TWI381588B - 電波接收用之天線、內置有此天線之電子裝置、以及此天線之製造方法 - Google Patents

Description

電波接收用之天線、內置有此天線之電子裝置、以及此天線之製造方法

本發明係關於一種電波接收用之天線、其製造方法以及一種使用此天線的電子裝置；具體而言，本發明係關於一種供各式無線區域網路(Wireless LAN)等技術領域使用之天線、其製造方法以及一種使用此天線的電子裝置。

近年來人們對於無線通訊的需求與日俱增，各種無線通訊網路標準及相關技術不斷推出，以迎合人們對於無線傳輸在速度和品質上日益嚴苛的需求。從國際電機工程師學會(IEEE)在802.11中所定義的Wi-Fi無線網路標準，到802.16中所訂定的全球互通微波存取技術(WIMAX)標準，無不反映出這樣的趨勢。

與此同時，對於天線的設計也要相對地加以改進，才能配合新的網路技術來使用。圖1所示為美國專利US6861986所揭示的傳統雙頻天線。此雙頻天線包含有第一輻射體1及第二輻射體2，兩者均連接於接地面4。訊號經由饋入點3以直接饋入方式饋入，以激發第一輻射體1產生高頻模態，使其操作中心頻率落在5.25GHz。訊號直接饋入並可激發第二輻射體2產生低頻模態，使其操作中心頻率落在2.45GHz。在此傳統雙頻天線中，第二輻射體2的長度約為其操作頻率的四分之一波長。

由此可知，為配合低頻模態之操作頻率，第二輻射體2的長度無法縮減，因此將無法因應各式小型電子裝置的需求。

本發明之目的在於提供一種電波接收用之天線及其製造方法，使天線具有較小之尺寸及空間需求。

本發明之另一目的在於提供一種電子裝置，該裝置具有一個可當作卡榫使用的天線，可固定其外殼的閉合。

本發明的天線包含基板、接地件、金屬輻射件、耦合件及訊號傳輸線。基板具有相對的第一表面及第二表面；接地件設置在基板的第一表面上；金屬輻射件設置在基板的第二表面上，且與接地件相連接；耦合件設置在基板的第一表面上，並與金屬輻射件的投影範圍有部分重疊；訊號傳輸線則具有訊號線及地線，前者與耦合件相連接，後者則與接地件相連接。

訊號傳輸線以耦合饋入的方式經耦合件激發金屬輻射件，藉以形成至少兩個頻段模態。例如以同軸電纜線作為訊號傳輸線，將其芯線與耦合件相連接，網狀導電層則與接地件相連接，再經耦合件以耦合饋入的方式分別激發金屬輻射件的一部份或整個金屬輻射件，藉以形成高、低兩個頻段模態。其中的高頻段模態可為IEEE 802.11a中定義的5GHz的ISM頻段，低頻段模態則可為IEEE 802.11b中定義的2.4GHz的ISM頻段。其中金屬輻射件的長度可小於低頻段模態的中心頻率的四分之一波長。

本發明的天線製造方法包含下列步驟：設置接地件於基板之第一表面上；設置金屬輻射件於基板之第二表面上，並連接於接地件；設置耦合件於基板之第一表面上，使得耦合件與第二金屬臂的投影範圍係部分相重疊。

本發明提供一種電波接收用之天線、其製造方法以及一使用此天線的電子裝置。在較佳實施例中，本發明之天線係應用於各式電子裝置以供無線訊號收發之用。其中，電子裝置較佳包含電腦主機板、筆記型電腦、桌上型電腦、行動電話、個人數位助理(PDA)、電子遊戲機等。其所收發的無線訊號可能應用於各式無線區域網路(Wireless LAN)及其他需要用到天線的技術領域。

圖2所示為本發明天線的一實施例之示意圖。如圖2所示，此天線包含基板10、接地件20、金屬輻射件30、耦合件40及訊號傳輸線50。基板10較佳係以PET等塑膠材料或其他具介電性的材質製成，例如印刷電路板(PCB)、可撓性電路板(FPC)等，均可用來製作基板10。基板10為一具有厚度的基材，包含相對的兩個表面；圖2所示為第一表面11的配置實施例，而圖3則為相應的第二表面12的配置實施例。兩個表面皆可用來承載各類元件。

如圖2所示，接地件20係設置於基板10的第一表面11上，且較佳為以印刷形成的金屬面。耦合件40係設置於基板10的第一表面11上，且較佳為以印刷形成的金屬面。此外，可依阻抗匹配的需求調整其形狀及大小。

如圖3所示，金屬輻射件30係設置於基板10的第二表面12上。在較佳實施例中，金屬輻射件30係為形成於第二表面12上的金屬線或具其他幾合形狀的金屬微帶。金屬輻射件30較佳係以印刷的方式形成於第二表面12上，然而在不同實施例中，也可以用其他方式形成金屬輻射件30。金屬輻射件30包含有第一金屬臂31、第二金屬臂32及連接部33。在此實施例中，第一金屬臂31及接地件20之投影範圍係部分重疊，其一端係以過孔的方式導通連接於接地件20，另一端則垂直連接於連接部33。然而在不同實施例中，也可以利用比如電磁輻射的方式使第一金屬臂31及接地件20相導通。第一金屬臂31的長度係大於第二金屬臂32的長度，並且與第二金屬臂32同向分佈。同向分佈較佳表示兩者之分佈係接近平行，但允許一定的誤差。第一金屬臂的寬度則可依阻抗匹配的需求加以調整。第二金屬臂32的一端垂直連接於連接部33，另一端則與接地件20之間具保持一個間距，其面積大於耦合件40，且其投影範圍與耦合件40部分重疊。重疊面積可決定耦合量，調整該面積的大小可相應地改變天線的操作頻帶。第一金屬臂31經由連接部33與第二金屬臂32相連接，使得整個金屬輻射件30在較佳實施例中略呈希臘字Γ形狀；其中第一金屬臂31與第二金屬臂32分別為兩側縱向之長短臂，而連接部33則形成為其間之橫向臂。

如圖2所示，訊號傳輸線50包含有訊號線51及地線52。訊號線51跨越接地件20並連接於耦合件40；地線52連接於接地件20。耦合件40、基板10、金屬輻射件30、接地件20及訊號傳輸線50所組成的整體構成一個封閉迴路。訊號傳輸線50以耦合饋入的方式經耦合件40激發金屬輻射件30，藉以形成至少兩個頻段模態。在較佳實施例中，訊號傳輸線50係為一同軸電纜線，其中的芯線與耦合件40相連接，網狀導電層則與接地件20相連接，再經耦合件40以耦合饋入的方式分別激發整個金屬輻射件30或金屬輻射件30的第二金屬臂32部份，藉以形成高、低兩個頻段模態(其中此高、低兩個頻段模態分別具有一中心頻率)。在較佳實施例中，高頻段模態係為IEEE 802.11a中定義的5GHz的ISM頻段，低頻段模態則係為IEEE 802.11b中定義的2.4GHz的ISM頻段。在較佳實施例中，金屬輻射件30與第二金屬臂32的長度分別小於高、低頻段模態的中心頻率所對應之波長的四分之一，在較佳實施例中約分別為高、低頻段模態的六分之一至八分之一波長，然而在其他實施例中並不限定於上述的長度。

圖4所示為本發明天線的另一個實施例。如圖4所示，此實施例與圖2的實施例的不同在於金屬輻射件30上的第一金屬臂31具有一個用來增加第一金屬臂31的長度的彎折部311。藉由增加第一金屬臂31之長度，可使得低頻段模態的低頻中心頻率往更低的頻率移動。此外，為配合設計需要，可同時增加複數個彎折部以增加第一金屬臂31長度調整的彈性。

圖5所示為本發明電子裝置的一實施例之示意圖。如圖5所示，此電子裝置包含殼體60、天線70及卡勾80。殼體60包含相對的第一殼體61及第二殼體62。在較佳實施例中，殼體60係為筆記型電腦的外殼，第一殼體61為其上蓋，第二殼體62則為其本體。然而在不同實施例中，電子裝置亦可為行動電話、個人數位助理、行動娛樂裝置或其他需要進行無線通訊之裝置。

如圖5所示，天線70係設置於該第一殼體61的邊緣。如圖6所示，天線70包含有接地件71、金屬輻射件72、基板73、耦合件74及訊號傳輸線75。接地件71包含相對的第三表面711及第四表面712。第三表面711緊貼於第一殼體61；第四表面712上則有金屬輻射件72垂直延伸而出。金屬輻射件72包含第一金屬臂721、第二金屬臂722及連接部723。在此實施例中，第一金屬臂721的一端垂直連接於接地件71，另一端則垂直連接於連接部723，其長度係大於第二金屬臂722的長度，並且與第二金屬臂722同向分佈。同向分佈意指原則上兩者接近平行，但允許一定的誤差。第二金屬臂722的一端垂直連接於連接部723，另一端則與接地件71之間具保持一個間距。第一金屬臂721經由連接部723與第二金屬臂722相連接，使得整個金屬輻射件72在較佳實施例中略呈希臘字Γ形狀。

基板73為一具有厚度的基材，包含相對的第一表面731及第二表面732，兩個表面皆可用來承載各類元件。如圖6所示，基板73的第二表面732接合於金屬輻射件72之第二金屬臂722。基板73較佳係以PET等塑膠材料或其他具介電性的材質製成，例如印刷電路板(PCB)、可撓性電路板(FPC)等，均可用來製作基板73。耦合件74係設置於基板73的第一表面731上，且較佳為以印刷形成的金屬面。此外，可依阻抗匹配的需求調整其形狀及大小。第二金屬臂722之面積大於耦合件74，且其投影範圍隔著基板73而與耦合件74部分重疊。重疊面積可決定耦合量，調整該面積的大小可相應地改變天線的操作頻帶。

如圖7所示，訊號傳輸線75包含有訊號線751及地線752。訊號線751連接於耦合件740；地線752連接於接地件71之第四表面712。耦合件74、基板73、金屬輻射件72、接地件71及訊號傳輸線75所組成的整體構成一個封閉迴路。訊號傳輸線75以耦合饋入的方式經耦合件74激發金屬輻射件72，藉以形成至少兩個頻段模態。在較佳實施例中，訊號傳輸線75係為一同軸電纜線，其中的芯線與耦合件74相連接，網狀導電層則與接地件71相連接，再經耦合件74以耦合饋入的方式分別激發金屬輻射件72的第二金屬臂722部份或整個金屬輻射件72，藉以形成高、低兩個頻段模態(其中此高、低兩個頻段模態分別具有一中心頻率)。在較佳實施例中，高頻段模態係為IEEE 802.11a中定義的5GHz的ISM頻段，低頻段模態則係為IEEE 802.11b中定義的2.4GHz的ISM頻段。在較佳實施例中，金屬輻射件72與第二金屬臂722的長度分別小於高、低頻段模態的中心頻率所對應之波長的四分之一，在較佳實施例中約分別為高、低頻段模態的六分之一至八分之一波長，然而在其他實施例中並不限定於上述的長度。

如圖5所示，卡勾80係設置於該第二殼體62對應於天線70的邊緣，可在第一殼體61平行覆蓋於第二殼體62上時，與設置於第一殼體61上的金屬輻射件72相卡合。卡勾80較佳係卡合於金屬輻射件72之連接部723上；但亦可在不同設計下卡合於第一金屬臂721或第二金屬臂722上。在較佳實施例中，金屬輻射件72可設置於筆記型電腦的上蓋，以作為卡榫使用；卡勾80則可設置於本體部分，與作為卡榫的金屬輻射件72相配合，作為固定上及本體的閉合之用。筆記型電腦的上、下蓋開啟使用時，金屬輻射件72則可發揮天線的功用。

圖7所示為本發明天線製造方法之一實施例之流程圖。步驟91包含設置接地件於基板之第一表面上。在較佳實施例中，接地件為以印刷形成的金屬面。

步驟92包含設置金屬輻射件於基板之第二表面上，並連接於接地件。在較佳實施例中，金屬輻射件係為形成於第二表面上的金屬線或具其他幾合形狀的金屬微帶。金屬輻射件較佳係以印刷的方式形成於第二表面上，然而在不同實施例中，也可以用其他方式形成金屬輻射件。金屬輻射件包含有第一金屬臂、第二金屬臂及連接部。在較佳實施例中，第一金屬臂及接地件之投影範圍係部分重疊，其一端係以過孔的方式導通連接於接地件，另一端則垂直連接於連接部，其長度係大於第二金屬臂的長度，並且與第二金屬臂同向分佈。同向分佈意指原則上兩者接近平行，但允許一定的誤差。第一金屬臂的寬度則可依阻抗匹配的需求加以調整；第二金屬臂的一端垂直連接於連接部，另一端則與接地件之間具保持一個間距，其面積大於耦合件，且其投影範圍與耦合件係部分重疊。重疊面積可決定耦合量，調整該面積的大小可相應地改變天線的操作頻帶。第一金屬臂經由連接部與第二金屬臂相連接，使得整個金屬輻射件在較佳實施例中略呈希臘字Γ形狀。此外，在較佳實施例中，步驟92還可將第一金屬臂的一部分以彎折的方式設置於基板之第一表面上，用以增加第一金屬臂的長度，使得低頻段模態的低頻中心頻率往更低的頻率移動。此外，為配合設計需要，可同時增加複數個彎折部以增加第一金屬臂長度調整的彈性。

步驟93包含設置耦合件於基板之第一表面上，使得耦合件與第二金屬臂的投影範圍係部分相重疊。在較佳實施例中，耦合件為以印刷形成的金屬面，並且可依阻抗匹配的需求調整其形狀及大小。此外，步驟93還包含將訊號傳輸線中的訊號線連接於耦合件，以及將訊號傳輸線中的地線連接於接地件。訊號傳輸線以耦合饋入的方式經耦合件激發金屬輻射件，藉以形成至少兩個頻段模態。在較佳實施例中，訊號傳輸線可為一同軸電纜線，其中的芯線與耦合件相連接，網狀導電層則與接地件相連接，再經耦合件以耦合饋入的方式分別激發金屬輻射件的第二金屬臂部份或整個金屬輻射件，藉以形成高、低兩個頻段模態(其中此高、低兩個頻段模態分別具有一中心頻率)。其中的高頻段模態係為IEEE 802.11a中定義的5GHz的ISM頻段，低頻段模態則係為IEEE 802.11b中定義的2.4GHz的ISM頻段。此外，在較佳實施例中，金屬輻射件與第二金屬臂的長度分別小於高、低頻段模態的中心頻率所對應之波長的四分之一，在較佳實施例中約分別為高、低頻段模態的六分之一至八分之一波長，然而在其他實施例中並不限定於上述的長度。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。

10．．．基板

11．．．第一表面

12．．．第二表面

20．．．接地件

30．．．金屬輻射件

31．．．第一金屬臂

311．．．彎折部

32．．．第二金屬臂

33．．．連接部

40．．．耦合件

50．．．訊號傳輸線

51．．．訊號線

52．．．地線

60．．．殼體

61．．．第一殼體

62．．．及第二殼體

70．．．天線

71．．．接地件

711．．．第三表面

712．．．第四表面

72．．．金屬輻射件

721．．．第一金屬臂

722．．．第二金屬臂

723．．．連接部

73．．．基板

731．．．第一表面

732．．．第二表面

74．．．耦合件

75．．．訊號傳輸線

751．．．訊號線

752．．．地線

80．．．卡勾

圖1為傳統雙頻天線的示意圖；

圖2為本發明一實施例之天線的第一表面示意圖；

圖3為本發明一實施例之天線的第二表面示意圖；

圖4為本發明天線的另一實施例示意圖；

圖5為本發明一實施例之電子裝置的實施例示意圖；

圖6為本發明天線的另一實施例示意圖；

圖7為本發明一實施例之天線製造方法的實施例流程圖。

10．．．基板

20．．．接地件

30．．．金屬輻射件

40．．．耦合件

50．．．訊號傳輸線

51．．．訊號線

52．．．地線

Claims (24)

1. 一種天線，包含：一基板，包含相對之一第一表面及一第二表面；一接地件，設置於該基板之該第一表面上；一金屬輻射件，設置於該基板之該第二表面上且包含一第一金屬臂、一第二金屬臂及一連接部，其中該第一金屬臂及該第二金屬臂至少部分同向分佈，該第一金屬臂之長度係大於或等於該第二金屬臂之長度，該第一金屬臂連接於該接地件，該連接部之兩端分別連接於該第一金屬臂及該第二金屬臂並實質上橫跨於該第一金屬臂及該第二金屬臂間之空間；一耦合件，設置於該第一表面上，其中該耦合件與該第二金屬臂之投影範圍係部分重疊，該耦合件係經該訊號傳輸線以一耦合方式激發該金屬輻射件以選擇性形成至少一第一頻段模態及一第二頻段模態；以及一訊號傳輸線，包含一訊號線及一地線，其中該訊號線係連接於該耦合件，該地線則係連接於該接地件。
2. 如請求項1所述之天線，其中該第一金屬臂具有至少一彎折部。
3. 如請求項1所述之天線，其中該連接部係連接於該第一金屬臂及該第二金屬臂其中至少其一之端部。
4. 如請求項1所述之天線，其中該第一金屬臂及該第二金屬臂係實質上相平行。
5. 如請求項1所述之天線，其中該第二金屬臂之面積係大於該耦合件之面積。
6. 如請求項1所述之天線，其中該第二金屬臂及該接地件之間具 有一間距。
7. 如請求項1所述之天線，其中該第一金屬臂及該接地件之投影範圍係部分重疊，該基板包含一過孔結構，形成於該接地件及該第一金屬臂投影範圍重疊之部分間，該第一金屬臂及該接地件係通過該過孔結構互相連接。
8. 如請求項1所述之天線，其中該第一頻段模態具有一第一中心頻率以及對應於該第一中心頻率之一第一波長，該第二金屬臂之長度係實質上相等於該第一波長之六分之一至八分之一。
9. 如請求項1所述之天線，其中該第二頻段模態具有一第二中心頻率以及對應於該第二中心頻率之一第二波長，該金屬輻射件之總長度係實質上相等於該第二波長之六分之一至八分之一。
10. 一種電子裝置，包含一天線，其中該天線包含：一基板，包含相對之一第一表面及一第二表面；一接地件，設置於該基板之該第一表面上；一金屬輻射件，設置於該基板之該第二表面上且包含一第一金屬臂、一第二金屬臂及一連接部，其中該第一金屬臂及該第二金屬臂至少部分同向分佈，該第一金屬臂之長度係大於或等於該第二金屬臂之長度，該第一金屬臂連接於該接地件，該連接部之兩端分別連接於該第一金屬臂及該第二金屬臂並實質上橫跨於該第一金屬臂及該第二金屬臂間之空間；一耦合件，設置於該第一表面上，其中該耦合件與該第二金屬臂之投影範圍係部分重疊，該耦合件係經該訊號傳輸線以一耦合方式激發該金屬輻射件以選擇性形成至少一第一頻段模態及一第二頻段模態；以及 一訊號傳輸線，包含一訊號線及一地線，其中該訊號線係連接於該耦合件，該地線則係連接於該接地件。
11. 如請求項10所述之電子裝置另包含：一殼體，具有一第一殼體及一第二殼體，其中該天線係設置於該第一殼體之邊緣；以及一卡勾，設置於該天線之邊緣，供選擇性地卡合於該金屬輻射件。
12. 如請求項10所述之電子裝置，其中該第一金屬臂具有至少一彎折部。
13. 如請求項10所述之電子裝置，其中該連接部係連接於該第一金屬臂及該第二金屬臂其中至少其一之端部。
14. 如請求項10所述之電子裝置，其中該第一金屬臂及該第二金屬臂係實質上相平行。
15. 如請求項10所述之電子裝置，其中該第二金屬臂之面積係大於該耦合件之面積。
16. 如請求項10所述之電子裝置，其中該第二金屬臂及該接地件之間具有一間距。
17. 如請求項10所述之電子裝置，其中該第一金屬臂及該接地件之投影範圍係部分重疊，該基板包含一過孔結構，形成於該接地件及該第一金屬臂投影範圍重疊之部分間，該第一金屬臂及該接地件係通過該過孔結構互相連接。
18. 如請求項10所述之電子裝置，其中該第一頻段模態具有一第一中心頻率以及對應於該第一中心頻率之一第一波長，該第二金屬臂之長度係實質上相等於該第一波長之六分之一至八分之一。
19. 如請求項10所述之電子裝置，其中該第二頻段模態具有一第二中心頻率以及對應於該第二中心頻率之一第二波長，該金屬輻射件之總長度係實質上相等於該第二波長之六分之一至八分之一。
20. 一種天線的製造方法，包含下列步驟：設置一接地件於一基板之一第一表面上；設置一金屬輻射件於該基板之一第二表面上並連接於該接地件，其中該第二表面係相對於該第一表面，且該金屬輻射件包含一第一金屬臂、一第二金屬臂及一連接部，該第一金屬臂及該第二金屬臂至少部分係互相平行，該第一金屬臂之長度係大於或等於該第二金屬臂之長度，該連接部之兩端係分別連接於該第一金屬臂及該第二金屬臂並實質上橫跨於該第一金屬臂及該第二金屬臂間之空間；設置一耦合件於該第一表面上，使該耦合件及該第二金屬臂之投影範圍係部分重疊，並以耦合方式經該耦合件激發該金屬輻射件選擇性形成至少一第一頻段模態及一第二頻段模態。
21. 如請求項20所述之製造方法，其中該金屬輻射件設置步驟包含：將該第一金屬臂及該第二金屬臂以相同方向延伸；將該連接部連接於該第一金屬臂及該第二金屬臂其中至少其一之端部。
22. 如請求項20所述之製造方法，其中該金屬輻射件設置步驟另包含下列步驟：於該基板形成至少一過孔結構； 使部分該第一金屬臂及該接地件之投影範圍互相重疊於該過孔結構之位置；以及透過該過孔結構將該第一金屬臂連接於該接地件。
23. 如請求項20所述之製造方法，其中該金屬輻射件設置步驟包含：將部分該第一金屬臂以彎折方式設置於該基板之該第一表面上。
24. 如請求項20所述之製造方法，其中該金屬輻射件激發步驟包含下列步驟：將一訊號傳輸線之一訊號線連接於耦合件；以及將該訊號傳輸線之一地線連接於該接地件。