CN1691415B

CN1691415B - 低侧高天线

Info

Publication number: CN1691415B
Application number: CN 200410037401
Authority: CN
Inventors: 柯贝雷罗威尔
Original assignee: Molex LLC
Current assignee: Molex LLC
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-04-29
Also published as: CN1691415A; WO2005109567A1

Abstract

一种低侧高天线，包括一辐射组件及一与该辐射组件相间隔地上下迭置的接地面，该辐射组件具有一辐射面以及一设在该辐射面上的一侧边上的馈入点，该接地面上形成有一馈入部，用以与该馈入点电性连接；特别是，在该接地面上形成有一槽状辐射部，其具有一位于接地面的馈入部的第一端、一位于接地面的一边缘的第二端，以及一连接该两端的槽道；借此，当降低辐射组件的侧面高度时，利用槽状辐射部可补偿辐射组件因降低侧高所损失的频宽，并降低天线的SAR值。

Description

低侧高天线

技术领域

本发明关于一种低侧高天线，特别是指一种在降低平板天线侧面高度的同时，不影响天线频宽并能降低天线的SAR值的低侧高天线。

背景技术

在无线通讯装置上，由于内部天线(internal antenna，又称intenna)具有低侧高(low profile，低侧面高度，简称低侧高)及低SAR(Specific Absorption Ratio，特定吸收率，指人体所吸收的电磁辐射量量测值)值等因素，使得内部天线逐渐地取代了现有移动电话使用的外露式天线。

内部天线主要可分成两种：

(1)无接地微带线平板天线(microstrip patch without ground connection)7，如图1所示，又称半波长微带线平板天线(Half-wave microstrip patch)，此种天线虽具有绝佳的天线效能，但由于需要较大的辐射面积，因此通常应用在基地台、航天飞机及导弹等大型装置上。

(2)有接地微带线天线(microstrip with ground connection)8，如图2所示，又称PIFA(Planar Inverted-F Antenna，倒F型天线)，其具有一与位于其下方的一接地面9上的一馈入部91电性连接的馈入点81，以及一与接地面9电性连接的接地点82。

且由于PIFA利用“接地”所产生的映射(mapping)效应，使微带天线的长度缩短至四分之一波长，因而适合被应用在移动电话以及其它以空间/尺寸为首要考虑的无线装置上，所以一般移动电话使用的内部天线大都为PIFA。

PIFA拥有某些特性，其中最重要的则属其尺寸与频宽的关系，因为PIFA的频宽是由其体积(长(L)×宽(W)×高(H))所决定，其中又以其高度(H)对频宽影响甚巨。此外，由于PIFA的共振频率由其边长(即长(H)+宽(W))所决定，因此可通过在PIFA上形成电感性负载(例如在PIFA的平板上开槽)，或者在PIFA上形成电容性负载(例如将PIFA的平板的局部弯折使接近于接地面)改变其边长而调整PIFA的共振频率。

此外，PIFA又被称之为一“电场天线”，亦即PIFA的共振频率是由其所形成的电场所控制。且当在一PIFA上形成数个频带共振区(即多频天线)时，这些频带共振区将会互相影响，亦即当某一频带共振区的长度改变时，其它频带共振区的共振频率亦会受到影响，而具有较高的互耦性(hi coupling)。

再者，随着移动电话越来越轻薄短小，移动电话的内部空间变得更加有限，因此一些降低PIFA侧高以减少PIFA体积的方法被相继提出。例如在PIFA与接地面之间夹置一介电材料，可让PIFA的体积相对于介电材料的介电常数成比例地减少，但此做法却会造成PIFA频宽缩短而无法符合规格要求。而这虽然可借由一平面型外露式天线来增加(补偿)PIFA所损失的频宽，但是外露式天线在靠近使用者身体时，其所产生的SAR值却超出目前的限制(FCC：1.6Mw/g；EU：2.0Mw/g)。

另外，PIFA的一个值得注意的特性是，其频宽并不会直接受设在其下方的接地面尺寸所影响，但却会受到该接地面边长(即长+宽)长度的影响。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种可缩小平板天线体积却不会缩短其频宽，而能达到低侧高及低SAR需求的低侧高天线。

根据上述目的，本发明提供一种低侧高天线，其包括一辐射组件及一接地面。该辐射组件具有一辐射面，以及设在该辐射面上的一侧边上的一馈入点。该接地面与该辐射组件相间隔地上下迭置，且该接地面上形成有一馈入部与该馈入点电性连接。在该接地面上还形成一槽状辐射部，其具有一位于该馈入部的第一端，一位于该接地面的一边缘的第二端，以及一连接该两端的槽道。借此，可在降低该辐射组件侧高的同时，利用该槽状辐射部，可补偿该辐射组件因降低侧高所损失的频宽，并降低天线的SAR值。

本发明还提供一种低侧高天线，包括：一辐射组件，该辐射组件是一单极天线，具有间隔设置的一馈入点及一接地点，且该接地点设于该单极天线的一端，而该馈入点则设于该单极天线的与该接地点间隔一段距离处；及一接地面，与该辐射组件相对且相间隔地上下迭置，并与该接地点电性连接，且于该接地面上设有一与该馈入点电性连接的馈入部；在该接地面上还形成一槽状辐射部，其具有一位于该馈入部的第一端，一位于该接地面的一边缘的第二端，以及一连接该两端的槽道。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1是一种现有无接地微带线平板天线的构造示意图；

图2是一种现有有接地微带线天线的构造示意图；

图3是本发明第一较佳实施例的构造示意图；

图4是本发明第一实施例的另一实施形态；

图5是本发明第一实施例的辐射组件的一变化例；

图6是本发明第一实施例的槽状辐射部的一变化例；

图7是本发明第一实施例的槽状辐射部的另一变化例；

图8是本发明第一实施例的槽状辐射部的又一变化例；

图9是本发明第一实施例的槽状辐射部的再一变化例；

图10显示本发明第一实施例的槽状辐射部作用时，在辐射组件及接地面上的电流分布情形；

图11显示本发明第一实施例的辐射组件作用时，在辐射组件及接地面上的电流分布情形；

图12显示本发明第一实施例的SWR量测结果；

图13显示本发明在第一实施例的槽状辐射部上覆盖一介电材料；

图14显示在图13所示的介电材料上局部地布设一层金属；

图15是本发明第二较佳实施例的构造示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的二较佳实施例的详细说明中，将可清楚地明白。

如图3所示，是本发明低侧高天线1的第一较佳实施例，其包括一辐射组件2及一接地面3，且在本实施例中，低侧高天线1是以设在一小型无线通讯装置(例如移动电话)中为例。其中接地面3为一形成在一绝缘基板(例如印刷电路板)30的一面上的铜箔，并在接地面3上设有一与一讯号传输线(图中未示)连接的馈入部31，且馈入部31与接地面3相绝缘地设在绝缘基板30上。

辐射组件2与接地面3相对且相间隔地设在接地面3上方，其具有一辐射面20以及设在辐射面20上的一侧边上的一馈入点21及一接地点22。辐射面20为一矩形金属平板，通常称平板天线(patch antenna)，且为避免扭曲变形，辐射面20通常被贴附在一绝缘基材(图未示)上，再迭置在接地面3上方。馈入点21与接地面3上的馈入部31电性连接，以将由馈入部31输出的讯号传送至辐射面20上辐射出去，或者将辐射面20接收的讯号传送至馈入部31；且接地点22与接地面3电性连接，而使辐射组件2形成一PIFA，即所谓的”电场天线(electric field antenna)”。而且借由接地点22与接地面3连接，使得辐射组件2的辐射面20的表面积只需等效于共振频率的四分之一波长(约为无接地平板天线表面积的一半)，故适用于行动电话等小型无线通讯装置中。

当然，如图4所示的本发明另一实施形态，当辐射组件4设在一大型无线通讯装置上(亦即不以体积大小为主要考虑)时，辐射组件4即可不与接地面3电性连接(亦即不设置接地点)，而形成一无接地平板天线，只是这样一来，辐射组件4的辐射面40的面积必须为辐射组件2的辐射面20面积的大约两倍大。

而且，如图3所示，由于辐射组件2的共振频率由辐射面2的边长(即长(L)+宽(W))所决定，所以在本实施例中，设计辐射面2的长宽，使辐射面20能够在1900Hz(高频段)产生共振。此外，如图5所示，亦可经由在辐射面20上形成一电感性负载23(即在辐射面20上形成一由边缘往内延伸的槽道(slot)23)，或者经由在辐射面20上形成一电容性负载24(即在辐射面20的一边缘形成一朝接地面3方向向下弯折，使接近接地面3的弯折部24)的方式，来改变辐射面20的共振频率。而且，由上述可知，辐射组件2的频宽虽由其体积，即辐射面20表面积与高度(即辐射面20与接地面3的距离H)的乘积(长(L)×宽(W)×高(H))所决定，但却以其高度(H)的变化影响频宽最大。

因此，如图3所示，本发明的特征在于，在接地面3上还形成一槽状辐射部6，其具有一与馈入部31相邻的第一端61，一位于接地面3的一边缘33的第二端62，以及一连接第一、第二端61、62的槽道63。其中槽道63经由将由接地面3的第一端61朝接地面3的边缘33方向延伸至第二端62的路径上的金属去除而产生，并形成如图1所示的一基本形态。由此，在接地面3上形成一类似于一“磁场天线(magnetic field antenna)”的槽状天线(slot antenna)，并设计该槽状天线的形状构造，使恰可在一低频段(900Hz)产生共振。因此，低侧高天线2借由辐射组件2以及形成于接地面3上的槽状辐射部6，成为一可作用在高、低两不同频段(1900MHz及900MHz)的双频天线。

此外，槽状辐射部6的共振频率还可借由适当设计其形状及构造来加以改变。如图6所示，令槽状辐射部6的槽道64形成一呈锯齿状连续弯曲的形状；或如图7所示，令槽状辐射部6形成一L形，亦即由其第一端61朝与槽道63垂直方向向外延伸形成一第一支臂65；或如图8所示，令槽状辐射部6形成一F型，亦即除了上述的第一支臂65，还由槽道63中央处朝与第一支臂65同侧且平行方向延伸一第二支臂66；抑或如图9所示，令槽状辐射部6形成一E型，亦即除了上述第一及第二支臂65、66外，更由槽道63的接近第二端62处，朝与第二支臂66同侧且平行方向延伸一第三支臂67；由此增加槽状辐射部6的总长度，改变其在低频段的共振频率。

特别是，经由在接地面3上形成槽状辐射部6后，可使得接地面3的总长度变长，且根据上述PIFA与接地面总长度的关系可知，当接地面的总长度增加时，PIFA的频宽也将随之增加。因此，当为了缩小辐射组件(即PIFA)2的体积而将辐射组件2的高度降低时，辐射组件2因降低高度所损失的频宽，将可由接地面3上槽状辐射部6的形成获得补偿，从而克服了现有PIFA在高度降低时频宽随之缩短的问题。所以，经由在接地面3上形成槽状辐射部6，除了使低侧高天线1增加一低频收发频段外，更使得辐射组件2在缩小体积(即降低高度)的同时，不会使其频宽跟着缩短，而仍能符合规格要求，并达到将目前的低侧高天线(PIFA)的体积进一步缩小的目的。

除此之外，由于低侧高天线1的高、低频天线(即辐射组件2与槽状辐射部6)的共振频率分别由其电、磁场所控制，且并非形成在同一平板(patch)上，因此具有较低的互耦性(low coupling)。所以，当辐射组件2或形成于接地面3上的槽状辐射部6的构造或形状有所改变时，彼此的共振频率即不易受到影响。

此外，图10为槽状辐射部6形成如图8所示的F型槽道形式时，针对低侧高天线1的测量结果。由图中可知，当低侧高天线1作用在低频段(即槽状辐射部6)时，由馈入部31馈入的电流25会沿着槽状辐射部6的槽道63及第一支臂65扩散到整个接地面3上，从而降低SAR的峰值。再由图11显示的测量结果可知，当低侧高天线1作用在高频段(即辐射组件2)时，由于辐射组件2下方有接地面3遮蔽，类似于传统具有接地面的内部天线构造，可防止电磁波朝接地面方向(即人体方向)辐射，而能够使SAR值维持在限定范围内。

而且，如图12所示，为槽状辐射部6形成如图8所示的F型槽道形式时，测量低侧高天线1的SWR(Standing Wave Ratio，电压驻波比)值所得到的结果，且由图12中可知，低侧高天线1在高、低频段(900MHz及1900MHz)部分皆具有良好的SWR值及频宽。

此外，为进一步缩小辐射组件2的体积，如图13所示，本实施例更可在接地面3的槽状辐射部6(如图1所示)上方，亦即在辐射组件2与槽状辐射部6之间，放置一介电材料70，由此，可使辐射组件2的体积随介电材料70的介电系数成比例地缩小(亦即降低辐射组件2的高度)，然后，再经由调整槽状辐射部6的形状构造来补偿辐射组件2因介电材料70的加入所损失的频宽。

再如图14所示，本实施例更可进一步通过在介电材料70表面局部布设一层金属71，来改善槽状辐射部6的电磁场的方向性，使槽状辐射部6产生的电磁场更为集中，而能够降低SAR值并提升其辐射效率。

再如图15所示，是本发明低侧高天线的第二较佳实施例，其与第一实施例唯一不同之处在于，辐射组件5并非一平板(patch)，而是一单极天线(monopoleantenna)，其一端设有一接地点51与接地面3电性连接，并在与接地点51间隔一适当距离处设置一馈入点52，并与接地面3上的馈入部31电性连接，借此形成一PIFA，并可经由在接地面3上形成的槽状辐射部6，来补偿因降低辐射组件5的高度所损失的频宽，以及达到如上述由槽状辐射部6所带给辐射组件5的各种好处。

综上所述，本发明经由在低侧高天线1的接地面3上形成槽状辐射部6，除了形成一可在低频段(900MHz)产生共振的槽状天线外，更可经由槽状辐射部6补偿作用在高频段(1900MHz)的辐射组件2、5因降低高度所损失的频宽。而且，经由将低侧高天线1的高、低频段天线分别形成于各自独立的组件(即辐射组件2、5及接地面3的槽状辐射部6)上，使辐射组件2、5及槽状辐射部6不致因各自形状构造的调整，而影响到彼此的共振频率。此外，更可通过在槽状辐射部6上面覆盖介电材料50并对槽状辐射部6进行适当调整，而在不影响辐射组件2、5频宽的情况下，进一步降低辐射组件2、5的高度，使更能符合低侧高的要求。另外，也可通过在介电材料50的表面局部布设一层金属52，来改善槽状辐射部6的方向性，使槽状辐射部6的辐射效能更加提升，并降低其SAR值。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种低侧高天线，包括：

一辐射组件，具有一辐射面，以及设在该辐射面上的一侧边上的一馈入点；及

一接地面，与该辐射组件的辐射面相对且相间隔地上下迭置，且该接地面上形成有一与该馈入点电性连接的馈入部；其特征在于：

在该接地面上还形成一槽状辐射部，其具有一位于该馈入部的第一端，一位于该接地面的一边缘的第二端，以及一连接该两端的槽道。

2.根据权利要求1所述的低侧高天线，其特征在于，该辐射组件还包括一接地点，且该接地点与该接地面电性连接。

3.根据权利要求1所述的低侧高天线，其特征在于，该槽状辐射部的槽道为一呈锯齿状连续弯曲的槽道。

4.根据权利要求1所述的低侧高天线，其特征在于，该槽状辐射部还包含至少一由该槽道向外延伸的支臂。

5.根据权利要求4所述的低侧高天线，其特征在于，该槽状辐射部呈L型，其更包含一由该第一端朝与该槽道垂直方向向外延伸形成的第一支臂。

6.根据权利要求4所述的低侧高天线，其特征在于，该槽状辐射部呈F型，其还包含一由该第一端朝与该槽道垂直方向向外延伸形成的第一支臂，以及一由该槽道中央处朝与该第一支臂同侧且平行方向延伸的一第二支臂。

7.根据权利要求4所述的低侧高天线，其特征在于，该槽状辐射部呈E型，其还包含一由该第一端朝与该槽道垂直方向向外延伸形成的第一支臂，一由该槽道中央处朝与该第一支臂同侧且平行方向延伸的一第二支臂，以及一由该槽道的接近第二端处朝与该第二支臂同侧且平行方向延伸的第三支臂。

8.根据权利要求1所述的低侧高天线，其特征在于，在该槽状辐射部的上方还放置有一介电材料。

9.根据权利要求8所述的低侧高天线，其特征在于，在该介电材料的表面还局部地覆盖一金属材料。

10.根据权利要求1所述的低侧高天线，其特征在于，在该辐射组件的辐射面上还形成一电感性负载。

11.根据权利要求10所述的低侧高天线，其特征在于，该电感性负载为一由该辐射面的一端缘朝该辐射面内部延伸形成的一槽道。

12.根据权利要求1所述的低侧高天线，其特征在于，在该辐射组件的辐射面上还形成一电容性负载。

13.根据权利要求12所述的低侧高天线，其特征在于，该电容性负载为一形成于该辐射面的一边缘，并朝接近该接地面方向弯折的弯折部。

14.根据权利要求1所述的低侧高天线，其特征在于，该馈入点经由该馈入部与一讯号传输线电性连接。

15.一种低侧高天线，包括：

一辐射组件，该辐射组件是一单极天线，具有间隔设置的一馈入点及一接地点，且该接地点设于该单极天线的一端，而该馈入点则设于该单极天线的与该接地点间隔一段距离处；及

一接地面，与该辐射组件相对且相间隔地上下迭置，并与该接地点电性连接，且于该接地面上设有一与该馈入点电性连接的馈入部；其特征在于：

16.根据权利要求15所述的低侧高天线，其特征在于，该槽状辐射部的槽道为一呈锯齿状连续弯曲的槽道。

17.根据权利要求15所述的低侧高天线，其特征在于，该槽状辐射部还包含至少一由该槽道向外延伸的支臂。

18.根据权利要求17所述的低侧高天线，其特征在于，该槽状辐射部呈L型，其还包含一由该第一端朝与该槽道垂直方向向外延伸形成的第一支臂。

19.根据权利要求17所述的低侧高天线，其特征在于，该槽状辐射部呈F型，其还包含一由该第一端朝与该槽道垂直方向向外延伸形成的第一支臂，以及一由该槽道中央处朝与该第一支臂同侧且平行方向延伸的一第二支臂。

20.根据权利要求17所述的低侧高天线，其特征在于，该槽状辐射部呈E型，其还包含一由该第一端朝与该槽道垂直方向向外延伸形成的第一支臂，一由该槽道中央处朝与该第一支臂同侧且平行方向延伸的一第二支臂，以及一由该槽道的接近第二端处朝与该第二支臂同侧且平行方向延伸的第三支臂。

21.根据权利要求15所述的低侧高天线，其特征在于，在该槽状辐射部的上方还放置有一介电材料。

22.根据权利要求21所述的低侧高天线，其特征在于，在该介电材料的表面还局部地覆盖一金属材料。

23.根据权利要求21所述的低侧高天线，其特征在于，该馈入点经由该馈入部与一讯号传输线电性连接。