CN1295814C

CN1295814C - 平板型天线及应用该天线的无线网络装置

Info

Publication number: CN1295814C
Application number: CNB021460728A
Authority: CN
Inventors: 洪百甫; 尤仁宏; 王凤雪
Original assignee: Accton Technology Corp
Current assignee: Accton Technology Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: CN1492537A

Abstract

一种平板型(Planar)天线及应用该天线的无线网络装置。此平板型天线由辐射(Radiation)金属板、金属支撑片和金属固定片所组成，其中辐射金属板为具有长条形开口的圆形板。当此平板型天线操作于约5.25GHz时，可提供良好的接收与辐射场型(Pattern)和天线增益(Gain)，来满足ISM频段(Industrial-Scientific-Medical band)所需的频带。另外，此平板型天线的应用系统更可通过天线分集式(AntennaDiversity)的安排，同时安装两个本发明平板型天线于基板上，借以获得更好的天线性能(Performance)。

Description

平板型天线及应用该天线的无线网络装置

技术领域

本发明有关于一种平板型天线及应用该天线的无线网络装置，特别是有关于一种使用具有开口的圆形辐射金属板的平板型天线及应用该天线的无线网络装置。

背景技术

随着通信科技的精进，通信技术在科技产品的应用上亦日益增加，使得相关的通信产品日趋多样化，而且近年来消费者对通信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信产品不断的被提出，具有无线通信的计算机网络产品更是近来热门的趋势，再加上集成电路(Integrated Circuit，IC)的技术日益成熟，使得产品的体积也逐渐倾向轻薄短小。

在通信产品中天线的主要功能系用以传送与接收信号，而现今的无线产品所使用的天线必须具有体积小、性能佳和成本低等特点，方能得到市场的广泛接受与肯定。以放置位置来区分，无线产品所使用的天线大致可分为外接与内建(built-in)两类，而基于外型美观及使用便利的考量，外接式天线已逐渐被内建式天线所取代。另一方面，由于适合量产的表面黏贴技术(Surface Mount Technology，SMT)已经非常成熟，故使用表面黏贴技术来安装天线，可大幅地降低封装(Packaging)与连接所需的成本，因而成为内建式天线中最受欢迎的设计方式。

根据不同的操作需求，通信产品所具备的功能皆不尽相同，故用以辐射或接收讯号的天线设计有许多种，而平板型天线是其中相当常用的一种。为了要获得高增益高宽频的天线，可增加基板与辐射金属板的间距，来增加平板型天线的辐射效率及操作频带。一般而言，使用者可从天线组件的操作频率、辐射场型(RadiationPattern)、返回损失(Return Loss)及天线增益(Antenna Gain)等参数来获知天线的特性(Feature)。因此，平板型天线的设计必须同时考量基板与辐射金属板的间距和良好的天线特性等因素。

然而，公知的平板天线非常难以同时具有低成本、小尺寸、高天线增益、宽广的操作频率及良好的辐射场型等优点，亦不易配合外壳机构的设计，致使其在应用上受到许多限制。而且，公知的平板天线的二阶谐波(Second Harmonic)较大，会造成电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)。

因此，非常迫切需要发展一种平板型天线，以充分满足小尺寸、高增益、高宽频、设计简单、低成本、低二阶谐波等天线需求，来解决公知的平板天线的缺点。

发明内容

鉴于上述的发明背景中，由于公知的平板天线无法有效地满足如前所述的天线需求；不易配合外壳机构的设计；以及其二阶谐波较大，因而使其在应用上受到许多限制。

本发明的主要目的为提供了一种平板型天线及应用该天线的装置，借以提供轻薄短小的天线，并可应用表面黏贴技术来将天线安装于基板上，因而可做大量生产，降低与电路整合时所需的成本，增加产品稳定度。本发明更提供具有较小二阶谐波的平板型天线，借以避免产生电磁干扰。

本发明的另一目的为提供了一种平板型天线及其应用系统，通过天线分集式的安排，同时安装两个平板型天线于基板上，借以获得更好的天线性能。

根据以上所述的目的，本发明提供了一种平板型天线，此平板型天线至少包括：基板，其下表面形成有布地面；辐射金属板，为具有开口的圆形板；金属支撑片，其中金属支撑片的一边为电性连接于圆形板的开口中不与其余边并行的一边，并形成馈入点(FeedingPoint)；金属固定片，其中金属固定片的一边为电性连接于金属支撑片的另一边，而金属固定片为电性安装于基板上；其中，基板和辐射金属板之间保持一设定的间距。

另外，本发明提供了一种无线网络装置。此无线网络装置至少包括：基板，具有一射频(Radio Frequency，RF)，而射频具有天线输出端，借以在射频与该无线系统之间传送讯号，基板的下表面形成有布地面；第一平板型天线，其中第一平板型天线至少包括：第一辐射金属板，为具有第一开口的圆形板；第一金属支撑片，其中第一金属支撑片的一边为电性连接于第一开口中不与其余边并行的一边，并形成第一馈入点；第一金属固定片，其中第一金属固定片的一边为电性连接于第一金属支撑片的另一边，而第一金属固定片为电性安装于天线输出端；其中，基板和第一辐射金属板之间，具有第一设定的间距；以及第二平板型天线，其中第二平板型天线至少包括：第二辐射金属板，为具有第二开口的圆形板；第二金属支撑片，其中第二金属支撑片的一边为电性连接于第二开口中不与其余边并行的一边，并形成第二馈入点；第二金属固定片，其中第二金属固定片的一边电性连接于第二金属支撑片的另一边，而第二金属固定片电性安装于天线输出端；其中，基板和第二辐射金属板之间具有第二设定的间距。另外还有一外壳，具有凸起中空部分，用以包覆该基板，形成一无线网络卡。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的平板型天线与实际应用产品的组装立体示意图；

图2为本发明的一较佳实施例的平板型天线的俯视示意图；

图3为本发明的一较佳实施例的平板型天线的正视示意图；

图4为本发明的一较佳实施例的平板型天线的侧视示意图；

图5A、图5B和图5C为本发明的一较佳实施例的平板型天线切换排列的示意图；

图6A和图6B为本发明的一较佳实施例的平板型天线关于返回损失的量测数据图；

图7A为本发明的一较佳实施例的平板型天线操作于5.25GHz时，x-z平面的辐射场型的实验数据图；以及

图7B为本发明的一较佳实施例的平板型天线操作于5.25GHz时，x-y平面的辐射场型的实验数据图。

100：基板

100E、100F：边距

100G：天线间距

100W：基板宽度

110：布地面

120、220：平板型天线

122、222：辐射金属板

122D：辐射板直径

124、224：开口

122W：开口宽度

122S：开口长度

132、232：金属支撑片

132H：支撑片长度

142、242：金属固定片

142L：固定片长度

150：外壳

152：凸起中空部分

t：天线材料厚度

A：馈入点

B、C、D：操作点

具体实施方式

请参照图1，图1为本发明的一较佳实施例的平板型天线与实际应用产品的组装立体示意图。如图1所示，本发明的平板型天线120和220由例如C260黄铜(Brass)所制成，且安装于基板100上，而由导电材料所制成的布地面110形成于基板100的下表面，用来做为接地(Grouding)面，而基板100可为例如由玻纤(FR4；Fiberglass)材料所制成的印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)。基板100上具有射频(RF)，而射频具有天线输出端(未绘示)，借以在射频与天线之间传送讯号。平板型天线120和平板型天线220为完全相同的天线，使用两支平板型天线的目的在于当其中一支平板型天线的收发不良时，另一支平板型天线可取而代其来进行讯号收发。平板型天线120由辐射金属板122、金属支撑片132和金属固定片142所组成；平板型天线220由辐射金属板222、金属支撑片232和金属固定片242所组成。其中，辐射金属板122和辐射金属板222分别具有开口124和开口224的圆形板。布地面110与辐射金属板122和222之间有一设定的间距。

金属固定片142和金属固定片242可以例如表面黏贴技术，来安装于天线输出端(或基板100)，而金属固定片142和金属固定片242的安装方向，可依外壳150的实际机构设计需要而有所不同。基板100与应用产品外壳150结合在一起之后，平板型天线120和平板型天线220位于外壳150的凸起中空部分152(其高度可为例如约7.49mm)中，而辐射金属板122和辐射金属板222离外壳150顶部的距离对天线的辐射场型有相当大影响。因此如图1，本发明特征之一便是可充分配合应用产品外壳150的机构设计，而应用产品可为例如IEEE802.11a CardBus卡或存取装置(Access Point)，外壳150的材料可为例如聚碳酸酯/丙烯晴-丁二烯-苯乙烯(PC/ABS)合胶(amorphous polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styreneterpolymer)。由于平板型天线120和平板型天线220为完全相同的天线，以下仅以平板型天线120来说明本发明的平板型天线的结构。

请参照图2、图3和图4，图2、图3和图4分别为本发明的一较佳实施例的平板型天线的俯视示意图、正视示意图和侧视示意图。如图2所示，辐射金属板122具有长条形的开口124，而金属固定片142位于开口124的正下方。开口124的开口宽度122W可为例如约1.75mm，而开口长度122S可为例如约2.7mm。如图3所示，辐射金属板122的辐射板直径可为例如约8.66mm。金属支撑片132的一边连接于开口124的开口宽度122W的一边，亦即开口124中不与其余边并行的一边。金属支撑片132的另一边则连接有金属固定片142的一边。如图4所示，馈入点A位于金属支撑片132与辐射金属板122的开口124的连接处。金属支撑片132的支撑片长度132H可为例如约4.2mm，金属固定片142的固定片长度142L可为例如约1.8mm，金属固定片142的方向可与开口124同向，亦可依实际需要而与开口124不同向。本发明的平板型天线的厚度t可为例如约0.25mm。

另外，本发明的无线网络装置可通过天线切换的安排，来获得更好的天线性能。请参照图5A、图5B和图5C，图5A、图5B和图5C为本发明的一较佳实施例的平板型天线切换排列的示意图。基板100的基板宽度100W可为例如约43mm，平板型天线120和220与基板100的基板宽度100W这一边的边距100E可为例如约14.83mm，而平板型天线120和220分别与基板100的其它两边的边距100F可为例如约8.74mm，平板型天线120和平板型天线220间的天线间距100G可为例如约24.23mm。开口124与开口224的开口方向可位于相对的方向，即二者均朝内(如图5A所示)；开口124与开口224的开口方向亦可位于相反的方向，即开口124朝下，而开口224朝上(如图5B所示)；或开口124和开口224均朝外(如图5C所示)。通过如上所述的开口方向的不同安排，可进一步提升本发明的平板型天线的如幅射场型等的天线特性。

值得一提的是，以上所述各构件的位置、尺寸和材料仅为举例说明，故本发明并不在此限。

本发明的平板型天线经实际量测之后，得知本发明的平板型天线具有相当优良的天线特性，可以涵盖ISM频段所需的频带，如5.15GHz～5.35GHz。

请参照图6A和图6B，图6A和图6B为本发明的一较佳实施例的平板型天线关于返回损失的量测数据图，其中图6A所示的频率范围较图6B大。如图6A所示，本发明的平板型天线在约10.5GHz附近的二阶谐波较小，故可避免产生电磁干扰。如图6B所示，本发明的平板型天线操作于约5.25GHz(如B点)时，若以返回损失等于-10dB来计算天线的操作频带，则本发明的平板型天线的操作频带为约5.1GHz(如C点)和约5.5GHz(如D点)之间，保守来说，本发明的平板型天线的操作频带可约为5.15GHz和约5.35GHz之间，即操作频带可达200MHz以上。另外，操作于约5.25GHz时，本发明的平板型天线的天线增益峰值(Peak Gain)为约1.253dB。

请参照图7A和图7B，图7A为本发明的一较佳实施例的平板型天线操作于5.25GHz时，x-z平面的辐射场型的实验数据图；图7B为绘示本发明的一较佳实施例的平板型天线操作于5.25GHz时，x-y平面的辐射场型的实验数据图。从图7B可得知，本发明的一实施例的x-y平面的辐射场型呈现全向(Omni-directional)天线的圆形辐射场型。而图7A所示的x-z平面的辐射场型亦相当优良。

本发明的优点为提供了一种平板型天线及其应用系统，本发明的结构简单、尺寸小、低姿势、且质量轻，并有较小二阶谐波，得以避免产生电磁干扰。加上可应用表面黏贴技术来将天线安装于基板上，故可大幅降低生产成本。

本发明的另一优点为提供了一种平板型天线及其应用系统，可利用天线切换的安排，而获得更好的天线性能。

Claims

1.一种平板型天线，其特征是，该天线至少包括：

一基板；

一辐射金属板，为具有一长条形开口的圆形板，并与该基板之间保持一设定的间距；

一金属支撑片，其中该金属支撑片的一边为电性连接于该长条形开口中不与其余边并行的一边，并形成一馈入点；以及

一金属固定片，其中该金属固定片的一边电性连接于该金属支撑片的另一边，而该金属固定片电性安装于该基板上。

2.如权利要求1所述的平板型天线，其特征是，该基板的一下表面形成有一布地面，该布地面由导电材料所形成。

3.如权利要求1所述的平板型天线，其特征是，该基板为一印刷电路板。

4.如权利要求1所述的平板型天线，其特征是，该基板为玻纤材料所制成。

5.如权利要求1所述的平板型天线，其特征是，该平板型天线由黄铜所制成。

6.如权利要求1所述的平板型天线，其特征是，该金属固定片以表面黏贴技术来电性安装于该基板上。

7.如权利要求1所述的平板型天线，其特征是，更包含：

一外壳，具有一凸起中空部分，其包覆上述基板的上表面，其中上述平板型天线位于该凸起中空部分之中，且该凸起中空部分的顶端与该辐射金属板之间有一设定的距离。

8.如权利要求7所述的平板型天线，其特征是，该外壳的材质为聚碳酸酯/丙烯晴-丁二烯-苯乙烯合胶。

9.一种无线网络装置，应用于一无线系统中，其特征是，至少包括：

一基板，其中该基板具有一射频，而该射频具有一天线输出端，借以在该射频与该无线系统之间传送信号；

一第一平板型天线，位于该基板的一端，至少包括：

一第一辐射金属板，为具有一第一长条形开口的圆形板，并与该基板之间保持一设定的间距；

一第一金属支撑片，其中该第一金属支撑片的一边电性连接于该第一长条形开口中不与其余边并行的一边，并形成一第一馈入点；

一第一金属固定片，其中该第一金属固定片的一边电性连接于该第一金属支撑片的另一边，而该第一金属固定片电性安装于该天线输出端；

一第二平板型天线，位于该基板与该第一平板型天线相同的一端，至少包括：

一第二辐射金属板，为具有一第二长条形开口的圆形板，并与该基板之间保持一设定的间距；

一第二金属支撑片，其中该第二金属支撑片的一边电性连接于该第二长条形开口中不与其余边并行的一边，并形成一第二馈入点；

一第二金属固定片，其中该第二金属固定片的一边电性连接于该第二金属支撑片的另一边，而该第二金属固定片电性安装于该天线输出端；以及

一外壳，具有一凸起中空部分，用以包覆该基板的上表面，其中该第一及第二平板型天线位于该凸起中空部分之中，且该凸起中空部分的顶端与该辐射金属板之间有一设定的距离。

10.如权利要求9所述的无线网络装置，其特征是，该第一平板型天线与该第二平板型天线的形状与尺寸完全相同。

11.如权利要求9所述的无线网络装置，其特征是，该第一长条型开口的开口方向相对于该第二长条型开口的开口方向。

12.如权利要求9所述的无线网络，其特征是，该第一开口的开口方向相反于该第二开口的开口方向。

13.如权利要求9所述的无线网络装置，其特征是，该外壳的材质为聚碳酸酯/丙烯晴-丁二烯-苯乙烯合胶。

14.如权利要求9所述的无线网络装置，其特征是，该基板的一下表面形成有一布地面，该布地面由导电材料所形成。

15.如权利要求9所述的无线网络装置，其特征是，该基板为一印刷电路板。

16.如权利要求9所述的无线网络装置，其特征是，该基板为玻纤材料所制成。

17.如权利要求9所述的无线网络装置，其特征是，该金属固定片以表面黏贴技术来电性安装于该基板。

18.如权利要求9所述的无线网络装置，其特征是，上述第一及第二平板型天线由黄铜所制成。