CN1198477C - 具折叠结构的双频天线装置及使用方法 - Google Patents

具折叠结构的双频天线装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

一种天线装置具有一导电底板(ground plate)，一第一导电板设于该底板之上，以及一讯号馈线电连接于该底板及该第一导电板。该第一导电板与该底板具有一第一距离，且该第一导电板具有两槽沟(slot)分别由该第一导电板的边缘延伸至该第一导电板中心部位两相对的位置。

Description

具折叠结构的双频天线 装置及使用方法
                        技术领域
本发明提供一种天线装置，特别是一种可操作于双频带，体积小且适用于无线通讯器材的天线装置。
                        背景技术
无线通讯器材在使用时不需电缆、光纤或电线等就能传输讯号，是所有通讯系统中最重要的通讯技术之一。由于现今世界村观念的形成，每个人都想要能方便的接受更多信息，因此各种无线的可携式通讯器材，例如移动电话，便成为现代人重要的信息交流工具。
在无线通讯器材中，用来发射接收无线电波以传递交换无线电资料讯号的天线，是最重要的元件之一，尤其是在现代的可携式无线通讯器材中，天线必须为高品质且轻薄短小(以配合可携式无线通讯器材的特性)。一般而言，为了要能发挥无线通讯的特性，可将无线电资料讯号以不同的频率予以调制，让调制后的无线电资料讯号能经由不同的频带(frequency band)传输，以增加无线电讯号传输的容量。另外，随着无线电资料讯号中信息流量(在某些系统中以单位时间内传输的位元数来衡量)增加，天线操作时频带的频宽(bandwidth)也要随之增加。这些额外的需求使得现代的天线，最好能操作于一个频带以上，且频宽也要更宽。
美国专利US 5,926,139披露一种平面天线装置。请参照图1，图1为传统平面天线10的示意图。天线装置10具有两导电板12与14，导电板14为一底板(ground plate)，一信号馈线(signal feeder)(未显示)电连接于一导电板12的接触点16，以及一接脚导电连接件(pin connector)18连接导电板12与14。一J形沟槽(slot)将导电板12区隔成两区域17A与17B，且两区域17A与17B于沟槽的末端相连接。每一个区域17A与17B分别对应于一频带，使得传统天线装置10可操作于双频带。由于两区域17A与17B在沟槽末端相连接的面积对应于天线装置10的有效频宽，且此相连接的面积很小，使得传统天线装置10会有频宽不足的问题。
                         发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种可操作于双频带、体积小且宽频的天线装置。
本发明的另一目的在于提供一种具有折叠结构且体积小的天线装置，并可操作于泛欧移动电话系统(Global System for Mobile communicationtechnical specification，GSM)频率为900兆赫(GSM 900)与1800兆赫(GSM1800)的双频带。
本发明的又一目的在于提供一种制作与组装具有折叠结构的天线装置的方法。
为达到上述目的，本发明提出一种天线装置，其包含有一导电底板(groundplate)，一第一导电板，以及一讯号馈线。该第一导电板设于该底板之上，并距该底板一第一距离，该第一导电板具有两槽沟(slot)分别由该第一导电板的边缘延伸至该第一导电板中心部位两相对的位置。此外，本发明另提出一种具有一折叠结构的天线装置，该折叠结构设于一底板之上且包含有一第一导电板以及一第二导电板设于该第一导电板之上并距该第一导电板一第二距离，该第二导电板与该第一导电板形状相同，而导电连接件(connector)连接该第一导电板与该第二导电板。在本发明的实施例中揭露两种天线装置，一种天线装置具有一底板与一第一导电板，另一种天线装置具有一底板、一由一第一导电板形成的折叠结构、一第二导电板设于该第一导电板之上以及复数个导电连接件连接该第一导电板与该第二导电板。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种天线装置，包括：
一导电底板；
一第一导电板，设于该底板之上，并距该底板一第一距离，该第一导电板具有两沟槽分别由该第一导电板的不同边上由边缘环绕导电板的中心部位延伸，且延伸至该第一导电板中心部位两个相对的位置；以及
一讯号馈线，具有两个接点，分别电连接于该底板及该第一导电板。
其中该两槽沟分别具有不同的长度，并且两槽沟各具有一等于该天线装置所要操作的频带波长的四分之一的长度。
本发明的天线装置的优点在于其为一体积小的宽频天线装置并可操作于双频带。
                            附图说明
图1为传统天线装置的示意图。
图2为本发明第一实施例天线装置的示意图。
图3为图2中天线装置的第一导电板的上视图。
图4为图3中天线装置的底板的上视图。
图5为本发明第二实施例天线装置的分解透视图。
图6为图5中天线装置的示意图。
图7为图5中天线装置的折叠结构的侧视图。
图8为图5中天线装置的第一导电板的上视图。
图9为图5中天线装置的底板的上视图。
图10为本发明第三实施例天线装置的分解透视图。
图11为本发明第四实施例天线装置的分解透视图。
图12说明天线装置的折叠结构是以一体成型制成。
图13说明利用折叠方式以形成折叠结构。
图14为图5中第一导电板的各边长尺寸符号。
图15为图14中各边长尺寸符号的值。
附图的符号说明
10天线装置                 12导电板
14导电板                   16接点
17A区域                    17B区域
18接脚导电连接件           20天线装置
22第一导电板               24导电底板
25虚线区域                   26接点
25a，25b，25c，25d边缘
28导电中心部分               30接点
32圆柱导体                   34信号馈线
37沟槽                       39沟槽
41中心部分                   50天线装置
51折叠结构                   52A第二导电板
52B第一导电板                54导电底板
55虚线区域                   56接点
55a，55b，55d，55d边缘
58中心部分                   60接点
62圆柱导体                   64信号馈线
66A导电连接件                66B导电连接件
67沟槽                       68导电连接件
69沟槽                       70天线装置
71折叠结构                   72A第二导电板
72B第一导电板                74导电底板
76接点                       78中心部分
80接点                       82圆柱导体
84信号馈线                   86导电连接件
88导电连接件                 90天线装置
91折叠结构                   92A第二导电板
92B第一导电板                94导电底板
96接点                       98中心部分
100接点                      102圆柱导体
104信号馈线
106A，106B，108A，108B导电连接件
                         具体实施方式
请参照图2，图2为本发明第一实施例天线装置20的示意图。天线装置20具有一导电底板24，一第一导电板22设于底板24之上，以及一信号馈线34用来传送电子信号至天线装置20。第一导电板22与底板24呈水平平行设置并具有一第一距离D1，且一虚线25标示出第一导电板22投影在导电底板24上的位置。如图2所示，信号馈线34具有一导电中心部分(core)28，以及一封闭的圆柱导体28将中心部分28与外界隔离。中心部分28与圆柱导体32形成两接点，并分别电连接于第一导电板22的接点26以及底板24的接点30，因此由天线装置20发出或接收到的电子信号，均会经由信号馈线34馈入或馈出。需特别注意的是，信号馈线34的中心部分28仅与第一导电板22的接点26相连，并没有与其他接点相连。
为了更进一步说明第一导电板22与底板24的形状及其设计，请参照图3至图4，图3与图4分别为图2中天线装置20的第一导电板22与底板24的上视图。如图3所示，第一导电板22具有两沟槽(slot)，如虚线箭头37与39所示，沟槽37与39分别由第一导电板22的边缘环绕第一导电板22的中心部位41延伸，且两延伸点位于彼此相对应的位置(如图中的虚线所示)。当天线装置20操作于双频带时，两沟槽37与39分别具有一长度接近于天线装置20所要操作的频带波长。亦即，位置P1与位置P2(图3中)之间的沟槽37长度相当于一第一频带对应波长的四分之一，而位置P3与位置P4之间的沟槽39长度相当于另一频带对应波长的四分之一，如图3所示的沟槽37与39得知，天线装置20的设计是以两不同波长操作于双频带。值得注意的是，对应于天线装置20的双频带的两沟槽37与39，分别环绕第一导电板22其宽广的中心部位41以区隔第一导电板22，使得天线装置20在每一个频带的操作下，可以谐振以得到更宽的频宽。
如图4所示的底板24为一长方形，当底板24设于第一导电板22之下时，虚线25标示出第一导电板22投影在底板24上的位置。底板24的边缘与第一导电板22的边缘部分重叠，如图4中所示的25a，25b，25c与25d。在某些可携式无线通讯器材中，其内部电路的印刷电路板具有一个电子接地面，而本发明的天线装置20可以直接使用此电子接地面作为天线装置20的底板24，此时天线装置20的底板24可以朝向图中的左方向延伸(但第一导电板22与底板24的重叠部分为固定且不会随着底板24的面积增加而增加)。然而底板24的边缘25b，25c与25d会限制于第一导电板22的边缘，不会降低沟槽的辐射(radiation)作用。
由于第一导电板22的中心部位41的面积与天线装置20的频宽具有一正关系(例如当面积越大，频宽谐振越宽)，本发明另提供一具有折叠结构的天线装置的实施例。
请参照图5与图6，图5与图6分别为本发明第二实施例的天线装置50的分解透视图与示意图。天线装置50具有一折叠(folded)结构51，一导电底板54以及一信号馈线62。折叠结构51具有一第一导电板52B(如图6中的阴影部分)，一第二导电板52A设于第一导电板52B之上，以及导电连接件66A，66B与68。图5中的垂直虚线为第一导电板52B，第二导电板52A以及导电连接件66A，66B与68的水平校正。如这些垂直虚线所示，导电连接件66A，66B与68分别电连接第一导电板52B的接点以及第二导电板52B的接点，且从与第一导电板和第二导电板垂直的方向观察第一导电板52B的接点以及第二导电板52B的接点位置重叠。平面的导电连接件68设于接近第一导电板52B及第二导电板52A的中心部位，且架接于第一导电板52B边缘及第二导电板52A边缘之间，而两平面的导电连接件66A与66B则分别设于接近第一导电板52B及第二导电板52A的中心部位，且分别架接于第一导电板52B沟槽边缘及第二导电板52A沟槽边缘之间。导电连接件66A，66B与68的上边缘与第二导电板52A相连接，而其下边缘则与第一导电板52B相连接，且导电连接件66A，66B与68与第一导电板52B与第二导电板52A具有相同距离，因此沿着图6的垂直方向所示，第一导电板52B与第二导电板52A之间具有一固定的第二距离D2，如图7所示。图7为天线装置50的折叠结构51的侧视图(沿图6的方向63，图7中省略导电连接件68以方便说明导电连接件66A与66B)。在本实施例中，第一距离D1与第二距离D2的比值在5至3之间。
在参照图5及图6，折叠结构51的第一导电板52B与底板54具有一第一距离D1，与本发明第一实施例相似，天线装置50具有一信号馈线64，信号馈线64具有一导电中心部分58与一导电圆柱体62，分别电连接于第一导电板52B的接点56与底板54的接点60。需特别注意的是，信号馈线64的中心部分58仅与第一导电板52B的接点56相连接，并没有与其他位置相连接。
第二导电板52A与第一导电板52B的形状相同。图8为图5中天线装置50的第一导电板52B(与第二导电板52A)的上视图。第一导电板52B具有两沟槽，如虚线箭头67与69所示，沟槽67与69分别由第一导电板52B的边缘环绕第一导电板52B的中心部位71延伸，且两延伸点位于彼此相对应的位置。每一个沟槽67与69分别具有一长度接近于天线装置50所要操作的频带波长。亦即，位置P7与位置P8之间的槽沟69长度相当于一频带对应波长的四分之一，而位置P5与位置P6之间的槽沟67长度相当于另一频带对应波长的四分之一。
请参照图9，图9为图5中天线装置50的底板54的上视图。底板54为一长方形，虚线55标示出第一导电板52B投影在底板54上的位置，底板54的边缘55a，55b，55c与55d与第一导电板52B的边缘部分重叠。与本发明第一实施例相似，依照制造工艺所需，天线装置50的底板54可以朝向图中的左方向延伸，而其他三个边缘55b，55c与55d会被虚线55的边缘所限制，使得沟槽67与69可以正常的辐射。
请参照图10，图10为本发明第三实施例的一天线装置70的分解透视图。天线装置70具有与天线装置50相同形状与功用的一第一导电板72B，一第二导电板72A，一底板74以及一信号馈线84，而天线装置50中两相互分离的导电连接件66A与66B，则以天线装置70中一单一平面的导电连接件86替代。导电连接件86与88、第一导电板72B与第二导电板72A形成天线装置70的折叠结构71。
请参照图11，图11为本发明第四实施例的天线装置90的分解透视图。天线装置90具有与天线装置50相同形状与功用的一第一导电板92B，一第二导电板92A，一底板94与一信号馈线104，而前两个实施例中的平面导电连接件，则以天线装置90中四个连接第一导电板92B与第二导电板92A的导电接脚(pin)106A，106B，108A与108B替代。导电接脚106A，106B，108A与108B，第一导电板92B与第二导电板92A形成天线装置90的折叠结构91。
以下配合图12与图13说明本发明实施例天线装置的折叠结构的制作方法。请参照图12至图13，图12说明天线装置50的折叠结构51(如图5、图6与图7所示)是以一体成型制成，因此非常容易制作，图13说明利用折叠方式将图12中的第二导电板52A跨接于导电连接件66A与66B上，以形成折叠结构51。将导电连接件66A，66B与68弯曲呈一直立状态，然后将第二导电板52A在导电连接件68处折叠以电连接导电连接件66A与66B以及第二导电板52A，亦可利用焊接方式电连接导电连接件66A与66B以及第二导电板52A，又导电连接件66A与66B也可以为一跨接(bonding)连接件。
除了以空气作为介电质外，也可以使用其他绝缘材料作为介电质，填充在第一导电板与底板间的空间，亦即本发明天线装置的第一导电板与第二导电板间的分离空间。又可利用外加的介电架构，例如塑料，用以支撑第一导电板的边缘、第二导电板以及/或底板，以确保本发明的天线装置的第一距离以及/或第二距离为固定不变。
最后请参照图14与图15，本发明提供适用于GSM 900与GSM 1800频宽的宽频天线装置50其详细尺寸。图14为天线装置50的第一导电板52的各边长尺寸符号，图15为对应图14中的各边长尺寸符号的值，包含有公制与英制单位。在本实施例中，第一距离D1与第二距离D2最佳值分别为5毫米(0.2英寸)与3毫米(0.12英寸)。
相较于传统利用单一沟槽所形成的双频带天线装置，本发明的天线装置主要利用环绕导电板的中心部分延伸的两沟槽，将导电板区隔为两部分，使得本发明的天线装置不仅可操作于双频带，且每一个天线操作频带的频宽更广。另外，本发明天线装置具有折叠结构，不仅可以缩小天线装置的尺寸且不会影响到频宽。根据本发明实施例中的图14与图15所揭露天线装置的导电板的详细尺寸，得知本发明的天线装置的操作频宽可以同时操作于双频GSM 900与GSM 1800系统下，甚至可以有效的适用于频带GSM1900系统。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，均应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种天线装置，包括：
一导电底板；
一第一导电板，设于该底板之上，并距该底板一第一距离，该第一导电板具有两沟槽分别由该第一导电板的不同边上由边缘环绕导电板的中心部位延伸，且延伸至该第一导电板中心部位两个相对的位置；以及
一讯号馈线，具有两个接点，分别电连接于该底板及该第一导电板。
其中该两槽沟分别具有不同的长度，并且两槽沟各具有一等于该天线装置所要操作的频带波长的四分之一的长度。
2.如权利要求1所述的天线装置，其中该天线装置另包含有一第二导电板设于该第一导电板之上，并距该第一导电板一第二距离，且至少一导电连接件将该第一导电板及该第二导电板相连，又其中该第二导电板与该第一导电板形状相同。
3.如权利要求2所述的天线装置，其中该导电连接件是为一导电接脚。
4.如权利要求2所述的天线装置，其中该导电连接件电连接该第一导电板的第一接点及该第二导电板的第二接点，且从与第一导电板和第二导电板垂直的方向观察该第一接点及该第二接点位置重叠。
5.如权利要求2所述的天线装置，其中该导电连接件是设于该第一导电板及该第二导电板上且架接于该第一导电板槽沟边缘及该第二导电板槽沟边缘之间。
6.如权利要求2所述的天线装置，其中该导电连接件是设于该第一导电板及该第二导电板上且架接于该第一导电板边缘及该第二导电板边缘之间。
7.如权利要求2所述的天线装置，其中该第一距离与该第二距离的比值在5至3之间。
8.如权利要求2所述的天线装置，其中该第一导电板、该第二导电板及该导电连接件是以一体成型制成，并利用折叠方式将该第二导电板跨接于该导电连接件上形成该天线装置。
9.如权利要求8所述的天线装置，其中该天线装置另包含有至少一跨接连接件与该第一导电板或该第二导电板一体成型方式形成，且该跨接连接件以折叠及焊接方式电连接该第一导电板及该第二导电板。
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