CN103840255A - 印刷式宽带单极天线模块 - Google Patents

Abstract

本发明为一种印刷式宽带单极天线模块，包含有：一基板，具有一第一侧面；一接地部，形成于该第一侧面上；以及一天线本体，相对于该接地部而设置于该第一侧面上，该天线本体并包含有：一第一延伸部，具有一第一长度；一第二延伸部，具有一第二长度，并具有一第一宽度加上一第二宽度的宽度；一第三延伸部，具有该第一宽度，而该第二延伸部于该第一延伸部与该第三延伸部之间形成连接；以及一馈入部，其一端连接于该第一延伸部与该第二延伸部之间，另一端则对应于该接地部；其中第一长度对第二长度的比值小于一第一数值，而第一长度对第一宽度与第二宽度的和的比值小于一第二数值。

Description

印刷式宽带单极天线模块

技术领域

本发明为一种印刷式宽带单极天线模块，尤其涉及一种应用于便携式电子装置中而能进行无线信号传输，并直接于印刷式电路板的一侧上作印制，而能简单地依应用需求来设计与调整所运作的频段与带宽的天线模块。

背景技术

随着移动运算技术的发展，相关的便携式电子装置是不断地被研发与创新，例如笔记型计算机、个人数字助理、移动电话或平板计算机等。这些科技产品在我们的生活中已扮演着重要的角色，并带来相当大的方便性和实用性。另一方面，利用便携式电子装置作无线信号的传输以进行包括电话通讯、互联网连线等功能，亦为此类电子装置的一种重要应用。而所进行的无线信号传输是指通过其装置所内建或外接的一天线以射频(radio frequency)方式来接收与发射相关的无线信号。

为了因应便携式电子装置的轻薄短小的特性，相关的无线信号传输模块无不以轻巧的类型或相应的尺寸加以设计与制造。就目前技术而言，小型天线主要有芯片天线(Chip Antenna)和平面型天线(Planar Antenna)两种。其中芯片天线类型的有陶瓷芯片天线(Ceramic Chip Antenna)，而平面型天线的类型则包括微带天线(Micro-strip Antenna)和印刷式天线(Printed Antenna)。其中结构轻巧、传输效能良好、方便制作且可被轻易地设置在装置内壁的平面倒F形天线(Planar Inverse-F Antenna，简称PIFA)或单极天线(Monopole Antenna)，便为目前已被广泛地运用在各类便携式电子装置的平面型天线。

另一方面，目前针对便携式电子装置的无线信号传输的实用性与功能性，在其无线信号传输模块的设计也愈益强调具有多频段与足够的带宽。举例来说，为了要将无线局域网络(Wireless LAN)标准的802.11b和802.11a规格整合于一个无线信号传输模块中，必须设计能够兼具2.4GHz和5GHz两种不同运作频率的天线结构或电路，而此类天线称为双频天线(Dual Band Antenna)。

而就平面倒F形天线(PIFA)而言，目前的制造技术多半将同轴缆线的内层导体层与外围导体层分别焊接于其结构的信号馈入点与信号接地点，以将信号进行传输。然而，为了让平面倒F形天线能作多频段与宽带的应用，已知技术多半使其整体结构设计的较为复杂与尺寸较大，在制造上也存在着成本较高与组装不易的缺陷，且其所形成的带宽较窄而不易于不同环境进行频段调整。相对来说，单极天线的运作与结构则较简单。因此，如何使单极天线能有效地进行多频段与宽带的运作，并且以同一个天线或同一个无线信号传输模块的方式作结构设计，便为本申请发展的主要目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种印刷式宽带(又称之为“频宽”)单极天线模块。该天线模块系应用并内建于可进行无线信号传输的便携式电子装置，且其天线本体直接于便携式电子装置的印刷式电路板的一侧上作印制，从而能简单地依应用需求来设计与调整所运作的频段与带宽。

本发明为一种印刷式宽带单极天线模块，包含有：一基板，具有一第一侧面；一接地部，形成于该第一侧面上；以及一天线本体，相对于该接地部而设置于该第一侧面上，该天线本体并包含有：一第一延伸部，具有一第一长度；一第二延伸部，具有一第二长度，并具有一第一宽度加上一第二宽度的宽度；一第三延伸部，具有该第一宽度，而该第二延伸部于该第一延伸部与该第三延伸部之间形成连接；以及一馈入部，其一端连接于该第一延伸部与该第二延伸部之间，另一端则对应于该接地部；其中该第一长度决定一工作频率，该第一长度大于该第二长度，且该第一长度对该第二长度的比值小于一第一数值，而该第一长度对该第一宽度与该第二宽度的和的比值小于一第二数值。

根据上述构想，本发明所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该接地部还包含有相互连接的一后端区域、一前端区域和一中间区域，该中间区域形成于该后端区域与该前端区域之间，而分别于其两端连接该后端区域与该前端区域。

根据上述构想，本发明所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该接地部还包含有相互连接的一后端区域、一前端区域和一中间区域，该后端区域形成于该第三延伸部的一侧，并和该第二延伸部之间具有一第一间距；该前端区域形成于该第一延伸部的一侧，并和该第一延伸部之间具有一第二间距；该中间区域并和该第一延伸部、该第二延伸部之间具有一第三间距；其中系设计该第一间距大于该第二间距，该第二间距大于或等于该第三间距，调整该第一间距、该第二间距和/或该第三间距以作为该天线本体的阻抗匹配。

根据上述构想，本发明所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该基板还具有一第二侧面，该第二侧面与该第一侧面分别设置于该基板相对应的两侧，该天线本体的投影映射于该第二侧面的区域为一镂空区域而不设置任何金属结构。

附图说明

图1(a)为本发明的印刷式宽带单极天线模块100的平面示意图。

图1(b)为本发明的印刷式宽带单极天线模块100于一角度上的立体示意图。

图2为本发明的印刷式宽带单极天线模块100的平面放大示意图。

图3为本发明的印刷式宽带单极天线模块100于第一实施例中的反射损失(dB)对频率(GHz)的实测结果示意图。

图4为本发明的印刷式宽带单极天线模块100于第一实施例中的带宽(MHz)对一比值(B1/(C1+C2))的实测结果示意图。

图5为本发明的印刷式宽带单极天线模块102的平面放大示意图。

图6为本发明的印刷式宽带单极天线模块103的平面放大示意图。

【主要元件符号说明】

100、102、103：印刷式宽带单极天线模块

10：基板                10a：第一侧面

11：接地部              111：中间区域

111a：馈入信号接地点    112、112’：前端区域

113：后端区域           114：槽孔

20：天线本体            21、21’：第一延伸部

22：第二延伸部          23：第三延伸部

24：馈入部              25：缺块

A1：第一间距            A2、A2’：第二间距

A3：第三间距            B1、B1’、B1”：第一长度

B2：第二长度            B3：第三长度

C1：第一宽度        C2：第二宽度

具体实施方式

现以一第一实施例进行本发明的实施说明。请同时参阅图1(a)和(b)。其中图1(a)为本发明所提出的印刷式宽带单极天线模块100的平面示意图；图1(b)为该印刷式宽带单极天线模块100于一角度上的立体示意图。如图1(a)和(b)所示，在此实施例中，该印刷式宽带(又称之为“宽频”)单极天线模块100主要包含有一基板10、一接地部11和一天线本体20。该基板10为一介电质的印刷式电路板，其具有两个侧面，图中呈现了其中的一第一侧面10a，而该接地部11形成于该第一侧面10a上。

承上所述，该天线本体20以微带线方式并相对于该接地部11印制与设置在该第一侧面10a上。在此实施例中，形成于该第一侧面10a上的该接地部11可为一印刷金属面，而于该基板10的另一侧面(即一第二侧面，该第二侧面与该第一侧面分别设置于该基板相对应的两侧，未显示于图式)上则无形成任何结构，使其印刷式宽带单极天线模块100成为一双层板的架构。而于其他的实施方式中，也可在该基板10的所述另一侧面上印制出另一接地金属面，使其整体模块成为一三层板的架构；但需注意的是，在此三层板(或更多层)的架构下为使天线能进行辐射，在该天线本体20所在位置的另一侧面的对应区域上需为镂空，也就是该天线本体20的投影映射于该第二侧面的区域为一镂空区域而不能形成、设置任何金属结构。

另一方面，本发明的该印刷式宽带单极天线模块100应用且内建于可进行无线信号传输的便携式电子装置。因此，由于便携式电子装置的轻薄短小的特性，构成其电路板的该基板10的尺寸便可对应其电子装置的尺寸，也就是整体的天线模块可和电子装置的其他系统元件设置在同一个板材上。此外，其天线模块也可和所应用的电子装置的其他系统元件作板材上各自独立的设置，也就是设置天线的该基板10可为另一个尺寸相对较小的印刷式电路板，并独立地于电子装置的相关位置上(例如电子装置的壳体内璧)作悬挂或贴附的固设。

请参阅图2，为该印刷式宽带单极天线模块100的平面放大示意图。如该图所示，该天线本体20包含有一第一延伸部21、一第二延伸部22、一第三延伸部23和一馈入部24；其中该第二延伸部22形成于该第一延伸部21与该第三延伸部23之间，而分别于其两侧连接该第一延伸部21与该第三延伸部23。其次，由一般单极天线的特征可知，单极天线仅由一个端点作信号的馈入而与其接地点相互独立分离；因此，该馈入部24的其中一端连接于该第一延伸部21与该第二延伸部22之间，而其另一端则对应于该接地部11。

详细来说，如图2所示，该第一延伸部21具有一第一长度B1，该第二延伸部22具有一第二长度B2；而在此实施例中的该第一延伸部21和该第二延伸部22同具有一第一宽度C1加上一第二宽度C2的宽度(即(C1+C2))，也就是两者皆呈现为矩形的形状。其次，该第三延伸部23具有该第一宽度C1与一第三长度B3；而该第三延伸部23和该第二延伸部22之间的连接系呈现出一阶梯状的样式，从而能够产生出更多的电流通过类型，以便进行对应的阻抗匹配和达到所需的频段运作。

承上所述，在此实施例中，该第一延伸部21即是用以作为信号传输的辐射主体。详细来说，该第一延伸部21的该第一长度B1的设计主要便是用来决定天线的一工作频率，也就是从该馈入部24所在的馈入点向该第一延伸部21的端缘所延伸而出的长度，将和所响应、共振的频率大小有关。基本上，其长度系约略等于所设计频段中所使用频率的共振波长的四分之一。另一方面，该第二延伸部22与该第三延伸部23用以作为阻抗匹配的调整，也就是从该馈入部24所在的馈入点向该第二延伸部22与该第三延伸部23的端缘所延伸而出的形状(即其阶梯状)，能使天线的电压驻波比(Voltage Standing WaveRatio，简称VSWR)达到所需的条件。此外，(C1+C2)的宽度将决定其天线本体20可运作的带宽。

进一步来说，该天线本体20的设计具有以下条件；其一，该第一长度B1大于该第二长度B2，同时该第一长度B1对该第二长度B2的比值小于一第一数值，而该第一数值在此实施例中为4，也就是：

$\frac{B1}{B2}<4$ (式1)

其二，该第二宽度C2大于该第一宽度C1，同时该第一长度B1对该第一宽度C1与该第二宽度C2的和的比值小于一第二数值，而该第二数值在此实施例中为2.5，也就是：

$\frac{B1}{C1+C2}<2.5$ (式2)

再者，如图2所示，该接地部11包含有一后端区域113、一前端区域112和一中间区域111；该中间区域111形成于该后端区域113与该前端区域112之间，而分别于其两端连接该后端区域113与该前端区域112。由上述可知，单极天线仅由一个端点作信号的馈入而与其接地点相互独立分离；因此，在此实施例中，该馈入部24的另一端邻近该接地部11，也就是对应于该接地部11之中间区域111的一馈入信号接地点111a。

具体来说，该馈入部24直接于该基板10上采用50欧姆(Ω)的线路来构成，并以其一端焊接在该第一延伸部21与该第二延伸部22的交界处的一馈入点上，而能进行信号的馈入，且其线路的另一端则可因应该馈入信号接地点111a的位置作对应的延伸。

承上所述，如图2所示，该后端区域113形成于该第三延伸部23的一侧，并和该第二延伸部22之间具有一第一间距A1。其次，该前端区域112形成于该第一延伸部21的一侧，并和该第一延伸部21之间具有一第二间距A2。此外，该中间区域111并和该第一延伸部21、该第二延伸部22之间具有一第三间距A3。当信号馈入后，该接地部11附近会有电流通过，因此，该等区域111、112、113同样是用以作为阻抗匹配的调整。而在此实施例中，该后端区域113与该前端区域112呈现为矩形的形状，且其中设计该第一间距A1大于该第二间距A2，该第二间距A2大于或等于该第三间距A3。进一步来说，当调整该第一间距A1、该第二间距A2和/或该第三间距A3之间隔距离的设计时，便可用以作为该天线本体20的阻抗匹配的调整。

请参阅图3，为该印刷式宽带单极天线模块100在此实施例中的反射损失(dB)对频率(GHz)的实测结果示意图。在此图中的曲线代表B1/B2的比值为3.83的实测结果。而就反射损失(Return Loss，单位dB)此一条件进行实测检视时，在此实施例中因此-10dB作为检测的标准。详细来说，所呈现的曲线是在-10dB以下时，代表此天线在对应的频率可供有效使用；而其曲线是在-10dB以上时，代表对应的频率在其传输接口上会出现较大的反射而无法有效使用。在此实施例中定义该第一长度B1对该第二长度B2的比值小于4(式1)，而如图3所示，以B1/B2的比值为3.83的实测结果来说，便已呈现出位于-10dB以下的部分其可用频段约在1.7~2.7GHz，也就是其可用带宽约达1.0GHz(或1000MHz)；而1.7GHz即为该第一长度B1所对应的工作频率。

请同时参阅图4，为该印刷式宽带单极天线模块100在此实施例中的带宽(MHz)对一比值(B1/(C1+C2))的实测结果示意图。由上所述可知，该第一延伸部21的该第一长度B1的设计用来决定天线的工作频率；且当固定该第一长度B1并调整该第一延伸部21和该第二延伸部22的宽度(C1+C2)的设计时，便可决定天线的带宽。在此实施例中定义该第一长度B1对该第一宽度C1与该第二宽度C2的和的比值小于2.5(式2)，而如图4所示，以B1/(C1+C2)的比值约为1.9~2.5的实测结果来说，便已呈现出其可用带宽约达970~1060MHz，也就是平均而言已有约1000MHz的可用带宽。

因此，承上所述，根据对该印刷式宽带单极天线模块100在此实施例中的相关设计条件，其所可具体进行实施与应用的操作频段在LTE(Long TermEvolution，简称LTE)的Band 1(1920~2170MHz)、Band 3(1710~1880MHz)、Band 4(1710~2155MHz)、Band 7(2500~2690MHz)、Band 38(2570~2620MHz)、Band  40(2300~2400MHz)以及UMTS  (1920~2170MHz)、WiFi802.11bg(2.40~2.50GHz)等的系统的频段或频带，而能于可进行无线信号传输的相关便携式电子装置上作运用；或是任何可在LTE的1710~2700MHz频段上进行应用的系统，或是可稍作频段调整而能应用在其它操作频段的无线信号传输系统或装置。

本发明还可根据上述第一实施例所公开的概念进行相关的变化实施，而能在类似的构造设计下达成相近的功效与实施目的。现以一第二实施例进行本发明的实施说明，在此第二实施例中，本发明提出一印刷式宽带单极天线模块102。

请参阅图5，为该印刷式宽带单极天线模块102的平面放大示意图；其中和上述第一实施例相同构成单元的部分以相同的元件编号作示意。如该图所示，此第二实施例和第一实施例的差别仅在于，其接地部11还包含有一槽孔114，该槽孔114形成于其前端区域112’与其中间区域111之间。类似地，当信号馈入后，该接地部11附近会有电流通过，而该等区域111、112’、113将进行阻抗匹配调整。而在此第二实施例中，该前端区域112’因应该槽孔114的设计，其形状便呈现出一阶梯状的样式，使得于其上能够产生出更多的电流通过类型而能进行对应的阻抗匹配调整。

现以一第三实施例进行本发明的实施说明，在此第三实施例中，本发明提出一印刷式宽带单极天线模块103。

请参阅图6，为该印刷式宽带单极天线模块103的平面放大示意图；其中和上述第一实施例相同构成单元的部分以相同的元件编号作示意。如该图所示，此第三实施例和第一实施例的差别仅在于，其天线本体20还包含有一缺块25，该缺块25形成于其第一延伸部21’的一角上，使得该第一延伸部21’相对在该前端区域112一侧上的形状呈现出一阶梯状的样式。而在此第三实施例中，因应该缺块25的设计，该第一延伸部21’的一第一长度将从B1’变化至B1”；相较于第一实施例而言，长度B1’小于长度B1(并大于长度B2)，且长度B1”大于长度B1，也就是该第一延伸部21’相对地向该前端区域112一侧加以延伸，使得其间距A2’小于间距A2。

承上所述，该第一延伸部21’的该第一长度B1’、B1”的值的设计，需于分别代入第一实施例的式1与式2中的B1后，能符合其条件。由上所述可知，该第一延伸部21’的长度的设计用来决定天线的工作频率；因此，因应其第一长度B1’、B1”的不同，便能决定出不同的工作频率，并进而能以此工作频率调整出所需的不同频段。

综上所述，本发明所提出的印刷式宽带单极天线模块，至少具有如下的特征或可达到的功效增进：

其一，本发明系根据单极天线的运作原理作设计，从而不需具有如平面倒F形天线(PIFA)的接地点，使得其整体尺寸能较平面倒F形天线来得小；同时馈入部的设计直接印制于其印刷式电路板上，从而能减少同轴缆线馈入的使用成本。

其二，本发明的天线本体系亦能直接印制于其印刷式电路板的一侧上，也就是制造上可简单地改变相关长度与宽度的设计，使得其运作的频段与带宽便能依应用需求而被轻易调整；同时还可减少相对于一般立体天线所需的模具制造成本及生产组装成本。

其三，本发明经实测后已验证可有效地于LTE的1710~2700MHz频段上进行运用，或是可稍作频段调整而能作不同频段的应用；同时其整体模块可在所应用的电子装置中以单一板材的方式来设置，或是可另外以一较小的电路板作独立设置。

由此，本发明能有效解决先前技术中所提出的相关问题，并能成功地达到本申请发展的主要目的。

任何本领域技术人员可在运用与本发明相同目的的前提下，使用本发明所揭示的概念和实施例变化来作为设计和改进其他一些方法的基础。这些变化、替代和改进不能背离权利要求书所界定的本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种印刷式宽带单极天线模块，包含有：

一基板，具有一第一侧面；

一接地部，形成于该第一侧面上；以及

一天线本体，相对于该接地部而设置于该第一侧面上，该天线本体并包含有：

一第一延伸部，具有一第一长度；

一第二延伸部，具有一第二长度，并具有一第一宽度加上一第二宽度的宽度；

一第三延伸部，具有该第一宽度，而该第二延伸部于该第一延伸部与该第三延伸部之间形成连接；以及

一馈入部，其一端连接于该第一延伸部与该第二延伸部之间，另一端则对应于该接地部；

其中该第一长度对该第二长度的比值小于一第一数值，而该第一长度对该第一宽度与该第二宽度的和的比值小于一第二数值。

2.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该基板为一介电质的印刷式电路板。

3.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该接地部为一印刷金属面。

4.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该第一长度决定一工作频率，而该第一长度大于该第二长度。

5.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该第二宽度大于该第一宽度。

6.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该第二延伸部与该第三延伸部用以进行阻抗匹配调整。

7.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该接地部包含有：

一后端区域，形成于该第三延伸部的一侧，并和该第二延伸部之间具有一第一间距；

一前端区域，形成于该第一延伸部的一侧，并和该第一延伸部之间具有一第二间距；以及

一中间区域，形成于该后端区域与该前端区域之间，并和该第一延伸部、该第二延伸部之间具有一第三间距。

8.如权利要求7所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该第一间距大于该第二间距，且该第二间距大于或等于该第三间距。

9.如权利要求7所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该接地部包含有一槽孔，形成于该前端区域与该中间区域之间。

10.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该第一延伸部的宽度为该第一宽度加上该第二宽度。

11.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该基板还具有一第二侧面，该第二侧面与该第一侧面分别设置于该基板相对应的两侧，该天线本体的投影映射于该第二侧面的区域不设置任何金属结构。

12.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该第一数值为4。

13.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该第二数值为2.5。

14.如权利要求1所述的印刷式宽带单极天线模块，其中该天线本体包含有一缺块，形成于该第一延伸部的一角上。

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