CN113036407B - 低剖面天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低剖面天线装置，包括一绝缘载体及一导体单元。该绝缘载体具有相对的一第一表面及一第二表面，该导体单元布设在该绝缘载体上并由该第一表面延伸至该第二表面，而形成一沿该绝缘载体的边缘延伸的辐射缝隙，以及一形成在该第一表面并与该辐射缝隙连接的一辐射槽孔。该辐射槽孔具有相对的一第一侧边及一第二侧边，且该导体单元靠近该第一侧边处具有一信号馈入点，该导体单元靠近该第二侧边处具有一接地点。该辐射缝隙与该辐射槽孔共同构成的一缝隙天线能与一射频信号产生谐振，而发射及接收该射频信号。

Description

低剖面天线装置

技术领域

本发明涉及一种天线，特别涉及一种应用于金属表面的低剖面天线装置。

背景技术

随着物联网产品越来越普及，工作(操作)在2.4GHz的天线被广泛应用于各种类型的物联网产品或领域，例如智能家居、智能家电、车载系统、工业应用等。而面对消费者对具有金属表面质感产品的喜好，使得对应用于金属环境的天线产生了更高的要求。但是，传统天线，例如单极天线在金属表面无法获得较好的辐射性能，例如美国公开第US20190207306号专利案公开的一种单极天线在实际使用时，天线的辐射性能容易受到与天线电连接的一射频信号传输线的长度及其摆放位置的影响，因为该射频信号传输线除了传输信号外，还同时成为天线中接地的一部分，所以一射频信号传输线的长度及其摆放位置不同会导致天线的性能产生变化，使得天线的辐射性能非常地不稳定。

发明内容

因此，本发明的目的，即在于提供一种能应用于金属表面且性能高稳定性佳的低剖面天线装置。

于是，本发明一种低剖面天线装置包括一绝缘载体及一导体单元。该绝缘载体具有相对的一第一表面及一第二表面；该导体单元布设在该绝缘载体上并由该第一表面延伸至该第二表面，而形成一沿该绝缘载体的边缘延伸的辐射缝隙，以及一形成在该第一表面并与该辐射缝隙连接的一辐射槽孔，且该辐射缝隙与该辐射槽孔共同构成一缝隙天线；其中，该辐射槽孔具有相对的一第一侧边及一第二侧边，且该导体单元靠近该第一侧边处具有一信号馈入点，该导体单元靠近该第二侧边处具有一接地点。

在本发明的一些实施方式中，该导体单元包括一第一导体及一第二导体，该第一导体设于该绝缘载体的该第一表面，该第二导体设于该绝缘载体的该第二表面并与该第一导体连接，而于该第一导体与该第二导体之间形成沿该绝缘载体的边缘延伸且环绕该第一导体的周边的该辐射缝隙，该辐射槽孔是由该第一导体的一侧边内凹形成而与该辐射缝隙连接。

在本发明的一些实施方式中，该绝缘载体呈矩形而具有连接该第一表面与该第二表面的四个侧面，且该导体单元还包括一连接导体，其布设于所述四个侧面其中接近该辐射槽孔的该第二侧边的一第一侧面以连接该第一导体与该第二导体。

在本发明的一些实施方式中，该第二导体还包含从该第二表面延伸至除了布设该连接导体的该侧面以外的三个侧面其中至少一侧面的至少一延伸部。

在本发明的一些实施方式中，该第二导体还包含分别从该第二表面延伸至除了布设该连接导体的该侧面以外的三个侧面的三个延伸部，且相邻的两个所述延伸部之间形成一与该辐射缝隙连接的第一延伸缝隙，而且该连接导体与相邻的各该延伸部之间形成一与该辐射缝隙连接的第二延伸缝隙，并且该辐射缝隙包含两个所述第一延伸缝隙及两个所述第二延伸缝隙。

在本发明的一些实施方式中，该第二导体还包含各别从该第二表面延伸至除了布设该连接导体的该侧面以外的三个侧面的三个延伸部，且相邻的两个所述延伸部相连接，而且该连接导体与相邻的各该延伸部相连接。

在本发明的一些实施方式中，该低剖面天线装置还包括一射频传输线，其包含从内到外设置的一内导体、一内绝缘层、一外导体及一外绝缘层，该内导体的一端与该信号馈入点电连接，该外导体与该内导体同侧的一端与该接地点电连接，且该射频传输线还包含设于其另一端的一连接端子。

在本发明的一些实施方式中，该辐射缝隙及该辐射槽孔的长度和宽度决定该缝隙天线的一谐振频率，并且该辐射槽孔的长度决定该缝隙天线的阻抗和谐振频宽。

在本发明的一些实施方式中，该低剖面天线装置能放置在一金属表面。

在本发明的一些实施方式中，该低剖面天线装置能放置在一金属箱或一金属凹槽内。

本发明的功效在于：通过在该绝缘载体上布设的该导体单元所形成的该辐射缝隙及该辐射槽孔共同构成一能与一射频信号产生谐振的缝隙天线，而通过该缝隙天线发射及/或接收该射频信号，且由于该缝隙天线是通过自谐振来发射及接收该射频信号，与传输射频信号的该射频传输线的长度或其放置位置无关，因此其辐射效能不会受到该射频传输线的长度或其放置位置的影响；而且本发明的低剖面天线装置可以直接放置在一金属表面或一金属凹槽的底面，且不会影响其辐射效能，而能应用于金属表面且性能高稳定性佳。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照附图的实施方式中清楚地显示，其中：

图1是本发明低剖面天线装置的第一实施例的俯视立体构造示意图；

图2是第一实施例的仰视立体构造示意图；

图3是第一实施例移除该绝缘载体的俯视立体构造示意图；

图4是第一实施例移除该绝缘载体的仰视立体构造示意图；

图5和图6显示第一实施例的尺寸；

图7是第一实施例放置在一金属板表面的示意图；

图8显示第一实施例在工作频段的返回损失数据；

图9显示第一实施例在射频传输线的长度不同时的辐射性能变化；

图10显示第一实施例在射频传输线放置于不同位置时的辐射性能变化；

图11显示第一实施例在谐振点的辐射方向场型；

图12是第一实施例放置在一金属箱体或金属凹槽内的示意图；

图13显示第一实施例放置在金属板表面与放置在金属箱体或金属凹槽内时的辐射性能变化；

图14是本发明低剖面天线装置的第二实施例的俯视立体构造示意图；

图15是第二实施例的仰视立体构造示意图；

图16是第二实施例移除该绝缘载体的俯视立体构造示意图；及

图17是第二实施例移除该绝缘载体的仰视立体构造示意图。

附图标记说明如下:

1 绝缘载体

11 第一表面

12 第二表面

13、14、15、16 侧面

2 导体单元

21 信号馈入点

22 接地点

23 第一导体

231 侧边

24 第二导体

25 连接导体

251 连接部

252 缝隙

241、242、243 延伸部

241’、242’、243’ 延伸部

31 辐射缝隙

32 辐射槽孔

33 第一延伸缝隙

34 第二延伸缝隙

321 第一侧边

322 第二侧边

4 射频传输线

41 内导体

42 内绝缘层

43 外导体

44 外绝缘层

45 连接端子

5 金属板

7 金属箱(金属凹槽)

71 底面

具体实施方式

在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图1至图4所示，本发明低剖面天线装置的第一实施例主要包括一绝缘载体1及一布设在该绝缘载体1上的导体单元2。在本实施例中，该绝缘载体1呈矩形，例如正方体或长方体而具有相对的一第一表面11及一第二表面12，且该绝缘载体1可以是但不限于由具有低介电常数及低介电损耗的塑胶材料所制成，而有助于实现天线的宽频段和高性能。

该导体单元2由该绝缘载体1的该第一表面11延伸至该第二表面12，而形成一沿该绝缘载体1的边缘延伸的辐射缝隙31，以及一形成在该第一表面11并与该辐射缝隙31连接的一辐射槽孔32；其中，该辐射槽孔32具有相对的一第一侧边321及一第二侧边322，且该导体单元2靠近该第一侧边321处具有一信号馈入点21，该导体单元2靠近该第二侧边322处具有一接地点22。该导体单元2可以是金属或其它导电材料，例如导电电浆，但不以此为限。

藉此，当一射频信号由该信号馈入点21馈入，并由该接地点22接地，且该辐射缝隙31与该辐射槽孔32所共同构成的一缝隙天线的总长度相当于(等效于)该射频信号的1/2波长时，该缝隙天线将与该射频信号产生谐振而将该射频信号发射出去。同理，当该缝隙天线的总长度相当于(等效于)来自外部的一射频信号的1/2波长时，该缝隙天线将与来自外部的该射频信号产生谐振而接收来自外部的该射频信号，并使来自外部的该射频信号馈入该信号馈入点21。

具体而言，本实施例的该绝缘载体1还具有连接该第一表面11与该第二表面12的四个侧面13、14、15、16，且该导体单元2包括一第一导体23、一第二导体24及一连接导体25。该第一导体23设于该绝缘载体1的该第一表面11，该第二导体24设于该绝缘载体1的该第二表面12，且该连接导体25设于四个侧面13～16其中接近该辐射槽孔32的该第二侧边322的一侧面13以连接该第一导体23与该第二导体24，而与该第一导体23及该第二导体24共同形成沿该绝缘载体1的边缘延伸且环绕该第一导体23的周边的该辐射缝隙31，且该辐射缝隙31的长度可通过改变连接该第一导体23与该连接导体25的一连接部251的长度来调整。例如图1所示，当该连接部251变长，则在该第一导体23与该连接导体25之间形成的一缝隙252会变短，而使得该辐射缝隙31的整体长度相对变短；反之，当该连接部251变短，将使得该辐射缝隙31的整体长度相对变长。此外，该缝隙252除了形成在该第一表面11与该侧面13的交界处外，也可以形成在该第一表面11或侧面13，并不以图1所示为限。

该辐射槽孔32是由该第一导体23接近该连接导体25的一侧边231内凹形成而与该辐射缝隙31连接。且该第一导体23、该第二导体24及该连接导体25可以采用激光直接成型(LDS)、埋入射出成型(insert mold)或贴片等方式形成在该绝缘载体1上，但不以此为限。

且在本实施例中，该第二导体24还包含各别从该第二表面12延伸至除了该侧面13以外的三个侧面14、15、16的三个延伸部241、242、243，且三个延伸部241、242、243并未相连接，因此，在两两相邻的延伸部241、242之间以及延伸部242、243之间分别形成一与该辐射缝隙31连接的第一延伸缝隙33，而且，该连接导体25与相邻的各该延伸部241、243并未相连接，而分别与各该延伸部241、243之间形成一与该辐射缝隙31连接的第二延伸缝隙34。且两个第一延伸缝隙33及两个第二延伸缝隙34是包含在该缝隙天线中而成为该缝隙天线的一部分。

因此，通过适当调整该辐射缝隙31、该辐射槽孔32、两个第一延伸缝隙33及两个第二延伸缝隙34的长度及/或宽度，可以调整由该辐射缝隙31、该辐射槽孔32、两个第一延伸缝隙33及两个第二延伸缝隙34共同构成的该缝隙天线的谐振频率至一特定频率，例如2.4GHz，而使该缝隙天线适用于收发2.4GHz的射频信号。同时，通过调整该辐射槽孔32的长度可调整天线的阻抗及谐振频宽，而提升天线收发特定频率，例如2.4GHz的射频信号的效能。值得一提的是，延伸至各该侧面14、15、16的各该延伸部241、242、243还可再往上延伸至该绝缘载体1的该第一表面11，而使该辐射缝隙31的宽度变得更窄以调整该缝隙天线的谐振频率。以本实施例的低剖面天线装置的工作频率(谐振频率)在2.4GHz为例时，其尺寸(单位：毫米(mm))如图5和图6所示。

再者，如图7所示，本实施例的低剖面天线装置还包括一射频传输线4，该射频传输线4是一同轴电缆线而包含从内到外设置的一内导体41、一内绝缘层42、一外导体43及一外绝缘层44，该内导体41的一端与接近该辐射槽孔32的该第一侧边321的该信号馈入点21电连接，该外导体43与该内导体43同侧的一端与接近该辐射槽孔32的该第二侧边322的该接地点22电连接，以馈入一射频信号至该导体单元2或接收该导体单元2馈入的一射频信号。此外，该射频传输线4还包含设于其另一端的一连接端子45，该连接端子45能与一另一设备(例如射频信号产生或处理装置)连接以将该外部设备输出的一射频信号馈入该导体单元2或将该导体单元2馈入的一射频信号传输至该另一设备。而且，通过调整该辐射槽孔32的长度可调整天线的阻抗至与该射频传输线4阻抗匹配，以使射频信号能由该射频传输线4顺利地馈入该导体单元2，并使来自外部的射频信号能由该导体单元2顺利地馈入该射频传输线4。

且如图7所示，当本实施例的低剖面天线装置以该绝缘载体1的该第二表面22朝下放置在一金属板5的表面，并且由该射频传输线4馈入射频信号至该导体单元2时，由图8所示可知，当射频信号的频率在2.44GHz时，本实施例的低剖面天线装置的返回损失最低，而且在2.4～2.5GHz范围中的返回损失也都低于-4dB，表示当射频信号的频率在2.4～2.5GHz范围时，本实施例的低剖面天线装置具有相当良好的辐射效能。

再参见图9所示，其中显示当该射频传输线4的长度不同(从5、10、15、…、30公分)时，本实施例的低剖面天线装置在谐振频率(工作频率)范围内(例如从2400～2480MHz)的返回损失低(均在-5dB以下)且辐射效能变化不大，并且均维持在一定的辐射效能以上，例如50％以上。由此可知，当该射频传输线4的长度不同时，并不会对本实施例的低剖面天线装置的辐射效能产生明显影响，因为本实施例的低剖面天线装置的天线是缝隙天线，其是通过在该导体单元2上形成的缝隙和槽孔共同构成的共振腔与射频信号产生谐振而将射频信号发射出去，因此其辐射效能与该射频传输线4的长度无关，不会受到该射频传输线4的长度影响。

再参见图10所示，其中显示该射频传输线4未摆放于该金属板5的表面和摆放在该金属板5的表面时，对本实施例的低剖面天线装置在谐振频率(工作频率)范围内(例如从2400～2480MHz)的返回损失低及辐射效能均没有明显的影响。因为如上所述，本实施例的低剖面天线装置是通过在该导体单元2上形成的缝隙和槽孔共同构成的共振腔与射频信号产生谐振而将射频信号发射出去，因此其辐射效能与该射频传输线4的摆放位置无关，不会受到该射频传输线4的摆放位置影响。

此外，参见图11所示本实施例的天线(远场，Farfield)辐射方向场型可知，当本实施例的低剖面天线装置以该绝缘载体1的该第一表面11朝上放置在x-y平面时，天线在谐振点(2.44GHz)的主要辐射方向为垂直于该第一表面11的方向(即z轴方向)。

因此，参见图12所示，是将本实施例的低剖面天线装置放置于一金属箱或一金属凹槽7内的实施方式；且参见图13所示，其中显示本实施例的低剖面天线装置放置于该金属板5的表面与放置于该金属箱或该金属凹槽7内相较，其在谐振频率(工作频率)范围内(例如从2400～2480MHz)的返回损失低以及辐射效能均没有明显的变化。由此可知，由于本实施例的低剖面天线装置的主要辐射方向为垂直于该第一表面11的方向，因此其不会因为周围(侧面)遭到金属壁面的阻挡而影响其辐射效能。

再参见图14至图17所示，是本发明低剖面天线装置的第二实施例，其大部分构造均与第一实施例相同，唯一不同处在于该第二导体24的这些各别从该绝缘载体1的该第二表面12延伸至除了该侧面13以外的三个侧面14、15、16的三个延伸部241’、242’、243’相连接，而且该连接导体25与相邻的各该延伸部241’、243’相连接。因此，本实施例的缝隙天线虽不具有第一实施例的两个第一延伸缝隙33及两个第二延伸缝隙34，但仍可通过改变连接该第一导体23与该连接导体25的该连接部251的长度(即相对改变缝隙252的长度)来调整该辐射缝隙31的长度，而使本实施例的缝隙天线能达成如同第一实施例的辐射效能。

值得一提的是，上述三个延伸部241(241’)、242(242’)、243(243’)不一定要全部存在，亦即该第二导体24可以只包含形成在多个侧面14～16其中一个或两个侧面的一个或两个延伸部，例如该第二导体24还包含相邻的两个延伸部241(241’)、242(242’)或242(242’)、243(243’)；或者该第二导体24还包含单一延伸部241(241’)或242(242’)或243(243’)。

综上所述，上述实施例的低剖面天线装置通过在该绝缘载体1上布设的该导体单元2所形成的该辐射缝隙及该辐射槽孔共同构成一缝隙天线，且该缝隙天线的总长度相当于(等效于)一射频信号的1/2波长，该缝隙天线即能与该射频信号产生谐振而将该射频信号发射出去或接收该射频信号，而达到收发射频信号的目的。而且，由于该缝隙天线是通过自谐振(自身与该射频信号产生谐振)来发射及接收该射频信号，与用以传输射频信号的该射频传输线4的长度或其放置位置无关，因此其辐射效能不会受到该射频传输线4的长度或其放置位置的影响；而且上述实施例的低剖面天线装置可以直接放置在一金属表面或一金属凹槽的底面，且不会影响其辐射效能，确实达到本发明能应用于金属表面且性能高稳定性佳的功效与目的。

然而以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明权利要求及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种低剖面天线装置，包括：

一绝缘载体，具有相对的一第一表面及一第二表面；及

一导体单元，布设在该绝缘载体上并由该第一表面延伸至该第二表面，而形成一沿该绝缘载体的边缘延伸的辐射缝隙，以及一形成在该第一表面并与该辐射缝隙连接的一辐射槽孔，且该辐射缝隙与该辐射槽孔共同构成一缝隙天线；其中

该辐射槽孔具有相对的一第一侧边及一第二侧边，且该导体单元靠近该第一侧边处具有一信号馈入点，该导体单元靠近该第二侧边处具有一接地点。

2.如权利要求1所述的低剖面天线装置，其中该导体单元包括一第一导体及一第二导体，该第一导体设于该绝缘载体的该第一表面，该第二导体设于该绝缘载体的该第二表面并与该第一导体连接，而于该第一导体与该第二导体之间形成沿该绝缘载体的边缘延伸且环绕该第一导体的周边的该辐射缝隙，该辐射槽孔是由该第一导体的一侧边内凹形成而与该辐射缝隙连接。

3.如权利要求2所述的低剖面天线装置，其中该绝缘载体呈矩形而具有连接该第一表面与该第二表面的四个侧面，且该导体单元还包括一连接导体，其布设于所述四个侧面其中接近该辐射槽孔的该第二侧边的一侧面以连接该第一导体与该第二导体。

4.如权利要求3所述的低剖面天线装置，其中该第二导体还包含从该第二表面延伸至除了布设该连接导体的该侧面以外的三个侧面其中至少一侧面的至少一延伸部。

5.如权利要求4所述的低剖面天线装置，其中该第二导体还包含分别从该第二表面延伸至除了布设该连接导体的该侧面以外的三个侧面的三个延伸部，且相邻的两个所述延伸部之间形成一与该辐射缝隙连接的第一延伸缝隙，而且该连接导体与相邻的各该延伸部之间形成一与该辐射缝隙连接的第二延伸缝隙，并且该缝隙天线包含两个所述第一延伸缝隙及两个所述第二延伸缝隙。

6.如权利要求4所述的低剖面天线装置，其中该第二导体还包含分别从该第二表面延伸至除了布设该连接导体的该侧面以外的三个侧面的三个延伸部，且相邻的两个所述延伸部相连接，而且该连接导体与相邻的各该延伸部相连接。

7.如权利要求1所述的低剖面天线装置，还包括一射频传输线，其包含从内到外设置的一内导体、一内绝缘层、一外导体及一外绝缘层，该内导体的一端与该信号馈入点电连接，该外导体与该内导体同侧的一端与该接地点电连接，且该射频传输线还包含设于其另一端的一连接端子。

8.如权利要求1至7其中任一项所述的低剖面天线装置，其中该辐射缝隙及该辐射槽孔的长度和宽度决定该缝隙天线的一谐振频率，并且该辐射槽孔的长度决定该缝隙天线的阻抗和谐振频宽。

9.如权利要求8所述的低剖面天线装置，其中该低剖面天线装置能放置在一金属表面。

10.如权利要求8所述的低剖面天线装置，其中该低剖面天线装置能放置在一金属箱或一金属凹槽内。

Images