CN108417973A - 裂环型天线 - Google Patents

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Abstract

一种裂环共振器天线，包含：基板，具有外缘、第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；第一导电层，配置于所述第一表面，且具有间隙及腔体；第一馈入部，与所述第一导电层共平面且配置于所述腔体中；以及信号线，电连接于所述第一馈入部。其中所述第一导电层界定所述间隙的两侧边为第一内边和第二内边，所述腔体通过所述间隙连接于所述外缘，所述第一馈入部邻近所述第一内边。

Description

裂环型天线
技术领域
本发明是关于一种裂环型天线；特别关于一种配置于多层电路板用于宽带通信的裂环型天线。
背景技术
在无线通信的应用上，伴随着3C产品的微小化，以及通信带宽的需求，这些需要无线传输的电子产品上面的天线设备必需在微小化的同时，还要具备宽带的功效。以IEEE802.11规范为例，为了能实现应用于主频段为5GHz的规格，天线的传输范围需要足够的带宽。
请参阅图1，其显示一种传统型式的裂环型天线设备100，配置于多层电路板中，图中显示其中相关的三层金属层，金属层之间各以介电层(未显示)相隔离。如图，最上层导电层110靠近外缘的部位具有间隙112及腔体113，腔体113通过间隙112连接于外缘。腔体113的周围配置多个116接地点，分别和位于底层接地片130上的多个连接点136相对应，各组相对应位置的接地点116和连接点136之间将以镀满金属的导通孔(via)电连接。图中底层的接地片130也具有间隙132及腔体134。位于中间的金属层则于相对于腔体113的位置中配置有馈入部125，可透过导线127将电子信号(未显示)传送出来。
传统的裂环型天线符合微小化的要求，然而却难以提供足够的带宽，致使在主频段为5GHz的应用上无法实现所需的通信功效。此外，由于传送信号的导线127必须和馈入部125相同的金属层，而绝大多数的功能组件都是配置于多层电路板的最上层，如图1所示的传统型式裂环型天线设备100在天线讯号的传输路径方面无可避免的需要透过导通孔的转送才能到达最上层，造成不必要的损耗。因此，申请人有鉴于现有技术的缺失，发明出本申请的裂环型天线，以改善上述缺失。
发明内容
因此，需要发展一种具有宽带功效的裂环型天线设备设计，避免为了配置用以连接位于中间层的馈入部的导线而导致的天线信号损耗，也同时能让天线具有更佳的宽带功效。
依据本发明的观点，提出一种裂环共振器天线，包含：基板，具有外缘、第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；第一导电层，配置于所述第一表面，且具有间隙及腔体；第一馈入部，与所述第一导电层共平面、配置于所述腔体中、且邻近所述第一内边；以及信号线，电连接于所述第一馈入部。其中所述第一导电层界定所述间隙的两侧边为第一内边和第二内边，所述腔体通过所述间隙连接于所述外缘。
依据本发明的另一观点，提出一种裂环共振器天线，包含：基板，具有外缘、第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；基础馈入部，设于所述第一表面上；导电层，配置于所述第二表面，且具有间隙及腔体；第一电容耦合路径，形成于所述基础馈入部及所述第一匹配组件之间；导电组件，与所述基础馈入部不位于同一平面；以及第二电容耦合路径，形成于所述导电组件及所述第二匹配组件之间。其中所述导电层界定所述间隙的两侧边为第一内边和第二内边，且自所述第一内边和所述第二内边分别形成第一匹配组件和第二匹配组件，所述腔体通过所述间隙连接于所述外缘。
本发明所提供的宽带天线设备，可以充分满足微小化与带宽的需求，完整的实现IEEE802.11规范中关于主频段为5GHz所制定的规格，甚至更佳的带宽。相同的概念，更可以应用于其他频段的天线设计。因此，本申请具有极佳的产业利用性。
附图说明
本案通过下列附图的详细说明，使得更深入的了解：
图1是显示一种传统型式的裂环型天线设备的示意图；
图2A是本发明裂环型天线的一实施例的示意图；
图2B是图2A中沿着A-A’虚线的剖面示意图；
图2C为图2A中沿着2C虚线的剖面示意图；
图2D为本发明裂环天线的另一实施例的示意图；
图3为本发明裂环天线的另一实施例的示意图；
图4是依据本发明所制作的裂环天线的天线特性示意图；
图5是依据本发明所制作的裂环天线的天线功效示意图；
图6是依据本发明所制作的裂环天线的天线增益示意图。
具体实施方式
本发明将可由下列实施例说明而得到充分了解，使本领域技术人员可以据以完成的，然而本发明的实施并非可由下列实施例而被限制其实施型态。
请参阅图2A-2C，其为本发明裂环型共振器(Split Ring Resonator,SRR)天线的一实施例示意图。图2B为图2A中沿着A-A’虚线的剖面示意图；图2C为图2A中沿着2C虚线的剖面示意图。SRR天线200配置于多层电路板，至少包含第一基板220和第二基板240。本领域专业人员了解，多层电路板通常是由上下堆栈的多层介电材料形成的基板以及配置于各层基板之间及上下方多层金属导电层所构成，为了强调本发明裂环型共振器天线在各导电层的主要组件构造以及相对位置，图2A中没有显示第一基板220和第二基板240，本领域专业人员仍然可以理解在各导电层之间必然配置有介电材料的基板以提供绝缘。如图2C所示，第一基板220具有外缘221、第一表面223及相对于第一表面的第二表面225。
如图2A所示，裂环型共振器(SRR)天线200包含有第一导电层210，配置于第一基板220的第一表面221，而且第一导电层210在邻近于第一基板220外缘221的位置具有间隙212及腔体213，腔体213和间隙212相连，且通过间隙212连接于外缘221。第一导电层210界定间隙212的两侧边为第一内边2121和第二内边2122。与第一导电层210共平面的腔体213中且邻近第一内边2121的位置上配置有第一馈入部215。依据本发明一实施例，为了加强第一馈入部215和裂环型共振器的电耦合效应，还可以在第一内边2121且邻近第一馈入部215的位置配置第一匹配组件217。此外，为了进一步增加天线带宽，还可以在第一导电层210的腔体213中邻近第二内边2122和第一馈入部215的共平面位置配置匹配部214。为了加强匹配部214和裂环型共振器的电耦合效应，还可以在第二内边2122且邻近匹配部214的位置配置第二匹配组件218。
同时参阅图2A-2C，SRR天线200还包含第二导电层230，配置于第一基板220的第二表面225，且包括对应于第一馈入部215的第二馈入部235。第一导电层210和所述第二导电层230之间配置有第一导通孔270，分别电连接第一馈入部215的连接点2151和第二馈入部235的连接点2351，致使第一馈入部215和第二馈入部235形成导通的状态。相同于传统形式的SRR天线，本发明的SRR天线200也具有接地层250，位于第二基板240下方，也就是平行于第一导电层210和第二导电层230，第一导电层210上的多个接地点216和接地层250上位于相对应位置的多个接点256之间分别配置有第二导通孔280，以使第一导电层210和接地层250上相对应位置的接地点216和连接点256之间形成电连接，达到接地的功效。
裂环共振器天线200中的腔体213尺寸，例如长度与宽度，决定了天线的主要共振频率。为了实现主频段为5GHz的裂环共振器天线天线，其腔体必须为与频率为5GHz的对应波长相关的特定尺寸，如图2A所示的裂环形共振器天线200中的腔体213长度为4.7厘米而宽度为2.2厘米。图1所示的裂环形天线100最上层导电层只有用以产生共振的腔体134组件，因接收电磁波信号而产生的感应电流路径单调，所产生的天线共振频率也将集中于一处，所以带宽十分有限。传统式裂环形天线100的馈入部125为单一组件，透过与腔体134电耦合而接收与发送信号，受限于馈入组件的尺寸必须小于腔体134的尺寸，天线功效往往不足。然而，本发明裂环形共振器天线200的腔体213中另外配置第一馈入部215，电连接于位于第二导电层230的第二馈入部235，使得馈入组件的总尺寸大幅增加。为了进一步扩充带宽，依据本发明另一实施例，在腔体213中第一馈入部215另一侧更配置一个尺寸更小的匹配部214，使得本发明的天线功效更加的优于传统式裂环形天线。
从本发明的另一个观点来看，图2A-2C中的第二馈入部235相当于传统式裂环形天线100的馈入部125，也可称之为基础馈入部，依据本发明裂环形共振器天线200的设备结构，基础馈入部可以和第一匹配组件217之间产生电容耦合，形成第一电容耦合路径，进而实现天线的主要共振频率。而第一馈入部215是一片导电组件，透过与邻近的匹配部214之间以及匹配部214与第二匹配组件218之间的电容耦合，形成第二电容耦合路径。第一馈入部215和第一匹配组件217之间也可以产生电容耦合，形成第三电容耦合路径。由于这些额外的电容耦合路径的存在，大幅增加了本发明裂环形共振器天线的带宽。
参阅图2D，其显示本发明SRR天线200的另一实施例的示意图，图中的组件与图2A中的设备相似，只是左右位置互调。如图，SRR天线200包含有第一导电层260，配置于第一基板220的第一表面223，而且第一导电层260在邻近于第一基板220外缘221的位置具有间隙262及腔体263，腔体263和间隙262相连，且通过间隙262连接于外缘221。第一导电层260界定间隙262的两侧边为第一内边2621和第二内边2622。与第一导电层260共平面的腔体263中且邻近第一内边2621的位置上配置有第一馈入部265。为了加强第一馈入部265和裂环型共振器的电耦合效应，还可以在第一内边2621且邻近第一馈入部265的位置配置第一匹配组件261。此外，为了进一步增加天线带宽，还可以在第一导电层260的腔体263中邻近第二内边2622和第一馈入部265的共平面位置配置匹配部264。为了加强匹配部264和裂环型共振器的电耦合效应，还可以在第二内边2622且邻近匹配部264的位置配置第二匹配组件268。第一馈入部265透过其上的接点2651电连接于位于其下方的第二馈入部285。第一导电层260上有多个接地点266。
请参阅图3，其显示本发明SRR天线的另一实施例的示意图。图中的SRR天线300和图2A所示的天线结构类似，包含有第一导电层310，配置于第一基板220的第一表面223，而且第一导电层310在邻近于第一基板220外缘221的位置具有间隙312及腔体313，腔体313和间隙312相连，且通过间隙312连接于外缘221。第一导电层310界定间隙312的两侧边为第一内边3121和第二内边3122。与第一导电层310共平面的腔体313中且邻近第一内边3121的位置上配置有第一馈入部315。为了加强第一馈入部315和裂环型共振器的电耦合效应，还可以在第一内边3121且邻近第一馈入部315的位置配置第一匹配组件317。此外，为了进一步增加天线带宽，还可以在第一导电层310的腔体313中邻近第二内边3122和第一馈入部315的共平面位置配置匹配部314。为了加强匹配部314和裂环型共振器的电耦合效应，还可以在第二内边3122且邻近匹配部314的位置配置第二匹配组件318。第一馈入部315透过其上的接点3151电连接于位于其下方的第二馈入部335。第一导电层310上有多个接地点316。
第一馈入部所接收的天线信号需要再经由导线输入到基板上的其他功能组件。在第2A和图2D所示的设备中，第一馈入部215/265可以做为焊接点，将信号线(未显示)直接焊接于第一馈入部215/265。如图3所示的设备，第一导电层310中更包括与第一馈入部315电连接的导线319，可以将天线信号(未显示)直接传送到同样位于第一导电层310中的其他功能组件，有效的缩短信号传送的距离并且降低信号传输的耗损，提升信号的质量。
图4显示依据本发明所制作的SRR天线与传统的SRR天线在计算器仿真过程中返回损失(Return Loss)的比较。图中以实线表示依据本发明概念所设计的SRR天线的仿真数据，而以虚线表示传统SRR天线的仿真数据。如果以-10dB为允收标准，由图中可发现传统SRR天线的可用带宽明显的少于本发明概念所设计的SRR天线的可用带宽，而且本发明概念所设计的SRR天线在返回损失特性方面远优于传统的SRR天线。
图5显示依据本发明所制作的SRR天线与传统的SRR天线在计算器仿真过程中天线功效的比较。图中以实线表示依据本发明概念所设计的SRR天线的仿真数据，而以虚线表示传统SRR天线的仿真数据。如果以0.7或70％天线功效当作允收标准，由图中可发现传统SRR天线的在频率为5.5GHz附近的天线功效明显的低于本发明概念所设计的SRR天线，而且本发明概念所设计的SRR天线在5.1到5.9GHz的范围都具有0.8或80％以上的功效。
图6显示依据本发明所制作的SRR天线与传统的SRR天线在计算器仿真过程中天线增益的比较。图中以实线表示依据本发明概念所设计的SRR天线的仿真数据，而以虚线表示传统SRR天线的仿真数据。如图所示，本发明概念所设计的SRR天线在频率5.1到5.9GHz的天线增益明显的优于传统SRR天线。
从图4-6的比较可知，由于本发明的SRR天线设备具有不同于传统SRR的种种设计，例如与第一导电层共平面的腔体中且邻近第一内边的位置上所配置第一馈入部、邻近第一馈入部的位置所配置第一匹配组件、邻近第一馈入部的共平面的位置上所配置的匹配部、邻近匹配部的位置上所配置的第二匹配组件等等，致使本发明的SRR天线具有优选的带宽以及信号质量。在相同的设计概念之下，本发明的天线设计也适用于其他不同频段的天线规格，导致优异的设计功效。
本案虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本案的范围，任何所属领域的技术人员，在不脱离本案的精神和范围内所作的变动与修饰，皆应属本案的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种裂环共振器天线，包含：
基板，具有外缘、第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；
第一导电层，配置于所述第一表面，且具有间隙及腔体，其中：
所述第一导电层界定所述间隙的两侧边为第一内边和第二内边；以及
所述腔体通过所述间隙连接于所述外缘；
第一馈入部，与所述第一导电层共平面、配置于所述腔体中、且邻近所述第一内边；以及
信号线，电连接于所述第一馈入部。
2.根据权利要求1所述的裂环共振器天线，还包含：
第二导电层，配置于所述第二表面，且包括对应于所述第一馈入部的第二馈入部；以及
第一导通孔，配置于所述第一导电层和所述第二导电层之间，且连接所述第一馈入部和所述第二馈入部，其中所述第一导电层还具有第一匹配组件，所述第一匹配组件配置于所述第一内边且邻近所述第一馈入部。
3.根据权利要求2所述的裂环共振器天线，还包括匹配部，其中所述腔体具有第一特定尺寸，所述第一馈入部具有第二特定尺寸，所述匹配部共平面地配置于所述腔体中，邻近所述第二内边和所述第一馈入部，且具有第三特定尺寸。
4.根据权利要求3所述的裂环共振器天线，其中所述第一导电层还具有第二匹配组件，所述第二匹配组件配置于所述第二内边且邻近所述匹配部。
5.根据权利要求3所述的裂环共振器天线，其中所述第一特定尺寸大于第二特定尺寸，且所述第二特定尺寸大于第三特定尺寸。
6.根据权利要求1所述的裂环共振器天线，还包含：
接地层，平行于所述第一导电层和所述第二导电层；以及
多个第二导通孔，连接所述第一导电层和所述接地层。
7.一种裂环共振器天线，包含：
基板，具有外缘、第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；
基础馈入部，设于所述第一表面上；
导电层，配置于所述第二表面，且具有间隙及腔体，其中：
所述导电层界定所述间隙的两侧边为第一内边和第二内边，且自所述第一内边和所述第二内边分别形成第一匹配组件和第二匹配组件；以及
所述腔体通过所述间隙连接于所述外缘；
第一电容耦合路径，形成于所述基础馈入部及所述第一匹配组件之间；
导电组件，与所述基础馈入部不位于同一平面；以及
第二电容耦合路径，形成于所述导电组件及所述第二匹配组件之间。
8.根据权利要求7所述的裂环共振器天线，其中所述导电层还包括匹配部，所述匹配部配置于所述腔体中，且邻近所述第二内边。
9.根据权利要求7所述的裂环共振器天线，其中所述导电组件与所述导电层共平面。
10.根据权利要求7所述的裂环共振器天线，还包括匹配部，所述匹配部共平面地配置于所述腔体中，邻近所述第二内边，且位于所述第二电容耦合路径内。
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