CN1624974A - 微导线阻断型双频单极印刷天线及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微导线阻断型双频单极印刷天线，包括一单极印刷天线主体，可以响应第一频段的共振，其一端连结馈入线；一天线尾部；以及连结该天线尾部与该天线主体另一端的短路传输线；其中该短路传输线在该第一频段共振时于与天线主体连接端形成开路；其中该天线主体，该尾部及该传输线全体可响应第二频段的共振。该天线可以不必使用额外的元件，而使单一的印刷微导线，供两种频段的共振模态使用。

Description

微导线阻断型双频单极印刷天线及制备方法

技术领域

本发明是关于一种双频单极印刷天线，特别是关于一种微导线阻断型双频单极印刷天线。

背景技术

双频天线是指单一的天线元件，可以收、送二种频段的无线电信号。这种天线由于可以将供收、送二频段的天线，形成单一元件，因而减少天线的体积，对于精密的无线通信装置，例如移动电话手机，极为有用。在这种天线，通常利用印刷方式，在印刷基板上形成细小的金属导线，而以这种所谓的微导线(Microstrip)制成。可以缩小天线元件体积，而广受业界欢迎。

在现有的双频单极印刷天线技术中，如何将对两种或两种以上的无线电频段产生共振的天线，形成单一的元件，实为业者努力的目标。

Herve等人的美国专利第6,545,640号「Dual-band TransmissionDevice and Antenna Therefor」(双频传输装置及其天线)(2003年4月8日)即揭示一种以单一印刷元件制作双频段天线的技术。天线的主体以一通道连结一尾部。主体可供驱动对一频段无线电信号作四分之一波长共振(quarter-wave type resonance)。而主体、通道及尾部全体则可经驱动对另一频段无线电信号作四分之一波长共振。两者以同一馈入线激发(excite)。其中的通道连结方式，可利用电容、电阻或控制元件达成。这种天线具有体积缩小，元件数量减少的好处，适合使用在双频无线通信装置。不过，由于需使用电容、电阻或控制元件等元件，而产生成本不必要的提高，以及设计、制作上的麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新颖的双频单极印刷天线，该天线可以不必使用额外的元件，而使单一的印刷微导线，可供两种频段的共振模态使用。

本发明的目的也在提供一种体积缩小，制作简单的双频单极印刷天线。

本发明的目的也在提供一种利用微导线的阻断现象(microstripchock)制成的双频单极印刷天线。

本发明的目的也在提供一种利用微导线的阻断现象，制作双频单极印刷天线的方法。

依据本发明的微导线阻断型双频单极印刷天线，包括一单极印刷天线主体，可以响应第一频段的共振，其一端连结馈入线；一天线尾部；以及连结该天线尾部与该天线主体另一端的短路传输线；其中该短路传输线在该第一频段共振时于与天线主体连接端形成开路；其中该天线主体，该尾部及该传输线全体可响应第二频段的共振。

上述及其它本发明的目的及优点可通过详细说明并参照附图而更加清楚。以下依据附图和具体实施例说明本发明微导线阻断型双频单极印刷天线。

附图说明

图1为本发明微导线阻断型双频单极印刷天线的实施例的结构示意图。

图2为本发明制作微导线阻断型双频单极印刷天线一实施例的天线构造示意图。

图3显示本发明双频单极印刷天线与现有技术的单极印刷天线反射损耗比较图。

图中符号说明

1    单极天线主体

2    馈入线

3    天线尾部

4    短路传输线

6    金属层

41   第一导线

42   第二导线

43   接点

具体实施方法

图1显示一种本发明微导线阻断型双频单极印刷天线的实施例的结构示意图。如图所示，本发明的微导线阻断型双频单极印刷天线具有：

一单极印刷天线主体1，其中一端连结至馈入线2而形成一单极天线(monopole antenna)，用以响应一第一频段无线电的共振；一天线尾部3；及一短路传输线4，连结该天线尾部3之一端与该天线主体1的第二端。该短路传输线4以二空间上相对的微导线(microstrip)41、42形成，而在施以该第一频段频率的讯号时，其传输线长度恰为该频率的四分之一波长，于是在与天线主体1连接处恰形成开路。

在上述元件中，天线主体1，短路传输线4及天线尾部3系以能响应无线电共振的材质制成，而以金属材质为佳。在本发明的实例中，供可以印刷方式，在印刷电路板(未图标)上形成金属微导线的方式形成。此外，该接地2也可利用印刷方式，在印刷电路板上形成金属层制作。该天线主体1，短路传输线4，天线尾部3及该馈入线2可为相同或不同材质，只要能提供本发明的特定功效即可。不过，一般而言，以相同材质的金属制作，较为简便。

该天线主体1的制作，需能在供给第一频段频率电流时，产生共振。这种效果通常可以控制该天线主体的长宽比(aspect ratio)加以达成。通常而言，在以微导线制作的场合，不计其宽度，而将该天线主体1的长度定在响应第一频段电流产生共振所需的长度。其中，该第一频段通常为相对于本发明双频单极天线的适用频段中的高频段。例如为5GHz。此时，如微导线的宽度为1mm，其长度可为5mm～9mm之间。唯其长宽比仍视实际需要调整。

以相同或近似的原理，订出天线主体1，短路传输线4及天线尾部3的尺寸。通常而言，利用印刷微导线制作该天线主体1、短路传输线4及天线尾部3时，主要考虑其总长度。在制作上需定出该天线主体1、短路传输线4及天线尾部3的形状及尺寸，使其整体可在施予第二频段电流时产生共振。该第二频段相对于该第一频段属于低频部份。例如为2.4GHz。在决定该天线主体1、短路传输线4及天线尾部3的尺寸及形状时，需考虑其间的连结点，以及该短路传输线4的第一导线41及第二导线42的连结点，对整体共振行为所产生的影响，而作适当的调整。

本发明天线所使用的短路传输线4，为本发明重要特点之一。虽不欲为任何理论拘束，但本发明人发现，以微导线制作天线时，基于传输线理论(transmission line theory)，可以在特定的无线电频段共振模态下，使一传输线产生开路(open circuit)，进而达到阻断(choke)的效果，而改变及决定天线的响应频段。

对一连结到负载ZL的传输线，其输入端的输入阻抗Z_in为：

$Z_{\mathrm{in}}=Z_0\frac{Z_L+j{Z}_0\tan \mathrm{\βl}}{Z_0+j{Z}_L\tan \mathrm{\βl}}---\left(1\right)$

其中，Z₀为50Ω，β＝2π/λ，λ为电磁波的波长，j与l均为常数。

当传输线长度为传布在该传输线上的电磁波波长λ四分之一时，Z_in的值变成：

$Z_{\mathrm{in}}=\frac{{Z_0}^2}{Z_L}---\left(2\right)$

在此情形下，当负载Z_L为「开路」(open)，其输入阻抗为「短路」(short)；反之，当负载Z_L为「短路」，其输入阻抗即为「开路」。此种现象可称为「传输线阻断(microstrip chock)」现象。

依据上述，本发明的双频单极印刷天线在天线主体1与天线尾部3之间，连接一短路传输线4。该短路传输线4具有两相对的第一导线41与第二导线42，其长度均为该第一频段无线电波长四分之一。两导线41、42以接点43连接，在接点形成短路。该天线主体1的长度也为第一频段无线电波长四分之一。而该天线本体1，短路传输线4及天线尾部3的总长度，则约为该第二频段无线电波长四分之一。

当对该天线本体1及其后的导线、天线供予属第一频段的电流时，由于上述传输线原理，该短路传输线4的输入阻抗为开路，因而使电流无法进入该天线尾部3。此时天线本体1响应该频率电流而发生共振。成为第一频率天线。

当对该天线本体1及其后的导线，天线供予属第二频段的电流时，该短路传输线4并无上述阻断功能。此时该天线本体1，短路传输线4及天线尾部3全体则响应该第二频率电流发生共振，成为第二频率天线。

<实施例>

以下以实例说明依据本发明制作的传输线阻断型双频单极印刷天线实例。图2表示本发明制作微导线阻断型双频单极印刷天线一实施例的天线构造示意图。图2中与图1相同的元件，均标以相同的编号。

在制作本发明的天线前，首先制备一印刷电路板。为显示便利起见，在图2中并不显示印刷基板。该印刷电路板可以使用任何不导电的材料。不过，一般而言，使用环氧树脂(epoxy)制作的片型印刷电路基板，较为常见。在该印刷电路板第一面印制接地用金属层6。该接地用金属层6通常是具有相当面积的铜薄层。于该第一面另印制该天线的尾部3及该短路传输线4的第一导线41。在图中，天线尾部3形成直线段，而第一导线41则形成折曲。当然，该天线尾部3及该第一导线41的形状并无任何限制。其它适用的形状，均可应用在本发明。在本实例中，该天线尾部3及第一导线41均以铜材质制作，以印刷方式制备。

在该印刷基板的第二面，制作天线本体1。该天线本体1延伸进入该接地用金属层6相对侧范围部份，可供作为馈入线之用。对该天线本体1及接地用金属层6通以电流时，天线本体1延伸部份，与该接地用金属层6隔该印刷基板重叠部份，即成为馈入线。在该第二面并制作短路传输线4的第二导线42。图中显示该天线主体1为直线段，该第二导线42为折曲的线段。不过，其形状并未受限于此，任何适用的形状均可应用在本发明。唯一的限制在于，该第二导线42的形状应与该第一导线41相对应，而隔该印刷电路基板完全重叠。在本实例中，天线主体1，其延伸部，以及第二导线42均以印刷方式涂敷铜材料形成。

于制作该印刷基板时，即在预定为第一导线41远离该天线尾部3的端点，以及第二导线42远离该天线主体1的端点处，预先制作一孔洞。在该孔洞内填注导电材料43，形成第一导线41与第二导线42的连接线43。在本实例中，该连接线43以铁镍合金制成。

依上述制作完成的双频单极印刷天线，尺寸如下：

天线主体1：5mm

第二导线42：10mm

第一导线41：10mm

天线尾部3：21mm

线宽均为1mm

为比较起见，另制作一单极印刷天线，亦以相同材料制作在印刷基板上。其天线长度为23mm。对两天线施以不同频率的电流，利用网络分析仪HP-8722C量测其反射损耗(return loss)，所得结果如图3所示。图3显示本发明双频单极印刷天线与现有单极印刷天线反射损耗比较图。图中显示本发明的传输线阻断型双频单极印刷天线在对频率2.5GHz及5.225GHz附近频段，表现良好的共振行为。

以上是对本发明微导体阻断双频单极印刷天线的说明，对于该技术领域的人士不难由上述的说明，明了本发明的精神进而作出不同的衍伸与变化，唯只要不超出本发明的精神，均应包含于其申请专利范围内。

Claims (11)

1.一种微导线阻断型双频单极印刷天线，包括：

一单极印刷天线主体，可以响应第一频段的共振，其一端连结馈入线；一天线尾部；以及

连结该天线尾部与该天线主体另一端的短路传输线；

其中该短路传输线在该第一频段共振时与天线主体连接处形成开路；且该天线主体，该尾部及该传输线全体可响应第二频段的共振。

2.如权利要求1所述的微导线阻断型双频单极印刷天线，其中该天线主体，该尾部及该短路传输线以在印刷基板上印制金属微导线形成。

3.如权利要求1所述的微导线阻断型双频单极印刷天线，其中该短路传输线包括二条形状相同，互相隔一空间重叠的金属导线。

4.如权利要求3所述的微导线阻断型双频单极印刷天线，其中该二条金属导线的长度为该第一频段无线电波的四分之一波长。

5.如权利要求3所述的微导线阻断型双频单极印刷天线，其中该二条金属导线由该印刷基板相隔，且经由在该印刷基板上的孔洞连结。

6.如权利要求1所述的微导线阻断型双频单极印刷天线，其中该馈入线为一印刷金属层。

7.如权利要求1所述的微导线阻断型双频单极印刷天线，其中该天线主体的长度为该第一波段无线电波四分之一波长，且该天线主体，该短路传输线及该尾部的总长度实质上为该第二频段无线电波四分之一波长。

8.一种制备双频单极印刷天线的方法，包括下列步骤：

制备一具有一孔洞的印刷基板；

于该印刷基板的第一面印制一金属层以作为接地，一第一金属线，使其一端连接该孔洞，及一尾部，连接该第一金属线的另一端；

于该印刷基板第二面印制一天线主体，使其一端延伸至该面相对于该接地金属层的区域，及一第二金属线，使其一端连接该天线主体的另一端，其另一端则连接该孔洞；及

以一铁镍合金置于该孔洞中，以连接该第一及第二金属层，

其中该第一及第二金属层具有相同的形状，且隔该印刷基板互相重叠。

9.如权利要求8所述的制备双频单极印刷天线的方法，其中该天线主体、该第一金属线、该第二金属线及该尾部包括金属微导线。

10.如权利要求8所述的制备双频单极印刷天线的方法，其中该二金属线的长度均为一第一频段无线电四分之一波长。

11.如权利要求8所述的制备双频单极印刷天线的方法，其中该天线主体，该短路传导线及该尾部的总长度为一第二波段无线电四分之一波长。