TW201332207A - 隱藏式天線 - Google Patents

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Abstract

一種隱藏式天線。隱藏式天線包括同軸電纜及接地連接部。同軸電纜包括中心導體、絕緣層及外層編織網。中心導體包括信號傳輸部及輻射部。輻射部係連接信號傳輸部，並提供共振頻率。絕緣層包覆信號傳輸部及幅射部。外層編織網包覆信號傳輸部而不包覆幅射部。接地連接部電性連接系統接地部與外層編織網。

Description

隱藏式天線
本發明是有關於一種天線，且特別是有關於一種隱藏式天線。
請參照第1圖，第1圖繪示係為使用傳統倒F型天線之螢幕電腦之示意圖。螢幕電腦1係使用傳統平面倒F型天線(Planar Inverted-F Antennas,PIFA)11收發無線訊號。倒F型天線11必須依據周遭環境進行設計。即使在射頻規格(RF Specification)一樣的條件下，不一樣的周遭環境都必須用各別的設計調整來達成天線幅射體(Antenna Radiating Element)射頻規格的目標，所以就目前的天線設計技術而言皆須考量天線所置放位置的相關參數來做設計依據以達成所要的特性與表現。
不論是筆記型電腦、平板電腦或螢幕電腦，天線的擺放位置大部份都集中在螢幕周邊部份，因此天線幅射體的設計就會依據螢幕周邊部份的可用立體空間作為規劃。以目前的設計技術而言，天線的操作頻率(Operating Frequency)越低所需要的立體空間就越大。反之，天線的共振頻率(Resonance Frequency)越高就可以在較小的立體空間中完成天線幅射體的設計。也因此隱藏式天線的設計樣式就隨著不同的產品結構有不同的設計，無法使用單一設計來滿足各種結構的射頻要求。縱使是在十分相近的周遭環境與條件下天線幅射體(包含正極與負極；接地部份之架構)也必須做調整以期符合射頻規格。因此天線設計者皆需因應天線所置放位置的周遭環境與條件並依據所使用的天線輻射體做設計。
本發明係有關於一種隱藏式天線(Embedded Antenna)。
根據本發明，提出一種隱藏式天線。隱藏式天線包括同軸電纜及接地連接部。同軸電纜包括中心導體、絕緣層及外層編織網。中心導體包括信號傳輸部及輻射部。輻射部係連接信號傳輸部，並提供共振頻率。絕緣層包覆信號傳輸部及幅射部。外層編織網包覆該信號傳輸部而不包覆幅射部。接地連接部電性連接系統接地部與外層編織網。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第一實施例
請同時參照第2圖及第3圖，第2圖繪示係為一種具隱藏式天線之電子裝置之局部示意圖，第3圖繪示係為依照第一實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。電子裝置2例如為平板電腦、筆記型電腦或螢幕電腦(All In One,AIO)，電子裝置2至少包括隱藏式天線(Embedded Antenna)21及系統接地端22。系統接地端22例如為電子裝置2中的金屬機構。
於第一實施例中，隱藏式天線21係以隱藏式天線21a為例說明。隱藏式天線21a包括同軸電纜及接地連接部211，且同軸電纜包括中心導體212、絕緣層213及外層編織網214。中心導體212包括輻射部212a及信號傳輸部212b。輻射部212a係連接信號傳輸部212b，並提供一共振頻率。輻射部212a可視為自外層編織網214向外延伸。當應用於無線區域網路時(Wireless LAN,WLAN)，輻射部212a之共振頻率例如是2.4GH～2.5GHz。輻射部212a之長度L1係為對應於共振頻率的四分之一波長。當共振頻率為2.4GH～2.5GHz時，輻射部212a之長度L1約為3cm～3.125cm之間。輻射部212a之長度L1亦可藉由調整絕緣層213的介電質材料或中心導體212的線徑寬度而進行微調。
絕緣層213包覆信號傳輸部212b及輻射部212a。外層編織網214包覆信號傳輸部212b，而不包覆傳輸部212b。接地連接部211電性連接系統接地部22與外層編織網214。接地連接部211例如為銅箔膠布。當接地連接部211使用銅箔膠布時，除了能電性連接系統接地部22與外層編織網214外，更能同時地固定隱藏式天線21a。此外，藉由適當地調整系統接地部22的寬度能進一步地增加隱藏式天線21a的頻寬。
相較於傳統平面倒F型天線(Planar Inverted-F Antennas,PIFA)，由於隱藏式天線21a主要是由同軸電纜所實現，因此能降低生產成本。此外，隱藏式天線21a的空間相依性較低，機構設計上僅需一條固定同軸電纜的溝槽即可。隱藏式天線21a能沿著電子裝置2的邊框四周任意位置擺放。相較於傳統平面倒F型天線，隱藏式天線21a不需要在機構上額外地設計定位孔，將有助於電子裝置2的機構設計達到簡單化及標準化的目標。不僅如此，由於外層編織網214經系統接地部22電性連接至接地連接部211，因此能提昇效率及因應環境自我調適天線響應。
第二實施例
請同時參照第2圖及第4圖，第4圖繪示係為依照第二實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。於第二實施例中，隱藏式天線21係以隱藏式天線21b為例說明。隱藏式天線21b與前述隱藏式天線21a主要不同之處在於隱藏式天線21b之輻射部212a能因應環境的需要而設計成呈L狀。如此一來，隱藏式天線21b能設置於電子裝置2的角落，而進一步地降低機構設計的困難度。
第三實施例
請同時參照第2圖及第5圖，第5圖繪示係為依照第三實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。於第三實施例中，隱藏式天線21係以隱藏式天線21c為例說明。隱藏式天線21c與前述隱藏式天線21a主要不同之處在於隱藏式天線21c之中心導體212更包括幅射部212c。幅射部212c係電性連接幅射部212a以形成一應用於無線區域網路的雙頻天線。幅射部212a提供一共振頻率，而另一共振頻率係由幅射部212c與幅射部212a之組合所提供。幅射部212a所提供之共振頻率與幅射部212c所提供之共振頻率不同。舉例來說，幅射部212a提供之共振頻率為5.15GHz～5.85GHz，而幅射部212c與幅射部212a之組合提供之共振頻率為2.4GHz～2.5GHz。
幅射部212c例如係被延展成一幾何平面，幾何平面的形狀可視需求予以調整。為方便說明起見，第5圖繪示之幅射部212c係以矩形平面為例說明。幅射部212a之長度L1與幅射部212c之長度L2的總和為幅射部212a與幅射部212c的總長度。幅射部212a與幅射部212c的總長度係為對應於共振頻率2.4GHz～2.5GHz的四分之一波長。幅射部212a之長度L1係為對應於共振頻率5.15GHz～5.85GHz的四分之一波長。於第三實施例中幅射部212a與幅射部212c的總長度約為3cm～3.125cm；幅射部212a的長度L1約為1.46cm～1.28cm；幅射部212c的長度L2約為2cm。於第三實施例中幅射部212c之寬度W2約為1cm，而幅射部212c之寬度W2亦能適當地進行微調，以提高隱藏式天線21c的頻寬。
第四實施例
請同時參照第2圖及第6圖，第6圖繪示係為依照第四實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。於第四實施例中，隱藏式天線21係以隱藏式天線21d為例說明。隱藏式天線21d與前述隱藏式天線21c主要不同之處在於隱藏式天線21d之輻射部215係為銅箔膠布。輻射部215係電性連接幅射部212a以形成一應用於無線區域網路的雙頻天線。幅射部212a提供一共振頻率，而另一共振頻率係由幅射部215與幅射部212a之組合所提供。幅射部212a所提供之共振頻率與幅射部215所提供之共振頻率不同。舉例來說，幅射部212a提供之共振頻率為5.15GHz～5.85GHz，而幅射部215與幅射部212a之組合提供之共振頻率為2.4GHz～2.5GHz。
幅射部215的幾何平面形狀可視需求予以調整。為方便說明起見，第5圖繪示之幅射部215係以矩形平面為例說明。幅射部212a之長度L1與幅射部215之長度L2的總和為幅射部212a與幅射部215的總長度。幅射部212a與幅射部215的總長度係為對應於共振頻率2.4GHz～2.5GHz的四分之一波長。幅射部212a之長度L1係為對應於共振頻率5.15GHz～5.85GHz的四分之一波長。於第三實施例中幅射部212a與幅射部215的總長度約為3cm～3.125cm；幅射部212a的長度L1約為1.46cm～1.28cm；幅射部215的長度L2約為2cm。於第三實施例中幅射部215之寬度W2約為1cm，而幅射部215之寬度W2亦能適當地進行微調，以提高隱藏式天線21d的頻寬。
第五實施例
請同時參照第2圖及第7圖，第7圖繪示係為依照第五實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。於第五實施例中，隱藏式天線21係以隱藏式天線21e為例說明。隱藏式天線21e與前述隱藏式天線21a主要不同之處在於隱藏式天線21e更包括金屬套管216。金屬套管216例如為鋁管或銅管，且金屬套管216包覆至少部份絕緣層214。隱藏式天線21e能藉由金屬套管216達到增加頻寬的效果。
第六實施例
請同時參照第2圖、第8圖及9圖，第8圖繪示係為依照第六實施例之一種金屬套管之示意圖，第9圖繪示係為依照第六實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。於第六實施例中，隱藏式天線21係以隱藏式天線21f為例說明。隱藏式天線21f與前述隱藏式天線21a主要不同之處在於隱藏式天線21f更包括金屬套管217。金屬套管217包括套管部217a及套管部217b，套管部217b係與套管部217a連接。套管部217a具有管徑g1，而套管部217b具有管徑g2。其中，管徑g2大於管徑g1。於第六實施例中，套管部217a係相鄰輻射部212a，而套管部217b係自套管部217a沿與輻射部212a相反的延伸方向向外延伸。需說明的是，隱藏式天線21f可藉由調整管徑g2的大小來改變頻寬大小。
第七實施例
請同時參照第2圖、第8圖及10圖，第10圖繪示係為依照第七實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。於第七實施例中，隱藏式天線21係以隱藏式天線21g為例說明。隱藏式天線21g與前述隱藏式天線21f主要不同之處在於套管部217b係相鄰輻射部212a，而套管部217a係自套管部217b沿與輻射部212a相反的延伸方向向外延伸。需說明的是，隱藏式天線21g可藉由調整管徑g2的大小來改變頻寬大小。
第八實施例
請同時參照第2圖、第34圖、第35圖及第36圖，第34圖繪示係為依照第八實施例之一種隱藏式天線之正面示意圖，第35圖繪示係為依照第八實施例之一種隱藏式天線之背面示意圖，第36圖繪示係為依照第八實施例之一種隱藏式天線之側面示意圖。於第八實施例中，隱藏式天線21係以隱藏式天線21h為例說明。隱藏式天線21h與前述隱藏式天線21d主要不同之處在於隱藏式天線21h更包括延伸編織網218。延伸編織網218係被延展成一平面，且與外層編織網214電性連接。外層編織網214與接地連接部211例如係分別設置於絕緣層213之兩側。延伸編織網218之面積大小為長度d1×寬度d2，且延伸編織網218與絕緣層相距距離d3。隱藏式天線21h可藉由適當地調整長度d1、寬度d2及距離d3達到調整天線頻寬的目的。除此之外，延伸編織網218亦可改由銅箔、鋁箔或導電布來達到相似的功效。此外，在另一實施例中，外層編織網214與接地連接部211亦可設置於絕緣層213之同一側。
請同時參照第11圖、第12圖及第13圖，第11圖繪示係為將隱藏式天線配置於螢幕電腦之位置A及位置B之示意圖，第12圖繪示係為主天線之駐波比(Voltage standing wave ratio,VSWR)之示意圖，第13圖繪示係為副天線之駐波比之示意圖。為方便說明起見，前述電子裝置2於第11圖繪示中係以一18.5吋的螢幕電腦2a為例說明，且座標軸Z係以垂直圖式紙面的方向射出。前述隱藏式天線21a係可設置於螢幕電腦2a邊框中位置A做為一主天線，而另一隱藏式天線21a係可設置於螢幕電腦2a邊框中位置B做為一副天線。一般在業界中，天線駐波比的標準值為2。於第12圖能清楚地看出，主天線於2.4GHz、2.45GHz及2.5GHz的駐波比分別為1.6731、1.6469、1.7686。而於第13圖能清楚地看出副天線於2.4GHz、2.45GHz及2.5GHz的駐波比分別為1.6833、1.6114、1.7995。顯見當上述隱藏式天線21a應用於無線區域網路時(Wireless LAN,WLAN)，不論是主天線或副天線其位於2.4GH～2.5GHz內的駐波比皆符合業界的規範值。
請同時參照第11圖、第14圖、第15圖、第16圖、第17圖、第18圖及第19圖，第14圖繪示係為主天線於YZ平面之天線場型圖，第15圖繪示係為主天線於XZ平面之天線場型圖，第16圖繪示係為主天線於XY平面之天線場型圖，第17圖繪示係為副天線於YZ平面之天線場型圖，第18圖繪示係為副天線於XZ平面之天線場型圖，第19圖繪示係為副天線於XY平面之天線場型圖。由第14圖、第15圖及第16圖可看出主天線分別於YZ平面、XZ平面及XY平面之天線場型。而由第17圖、第18圖及第19圖可看出副天線分別於YZ平面、XZ平面及XY平面之天線場型。不論是主天線或副天線皆能達到40%以上的效率。
請同時參照第20圖、第21圖、第22圖、第23圖、第24圖及第25圖，第20圖繪示係為利用無線網卡測試802.11g於不同角度之吞吐量之示意圖，第21圖繪示係為於802.11n中不同通道之上傳吞吐量之示意圖，第22圖繪示係為於802.11n中不同通道之下載吞吐量之示意圖，第23圖係為利用無線網卡測試802.11g於不同角度之吞吐量之示意圖，第24圖繪示係為於802.11g中不同通道之上傳吞吐量之示意圖，第25圖繪示係為於802.11g中不同通道之下載吞吐量之示意圖。下述說明係以無線網卡WPET-123GN來比較上述隱藏式天線在802.11g及802.11n兩種傳輸協定中的效能。首先，先以無線通道2412MHz決定出螢幕電腦最差吞吐量的角度。接著，再針對不同的訊號衰減量及不同無線通道比較效能。測試環境為待測物與隱藏式天線均在一個總初始衰減值(Total Path Loss)為55dB的無反射室。第20圖繪示係為總初始衰減值為55dB時，利用前述隱藏式天線測試802.11g得知最差吞吐量的角度為315度。第21圖及第22圖分別為802.11g在315度時，不同衰減值及各通到的上傳及下載吞吐量。
相似地，第23圖繪示係為總初始衰減值為55dB時，利用前述隱藏式天線測試802.11n得知最差吞吐量的角度為0度。第24圖及第25圖分別為802.11n在0度時，不同衰減值及各通到的上傳及下載吞吐量。
請同時參照第26圖、第27圖、第28圖及第29圖，第26圖繪示係為螢幕電腦使用傳統倒F型天線於802.11g時之上傳吞吐量之示意圖，第27圖繪示係為螢幕電腦使用傳統倒F型天線於802.11g時之下載吞吐量之示意圖，第28圖繪示係為螢幕電腦使用傳統倒F型天線於802.11n時之上傳吞吐量之示意圖，第29圖繪示係為螢幕電腦使用傳統倒F型天線於802.11n時之下載吞吐量之示意圖。比較使用傳統倒F型天線的螢幕電腦與使用前述實施例揭露之隱藏式天線的螢幕電腦可知，前述實施例揭露之隱藏式天線在訊號高衰減時，仍相較於傳統倒F型天線有較好的表現。
請同時參照第30圖及表1，第30圖繪示係為繪示係為將隱藏式天線配置於螢幕電腦之位置C及位置D之示意圖。為方便說明起見，前述電子裝置2於第11圖繪示中係以一18.5吋的螢幕電腦2b為例說明，且座標軸Z係以垂直圖式紙面的方向射出。
隱藏式天線21a因為對機構環境的相依性低，因此隱藏式天線21a可放置的位置也較傳統倒F型天線有彈性。舉例來說，前述隱藏式天線21a係可設置於螢幕電腦2b邊框中位置C做為一主天線，而另一隱藏式天線21a係可彎曲地設置於螢幕電腦2b邊框中位置D做為一副天線。從下表1可知，主天線與副天線所測得的輻射效率均有40%以上。
請同時參照第31圖、第32圖、第33圖及表2，第31圖繪示係為一種筆記型電腦之示意圖，第32圖繪示係為第31圖繪示之駐波比之示意圖，第33圖繪示係為第31圖繪示之天線場型圖。為方便說明起見，前述電子裝置2於第31圖繪示中係以一10.1吋的筆記型電腦2c為例說明，且座標軸Z係以垂直圖式紙面的方向射出。由第32圖可看出隱藏式天線215於2.4GHz、2.45GHz、2.5GHz、5.15GHz及5.85GHz的駐波比分別為2.0620、2.0396、1.9623、2.0701及2.2086。而由下表2可看出隱藏式天線215的效率大50%。此外，由第33圖可看出隱藏式天線215具有優異的天線場型。
綜上所述，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。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，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。
2．．．電子裝置
1、2a、2b．．．螢幕電腦
2c．．．筆記型電腦
21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h．．．隱藏式天線
22．．．系統接地端
211．．．接地連接部
212．．．中心導體
213．．．絕緣層
212a、212c、215．．．輻射部
212b．．．信號傳輸部
214．．．外層編織網
216、217．．．金屬套管
217a、217b．．．套管部
218．．．延伸編織網
A、B、C、D．．．位置
g1、g2．．．管徑
L1、L2、d1．．．長度
W2、d2．．．寬度
d3．．．距離
第1圖繪示係為使用傳統倒F型天線之螢幕電腦之示意圖。
第2圖繪示係為一種具隱藏式天線之電子裝置之局部示意圖。
第3圖繪示係為依照第一實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。
第4圖繪示係為依照第二實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。
第5圖繪示係為依照第三實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。
第6圖繪示係為依照第四實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。
第7圖繪示係為依照第五實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。
第8圖繪示係為依照第六實施例之一種金屬套管之示意圖。
第9圖繪示係為依照第六實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。
第10圖繪示係為依照第七實施例之一種隱藏式天線之局部示意圖。
第11圖繪示係為將隱藏式天線配置於螢幕電腦之位置A及位置B之示意圖。
第12圖繪示係為主天線之駐波比(Voltage standing wave ratio,VSWR)之示意圖。
第13圖繪示係為副天線之駐波比之示意圖。
第14圖繪示係為主天線於YZ平面之天線場型圖。
第15圖繪示係為主天線於XZ平面之天線場型圖。
第16圖繪示係為主天線於XY平面之天線場型圖。
第17圖繪示係為副天線於YZ平面之天線場型圖。
第18圖繪示係為副天線於XZ平面之天線場型圖。
第19圖繪示係為副天線於XY平面之天線場型圖。
第20圖繪示係為利用無線網卡測試802.11g於不同角度之吞吐量之示意圖。
第21圖繪示係為於802.11n中不同通道之上傳吞吐量之示意圖。
第22圖繪示係為於802.11n中不同通道之下載吞吐量之示意圖。
第23圖係為利用無線網卡測試802.11g於不同角度之吞吐量之示意圖。
第24圖繪示係為於802.11g中不同通道之上傳吞吐量之示意圖。
第25圖繪示係為於802.11g中不同通道之下載吞吐量之示意圖。
第26圖繪示係為螢幕電腦使用傳統倒F型天線於802.11g時之上傳吞吐量之示意圖。
第27圖繪示係為螢幕電腦使用傳統倒F型天線於802.11g時之下載吞吐量之示意圖。
第28圖繪示係為螢幕電腦使用傳統倒F型天線於802.11n時之上傳吞吐量之示意圖。
第29圖繪示係為螢幕電腦使用傳統倒F型天線於802.11n時之下載吞吐量之示意圖。
第30圖繪示係為繪示係為將隱藏式天線配置於螢幕電腦之位置C及位置D之示意圖。
第31圖繪示係為一種筆記型電腦之示意圖。
第32圖繪示係為第31圖繪示之駐波比之示意圖。
第33圖繪示係為第31圖繪示之天線場型圖。
第34圖繪示係為依照第八實施例之一種隱藏式天線之正面示意圖。
第35圖繪示係為依照第八實施例之一種隱藏式天線之背面示意圖。
第36圖繪示係為依照第八實施例之一種隱藏式天線之側面示意圖。
21a．．．隱藏式天線
211．．．接地連接部
212．．．中心導體
212a．．．輻射部
212b．．．信號傳輸部
213．．．絕緣層
214．．．外層編織網
L1．．．長度

Claims (15)

  1. 一種隱藏式天線(Embedded Antenna)，包括：一同軸電纜，包括：一中心導體，包括：一信號傳輸部；一第一輻射部，係連接該信號傳輸部，並提供一第一共振頻率；一絕緣層，用以包覆該信號傳輸部及該第一幅射部；一外層編織網，用以包覆該信號傳輸部，而不包覆該第一幅射部；以及一接地連接部，用以電性連接該系統接地部與該外層編織網。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之隱藏式天線，其中該接地連接部係為銅箔膠布。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之隱藏式天線，其中該第一輻射部之長度係為對應於該第一共振頻率的四分之一波長。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之隱藏式天線，其中該第一輻射部係呈L狀。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之隱藏式天線，其中該中心導體更包括：一第二幅射部，係電性連接該第一幅射部，用以提供一第二共振頻率，該第二共振頻率與該第一共振頻率不同。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之隱藏式天線，其中該第二幅射部係被延展成一平面。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之隱藏式天線，其中該平面係為矩形。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之隱藏式天線，其中該第一幅射部與該第二幅射部之總長度係為對應於該第一共振頻率的四分之一波長。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之隱藏式天線，更包括：一第二幅射部，係電性連接該第一幅射部，用以提供一第二共振頻率，該第二共振頻率與該第一共振頻率不同。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之隱藏式天線，其中該第二幅射部係為銅箔膠布。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之隱藏式天線，其中該第一幅射部與該第二幅射部之總長度係為對應於該第一共振頻率的四分之一波長。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之隱藏式天線，更包括：一金屬套管，用以包覆至少部份該外層編織網。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之隱藏式天線，更包括：一金屬套管，用以包覆至少部份該絕緣層。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之隱藏式天線，其中該金屬套管包括：一第一套管部，具有一第一管徑；以及一第二套管部，係與該第一套管部連接且具有一第二管徑，該第二管徑大於該第一管徑。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之隱藏式天線，更包括：一延伸編織網，係被延展成一平面，且與該外層編織網電性連接。
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