TWI393291B - 一種單極槽孔天線 - Google Patents

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Description

一種單極槽孔天線
本發明係為一種行動通訊裝置天線，特別是一種單極槽孔行動通訊裝置天線，適合應用於折疊式行動通訊手機或是具有一上蓋之行動通訊裝置。
近年來由於行動通訊技術的快速演進，使得行動通訊裝置的輕、薄，短、小已成為非常重要的設計目標，因此應用於行動通訊裝置的天線就必須具備尺寸小、平面化及多頻帶操作的要求。美國專利第US 7,209,087 B2號“Mobile Phone Antena(行動手機天線)”及美國專利第US 7,471,249 B2號“EMC Metal-Plate Antenna and a Communication System Using the Same(電磁相容金屬片天線及使用該天線之通訊系統)”，均揭示一種佔據三維立體空間之手機天線，其立體式的設計體積大且其操作頻帶亦未能完全涵蓋目前無線廣域網路(WWAN,Wireless Wide Area Network)GSM850/900/1800/1900/UMTS之五頻操作頻段。為了解決此一問題，我們提出了一種單極槽孔的天線設計，特別適合應用於折疊式行動通訊手機或是具有一上蓋之行動通訊裝置上。本發明之單極槽孔天線為平面式的設計，其所佔用的面積小於10 x 40mm2，且結構簡單，可以輕易地與行動通訊裝置的系統電路一起印刷或蝕刻於系統電路板上，以節省製作成本且其操作頻帶可包含GSM850(824~894MHz)、GSM900(880~960MHz)、GSM1800(1710~1880MHz)、GSM1900(1850~1990MHz)及UMTS(1920~2170MHz)之五頻操作頻帶的需求。
如上所述，本發明的目的在於提供一種小尺寸的單極槽孔天線設計，適合應用於折疊式行動通訊手機或是具有一上蓋之行動通訊裝置上，達成五頻之多頻操作。
本發明天線包含：一介質基板、一第一接地面、一第二接地面、一單極槽孔(開口槽孔)及一饋入微帶線。其中該介質基板可以為一行動通訊裝置之系統電路板；該第一接地面位於該介質基板上，可以為一行動通訊裝置之系統接地面；該第二接地面可以為一折疊式通訊裝置上蓋之支撐金屬背板，其鄰近該第一接地面並藉由一金屬線電氣連結至該第一接地面，而該金屬線之部份區間並位於該介質基板之一表面上；該單極槽孔(開口槽孔)位於該第一接地面上，可以利用印刷或蝕刻技術形成於該介質基板上，其開口位置鄰近連接該第一接地面與該第二接地面之該金屬線，其中該單極槽孔具有至少一次彎折，以縮小天線之尺寸；該饋入微帶線位於該介質基板相對於該第一接地面之表面上，可以利用印刷或蝕刻技術形成於該介質基板上，其一端跨過該單極槽孔，另一端連接至一訊號源。
在本項發明中，我們利用單極槽孔本身的激發模態可有效地在天線的低頻頻帶(900MHz附近)共振出約四分之一共振波長的第一(最低)共振模態以及該第一共振模態之倍頻的第四共振模態(2000MHz附近)，並利用單極槽孔之開口部份的強電場來激發該第一接地面與該第二接地面所合成之一類偶極(dipole-like)結構之共振模態，使之產生天線的第二共振模態(1000MHz附近)及其倍頻的第三共振模態(1700MHz附近)。同時藉由調整連接該第一接地面與該第二接地面之該金屬線位於該介質基板上之部分區間的長度，可以有效調整該第二共振模態及該第三共振模態達成良好的阻抗匹配。由所激發的四個模態，可以使得天線的低頻頻帶涵蓋GSM850/900之操作，而天線的高頻頻帶可涵蓋GSM1800/1900/UMTS操作，達成天線之五頻操作頻帶。
參考第1圖及第2圖，為本發明天線第一實施例之結構圖及一側面結構圖。天線1包括：一介質基板10；一第一接地面11，其中該第一接地面11位於該介質基板10上；一第二接地面12，鄰近該第一接地面11，藉由一金屬線13電氣連接至該第一接地面11，該金屬線13之部份區間並位於該介質基板10之一表面上，再經由電氣連接點131短路至該第一接地面11；一單極槽孔(開口槽孔)14位於該第一接地面11上，該單極槽孔之開口141位置鄰近連接該第一接地面11與該第二接地面12之該金屬線13；一饋入微帶線15位於該介質基板10相對於該第一接地面11之表面上，其一端跨過該單極槽孔14，另一端連接至一訊號源16。
第3圖為第一實施例之天線的返回損失實驗量測結果圖。在第一實施例中，我們選擇該介質基板10為一寬度約為40mm、長度約為95mm及厚度約為0.8mm之玻纖介質基板，且介質基板10為一行動通訊裝置之系統電路板；而該第一接地面11與該單極槽孔14係以印刷或蝕刻技術形成於該介質基板10上，且第一接地面11為一行動通訊裝置之系統接地面，其中該單極槽孔14形成於該介質基板10之上方區間(面積約為10 x 40mm2)，且該單極槽孔14具有至少一次彎折，而槽孔總長度約為60mm，寬度約為2mm，可在天線之低頻頻帶(900MHz附近)激發一個約四分之一共振波長的第一最低共振模態31，並在天線之高頻頻帶產生一倍頻的第四共振模態34；該第二接地面12係為一寬度約為40mm及長度約為85mm的金屬片，且第二接地面12為一行動通訊裝置上蓋之支撐金屬背板；該金屬線13部分區間在介質基板10之長度約為36mm，而該金屬線13垂直於介質基板10且向外延伸之部分區間約為10mm；其中該第一接地面11與該第二接地面12所合成之一類偶極結構，可在天線之低頻頻帶激發一個二分之一共振波長的第二共振模態32，並在天線之高頻頻帶產生一倍頻的第三共振模態33。由實驗結果，在6dB返回損失的定義下，該第一共振模態31及第二共振模態32足以涵蓋GSM850(824~894MHz)及GSM900(880~960MHz)頻帶，而該第三共振模態33及第四共振模態34足以涵蓋GSM1800(1710~1880MHz)、GSM1900(1850~1990MHz)及UMTS(1920~2170MHz)所需之頻帶需求。
第4圖為本發明天線之第二實施例之結構圖。於天線4中該饋入微帶線45，大致為一直線形狀，其他天線結構與第一實施例相同。在此相似結構下，第二實施例亦可達成與第一實施例相似之多頻操作特性。
第5圖為本發明天線之第三實施例之結構圖。於天線5中連接該第一接地面11與該第二接地面12之金屬線53，其部份區間位於該介質基板10之一表面上並具有一彎折，再經由電氣連接點531，短路至該第一接地面11，而該單極槽孔54為一不等寬的槽孔，並經由該饋入微帶線55作為饋入，且該單極槽孔之開口541位置鄰近連接該第一接地面11與該第二接地面12之該金屬線53，其它結構與第一實施例相同。在此相似結構下，第三實施例亦可達成與第一實施例相似之多頻操作特性。
以上說明中所述之實施例僅為說明本發明之原理及功效，而非限制本發明。因此，習於此技術之人士可在不違背本發明之精神對上述實施例進行修改及變化。本發明之權利範圍如後述之申請專利範圍所列。
1,4,5．．．天線
10．．．介質基板
11．．．第一接地面
12．．．第二接地面
13,53．．．金屬線
131,531．．．電氣連接點
14,54．．．單極槽孔或開口槽孔
141,541．．．單極槽孔之開口
15,45,55．．．饋入微帶線
16．．．訊號源
31．．．第一共振模態
32．．．第二共振模態
33．．．第三共振模態
34．．．第四共振模態
第1圖為本發明天線第一實施例結構圖。
第2圖為本發明天線第一實施例側面結構圖。
第3圖為本發明天線第一實施例之返回損失實驗量測結果。
第4圖為本發明天線第二實施例結構圖。
第5圖為本發明天線第三實施例結構圖。
1．．．本發明天線一實施例
10．．．介質基板
11．．．第一接地面
12．．．第二接地面
13．．．金屬線
131．．．電氣連接點
14．．．單極槽孔或開口槽孔
141．．．單極槽孔之開口
15．．．饋入微帶線
16．．．訊號源

Claims (7)

  1. 一種單極槽孔天線，包含：一介質基板；一第一接地面，位於該介質基板上；一第二接地面，鄰近該第一接地面，藉由一金屬線電氣連接至該第一接地面，該金屬線之部份區間並位於該介質基板之一表面上且延伸一長度；一單極槽孔(開口槽孔)，位於該第一接地面上，其開口位置鄰近連接該第一接地面與該第二接地面之該金屬線；及一饋入微帶線，位於該介質基板相對於該第一接地面之表面上，其一端跨過該單極槽孔，另一端連接至一訊號源。
  2. 如申請專利範圍第1項之單極槽孔天線，其中該介質基板係一行動通訊裝置之系統電路板。
  3. 如申請專利範圍第1項之單極槽孔天線，其中該第一接地面係一行動通訊裝置之系統接地面。
  4. 如申請專利範圍第1項之單極槽孔天線，其中該第二接地面係一折疊式通訊裝置上蓋之支撐金屬背板。
  5. 如申請專利範圍第1項之單極槽孔天線，其中該饋入微帶線及該第一接地面係以印刷或蝕刻技術形成於該介質基板上。
  6. 如申請專利範圍第1項之單極槽孔天線，其中該單極槽孔具有至少一次彎折。
  7. 如申請專利範圍第1項之單極槽孔天線，其中位於該介質基板上之該金屬線之部份區間具有至少一次彎折。
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