CN1536709A

CN1536709A - 双频倒f型天线

Info

Publication number: CN1536709A
Application number: CNA031094414A
Authority: CN
Inventors: 钟世忠; 李明洲; 萧忠晏
Original assignee: ZHENGWEN SCI-TECH Co Ltd
Current assignee: ZHENGWEN SCI-TECH Co Ltd
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-10-13

Abstract

一种双频倒F型天线，包括制作印刷电路板的底材基板，和形成于基板表面的接地金属层、蜗形金属结构、短路接脚、馈电接脚和终端微带。其中蜗形金属结构更具有一短路端与一开路端，且短路接脚与接地金属层电性连接。此外，由蜗形金属结构的适当位置处向外沿伸，连接至馈电电路，而具有调整匹配阻抗作用的终端微带是制作于基板上，并通过导电贯孔连接蜗形金属结构的开路端。藉由调整蜗形金属结构的螺线圈数，增加天线另一可使用的频段。

Description

双频倒F型天线

技术领域

本发明涉及一种天线，特别是一种具有阻抗匹配调整与双频功能设计的双频倒F型天线。

背景技术

随着无线通讯技术的突飞猛进，移动通讯产品已成为现阶段科技产品的主流，属于3G的移动通讯市场，包括移动电话、个人数字助理(PDA)、或是笔记型电脑等，这些产品在与通讯模组结合，不仅可以收发e-mail更可以接收如新闻、股票等即时资讯，使彼此之间达到资源共享和资料传输的功能；而无线区域网路(Wireless Local Area Network，WLAN)属于无线定点式的传输，通过无线区域网路卡(WLAN card)，在定点以电脑作大量资料传输，让错综复杂的线路消失于无形，而这些消失的线路就是由天线来取代，其中倒F型天线(inverted-F antenna)因为具有小巧以及轻薄等优点，常被用来做为通讯产品的内装型天线。

请参阅图1所示，其为习知技术的印刷式倒F型天线示意图，包括一基板10、一接地金属12、一长条状金属20、一短路接脚14、以及一馈电接脚16，其中接地金属12、长条状金属20、短路接脚14、以及馈电接脚16均为分布于基板10上的印刷电路。

接地金属12设有馈电结构24，图示为共平面波导(coplanar waveguide；CPW)馈入结构，馈电接脚16是由长条状金属20向外沿伸并通过馈电结构24连接至一匹配电路(图中未示)，其中，馈电接脚16与接地金属12之间并不互相连接以避免发生短路现象。又长条状金属20与接地金属12之间互相平行，而短路接脚14是设于长条状金属20的一端(短路端)18，且连接于接地金属12，其与长条状金属20的另一端(开路端)22是形成开路-短路的结构，其中开路端与短路端之间的距离是约以四分之一波长为原则。

由于印刷式倒F形天线的面积大小长久以来一直受长条状金属的长度必须为四分之一波长的限制，使得天线的长度大小始终被限定在四分之一波长的固定范围，而无法有效的缩小，然而现今集成电路内的无源元件已经朝着体积小型化的趋势发展，反观通讯产品的天线体积却因为受着讯号的四分之一波长限制的影响，迟迟无法将天线的体积予以缩小。有鉴于此，对于从事倒F型天线设计制造与研发的从业人员而言，均莫不致力于天线结构的改良，以缩小天线的体积。

此外，上述习知的倒F型天线可用的传输频率仅局限在单一频段，以应用在无线区域网路为例，频段是属于ISM2-4GHz的高频率范围，但是目前ISM频段(Industrial Scientific Medical Band)，有愈来愈多的无线通讯设备使用蓝牙装置(Blue Tooth)，因此使用相近频带的通讯设备彼此会互相干扰，包括同频干扰(Co-Channel Interference)及邻频干扰(Next-ChannelInterference)，兼之产品普及同频段产品过多，干扰问题愈趋严重；而其谐振频率则因反射系数过大且传输频段落在8-9GHz之间，并不符合现有的通讯协定，所以仅能以单频使用。

有鉴于此，藉由本发明的揭露，不仅同时达到缩小天线体积的目的，也增加另一操作频段以供传输使用。

发明内容

本发明的目的为提供一种具有双频功能的双频倒F型天线。

本发明的再一目的为提供一种印刷式双频倒F型天线的装置设计，使天线的面积大小得以有效的缩小。

本发明的另一目的为提供一种具匹配阻抗调整的双频倒F型天线。

本发明的上述目的是由如下技术方案来实现的。

方案一

一种双频倒F型天线，用以传输接收一低频讯号以及一高频讯号，其特征是包括：

一基板，是用于制作印刷电路板的底材：

一接地金属层，是制作于该基板的下表面；

一蜗形金属结构，是制作于该基板的上表面，且该蜗形金属结构更具有一短路端与一开路端，其中该开路端是位于螺旋向内的该蜗形金属结构的中心位置处：

一短路接脚，是连接该蜗形金属结构的短路端与该接地金属层；以及

一馈电接脚，是由该蜗形金属带的适当位置处向外沿伸，并连接一馈电电路；

其中，藉由增加该蜗形金属结构的螺线圈数，产生耦合效应，使得该高频讯号的等效波长变长，降低谐振频率，除了维持低频部分原有的一第一频率外，更在高频部分调整出一第二频率，供操作者使用。

除上述必要技术特征外，在具体实施过程中，还可补充如下技术内容：

更包含一终端微带，是制作于基板的下表面，并通过一第一导电贯孔与该开路端形成电性连接。

上述的终端微带具有调整阻抗的作用，使与该馈电电路形成阻抗匹配。

上述的接地金属层更通过一导电贯孔与该短路接脚形成电性连接。

上述的开路端与该短路端的等效电流路径长度是形成约为四分之一波长的开路-短路结构。

上述的蜗形金属结构产生电感效应，更形成一内部阻抗，增加天线输入阻抗调整的自由度。

方案二

一基板，是用于制作印刷电路板的底材；

一接地金属层，是形成于该基板的表面：

一蜗形金属结构，是制作于该基板的表面，且该蜗形金属结构更具有一短路端与一开路端，其中该开路端是位于螺旋向内的该蜗形金属结构的中心位置处；

一馈电接聊，是由该蜗形金属结构的适当位置处向外沿伸，并连接一馈电电路；以及

一终端微带，是制作于与该蜗形金属结构相异表面的基板上，并通过一第一导电贯孔与该开路端形成电性连接；

上述的接地金属层可与该蜗形金属结构位于该基板的不同表面，且该接地金属层更通过一第二导电贯孔与该短路接脚形成电性连接。

上述的蜗形金属结构可产生电感效应，更形成一内部阻抗，增加天线输入阻抗调整的自由度。

本发明第一实施例的双频倒F型天线包括，基板与分布于基板上的印刷电路，此印刷电路包含位在基板下表面的接地金属层，与位在基板上表面的蜗形金属结构、短路接脚以及馈电接脚。此外，蜗形金属结构更具有一短路端以及一开路端以形成开路-短路的结构。

其中短路端利用短路接脚通过导电贯孔与接地金属层互相连接，开路端则位在螺旋向内的蜗形金属结构的中心位置处。馈电接脚则是由埚形金属结构的适当位置处向外延伸连接至馈电电路。

本发明第二实施例的双频倒F型天线包括，制作印刷电路板的底材基板，和形成于基板下表面的接地金属层，以及形成于基板上表面的蜗形金属结构、短路接脚、馈电接脚和终端微带。其中蜗形金属结构更具有一短路端与一开路端，且短路端利用短路接脚通过导电贯孔与接地金属层电性连接，开路端则位在螺旋向内的蜗形金属结构的中心位置处。此外，由蜗形金属结构的适当位置处向外沿伸，连接至馈电电路，而终端微带是制作于与蜗形金属结构不同表面的基板上，并通过导电贯孔连接蜗形金属结构的开路端，且终端微带不与位于同一表面的接地金属层相接触。

本发明的蜗形金属结构可以使馈电路径长度维持在低频等效的四分之一波长，并同时缩短开路端与短路端的直线距离，以有效缩小印刷式倒F型天线的面积大小。另外，本发明的蜗形金属结构会形成电感效应，藉由调整蜗形金属结构的螺线圈数，使得天线的传输频率除了较低频的第一频率外，更调整出另一较高频的第二频率供操作使用；而终端微带可使倒F型天线的输入阻抗可以作适当调整，增加天线匹配阻抗的自由度。

本发明的双频倒F天线除了具有习知倒F天线的优点，如：轻薄短小、传输效率佳、易于制作且成本低廉、具有全方位的辐射场型(omni-directionpattern)、混合极化(mixed polarization)及低电压驻波比(VSWR＜2)的特性，更具有如下的优点：

(1)本发明利用蜗形金属结构，使等效电流路径长度维持在低频的四分之一波长，得以使印刷式倒F型天线可效缩小其面积。

(2)本发明利用蜗形金属结构所形成的电感效应配合终端微带，使印刷式倒F型天线的输入阻抗得以作适当调整，增加天线匹配阻抗的自由度，更藉由增加的输入阻抗降低其谐振频率。

(3)本发明利用增加蜗形金属结构的螺线圈数，使得除了原有的较低频的操作频率外，更增加另一可使用的高频频率，增加天线的实用性。

藉由以下对具体实施例详细的描述结合附图，将可轻易的了解上述内容及此项发明的诸多优点。

附图说明

图1为制作于基板同一表面的习知倒F型天线。

图2为制作于基板不同表面的习知倒正型天线。

图3为具蜗形金属结构的倒F型天线。

图4为根据本发明第一实施例的具蜗形金属结构的倒F型天线。

图5为频率-回程损耗的响应模拟曲线图。

图6为根据本发明第二实施例，频率-回程损耗的响应模拟曲线图。

图7为根据本发明第一实施例的具终端微带的倒F型天线。以及

图8为根据本发明第二实施例，频率-回程损耗的响应量测图。

具体实施方式

本发明所揭示的是一种双频倒F型天线。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图3至图8。有关本发明的详细说明如下。

请参阅图4所示，其是本发明双频倒F型天线的第一实施例图。其结构包含，接地金属层60、导电贯孔62、馈电接脚66、短路接脚68及蜗形金属结构72，均为分布于基板80上的印刷电路，其中此基板材质是选用绝缘材料。接地金属层50是制作于基板80的下表面(图中以虚线部分代表)，而结构中的其它部分则制作于基板80的上表面(如图中的深色图层)。其中蜗形金属结构72为一长条状金属弯折形成的蜗形结构，或是由一片金属以冲压方式形成的蜗形结构，其具有一开路端64与一短路端70，以形成开路-短路的结构。其中开路端64是位于螺旋向内蜗形金属结构72的中心位置处，而蜗形金属结构72可以是环形、方形、角形，甚至不规则的形状表现的。

短路端70则利用短路接脚68并通过导电贯孔62与位在基板80下表面的接地金属层60产生电性连接。馈电接脚66则由蜗形金属结构72的适当位置处向外延伸连接至馈电电路(未图示)。此外，接地金属层60亦可与其它电路结构制作于基板80的同一表面，但接地金属层60与其他电路结构之间并不互相接触，以避免发生短路现象。

倒F型天线的开路端与短路端的直线距离以低频的四分之一波长为原则，而四分之一波长的距离即为开路-短路振荡讯号的等效电流路径长度，因此在四分之一波长的等效电流路径情况下，本实施例的蜗形金属结构可将习知技术(如图2所示)的长条状金属40开路端34与短路端42的直线距离缩短，有效缩小倒F型天线的面积大小，且由图6的频率-回程损耗(Return Loss，S11)的响应模拟曲线图的曲线300中可看出，蜗形金属结构72并不影响其在传输低频讯号的功能。

另外，蜗形金属结构72会形成电感效应，而产生内部阻抗，此内部阻抗并可藉由蜗形结构的螺旋数目及大小作适当改变，使倒F型天线可以依据所设计的适用频带、接地金属的形式、以及天线的输入阻抗作适当的调整。另外，藉由蜗形金属结构72的螺线圈数的增加，产生耦合(coupling)效应，使得高频部分的等效波长变长，降低其可使用频段的频率。而根据图2的传统倒F型天线结构得到图5的曲线100，根据图3的天线结构得到图5的曲线200与根据图4的天线结构得到图6的曲线300结果，比较上述三例，说明在固定开路端与短路端间的等效四分之一波长距离的前提下调整螺线圈数，当增加螺线圈数时，将可使较高频的第二频率区段控制在适当的频段，并可供操作使用。

请参照图5的频率-回程损耗响应模拟曲线图的曲线100的部分，说明传统的倒F型天线(如图2所示)仅在较低频的第一频率区段110(约2.45GHz)的频段可供操作者稳定使用：而较高频的第二频率区段120是落在约8GHz的范围，兼之反射率过大，并无利用价值。藉由本实施例的调整(如图4所示)，配合图6的曲线300所示，除了第一频率区段310(约2.45GHz)的频段可供操作，更可在第二频率区段320(约5-6GHz)之间形成另一可用的操作频段供使用者运用。以应用在无线区域网路为例，较低频的第一频率区段310可运用在IEEE802.11b，而较高频的第二频率区段320则可运用在发展中的IEEE802.11a、HiperLAN1、HiperLAN2，其双频的实用性更可由此看出。

总结上述，当增加蜗形金属结构的螺线圈数，将使得较高频的第二频率区段降低至实用的范围，并配合阻抗匹配的调整，降低反射率，达到双频皆可使用的目的。此外，上述制作于基板一表面的蜗形金属结构，仅是提供具双频使用的倒F型天线de一实施例，并非用以限定本发明的范围。

请参阅图7所示，其为本发明双频倒F型天线的第二实施例图：其结构包含，接地金属层84、第一导电贯孔82、第二导电贯孔74、馈电接脚86、短路接脚88、蜗形金属结构94及终端微带76(micro strip)，均为分布于基板90上的印刷电路。接地金属层84与终端微带76是制作于基板90的下表面(图中以虚线部分代表)，而结构中的其它部分则制作于基板90的上表面(如图中的深色图层)。其中蜗形金属结构94具有一开路端78与一短路端92，以形成开路-短路的结构。开路-短路振荡讯号的等效电流路径长度以略小于低频的四分之一波长为原则，以维持天线在较低频讯号的传输效率。

其中开路端78是位于螺旋向内蜗形金属结构94的中心位置处，而蜗形金属结构94可以环形、方形、角形，甚至不规则的形状表现之，此外，开路端78更通过第一导电贯孔82与同样位在基板90下表面的终端微带76产生电性连接，且终端微带76并不与位于同一表面的接地金属层84相接触，而短路端92利用短路接脚88并通过第二导电贯孔74与位在基板90下表面的接地金属层84产生电性连接。馈电接脚86则由蜗形金属结构94的适当位置处向外延伸连接至馈电电路(未图示)。此外，接地金属层84亦可与其它电路结构制作于基板90的同一表面，但是接地金属层84与其他电路结构之间并不互相接触，以避免发生短路现象。

与上述本发明第一实施例同样具有缩小天线面积大小，以及调整蜗形金属结构的螺线圈数，而产生出另一可使用的高频频段，更可藉由终端微带的宽度、长度、方向的适当改变，使倒F型天线可以依据所设计的适用频带、接地金属的形式、以及天线的输入阻抗作适当的调整，增加了与馈电电路连接时所形成匹配阻抗的自由度。请参照图8，曲线400为根据本发明第二实施例频率-回程损耗(Return Loss，S11)的响应量测曲线，由图上可知，除了第一频率区段410(约2.4GHz)外，更有一较高频的第二频率区段420，可供使用者运用，显现出其双频的特性。

本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实体，仅止于此实施例。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包含在本发明的权利要求范围内。

Claims

1、一种双频倒F型天线，用以传输接收一低频讯号以及一高频讯号，其特征是包括：

一基板，是用于制作印刷电路板的底材：

一接地金属层，是制作于该基板的下表面；

2、根据权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征是：更包含一终端微带，是制作于基板的下表面，并通过一第一导电贯孔与该开路端形成电性连接。

3、根据权利要求2所述的双频倒F型天线，其特征是：上述的终端微带具有调整阻抗的作用，使与该馈电电路形成阻抗匹配。

4、根据权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征是：上述的接地金属层更通过一导电贯孔与该短路接脚形成电性连接。

5、根据权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征是：上述的开路端与该短路端的等效电流路径长度是形成约为四分之一波长的开路-短路结构。

6、根据权利要求1所述的双频倒F型天线，其特征是：上述的蜗形金属结构产生电感效应，更形成一内部阻抗，增加天线输入阻抗调整的自由度。

7、一种双频倒F型天线，用以传输接收一低频讯号以及一高频讯号，其特征是包括：

一基板，是用于制作印刷电路板的底材；

一接地金属层，是形成于该基板的表面：

8、根据权利要求7所述的双频倒F型天线，其特征是：上述的接地金属层可与该蜗形金属结构位于该基板的不同表面，且该接地金属层更通过一第二导电贯孔与该短路接脚形成电性连接。

9、根据权利要求7所述的双频倒F型天线，其特征是：上述的终端微带具有调整阻抗的作用，使与该馈电电路形成阻抗匹配。

10、根据权利要求7所述的双频倒F型天线，其特征是：上述的开路端与该短路端的等效电流路径长度是形成约为四分之一波长的开路-短路结构。

11、根据权利要求7所述的双频倒F型天线，其特征是：上述的蜗形金属结构可产生电感效应，更形成一内部阻抗，增加天线输入阻抗调整的自由度。