制造方法包括下列步骤。在第一介质材料的表面形成凹槽。在第一介质材料的表面设置具导电性的馈入信号接点。注入液态导体至凹槽，其中馈入信号接点的一端与液态导体接触。将第二介质材料覆盖并粘合于第一介质材料的表面，以将液态导体密封在凹槽中，形成液态天线。

在本发明的一实施例中，所述在第一介质材料的表面形成凹槽的步骤包括在第一介质材料的表面利用蚀刻方式形成凹槽。

在本发明的一实施例中，所述在第一介质材料的表面设置具导电性的馈入信号接点的步骤包括在第一介质材料的表面利用电镀方式设置具导电性的馈入信号接点。

在本发明的一实施例中，所述第一介质材料与第二介质材料的材质具有弹性。

在本发明的一实施例中，所述液态导体为非金属液态导体。

基于上述，本发明实施例提出一种液态天线与液态天线的制造方法，所述液态天线包括天线外壳、液态导体以及馈入信号接点，其中天线外壳可以在天线外壳的内部形成密闭空间，以将液态导体容纳在密闭空间中。另外，馈入信号接点延伸到天线外壳的内部，与液态导体接触，其中馈入信号接点具有导电性而可用以接收馈入信号。另外，所述液态天线的制造方法则包括在第一介质材料的表面形成凹槽，并在第一介质材料的表面设置具导电性的馈入信号接点。然后，注入液态导体至上述凹槽，使馈入信号接点的一端与液态导体接触。接着，将第二介质材料覆盖并粘合于第一介质材料的表面，以将液态导体密封在凹槽中，形成液态天线。藉此，可有效地提升天线在柔性电子装置上的适用性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为依据本发明一实施例的液态天线的示意图；

图1B为依据本发明一实施例的液态天线的剖面图；

图2为依据本发明的一实施例的将液态天线设置在基板上的示意图；

图3为依据本发明的另一实施例的将液态天线设置在基板上的示意图；

图4为依据本发明的一实施例的液态天线的返回损失曲线图；

图5为依据本发明的一实施例的液态天线的辐射效率曲线图；

图6为依据本发明一实施例的液态天线与铜制天线的返回损失曲线图；

图7为依据本发明的一实施例的液态天线的制造方法的流程图；

图8A至图8E为依据本发明的一实施例的制造液态天线的示意图。

附图标记说明：

10、20、30：液态天线；

11：天线外壳；

12、804：液态导体；

13、231、331、803：馈入信号接点；

21、31：基板；

22、32：接地面；

23、33：馈入信号线；

232、332：接地点；

401、402、501、502：虚线；

610、620：曲线；

80、81：介质材料；

801：介质材料的表面；

802：凹槽；

S710、S720、S730、S740：本发明一实施例的液态天线的制造方法各步骤。

具体实施方式

图1A为依据本发明一实施例的液态天线的示意图。图1B为依据本发明一实施例的液态天线的剖面图。请同时参照图1A与图1B，液态天线10包括天线外壳11、液态导体12以及馈入信号接点13。天线外壳11用以在天线外壳11的内部形成密闭空间111。在本实施例中，天线外壳11可以是矩形(Rectangle)外壳或圆柱状(Cylindrical)外壳等任意形状的外壳，并且密闭空间111的形状可以是矩形空间(Space)或圆柱状空间等任意形状的空间。另外，天线外壳11与密闭空间111的尺寸大小也可以是任意的尺寸大小。例如，当天线外壳11为矩形外壳时，矩形外壳的长度、宽度、高度与厚度等，皆可视实施上的成本或功效等考虑而定。或者，当天线外壳11为圆柱状外壳时，圆柱状外壳的长度、半径与厚度等，同样可视实施上的成本或功效等考虑而定。类似地，密闭空间111的容量或尺寸等也可视实施上的成本或功效等考虑而加以调整。

在本实施例中，天线外壳10可以是由一种或多种介质材料所组成，并且所述介质材料的材质可以具有弹性或柔性(flexible)。例如，天线外壳10的介质材料可以是塑料、硅胶或各式薄膜材料等。藉此，液态天线10可以适用于各种非硬式的便携式电子装置或移动装置。然而，本发明并非以上述作为实施上的限制，在另一实施例中，不具有弹性的介质材料同样可用以作为天线外壳11。

液态导体12容纳在密闭空间111中，可作为液态天线10发射辐射信号的辐射介质。一般来说，液态导体12的组成可概略分为溶质与溶剂两部分。溶质为液态导体12中被溶剂所溶解的物质。举例来说，在本实施例中，溶质可以是固体(Solid)、液体(Liquid)或气体(Gas)溶质，本发明不对其限制。以固体溶质为例，其例如是溶于水中的糖。又以液体溶质为例，其例如是溶于水中的酒精。或者，以气体溶质为例，其例如是溶于碳酸饮料中的二氧化碳。相对应的，液态导体12中的溶剂则是可以用来溶化各种固体、液体或气体溶质的液体，本发明同样不对其限制。

值得一提的是，在任何溶液中，溶质和溶剂皆只是一种相对的概念。例如，在一般的状况下，在液态导体12中相对较多的物质可称为溶剂，而在同一液态导体12中相对较少的物质则可称为溶质。换言之，在本实施例中，液态导体12实质上可以是由各种溶质与溶剂所组成的液态导体，并可使其具有导电性。举例来说，液态导体12可以是各种离子溶液，例如，水或氯化钠(NaCl)溶液等。另外，液态导体12也可以是包括油(Oil)或液态金属(liquid metal)等溶质或溶剂的液态导体。

馈入信号接点13延伸到天线外壳11的内部(即，密闭空间111)，与液态导体12接触。馈入信号接点13具有导电性，可用以接收馈入信号。例如，馈入信号接点13可以是包含金属或任何导电材料的导线或导体，由外部延伸到天线外壳的内部(即，密闭空间111)至与液态导体12接触或者更为深入，以将馈入信号传送至液态导体12。

另外，液态天线10可设置在手机、个人数字助理(PDA)、智能手机(smart phone)、电子书、游戏机或平板电脑(Tablet PC)等各种便携式电子装置或移动装置中。

图2为依据本发明的一实施例的将液态天线设置在基板(Substrate)上的示意图。在此请注意，图2中的液态天线20的组成实质上相同或类似于图1A与图1B的液态天线10，故在此仅针对液态天线20的配置方式作说明。另外，虽然图2中的液态天线20的天线外壳为为圆柱形外壳，但是液态天线20的天线外壳实质上还可以例如是上述矩形外壳，或者任意形状而可提供类似功效的外壳。

请参照图2，液态天线20可以设置在基板21上，其中基板21还包括接地(grounding)面22，可用来接地。馈入信号线23，例如同轴导线中的内导体，电性连接于馈入信号接点231，并且通过馈入信号接点231将馈入信号传送至液态天线20中的液态导体(例如，液态导体12)，通过液态天线20发射馈入信号。或者从该液态天线20接收一射频信号。另外，馈入信号线23，例如同轴导线中的外导体则通过接地点(GroundingPoint)232与接地面22连接。

图3则为依据本发明的另一实施例的将液态天线设置在基板上的示意图。请参照图3，液态天线30可以是以类似于U型天线的方式设置在基板30上，而接地面32、馈入信号线33、馈入信号接点331以及接地点332则分别类似于图2的接地面22、馈入信号线23、馈入信号接点231以及接地点232，故在此不再赘述。换言之，在本发明其他实施例中，液态天线还可以是以任意的形状或型态来配置。例如，液态天线20的天线外壳实质上还可以是上述矩形外壳，或者任意形状而可提供类似功效的外壳。

另外，在其他实施例中，设计者也可以依据实际需求来调整液态天线的馈入信号接点与接地点的设置位置与数量。或者，设计者还可以在液态天线上增/减一个或多个短路点(Shorting Point)，来调整相关的阻抗参数等。

从实用性的角度来看，由于液态导体是作为液态天线发射辐射信号的辐射介质，因此，本发明实施例中作为液态导体的材料可更进一步具有以下特点：

(1)在预定的天线工作频段下，液态天线不会因为液态导体的介质损耗值(dielectric loss value)而导致液态天线的辐射效率大幅下降；

(2)液态导体的材料特性稳定而不容易发生变化。在此需说明的是，上述液态导体的介质损耗值可以通过测量使用一液态导体的液态天线的返回损失(Return Loss)曲线来评估。

若某一材料符合上述(1)与(2)的特点，则此材料普遍来说较为适合作为液态天线的液态导体。举例来说，水或纯水在天线共振频率2.0GHz以下具有较大的介质损耗值，会对液态天线的辐射效率产生不良的影响，因此水或纯水并不符合上述(1)的特点，不适于作为液态天线的液态导体。另一方面，氯化钠溶液的介质损耗值较低，且氯化钠溶液可让液态天线稳定的工作于天线共振频率200MHz至20GHz左右，故氯化钠溶液可归类为符合上述(1)与(2)的特点的液态导体之一。

图4为依据本发明的一实施例的液态天线的返回损失曲线图，本实施例是以类似于图2的液态天线与其配置方式来进行实验。请同时参照图2与图4，详细来看，本实施例中用来实验的液态天线直径约5微米、长度(即，图2中的长度L)约25微米，并且此液态天线中容纳约5毫升的氯化钠溶液作为液态导体。特别是，在本实施例中，液态天线的天线共振频率的中心频率约为2.4GHz，其符合目前主流的无线局域网(Wireless LAN，WLAN)中无线保真协定(Wireless Fidelity，WiFi)的工作频带之一(即，2400MHz至2484MHz)。

此外，在进行相关辐射实验之后，本实施例中所测量的液态天线的返回损失曲线如图4所示。在图4中，若从普遍的10dB作为天线的返回损失的可用标准来看，本实施例的液态天线的工作频带约在2000MHz至3000MHz之间(即，虚线401至虚线402之间)，对应至工作频带的带宽则可达约1000MHz。

图5为依据本发明的一实施例的液态天线的辐射效率曲线图。在此请注意，此实施例同样是使用类似于图4的实施例中使用的液态天线进行实验。请参照图5，若从上述无线局域网的工作频带来看，在工作频带2400MHz至2484MHz中(即，虚线501至虚线502之间)，本实施例的液态天线的辐射效率约在60％至78％之间，其符合目前在实际产品应用上的基本需求。

图6为依据本发明一实施例的液态天线与铜制天线的返回损失曲线图。在此请注意，此实施例同样是使用类似于图4的实施例中使用的液态天线进行实验。请参照图6，曲线610为液态天线所对应的返回损失曲线，而曲线620则为铜制天线所对应的返回损失曲线。

类似于图4，若从普遍的10dB作为天线的返回损失的可用标准来看，本实施例的液态天线的工作频带实质上与铜制天线的工作频带范围差异不大，同样约于2000MHz至3000MHz之间。另外，在辐射效率方面，经测量本实施例的液态天线的辐射效率约为铜制天线的辐射效率的85％，而同样落于目前在实际产品应用上的可接受范围内。

值得一提的是，虽然上述实施例皆是以2.4GHz的无线区域网局域网作为依据进行说明，然本发明实施例的液态天线实质上亦可也操作可工作于各式各种无线通信系统，例如第三代无线通信技术(3G)、蓝芽蓝牙(Bluetooth)、通用封包无线电服务无线分组业务(General PacketRadio Service，GPRS)、高速下载封包存取下行分组接入(High SpeedDownlink Packet Access，HSDPA)、高速上传封包存取上行分组接入(High Speed Uplink Packet Access，HSUPA)、无线相容认证保真(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)、无线广域网路(WWAN，Wireless Wide AreaNetwork)以及第三代合作伙伴计划长期演进技术(3GPP Long TermEvolution，3GPP LTE)等，本发明不对其限制。

此外，本发明实施例也提出对应的液态天线的制造方法，可用以制造上述多个实施例的液态天线。

图7为依据本发明的一实施例的液态天线的制造方法的流程图。图8A至图8E为依据本发明的一实施例的制造液态天线的示意图。特别是，图8A至图8E为分别对应至图7各步骤中液态天线的半成品/成品的剖面图。

首先，请参照图8A，在进行对应图7所示的制造方法前，必须选取适当的介质材料80形成天线外壳，介质材料的选用则可参照上述说明。接着，请参照图7与图8B，在步骤S710中，在介质材料80的表面801形成凹槽(Slot)802。举例来说，可以通过蚀刻槽(etching bath)以蚀刻(etching)的方式在介质材料80的表面801形成凹槽。或者，也可以使用激光(laser)的方式在介质材料80的表面801切割出凹槽。然后，请参照图7与图8C，接续于步骤S710后，在步骤S720中，在介质材料80的表面801设置具导电性的一个或多个馈入信号接点803。例如，通过电镀槽(electroplating bath)以电镀(electroplating)的方式在介质材料80的表面801设置具导电性的一个或多个馈入信号接点803。值得一提的是，馈入信号接点803可以是包含金属或任何导电材料的导线或导体。再者，请参照图7与图8D，接续于步骤S720后，在步骤S730中，注入液态导体804至凹槽802，使得馈入信号接点803的一端与液态导体804接触。接着，请参照图7与图8E，接续于步骤S730后，在步骤S740中，将介质材料81覆盖并粘合于介质材料80的表面，以将液态导体804密封在凹槽802中，形成液态天线。值得一提的是，在本实施例中，介质材料80与介质材料81的材质可以相同也可以不相同，介质材料80与介质材料81的材质选择并不会对液态天线造成实质影响。另外，在本实施例中，介质材料80与介质材料81的材质可以具有弹性，如此一来，则本发明的液态天线便具有可弯折以及可变形的特性，搭配柔性显示器、柔性元件等技术，可适用于柔性移动装置(flexiblemobile device)上。而在另一实施例中，介质材料80与介质材料81的材质也可以不具有弹性，本发明不对其限制。

此外，在实际实施的情况中，本实施例所揭露的液态天线制造方法可以是由一控制器控制多个机台(例如，蚀刻槽及/或电镀槽)，并且依照上述步骤S710至步骤S740来制造或形成液态天线。另外，上述步骤S710至步骤S740的顺序也可以依照实际上的需求而加以调整，本发明并不限制于上述实施方式。

对于上述方法中的实施细节也可由上述实施例获得足够的技术启示、建议与实施说明，在此不再赘述。

综上所述，本发明的实施例提出一种液态天线与液态天线的制造方法，所述液态天线包括天线外壳、液态导体以及馈入信号接点，其中天线外壳可以在天线外壳的内部形成密闭空间，以将液态导体容纳于密闭空间中。另外，馈入信号接点延伸到天线外壳的内部，与液态导体接触，并可用以传送一馈入信号至该液态导体或从该液态导体接收一射频信号。另外，所述液态天线的制造方法则包括在第一介质材料的表面形成凹槽，并在第一介质材料的表面设置具导电性的馈入信号接点。然后，注入液态导体至上述凹槽，使馈入信号接点的一端与液态导体接触。接着，将第二介质材料覆盖并粘合于第一介质材料的表面，以将液态导体密封在凹槽中，形成液态天线。藉此，可在兼顾成本与天线效能的情况下，有效地提升天线在柔性电子装置上的适用性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种液态天线，其特征在于，包括：

一天线外壳，在该天线外壳的内部形成一密闭空间；

一液态导体，容纳在该密闭空间中；以及

一馈入信号接点，延伸到该天线外壳的内部，与该液态导体接触，

其中该馈入信号接点具有导电性而可用以传送一馈入信号至该液态导体或从该液态导体接收一射频信号。

2.根据权利要求1所述的液态天线，其特征在于，该天线外壳由一介质材料组成，并且该介质材料的材质具有弹性。

3.根据权利要求1所述的液态天线，其特征在于，该液态导体为非金属液态导体。

4.根据权利要求1所述的液态天线，其特征在于，该液态导体为氯化钠溶液。

5.根据权利要求1所述的液态天线，其特征在于，该液态天线设置在一基板上，而该基板包括一接地面。

6.一种液态天线的制造方法，适于制造一液态天线，其特征在于，该方法包括：

在一第一介质材料的表面形成一凹槽；

在该第一介质材料的表面设置具导电性的一馈入信号接点；

注入一液态导体至该凹槽，其中该馈入信号接点的一端与该液态导体接触；以及

将一第二介质材料覆盖并粘合在该第一介质材料的表面，以将该液态导体密封在该凹槽中，形成该液态天线。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在该第一介质材料的表面形成该凹槽的步骤包括：

在该第一介质材料的表面利用一蚀刻方式形成该凹槽。

8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在该第一介质材料的表面设置具导电性的该馈入信号接点的步骤包括：

在该第一介质材料的表面利用一电镀方式设置具导电性的该馈入信号接点。

9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，该第一介质材料与该第二介质材料的材质具有弹性。

10.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，该液态导体为非金属液态导体。

Images