CN1655395A - 利用介电材料调整天线工作频率的无线通信系统 - Google Patents

Abstract

一种无线通信系统，其包含有一壳体，一天线，安装于该壳体的内侧，该天线包含有一发射体，用来收发射频信号，以及一接地端，连接于该发射体，用来接地，该无线通信系统另包含一介电材料，安装于该壳体的内侧，且并非设于该天线的发射体及接地端之间。

Description

利用介电材料调整天线工作频率的无线通信系统

技术领域

本发明系提供一种无线通信系统，尤指一种利用介电材料调整天线频率阻抗匹配的无线通信系统。

背景技术

在现代的信息生活中，每个人都希望能随时随地方便地取得有用的信息；而无线通信器材在使用时不须光纤、电缆就能传输信号，无疑是传递信息的极佳途径。随着技术的演进，各种便携式的无线通信器材，例如行动电话及个人数字助理(PDA)等，其轻巧便利的特性，也已成为现代人重要的信息交流工具。而在无线通信器材中，用来发射接收无线电波以传递交换无线电数据信号的天线，无疑是最重要的元件之一。尤其是在现代的便携式无线通信器材中，不仅天线要轻薄短小，设计上尽量不占用机构布局的空间，以配合便携式无线通信器材体积缩小的趋势。

请参阅图1，图1为现有天线10的示意图。天线10包含一发射体12，用来接收与发射无线电信号，一馈入端14，连接于一缆线15，用来与一射频电路(未绘于图中)传输天线10所接收与发射的无线电信号，以及一接地端16，平行设置于发射体12的下方，用来将天线10接地。天线10的运作方式主要是通过发射体12产生的共振电流来传送及接收无线电电波，而发射体12的长度可影响传送及接收无线电电波的频率范围，而无线电信号于天线10与该射频电路间的传入与传出乃通过天线10的馈入端14与缆线15的连结而传输。

然而由于天线本身物理特性的关系，天线的工作频率或效能常会受到天线周围机构环境的影响而有所变动，举例来说，通常于不同机型的笔记型电脑，其内部会有不同的机构配置，而若皆设置同一天线于不同的机构环境中，则会有不同的天线效能特性，例如天线的电压驻波比(voltage standing waveratio，VSWR)等，故需因应各种不同机型的笔记型电脑而采用相对应的天线，或改变天线发射体的长度，以避免因天线物理特性的变异而造成效能的降低。然而于现今无线通信产品价格日趋下降的趋势下，如何降低厂商天线设计的成本，例如天线的模块化、标准化甚或加入共用性的考量，便成为天线设计重点之一。

发明内容

本发明系提供一种利用介电材料调整天线频率阻抗匹配的无线通信系统，以解决上述的问题。

本发明的申请专利范围系揭露一种无线通信系统，其包含有一壳体，一天线，安装于该壳体的内侧，该天线包含有一发射体，用来收发射频信号，以及一接地端，连接于该发射体，用来接地，该无线通信系统另包含一介电材料，安装于该壳体的内侧，且并非设于该天线的发射体及接地端之间。

附图说明

图1为现有天线的示意图。

图2为本发明的精神实施于无线通信系统的功能方块示意图。

图3为本发明天线装设于无线通信系统内的正视图。

图4为本发明天线装设于无线通信系统内的侧视图。

图5为介电材料安装于天线周围的示意图。

具体实施方式

请参阅图2，图2为本发明的精神实施于一无线通信系统20的功能方块示意图。无线通信系统20可为一行动电话、一无线网络存取点(access point)、一具备无线网络传输功能的个人数字助理(PDA)或笔记型电脑等。无线通信系统20包含一壳体21，处理模块22，安装于壳体21内，用来主控无线通信系统20的操作，一无线通信模块24，安装于壳体21内，其设有一基频电路26，一射频电路28，以及一天线30。处理模块22可将电子通信信号传送至基频电路26，而基频电路26便可将处理模块22传来的电子通信信号编码为适当的基频信号，再传输至射频电路28，由射频电路28将基频信号调变后以射频的方式通过天线30发射出去；而射频电路28也可通过天线30接收射频信号，将其解调为基频信号，再由基频电路26将其解编为通信信号后回传至处理模块22进行处理，便可达到无线通信传输数据的功能。而天线30所传输的无线电信号系可为IEEE 802.11a、IEEE 802.11b或IEEE 802.11g等其他通信协定所规范的载波。

请参阅图3与图4，图3为本发明天线30装设于无线通信系统20内的正视图，图4为本发明天线30装设于无线通信系统20内的侧视图。如图3所示，无线通信系统20系为一具有无线数据传输功能的笔记型电脑，无线通信系统20另包含一液晶面板32，用来显示无线通信系统20所处理的数据，一托架(bracket)34，安装于液晶面板32的上方，天线30系安装于无线通信系统20的壳体21内，且安装于托架34的上方，而天线30周围则设有多个介电材料36，其系安装于无线通信系统20的壳体21内侧，而其安装方式可为以背胶的方式粘贴于壳体21的内侧，或锁合于壳体21的内侧，或嵌合于壳体21的内侧，亦可以一体成型的方式与壳体21的内侧相连接，而介电材料36的材质可为塑胶材料，陶瓷材料，或为有机玻璃纤维基板(FR4)等，即为可提供相当的介电系数的材料皆可作为介电材料36的材料，而介电材料36的结构形状可为立方体、圆柱体、或其他各种形状的结构体等。如图4所示，壳体21包含一液晶屏幕外框(bezel)38，以及一液晶屏幕盖板(LCD cover)40，液晶屏幕外框38与液晶屏幕盖板40可共同包覆液晶面板32，以保护液晶面板32不受污损，而介电材料36可连接于液晶屏幕外框38或液晶屏幕盖板40的内侧，而天线30系由托架34所支撑且安装于液晶屏幕外框38与液晶屏幕盖板40之间。

请参阅图5，图5为介电材料36安装于天线30周围的示意图。天线30可为一平面倒F型天线(planar inverted-F antenna，PIFA)，天线30包含一发射体42，用来接收与发射无线电信号，一馈入端44，连接于一缆线46，用来与射频电路28(未绘于图5中)传输天线30的发射体42所接收与发射的无线电信号，以及一接地端48，设置于发射体42的下方，用来将天线30接地。天线30的运作方式主要是通过发射体42产生的共振电流来传送及接收无线电电波，而发射体42的长度可影响传送及接收无线电电波的频率范围，而无线电信号于天线30与射频电路28间的传入与传出乃通过天线30的馈入端44与缆线46的连结而传输。而天线30周围则设有多个介电材料36，但并非设于天线30的发射体42及接地端48之间，以避免影响天线30的信号传输品质。而通过本发明于天线30周围设有介电材料36的设计，可藉此调整天线30的频率阻抗匹配，其作用原理乃为各介电材料36均有其固定的电磁特性，而于天线30附近增设介电材料36可增加天线30整体系统的介电系数值，而所增加的介电系数值端视介电材料36的材料特性、结构形状大小、以及摆设位置等。基本上来说，摆设介电材料36的结构尺寸越大，所增加介电系数值越高，而介电材料36的摆设位置距离天线30本体越近，则对天线30整体系统的等效介电系数增加的影响效应越大。而若天线30整体系统的等效介电系数越增加，则天线30的有效工作频率范围便会随的降低，此乃因天线30所传输无线电电磁波的波速与天线30整体系统的等效介电系数成反比( $C=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\μ\ϵ}}},$ C：电磁波的波速；μ：导磁率；ε：介电系数)，故若天线30整体系统的等效介电系数若增加，则天线30所传输无线电电磁波的波速便会降低，而电磁波的波速为电磁波传递频率与波长的乘积，故电磁波的传输频率也会因此而降低，此时天线30可工作的频率范围亦可随的降低，也就是说可利用介电材料36的增设而达到降低天线30的有效工作频率范围的目的。

而通过上述作用原理的说明，于天线30周围增设介电材料36便可辅助天线于不同的机构环境下，获得相同的频率阻抗匹配。举例来说，若欲于不同机型的笔记型电脑内部设置相同天线结构的天线模块时，因不同机型的笔记型电脑内部通常会有不同的机构配置，故该天线模块会显现出不同的天线效能特性，如天线的电压驻波比(VSWR)，因此天线于某些机型的机构环境影响下能达到最佳的天线效能，即天线的有效工作频率范围与欲传输的无线电电磁波频率匹配，但于某些机型的机构环境影响下便无法达到最佳的天线效能，即天线的有效工作频率范围与欲传输的无线电电磁波频率无法有效匹配，也就是于该有效工作频率范围内天线的电压驻波比未能符合标准要求，而超过要求标准值。此时若通过增设介电材料36来降低无线电电磁波的传输频率，而达到与天线的有效工作频率范围匹配的目的，也就是说此时天线的电压驻波比于较低的频率范围仍能符合标准要求，而不会超过要求标准值。如此一来便无须为了因应各种不同机型的笔记型电脑，而采用各种不同的天线，因而便可降低天线设计的成本。

而无线电电磁波的传输频率所降低的幅度，则可通过调整介电材料36的材料特性、结构形状大小、以及摆设位置等来微调，基本上若整体的介电系数增加越多，则无线电电磁波的传输频率所降低的幅度则越大，天线的有效工作频率范围也会降低越多。此外由于无线电电磁波可穿透本发明所应用的介电材料36，如塑胶材料等，故介电材料36的增设并不会造成天线增益(gain)太大的变化。因此本发明的设计可使得同一组天线于不同的机构环境下，获得相同的频率阻抗匹配，且并不会造成天线增益太大的变化。

相较于现有的无线通信系统，本发明的无线通信系统系利用介电材料设置于天线的周围，来达到调整天线频率阻抗匹配的目的，如此一来便可于不同的机构环境下仍然使用相同的天线模块，且可获得相同的频率阻抗匹配，或者是利用调整介电材料的材料特性、结构形状大小、以及摆设位置等来微调天线的有效工作频率范围。因此于现今无线通信产品价格日趋下降的趋势下，可达到降低天线设计成本的功效，也可为天线共用化、标准化，以及模块化找到一有效的解决方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的类似变化与修饰，都应属本权利要求书的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种无线通信系统，其包含有：

一壳体；

一天线，安装于该壳体的内侧，该天线包含有：

一发射体，用来收发射频信号；以及

一接地端，连接于该发射体，用来接地；以及

一介电材料，安装于该壳体的内侧，且并非设于该天线的发射体及接地端之间。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该介电材料系以背胶的方式粘贴于该壳体的内侧。

3.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该介电材料系锁合于该壳体的内侧。

4.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该介电材料系嵌合于该壳体的内侧。

5.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该介电材料系以一体成型的方式与该壳体的内侧相连接。

6.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该壳体系为一液晶屏幕盖板(LCD cover)。

7.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该介电材料系为一塑胶材料。

8.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该介电材料系为一陶瓷材料。

9.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该介电材料系为一有机玻璃纤维基板(FR4)。

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