CN201708243U - 平板倒f式天线以及具有该天线的无线网络装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种适用于无线网络装置上的平板倒F式天线，包括有：一连接体、以及两辐射体。该连接体上设有至少一馈入端及至少一接地端。两辐射体各自的一端部分别垂直连接于该连接体的两端，并相互平行且形状对应，且该两辐射体上分别具有一L形缺口以形成倒钩状，并于各自的该辐射体的另一端部弯折一扣合端，该扣合端大致与该连接体平行，利于该扣合端卡合于该无线网络装置的一基板上。
Description
技术领域
本实用新型是关于一种平板倒F式天线，尤指一种适用于无线网络装置上的一体成型的单频天线以及具有该天线的无线网络装置。
背景技术
请参阅图1，为一例如无线网络卡的现有无线网络装置10的立体外观图。该无线网络装置10一般包括：一本体11、位于本体11内部的一内部电路装置12、位于本体11一端的一连接器部13其用来连接一外界主机(图中未示)、以及位于本体11上且相对于连接器部13的另一端的一天线讯号收发部14。大体来说，该天线讯号收发部14的外壳以非金属材质所构成，且当无线网络装置10连接在外界主机上时，该天线讯号收发部14需暴露于外界主机的外部以便能有效地收发无线讯号。
如图2所示，为无线网络装置的一现有内部电路装置20示意图。该无线网络装置的现有内部电路装置20包括有：一基板21、一控制电路22位于该基板21上、一接地体23覆盖于基板21上的一预定区域、以及一天线单元24其电气连接于该控制电路22。于图2所示的现有天线单元24中，包括有分别位在基板21两旁侧的一第一天线241与一第二天线242。由于此现有内部电路装置20的天线设计，皆以印刷式单极天线(Printed Monopole Antenna)方式设计于基板21上。而此类印刷式天线由于受限于其垂直方向上的高度差，仅能藉由设计不同形状的该第一天线241与该第二天线242，以达到在X-Y平面(水平方向上)上得到更佳的辐射场型与更高的增益，但在垂直Z方向的增益几乎无从改善的空间。然而，现今对于无线网络装置的设计趋势，乃是朝向直立式(Verticle Stand)设计，以降低空间的占用、同时提高无线网络装置产品于外观上的现代感与科技感。很显然的，现有印刷式天线于垂直Z方向上的不良增益将无法满足直立式无线网络装置的需求。
例如，如图3所示，其为如图2所示的现有印刷式天线单元24的第一天线于X-Y平面上测试所得的辐射场型图。由图3的该辐射场型图中可知，该第一天线241于垂直方向(Vertical)上的最大增益值只有-15.89dBi，其值已明显低于消费者所能忍受的底限(一般要求的增益值至少应高于-10dBi以上)，此对于一般市场对于高效能天线设计的要求，而显然还有进一步改良的空间。
发明内容
本实用新型的目的是在于提供一种平板倒F式天线(Planar Inverted F Anntenna；简称PIFA)和具有该天线的无线网络装置，其藉由一体冲压成型形成一单板单频天线的结构设计，以利于缩小具有该天线的无线网络装置的整体体积。
为达上述的目的，本实用新型的平板倒F式天线，于俯视来看大致呈U形结构，其包括有：一位于该U形结构底侧的横向连接体、以及自该连接体两端所向上延伸的两辐射体。该连接体上设有至少一馈入端及至少一接地端。每一该辐射体的一端部分别垂直连接于该连接体的两端，并相互平行且形状对应。该两辐射体上分别具有一L形缺口以形成倒钩状，并于每一该辐射体的另一端部弯折一扣合端，该扣合端大致与该连接体平行，以利于该扣合端卡合于该无线网络装置的一基板上。
于本实用新型的一较佳实施例中，该平板倒F式天线的辐射体的该L形缺口与该馈入端及该接地端朝向同一方向，且该L形缺口所垂直延伸的一沟槽往该辐射体的该末端延伸。两辐射体相连接的该连接体的两端边长宽度大于该馈入端与该接地端的长度；该馈入端及该接地端分别为两组，且该馈入端分别位于该两组接地端的两侧。
于一较佳实施例中，两辐射体相连接的该连接体的两端边长宽度为H，该辐射体长度为L1，该连接体长度为L2，该L形缺口宽度为W1，该沟槽宽度为W2；其中，3mm＜H＜5mm；11mm＜L1＜14mm；10mm＜L2＜15mm；0.5mm＜W1＜3mm；0.2mm＜W2＜1.5mm。
该平板倒F式天线其操作频带大致为2.2GHz～2.6GHz；然而，于本实施例中，该平板倒F式天线的较佳操作频带大致为2.4～2.5GHz左右。该平板倒F式天线是具有导电性的金属薄片以一体冲压成型所构成的单一元件。
于一实施例中，该平板倒F式天线装设于一无线网络装置的一基板上，该辐射体所弯折的该扣合端与该L形缺口分别卡合于该基板上，并分别与该基板周缘的一凹槽与一定位端相卡合，且该辐射体的表面大致垂直于该基板的表面，同时使两组的该接地端电气连接于该基板的一接地部(ground)，另外两组的该馈入端则电气连接于该基板的一控制电路。
具有该平板倒F式天线的无线网络装置更包括一串列埠汇流排(USB)接头与该基板上的该控制电路电气连接。该串列埠汇流排(USB)的传输规格可以是USB2.0、USB3.0其中之一。不仅制作方便快速，且方便于组合于无线网络装置的该基板上，并且缩小无线网络装置的整体体积。
本实用新型提供了一种平板倒F式天线，其包括有：
一连接体，其上设有至少一馈入端及至少一接地端；以及
两辐射体，每一该辐射体的一端部垂直连接于该连接体，并该两辐射体相互平行且形状对应；
其中，于该两辐射体上均具有一L形缺口以形成倒钩状，并于每一该辐射体的另一端部弯折一扣合端，该扣合端与该连接体平行。
实施时，该平板倒F式天线是具有导电性的金属薄片以一体冲压成型所构成的单一立体元件。
实施时，与两辐射体的两端边长宽度大于该馈入端与该接地端的长度。
实施时，该馈入端及该接地端分别为两组，且该馈入端分别位于该两组接地端的两侧。
实施时，该辐射体所弯折的该扣合端与该L形缺口分别卡合于一无线网络装置的一基板上，并分别与该基板周缘的一凹槽与一定位端相卡合，且该辐射体的表面垂直于该基板的表面；其中，该接地端电气连接于该基板的一接地部；而该馈入端电气连接于该基板的一控制电路。
实施时，该平板倒F式天线的操作频带介于2.4GHz和2.5GHz之间。
实施时，该辐射体的该L形缺口与该馈入端及该接地端朝向同一方向，且该L形缺口所垂直延伸的一沟槽往该辐射体具有该扣合端的该端部方向延伸；并且，两辐射体相连接的该连接体的两端边长宽度为H，该辐射体长度为L1，该连接体长度为L2，该L形缺口宽度为W1，该沟槽宽度为W2；其中，
3mm＜H＜5mm；
11mm＜L1＜14mm；
10mm＜L2＜15mm；
0.5mm＜W1＜3mm；
0.2mm＜W2＜1.5mm。
本实用新型还提供了一种具有平板倒F式天线的无线网络装置，包括有：
一基板，由介电材料所构成，该基板具有多个开孔，且于该基板上设有电气接地的一接地部；
一控制电路，设置于该基板上，可提供无线网络通讯功能；以及
至少一平板倒F式天线，是一U形结构且设置于该基板上，该平板倒F式天线包括有：
一连接体，其上设有至少一馈入端及至少一接地端，且分别插置于该开孔中，使该基板位于两辐射体之间；以及
两辐射体，每一该辐射体的一端部连接于该连接体并相互平行且形状对应，而该辐射体与该连接体相垂直；
其中，于两辐射体上均具有一L形缺口以形成倒钩状，并于每一该辐射体的另一端部弯折一扣合端，该扣合端与该连接体平行；该接地端电气连接于该基板的该接地部，而该馈入端电气连接于该基板的该控制电路。
实施时，该平板倒F式天线是具有导电性的金属薄片以一体冲压成型所构成的单一立体元件；并且，该两辐射体的两端边长宽度大于该馈入端与该接地端的长度；该辐射体所弯折的该扣合端与该L形缺口分别卡合于该基板上，并分别与该基板周缘的一凹槽与一定位端相卡合，且该辐射体的表面垂直于该基板的表面。
实施时，该辐射体的该L形缺口与该馈入端及该接地端朝向同一方向，且该L形缺口所垂直延伸的一沟槽往该辐射体具有该扣合端的该端部方向延伸；并且，两辐射体相连接的该连接体的两端边长宽度为H，该辐射体长度为L1，该连接体长度为L2，该L形缺口宽度为W1，该沟槽宽度为W2；其中，
3mm＜H＜5mm；
11mm＜L1＜14mm；
10mm＜L2＜15mm；
0.5mm＜W1＜3mm；
0.2mm＜W2＜1.5mm。
与现有技术相比，本实用新型所述的平板倒F式天线和具有该天线的无线网络装置，其通过一体冲压成型形成一单板单频天线的结构设计，以利于缩小具有该天线的无线网络装置的整体体积。
附图说明
图1是典型无线网络装置的立体外观图；
图2是无线网络装置的一现有内部电路装置示意图；
图3是如图2所示的现有天线单元的第一天线于X-Y平面上测试所得的辐射场型图；
图4是本实用新型平板倒F式天线的较佳实施例立体结构示意图；
图5A是如图4所示的本实用新型平板倒F式天线的俯视图；
图5B是如图4所示的本实用新型平板倒F式天线的左侧视图；
图5C是如图4所示的本实用新型平板倒F式天线的前视图；
图6A是具有本实用新型平板倒F式天线的无线网络装置的一实施例的立体俯视示意图；
图6B是具有本实用新型平板倒F式天线的无线网络装置的一实施例的立体仰视示意图；
图7A是本实用新型平板倒F式天线左辐射体于应用频带范围(2.4～2.5GHz)的X-Y平面上测试所得的辐射场型图；
图7B是本实用新型平板倒F式天线右辐射体于应用频带范围(2.4～2.5GHz)的X-Y平面上测试所得的辐射场型图；
图8A是本实用新型平板倒F式天线左辐射体测试折返损失图；
图8B是本实用新型平板倒F式天线右辐射体测试折返损失图。
附图标记说明：10-无线网络装置；11-本体；12-内部电路装置；13-连接器部；14-天线讯号收发部；20-现有内部电路装置；21-基板；22-控制电路；23-接地体；24-天线单元；241-第一天线；242-第二天线；5-天线；51-连接体；511-馈入端；512-接地端；513、513’-末端；52-左辐射体；52’-右辐射体；521、521’-端部；522、522’-端部；523、523’-L形缺口；5231、5231’-沟槽；524、524’-扣合端；6-无线网络装置；61-基板；611-开孔；612、612’-凹槽；613、613’-定位端；62-控制电路；63-接地部；64-USB接头。
具体实施方式
为了能更清楚地描述本实用新型所提出的平板倒F式天线及具有该天线的无线网络装置，以下将配合图式详细说明之。
本实用新型的平板倒F式天线及具有该天线的无线网络装置的主要原理，主要是以一体冲压成型形成立体天线的结构设计，可以使该天线快速组装结合于一无线网络装置的基板上，进一步减少该无线网络装置的总体积。其中，本实用新型的平板倒F式天线(PIFA)的两辐射体藉由独特的倒钩状辐射体提供所需的无线通讯频带，例如2.2GHz～2.6GHz的频带。藉此，不仅缩小该平板倒F式天线的体积，且在制作及使用组合上更加便利，也更节省成本。
请参阅图4、以及图5A至图5C所示，其分别为本实用新型平板倒F式天线的较佳实施例立体结构以及俯视图、左侧视图以及前视图的结构示意图。本实用新型的平板倒F式天线5是具有导电性的金属薄板(例如铜、铁、铝、锡、镍、银、铬、金或其合金等)藉由冲压一体成型制程所弯折形成的单板弹片式立体元件。因此，除转折折弯处外，几乎皆具有相同的一厚度。
如图4所示，于本实用新型实施例中，该平板倒F式天线5是具有导电性的金属薄片以一体冲压成型所构成的单一元件，其于俯视来看大致呈一U形结构，且包括有：一连接体51、以及左、右辐射体52、52’。于俯视来看(如图5A所示)，该连接体51是位于该U形结构底侧的一左右横向延伸的狭长状连接体51，且其两末端513、513’分别垂直向上弯折延伸出该左、右辐射体52、52’。并且，由前视图来看(如图5C所示)，于该连接体51上设有至少一馈入端511及至少一接地端512。于本实施例中，馈入端511及接地端512是以冲压的方式于该连接体51连续冲压出垂直向下延伸且相隔一预定距离的两组馈入端511及两组接地端512。并且，该两组接地端512是位于连接体51的较中央区域、而该馈入端511则是分别位于该两组接地端512的左右两侧。
也就是说，于该连接体51上以机械冲压的方式冲压出4组间隔排列的金属接点，也就是上述的两馈入端511及两接地端512，其中较接近该连接体51的中央两组金属接点即为该接地端512，而接近该连接体51的两末端513、513’即分别为该两馈入端511。
请再参阅图4所示，该左、右辐射体52、52’各自的一端部521、521’分别垂直连接于该连接体51的两末端513、513’且相互平行，进而使本实用新型的平板倒F式天线5且呈该U形结构。于该左、右辐射体52、52’上分别具有一L形缺口523、523’以形成倒钩状，并于各自的左、右辐射体52、52’的另一端部522、522’相对弯折一扣合端524、524’。该扣合端524、524’分别与该连接体51大致平行，以利于该扣合端524、524’与一无线网络装置6(如图六A、图六B所示)进行卡合。
该左、右辐射体52、52’上的L形缺口523、523’与该馈入端511及该接地端512均朝向同一垂直方向延伸。并且，该两沟槽5231、5231’分别与所连接的该L形缺口523、523’的延伸方向相垂直，亦即，该两沟槽5231、5231’分别往该左、右辐射体52、52’的该端部522、522’朝水平方向延伸。该左、右辐射体52、52’的两末端513、513’边长宽度H大于该馈入端511与该接地端512的长度h(即：H＞h)。
由此可知，当左、右辐射体52、52’相连接的该连接体51的两末端513、513’边长宽度为H、该左、右辐射体52、52’长度为L1、该连接体51长度为L2、该L形缺口523、523’宽度为W1、以及该沟槽宽度5231、5231’为W2时，本实用新型该平板倒F式天线5的尺寸比例范围如下：
3mm＜H＜5mm；11mm＜L1＜14mm；10mm＜L2＜15mm；0.5mm＜W1＜3mm；0.2mm＜W2＜1.5mm。
于本实用新型较佳实施例中，该平板倒F式天线5的操作频带大致为2.2GHz～2.6GHz的间；而于本实用新型的一较佳实施例中，该平板倒F式天线5(PIFA)的操作频带大致为2.4～2.5GHz(2.4～2.5GHz频宽通常是适用于IEEE 802.11b/g所规范的无线通讯频带)为较佳。
请参阅图6A、以及图6B所示，是具有本实用新型平板倒F式天线的无线网络装置的一实施例的立体俯视图与仰视图。于本较佳实施例中，该平板倒F式天线5组装于一无线网络装置6之上。其中，该无线网络装置6更包括有：一基板61、一控制电路62、一接地部63(GND)、以及一串列埠汇流排(USB)接头64。该基板61由介电材料所构成，该基板61具有多个开孔611。该接地部63提供电性接地(GND)的功能且广泛涵盖了设置有平板倒F式天线5的区域。
控制电路62设置于基板61上，其包括有电路布局、若干积体电路元件与若干电子元件，可提供符合802.11a、802.11b、802.11g、802.11n或/及超宽频(UWB)等通讯协定的无线网络传输功能。由于此所述的控制电路62可选用现有技术来使用且非本实用新型的主要技术特征，故以下将不赘述其详细构成。
该平板倒F式天线5装设于该无线网络装置6的该基板61上。该左，右辐射体52、52’所弯折的该扣合端524、524’与该L形缺口523、523’分别卡合于该基板61上，并分别与该基板61周缘相对应的两凹槽612、612’与两定位端613、613’相卡合。并且，该左，右辐射体52、52’的表面大致垂直于该基板61的表面，藉以形成一垂直震荡的该平板倒F式天线5(PIFA)，同时使该两组接地端512贯穿该基板61上的该开孔611，进一步以焊接的方式电气连接于该基板61的接地部63(ground)。另外两组馈入端511则亦贯穿于该基板61上所设置的开孔611中，并同样以焊接的方式电气连接于该基板61的控制电路62之上，使得该左、右辐射体52、52’与该基板61整体构成电性回路进而产生震荡频率。
该无线网络装置6的该串列埠汇流排(Universal Serial Bus，USB)接头64与该基板61上的该控制电路62电气连接。该串列埠汇流排的传输规格可以是USB2.0、USB3.0其中之一。当然，该无线网络装置6更可以包括一蓝牙装置(图中未示)与该控制电路62做电气连接，藉以达到蓝牙(Bluetooth)传输的功能，由于蓝牙技术是现有且广为市场运用的无线通讯技术，故在此不再详加赘述。
由于该无线网络装置6与该平板倒F式天线5的组合方式，不仅制作方便快速，且方便于组合于无线网络装置6的该基板61上，并且缩小无线网络装置6的整体体积。
请参阅图7A、图7B所示，其分别是如图7A所示的本实用新型该平板倒F式天线5的左辐射体52于应用频带范围2.4GHz、2.45GHz、及2.5GHz的X-Y平面上测试所得的辐射场型图、以及如图7B所示的本实用新型该平板倒F式天线5的右辐射体52’于应用频带范围2.4GHz、2.45GHz、及2.5GHz的X-Y平面上测试所得的辐射场型图。
请参考以下表一所示，本实用新型平板倒F式天线(PIFA)5的该左、右辐射体52、52’于X-Y平面上分别测试所得的的应用频带范围(2.4GHz、2.45GHz、以及2.5GHz)的水平、垂直、以及总体频率(dBi)最大值及平均值测试数值如下：
表一
由图7A的该辐射场型图以及配合上述表一中可得知，于该左辐射体52于应用频带范围(2.4GHz)时，其总体最大的增益值可高达3.76dBi，且平均增益值则可达到-3.61dBi。而由图7B的该辐射场型图以及配合上述表一中可得知，该右辐射体52’于应用频带范围(2.4GHz)时，其总体最大的增益值可高达0.89dBi，且平均增益值可达到-5.93dBi。
此外，由图7A、图7B以及配合上述表一更可进一步得知，本实用新型平板倒F式天线(PIFA)5的该左、右辐射体52、52’分别于X-Y平面上测试所得的增益效果显然比如图3所示的现有技术所测试得知的增益值高出许多。本实用新型平板倒F式天线5的该左、右辐射体52、52’增益值在辐射场型图上均大致接近于一圆形，遂即表示在不同角度与方向都更为均衡且无死角，因此可提供更良好的通讯品质。
请参阅图8A、图8B所示，是本实用新型平板倒F式天线(PIFA)5的左、右辐射体52、52’测试折返损失所得的图形。由图8A可得知，本实用新型该平板倒F式天线5的左辐射体52在2.4GHz至2.5GHz之间的频段的折返损失大体上是介于-15.495dBi至-17.029dBi之间。再由图8B可得知，而右辐射体52’在2.4GHz至2.5GHz之间的频段的折返损失大体上是介于-16.250dBi至-19.266dBi之间。由此更可得知该左、右辐射体52、52’的折返损失值均小于-10dB，已足够一般市场对于高效能无线传输天线的设计要求。可想而知，本实用新型的天线5的该左、右两辐射体52、52’可提供较更良好稳定的单频无线讯号通讯品质与传输效率并降低成本。
但以上所述的实施例不应用于限制本实用新型的可应用范围。本实用新型的保护范围应以本实用新型的申请专利范围内容所界定技术精神及其均等变化所含括的范围为主。即大凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化及修饰，仍将不失本实用新型的要义所在，亦不脱离本实用新型的精神和范围，故都应视为本实用新型的进一步实施状况。
Claims (10)
1.一种平板倒F式天线，其特征在于，其包括有：
一连接体，其上设有至少一馈入端及至少一接地端；以及
两辐射体，每一该辐射体的一端部垂直连接于该连接体，并该两辐射体相互平行且形状对应；
其中，于该两辐射体上均具有一L形缺口以形成倒钩状，并于每一该辐射体的另一端部弯折一扣合端，该扣合端与该连接体平行。
2.如权利要求1所述的平板倒F式天线，其特征在于，该平板倒F式天线是具有导电性的金属薄片以一体冲压成型所构成的单一立体元件。
3.如权利要求1所述的平板倒F式天线，其特征在于，与两辐射体的两端边长宽度大于该馈入端与该接地端的长度。
4.如权利要求1所述的平板倒F式天线，其特征在于，该馈入端及该接地端分别为两组，且该馈入端分别位于该两组接地端的两侧。
5.如权利要求1所述的平板倒F式天线，其特征在于，该辐射体所弯折的该扣合端与该L形缺口分别卡合于一无线网络装置的一基板上，并分别与该基板周缘的一凹槽与一定位端相卡合，且该辐射体的表面垂直于该基板的表面；其中，该接地端电气连接于该基板的一接地部；而该馈入端电气连接于该基板的一控制电路。
6.如权利要求1所述的平板倒F式天线，其特征在于，该平板倒F式天线的操作频带介于2.4GHz和2.5GHz之间。
7.如权利要求1所述的平板倒F式天线，其特征在于，该辐射体的该L形缺口与该馈入端及该接地端朝向同一方向，且该L形缺口所垂直延伸的一沟槽往该辐射体具有该扣合端的该端部方向延伸；并且，两辐射体相连接的该连接体的两端边长宽度为H，该辐射体长度为L1，该连接体长度为L2，该L形缺口宽度为W1，该沟槽宽度为W2；其中，
3mm＜H＜5mm；
11mm＜L1＜14mm；
10mm＜L2＜15mm；
0.5mm＜W1＜3mm；
0.2mm＜W2＜1.5mm。
8.一种具有平板倒F式天线的无线网络装置，其特征在于，包括有：
一基板，由介电材料所构成，该基板具有多个开孔，且于该基板上设有电气接地的一接地部；
一控制电路，设置于该基板上；以及
至少一平板倒F式天线，是一U形结构且设置于该基板上，该平板倒F式天线包括有：
一连接体，其上设有至少一馈入端及至少一接地端，且分别插置于该开孔中，使该基板位于两辐射体之间；以及
两辐射体，每一该辐射体的一端部连接于该连接体并相互平行且形状对应，而该辐射体与该连接体相垂直；
其中，于两辐射体上均具有一L形缺口以形成倒钩状，并于每一该辐射体的另一端部弯折一扣合端，该扣合端与该连接体平行；该接地端电气连接于该基板的该接地部，而该馈入端电气连接于该基板的该控制电路。
9.如权利要求8所述的具有平板倒F式天线的无线网络装置，其特征在于，该平板倒F式天线是具有导电性的金属薄片以一体冲压成型所构成的单一立体元件；并且，该两辐射体的两端边长宽度大于该馈入端与该接地端的长度；该辐射体所弯折的该扣合端与该L形缺口分别卡合于该基板上，并分别与该基板周缘的一凹槽与一定位端相卡合，且该辐射体的表面垂直于该基板的表面。
10.如权利要求8所述的具有平板倒F式天线的无线网络装置，其特征在于，该辐射体的该L形缺口与该馈入端及该接地端朝向同一方向，且该L形缺口所垂直延伸的一沟槽往该辐射体具有该扣合端的该端部方向延伸；并且，两辐射体相连接的该连接体的两端边长宽度为H，该辐射体长度为L1，该连接体长度为L2，该L形缺口宽度为W1，该沟槽宽度为W2；其中，
3mm＜H＜5mm；
11mm＜L1＜14mm；
10mm＜L2＜15mm；
0.5mm＜W1＜3mm；
0.2mm＜W2＜1.5mm。
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