TW201729463A - 平面印刷式天線與系統 - Google Patents

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Abstract

一種平面印刷式天線與系統，結構特徵之一為其饋入訊號方向與天線輻射體的結構方向一致，優點之一是在佈局空間應用上，適用空間較小的設計，更因為饋入訊號進入天線時，其訊號方向與輻射體的延伸結構方向一致，而降低訊號損耗。結構上，平面印刷式天線包括輻射體與連接部，連接部具有至少一個轉折部位，輻射體與連接部的銜接部位形成有饋入點位置，除了經饋入點接入天線的訊號方向與輻射體延伸結構方向一致外，接地的位置與饋入點位置也為不同側。

Description

平面印刷式天線與系統
本發明關於一種印刷式天線，特別是饋入訊號與天線輻射主體延伸結構方向一致的平面印刷式天線，以及應用此天線的系統。
習知技術常見的倒F天線如圖1所示的平面天線10，主體包括有輻射體102以及延伸的兩個連接部(第一連接部103與第二連接部104)，其中第二連接部104接地，第一連接部103為訊號饋入的位置，示意有一連接自訊號源的饋入訊號101連接到此第一連接部103。
此例中，倒F天線的饋入訊號101進入天線10時會有一轉折，而相對於訊號沿著第一連接部103進入輻射體102的訊號方向間也產生另一轉折，將影響天線10的效能表現，產生損耗。且因為倒F天線的訊號饋入位置侷限於圖中饋入訊號101進入天線10的位置，也限制了饋入訊號線的設計，可能在空間不足的印刷天線電路板上產生佈局的困擾。
為了解決印刷式天線佈線時空間的限制，並要避免饋入訊號方向產生轉折而造成損耗的設計，本發明提出一種饋入訊號方向與天線輻射體結構方向一致的平面印刷式天線，此平面印刷式天線除了可以避免饋入訊號進入天線輻射體時產生的轉折，還可在 有限的佈局空間(電路板空間)內取得與鄰近電路更好的隔離(isolation)效果，可避免鄰近電路過多的干擾。
在一實施方案中，平面印刷式天線主體包括一大約以長方形形式形成的輻射部與接地的連接部，幅射部設有一饋入點，經此饋入點饋入的訊號形成與輻射部的延伸結構方向一致的一饋入訊號方向，以及連接部為平面印刷式天線接地的連接結構，連接部具有至少一個轉折部位，饋入點位置為輻射部與連接部銜接的位置，連接部接地的位置與饋入點位置為不同側。
並且，在一實施例中，連接部接地時，接地訊號方向與饋入訊號方向實質垂直。輻射部上可以根據需要設有一或多個阻抗匹配結構。並且，輻射部與連接部銜接位置的饋入點為依據平面印刷式天線的工作頻率為可調整位置的接入點。
在利用平面印刷式天線的系統中，除了天線主體結構外，更於平面印刷式天線附近設有同樣為印刷形式的接地面，經連接部電性連接平面印刷式天線。
為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
10‧‧‧天線
102‧‧‧輻射體
103‧‧‧第一連接部
104‧‧‧第二連接部
101‧‧‧饋入訊號
20‧‧‧天線
201‧‧‧饋入訊號
202‧‧‧饋入點
203‧‧‧輻射部
204‧‧‧輻射部訊號方向
205‧‧‧接地點
206‧‧‧連接部
207‧‧‧第一轉折部
208‧‧‧第二轉折部
209‧‧‧輻射延伸部
30‧‧‧接地區
301‧‧‧其他訊號線
401,402,403,404,405‧‧‧訊號饋入點
50‧‧‧天線
501‧‧‧饋入方向
502‧‧‧饋入點
I1‧‧‧第一饋入訊號方向
I2‧‧‧第二饋入訊號方向
503‧‧‧輻射部
504‧‧‧輻射部訊號方向
505‧‧‧接地點
506‧‧‧連接部
507‧‧‧第一轉折部
508‧‧‧第二轉折部
509‧‧‧阻抗匹配調整部
51‧‧‧接地面
60‧‧‧天線
601‧‧‧第一阻抗匹配部
602‧‧‧第二阻抗匹配部
603‧‧‧第三阻抗匹配部
70‧‧‧天線
701‧‧‧饋入訊號線
801,802,803‧‧‧訊號饋入點
901‧‧‧第一接地區
902‧‧‧第二接地區
903‧‧‧第一饋入訊號線
904‧‧‧第二饋入訊號線
91,92‧‧‧平面印刷式天線
圖1顯示為習知之倒F天線結構示意圖；圖2顯示本發明平面印刷式天線的結構實施例示意圖；圖3顯示本發明平面印刷式天線與鄰近訊號線的關係示意圖；圖4顯示本發明平面印刷式天線之饋入點選擇示意圖；圖5顯示本發明平面印刷式天線的結構另一實施例示意圖；圖6顯示本發明平面印刷式天線的匹配結構實施例示意圖； 圖7顯示本發明平面印刷式天線的匹配結構實施例示意圖；圖8顯示本發明平面印刷式天線之饋入點選擇示意圖；圖9顯示應用本發明平面印刷式天線之鏡射式天線結構示意圖。
為了解決傳統印刷式天線佈線時空間的限制，以及避免如倒F天線的電訊號經饋入點進入天線時訊號會因為往輻射方向有轉折而產生損耗的問題，本發明揭露書提出一種印刷式天線，此平面印刷式天線因為饋入點位置的改變可以解決特定情況下空間利用的問題，可在有限的佈局空間(電路板空間)內取得與鄰近電路更好的隔離(isolation)效果，可避免鄰近電路過多的干擾；也因為饋入訊號方向與其主輻射體延伸結構方向一致避免了訊號損耗的問題。
圖2顯示本發明平面印刷式天線的結構實施例示意圖。
在此實施例中，顯示天線20的幾個主要結構體，主體結構包括沿著一個方向(輻射部訊號方向204)延伸的輻射部203與具有至少一個轉折部位的連接部206，輻射部203由一大約以長方形形式形成且具有延伸結構的金屬面形成，連接部206為天線20接地(示意圖畫面右方為接地面)的連接結構，末端有一接地點205。在一實施方式中，連接部206會因為實際需要，接入接地面的過程中需要結構上的轉折設計，如圖所示的第一轉折部207與第二轉折部208。需要一提的是，這是接地的連接訊號，轉折結構係因應設計所需，以降低因為訊號轉折產生的訊號耗損的問題。
天線20的輻射部203與連接部206的銜接處設有一饋入點202，饋入點202的位置隨著輻射部203實際應用的操作頻率在鄰近輻射部203與連接部206的銜接處而有所變動，接入此饋入點202的射頻(radio frequency)訊號形成一饋入訊號201，以如圖 中箭頭表示的方向接入天線20，如此，饋入訊號201的方向將與輻射部訊號方向204一致，也就是訊號進入輻射部203的方向與輻射部延伸結構方向一致。其中輻射部203與連接部206的銜接處更可以增加一輻射延伸部209，輻射延伸部209自輻射部203向連接部206延伸，饋入點202可以設置於此輻射延伸部209上，使得輻射部203應用在所需的操作頻率。
輻射部203為天線輻射主體，輻射部203向前延伸，利用延長或縮短其長度最為調整天線操作頻率的用途，輻射部203延伸之長度至適當的共振長度。
如圖2所示的平面印刷式天線20可為一種單極天線，形成於介電質基板(電路板)之一側表面(第一表面)，在饋入點202處可印製一微帶線(可參考圖7與圖9實施例)，作為訊號饋入端，介電質基板之另一側表面(第二表面，未示於圖中)在對應於此微帶線之位置不印製接地金屬面外，其餘非天線位置對應之另一側表面(第二表面)皆可印製接地金屬面(如應用三層板)或完全無金屬(如應用雙層板)。
由此圖的饋入點202與接地點205位置可知，在一實施例中，天線20結構設計讓射頻訊號所形成的饋入訊號接入天線20時，以圖中箭頭方向進入饋入點202，所形成的電流方向與天線20在接地點205接入接地面之接地電流方向可為實質垂直。若以整體系統來看，此平面天線20的四周都可為接地面，因此接入饋入點202的饋入訊號方向與訊號經接地點205接入接地面的接地訊號方向分別形成在兩個實質垂直的接地區(同一面不同區域)。
平面印刷式天線20的附近至少形成兩個實質垂直的接地區，訊號經其中之一接地區接入饋入點202的饋入訊號方向與訊號經連接部206連接另一接地區的接地訊號方向實質垂直。
接著如圖3所示為本發明平面印刷式天線與鄰近訊號線的關係示意圖。
圖中顯示如圖2所示實施例天線20，饋入訊號201經饋入點202接入天線20主體，此平面結構的天線20至少一側為接地區30，如圖中右側設有微帶線，其中形成有其他印刷形式的訊號線301。在實施例中天線20的饋入訊號由不同於接地訊號進入的接地面30接入天線20，使得避免與鄰近的訊號線301形成在有限的空間上，可以避免訊號干擾，也可產生較好的隔離效果。因此，天線20的設計可有效縮小電路板整體應用面積，以節省印刷電路板(PCB)成本，並在有限空間成本作更有效而廣泛的應用。
在本發明提出的天線形式下，饋入點的選擇可以作為調整天線頻率的用處，如圖4所示之本發明平面印刷式天線之饋入點選擇示意圖。
此例顯示在天線輻射部與連接部銜接位置上設有饋入點的結構(如輻射部與連接部的銜接處)，如前述圖2實施例可以設於輻射部與連接部銜接處的輻射延伸部上，此例表示饋入點為可改變訊號饋入點401,402,403,404,405等沿著此輻射延伸部到輻射部的位置的接入點，可以調整而改變訊號進入天線輻射部的長度，也就是可以藉此微調天線適用的操作頻率，讓天線可以應用在所需頻帶的系統內。例如，饋入點401,402,403,404,405可為多個可供選擇的預設焊點，製作時，可根據需求決定哪一個饋入點為電纜線的焊點。
本發明揭露書所描述的天線之另一實施例態樣如圖5所示之平面印刷式天線的結構示意圖，此例顯示有天線50，天線50主體結構包括有一延伸方向的輻射部503以及具有至少一轉折結構的連接部506。
輻射部503與連接部506的銜接位置設有訊號饋入點502，射頻訊號以一饋入方向501接入天線50，形成兩個訊號方向，其中第一饋入訊號方向I1經輻射延伸部走向輻射部503，形成沿著輻射503部延伸結構上的輻射部訊號方向504。另一訊號沿著連接部 506而走向接地面51，形成第二饋入訊號方向I2由接地點505接入接地面51。
經第一饋入訊號方向I1饋入的訊號在天線50的輻射部503上形成輻射部訊號方向504，特別的是，輻射部訊號方向504與訊號饋入方向501一致。而輻射部503上可以根據需要設有特定形式的一或多個阻抗匹配結構，如此例形成一斜角的阻抗匹配調整部509。其中阻抗匹配調整部509的設計包括斜角度、長度可以依照需求設計，其相關匹配結構可參考圖6。
在一實施例中，連接部506並非直接接入接地面51，連接部506上可設計有至少一個轉折部，此例為兩個，分別為第一轉折部507與第二轉折部508，連接部506的設計是依照需求彈性改變，利用轉折部(507,508)的轉折角度與數量設計達到連接到接地面51的特定位置點的目的。
天線訊號自饋入點引入，延伸的方向如上述有兩個方向(I1、I2)，延伸方向之其一，即第一饋入訊號方向I1，天線50主體之延伸為其輻射部503主體，其輻射部503延伸至適當的共振長度止，基本上，天線延伸幅射體長度約略等於所欲設計之頻段中使用頻率共振波長之四分之一長度。如此，輻射部503即可做為天線輻射頻帶訊號。在此例中，天線50輻射主體延伸段有做寬度漸進變化，局部如梯形一般，如此可調整天線50之阻抗匹配，亦可利用此天線50輻射主體延伸段之寬度漸進變段之寬度漸進變化作為天線操作頻率的調整。
延伸方向之其二，即第二饋入訊號方向I2，此延伸方向為天線接地(接地面51)，其中連接部506可具備至少一個非直接90度角饋入接地的轉折，此例顯示有第一轉折部507與第二轉折部508，轉折處可讓下地電流呈現非直接90度角饋地。此非直接90度角的轉折饋地，可對應調整天線50之阻抗匹配，使得天線之電壓駐波比(VSWR)可以達到業界之規範跟要求。
揭露書所載實施例發明之天線特徵有異於一般傳統之倒F形式的天線，揭露書所載發明優點之一係有助於一般產品在寬度不足時，可以作有效的空間應用。例如，揭露書所記載的印刷式天線實施例之一，其尺寸較小而可適用於現今小型化產品及適用於內建式天線產品上，這類產品操作頻段在約在WiFi-11/a-5GHz(4.90~5.85GHz)之系統頻帶需求。
更者，在以上實施例所記載的天線結構上，可透過幾個區域的補塊來作為天線輻射主體延伸，以調整天線應用頻率，並利用這些區塊作為天線阻抗的調整。圖6即顯示平面印刷式天線的匹配結構實施例示意圖。
所示之天線60主體結構的四圍可以利用延伸結構達到阻抗匹配的目的，其一如天線60輻射部延伸位置上可接著形成(印刷)方塊，顯示為第一阻抗匹配部601；在天線60主要輻射結構與皆地面的中間，可以依照需要形成第二阻抗匹配部602，此金屬形成的第二阻抗匹配部602與接地面(圖中右側)仍保有一個隔離而沒有金屬的區域；在輻射部與連接部的銜接處也可依據阻抗匹配需要設有延伸結構，以第三阻抗匹配部603表示。
另有阻抗匹配方式如圖7所示，圖中顯示的平面印刷式天線70的另一實施例的匹配結構在於饋入點的延伸結構，圖示為饋入訊號線701。
一般來說，如此實施例概圖，天線70係於饋入點(饋入訊號線701在天線70上的端點)作為訊號饋入端，饋入訊號線701形成於微帶線之另一端，向對應於接地金屬面(圖示下方)以外之位置延伸。饋入訊號線701的長度係考量整體阻抗匹配，與應用的頻段。
本發明揭露書所描述的平面印刷式天線的饋入點與接地點不在同一個側，結構上饋入天線的位置與接地位置分別列在兩個垂直的接地面，不同於習知的倒F天線，本發明平面印刷式天線優 點為有助於一般產品(基板)在寬度不足時，作有效的空間應用。更者，可如圖8所示平面印刷式天線之饋入點選擇示意圖，又可以應用訊號饋入點801,802,803的選擇改變訊號在輻射主體上的共振長度，以調整天線操作頻率。天線延伸幅射體長度約略等於所欲設計之頻段中使用頻率共振波長之四分之一長度。
圖9接著顯示應用本發明平面印刷式天線之鏡射式天線結構示意圖。因為揭露書所描述的平面印刷式天線的饋入點與接地點並非同一側，因此可以應用在空間有限的產品上，在此應用示意圖中，前述實施例所提出的平面印刷式天線以鏡射方式設計，可作為多輸入多輸出(Multi-input Multi-output，MIMO)天線。
圖示顯示兩側平面印刷式天線(91,92)中間以第一接地區901隔離，提供平面印刷式天線的接地，而兩側天線的共同一側(如圖示的下方)亦為相同接地的第二接地區902，其中兩側天線分別以微線帶形成第一饋入訊號線903與第二饋入訊號線904。
本揭露書所記載之發明更涉及應用上述平面印刷式天線的系統，例如是應用在一個無線網路裝置內的電路系統，其中包括有平面印刷式天線，主要結構包括輻射部與連接部，饋入訊號進入幅射部的饋入訊號方向與輻射部的延伸結構方向一致，而連接部則具有至少一個轉折部位，用以接地，連接部接地的位置與饋入點位置為不同側。系統包括設於天線主體結構附近的接地面，接地面同樣為印刷形式的金屬材料組成，當平面印刷式天線經連接部接地時，產生的接地訊號方向與前述饋入訊號方向實質垂直。
在一應用上，本發明揭露書所記載之天線訊號饋入方式直接在印刷電路板上以50Ω傳輸線(Transmission Line)方式饋入，傳輸線之另一端則可任意延伸至射頻信號模組端，可免除使用纜線饋入成本，以及免除立體天線所需負擔的模具費及組裝成本。
是以，本發明所揭露的印刷式天線係一種天線頻帶容易調整的平面結構天線，結構設計隨著饋入點的設計讓饋入訊號方向與 天線主輻射體延伸結構一致，除了訊號損耗的問題得以解決外，亦可適合不同環境的頻帶應用。更者，平面印刷式天線可有效節省開模具之成本支出，以符合現今電子產業低毛利之成本節省並應用在各種環境之無線網路裝置中。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20‧‧‧天線
201‧‧‧饋入訊號
202‧‧‧饋入點
203‧‧‧輻射部
204‧‧‧輻射部訊號方向
205‧‧‧接地點
206‧‧‧連接部
207‧‧‧第一轉折部
208‧‧‧第二轉折部
209‧‧‧輻射延伸部

Claims (11)

  1. 一種平面印刷式天線，包括：一幅射部，設有一饋入點，經該饋入點饋入的訊號形成與該輻射部的延伸結構方向一致的一饋入訊號方向；以及一連接部，為該平面印刷式天線接地的連接結構，該連接部具有至少一個轉折部位，該饋入點位置為該輻射部與該連接部銜接的位置，該連接部接地的位置與該饋入點位置為不同側，經該連接部接地的訊號形成與該饋入訊號方向實質垂直的一接地訊號方向。
  2. 如請求項1所述的平面印刷式天線，其中該連接部具有一第一轉折部與一第二轉折部。
  3. 如請求項1所述的平面印刷式天線，其中該平面印刷式天線的附近形成兩個實質垂直的接地區，訊號經其中之一接地區接入該饋入點的該饋入訊號方向與訊號經該連接部連接另一接地區的該接地訊號方向實質垂直。
  4. 如請求項3所述的平面印刷式天線，其中該饋入點具有一延伸結構，該延伸結構形成一匹配結構。
  5. 如請求項1所述的平面印刷式天線，其中該輻射部的寬度漸進變化。
  6. 如請求項1所述的平面印刷式天線，其中該輻射部上可以根據需要設有一或多個阻抗匹配結構。
  7. 如請求項1所述的平面印刷式天線，其中設於該輻射部與該連接部銜接位置的該饋入點為依據該平面印刷式天線的工作頻率為可調整位置的接入點。
  8. 如請求項7所述的平面印刷式天線，其中該饋入點為多個可供選擇的預設焊點。
  9. 一種平面印刷式天線系統，包括：一種平面印刷式天線，包括： 一幅射部，設有一饋入點，經該饋入點饋入的訊號形成與該輻射部的延伸結構方向一致的一饋入訊號方向；以及一連接部，為該平面印刷式天線接地的連接結構，該連接部具有至少一個轉折部位，該饋入點位置為該輻射部與該連接部銜接的位置，該連接部接地的位置與該饋入點位置為不同側；一接地面，經該連接部電性連接該平面印刷式天線，其中該連接部接地時，一接地訊號方向與該饋入訊號方向實質垂直。
  10. 如請求項9所述的平面印刷式天線系統，其中該連接部具有一第一轉折部與一第二轉折部。
  11. 如請求項9所述的平面印刷式天線系統，其中設於該輻射部與該連接部銜接位置的該饋入點為依據該平面印刷式天線的工作頻率為可調整位置的接入點。
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