TW201345045A - 天線系統 - Google Patents

Abstract

一種天線系統，包括設置有淨空區與金屬接地層的基板、設置於基板的淨空區的第一天線與第二天線以及設置於基板上的反射單元，其中反射單元包括金屬遮蔽蓋與金屬反射牆，金屬反射牆與金屬遮蔽蓋相連，並與基板的淨空區呈介於0度至90度夾角上揚，用於改變天線系統的輻射場型。

Description

天線系統

本發明涉及無線通訊領域，尤其涉及一種天線系統。

隨著電子技術的發展，電子設備越來越輕薄短小，印刷天線由於其所具有的重量輕、體積小等優勢，越來越廣泛的被應用於電子設備中，然而，隨著天線陣列及智慧型天線技術的導入，往往需要天線具有高增益及高指向性的輻射場型，但現有的印刷天線通常是通過調整銅箔蝕刻出的圖形在諧振的頻率得到不同的電磁波的場型，實現信號的收發，此種天線的輻射場型一般沒有很明顯的方向性，前向方向上的增益很小，且增益變化隨角度變化改變較大。

故，如何使得天線具有穩定的高增益高指向性的輻射場型成為當今天線設計領域一大課題。

有鑒於此，有必要提供一種天線系統，可具有穩定的高增益高指向性的輻射場型效應的優點。

本發明實施方式中的天線系統，包括設置有淨空區與金屬接地層的基板、設置於該基板的該淨空區的第一天線與第二天線以及設置於該基板上的反射單元，該反射單元包括金屬遮蔽蓋與金屬反射牆，該金屬遮蔽蓋遮罩於該基板的該金屬接地層的部分區域，該金屬反射牆與該金屬遮蔽蓋相連，並與該基板的該淨空區呈介於0度至90度夾角上揚，用於改變該天線系統的輻射場型。

優選地，該基板的該金屬接地層還包括射頻元件區及非射頻元件區，該金屬遮蔽蓋遮罩於該基板的該金屬接地層的該射頻元件區，用於遮蔽電磁波干擾。

優選地，該金屬反射牆與該金屬遮蔽蓋靠近該基板的該淨空區的一端相連，通過該金屬遮蔽蓋，該金屬反射牆被固定於該基板的該淨空區的上方，並與該基板的淨空區呈30度夾角。

優選地，該第一天線與該第二天線的長度均等於自身所輻射出電磁波信號的波長的四分之一。

優選地，該第二天線與該第一天線呈軸對稱設置。

優選地，該第一天線與該第二天線均包括呈“S”形或“M”形的第一輻射部、呈“T”形的第二輻射部及呈長條形的第三輻射部，該第一輻射部、該第二輻射部以及該第三輻射部依次相連，該第二輻射部與該第三輻射部共同形成倒“F”形。

優選地，該第一天線還包括金屬饋電線，該金屬饋電線的一端電性連接於該第一天線的該第二輻射部的中部凸起端，該金屬饋電線的另一端耦接於該基板的該淨空區，用於饋入電磁波信號至該第一天線。

優選地，該第一天線的該第三輻射部的一端電連接於該基板的該金屬接地層。

優選地，該第二天線還包括金屬饋電線，該金屬饋電線的一端電性連接於該第二天線的該第二輻射部的中部凸起端，該金屬饋電線的另一端耦接於該基板的該淨空區，用於饋入電磁波信號至該第二天線。

優選地，該第二天線的該第三輻射部的一端電連接於該基板的該金屬接地層。

藉由以下對具體實施方式詳細的描述結合附圖，將可輕易的瞭解上述內容及此項發明之諸多優點。

請同時參閱圖1、圖2與圖3，所示分別為本發明天線系統100一實施方式的正面、側面及立體示意圖。在本實施方式中，天線系統100包括基板10、第一天線22、第二天線24以及反射單元30。

基板10為印刷電路板，包括淨空區12（圖1所示）以及金屬接地層14（圖1所示），其中金屬接地層14包括射頻元件區141（圖1所示）及非射頻元件區143（圖1所示），射頻元件區141包括無線收發器等用於電連接上述第一天線22及第二天線24以收發電磁波信號的射頻元件（圖中未示出），非射頻元件區143包括除射頻元件以外的其他電子元件（圖中未示出），如數位電路元件等。

第一天線22與第二天線24呈軸對稱，兩者均包括第一輻射部221、第二輻射部223、第三輻射部225以及金屬饋電線227，用於輻射電磁波信號，具體的天線結構將結合圖4進行描述。上述金屬饋電線227用以從上述射頻元件區141中的無線收發器接收電磁波信號。

請同時參閱圖4，所示為本發明實施方式中第一天線22與第二天線24一實施方式的結構示意圖。在本實施方式中，第一天線22與第二天線24結構相同，且呈軸對稱設置，故以下僅以第一天線22的結構為例進行詳細說明。

第一天線22設置於基板10的淨空區12，且長度等於第一天線22所輻射出電磁波信號的波長的四分之一。在本實施方式中，第一天線22的第一輻射部221、第二輻射部223以及第三輻射部225依次相連。第一輻射部221呈多彎折的“S”形或“M”形，第二輻射部223呈“T”形，第三輻射部225呈長條形。第二輻射部223與第三輻射部225共同形成倒“F”形。第一輻射部221的一端為自由端，且與基板10的金屬接地層14靠近淨空區12的一側垂直相對，第一輻射部221的另一端與第二輻射部223的一端垂直相連，第二輻射部223與垂直連接於第一輻射部221的一端在同一水平線上的另一端與第三輻射部225的一端垂直相連，第三輻射部225的另一端垂直電連接於基板10的金屬接地層14。在本實施方式中，第一天線22的金屬饋電線227的一端連接於第二輻射部223的中部凸起端，金屬饋電線227的另一端耦接於基板10的淨空區12，用於饋入電磁波信號至第一天線22。

請繼續參閱圖1、圖2與圖3，反射單元30包括金屬遮蔽蓋32與金屬反射牆34。在本實施方式中，反射單元30的金屬遮蔽蓋32遮罩於基板10的金屬接地層14的射頻元件區141，用於遮蔽電磁波干擾，包括遮蔽來自天線系統100外部其他無線設備對天線系統100的電磁波干擾，也包括遮蔽天線系統100對外部其他電子設備的電磁波干擾，舉例而言，若天線系統100應用於手機A中，手機A的周圍還有手機B、C、D正被其他用戶使用，則金屬遮蔽蓋32既可遮蔽手機A對使用中的手機B、C、D造成電磁波干擾，也可遮蔽使用中的手機B、C、D對手機A的電磁波干擾，以保證手機A及周圍手機各自的通訊順暢。本實施方式中，金屬遮蔽蓋32還可遮蔽射頻元件區141中的射頻元件對非射頻元件區143中的電子元件的電磁波干擾。

金屬反射牆34與金屬遮蔽蓋32靠近基板10的淨空區12的一端相連，通過金屬遮蔽蓋32，金屬反射牆34被固定於基板10的淨空區12的上方，並可與基板10的淨空區12呈介於0度至90度（如15度、30度、45度、60度、75度等）夾角，用於改變該天線系統100的輻射場型。借助金屬反射牆34的反射作用，能夠將第一天線22與第二天線24的前向（Y）增益變大並在大角度範圍內實現平穩增益，並能夠將第一天線22與第二天線24的後向（-Y）增益降低且也趨於平穩，進而使得天線系統100的輻射場型具有明顯的前向性。

請參閱圖5與圖6，所示為本發明天線系統100中基板10、金屬遮蔽蓋32與金屬反射牆34一實施方式的尺寸示意圖。在本實施方式中，基板10的長度、寬度及厚度分別為62毫米、20毫米及1毫米，其中淨空區12的長度及寬度分別為20毫米及11.25毫米，金屬接地層14的長度及寬度為50.75毫米及20毫米。金屬接地層14的射頻元件區141的長度及寬度為40.75毫米及20毫米，非射頻元件區143的長度及寬度為20毫米及10毫米。金屬遮蔽蓋32的長度、寬度及厚度分別為40毫米、18毫米及2.1毫米。金屬反射牆34的長度、寬度及厚度分別為18毫米、11.95毫米及0.2毫米，其中金屬反射牆34與金屬遮蔽蓋32的連接處的長度、寬度及厚度分別為18毫米、0.75毫米及0.2毫米，金屬反射牆34與淨空區12之間的夾角為30度。需要說明的是，金屬接地層14的射頻元件區141與非射頻元件區143的尺寸與射頻元件及非射頻元件在基板10上的佈局有關，相應的，由於金屬遮蔽蓋32遮罩於射頻元件區141，故，金屬遮蔽蓋32的長度及寬度也與射頻元件在基板10上的佈局有關。在本發明其他實施方式中，金屬接地層14的射頻元件區141與非射頻元件區143以及金屬遮蔽蓋32的長度與寬度根據射頻元件及非射頻元件在基板10上的佈局變化可有其他尺寸變化。

請參閱圖7，所示為本發明天線系統100中第一天線22一實施方式的尺寸示意圖。在本實施方式中，因第一天線22與第二天線結構相同，且呈軸對稱設置，故在此僅給出第一天線22的尺寸示意圖，且以下僅以第一天線22的尺寸進行詳細說明。

在本實施方式中，第一天線22中呈多彎折的“S”形或“M”形的第一輻射部221的長度為37.6毫米，其最大寬度為1.2毫米，其最小寬度為0.5毫米。第二輻射部223中兩端分別與第一輻射部221及第三輻射部225相連接的部分的長度與寬度分別為2.5毫米及1毫米，第二輻射部223中一端與金屬饋電線連接的部分的長度與寬度分別為3.5毫米及1毫米。第三輻射部225的長度與寬度分別為4毫米及1毫米。

請參閱圖8，所示為本發明實施方式中天線系統100的電壓駐波比（VSWR，Voltage standing wave ratio）的測試圖。本發明實施方式中的天線系統100是應用於2.4~2.5GHz之間的頻段。由圖示可知，當本天線系統100工作於2.4GHz、2.442GHz及2.5GHz三個頻率時，其電壓駐波比分別為1.34、1.3及1.45，均小於1.5，符合工業標準。

請參閱圖9至圖11，所示為本發明實施方式中天線系統100分別工作於2.40GHz、2.45GHz及2.50GHz頻率時在XY平面的水平輻射場型圖。由測試結果可知，三種工作頻率下本發明實施方式中的天線系統100的輻射場型具有明顯的前向性及平穩的高增益性，其前向（Y）增益最大約可增至2.5dBi且在240度範圍內實現平穩增益，後向增益（-Y）約可降至0dBi且趨於平穩。

本發明利用與基板10的淨空區12呈預設角度（0~90度）上揚的金屬反射牆34與金屬遮蔽蓋32來反射電磁波信號並遮蔽電磁波干擾，以及藉由呈軸對稱設置的尾部呈多彎折的倒“F”形的第一天線22與第二天線24的設計方式，既能達到穩定的高增益高指向性的輻射場型效應，又具有面積小的優點。此外，通過設置金屬遮蔽蓋32，使得天線系統100能夠有效避免受到外界的電磁波干擾或對外界產生電磁波干擾。同時，通過設置金屬反射牆34上揚的角度，使得天線系統100能夠借助金屬反射牆34的反射作用，將前向（Y）增益變大且在大角度上實現了平穩增益，並將後向（-Y）增益降低且也趨於平穩，進而使得天線系統100的輻射場型具有明顯的前向性。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

100．．．天線系統

10．．．基板

12．．．淨空區

14．．．金屬接地層

141．．．射頻元件區

143．．．非射頻元件區

22．．．第一天線

221．．．第一輻射部

223．．．第二輻射部

225．．．第三輻射部

227．．．金屬饋電線

24．．．第二天線

30．．．反射單元

32．．．金屬遮蔽蓋

34．．．金屬反射牆

圖1為本發明天線系統一實施方式的正面示意圖。

圖2為本發明天線系統一實施方式的側面示意圖。

圖3為本發明天線系統一實施方式的立體示意圖。

圖4為本發明天線系統中第一天線與第二天線一實施方式的結構示意圖。

圖5與圖6分別為本發明天線系統中基板、金屬遮蔽蓋與金屬反射牆一實施方式的尺寸示意圖。

圖7為本發明天線系統中第一天線一實施方式的尺寸示意圖。

圖8為本發明實施方式中天線系統的電壓駐波比的測試圖。

圖9為本發明實施方式中天線系統工作於2.40GHz頻率時在XY平面的水平輻射場型圖。

圖10為本發明實施方式中天線系統工作於2.45GHz頻率時在XY平面的水平輻射場型圖。

圖11為本發明實施方式中天線系統工作於2.50GHz頻率時在XY平面的水平輻射場型圖。

100．．．天線系統

10．．．基板

12．．．淨空區

14．．．金屬接地層

141．．．射頻元件區

143．．．非射頻元件區

22．．．第一天線

221．．．第一輻射部

223．．．第二輻射部

225．．．第三輻射部

227．．．金屬饋電線

24．．．第二天線

30．．．反射單元

32．．．金屬遮蔽蓋

34．．．金屬反射牆

Claims (10)

1. 一種天線系統，包括：設置有淨空區與金屬接地層的基板、設置於該基板的該淨空區的第一天線與第二天線以及設置於該基板上的反射單元，該反射單元包括金屬遮蔽蓋與金屬反射牆，該金屬遮蔽蓋遮罩於該基板的該金屬接地層的部分區域，該金屬反射牆與該金屬遮蔽蓋相連，並與該基板的該淨空區呈介於0度至90度夾角上揚，用於改變該天線系統的輻射場型。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該基板的該金屬接地層還包括射頻元件區及非射頻元件區，該金屬遮蔽蓋遮罩於該基板的該金屬接地層的該射頻元件區，用於遮蔽電磁波干擾。
3. 如申請專利範圍第2項所述之天線系統，其中該金屬反射牆與該金屬遮蔽蓋靠近該基板的該淨空區的一端相連，通過該金屬遮蔽蓋，該金屬反射牆被固定於該基板的淨空區的上方，並與該基板的該淨空區呈30度夾角。
4. 如申請專利範圍第3項所述之天線系統，其中該第一天線與該第二天線的長度均等於自身所輻射出電磁波信號的波長的四分之一。
5. 如申請專利範圍第4項所述之天線系統，其中該第二天線與該第一天線呈軸對稱設置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之天線系統，其中該第一天線與該第二天線均包括呈“S”形或“M”形的第一輻射部、呈“T”形的第二輻射部及呈長條形的第三輻射部，該第一輻射部、該第二輻射部以及該第三輻射部依次相連，該第二輻射部與該第三輻射部共同形成倒“F”形。
7. 如申請專利範圍第6項所述之天線系統，其中該第一天線還包括金屬饋電線，該金屬饋電線的一端電性連接於該第一天線的該第二輻射部的中部凸起端，該金屬饋電線的另一端耦接於該基板的該淨空區，用於饋入電磁波信號至該第一天線。
8. 如申請專利範圍第7項所述之天線系統，其中該第一天線的該第三輻射部的一端電連接於該基板的該金屬接地層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之天線系統，其中該第二天線還包括金屬饋電線，該金屬饋電線的一端電性連接於該第二天線的該第二輻射部的中部凸起端，該金屬饋電線的另一端耦接於該基板的該淨空區，用於饋入電磁波信號至該第二天線。
10. 如申請專利範圍第9項所述之天線系統，其中該第二天線的該第三輻射部的一端電連接於該基板的該金屬接地層。