CN1197200C - 双频倒f型天线 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种双频(Dual-band)倒F型(Inverted-F)天线，此双频倒F型天线至少包括：具有相对的第一表面和一第二表面的基板；形成于基板第二表面上的接地面；形成于基板第一表面上的第一辐射微带线；形成于基板第一表面上的第二辐射微带线；形成于基板第一表面上的馈入线，且此馈入线连接至第一辐射微带线和第二辐射微带线的中间位置，用来馈入信号；形成于基板第一表面上的连接线，用来同时连接第一辐射微带线和第二辐射微带线；以及共同金属短路棒，用来将第一辐射微带线和第二辐射微带线短路至接地面。由于本发明的双频倒F型天线能操作于双频带中，且能轻易搭配电路基板制成，故具有极高的产业应用价值。

Description

双频倒F型天线

技术领域

本发明是有关于一种双频(Dual-band)倒F型(Inverted-F)天线，特别是应用在电路基板中，一种可在双频带操作的倒F型印刷天线(Printed Antenna)。

背景技术

随着通讯科技的精进，通讯技术在科技产品的应用上日益增加，使得相关的通讯产品也日趋多样化，而且近年来消费者对通讯产品的功能要求越来越高，所以许多具有不同设计和功能的通讯产品不断的被提出，例如是双频、三频的通讯产品的一体化设计，甚至多频段的应用等都是近来热门的趋势，再加上集成电路的技术日益成熟，使得产品的体积也逐渐倾向轻薄短小。

在通讯产品中用于传送与接收信号的天线，特别是印刷天线或微带天线，其设计与研究更有其重要性。天线为辐射或接收电磁幅射的一种组件，一般可从操作频率、辐射场型(Radiation Pattern)、反射损失(Reflected Loss)及天线增益(Antenna Gain)等参数来获知天线的特性。

由于不同的通讯产品所需的功能皆不尽相同，故用以辐射或接收信号的天线设计更是多样化，例如菱形天线(Rhombic Antenna)、正交叉式天线(Turnstile Antenna)、三角形微带天线、倒F型天线等。传统的倒F型天线结构一般是在接地面上放置一小片金属片作为辐射主体，在辐射主体的边缘加上一短路线与接地面连接，可使得原本为二分之一共振波长的天线长度，降低至四分之一共振波长的天线长度，从而达到天线体积缩小化的效果。

由于倒F型天线具有体积小、结构简单、设计容易等特点，因此近年被大量应用于各种不同的通讯系统和产品中，特别是在讲究轻便、接收与辐射能力良好的通讯产品中。

不过因传统的倒F型天线只具有于单一的操作频道的功能，若应用在具有双频操作或以上的通讯产品时，必需采用两支倒F型天线，提供不同频道的操作，因此产品设计的困难度将提高，而且增加产品的体积，以及成本也同时上升。

鉴于上述技术背景中，在无线通讯产品中，天线占有重要的地位，因其对无线通讯的效率功能有很大的影响。所以天线的设计都朝低成本、高效益、实施简单的方面前进。而传统的倒F型天线具有体积小、结构简单、设计容易等特点，所以在各种通讯产品中被大量应用，但因只能在单一频道操作，故未能提供更宽广的应用范围。

发明内容

本发明的主要目的为提供了一种双频倒F型天线，特别是可应用在电路基板中，一种能于双频带操作的倒F型微带天线。由于本发明的双频倒F型天线能在低频带和高频带中操作，可提供通讯产品的设计人员更宽广的设计，让无线通讯产品具有更完备的功能，更由于本发明的双频倒F型天线能轻易搭配电路基板制成，故具有极高的产业应用价值。

根据以上所述的目的，本发明提供了一种双频倒F型天线。本发明的双频倒F型天线的辐射主体为两个堆栈式的单极辐射天线，由同一馈入线馈入驱动，分别可以依照两个单极辐射天线不同的长度、宽度和形状，从而在低频带和高频带中操作，达到控制倒F型天线于不同频率操作的效果，频率比非常容易达到所需。此外，本发明的双频倒F型天线具有比一般微带天线宽的操作频宽，而能在所需要的频带的内满足所需频宽的要求，更由于本发明的双频倒F型天线是将辐射金属片或金属线与接地面直接印刷在电路基板，故可降低制作成本及提高制作上的方便，具有极高的产业应用价值。

本发明的实施例将于往后的说明中辅以下列附图做更详细的阐述。

附图说明

图1为本发明的一实施例的双频倒F型天线的结构俯视图。

图2为根据图1沿X方向看的侧视图。

图3为根据图1的本发明的一实施例的反射损失的实验数据图。

图4为根据图1的本发明的一实施例操作于2450MHz时，X-Z平面的辐射场型的实验数据图。

图5为根据图1的本发明的一实施例操作于2450MHz时，X-Y平面的辐射场型的实验数据图。

图6为根据图1的本发明的一实施例操作于2450MHz时，Y-Z平面的辐射场型的实验数据图。

图7为根据图1的本发明的一实施例操作于5250MHz时，X-Z平面的辐射场型的实验数据图。

图8为根据图1的本发明的一实施例操作于5250MHz时，X-Y平面的辐射场型的实验数据图。

图9为根据图1的本发明的一实施例操作于5250MHz时，Y-Z平面的辐射场型的实验数据图。

图10为根据图1的本发明的一实施例操作于约2380MHz至约2500MHz频带内的天线增益的实验数据图。

图11为根据图1的本发明的一实施例操作于约5100MHz至约5400MHz频带内的天线增益的实验数据图。

图12至图17为本发明的其它实施例的双频倒F型天线的结构俯视图。

附图标记说明：

10：基板                12：第一表面

14：第二表面            20：接地面

22：短路棒              24：短路棒

26：连接线              28：连接线

40：金属线              42：金属线

60：50欧姆微带馈入线    62：馈入点

64：馈入点              70：堆栈结构

80：虚线

具体实施方式

本发明的双频倒F型天线的结构简单，区别于传统在接地面上方放置辐射金属片与接地面短路的倒F型天线，本发明的双频倒F型天线是将辐射金属片或金属线与接地面直接印刷在电路基板上，此方式可提高制作上的方便。

请同时参考图1和图2，图1为本发明的一实施例的双频倒F型天线的结构俯视图。图2为图1沿X方向看的侧视图。在图1中，在基板10的第一表面12印刷有金属线40、金属线42、通过馈入点62和馈入点64分别提供信号给金属线40和金属线42的50欧姆微带馈入线60，以及用以连接金属线40和金属线42至图2所示的短路棒22的连接线26，而图2所示的短路棒22位于基板10中，用以连接位于基板10的第二表面14的接地面20跟金属线40和金属线42，以达到天线缩小化的目的。另外，连接线26和短路棒22皆由金属线制成。

如图1所示，金属线40和金属线42构成堆栈结构70，作为本发明的双频倒F型天线的辐射主体，且与50欧姆微带馈入线60连接，其中50欧姆微带馈入线60与金属线40和金属线42的连接位置并不限定，而在图1中，50欧姆微带馈入线60分别与金属线40和金属线42的连接的馈入点62和馈入点64，约位于金属线40和金属线42的中间位置。

本发明所提供的双频倒F型天线是由同一条微带馈入线的馈入与控制，可使本发明的双频倒F型天线在不同频带中操作应用，其中图1的金属线40为控制高频模态的金属线，金属线42则为控制低频模态的金属线。

通过金属线40和金属线42的不同长度、宽度和形状的设计，可轻易达到所需的频率比。经由不同的实验，图1中的本发明的一实施例可于2450MHz和5250MHz两个频带内操作。请参考图3，其为根据图1的本发明的一实施例的反射损失的实验数据图。从图3可看出，当图1的本发明的一实施例50欧姆微带馈入线60馈入信号时，可以图3中的虚线80作为本发明的一实施例的参考点，虚线80所示的反射损失约为-14dB，此为一般业界所参考的标准。在图3中可看出，当图1的本发明的一实施例操作于约2380MHz至约2500MHz时，反射损失比-14dB低，且操作于约2500MHz时呈现最低的反射损失约为-18dB。当本发明的一实施例操作于约5100MHz至约5400MHz时，反射损失也比-14dB低，且操作于约5200MHz时呈现极低的反射损失，约为-29dB。可见图1的本发明的一实施例于低频带(约2380MHz至约2500MHz)或高频带(约5100MHz至约5400MHz)的操作时，皆具有低反射损失的特性，所以天线的阻抗匹配极好。

当在低频操作时，50欧姆微带馈入线60自馈入点64提供低频信号给金属线42，在各方向产生的辐射场型请参考图4至图6，图4为根据图1的本发明的一实施例操作于约2450MHz时，X-Z平面的辐射场型的实验数据图。图5为根据图1的本发明的一实施例操作于约2450MHz时，X-Y平面的辐射场型的实验数据图。图6为根据图1的本发明的一实施例操作于约2450MHz时，Y-Z平面的辐射场型的实验数据图。在图4至图6中，粗黑线表示电场在θ方向的分量的变化，而细黑线表示电场于ψ方向的分量的变化。

由图4至图6可看出，本发明的一实施例的双频倒F型天线操作于约2450MHz时，于X-Y平面的辐射场型呈现接近无方向性天线的圆形辐射场型，因而本发明的一实施例操作于2450MHz时，能提供良好的全方位角(Azimuthal Angle)辐射及接收电波信号。

此外，请参考图10，为根据图1的本发明的一实施例操作于约2380MHz至约2500MHz频带内的天线增益的实验数据图。在约2380MHz至约2500MHz频带操作时，图1所示的本发明的一实施例的天线增益约在0dBi至1dBi之间，可以适用于一般的无线局域网络的应用上。

当于高频操作时，馈入线自馈入点提供高频信号给金属线40，在各方向产生的辐射场型请参考图7至图9，图7为根据图1的本发明的一实施例操作于约5250MHz时，X-Z平面的辐射场型的实验数据图。图8为根据图1的本发明的一实施例操作于约5250MHz时，X-Y平面的辐射场型的实验数据图。图9为根据图1的本发明的一实施例操作于约5250MHz时，Y-Z平面的辐射场型的实验数据图。在图7至图9中，粗黑线表示电场于θ方向的分量的变化，而细黑线表示电场于ψ方向的分量的变化。

由图7至图9可看出，本发明的一实施例的双频倒F型天线操作于5250MHz时，其辐射场型与操作在2450MHz时近似。

此外，请参考图11，为根据图1的本发明的一实施例操作于约5100MHz至约5400MHz频带内的天线增益的实验数据图。在约5100MHz至约5400MHz频带操作时，图1所示的本发明的一实施例的天线增益约在0dBi至0.5dBi之间，可以适用于一般的无线局域网络的应用上。

请参考图12至图17，图12至图17分别为本发明的其它实施例的双频倒F型天线的结构俯视图，其中金属线40和金属线42可具有相同或不同的形状和宽度。例如，在图12中，金属线40和金属线42具有相同的形状，且各自具有对应的连接线26和连接线28，以及与接地面相连的短路棒22和短路棒24，50欧姆微带馈入线60则通过馈入点62和馈入点64，馈入信号至金属线40和金属线42，其中连接线28和短路棒24也可由金属线制成。在图13至图15中的本发明的双频倒F型天线中，分别通过改变连接线26和馈入至金属线的馈入线的线路布置，以求获得不同的操作频带和辐射场型。而图16和图17则是改变金属线40和金属线42的线路布置，以配合不同的应用。

本发明的优点在于提供了一种双频倒F型天线，特别是可应用在电路基板中，一种能于双频带操作的倒F型印刷天线。通过调整两个单极辐射天线的长度、宽度和形状等，可使本发明的双频倒F型天线能操作于不同频带，且具有比一般微带天线宽的操作频宽，而能在所需要的频带内满足所需频宽的要求，所以本发明的双频倒F型天线能提供优良的功效，再加上能轻易搭配电路基板制成，因此本发明的双频倒F型天线的应用广泛，且成本低廉，具有极高的产业应用价值。

如熟悉此技术的人员所了解的，以上所述仅为本发明的实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所说明的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种双频倒F型天线，其特征为；至少包括：

一基板，至少具有一第一表面和一第二表面，且该第一表面和该第二表面分别位于该基板两侧；

一接地面，位于该基板的该第二表面上；

一第一辐射微带线，位于该基板的该第一表面上，其中该第一辐射微带线具有一第一形状和一第一宽度；

一第二辐射微带线，位于该基板的该第一表面上，其中该第二辐射微带线具有一第二形状和一第二宽度；

一馈入线，位于该基板的该第一表面上，且该馈入线连接至该第一辐射微带线的一位置，该馈入线连接至该第二辐射微带线的一位置；

一连接线，位于该基板的该第一表面上，用以同时连接该第一辐射微带线的一端和该第二辐射微带线的一端；以及

一短路棒，埋设于该基板中，且该短路棒的一端连接至该接地面，该短路棒的另一端连接至该连接线。

2.如权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征为：其中的第一辐射微带线为一第一金属线。

3.如权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征为：其中的第二辐射微带线为一第二金属线。

4.如权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征为：其中的馈入线为一50欧姆微带馈入线。

5.如权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征为：其中的连接线为一第三金属线。

6.如权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征为：其中的短路棒为一短路金属棒。

7.如权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征为：其中的第一辐射微带线的该第一形状和该第二辐射微带线的该第二形状相同。

8.如权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征为：其中的第一辐射微带线的该第一宽度和该第二辐射微带线的该第二宽度相同。

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