CN1227774C - 可表面粘着的双频单偶极天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线区域网络系统的可表面粘着的双频单偶极天线，其包含：一基底；一折叠辐射金属片，表面粘着该基底的至少三个面，该折叠辐射金属片由一形状为矩形的平面金属片折叠形成，该平面金属片具有至少一槽缝，该槽缝由该平面金属片的一边缘延伸至该平面金属片的内部，以在该平面金属片形成一第一路径及一第二路径，该第一路径用于该双频单偶极天线的二操作频率的电流路径，该第二路径用以天线的阻抗匹配调整；一馈入点，连接在该折叠辐射金属片的小金属片上，以传递讯号。其制作容易，成本低廉，且其介电基底具有较佳的天线频宽与增益，并可双频操作。

Description

可表面粘着的双频单偶极天线

技术领域

本发明涉及一种无线通讯系统的天线，特别是一种无线区域网络系统的可表面粘着的双频单偶极天线，其制作容易，成本低廉，且其介电基底具有较佳的天线频宽与增益，并可双频操作。

背景技术

无线区域网络的建构，使得各种多媒体设备讯号及资料传输得以整合，多项设备的连结不再受限于有线传输连接埠定点的牵绊。同时为增加使用的便利性与携行性，“轻、薄、短、小”成为相关元件设计的规范，天线的设计也必须符合这些规范，除此之外，安装容易也是天线设计的考虑重点之一。而随着表面粘着技术(SMT)的快速发展，使得适用于表面粘着技术的天线安装容易并可以大幅降低封装与连接所需花费成本，因此可表面粘着的天线受到极大的重视。而一般现有的可表面粘着的天线设计，大都是印制于陶瓷材质基底上，如1997年7月16日颁于Kawahata的美国专利第5,668,557号《表面粘着天线以及使用该天线的通讯装置(Surface-mount antenna and communicationdevice using same)》，其揭示一种表面粘着天线，该天线的介电基底由陶瓷材质所构成。然而，该基底至少具有二个洞延伸穿过该基底前后两个表面，以构成二个共振器，该天线的特点为讯号从输入至输出所行进的途径为唯一，即讯号从输入端进入后，便由第一个共振器耦合至第二个共振器，如此渐进直到讯号取出，故此种滤波器称为直接耦合(direct coupling)滤波器的天线。因而，该种天线极难具有较佳的天线频宽与增益。再者，此结构在制作上是相当困难复杂且成本昂贵的。又如2000年8月8日颁于Tsubaki等人的美国专利第6,100,849号《表面粘着天线以及使用该天线的通讯装置(Surface mount antennaand communication apparatus using the same)》，其揭示一种表面粘着天线，该天线的介电基底亦是由陶瓷材质所构成的，相较于前者，虽然Tsubaki等人的天线在制作上较为容易，但是，在表面粘着的制程中，陶瓷材质不仅昂贵且易碎，加上其相对介电常数较高，一般大于7，因此降低了天线的频宽与增益，使得产品的竞争力大幅下降。

再者，各类电子产品所配备的无线网络卡其内部的天线多只拥有单频带操作能力。可以预期的是，随着市场的渐渐增大，配置的天线只具有单频操作能力的无线网络卡其工作能力与市场竞争力将是不足够的，因此发展可双频操作的无线网络卡天线将是相关电子产品的主流趋势。

有鉴于此，便有需要提供一种无线通讯系统的天线，可表面粘着于系统电路板之上，制作容易，成本低廉，且其介电基底具有较佳的天线频宽与增益，并且可双频操作，适合应用于无线区域网络系统。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一可表面粘着的双频单偶极天线，制作容易，成本低廉，且其介电基底具有较佳的天线频宽与增益。

本发明的次要目的在于提供一可表面粘着的双频单偶极天线，可双频操作，适合应用于无线区域网络系统。

为达到上述的目的，本发明提供一种可表面粘着的双频单偶极天线，其包含：一基底；一折叠辐射金属片，表面粘着该基底的至少三个面，该折叠辐射金属片由一形状为矩形的平面金属片折叠形成，该平面金属片具有至少一槽缝，该槽缝由该平面金属片的一边缘延伸至该平面金属片的内部，以在该平面金属片形成一第一路径及一第二路径，该第一路径用于该双频单偶极天线的二操作频率的电流路径，该第二路径用以天线的阻抗匹配调整；一馈入点，连接在该折叠辐射金属片的小金属片上，以传递讯号。

根据本发明的又一特征，该二操作频率包括一高频及一低频，为该双频单偶极天线的前二个共振频率。

根据本发明的又一特征，该第一路径具有一起始点及一末端，该起始点为该双频单偶极天线的馈入点，且该第一路径具有一180度的转弯，使该末端朝向该起始点方向延伸。

根据本发明的再一特征，该基底为一空气层，或该基底为塑胶材质，或该基底为介电常数在1～2之间的物质制成。

根据本发明的又一特征，该基底可为一矩形柱体形状。

根据本发明的又一特征，该槽缝为L形槽缝，或该槽缝为T形槽缝。

附图说明

图1为根据本发明的一较佳实施例的可表面粘着的双频单偶极天线附着于一微波基板上的俯视图；

图2为根据本发明的一较佳实施例的可表面粘着的双频单偶极天线的侧视图；

图3为根据本发明的一实施例的可表面粘着的双频单偶极天线附着于一微波基板上的透视立体图；

图4为根据本发明的一实施例的折叠辐射金属片展开为平面金属片的平面图；

图5为根据本发明的可表面粘着的双频单偶极天线的返回损失实验结果；

图6为根据本发明的可表面粘着的双频单偶极天线的操作于2.4GHz无线区域网络系统频带内增益实验结果；

图7为根据本发明的可表面粘着的双频单偶极天线操作于5.2GHz无线区域网络系统频带内增益实验结果；

图8a及图8b为根据本发明的一实施例的辐射金属片展开为平面金属片的其他实施例的平面图。

图中符号说明

1  可表面粘着的双频单偶极天线

10 折叠辐射金属片

11 小金属片

12 馈入点

20 微波基板

21 第一表面  22  第二表面

23 粘着区间  24  接地面    25  矩形缺口

30 基底

40 50欧姆微带线

50 平面金属片

51 第一路径  52  第二路径  55、56、57折叠线

60 L形槽缝   61  T形槽缝

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，根据本发明的可表面粘着的双频单偶极天线1附着于一微波基板20上，该微波基板20由一尺寸为40×100mm²的无线通讯元件电路板构成。该天线1印制于该微波基板20的一角落处。

参考图2，其显示根据本发明的一较佳实施例的可表面粘着的双频单偶极天线1的侧视图。该可表面粘着的双频单偶极天线1主要包括；一基底30，该基底30由一空气层构成，或介电常数接近空气的物质组成，诸如塑胶材质，其相对于介电常数一般小于2，为一矩形柱体形状；一折叠辐射金属片10，包围住该基底30的四个面，该折叠辐射金属片10具有一小金属片11，突出于该基底30外约1mm，用以作为可表粘着的双频单偶极天线1的阻抗匹配调整；以及一馈入点12，位于该小金属片11上，用以传递讯号。

如前所述，由于该基底30由一空气层，或由介电常数接近空气的物质组成，诸如塑胶材质，在相较于现有的陶瓷材质，制作的成本便降低了许多，且由于其介电常数一般小于2，使该天线1具有较佳的频宽与增益(参考图5-图7)，此外，该折叠辐射金属片10包围住该基底30即可，不需印制于该基底30之上。

参考图3，该微波基板20包括：一第一表面21与一第二表面22，在该第一表面21之上有一粘着区间23以及一50欧姆微带线40，一接地面24印制于该第二表面22，该接地面24另具有一矩形缺口25，该矩形缺口25对应于该粘着区间23。根据本发明，微波基板20一般以玻璃纤维强化BT(bismaleimide-triazine)树脂或FR4玻璃纤维强化环氧树脂(fiberglass reinforced epoxy resin)制成的印刷电路板，亦可以聚醯亚胺(polyimide)制成的可挠性薄片基板(flexible film substrate)。如图所示，本发明的可表面粘着的双频单偶极天线1以表面粘着技术(SMT)粘着于该微波基板20第一表面21之上，其中该馈入点12连接于该50欧姆微带线40，用以传递讯号。

参考图4，根据本发明的一较佳实施例，该可表面粘着的双频单偶极天线1的该折叠辐射金属片10由一形状为矩形或接近矩形的平面金属片50依照折叠线55、56及57折叠而成，该平面金属片50具有一L形槽缝60，该槽缝60由该平面金属片50的一边缘延伸至该平面金属片50的内部，在该平面金属片50形成一第一路径51及一第二路径52。该第一路径51用于本发明的可表面粘着的双频单偶极天线1的两操作频率，该操作频率根据本发明的天线1的前二个共振频率，为一高频及一低频，以及该第一路径51具有一起始点及一末端，该起始点为该馈入点12，又该第一路径51具有一180度或接近180度的转弯，使该末端朝向该起始方向延伸，该第二路径52的长度变化，将改变该路径上的激发表面电流分布，因此将会改变天线馈入端的电抗值。因此通过调整该第二路径52的长度，可以用于调整天线1的输入阻抗，亦即该第二路径52可以用于天线1的匹配调整。由此不需要外加现有技术的阻抗匹配调整电路，此外，根据本发明的一较佳实施例，该平面金属片50其厚度为0.2mm，在该厚度下所折叠得到的该折叠辐射金属片10具有相当良好的刚性，若使用更厚的金属片，该折叠辐射金属片10的刚性可再增加，使得本发明的可表面粘着的双频单偶极天线1更适合表面粘着技术的应用，且以空气为其基底30即可，而无须其他材质的基底30。

图5至图7显示了根据本发明的图1及图3所示的可表面粘着的双频单偶极天线1的实验结果，在使用一相对介电常数为4.4，尺寸为40×100mm²，厚度为0.8mm的微波基板20，该微波基板20第一表面21上的粘着区间23的尺寸为10×10mm²，以及一整体长度为12mm、宽度为8mm、高度为3mm的天线1，该天线1放置于该微波基板20上，突出约2mm，(该天线1亦可以完全置于该微波基板20之内，此时该粘着区间23的尺寸可以配合选择为12×10mm²)的情况下，可得图5至图7的实验结果。

图5所示是于电压驻波比小于2或10dB返回损失的状况(定义)下，所得的返回损失实验结果，其中所得到的天线阻抗频宽可含盖无线区域网络系统于2.4GHz(2400-2484MHz)与5.2GHz(5150-5350MHz)的操作频带。如图6所示，于2.4GHz频带内，天线最大增益可达2.8dBi。如图7所示，于5.2GHz频带内，天线最大增益可达3.1dBi。

图8a及8b所示为本发明的其他实施例的可表面粘着的双频单偶极天线1的折叠辐射金属片10展开为平面金属片50的平面图。如图8a所示，该平面金属片50为一接近矩形的形状，具有折叠线55、56以及一L形槽缝60，该槽缝60由该平面金属片50的一边缘延伸至该平面金属片50的内部，在该平面金属片50形成一第一路径51及一第二路径52。由于该平面金属片50仅有二个折叠线55、56，仅需折叠包围住该基底30三个面即可，亦即，将该平面金属片50折叠为折叠辐射金属片10的制作过程，在方法上将更为简便。又相较于图2，第二路径52可自由地调整路径长度，其末端不必与该平面金属片50的边缘切齐，以更适合天线1的阻抗匹配调整。

而如图8b所示，该平面金属片50为一接近矩形的形状，具有折叠线55、56及57以及一T形槽缝61，该槽缝61由该平面金属片50的一边缘延伸至该平面金属片50的内部，在该平面金属片50形成一第一路径51及一第二路径52，该第二路径52亦可弯折，以更适合天线1的阻抗匹配调整。

前述的描述及图示已揭示本发明的较佳实施例，应被视为用以说明本发明，而非用以限制本发明。本发明的保护范围应由权利要求书所界定，并涵盖其合法均等物，并不限于先前的描述。

Claims (9)

1.一种可表面粘着的双频单偶极天线，其特征在于，其包含：

一基底；

一折叠辐射金属片，表面粘着该基底的至少三个面，该折叠辐射金属片由一形状为矩形的平面金属片折叠形成，该平面金属片具有至少一槽缝，该槽缝由该平面金属片的一边缘延伸至该平面金属片的内部，以在该平面金属片形成一第一路径及一第二路径，该第一路径用于该双频单偶极天线的二操作频率的电流路径，该第二路径用以天线的阻抗匹配调整；

一馈入点，连接在该折叠辐射金属片的小金属片上，以传递讯号。

2.根据权利要求1所述的可表面粘着的双频单偶极天线，其特征在于，该二操作频率包括一高频及一低频，为该双频单偶极天线的前二个共振频率。

3.根据权利要求1所述的可表面粘着的双频单偶极天线，其特征在于，该第一路径具有一起始点及一末端，该起始点为该双频单偶极天线的馈入点，且该第一路径具有一180度的转弯，使该末端朝向该起始点方向延伸。

4.根据权利要求1所述的可表面粘着的双频单偶极天线，其特征在于，该基底为一空气层。

5.根据权利要求1所述的可表面粘着的双频单偶极天线，其特征在于，该基底为塑胶材质。

6.根据权利要求1所述的可表面粘着的双频单偶极天线，其特征在于，该基底为介电常数在1～2之间的物质制成。

7.根据权利要求1所述的可表面粘着的双频单偶极天线，其特征在于，该基底为一矩形柱体形状。

8.根据权利要求1所述的可表面粘着的双频单偶极天线，其特征在于，该槽缝为L形槽缝。

9.根据权利要求1所述的可表面粘着的双频单偶极天线，其特征在于，该槽缝为T形槽缝。

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