CN1913224B - 一种电路板天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电路板天线，主要包括：相互连接的第一和第二接地部；和以对称方式设置且不与第一和第二接地部耦接的一对第一带状传导部和一对第二带状传导部。在此，第一带状传导部具有馈入区和辐射区。馈入区可位于第二接地部内或第二接地部上，而辐射区耦接至一第二带状传导部的一端以形成第一辐射主体，以收发一电磁波。并且第二带状传导部的另一端朝向第一接地部。其中，当辐射区与第二接地部间的夹角和与第二带状传导部间的夹角均为约90度时，可得到较宽的使用频宽。

Description

一种电路板天线

技术领域

本发明涉及一种微带天线，特别是一种电路板天线。

背景技术

近年来，随着无线通讯技术和半导体工艺的快速发展，使得无线通讯和卫星通讯，诸如：卫星定位系统、卫星直播(Direct Broadcasting Satellite：DBS)、卫星行动通信(mobile  satellite；MSAT)、无线电话、无线局域网络系统、无线用户交换机、无线区域呼叫...等通讯网路，有如雨后春笋般的产生。无线通讯系统主要由发射/接收机及天线所组成，其中天线是负责收/发射信号在空气中电磁能量转换的桥梁，为通信系统中不可或缺的基本配备，也为目前研发工作的一项重心。

一般常见的天线包括：线型天线(wire antenna)(例如：偶极(dipole)天线)、螺旋天线(helix antenna)、喇叭天线(horn antenna)、反射面天线(reflector antenna)、八木天线(yagi antenna)、对数周期天线(log-periodicdipole antenna)、微带天线(patch antenna)、数组天线(array antenna)。其中，除了微带天线和数组天线外，其余六种天线技术的发展的都已经较为定型，因此目前许多天线研发多以微带天线和数组天线为主，尤其是微带天线，可谓众人最为积极研发的技术。一般说来，微带天线制作成本较低且可利用印刷电路板制作(故又称电路板天线(circuit board antenna)或印刷天线(printedantenna))，因此技术简单、易于量产。再者，其具有低剖面特性，故可使用软性材质并易于一些特殊环境上建构，例如：高速移动载具的表面。此外，微带天线的第一辐射主体(又称箝板(patch))的形状具多选择性，因此可轻易达到所需求的极化形状，例如：线性极化或椭圆极化。而且其易运用于建构主动式集成天线(active integrated antenna)，以与后级主动电路组件架构于同一基板，进而缩小简化整体装置。目前，微带天线已广泛应用于商业用途上，且其设计与分析技术已经十分成熟。

参照图1A、图1B，为现有技术的电路板天线，在一介电基板100的二侧设置各组件；其中，第一组件110的馈入区114与接地部140相连，而第二组件120、130对称连接至第一组件110，以使其与第一组件110的辐射区112均为1/4波长的电气长度，如于美国专利第5754145号中所示。

参照图2A、图2B，为应用于无线局域网络(WLAN)的另一现有技术的电路板天线，于此带状传导部220a、230a分别相对于带状传导部220b、230b设置于介电基板的二表面200a、200b，并以导孔250贯穿基板而连结彼此，且传导部与接地部240间以介电部210间隔开。再者，在表面200b上也可相对接地部240而设置一接地部(图中未显示)，并以导孔250连结彼此。

此外，再一现有技术的电路板天线，如图3A、图3B所示，也是在一介电基板的二表面300a、300b上分别对应设置带状传导部320a、330a、320b、330b和与其耦接的接地部340a、340b，且各组件以导孔350贯穿耦接另一面的对应组件；此外，在表面300a上设置有连接带状传导部320a、330a的U型传导部360、362以产生匹配效应，如于美国专利公报第2004/0027289 A1号中所示。

然而，微带天线仍有窄频宽、低辐射效率、低输出功率等问题存在，因此，许多研究工作尝试通过增加频宽和增益、辐射场型的控制、缩小金属片面积或多频操作..等等方式以改善微带天线的特性。再者，常有部分天线在应用于电子装置上时，会易受到电子装置的影响而致使天线场型改变，因此目前许多相关单位及研究者仍需继续进行天线设计的研究课题，以期能通过简单的结构设计得到较佳的天线效能，并且在实际应用时不易受到应用的电子装置的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种电路板天线，以大体上解决上述现有技术所存在的问题。

本发明所提供的电路板天线，可降低设置此天线的电子装置(例如：笔记型计算机)对辐射场型所产生的影响。

本发明所提供的电路板天线，可具有较宽的使用频宽。

因此，为了实现上述目的，本发明所提供的电路板天线，包括：一基板、一第一接地部、一第二接地部、一对第一带状传导部以及一对第二带状传导部。

此基板具有数层表面，即其可为一单层结构的基板，或是一多层结构的基板，而其余各组件可任意设置于基板的一层表面上。其中，当第一和第二接地部位于同一层表面时，第一接地部可直接耦接至第二接地部；反之，当第一和第二接地部位于不同层表面时，第一接地部和第二接地部之间则通过贯穿基板的多个导孔而相互连接。并且，第一和第二接地部位分别具有数个第一和第二接地区块。而，第一和第二带状传导部以对称方式设置于一层表面上，其中各个第一带状传导部均具有一馈入区和一辐射区。在此，当第一带状传导部和第二接地部设置在相同层表面上时，馈入区则设置在第二接地部内并以二缝隙间隔彼此，即相邻的第二接地区块间形成一开路以设置馈入区，而辐射区则设置于第二接地部之外；反之，当第一带状传导部和第二接地部设置于不同层表面上时，馈入区则设置于对应第二接地部的位置上，而辐射区则设置于不对应第二接地部的位置，即设置于对应第二接地部的位置的一侧。再者，各个第二带状传导部的一端分别耦接至一辐射区远离第二接地部的一端，并与相耦接的辐射区形成第一辐射主体，以收发一电磁波，而第二带状传导部的另一端则朝向第一接地部。

其中，当第一接地部与馈入部设置于不同层表面(即，第一接地部与一个以上的第一带状传导部设置于不同层表面)时，馈入部可延伸通过对应第一接地部的区域；反之，当第一接地部与馈入部设置于相同层表面时，馈入部延伸通过第一接地部并以缝隙间隔彼此，以使馈入部不与第一接地部相耦接，即相邻的第一接地区块间形成一开路以设置馈入区。

此外，第一接地部具有二缺口，以使第二带状传导部与第一接地部保持一既定距离。

再者，更包括：一对第二辐射主体，其分别对应一第一辐射主体而设置，即其与相对应的第一辐射主体位于不同层表面上，并且第二辐射主体和相对应的第一辐射主体可通过贯穿基板的多个导孔而相互连接。于此，当这些第二辐射主体中至少一与第二接地部位于相同层表面时，相同层表面上的第二辐射主体与第二接地部位间具有一缝隙以间隔彼此。此外，这些第二辐射主体的形状可大致上相同于所对应的第一辐射主体。

在此，辐射区与第二接地部间具有一第一夹角，即两者的长边延伸相交而形成第一夹角；以及辐射区与第二带状传导部的连结处具有一第二夹角，即两者的长轴相交而形成第二夹角。在此，较佳的第一和第二夹角为二者均为约90度。此外，第一辐射主体的外侧总长度根据使用的频率范围而决定，而第一和第二带状传导部的宽度根据使用频宽和阻抗匹配而决定。

在此，第一辐射主体的外侧总长度可介于约2.5～3.1公分之间。可是，较佳的外侧总长度为约2.8公分。

其中，第一带状传导部的宽度可介于约0.2～0.4公分之间，而第二带状传导部的宽度则可介于约0.15～0.25公分之间。可是，较佳的第一带状传导部的宽度为约0.3公分，而较佳的第二带状传导部的宽度为约0.2公分。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A为说明现有技术的印刷天线的俯视图；

图1B为说明现有技术的印刷天线的侧视图；

图2A为说明现有技术的电路板天线的一表面的俯视图；

图2B为说明现有技术的电路板天线的另一表面的俯视图；

图3A为说明另一现有技术的电路板天线的一表面的俯视图；

图3B为说明另一现有技术的电路板天线的另一表面的俯视图；

图4A为说明根据本发明第一实施例的电路板天线的第一表面的俯视图；

图4B为说明根据本发明第一实施例的电路板天线的第二表面的俯视图；

图4C为说明根据本发明第二实施例的电路板天线的第二表面的俯视图；

图4D为说明根据本发明第三实施例的电路板天线的第一表面的俯视图；

图4E为说明根据本发明第四实施例的电路板天线的第一表面的俯视图；

图4F为说明根据本发明第五实施例的电路板天线的第一表面的俯视图；

图4G为说明根据本发明第五实施例的电路板天线的第二表面的俯视图；

图5为在图4F、4G中的电路板天线的回馈损失的量测数据图；

图6为在图4F、4G中的电路板天线的电压驻波比的量测数据图；以及

图7为在图4F、4G中的电路板天线设置于一笔记型计算机上，其水平面和垂直面的辐射场形的实验数据图。

其中，附图标记如下：

100        介电基板

110    第一组件

112    辐射区

114    馈入区

120    第二组件

130    第二组件

140    接地部

200a   表面

200b   表面

210    介电部

220a   带状传导部

220b   带状传导部

230a   带状传导部

230b   带状传导部

240    接地部

250    导孔

300a   表面

300b   表面

320a   带状传导部

320b   带状传导部

330a   带状传导部

330b   带状传导部

340a   接地部

340b   接地部

350    导孔

360    U型传导部

362    U型传导部

400    基板

420    第一带状传导部

4202   辐射区

4204   馈入区

422    第一带状传导部

4222   辐射区

4224   馈入区

424    第二带状传导部

426    第二带状传导部

430    第二辐射主体

432    第二辐射主体

440    第一接地部

440a   第一接地区块

440b   第一接地区块

440c   第一接地区块

4402   缺口

4404   缺口

442    第二接地部

442a   第二接地区块

442b   第二接地区块

442c   第二接地区块

450    导孔

460    缝隙

462    缝隙

θ1     第一夹角

θ2     第二夹角

具体实施方式

以下举出具体实施例以详细说明本发明的内容，并以图标作为辅助说明。说明中提及的标记为参照附图标记。

本发明一实施例的电路板天线，主要包括：一对第一带状传导部、一对第二带状传导部、一第一接地部以及一第二接地部。并且，这些组件均设置于一基板上。其中，此基板由介电材料制成，且可为一多层结构，其中在相邻二层结构间共同形成一层表面。举例来说，若此基板具四层结构时，此基板共具有五层表面，即最上层的上表面、最下层的下表面及三个相邻二层结构间的共同表面。因而，根据本发明，各个组件可任意设置于同层或不同层表面上。

以下仅以单层结构的基板来详细说明本发明的实施例。在此，此单层结构的基板具有二层表面，即第一表面和第二表面。

参照图4A、4B，为根据本发明一实施例的电路板天线。在图中，此基板400具有第一和第二表面，其中一对第一带状传导部420、422、一对第二带状传导部424、426以及第一接地部440设置于基板400的第一表面上，而第二接地部442设置于基板400的第二表面上。于此，第一和第二带状传导部420、422、424、426呈现长条状。

第一接地部440耦接至第二接地部442；在此实施例中，第一和第二接地部440、442通过贯穿基板400的多个导孔(via hole)450相互连接。

在第一带状传导部420、422中的一端为一辐射区4202、4222，而另一端为一馈入区4204、4224。在此，馈入区4204、4224位于第二接地部442之上，但不耦接第二接地部442，即馈入区4204、4224设置于第一表面相对第二接地部442的位置上；换句话说，这些馈入区4204、4224重叠于第二接地部442上，但因基板400的分隔(即设置不同层表面上)而彼此间不相互耦接。辐射区4202、4222分别连接至第二带状传导部424、426的一端，并在连接处形成第二夹角θ2，即辐射区4202、4222的长轴与第二带状传导部424、426的长轴相交形成第二夹角θ2。在此，辐射区4202、4222与第二带状传导部424、426耦合以形成一对第一辐射主体，并且此对第一辐射主体以对称方式相对设置于第二接地部442的二侧，但不与第二接地部442重叠。换句话说，在第一表面上相对第二表面上的第二接地部442的区块的两侧对称设置第一辐射主体。其中，在第一带状传导部420、422与第二接地部442之间形成第一夹角θ1，即辐射区4202、4222的长轴与第二接地部442的长轴相交形成第一夹角θ1。

其中，第一接地部440相对于第一辐射主体的另一侧可用于与应用此天线的电子装置(例如：发射/接收机、网络卡等装置)的主要电路连结。并且，馈入区4204、4224可向第二接地部442延伸，在不与第一接地部440耦接的情况下，通过第二接地部442而连接至应用此天线的电子装置的主要电路(图中未显示)，以提供在天线和电子装置间的欲发送/接收的信号的传递信道。因此，应用此天线的电子装置即可通过此对第一辐射主体中之一来收发相应欲发送/接收的信号的电磁波。在此实施例中，第一接地部440可区分为数个第一接地区块440a、440b、440c以形成二开路，以供馈入区4204、4224延伸通过第一接地部440；换句话说，各个第一接地区块440a、440b、440c与馈入区4204、4224间形成狭缝(gap)460以间隔彼此，如图4A所示。

此外，第二带状传导部424、426的另一端朝向第一接地部440，并且此第二带状传导部424、426与第二接地部442间相距一既定距离。在此实施例中，在第一接地部440上靠近第二带状传导部424、426的位置具有两缺口4402、4404，以使第一接地部440与第二带状传导部424、426间相距一既定距离。其中，虽然在图中所示的缺口4402、4404为一阶梯式缺口，可是实际上此缺口的设计可依据实际线路需求，并符合使第一接地部与第二带状传导部间保持一既定距离的条件下，而设计成任意形状的缺口。

此外，第二接地部442可设计为一约略矩形，以增加此对第一辐射主体的隔离度。再者，此第二接地部亦可呈现中间篓空的图形(图中未显示)，即在基板上开洞使相对于第二接地部中间的部分区块呈现篓空状态，以达到增加此对第一辐射主体的隔离度的效果。

此外，在第二表面上，第二接地部442可延展扩展至对应第一接地部440的位置处，如图4C所示，并且所形成的延展区4422的形状大致上相同于第一接地部440。在此实施例中，第一表面上各组件的配置大致上与图4A相同。并且，在延展区4422上可布满数个导孔450，以使第二接地部442通过这些导孔450连接至第一接地部440。

此外，第二接地部442也可设置于第一表面上，如图4D所示，并直接耦接第一接地部440；在此，第二接地部442可区分为数个第二接地区块442a、442b、442c而形成二开路，以供馈入区4204、4224延伸通过第二接地部442：换句话说，各个第二接地区块440a、440b、440c与馈入区4204、4224以缝隙460间隔开。反之，第一接地部440可与第二接地部442同设置于第二表面上，且直接耦接彼此，此时其它组件则设置于第一表面上，如图4E所示。

另外，在第二表面上对应第一辐射主体4202、424、4222、426处可设置一对第二辐射主体430、432，并且以缝隙462间隔开第二辐射主体430、432和第二接地部442，如图4F、图4G所示；其中，此对第二辐射主体430、432通过数个导孔450而分别耦接至相对应的第一辐射主体4202、424、4222、426。在此，第二辐射主体430、432的形状大致上与第一辐射主体相同。

其中，第一辐射主体的外侧总长度根据使用的频率范围而定。在此，此外侧总长度可约为2.5～3.1公分。其中就约2.4GHz的工作频率下，其外侧总长度较佳为2.8公分。而第一和第二带状传导部420、422、424、426的宽度则依据使用频宽与阻抗匹配而决定。在此，第一带状传导部420、422的宽度可约为0.2～0.4公分，而第二带状传导部424、426的宽度可约为0.15～0.25公分。其中，第一带状传导部420、422的较佳宽度可为约0.3公分，而第二带状传导部424、426的较佳宽度可为约0.2公分。并且，可根据所需的场型而决定第一和第二夹角θ1、θ2，其中当第一和第二夹角θ1、θ2均为约90度时，此天线可产生一约略球状的场型。

再者，在实际应用上此基板可为一多层结构(即表示此基板具有多个层表面)，且各组件可任意设置于基板中一层表面上，但需将同一侧的第一和第二带状传导部设置在同一层表面上。换句话说，各组件可依据实际需求并根据上述的对应位置而设置在同一层表面或不同层表面，亦或是部分组件设置于同一层表面上。其中第二带状传导部须与第一和第二接地部分别相距一既定距离，并且当第一带状传导部与接地部(即，第一和/或第二接地部)位于同一平面时，需通过缝隙间隔第一带状传导部和接地部。再者，当具有第二辐射主体时，需将此第二辐射主体与相对应的第一和第二带状传导部所形成的第一辐射主体设置不同层表面上，并将此第二辐射主体对应第一辐射主体而设置。其中，若第二辐射主体与第二接地部位于同一层表面时，则通过缝隙间隔彼此。

最后，本发明更提出实际测试的回馈损失、电压驻波比和辐射场形图作说明，参照图5～图7。图5和图6为频率范围在2GHz～3GHz所量测得的回馈损失和电压驻波比的数据图。在图5中，“箭头”用以标示参考信号0dB的基准线，且纵轴一格为10dB；在此，标记“△1”处代表在频率2.4 GHz可得到相对于参考信号0dB的回馈损失为约24.3dB，在标记“△2”处代表在频率2.45GHz可得到相对于参考信号0dB的回馈损失为约29.6dB，以及在标记“△3”处代表在频率2.5GHz可得到相对于参考信号0dB的回馈损失为约31.1dB；由此可得知在标准电压驻波比为2.0定义的天线频率范围下，此天线频宽约为800MHz。在图6中，“箭头”用以标示基准线，而在标记“△1”处代表在频率2.4GHz可测得相对电压驻波比为约1.13，在标记“△2”处代表在频率2.45GHz可测得相对电压驻波比为约1.08，以及在标记“△3”处代表在频率2.5GHz可测得相对电压驻波比为约1.05；由此可得知在2.4GHz～2.5GHz的频率范围内此天线的相对电压驻波比近似于1。然后，在此天线设置于一笔记型计算机的状态下，进行水平面和垂直面的辐射场形的实际测试。为当本发明一实施例设置于一笔记型计算机上时，可得到如图7所示的辐射场形的实验数据图。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种电路板天线，其特征在于，包括：

一基板，具有多个层表面；

一第一接地部，设置于所述层表面中之一；

一第二接地部，为矩形，设置于所述层表面中之一且耦接所述第一接地部；

一对第一带状传导部，以对称方式设置于所述层表面中之一，其中每一所述第一带状传导部，包括：

一馈入区，选择性地位于所述第二接地部上或第二接地部内；以及

一辐射区，对称位于所述第二接地部的二侧，其中所述辐射区的长边和所述第二接地部的长边之间具有一第一夹角；以及

一对第二带状传导部，分别耦接至所述这些辐射区中之一而形成一第一辐射主体，以收发一电磁波，其中，所述第二带状传导部的一端耦接于所述辐射区远离所述第二接地部的一端，以形成一第二夹角，以及所述第二带状传导部的另一端朝向所述第一接地部；

其中所述第一夹角、第二夹角为90度。

2.根据权利要求1所述的电路板天线，其特征在于，当所述一对第一带状传导部中至少一第一带状传导部与所述第二接地部位于不同的所述层表面时，与所述第二接地部不同的所述层表面的所述馈入区位于所述第二接地部上。

3.根据权利要求1所述的电路板天线，其特征在于，所述第二接地部具有多个第二接地区块，并且当所述一对第一带状传导部中至少一第一带状传导部与所述第二接地部位于相同的所述层表面时，在相同的所述层表面上，所述馈入区与相邻的所述第二接地区块间具有一缝隙，以间隔所述第一带状传导部和所述第二接地部。

4.根据权利要求1所述的电路板天线，其特征在于，所述第一接地部具有多个第一接地区块，并且当所述第一接地部与所述馈入区位于相同的所述层表面时，所述馈入区与相邻的所述第一接地区块间具有一缝隙，以间隔所述馈入区和所述第一接地部。

5.根据权利要求1所述的电路板天线，其特征在于，当所述第一接地部与所述馈入区位于不同的所述层表面时，所述馈入区延伸通过所述第一接地部上。

6.根据权利要求1所述的电路板天线，其特征在于，更包括：

一对第二辐射主体，分别对应所述第一辐射主体中之一而设置于所述这些层表面中之一，其中，所述第二辐射主体与相对应的所述第一辐射主体位于不同所述层表面；以及

多个导孔，贯穿所述基板，以导通所述第二辐射主体与相对应的所述第一辐射主体。

7.根据权利要求6所述的电路板天线，其特征在于，当所述一对第二辐射主体中至少一第二辐射主体与所述第二接地部位于相同的所述层表面时，在相同的所述层表面上，所述第二辐射主体与所述第二接地部位之间具有一缝隙。

8.根据权利要求6项所述的电路板天线，其特征在于，所述第二辐射主体的形状相同于相对应的所述第一辐射主体。

9.根据权利要求1所述的电路板天线，其特征在于，更包括：

多个导孔，贯穿所述基板，以导通所述第一接地部与所述第二接地部。

10.根据权利要求1所述的电路板天线，其特征在于，所述第一接地部具有二缺口，以使所述第二带状传导部与所述第一接地部间保持一既定距离。

11.根据权利要求1所述的电路板天线，其特征在于，所述第一辐射主体的外侧总长度根据使用的频率范围而决定。

12.根据权利要求11所述的电路板天线，其特征在于，所述第一辐射主体的外侧总长度在2.5～3.1公分之间。

13.根据权利要求11所述的电路板天线，其特征在于，所述第一辐射主体的外侧总长度为2.8公分。

14.根据权利要求1所述的电路板天线，其特征在于，所述第一和第二带状传导部的宽度根据使用频宽和阻抗匹配而决定。

15.根据权利要求14所述的电路板天线，其特征在于，所述第一带状传导部的宽度在0.2～0.4公分之间，以及所述第二带状传导部的宽度在0.15～0.25公分之间。

16.根据权利要求15所述的电路板天线，其特征在于，所述第一带状传导部的宽度为0.3公分，且较佳的所述第二带状传导部的宽度为0.2公分。

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