CN1180512C

CN1180512C - 双频功能的曲折型天线

Info

Publication number: CN1180512C
Application number: CNB011123419A
Authority: CN
Inventors: 王健仁
Original assignee: BenQ Corp
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: CN1378306A

Abstract

一种双频微带曲折型天线，其可适用于无线通讯装置以提供元线电收发功能。其天线包括基板、曲折型导体以及一馈入线。该基板由介电材料或磁性材料所形成，其包括一第一表面。该曲折型导体是以一周期性往复弯折的方式附着于该第一表面上，并包括有一中间接点位于该曲折型导体两端点之间。该馈入线是电连接于该中间接点，用来将无线电讯号传入该无线通讯装置，或将该无线通讯装置产生的无线电信号经由该曲折型导体传至外界。

Description

双频功能的曲折型天线

技术领域

本发明涉及一种微带曲折型天线(Microstrip Meandering-Line Antenna)，涉及一种具有双频(Dual-Band)功能的微带曲折型天线。

背景技术

随着无线通讯科技的日益发展，天线的设计也相形重要，因此如何设计适合不同频带使用的双频天线，即成为现今天线设计的重要课题。传统相关无线通讯设备所使用的天线，多为具有1/4波长的单极天线(MonopoleAntenna)或螺旋型天线(Helix Antenna)，然而因其所占用的体积较大，影响产品的美观性及完整性，又不易与电路板或机壳作整合，故已有逐渐被其他型态天线取代的趋势。

现今主要被讨论用于移动通讯系统的天线可分为三种：平面型天线(Patch Antenna)、陶瓷芯片型天线(Ceramic Chip Antenna)、以及微带曲折型天线(Microstrip Meandering Antenna)。其中平面型天线频宽较小，效能有待改进，陶瓷芯片型天线则存在成本昂贵及其标准吸收率(Specific AbsorptionRate；SAR)尚未能符合相关电磁规范的问题，故都未能有效利用于商业产品。而微带型曲折天线则因其频宽较大(10％以上)，易于与电路板集成化，无需额外的焊接程序，成本较低，故甚具有发展潜力。

美国专利US 5892490即揭示一种微带曲折型天线。请参阅图1，图1为此现有微带曲折型天线10的示意图。现有微带曲折型天线10包括一基板12、一曲折型(meander-shaped)导体14，设置于基板12上用来收发电磁信号以及一馈入端(feeding terminal)16用来将电磁信号传入或传出通讯装置。如前所述，微带曲折型天线10具有频宽大、成本低的优点，然而，此处所揭示的天线仅具有单一共振频率，无法满足现今双频甚至多频的需求。

针对此一问题，欧盟专利EP 0777293A1提出了一种具有双频功能的微带型曲折天线。请参阅图2，图2为此种微带曲折型天线20的示意图。如图2所示，其将二曲折型导体22a、22b分别设置于一基板24的不同层中，以达到双频共振的目的。

然而，图2所示的双频微带型曲折天线20仍有其缺点。首先，此种天线是将曲折型导体22a、22b设置于不同层中，结构复杂、且制作程序麻烦。再者，一般在设计天线时，用来接收电磁波的导体不能过分靠近系统的高频电路，否则会干扰高频电路的正常运作，故图2所示的距离d1不能过小，然又因其是采用分层放置的结构，故距离d2也不能过小，因此整个天线的体积就无法进一步缩减。

此外，电磁波的频率越低，波长越长，接收天线也必须相对应地加长，因此在图2所示的结构下，若要调低共振频率，就必须加大曲折型导体22a、22b的长度，这又会使得天线体积增加，不符合通讯装置轻薄化、短小化的设计趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双频微带曲折型天线，其是将曲折型导体放置于基板表面，构造简单、制造容易，并可缩减天线体积，以解决上述问题。

本发明的目的是这样实现的，即一种适用于一无线通讯装置的曲折型天线，其包括有：一基板，包括有一第一表面；一曲折型导体，以往复弯折方式附着于该第一表面上用来接收无线电信号，该曲折型导体包括有一中间接点位于该曲折型导体两端点之间，其中该曲折型导体是沿一预定方向延伸；以及一馈入线，电连接于该中间接点，用来将该曲折型导体接收的无线电信号传输至该无线通讯装置，该馈入线包括有一频率调整部位用来调整该天线的共振频率，该馈入线的频率调整部位与该预定方向近似平行。本发明还提供一种适用于一无线通讯装置的曲折型天线，其包括有：一基板，包括有一第一表面；一曲折型导体，以往复弯折方式附着于该第一表面上用来接收无线电信号，该曲折型导体包括有一中间接点位于该曲折型导体两端点之间，其中该曲折型导体是沿一预定方向延伸；以及一馈入线，电连接于该中间接点，用来将该曲折型导体接收的无线电信号传输至该无线通讯装置；一频率调整线，与该预定方向近似平行，且与该馈入线交叉的方式电连接于该馈入线，用来调整该天线的共振频率。

本发明装置的优点在于，其可利用馈入线长度来调整共振频率，并具有一与馈入线交叉的微带线用来调整共振频率，以减少天线体积，提高设计裕度，该天线又是与通讯装置的主电路板垂直放置，可缩小通讯装置的体积，其结构简单，容易制造，并具有多频共振效果。

附图说明

下面结合附图，详细说明本发明的实施例，其中：

图1为现有微带曲折型天线的示意图；

图2为另一现有微带曲折型天线的示意图；

图3为本发明第一实施例微带曲折型天线的示意图；

图4为图3曲折型导体的各种形状示意图；

图5为本发明第二实施例微带曲折型天线的示意图；

图6为本发明第三实施例微带曲折型天线的示意图；

图7为本发明第四实施例微带曲折型天线的示意图；

图8为图7馈入线频率调整部位的长度与共振频率的关系图；

图9为本发明第五实施例微带曲折型天线的示意图；

图10为图3微带曲折型天线的摆设位置示意图。

具体实施方式

请参阅图3，图3为本发明第一实施例微带曲折型天线30的示意图。微带曲折型天线30包括有一基板32、一曲折型(meander-shaped)导体34、一馈入端36以及一馈入线38。基板32是由介电材料或磁性材料所形成，其包括有一第一表面40。曲折型导体34以一周期性往复弯折的方式附着于第一表面40上，其包括有一中间接点34a位于曲折型导体34两端点34b、34c之间。馈入线38的部分附着于第一表面40，并电连接于馈入端36与中间接点34a，用来将曲折型导体34接收到的无线电信号传输至一无线通讯装置(如移动电话)，或是将电压施加于曲折型导体34，以将该无线通讯装置产生的无线电信号传输出去。

曲折型导体34可以印刷电路技术(printed-circuit technology)将金属导体印刷至基板32来形成，或是以蚀刻金属导片的方式将设计的图案附着至基板32上。曲折型导体34的材料可为金、银、铜、铝等相关导电金属材料或合金。基板32的材料可为玻璃纤维(FR4)、铁氟龙、玻璃、陶瓷、塑胶、空气等，只要不是导电材料即可。

如图3所示，本发明是从曲折型导体34两端点34b、34c间的中间接点34a抽出馈入线38，将曲折型导体34分成两部分(34a～34b；34a～34c)，因而可因应不同的频带而产生双频共振的效果。故本发明可以广泛应用在数字通GSM(Global System for Mobile communication)+数字蜂窝系统DCS1800(Digital Cellular System)、高级移动电话服务AMPS(Advanced MobilePhone Service)+DCS 1800、码分多路访问CDMA(Code Division MultipleAccess)+DCS 1800、DCS 1800+Bluetooth(蓝芽)、DCS+无线局域网WLAN(Wireless Local Area Network)等各种不同频带结合的无线通讯系统。又，此实施例并未如图2的现有微带曲折型天线20般，将曲折型导体22a、22b设置于不同层中，而是单纯将曲折型导体34以平面附着的方式设置于基板32的第一表面40上，故结构简单、制造容易，同样可达成双频共振的效果。又与前述的天线20相比，本实施例天线的厚度较薄(不具有图2所示的距离d2)，相当适合使用于较小体积的无线通讯装置，如手机、笔记本电脑、个人数据处理器(PDA)、或全球定位装置(GPS)等。

当然，设计者也可在上述的结构下，将曲折型导体34设计成各种来回曲折的型态(如图4所示)，或是另设一接地面或遮蔽金属板(Shielding Plate)于基板32的背面42或距背面42适当距离处(基板32的背面42也可不接地)。此外，曲折型导体34的两端点34b、34c也可连接适当的匹配电路(如电阻、电容、电感等)至该接地面或遮蔽金属板。第一表面40上也可设置适当的保护层以保护曲折型导体34。馈入线38将曲折型导体34分成两部分：第一部分34a～34b以及第二部分34a～34c，此两部分可针对相同或是不同频率设计适当的长度、线宽、或是间距。一般而言，曲折型导体34的总延伸长度约为1/4波长或是其倍数。第一、第二部分的线宽、间距可以相同或是不同。一般说来，线间距愈宽，则频宽相对增加，因此，第一部分34a～34b可设计成以一第一间距往复弯折，而第二部分34a～34c则可设计成以一第二间距往复弯折，即可达成调整各自频宽的效果。同样地，第一部分34a～34b的线宽可与第二部分34a～34c的线宽不同，也可达成调整各自频宽的目的。此外，若要降低工作频率，除可增加曲折型导体34的长度之外，也可利用馈入线38的长度与位置来做调整。另外，曲折型导体34和接地面的距离也会影响工作频率。

请参阅图5，图5为本发明第二实施例微带曲折型天线50的示意图。微带曲折型天线50包括有一基板52、一曲折型导体54、一馈入端56、以及一馈入线58。基板52包括有一第一表面60，以及一贯穿孔(via hole)62。与前述实施例不同的是，微带曲折型天线50的馈入线58并非经由第一表面60而电连接于馈入端56，而是经由贯穿孔62而电连接于馈入端56，同样可达成本发明的目的。

请参阅图6，图6为本发明第三实施例微带曲折型天线64的示意图。与前述实施例不同的是，微带曲折型天线64的一基板66包括有一第一层66a及一第二层66b，且第一、第二层66a、66b间设置有一匹配电路(matchingcircuit)68电连接于天线64的一馈入线65，以达保护匹配电路68，并缩减整体通讯装置体积的目的。

请参阅图7，图7为本发明第四实施例微带曲折型天线70的示意图。微带曲折型天线70包括有一基板72、一曲折型导体74、一馈入端76以及一馈入线78。与前述实施例不同的是，微带曲折型天线70的馈入线78包括有一频率调整部位80设置于基板72的一第二平面82上，且频率调整部位80是平行于曲折型导体74的一延伸方向84。如图7所示，馈入线78的频率调整部位80设置于曲折型导体74的下方，且平行于方向84，故可与曲折型导体74产生较强的电磁耦合作用(EMC)。此时，设计者即可通过改变频率调整部位80的长度，来调整天线的共振频率。

请参阅图8，图8为图7馈入线78频率调整部位80的长度与共振频率的关系图。图8是为电磁分析软件的模拟结果。微带曲折型天线70的共振频率会因应馈入线78频率调整部位80的长度而有所不同。如图7所示，馈入线78频率调整部位80的长度越长，微带曲折型天线70的共振频率越低。如此一来，即可在不增加曲折型导体74尺寸(如长、宽、间距)的情形下，通过增加频率调整部位80的长度，而达成降低天线共振频率的目的。

请参阅图9，图9为本发明第五实施例微带曲折型天线90的示意图。与前述第四实施例不同的是，微带曲折型天线90另包括有一频率调整线95设置于基板92的一第二表面94上，并以与馈入线98交叉的方式电连接于馈入线98。如图9所示，频率调整线95设于曲折型导体96的下方，且近似平行于曲折型导体96延伸的方向。此频率调整线95与前一实施例频率调整部位80的作用类似，其可与曲折型导体96产生电磁耦合作用，故设计者可通过改变频率调整线95长度，而达成调整共振频率的目的。

请参阅图10，图10为图3微带曲折型天线30的摆设位置示意图。本发明的微带型曲折型天线30可设置于一无线通讯装置100内，无线通讯装置100可为一移动电话。如图10所示，无线通讯装置100包括有一系统电路板102用来控制无线通讯装置100的运作，系统电路板102上设置有一金属弹片104电连接于馈入端36，基板32则以近似垂直于系统电路板102的方式设置于无线通讯装置100内，如此即可达成整合天线30与系统电路板102的目的。当然，基板32也可以平行的方式放置于系统电路板102上，而前述的各个实施例也都可以类似的方式设置于无线通讯装置100内。

本发明的天线利用一条金属线在基板上以圆形、锯齿状、或矩形等各种形状做一平面曲折动作。金属线两端可为开路(Open)、或是短路(Short)，也可以是一端(或是两端)加电阻、电容、或电感与接地面连接。本发明的馈入线是自金属线两端间的一点抽出，抽出方式可为平面式抽出、或是通过贯穿孔自基板背面抽出；若为多层基板结构，则馈入线可通过贯穿孔自层与层之间走线到基板正面或是背面后抽出。

与现有曲折型天线10、20相比，本发明曲折型天线30、50、64、70、90的曲折型导体34、54、74、96是附着于第一表面40、60上，且馈入线38、58、65、78、98是从曲折型导体两端点34b、34c间的中间接点34a抽出，因此不但可具有多频共振的效果，也可缩减天线的体积。兼之本发明设有频率调整部位80及(或)频率调整线95，故更可在不增加曲折型导体34、54、74、96尺寸的情形下，达成调整天线共振频率的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种适用于一无线通讯装置的曲折型天线，其包括有：

一基板，包括有一第一表面；

一曲折型导体，以往复弯折方式附着于该第一表面上用来接收无线电信号，该曲折型导体包括有一中间接点位于该曲折型导体两端点之间，其中该曲折型导体是沿一预定方向延伸；以及

一馈入线，电连接于该中间接点，用来将该曲折型导体接收的无线电信号传输至该无线通讯装置，该馈入线包括有一频率调整部位用来调整该天线的共振频率，该馈入线的频率调整部位与该预定方向近似平行。

2.如权利要求1所述的天线，该中间接点将该曲折型导体区分为一第一部分以及一第二部分，其中该第一部分以一第一间距往复弯折，该第二部分以一第二间距往复弯折。

3.如权利要求1所述的天线，该中间接点将该曲折型导体区分为一第一部分以及一第二部分，其中该第一部分的线宽与该第二部分的线宽不同。

4.如权利要求2或3所述的天线，其中该馈入线至少有部分设置于该第一表面上。

5.如权利要求2或3所述的天线，其中该基板另包括有一第一层以及一第二层，而该天线另包括有一匹配电路设置于该第一、第二层之间并电连接于该馈入线。

6.如权利要求2或3所述的天线，其该基板另包括有一贯穿孔，该馈入线至少有部分设置于该贯穿孔内。

7.如权利要求2或3所述的天线，其中该基板另包括有一第二表面，该馈入线的频率调整部位设置于该第二表面上。

8.如权利要求2或3所述的天线，其另包括有一馈入端设置于该导体上，该馈入线电连接于该馈入端与该中间接点。

9.如权利要求2或3所述的天线，其中该无线通讯装置包括一系统电路板，该基板是以近似垂直于该系统电路板的方式设置在该无线通讯装置内。

10.如权利要求1所述的天线，其中该基板是由介电材料或磁性材料所形成。

11.一种适用于一无线通讯装置的曲折型天线，其包括有：

一基板，包括有一第一表面；

一馈入线，电连接于该中间接点，用来将该曲折型导体接收的无线电信号传输至该无线通讯装置；

一频率调整线，与该预定方向近似平行，且与该馈入线交叉的方式电连接于该馈入线，用来调整该天线的共振频率。

12.如权利要求11所述的天线，其中该基板另包括有一第二平面，而该频率调整线是设置在该第二平面上。