CN1805209B - 天线装置及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种天线装置，包括：基板、天线单元、多个导电贯孔及一狭缝。基板由一绝缘材料组成，基板的上下表面各具有一接地区及一绝缘区，基板下表面的接地区还设有一第一金属层，基板上表面的接地区还设有一第二金属层。天线单元制作于基板上表面的绝缘区，还包括一天线本体及一馈电接脚。多个导电贯孔设置于基板中，用以电性连接第一金属层与第二金属层，并将第二金属层产生的耦合电流导入第一金属层。狭缝位于第一金属层上具有一预定长度，使得流入第一金属层的耦合电流的等效电流长度增加，借以增加天线装置的增益。
Description
技术领域
本发明是关于一种天线装置，特别是一种在接地金属层中具有狭缝的天线装置及其制作方法。
背景技术
随着无线通讯技术的突飞猛进，各式的通讯产品与技术也如雨后春笋般的出现，一项产品若想要得到消费者广泛的接受与肯定，其产品的效能、外观、尺寸，就成为非常重要的关键，而通讯产品除了产品本身的考虑之外，最重要的莫过于是无线讯号的收发效能，因为讯号的收发效能，对于产品在消费者评价比重中占有很大一部份的比例，而与讯号收发效能最直接相关的，莫过于产品上的天线装置，同时兼顾天线的收发效能并配合通讯产品的整体性考虑，已成为业界一致的努力目标。
如图1所示，为传统移动通信单元的天线装置与主基板的示意图，其中主基板10为一多层结构，图面上所示仅为其表层，另制作于主基板10上的天线装置包括：一天线单元12及多个导电贯孔14。天线单元12由一天线本体120、一天线接头座(connector)122及馈电接脚124，其中天线本体120为一螺旋天线(helical antenna)的型式，馈电接脚(feed line)124连接至移动通信单元的讯号处理模块(图中未示)。多个导电贯孔14用以将主基板10表层上的接地金属层的耦合电流导入主基板10底层上的射频接地金属层(RF ground)，以完成无线讯号的收发。
如图2所示，为主基板10底层的射频接地金属层上耦合电流的分布示意图，耦合电流通过该些导电贯孔14经由表层导入底层的射频接地金属层，由于此接地金属层为完整的金属层，所以电流分布的情形是不受阻碍的、均匀的分布于接地金属层的表面。因此，电流分布不集中的结果，导致电流扩散路径广泛，进而使得等效电流长度缩短，间接的限制讯号所能传输的频宽。有鉴于此，本发明提供一种天线装置，有效增加所能传输讯号的频宽及增加天线增益。
发明内容
本发明的目的为提供一种在接地金属层中具有狭缝(slot)的天线装置。
本发明的另一目的为提供一种具有狭缝的天线装置的制作方法。
本发明的再一目的为提供一种具有狭缝的天线装置的移动通信单元。
本发明提供一种天线装置，包括：基板、天线单元、多个导电贯孔(via)及第一狭缝(slot)。基板由一绝缘材料组成，基板的上下表面各具有一接地区及一绝缘区，基板下表面的接地区还设有一第一金属层，基板上表面的接地区还设有一第二金属层，其中第一金属层及第二金属层均作为接地金属层(ground plane)。天线单元制作于基板上表面的绝缘区，还包括一天线本体(如：单极天线、微带天线等)及一馈电接脚。
多个导电贯孔设置于基板中，用以电性连接第一金属层与第二金属层，并将第二金属层产生的耦合电流导入第一金属层，应注意的是，多个导电贯孔设置于基板的接地区邻近绝缘区的位置。第一狭缝位于第一金属层上具有一预定长度，使得流入第一金属层的耦合电流的等效电流长度增加，借以增加天线装置的增益。其中所述第一狭缝的等效长度可以小于等于所欲传输讯号的四分之一波长的长度。此外，本发明的天线装置更可具有一第二狭缝，其位于第二金属层相对于第一金属层的第一狭缝的相对位置处。
本发明还提供一种移动通信单元，包括：基板、天线装置及射频讯号处理模块。基板的上下表面各具有一接地区及一绝缘区，基板下表面的接地区还设有一第一金属层，基板上表面的接地区还设有一第二金属层。天线装置系设置于基板上，用以收发一无线讯号，其中天线装置还包括：天线单元、多个导电贯孔及第一狭缝。天线单元制作于基板上表面的绝缘区，还包括一天线本体及一馈电接脚。
多个导电贯孔设置于基板中，用以电性连接第一金属层与第二金属层，并将第二金属层产生的耦合电流导入第一金属层。第一狭缝位于第一金属层上具有一预定长度，使得流入第一金属层的耦合电流的等效电流长度增加，借以增加天线装置的增益。其中所述第一狭缝的等效长度可以小于等于所欲传输讯号的四分之一波长的长度。射频讯号处理模块(RFmodule)，设置于基板上，并与馈电接脚耦合，用以处理无线讯号。
本发明还提供一种天线装置的制作方法，首先，提供一基板。其中基板上下表面各分别设有一接地区及一绝缘区。接着，形成一第一金属层于该基板下表面的接地区，再形成一第二金属层于该基板上表面的接地区。随后，设置一天线单元于基板上表面的绝缘区。接着，形成多个导电贯孔于基板中，用以电性连接第一金属层与第二金属层，并将该第二金属层产生的耦合电流导入该第一金属层。最后，形成一第一狭缝于该第一金属层上，该第一狭缝具有一预定长度，使得流入该第一金属层的耦合电流的等效电流长度增加，借以增加该天线装置的增益。
此外，所述的多个导电贯孔可以设置于基板的接地区邻近绝缘区的位置。所述第一狭缝的等效长度可以小于等于所欲传输讯号的四分之一波长的长度。另一方面，第二金属层更可以设有一第二狭缝，其位于第二金属层相对于该第一金属层的第一狭缝的相对位置处。
附图说明
借由以下详细的描述结合附图，将可轻易明了所述内容及此项发明的诸多优点，其中：
图1为传统移动通信单元的天线装置与主基板的示意图。
图2为传统技术在射频接地金属层上耦合电流的分布示意图。
图3为本发明较佳实施例的天线装置示意图。
图4为本发明接地金属层具有狭缝时耦合电流的分布示意图。
图5为本发明具有狭缝的天线装置与传统无狭缝的天线装置的返回损失(Return Loss)仿真曲线图。
图6为具有本发明的天线装置的移动通信单元的功能方块示意图。
图7为本发明天线装置的制作方法。
符号说明
10主基板 12、22天线单元
14、24导电贯孔 120、220天线本体
19天线装置 122、222天线接头座
20基板 124、224馈电接脚
202接地区 26第一狭缝
204绝缘区 28射频讯号处理模块
206第一金属层 30移动通信单元
208第二金属层
具体实施方式
本发明提供一种天线装置，特别是一种在接地金属层中具有狭缝的天线装置及其制作方法。在本发明中，借由在接地金属层形成一狭缝，有效增加耦合电流的等效电流长度，进而增加传输讯号的频宽及天线增益。以下兹列举一较佳实施例以说明本发明，然业内人士均知此仅为一举例，而并非用以限定发明本身。有关此较佳实施例的内容详述如下。
如图3所示，根据本发明较佳实施例的天线装置19示意图，包括：基板20、天线单元22、多个导电贯孔24及第一狭缝26。基板20由一绝缘材料组成，本发明较佳实施例可选择自FR4、FR5、PTFE等介电材质的材料，基板20的上下表面各具有一接地区202及一绝缘区204(下表面的接地区及绝缘区未图示)，基板20下表面的接地区还设有一第一金属层206，基板20上表面的接地区202还设有一第二金属层208，其中第一金属层206及第二金属层208均作为接地金属层(ground plane)。
天线单元22制作于基板20上表面的绝缘区204，还包括一天线本体220、一天线接头座222及一馈电接脚224，其中天线接头座222用以连接天线本体220与馈电接脚224(feed line)，馈电接脚224则连接至一射频讯号处理模块(图中未示)，用以将天线本体220谐振出的电讯号转为可识别的数据。应注意的是，单极天线、微带天线(如：倒F型天线)等均可适用于本发明的天线本体。
多个导电贯孔24(via)设置于基板20中，用以电性连接第一金属层206与第二金属层208，并将第二金属层208产生的耦合电流导入第一金属层206，应注意的是，多个导电贯孔24设置于基板20的接地区202邻近绝缘区204的位置(也就是天线单元22的外围)。第一狭缝26(slot)位于第一金属层206上具有一预定长度的开口，其作用在于使得流入第一金属层206的耦合电流的等效电流长度增加，借以增加天线装置19的增益。其中所述第一狭缝26的等效长度可以小于等于所欲传输讯号的四分之一波长的长度。
请同时参考图4，本发明的狭缝26设于沿着该些贯孔24的一侧，因此，有效阻绝耦合电流自贯孔24均匀扩散至第一金属层206表面的路径，使得电流得以集中沿着狭缝26的右侧，有效增加电流的等效长度，进而增加传输讯号的频宽及天线的增益。如图5所示，本发明的有狭缝的天线装置与无狭缝的天线装置利用电磁仿真软件，如：HFSS(High FrequencyStructure Simulator)的仿真曲线图，由图上可知，有狭缝的天线比的无狭缝的天线其增益增加有20MHz之谱，另外，增益值也可由无狭缝时的约1.95dBi增加至有狭缝时的约2.78dBi。此外，本发明的天线装置更可具有一第二狭缝，其位于第二金属层208相对于第一金属层206的第一狭缝26的相对位置处。
如图6所示，为具有本发明的天线装置的移动通信单元的功能方块示意图，此移动通信单元30至少包括：一基板20、一天线装置19及一射频讯号处理模块20。基板20用以承载足以供此移动通信单元30正常运作的所有电子组件。天线装置19设置于基板20上，用以收发一无线讯号，其中天线装置19还包括：天线单元、多个导电贯孔及狭缝等(可参照所述实施例，于此不在累述)。射频讯号处理模块28(RF module)，设置于基板20上，并与天线单元的馈电接脚(图中未示)耦合，用以处理无线讯号。
如图7所示，为本发明天线装置的制作方法流程步骤说明图，首先，提供一基板(步骤300)，其中基板上下表面各分别设有一接地区及一绝缘区。接着，形成一第一金属层于该基板下表面的接地区(步骤302)，再形成一第二金属层于该基板上表面的接地区(步骤304)，其中第一金属层及第二金属层用作天线装置的接地金属层。
随后，设置一天线单元于基板上表面的绝缘区(步骤306)。接着，形成多个导电贯孔于基板中(步骤308)，该些导电贯孔用以电性连接第一金属层与第二金属层，并将该第二金属层产生的耦合电流导入该第一金属层。最后，形成一第一狭缝于该第一金属层上(步骤310)，该第一狭缝具有一预定长度，使得流入该第一金属层的耦合电流的等效电流长度增加，借以增加天线装置的增益及所欲传输讯号的频宽。应注意的是，该些导电贯孔可以设置于基板接地区邻近绝缘区的位置。而第一狭缝的等效长度可以小于等于所欲传输讯号的四分之一波长的长度。另一方面，第二金属层更可以设有一第二狭缝，其位于第二金属层相对于该第一金属层的第一狭缝的相对位置处。
本发明的天线装置具有如下的优点：
(1)本发明借由接地金属层设置的狭缝，有效增加耦合电流的等效电流长度，进而达到增加天线的传输频宽，也使得天线有较佳的阻抗匹配。
(2)本发明借由接地金属层设置的狭缝，有效增加耦合电流的等效电流长度，进而达到增加天线的增益。
本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明。因此，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包括在本发明的范围内。
Claims (14)
1.一种天线装置，包括：
一基板，由一绝缘材料组成，该基板的上下表面各具有一接地区及一绝缘区，该基板下表面的接地区还设有一第一金属层，该基板上表面的接地区还设有一第二金属层；
一天线单元，制作于该基板上表面的绝缘区，该天线单元还包括一天线本体及一馈电接脚；
多个导电贯孔，设置于该基板中，用以电性连接该第一金属层与该第二金属层，并将该第二金属层产生的耦合电流导入该第一金属层；及
一第一狭缝，位于该第一金属层上，沿着所述导电贯孔的一侧设置，并且具有一预定长度，使得流入该第一金属层的耦合电流的等效电流长度增加，借以增加该天线装置的增益，
其中所述的第一金属层及第二金属层均作为接地金属层。
2.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的多个导电贯孔设置于该基板的接地区邻近绝缘区的位置。
3.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的第一狭缝的等效长度小于等于所欲传输讯号的四分之一波长的长度。
4.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的天线装置还包括一第二狭缝，其位于该第二金属层相对于该第一金属层的第一狭缝的相对位置处。
5.如权利要求1所述的天线装置，其中所述的天线本体为单极天线、微带天线的其中一种。
6.一种移动通信单元，包括：
一基板，由一绝缘材料组成，该基板的上下表面各具有一接地区及一绝缘区，该基板下表面的接地区还设有一第一金属层，该基板上表面的接地区还设有一第二金属层；及
一天线装置，设置于该基板上，用以收发一无线讯号，其中该天线装置还包括：
一天线单元，制作于该基板上表面的绝缘区，该天线单元还包括一天线本体及一馈电接脚；
多个导电贯孔，设置于该基板中，用以电性连接该第一金属层与该第二金属层，并将该第二金属层产生的耦合电流导入该第一金属层；
一第一狭缝，位于该第一金属层上，沿着所述导电贯孔的一侧设置，并且具有一预定长度，使得流入该第一金属层的耦合电流的等效电流长度增加，借以增加该天线装置的增益；及
一射频讯号处理模块，设置于该基板上，并与该馈电接脚耦合，用以处理该无线讯号，
其中所述的第一金属层及第二金属层均作为接地金属层。
7.如权利要求6所述的移动通信单元，其中所述的多个导电贯孔设置于该基板的接地区邻近绝缘区的位置。
8.如权利要求6所述的移动通信单元，其中所述的第一狭缝的等效长度小于等于所欲传输讯号的四分之一波长的长度。
9.如权利要求6所述的移动通信单元，其中所述的天线装置还包括一第二狭缝，其位于该第二金属层相对于该第一金属层的第一狭缝的相对位置处。
10.如权利要求6所述的移动通信单元，其中所述的天线本体为单极天线、微带天线的其中一种。
11.一种天线装置的制作方法，包括：
提供一基板，该基板上下表面各分别设有一接地区及一绝缘区；
形成一第一金属层于该基板下表面的接地区；
形成一第二金属层于该基板上表面的接地区；
设置一天线单元于该基板上表面的绝缘区；
形成多个导电贯孔于该基板中，用以电性连接该第一金属层与该第二金属层，并将该第二金属层产生的耦合电流导入该第一金属层；及
形成一第一狭缝于该第一金属层上，该第一狭缝具有一预定长度，沿着所述导电贯孔的一侧设置，使得流入该第一金属层的耦合电流的等效电流长度增加，借以增加该天线装置的增益，
其中所述的第一金属层及第二金属层均作为接地金属层。
12.如权利要求11所述的天线装置的制作方法，其中所述的多个导电贯孔设置于该基板的接地区邻近绝缘区的位置。
13.如权利要求11所述的天线装置的制作方法，其中所述的第一狭缝的等效长度小于等于所欲传输讯号的四分之一波长的长度。
14.如权利要求11所述的天线装置的制作方法，其中所述的第二金属层更具有一第二狭缝，其位于该第二金属层相对于该第一金属层的第一狭缝的相对位置处。
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