TWI344726B - - Google Patents

Description

1344726 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】

本發明係關於一種平面倒F 天線之結構設計，特別Θ 關於一種具有延伸接地面之平 ,, 十面倒F天線，具有良好的天 線阻抗匹配特性及較佳之阻抗頻寬。 【先前技術】 W 4天線是在無線通訊系統中用來傳送與接收電磁波能 量的關鍵性元件，其電氣特性良好與否足以影響通訊的品 質，是無線訊號接收及發射品質好壞的指標。在各種不同的 無線訊號傳送接收之應用產品中，其使用的天線結構與製作 材質不盡相同。選用適當的天線除了有助於搭配產品的外型 以及提昇無線訊號的傳輸特性外，還可以更進一步降低整個 無線設備的成本。 天線的使用除了需具有良好的無、線傳送/接收特性之 ^ 外，如何搭配所應用的電子設備亦是極為重要。例如對於訴 求輕薄短小的行動電話及其它可携式無線電子設備（例如筆 δ己型電腦）’其所使用之天線即需兼顧到其產品的整個外形 没δ十及良好的訊號傳送/接收特性，業者在此類電子設備中 所使用之天線都往小型化之目標研發設計。 為了要達到小型化天線的目的，乃有平面倒F天線 (Planar Inverted F Antenna，簡稱PIFA)天線之設計。由於此 種天線具有近似全向性的輻射場型以及結構簡單、天線的操 作長度只有四分之一操作波長…等優點，所以非常適合於例 1344726

如藍芽裝置、行動電話、及其它可攜式無線電子設備中使 用。再者，由於PIFA天線只需利用金屬導體配合適當的饋 " 入及天線短路到接地面的位置，故其製作成本低，而且可以 ' 直接與電子設備之電路基板焊接在一起。 習用PIFA天線的結構，主要包括有一接地金屬片 (Ground Plane)、一 短路段（Short Circuit Piece)、一平板狀訊 號輻射板(Planar Radiating Plate)，其中該平板狀訊號輻射板 W 可在一預定位置連接一信號傳輸線，該預定位置即作為該 HFA天線的信號饋入端（Feed Point)。 【發明内容】 本發明所欲解決之技術問題 雖然一般結構設計的平面倒F天線具有結構簡單、天 線的操作長度只有四分之一操作波長、體積小、適合可攜式 電子設計使用…等優點，但在天線的阻抗匹配方面仍有待改 ^ 進的空間，且天線之阻抗頻寬仍為不足。 如果能維持平面倒F天線的結構簡易的優點之外，尚 針對平面倒F天線的阻抗匹配及阻抗頻寬方面，再予以精 進改良，則當會使平面倒F天線的商業應用更具優勢。 緣此，本發明之主要目的是提供一種具有延伸接地面 結構之平面倒F天線結構，在不增加平面倒F天線的結構 複雜性的狀況下，藉由本發明之延伸接地面的結構設計，可 以改善天線的阻抗匹配，增加天線之阻抗頻寬。 本發明之另一目的是提供一種具有單一饋入、雙頻段 -6 - 輻射及一體成型之平面倒F天線結構。 本發明解決問題之技術手段 本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係設 計出一種具有延伸接地面、立體、一體成形、單一饋入、雙 頻段輻射之平面倒F天線的創新設計。該平面倒F天線包 括有一接地金屬片、一延伸接地面由該接地金屬片之其中一 側緣朝饋入端方向延伸出一預定高度、一短路段形成於該接 地金屬片之一側緣一預定高度、至少一天線訊號輻射板，經 由該短路段連接於該接地金屬片、一饋入端由該第二天線訊 號輻射板朝該接地金屬片之方向延伸出而對應於該延伸接 地面，並與該延伸接地面之間保持一間距。本發明之較佳實 施例中，設置有兩個獨立的天線訊號輻射板（metal strip ) 分別提供高頻與低頻之電流路徑。 本發明對照先前技術之功效 本發明藉由預定高度之延伸接地面與連接於短路段之 天線訊號輻射板的饋入端相對應，除了可調整短路段與饋入 端的間距達成良好的阻抗匹配之外，本發明之結構設計中更 藉由延伸接地面的設計，可以進一步政善阻抗匹配，增加天 線之阻抗頻寬。 本發明之較佳實施例中，藉由兩個獨立的金屬片係為 天線訊號輻射板分別提供高頻與低頻之電流路徑，因而可得 到雙頻段輻射；此兩個操作頻率可以藉由調整不同的金屬片 J344726 長度’獨立㈣麟頻率點。魅延伸接地面之設計 可有效的〜加天線之阻抗頻寬。 本發明之天線結構由於很容易以現行薄形金屬板件製 成’、有單饋入、雙頻段轄射及一體成型之平面倒F天線 結構，故在產業利用時，適合量產。 ， 本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及 附呈圖式作進一步之說明。 【實施方式】 本發明提出一種具有延伸接地面、立體、一體成形、 單一饋入、雙頻段輻射之平面倒F天線(piFA)的創新設計。 參閱第1圖所示，本發明具有延伸接地面之平面倒F天線 100之第一實施例結構係包括有一平板狀之接地金屬片1， 該接地金屬片1具有一側緣11及一對向之側緣12。 一短路段2向上凸伸地形成在該接地金屬片丨之側緣 一預定高度’並在短路段2之頂端連接有一第一天線訊 號輻射板3。第一天線訊號輻射板3與該接地金屬片丨之間 保持一平行距離，用以提供該平面倒F天線丨〇〇之低頻訊 號之電流路徑。第一天線訊號輻射板3在鄰近於短路段2 處形成有數個狹縫結構31(slit)。 一第二天線訊號轉射板4形成在第一天線訊號賴射板 3之水平方向側邊’兩者之間具有預設之間距，第二天線訊 號輻射板4亦與該接地金屬片1保持一平行距離，用以提供 該平面倒F天線100之高頻訊號之電流路徑。第一天線訊 戒幸田射板3與第二天線訊號轄射板4之位置亦可以互相調 換。 第-天線職輻射板3與第二天線訊號輕射板4分別 提供兩個不同的電流路徑，使得天線得以藉由第一天線訊號 輪射板3操作於第一共振頻率（低頻）與第二天線訊號輕射板 4#作於第二共振解（高頻），絲由第—天線訊號輕射板 3之狹縫結構31來增加#效電流路徑，得簡短第一天線 訊，輻射板3之總長度。調整第二天線訊號輻射板4之長度 可單獨調整高頻之操作頻率。 一饋入端5由該第二天線訊號輻射板4對應於該接地 金屬片1之側緣11之方向延伸出而對應於—延伸接地面6 之頂緣本發明之第一實施例中，該延伸接地面6係一垂直 接地面’其係由該接地金屬片丨之側緣u朝該第二天線訊 號輻射板4之方向垂直地延伸出—預定高度，並與饋入端5 保持-間距g。在本實施例中，該短路段2係形成於該接地 金屬片1鄰近該第-天線訊號輻射板3之—側緣u處，而 該延伸接地面6也位在該側緣u處。 除了可調整短路段2與饋入端5的間距達成良好的阻 抗匹配之外，本發明之結構設計中更藉由延伸接地面6的設 計，可以進一步改善阻抗匹配，增加'天線之阻抗頻寬。 接地金屬片1之形狀可選擇為矩形之結構型態，並可 在接地金屬片1之側緣11及側緣12各凸伸出有天線定位部 13、14,使得整個平面❹天線！⑻可以f知較位元件（如 螺釘）直接鎖固定位在標的電子設備（未示）的機殼選定位置 1344726 處。天線定位部13、14可以形成在側緣u及對應之側緣 I2’當然亦可以製作於該接地金屬片丨之同一側緣、或者前 後左右側任一位置。 參閱第2圖所示，一同軸電纜線7之訊號饋入線71可 焊接於饋入端5，而同軸電纜線7之披覆地線72則焊接於 延伸接地面6。第3圖顯示第2圊中3-3斷面的剖視圖，其 員示4同軸電纜線7之訊號饋入線71與披覆地線72分別焊 ‘ 接於饋入端5與延伸接地面6。第4圖顯示短路段2、饋入 端5、延伸接地面6之間空間配置關係之平面示意圖。 在實際製作本發明具有延伸接地面之平面倒F天線 100時’可以金屬薄板件以一體成形之結構’經過適當的凹 折即可能達成本發明具有延伸接地面之平面倒F天線1〇〇 之立體形式。 本發明之天線特性的模擬結果於第5、6及第7圖中說 θ ®改I第—天線訊號輻射板3之狹縫結構31之不同狹 縫數時，可改變天線第-共振頻率之操作點。參閱第5圖所 不，其即顯示在改變第—天線訊號輻射板3之狹縫結構h 之狹縫數目時，反射損失(Retum L()ss)與頻率之響應圖。由 圖顯示，當狹縫數由〇增加到7時，第一共^頻率由 ㈣MHz降低為885MHz，這是因為當狹縫數越大時，相對 的等效電流路徑變長，因此使得頻率降低。 由第5圖的結果可以知道，改變不同狹縫數時，僅改 變第-共振頻率的操作點，不改變第二共振頻率。代表改變 狹縫數僅對低頻有影響對高頻無影響，因而可藉由調整不同 !344726 狹縫數單獨控制低頻共振點。 第6圖顯示當改變不同第二天線訊號輻射板4長度 時，反射損失(Return Loss)與頻率之響應圖。第6圖說明改 變第二天線訊號輻射板4之長度時，可調整天線之第二共振 頻率之操作點。此處第二天線訊號輻射板4長度由2〇mm增 加到26mm，第二共振頻率由2495MHz降低為2068MHz ; 同樣是因為當第二天線訊號輻射板4長度越長時，代表等效 電流路徑變長，因此使得頻率降低，此處僅改變第二共振頻 率的操作點，不改變第一共振頻率。代表改變第二天線訊號 輻射板4長度僅對高頻有影響對低頻無影響，因而可藉由調 a不同第二天線訊號輕射板4長度單獨控制高頻共振點。 第7圖係顯示當增加本發明之延伸接地面與未配置延 伸接地面時，反射損失(Return Loss)與頻率之響應圖。當一 平面倒F天線加入本發明之延伸接地面6時，其所呈現的反 射損失與頻率之關係如頻率響應曲線C1所示，而未配置延 伸接地面所呈現的反射損失與頻率之關係如頻率響應曲線 C2。由圊中可以明顯的得知，當加入延伸接地面6的設計， 可使得天線之阻抗匹配獲得更進一步的改善。此處加入延伸 接地面6後，頻寬可由！62 MHz增加到267 MHz。 參閱第8圖所示，顯示本發明具有延伸接地面之平面 倒F天線100a之第二實施例結構。其大部份的結構與前述 第一實施例相同，其差異在於延伸接地面6a係由接地金屬 片1在對應於第二天線訊號輻射板4側邊之一側緣15朝第 二天線訊號輻射板4之方向凸伸出一預定高度，而一饋入端 -11 - 1344726 k 5a則由該第二天線訊號輻射板4對應於該延伸接地面^向 • 下凸伸而對應於該延伸接地面6a之頂緣，並與該延伸接地 面6a之頂緣保持一間距g。在本實施例中，該短路段2係 . 形成於該接地金屬片1鄰近該第一天線訊號輻射板3之一側 緣11處，但該延伸接地面仏是位在鄰近該第二天線訊號輻 射板4之另一側緣15處。藉由此一結構仍能達到如同前一 實施例之功能與效果。 U 刖述之貫施例，皆是以兩個天線訊號韓射板之雙頻段 輻射應用作為說明，本發明當然也可以應用在僅有單一個金 屬片的單段輻射應用領域中。 藉由上述之本發明實施例可知，本發明確具產業上之 利用價值。惟以上之實施例說明，僅為本發明之較佳實施例 說明，凡習於此項技術者當可依據本發明之上述實施例說明 而作其它種種之改良及變化。然而這些依據本發明實施例所 作的種種改良及變化，當仍屬於本發明之發明精神及界定之 I 專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示本發明具有延伸接地面之平面倒F天線之第一 實施例結構立體圖； 第2圖顯示一同轴電纜線之訊號饋入線焊接於天線之饋入 端’而同軸電纜線之披覆地線則焊接於天線之延伸接 地面； 第3圖顯示第2圖中3-3斷面的剖視圖； -12 - 1344726 第4圖顯示第2囷中短路段、饋入端、延伸接地面之間空間 配置關係之示意圖； 第5圖顯不在改變第1囷所示第一天線訊號輻射板之不同狹 ， 縫數時，反射損失與頻率之響應圖； 第6圖顯示當改變不同第二天線訊號輻射板長度時，反射損 失與頻率之響應圖； 第7圖係顯示當增加本發明之延伸接地面與未設置延伸接 ^ 地面時與未配置延伸接地面時，反射損失與頻率之響 應圖； 第8圖係顯示本發明具有延伸接地面之平面倒F天線之第 二實施例結構圖。 【主要元件符號說明】 100 ' 100a 具有延伸接地面之平面倒F天線 1 接地金屬片 11 側緣 12 側緣 13 天線定位部 14 天線定位部 15 側緣 2 短路段 3 第一天線訊號韓射板 31 狹縫結構 4 第二天線訊號輻射板 -13 - 1344726 5 饋入端 6、6a 延伸接地面 7 同軸電纜線 71 訊號饋入線 72 披覆地線

Claims (1)

1. 丄344726

   、申請專利範圍： 一種具有延伸接地面之平面倒F天線，包括有： —接地金屬片； 一短路段，形成於該接地金屬片之一側緣一預定高度； —第-天線訊號輻射板，經由驗路段連接於該接地金 屬片，並與該接地金屬片保持一平行距離，用以提供 該天線之第一共振頻率之電流路徑； 一第二天線訊號輻射板，經由該短路段連接於 屬片，並與該接地金屬片保持一平行距離，'用以提供 該天線之第二共振頻率之電流路徑； 饋入端，形成在4第一天線訊號韓射板之一選定位置· —延伸接地面，由該接地金屬片之一側緣朝該饋入端之 方向延伸出一預定咼度，並與該饋入端之間保持一間 距。 2 .如申請專利範圍第1項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線，其中該延伸接地面係由該接地金屬片之該側緣 向上垂直地朝該饋入端之方向延伸出。 3.如申請專利範圍第1項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線，其中該短路段係形成於該接地金屬片鄰近該第 —天線訊號輻射板之一側緣處，而該延伸接地面也位在 該側緣處。 -15 - 4. 如申請專利範圍第丨項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線，其中該短路段係形成於該接地金屬片鄰近該第 一天線訊號輻射板之一側緣處，但該延伸接地面是位在 鄰近該第二天線訊號輻射板之另一側緣處。 5. 如申請專利範圍第1項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線其中該第一天線訊號輪射板具有複數個狹縫， 其狹縫數可改變該第一共振頻率之操作點。 6. 如申請專利範圍第1項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線，其中該第二天線訊號輻射板之長度改變可改變 3玄第一共振頻率之操作點。 7. 如申請專利範圍第！項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線，其中該接地金屬片設有至少一天線定位部，用 以將該平面倒F天線定位在一標的電子設備。 8. 如申請專利範圍帛i項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線，其中§玄饋入端係連接至一同軸電纜線之訊號饋 入線，而該同軸電纜線之披覆地線則連接於該延伸接地 面。 9· 一種具有延伸接地面之平面倒F天線，包括有： 1344726 —接地金屬片； —短路段，形成於該接地金屬片之-側緣1定高度 至J 一天線訊號輻射板，經由該短路段連接於 屬片，並與該接地金屬片保持一平行距離，' 該天線之共振頻率之電流路徑；

   該接地金 用以提供 選定位置； 側緣朝該饋入端之 方向延伸出一預定高度，並與該饋入端 距。 一饋入端，形成在該天線訊號輻射板之 一延伸接地面，由該接地金屬片之 之間保持一間 面之平面倒 片之該側緣 瓜如申請專利範圍第9項所述之具有延伸接地 F天線，其中該延伸接地面係由該接地金屬 向上垂直地朝該饋入端之方向延伸出。 U·如申請專利範圍第9項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線，其t職路段係形成⑽接地金W鄰近咳天 線訊號輻射板之-側緣處，而該延伸接地面也位在該/側 12.如申請專利範圍第9項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線，其中該短路段係形成於該接地金屬片鄰近該天 線訊號韓射板之-側緣處，但該延伸接地面是位 該天線訊號輻射板之另一側緣處。 -17 〔S :) 丄J呼呼/2b 專利範圍第9項所述之具有延伸接地面之平面倒 ’其令该天線訊號輻射板具有複數個狹縫，其换 縫數可改變該共振頻率之操作點。 〃 14·:申請專鄉_ 9項所狀具有延伸接地面之平面倒 ' ^、中該天線訊號輪射板之長度改變可改變該j£ 振頻率之操作點。 心、

   15.如申清專利範圍第9項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線’其中該接地金屬片設有至少一天線定位部，用 以將該平面倒F天線定位在一標的電子設備。 16.如申請專利範圍第9項所述之具有延伸接地面之平面倒 F天線’其中該饋入端係連接至一同軸電纜線之訊號饋 入線’而該同軸電纜線之披覆地線則連接於該延伸接地 < S -18 -