TW201320468A - 槽孔天線 - Google Patents

Abstract

一種槽孔天線包含基板、耦合式饋入結構及接地件。耦合式饋入結構設置於基板的頂面。耦合式饋入結構包含第一耦合件及第二耦合件。第二耦合件分離地設置於第一耦合件的側旁。接地件電性連接於基板的底面並具有槽孔。部份槽孔設於第一耦合件與第二耦合件的下方。

Description

槽孔天線

本發明是有關於一種槽孔天線，特別是有關於一種可使槽孔縮小化的槽孔天線。

天線是一種可以將電路中的電磁能量相互轉換的耦合元件或導電系統。舉例來說，傳送信號時，天線會將操作頻率的無線訊號電能轉變成電磁能量輻射到週遭的環境。接收信號時，天線將接收操作頻率的無線訊號電磁能量輻射轉變成電能提供給接收器處理。一般而言，可藉由輻射場型(Radiation Pattern)、折返損耗(Return Loss)、天線增益(Antenna Gain)…等參數來判斷天線的特性與效能。

由於不同的通訊產品的操作頻率及所需的功能不盡相同，故其用以輻射或接收訊號的天線設計具有多樣化，例如偶極天線(dipole antenna)、單極天線(monopole antenna)、行進波進天線(Traveling-Wave Wire antenna)、螺旋型天線(Helical antenna)、渦狀天線(Spiral antenna)、環型天線(Ring antenna)、微帶天線(Microstrip Antenna)、印刷天線(Print Antenna)…等。其中，為了在無線網路的應用上，希望產品能在水平面上有良好的覆蓋範圍，一般都使用偶極天線(dipole antenna)來得到全向性的輻射場型，但是偶極天線的缺點為會凸出產品，增加產品體積與設計上的難度，而微帶天線則具有體積小、重量輕、低成本與容易產製的優點。因此，為進一步縮減產品體積，微帶天線是非常值得採用的方式。現行的微帶天線有多種的饋入方法，如同軸電纜饋入、微帶線饋入、共平面波導饋入(CPW)…等。為了增大微帶天線的有效頻寬，另一現行之饋入方式為利用槽孔耦合的方式。

然而，對於傳統封閉式的槽孔天線，由於其所需之共振長度為無線訊號操作頻率波長的1/2倍，因此其槽孔將佔據較大的接地面空間，較不適合應用於手持式行動通訊裝置內。而習知開路式的槽孔天線，雖然其槽孔所需之共振長度可縮小為無線訊號操作頻率波長的1/4倍，但在現今電子產品皆朝向小型化的趨勢下也漸漸不敷使用。因此，發展出共振長度更小的槽孔天線，是此業界必須刻不容緩投入探討與研究的課題。

為解決習知技術之問題，本發明之一技術樣態是一種槽孔天線，其主要是使用本發明所提出的耦合式饋入結構以激發天線共振模態，進而達成使槽孔所需之共振長度縮小為無線訊號操作頻率波長的1/8倍的成效。並且，本發明的槽孔天線可藉由調整耦合式饋入結構的幾何尺寸而使其的等效容抗或感抗相對應地改變，進而使槽孔天線獲得所需的輻射特性，接著，利用耦合式饋入結構的第二耦合件接地，等效於植入一對地電感，可以用以補償槽孔短於自然共振長度時的高容抗特性，進而縮小所需的槽孔的長度。另外，本發明的槽孔天線應用於一般的電子裝置上時，可將槽孔直接設置於電子裝置的金屬背蓋上，進而達到可免去天線輻射淨空區域的優點。再者，本發明以微帶線形式所製成的耦合式饋入結構形成等效電容，還可省去設置實體電容的成本。

根據本發明一實施例，一種槽孔天線用以傳送一無線訊號。槽孔天線包含基板、耦合式饋入結構以及接地件。基板具有頂面以及底面。耦合式饋入結構設置於頂面。耦合式饋入結構包含第一耦合件以及第二耦合件。第二耦合件分離地設置於第一耦合件的側旁。接地件電性連接於底面並具有槽孔。部份槽孔設於第一耦合件與第二耦合件的下方。

於本發明之一實施例中，上述之第一耦合件包含第一耦合部。第二耦合件包含第二耦合部。第一耦合部與第二耦合部大體上平行第一方向併排地設置於頂面。

於本發明之一實施例中，上述之槽孔呈封閉狀。槽孔於垂直第一方向之第二方向上具有長度。長度為無線訊號波長的1/2倍或1/4倍。

於本發明之一實施例中，上述之槽孔呈開路狀。槽孔於垂直第一方向之第二方向上具有長度。長度為無線訊號波長的1/8倍。

於本發明之一實施例中，上述之槽孔具有開口。槽孔於第一方向上的寬度係朝遠離開口的方向漸擴。

於本發明之一實施例中，上述之第二耦合件進一步包含彎折部。彎折部連接第二耦合部。第一耦合部與彎折部兩者沿第一方向之間相隔第一寬度，耦合式饋入結構整體的容抗值可藉由改變第一寬度而調整。

於本發明之一實施例中，上述之第一耦合部具有第二寬度，耦合式饋入結構的感抗值可藉由改變第二寬度而調整。

於本發明之一實施例中，上述之第一耦合部與第二耦合部兩者沿第二方向之間相隔第三寬度，耦合式饋入結構整體的容抗值可藉由改變第三寬度而調整。

於本發明之一實施例中，上述之第一耦合部位於頂面的邊緣。

於本發明之一實施例中，上述之基板具有貫孔。貫孔鄰近第二耦合件遠離第一耦合件之一端。第二耦合件係經由貫孔電性連接接地件。

於本發明之一實施例中，上述之第二耦合件具有短路點，且第二耦合件係以短路點經由貫孔電性連接接地件。

於本發明之一實施例中，上述之第一耦合件更包含饋入部，其係與第一耦合部電性連接。

於本發明之一實施例中，上述之饋入部為微帶線或同軸電纜線。

於本發明之一實施例中，上述之槽孔呈L型。

於本發明之一實施例中，上述之槽孔呈U型。

於本發明之一實施例中，上述之接地件為電子裝置之金屬背蓋。

於本發明之一實施例中，上述之槽孔為金屬背蓋的出音孔。

於本發明之一實施例中，上述之金屬背蓋具有標誌(Logo)。槽孔為標誌的一部份。

於本發明之一實施例中，上述之基板為印刷電路板或軟性電路板。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

本發明之一技術態樣是一種槽孔天線。更具體地說，其主要是使用本發明所提出的耦合式饋入結構以激發天線共振模態，進而達成使槽孔所需之共振長度縮小為無線訊號操作頻率波長的1/8倍的成效。並且，本發明的槽孔天線可藉由調整耦合式饋入結構的幾何尺寸而使其的等效容抗或感抗相對應地改變，進而使槽孔天線獲得所需的輻射特性，接著，利用耦合式饋入結構的第二耦合件接地，等效於植入一對地電感，可以用以補償槽孔短於自然共振長度時的高容抗特性，進而縮小所需的槽孔的長度。另外，本發明的槽孔天線應用於一般的電子裝置上時，可將槽孔直接設置於電子裝置的金屬背蓋上，進而達到可免去天線輻射淨空區域的優點。再者，本發明以微帶線形式所製成的耦合式饋入結構形成等效電容，還可省去設置實體電容的成本。

請參照第1A圖與第1B圖。第1A圖為繪示本發明一實施例之槽孔天線1的上視圖。第1B圖為繪示第1A圖中之槽孔天線1的側視圖。

如第1A圖與第1B圖所示，本發明的槽孔天線1可以應用於電腦裝置(例如，個人電腦、筆記型電腦、平板電腦…等)或是消費性電子產品(例如，手機、對講機…等)，但並不以此為限。換言之，本發明的槽孔天線1可以應用於任何具有無線電收發功能的電子產品，只要電子產品對於其本身的體積或天線的尺寸有縮小化的需求，皆可藉由應用本發明使槽孔天線1的槽孔140有效地縮小化的概念而達到。

如第1A圖與第1B圖所示，於本實施例中，槽孔天線1可用以傳送一特定頻率之無線訊號。

槽孔天線1包含基板10、耦合式饋入結構12以及接地件14。槽孔天線1的基板10可為以FR4玻璃纖維板、FRP玻璃纖維板或陶瓷基板做為基材的印刷電路板，或軟性電路板，但並不以此為限。槽孔天線1的基板10具有頂面10a及底面10b。槽孔天線1的耦合式饋入結構12設置於基板10的頂面10a。槽孔天線1的耦合式饋入結構12包含第一耦合件120以及第二耦合件122。耦合式饋入結構12的第二耦合件122係分離地設置於第一耦合件120的側旁。槽孔天線1的接地件14電性連接於基板10的底面10b，並且具有槽孔140。接地件14的部份槽孔140係設於耦合式饋入結構12的第一耦合件120與第二耦合件122的下方。

如第1A圖所示，於本實施例中，耦合式饋入結構12的第一耦合件120包含呈直條狀的第一耦合部120a，第二耦合件122也包含呈直條狀的第二耦合部122a。第一耦合件120的第一耦合部120a與第二耦合件122的第二耦合部122a大體上平行第一方向A1併排地設置於基板10的頂面10a。另外，於本實施例中，接地件14的槽孔140呈開路狀。因此，接地件14的槽孔140具有開口140a。接地件14的槽孔140於垂直第一方向A1之第二方向A2上具有長度L。本發明藉由在基板10的頂面10a與底面10b分別設置上下部份重疊的耦合式饋入結構12以及槽孔140，藉由耦合式饋入結構等效了電容值與電感值補償槽孔140原本需要的長度，以達成使槽孔140所需之長度L由槽孔天線1所發射無線訊號波長的1/4倍縮小為無線訊號波長的1/8倍的成效。

然而，本發明的耦合式饋入結構12並不限於只能使用於具有開路式槽孔140的槽孔天線1。於一實施例中，接地件14的槽孔140亦可呈封閉狀。依據槽孔天線的原理，具有封閉式槽孔的槽孔天線，其槽孔所需之長度可為槽孔天線所發射之訊號的波長的1/2倍。

如第1A圖所示，於本實施例中，第一耦合件120的第一耦合部120a位於基板10的頂面10a的邊緣。當耦合式饋入結構12越靠近基板10的邊緣時，本發明的槽孔天線1即可獲得越好的輻射表現。然而，於實際應用中，槽孔天線1的耦合式饋入結構12並不一定必須設置於基板10的邊緣，可依據設計所需(例如，配合基板10上其他電路元件的布局)或製造上的限制(例如，讓位設計)而彈性地調整耦合式饋入結構12相對基板10邊緣的距離。

如第1B圖所示，於本實施例中，槽孔天線1的基板10具有貫孔100。基板10的貫孔100鄰近第二耦合件122遠離第一耦合件120之一端。第二耦合件122係經由基板10的貫孔100電性連接位於基板10底面10b的接地件14。在此要說明的是，當槽孔天線1的槽孔140短於自然共振長度(槽孔天線1相對之操作頻率波長的1/2倍)時，槽孔天線1的特徵阻抗會呈現高容抗特性。因此，為了補償此高容抗特性，本實施例係使耦合式饋入結構12的第二耦合件122接地，此舉等效於植入一對地電感，可以用以補償高容抗特性。

如第1A圖以及第1B圖所示，於本實施例中，耦合式饋入結構12的第一耦合件120更包含饋入部120c，其係與第一耦合部120a電性連接。饋入部120c具有饋電點120b，第二耦合件122具有短路點122c。第一耦合件120的饋電點120b與第二耦合件122的短路點122c分別位於接地件14的槽孔140的兩側，並且第二耦合件122係以短路點122c經由基板10的貫孔100電性連接接地件14。

請參照第2圖。第2圖為繪示第1A圖中之耦合式饋入結構12的局部放大圖。

如第2圖所示，於本實施例中，耦合式饋入結構12的第二耦合件122進一步包含彎折部122b。第二耦合件122的彎折部122b連接第二耦合部122a遠離第一耦合件120的一端。第二耦合件122的彎折部122b大體上沿第二方向A2彎折(可平行或不平行第二方向A2)，並且第一耦合部120a的末端係正對第二耦合件122的彎折部122b。因此，第一耦合部120a的末端與第二耦合件122的彎折部122b之間具有第一寬度W1。由於本發明的耦合式饋入結構12係藉由第一耦合件120的第一耦合部120a與第二耦合件122的第二耦合部122a形成等效電容，因此第一耦合部120a與第二耦合部122a兩者之間沿第一方向A1的重疊範圍會影響耦合式饋入結構12整體的容抗值。換言之，本發明的耦合式饋入結構12所形成的等效電容的容抗值，可藉由改變第一耦合部120a的末端與彎折部122b之間的第一寬度W1而獲得調整。當第一寬度W1變小時，代表第一耦合部120a與第二耦合部122a之間的重疊範圍變大(亦即，電容值(Capacitance)變大)，則耦合式饋入結構12所形成的等效電容的容抗值變小，故槽孔天線1相對之操作頻率會往低頻偏。相對地，當第一寬度W1變大時，代表第一耦合部120a與第二耦合部122a之間的重疊範圍變小(亦即，電容值變小)，則耦合式饋入結構12所形成的等效電容的容抗值變大，故槽孔天線1相對之操作頻率會往高頻偏。

另外，於本實施例中，第一耦合件120的第一耦合部120a具有第二寬度W2。第一耦合部120a的第二寬度W2會影響耦合式饋入結構12整體的感抗值(Reactance)。換言之，本發明的耦合式饋入結構12的感抗值，可藉由改變第一耦合部120a的第二寬度W2而獲得調整。當第二寬度W2變小時，代表耦合式饋入結構12的電感值(Inductance)變大，則槽孔天線1相對之操作頻率會往低頻偏。相對地，當第二寬度W2變大時，代表耦合式饋入結構12的電感值變小，則槽孔天線1相對之操作頻率會往高頻偏。再者，於本實施例中，第一耦合部120a與彎折部122b兩者沿第二方向之間相隔一第三寬度W3，耦合式饋入結構12整體的容抗值可藉由改變第三寬度W3而調整。當第一寬度W3變小時，代表第一耦合部120a與第二耦合部122a之間的距離變近(亦即，電容值變大)，則耦合式饋入結構12所形成的等效電容的容抗值變小，故槽孔天線1相對之操作頻率會往低頻偏。相對地，當第一寬度W3變大時，代表第一耦合部120a與第二耦合部122a之間的距離變遠(亦即，電容值變小)，則耦合式饋入結構12所形成的等效電容的容抗值變大，故槽孔天線1相對之操作頻率會往高頻偏。

於本實施例中，耦合式饋入結構12的饋入部120c為微帶線或同軸電纜線，但並不以此為限。

綜上所述，本發明可分別藉由改變第一耦合部120a的末端與彎折部122b之間的第一寬度W1、第一耦合部120a的第二寬度W2以及第一耦合部120a與彎折部122b之間相隔的第三寬度W3，而調整槽孔天線1的容抗值與感抗值，不僅可調整槽孔天線1的操作頻率與阻抗匹配，使其能於符合預期的輻射特性下進行運作，亦可藉由耦合式饋入結構12等效的電容值及電感值補償槽孔140原本需要的長度。再者，利用耦合式饋入結構12的第二耦合件122接地，等效於植入一對地電感，可以用以補償槽孔140短於自然共振長度時的高容抗特性，進而縮小所需的槽孔140的長度，達成使槽孔140所需之共振長度縮小為操作頻率波長的1/8倍的成效。

舉例來說，假設採用厚度為0.8 mm、介電係數為4.4的FR4基板，此時，預完成一發射頻率為2.46 GHz的槽孔天線，則其所對應的波長即約為74 mm(公釐)，那麼槽孔的長度為1/8倍的波長約為9.25 mm。

請參照第3A圖、第3B圖、第3C圖以及第3D圖。第3A圖為繪示第1A圖中之槽孔天線1另一實施例的局部上視圖。第3B圖為繪示第1A圖中之槽孔天線1另一實施例的局部上視圖。第3C圖為繪示第1A圖中之槽孔天線1另一實施例的局部上視圖。第3D圖為繪示第1A圖中之槽孔天線1另一實施例的局部上視圖。

如第3A圖至第3D圖所示，接地件14的槽孔140的形狀可改變為如第3A圖中呈L型的槽孔240、如第3B圖中呈U型的槽孔340、如第3C圖中於第一方向A1(可參考第1A圖)上增加寬度的槽孔440，或者如第3D圖中的槽孔540於第一方向A1上的寬度朝遠離開口140a(可參考第1A圖)的方向漸擴(亦即，遠離第3D圖中的基板10的邊緣)，但並不以此為限。只要符合本發明於上述對於槽孔天線1的設計原則下，接地件14的槽孔140的形狀可依照設計所需(例如，美感)或製造上的限制(例如，讓位設計)而彈性地調整。

請參照第4圖。第4圖為繪示第1A圖中之槽孔天線1應用於電子裝置的局部剖視圖。

如第4圖所示，於本實施例中，本發明的槽孔天線1可應用於一電子裝置中。電子裝置包含有金屬背蓋以及前蓋16。因此，槽孔天線1可以直接將其接地件14製作成電子裝置的金屬背蓋，並不需額外再製作一導電的金屬片作為槽孔天線1的接地件14。於本實施例中，電子裝置還包含有設置於金屬背蓋以及前蓋16之間的揚聲器3，可利用金屬背蓋的出音孔作為槽孔天線1的槽孔140，使金屬背蓋的出音孔可同時提供揚聲器3出音，並作為槽孔天線1的一部分。

另外，若電子裝置的金屬背蓋上有標誌(Logo)，則槽孔天線1的槽孔140還可充作標誌的一部份。舉例來說，某D公司的標誌包含英文字母L，則槽孔天線1的槽孔140可製造成L型而成為某D公司的標誌的一部分。

由以上對於本發明之具體實施例之詳述，可以明顯地看出，本發明之槽孔天線主要是使用本發明所提出的耦合式饋入結構以激發天線共振模態，進而達成使槽孔所需之共振長度縮小為無線訊號波長的1/8倍長度的成效。並且，本發明的槽孔天線可藉由調整耦合式饋入結構的幾何尺寸而使其的等效容抗或感抗相對應地改變，進而使槽孔天線獲得所需的輻射特性，接著，利用耦合式饋入結構的第二耦合件接地，等效於植入一對地電感，可以用以補償槽孔短於自然共振長度時的高容抗特性，進而縮小所需的槽孔的長度。另外，本發明的槽孔天線應用於一般的電子裝置上時，可將槽孔直接設置於電子裝置的金屬背蓋上，進而達到可免去天線輻射淨空區域的優點。再者，本發明以微帶線形式所製成的耦合式饋入結構形成等效電容，還可省去設置實體電容的成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．槽孔天線

10．．．基板

10a．．．頂面

10b．．．底面

100．．．貫孔

12．．．耦合式饋入結構

120．．．第一耦合件

120a．．．第一耦合部

120b．．．饋電點

120c．．．饋入部

122．．．第二耦合件

122a．．．第二耦合部

122b．．．彎折部

122c．．．短路點

14．．．接地件

140、240、340、440、540．．．槽孔

140a．．．開口

16．．．前蓋

3．．．揚聲器

A1．．．第一方向

A2．．．第二方向

W1．．．第一寬度

W2．．．第二寬度

W3．．．第三寬度

L．．．長度

第1A圖為繪示本發明一實施例之槽孔天線的上視圖。

第1B圖為繪示第1A圖中之槽孔天線的側視圖。

第2圖為繪示第1A圖中之耦合式饋入結構的局部放大圖。

第3A圖為繪示第1A圖中之槽孔天線另一實施例的局部上視圖。

第3B圖為繪示第1A圖中之槽孔天線另一實施例的局部上視圖。

第3C圖為繪示第1A圖中之槽孔天線另一實施例的局部上視圖。

第3D圖為繪示第1A圖中之槽孔天線另一實施例的局部上視圖。

第4圖為繪示第1A圖中之槽孔天線應用於電子裝置的局部剖視圖。

1．．．槽孔天線

10．．．基板

10a．．．頂面

12．．．耦合式饋入結構

120．．．第一耦合件

120a．．．第一耦合部

120b．．．饋電點

120c．．．饋入部

122．．．第二耦合件

122a．．．第二耦合部

122b．．．彎折部

122c．．．短路點

140．．．槽孔

140a．．．開口

A1．．．第一方向

A2．．．第二方向

L．．．長度

Claims (19)

1. 一種槽孔天線，用以傳送一無線訊號，該槽孔天線包含：一基板，具有一頂面及一底面；一耦合式饋入結構，設置於該頂面，該耦合式饋入結構包含：一第一耦合件；以及一第二耦合件，分離地設置於該第一耦合件的側旁；以及一接地件，電性連接於該底面並具有一槽孔，其中部份該槽孔設於該第一耦合件與該第二耦合件的下方。
2. 如請求項1所述之槽孔天線，其中該第一耦合件包含一第一耦合部，該第二耦合件包含一第二耦合部，該第一耦合部與該第二耦合部大體上平行一第一方向併排地設置於該頂面。
3. 如請求項2所述之槽孔天線，其中該槽孔呈封閉狀，該槽孔於垂直該第一方向之一第二方向上具有一長度，該長度為該無線訊號波長的1/2倍或1/4倍。
4. 如請求項2所述之槽孔天線，其中該槽孔呈開路狀，該槽孔於垂直該第一方向之一第二方向上具有一長度，該長度為該無線訊號波長的1/8倍。
5. 如請求項4所述之槽孔天線，其中該槽孔具有一開口，該槽孔於該第一方向上的寬度係朝遠離該開口的方向漸擴。
6. 如請求項2所述之槽孔天線，其中該第二耦合件進一步包含一彎折部，該彎折部連接該第二耦合部，該第一耦合部與該彎折部兩者沿該第一方向之間相隔一第一寬度，該耦合式饋入結構整體的容抗值可藉由改變該第一寬度而調整。
7. 如請求項2所述之槽孔天線，該第一耦合部具有一第二寬度，該耦合式饋入結構的感抗值可藉由改變該第二寬度而調整。
8. 如請求項2所述之槽孔天線，其中該第一耦合部與該第二耦合部兩者沿第二方向之間相隔一第三寬度，該耦合式饋入結構整體的容抗值可藉由改變該第三寬度而調整。
9. 如請求項2所述之槽孔天線，其中該第一耦合部位於該頂面的邊緣。
10. 如請求項1所述之槽孔天線，其中該基板具有一貫孔，鄰近該第二耦合件遠離該第一耦合件之一端，該第二耦合件係經由該貫孔電性連接該接地件。
11. 如請求項10所述之槽孔天線，其中該第二耦合件具有一短路點，且該第二耦合件係以該短路點經由該貫孔電性連接該接地件。
12. 如請求項1所述之槽孔天線，其中該第一耦合件更包含：一饋入部，其係與該第一耦合部電性連接。
13. 如請求項12所述之槽孔天線，其中該饋入部為微帶線或同軸電纜線。
14. 如請求項1所述之槽孔天線，其中該槽孔呈L型。
15. 如請求項1所述之槽孔天線，其中該槽孔呈U型。
16. 如請求項1所述之槽孔天線，其中該接地件為一電子裝置之一金屬背蓋。
17. 如請求項16所述之槽孔天線，其中該槽孔為該金屬背蓋的一出音孔。
18. 如請求項16所述之槽孔天線，其中該金屬背蓋具有一標誌(Logo)，該槽孔為該標誌的一部份。
19. 如請求項1所述之槽孔天線，其中該基板為一印刷電路板或一軟性電路板。