CN1848524B - 天线装置、其制作方法以及行动电话及全球定位双用系统 - Google Patents

Abstract

一种用于多频行动电话/全球定位双系统的两用式单极天线装置、该天线装置的制作方法以及行动电话及全球定位双用系统。在该天线装置中，此天线形成于一基材上，此基材至少具有一平坦表面、一弧状表面、一第一辐射金属线(包含一高频路径，一低频路径)、一第二辐射金属线以及一第一馈入点、一第二馈入点。用以接收及发射多频行动电话系统信号的高频及低频共振路径，分别布局于平坦表面及弧状表面上，并都与第一馈入点连接。用以接收全球定位系统信号的第二辐射金属线布局于弧状表面，并与第二馈入点连接。通过本发明的上述技术手段，可以以较大弹性的布局空间来设计最佳化的天线辐射体结构。

Description

天线装置、其制作方法以及行动电话及全球定位双用系统

技术领域

本发明涉及一种天线装置，且特别涉及一种内建于无线通讯设备中，用以实现多频行动电话(multi-band system)及全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)用途的两用式多频单极天线装置，本发明还涉及一种制作该天线装置的方法以及具有该天线装置的行动电话及全球定位双用系统。

背景技术

随着科技的进步，通讯技术的主战场已渐渐地从有线的通讯技术转移至无线的通讯技术，如无线式家用电话以及行动电话的普及。而在信号的传递媒介上，由以往有形的金属线路(如同轴电缆)改变成以空气为传播介质的无线通讯，而电磁波信号进出无线通讯设备的门户便是天线。也就是说，无线通讯设备必须要有天线才能接收或传送电波，因此天线装置是无线通讯设备中不可缺少的一项组件。

在以往的无线通讯设备中，天线装置大都是附加在设备的外部，例如装置于行动电话外部的螺旋式(helix)天线，因而产生了种种的问题，例如天线易受外力而损坏、增加线路设计的额外负担以及不利于携带等等。另外，依据目前的设计趋势常会在一行动设备上同时设计有多种功能，例如能够同时接收与发送不同频率信号以及/或是具有全球定位功能的行动电话，这些设计都会使得设备内的组件以及天线的数量大幅增加，但设备的体积还必须维持在一定程度的大小。因此传统外接式的天线因为其体积较大，会越来越不适合用于日后的无线通讯之中。

由以上所述可知，将小型的天线内建于无线通讯设备之中已成为今后的主流设计方式。在目前较常使用的内建式微小型天线技术中，包含了软性印刷电路板(flexible printed circuit，FPC)天线的方法，但这其中也产生了一些新的问题。由于软性印刷电路板天线是一种平面式的天线，所以其共振路径的长度会被局限在一个平面上，而无法再弹性地延长，所以其所能接受的作业频宽也因而受到了限制。

这样的限制在所谓的折叠式(clamshell type)行动电话上会造成更明显的影响。因为折叠式行动电话通常可分为键盘所在的下盖部分以及显示屏幕所在的上盖部分，而行动电话的天线一般会位于下盖并接近上盖的地方，所以天线的中心频率多少都会受到上盖电路的影响而产生飘移，若天线共振频率飘移至系统所能处理的频带之外，则自由空间中的基地台信号便无法被天线所接收及处理。

又因为随着折叠式行动电话上下盖的开启与闭合，天线与上盖电路之间的距离不是一个定值，使得上盖电路对天线所造成的频率飘移量也并非为一个定值，因此对于在作业频宽上弹性不佳的软性印刷电路板天线来说，较难事先预作补偿，其中在对低频部分所造成的飘移量会比高频部分更为明显，进而造成了软性印刷电路板天线在设计上的难度。

由此可知，需要有一种对于频率飘移现象有较大容忍范围的内建式小型天线装置，以避免行动电话装置，特别是折叠式行动电话，因为频率飘移的现象而造成信号接收灵敏度的下降。

发明内容

因此本发明的目的就在于提供使用于行动电话装置中，能够提供较大作业频宽的一种内建式的小型天线装置。

本发明的另一目的就在于提供一种效能稳定、低成本且特别适用于折叠式行动电话系统的小型天线装置。

本发明的再一目的就在于提供一种能够用以接收与发送多频行动电话系统及全球定位系统信号的两用式小型天线装置。

本发明的又一目的就在于提供一种立体式、能够布局具多种变化形式的共振路径以提高作业频宽的小型天线装置。

为达到上述目的，本发明的天线具有一由绝缘材料(如塑料)所制成的基材，且此基材至少具有两个表面，其中一个表面为具有弧度的一弧状表面，而另一个表面则为一平坦表面。此天线上具有互不相邻的两个信号馈入点，一个为第一馈入点，一个为第二馈入点，此两个信号馈入点可分别位于弧状表面或平坦表面上。其中，会有两个天线共振路径自第一馈入点延伸而出，一个为第一辐射金属线的高频路径，另一个为第一辐射金属线的低频路径。高频路径的总长度会比低频路径短，且不规则地在平坦表面上延伸，而低频路径则会不规则地在弧状表面上延伸。另外，有一第二辐射金属线自第二馈入点延伸而出，布局于弧状及平坦表面上；且有一短路路径自第二辐射金属线的一转折处延伸而出，布局于平坦表面上，且一端与系统的接地电位连接。

本发明的目的还在于提出一种制作天线装置的方法，包含：提供一基材，其中该基材由绝缘材质所形成并至少含有一平坦表面及一弧状表面；形成一高频路径于该平坦表面上；形成一低频路径于该弧状表面上；形成一第二辐射路径于该弧状表面上；形成一短路路径于该平坦表面上；以及涂布金属材料于该高频路径、该低频路径、该第二辐射路径及该短路路径上。

本发明的目的又在于提供一种多频行动电话及全球定位双用系统，其包含：一行动电话射频模块，用以提供或接收该系统的行动电话信号；一全球定位射频模块，用以提供或接收该系统的全球定位信号；一天线装置，包含：一基材，其中该基材包含一平坦表面以及一弧状表面；一第一馈入点，位于该基材上，用以与该行动电话射频模块连接；一第一辐射金属线，形成于该基材表面上，其中包含：一高频路径，形成于该平坦表面上，其中该高频路径的一端与该第一馈入点连接，和一低频路径，形成于该弧状表面上，其中该低频路径的一端与该第一馈入点连接；一第二馈入点，位于该基材上，用以与该全球定位射频模块连接；以及一第二辐射金属线，形成于该弧状表面上，该第二辐射金属线的路径的一端与该第二馈入点连接。

通过本发明的上述技术手段，可以以较大弹性的布局空间来设计最佳化的天线辐射体结构，并可以提供一种具有最佳化的天线辐射体结构的多频行动电话及全球定位双用系统。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的详细说明如下：

图1A为自一角度观看符合本发明实施例的一天线装置的斜视图。

图1B为自另一角度观看符合本发明实施例的一天线装置的斜视图。

图1C为符合本发明实施例的一天线装置的前视图。

其中，附图标记说明如下：

100：天线装置           102：基材

104：平坦表面           106：弧状表面

108：第一馈入点         110：第二馈入点

200：高频路径           202-208：线段

300：低频路径           302-322：线段

400：第二辐射金属线路径 402-408：线段

500：短路路径           504：线段

506：短路点

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种具有多频行动电话系统及全球定位系统双用途的内建式小型天线装置，并考虑使用于折叠式行动电话的情况，此种天线能够提供较大的作业频宽。因此，本发明的基本概念便是在一绝缘的基材上提供两组由金属材料所布局成的天线辐射体，且使两组辐射体上的信号不会互相干扰。其中一组辐射体为多频行动电话系统的天线共振路径，而另一组辐射体为全球定位系统的天线共振路径。在多频行动电话系统的共振路径中，又分为了供高频信号使用的高频路径以及供低频信号使用的低频路径。因为低频路径需要较长的路径长度以获得较低频率的天线共振模态，且降低使用在折叠式手机中的上盖电路板的接地面效应，所以会将低频行动路径布局在基材的一弧度表面上，以较大弹性的布局空间来设计最佳化的天线辐射体结构。

图1A-1C绘示了符合本发明实施例的一天线装置100。其中图1A与图1B分别为天线装置100的左斜视图与右斜视图，而图1C则为天线装置100的前视图。

首先请参阅图1A。其中天线装置100的基材102可使用如塑料之类的绝缘材料制成，并至少具有一平坦表面104以及一具有弧度的弧状表面106。在本实施例中，与系统中的行动电话射频模块(未绘示)连接以供行动电话信号出入天线装置100的第一馈入点108位于平坦表面104上，但在实际应用上，第一馈入点108的位置并不为本实施例所限制。

因为天线装置100可以被应用在多频的行动电话系统中，而目前的行动电话系统所使用的频率大致上可分为800MHz、900MHz、1800MHz及1900MHz等四种，所以第一馈入点108连接了两个由金属材料所布局成的天线共振路径，以分别供具有这四种频率的信号使用。其中一个为供1800MHz及1900MHz两个频率信号使用的第一辐射金属线的高频路径200，而另一个为供800MHz及900MHz两个频率信号使用的第一辐射金属线的低频路径300。依据天线的原理可知，频率越低的信号需要越长的天线共振路径，所以只要将高频路径200布局于平坦表面104上即可，而低频路径300则因为需要较大的面积来布局较长的路径以达到较大的作业频宽，会被布局于具有较大表面积的弧状表面106上。在本实施例中，将高频路径200的可处理频率范围设计为1710MHz～1990MHz，而将低频路径300的可处理频率范围设计为824MHz～960MHz，如此，可涵盖目前大部分行动电话系统所使用的频率。

接着请参阅图1B。其中在平坦表面104上具有另一个用以供全球定位信号进入天线装置100的第二馈入点110。在本实施例中，与系统中的全球定位射频模块(未绘示)连接以供全球定位信号进入天线装置100的第二馈入点110位于平坦表面104上，但在实际应用上，第二馈入点110的位置并不为本实施例所限制。

第二馈入点110主要是与提供全球定位信号的一个共振路径的第二辐射金属线路径400连接，其中，目前全球定位系统的作业频率大约为1575MHz，所以第二辐射金属线路径400的总长度会较图1A所示的高频路径200的总长度略长，因此可将第二辐射金属线路径400布局在弧状表面106上，使平坦表面104上的路径布局密度不会太高。另外，为避免天线装置100上的高频路径200或低频路径300在与第二辐射金属线路径400同时运作时，会影响到全球定位系统的信号稳定度，可另外布局一短路路径500，用以连接第二辐射金属线路径400及一短路点506。短路点506可连接至系统的接地电位，如此可提高全球定位系统信号在作业时的稳定度。同样地，在本实施例中，短路点506位于平坦表面104上，但在实际应用上，短路点506的位置并不为本实施例所限制。

在本实施例中，并不对天线装置100中的各共振路径，即高频路径200、低频路径300、第二辐射金属线路径400及短路路径500的布局样式多作限定，但以下所提出的路径布局样式经实验结果显示，可以提供较佳的作业效能(如较佳的增益及作业频宽)。

首先请再参阅图1A。由图中可看出自第一馈入点108开始，高频路径是由线段202、线段204、线段206及线段208等四条直线线段所依序连接而成。其中在线段202与线段204之间具有90度至120度之间的夹角，在线段204与线段206之间以及线段206与线段208之间都具有45度至60度之间的夹角。

接着请同时参阅图1A及图1C。由两图中可以看出自第一馈入点108开始，低频路径300是由线段302、线段304、线段306、线段308、线段310、线段312、线段314、线段316、线段318、线段320及线段322等十一条线段依序连接而成，其中在线段302与线段304之间、线段304与线段306之间、线段306与线段308之间、线段308与线段310之间、线段310与线段312之间、线段312与线段314之间、线段314与线段316之间、线段316与线段318之间、线段318与线段320之间以及线段320与线段322之间都具有30度至120度之间的夹角。

请再同时参阅图1B及图1C。由两图中可以看出自第二馈入点110开始，第二辐射金属线路径400是由线段402、线段404、线段406及线段408等四条线段依序连接而成，其中在线段402与线段404之间具有60度的夹角，在线段404与线段406之间以及线段406与线段408之间都具有90度的夹角。

最后请参阅图1B，有一短路路径500，自线段402与线段404交接处通过线段504延伸至短路点506。

在此一并讨论本实施例中天线装置100所使用的材质。首先因考虑到产量的需要，所以基材102的材料采用了塑料材料中的PC(polycarbonate)材料，因为PC材料有着容易成型的特性。虽然PC材料有着易于成型的特性，但另一方面，PC材料也不易为金属所附着，所以必须利用塑料材料中的ABS(acrylonitrile butadiene styrene)材料在基材102的表面上布局出所需路径，即本实施例中的高频路径200、低频路径300、第二辐射金属线路径400以及短路路径500，因为ABS材料有着易为金属材料附着的特性。最后再将具有导电特性的金属材料涂布在由ABS材料所布局出来的路径上，即可完成如本实施例所示的天线装置。

虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可进行各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (17)

1.一种天线装置，使用于一多频行动电话及全球定位双用系统之中，包含：

一基材，其中该基材包含一平坦表面以及一弧状表面；

一第一馈入点，位于该基材上，用以与该系统中的行动电话射频模块连接；

一第一辐射金属线，形成于该基材表面上，包含：

一高频路径，形成于该平坦表面上，其中该高频路径的一端与该第一馈入点连接，该高频路径是由四条线段依序连接而成，分别为第一、第二、第三及第四线段，其中在该第一线段与该第二线段之间具有90度至120度之间的夹角，在该第二线段与该第三线段之间以及该第三线段与该第四线段之间都具有45度至60度之间的夹角；和

一低频路径，形成于该弧状表面上，其中该低频路径的一端与该第一馈入点连接；

一第二馈入点，位于该基材上，用以与该系统中的全球定位射频模块连接；

一第二辐射金属线，形成于该弧状表面上，该第二辐射金属线的路径的一端与该第二馈入点连接；

一短路点，位于该基材上，用以与该系统中的接地电位连接；以及

一短路路径，形成于该平坦表面上，其中该短路路径的两端分别与该第二辐射金属线路径的一转折处以及该短路点连接。

2.如权利要求1所述的天线装置，其中该基材的材质为塑料材料，以及该第一辐射金属线的该高频路径、该低频路径以及该第二辐射金属线及该短路路径的材质为金属材料。

3.如权利要求1所述的天线装置，其中该高频路径的共振频率为1710MHz至1990MHz，该低频路径的共振频率为824MHz至960MHz，以及该第二辐射金属线的共振频率为1575MHz。

4.如权利要求1所述的天线装置，其中该低频路径是由十一条低频线段连接而成，且任两条相邻的低频线段之间具有在30度至120度之间的夹角；以及该第二辐射金属线是由四条定位线段依序连接而成，分别为第一、第二、第三及第四定位线段，其中该第一定位线段与该第二定位线段之间具有60度的夹角，在该第二定位线段与该第三定位线段之间以及该第三定位线段与该第四定位线段之间都具有90度的夹角。

5.如权利要求1所述的天线装置，其中该短路路径是由单一直线线段所形成。

6.一种多频行动电话及全球定位双用系统，包含：

一行动电话射频模块，用以提供或接收该系统的行动电话信号；

一全球定位射频模块，用以提供或接收该系统的全球定位信号；

一天线装置，包含：

一基材，其中该基材包含一平坦表面以及一弧状表面；

一第一馈入点，位于该基材上，用以与该行动电话射频模块连接；

一第一辐射金属线，形成于该基材表面上，其中包含：

一高频路径，形成于该平坦表面上，其中该高频路径的一端与该第一馈入点连接，该高频路径是由四条线段依序连接而成，分别为第一、第二、第三及第四高频线段，其中在该第一高频线段与该第二高频线段之间具有90度至120度之间的夹角，在该第二高频线段与该第三高频线段之间以及该第三高频线段与该第四高频线段之间都具有45度至60度之间的夹角；和

一低频路径，形成于该弧状表面上，其中该低频路径的一端与该第一馈入点连接；

一第二馈入点，位于该基材上，用以与该全球定位射频模块连接；

一第二辐射金属线，形成于该弧状表面上，该第二辐射金属线的路径的一端与该第二馈入点连接；

一短路点，位于该基材上，用以与该系统中的接地电位连接；以及

一短路路径，形成于该平坦表面上，其中该短路路径的两端分别与该第二辐射金属线路径的一转折处以及该短路点连接。

7.如权利要求6所述的系统，其中该基材的材质为塑料材料，以及该第一辐射金属线的该高频路径、该低频路径以及该第二辐射金属线及该短路路径的材质为金属材料。

8.如权利要求6所述的系统，其中该高频路径的共振频率为1710MHz至1990MHz，该低频路径的共振频率为824MHz至960MHz，以及该第二辐射金属线的共振频率为1575MHz。

9.如权利要求6所述的系统，其中该低频路径是由十一条低频线段连接而成，且任两条相邻的低频线段之间具有在30度至120度之间的夹角；以及该第二辐射金属线是由四条定位线段依序连接而成，分别为第一、第二、第三及第四定位线段，其中该第一定位线段与该第二定位线段之间具有60度的夹角，在该第二定位线段与该第三定位线段之间以及该第三定位线段与该第四定位线段之间都具有90度的夹角。

10.如权利要求6所述的系统，其中该短路路径是由一单一直线线段所形成。

11.如权利要求6所述的系统，其中该系统的外形为折叠式。

12.一种制作天线装置的方法，包含：

提供一基材，其中该基材由绝缘材质所形成并至少含有一平坦表面及一弧状表面；

形成一第一馈入点于该基材上，用以与一行动电话射频模块连接；

形成一高频路径于该平坦表面上，其中该高频路径的一端与该第一馈入点连接，该高频路径是由四条线段依序连接而成，分别为第一、第二、第三及第四线段，其中在该第一线段与该第二线段之间具有90度至120度之间的夹角，在该第二线段与该第三线段之间以及该第三线段与该第四线段之间都具有45度至60度之间的夹角；

形成一低频路径于该弧状表面上，其中该低频路径的一端与该第一馈入点连接；

形成一第二馈入点，位于该基材上，用以与一全球定位射频模块连接；

形成一第二辐射路径于该弧状表面上，其中该第二辐射路径的一端与该第二馈入点连接；

形成一短路点于该基材上，用以与该天线装置所在的多频行动电话及全球定位双用系统中的接地电位连接；

形成一短路路径于该平坦表面上，该短路路径自该第二辐射路径上的一转折处延伸而出，且该短路路径的另一端与该短路点连接；以及

涂布金属材料于该高频路径、该低频路径、该第二辐射路径及该短路路径上。

13.如权利要求12所述的方法，其中该基材由塑料材料中的PC材料所形成。

14.如权利要求12所述的方法，其中利用塑料材料中的ABS材料形成该高频路径、该低频路径、该第二辐射路径及该短路路径。

15.如权利要求12所述的方法，其中该高频路径的共振频率为1710MHz至1990MHz。

16.如权利要求12所述的方法，其中该低频路径是由十一条线段连接而成，且任两条相邻的线段之间具有在30度至120度之间的夹角，且该低频路径的共振频率为824MHz至960MHz。

17.如权利要求12所述的方法，其中该第二辐射路径是由四条线段依序连接而成，分别为第一、第二、第三及第四线段，其中该第一线段与该第二线段之间具有60度的夹角，在该第二线段与该第三线段之间以及该第三线段与该第四线段之间都具有90度的夹角，且该第二辐射路径的共振频率为1575MHz。

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