TWI499128B - 用於電路板的天線裝置 - Google Patents

Description

用於電路板的天線裝置

本案係關於無線電傳送技術，尤指一種應用於電路板上的天線。

現有的單極天線與電路之間的關係，是發射器另外用一鞭型天線將電磁波輻射出去，然而，鞭型天線是突出於電子裝置的一個棒狀、或長條型物體，一如以往的手機、路由器、數據機上所裝置的天線，因此是相當佔體積的結構，而且容易損壞，故而在小型化與外型簡潔的雙重需求下，內藏式天線則成為現今多數無線電產品、尤其是消費性電子產品的主流。

請參閱圖1，為習用技術的無線電裝置示意圖。其中揭露一電路板1，具有一電子元件區域10，該區域10內則有一發射器11，並於該區域10外還以印刷電路板技術，在電路板1上設置一主輻射體20、即天線，主輻射體20透過電路板1內的線路(圖中未揭示)與發射器電連接，如此即可將電磁波輻射出去。然而，以圖1的習用技術而言，由於天線20是與電子元件區域10內的各電子元件一同設置在電路板1上，因此極易與各電子元件互相干擾，且各電子元件也會阻礙電磁波的發射，因此效能比傳統的鞭型天線略差。

請參閱圖2，為習用技術的增益圖。由於整合於電路板的天線其形狀設計不若傳統鞭型天線容易趨近完美，圖2的增益圖是以垂直於天線長軸方向的平面為測量平面，亦即以天線為圓心所繪成的極座標圖。因此由圖2所示的增益圖可以清楚的看到，圖1的天線20，自九十度開始直到二百七十度為止，其輻射強度減弱且不固定，例如以無線數據機的使用者而言，當他裝置好數據機之後並不能馬上的享有無線傳輸所帶來的便捷，相反的，他必須時常調整數據機的姿態，以便讓電磁波輻射強度較優的角度可以對準接收裝置如筆記型電腦，然而無線數據機本身亦須以有線的方式連接信號源，且亦需電源之供應，因此其姿態的調整也會受到諸實體線路的制約。再者，如有兩部以上的接收裝置在不同的位置需要使用該無線數據機，則應用上就變得極為不便。且若無線數據機是固定在天花板或牆面上，則亦不能隨心所欲的調整其姿態。因此，為了解決信號強度不均的缺點，目前既有的技術都僅在單獨一個天線的形狀上著手，但效果有限；或是透過增強功率的方式來彌補某些角度強度減弱的問題，但卻也造成對其他外部的電子裝置的干擾，而且也比較耗電。

爰是之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，發明出本案「用於電路板的天線裝置」，用以改善上述習用手段之缺失。

本發明之目的是為了增進無線電發射的均勻性，亦即，在垂直於天線長軸方向上的平面的極座標各角度都可以讓接收器可以接收到近乎相同的無線電強度。利用寄生電路的原理，使兩個相鄰的天線因為寄生電路原理而產生方向相反的感應電流，進而使得兩個天線各自產生的增益可以互相涵蓋，從而使其中一個天線所產生比較強的信號方向剛好可以彌補另一個天線的信號比較弱的方向，如此整體而言可以讓每個方向的無線電信號強度都得到提升，且強度也近趨一致。

為了達到上述之目的，本發明提供一種用於電路板的天線裝置，包括：一電路板，具有一發射單元；一主輻射體，與該發射單元透過一饋入線路電性連接；一第一寄生輻射體，鄰近於該主輻射體，與該主輻射體長軸方向同軸的設置於該電路板的第一側；以及一第二寄生輻射體，與該主輻射體長軸方向同軸的設置於該電路板的第二側，且該第二寄生輻射體與該主輻射體的投影有重疊。

為了達到上述之目的，本發明再提供一種用於電路板的天線，包括一主輻射體；一饋入線路，將該主輻射與一饋入訊號電性相連；以及一第一寄生輻射體，鄰近於該主輻射體，並沿著該主輻射體的長軸方向而設。

為了達到上述之目的，本發明所提供一種用於電路板的天線，更包括一接地結構，該接地結構與該主輻射體設置於該電路板的第一側，且該接地結構圍繞該主輻射體、該第一寄生輻射體、以及該第二寄生輻射體於第一側的投影，以隔離各該輻射體與該電路板上所設置的電子元件。

為了達到上述之目的，本發明所提供一種用於電路板的天線，其中該天線是設置鄰近該電路板的一個邊緣，且該邊緣與該天線之間無任何元件設置其中。

為了達到上述之目的，本發明更包括一第三寄生輻射體，鄰近於該第一寄生輻射體，並沿著該主輻射體的長軸方向而設。

為了達到上述之目的，本發明所提供一種用於電路板的天線，更包括一接地結構，該接地結構是與該主輻射體設置於該電路板的一側，且該接地結構圍繞該主輻射體、該第一寄生輻射體、以及該第二寄生輻射體於該第一側的投影和該第三寄生輻射體，以隔離各該輻射體與該電路板上所設置的電子元件。

為了達到上述之目的，本發明所提供一種用於電路板的天線，更包括一阻抗匹配結構，該接地結構相對於該主輻射體的位置上設有該阻抗匹配結構。

為了達到上述之目的，本發明的該主輻射體更包括一延伸結構，該延伸結構具有至少一彎折使得其沿遠離該第一寄生輻射體的方向向該阻抗匹配結構延伸。

為了達到上述之目的，本發明所提供一種用於電路板的天線，包括一主輻射體，提供一第一增益；以及一第一寄生輻射體，鄰近於該主輻射體，並沿著該主輻射體的長軸方向而設，提供一第二增益，其中重疊該第一增益與該第二增益而成為一組合增益。

以下針對本案之「用於電路板的天線裝置」的各實施例進行描述，請參考附圖，但實際之配置及所採行的方法並不必須完全符合所描述的內容，熟習本技藝者當能在不脫離本案之實際精神及範圍的情況下，做出種種變化及修改。

請參閱圖3與圖4。其中圖3，為本發明的無線電裝置示意圖，揭示了電路板1的第一側1a方向；而圖4，為本發明的無線電裝置另一方向示意圖，揭示了電路板1的第二側1b方向。圖3揭露電路板1具有一電子元件區域10，在電子元件區域10內設有一發射器11，與主輻射體20透過一習用的饋入線路(圖中未揭示)電連接，透過饋入線路將饋入訊號送至主輻射體20。由於單一個主輻射體20的增益強度其實並不平均，因此，本發明更設置一第一寄生輻射體21鄰近於主輻射體20，且本實施例是兩者的特徵長度相同，而寄生輻射體21與主輻射體20之間是沿著主輻射體20的長軸方向同軸排列。寄生輻射體21與主輻射體20之間沒有電連接，但由於相互鄰近，因此兩者之間會有電感效應產生，因此，第一寄生輻射體21亦會發射電磁波，但是由於是來自於電感效應，因此，第一寄生輻射體21上的感應電動勢方向與主輻射體20相反，所以，第一寄生輻射體21所產生的強度不均的區域也正好與主輻射體20的錯開，從而兩者的增益疊加在一起，而成為一個新的增益，因此，兩個輻射體的各自的強度分布雖然仍是不均勻的，但是卻可以互相彌補。因此，本發明確實可以達到讓電磁波強度均勻的效果。

此外，請繼續參閱圖3，為了避免各輻射體與電子元件區域10內的各式電子元件相互的干擾，本發明在電子元件區域10與各輻射體之間更設置一接地結構3，使電磁波在接觸到接地結構3時可以轉成電流並導引離開。此外，為了更進一步的強化接地結構3的效果，更在接地結構3相對於主輻射體20的位置的接地結構3上設有一阻抗匹配結構30，較其餘的接地結構3要寬，以期更能有效的減少主輻射體20對電子元件區域10內的干擾。再者，主輻射體20還更包括一延伸結構24，具有至少一彎折24a使得延伸結構24沿遠離第一寄生輻射體21的方向向阻抗匹配結構3延伸。本發明的天線裝置的主輻射體20透過延伸結構24的彎折24a設計更可以有效降低主輻射體20對電子元件區域10內的干擾。

請參閱圖4，為了進一步強化輻射體之間能互相彌補電磁波強度分布不均勻的效果，本發明在電路板1的背面、即第二側1b處更設有一第二寄生輻射體22，由於與主輻射體20的投影有重疊，因此亦可產生電感效應，進而發射電磁波，亦即，以圖3的實施例而言，本發明即有三個輻射體，各自均有自己的輻射強弱的分布，但是卻又可以疊加使各自輻射強弱分布可以互相彌補，而達到各方向均有相近似的強度，如此一來，無線電裝置如無線數據機的使用者就不必再費心思調整無線數據機的姿態，再者，如果無線數據機是固定於天花板或牆面上，筆記型電腦或平板電腦等使用者也不必再自行移動位置以求取最佳的接收效果。

請繼續參閱圖3，為了更進一步的讓輻射強度更均勻，在本發明的電路板1上更設置了一第三寄生輻射體23，鄰近於第一寄生輻射體21但未與之電連接，且本實施例是兩者的特徵長度相同，而第三寄生輻射體23與第一寄生輻射體21之間是沿著第一寄生輻射體21的長軸方向同軸排列。由於兩者相互鄰近，因此兩者之間會有電感效應產生，因此，第三寄生輻射體23亦會發射電磁波，但是由於是來自於電感效應，因此，第三寄生輻射體23上的感應電動勢方向與第一寄生輻射體21相反，所以，第三寄生輻射體23所產生的強度不均的區域也正好與第一寄生輻射體21的錯開，再者，第三寄生輻射體23產生的強度不均的區域也正好與主輻射體20的錯開，故整體而言，各寄生輻射體與主輻射體的增益疊加在一起，而成為一個新的增益，因此，各輻射體的各自的強度分布雖然仍是不均勻的，但是卻可以互相彌補。如此一來，本發明所達到電磁波輻射強度的分布更加的均勻。並且由圖3與圖4可見，主輻射體20、第一寄生輻射體21、第二寄生輻射體22、與第三寄生輻射體23，共可合成為一天線2，亦即，本發明的天線2是由一主輻射體20與其他一個或一個以上的寄生輻射體所組成。

請參閱圖5，為本發明的增益圖。此圖的繪製是以垂直於各輻射體的長軸軸向的平面並以極座標為主。由此可見，本發明利用了寄生輻射體，使得增益可以分布的更加均勻，在各個角度、即各個方向的電磁波輻射強度差異可以縮小，比起圖1所示的習用技術而言好的非常多。由此可見，應用了本發明的無線數據機的使用者既不用調整無線數據機的姿態，亦不用調整自己的所在位置，就可以收到信號強度良好的無線電訊息。由上述圖3至圖5可知，本發明所提供的一種用於電路板的無線電裝置，其震盪方法係由不同輻射體提供兩個不同方向的增益，以達到互相彌補的效果，包括提供一第一增益和一第二增益，以及利用重疊該第一增益與該第二增益而成為一組合增益。其中，第一增益可以當作是由主輻射體20所提供，而第二增益則可視為由第一、和第二、和第三寄生輻射體(21、22、23)所提供，由此推知，如以圖3與圖4的實施例而言，各輻射體均具有各自的增益而可以重疊成為一組合增益，並達到如圖5所示的各方向輻射強度接近一致的效果。此外，由於第二增益的產生是來自電感效應的原因，因此第二增益的相位剛好與第一增益的相位差距大約是一百八十度。

綜上所述，本發明「用於電路板的天線裝置」就是應用了電感效應的原理，在沿著主輻射體的長軸方向上同軸的設置一特徵長度相同的一寄生輻射體，如此一來，寄生輻射體因為電感效應也會產生震盪發出電磁波，但是由於是因為電感效應，因此其震盪方向、即相位大致上與主輻射體的震盪相位相差一百八十度，故而兩者各自的輻射強度分布雖有不均勻的區域，但是由於相位有差異，因此正好可以相互彌補，進而使得每個角度所輻射出的電磁波強度都可趨近一致，亦即使原本甚差的角度方向變得跟其他收信良好的角度一樣的良好。所以只要任何的無線電裝置使用了本發明，例如無線數據機，其使用者就不用再調整數據機的姿態了，而若是將此數據計固定於天花板或是牆面上者，亦不需自行移動以改變接收裝置如筆記型電腦或平板電腦的接收位置，因為使用了本發明技術的無線數據機可以對任何角度提供足夠強度而又均勻的無線電訊號，可見本發明對於應用於電路板的無線電裝置、應用於電路板的天線、以及應用於電路板的天線的震盪方法，均具有莫大的貢獻。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例，雖遭熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧電路板

1a‧‧‧第一側

1b‧‧‧第二側

10‧‧‧電子元件區域

11‧‧‧發射器

2‧‧‧天線

20‧‧‧主輻射體

21‧‧‧第一寄生輻射體

22‧‧‧第二寄生輻射體

23‧‧‧第三寄生輻射體

24‧‧‧延伸結構

24a‧‧‧彎折

3‧‧‧接地結構

30‧‧‧阻抗匹配結構

圖1，為習用技術的無線電裝置示意圖；圖2，為習用技術的增益圖；圖3，為本發明的無線電裝置示意圖；圖4，為本發明的無線電裝置另一方向示意圖；以及圖5，為本發明的增益圖。

1．．．電路板

1a．．．第一側

10．．．電子元件區域

11．．．發射器

2．．．天線

20．．．主輻射體

21．．．第一寄生輻射體

23．．．第三寄生輻射體

24．．．延伸結構

3．．．接地結構

30．．．阻抗匹配結構

Claims (10)

1. 一種用於電路板的天線裝置，包括：一電路板，包含一第一側，以及與該第一側平行對應的一第二側，且該第一側設有一發射單元；一主輻射體，設置於該第一側且電性連接至該發射單元，該主輻射體還包括一具彎折的延伸結構；一第一寄生輻射體，鄰近於該主輻射體，與該主輻射體長軸方向同軸的設置於該電路板的該第一側；一第二寄生輻射體，與該主輻射體長軸方向同軸的設置於該電路板的該第二側；以及一阻抗匹配結構，位於該發射單元與該主輻射體之間，其中該延伸結構是透過該彎折以遠離該第一寄生輻射體的方向向該阻抗匹配結構延伸。
2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，更包括一第三寄生輻射體，鄰近於該第一寄生輻射體，與該主輻射體同軸且位於該電路板的該第一側。
3. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該第二寄生輻射體與該主輻射體的投影有重疊。
4. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，更包括一接地元件，鄰近並圍繞於該主輻射體、該第一寄生輻射體以及該第二寄生輻射體於該第一側的投影，以隔離該主輻射體、該第一寄生輻射體、第二寄生輻射體與該電路板上所設置的電子元件。
5. 一種用於電路板的天線，包括： 一主輻射體，更包括一具有彎折的延伸結構；一第一寄生輻射體，鄰近於該主輻射體，並沿著該主輻射體的長軸方向而設；以及一阻抗匹配結構，其中該延伸結構是透過該彎折以遠離該第一寄生輻射體的方向向該阻抗匹配結構延伸。
6. 如申請專利範圍第5項所述的天線，更包括一接地元件，鄰近圍繞於該主輻射體、該第一寄生輻射體，以隔離該主輻射體、該第一寄生輻射體與該電路板上所設置的電子元件。
7. 如申請專利範圍第5項所述的天線，更包括一第二寄生輻射體，其中該主輻射體與該第一寄生輻射體位於一電路板的同一側，而該第二寄生輻射體則位於該電路板的另一側，且該第二寄生輻射體與該主輻射體的投影有重疊。
8. 一種用於電路板的天線，包括：一主輻射體，提供一第一增益，且包括一具有彎折的延伸結構；一第一寄生輻射體，鄰近於該主輻射體，並沿著該主輻射體的長軸方向而設，提供一第二增益，其中，該第一增益與該第二增益相重疊而成為一組合增益；以及一阻抗匹配結構，其中該延伸結構是透過該彎折以遠離該第一寄生輻射體的方向向該阻抗匹配結構延伸。
9. 如申請專利範圍第8項所述的天線，其中該第一增益來自一第一震盪方向，而該第二增益來自一第二震盪方向， 且該第一震盪方向與該第二震盪方向相差一百八十度。
10. 如申請專利範圍第8項所述的天線，更包括一第二寄生輻射體，其中該主輻射體與該第一寄生輻射體位於一電路板的同一側，而該第二寄生輻射體位於該電路板的另一側，且該第二寄生輻射體與該主輻射體的投影有重疊，其中該第二增益則來自該第一寄生輻射體和該第二寄生輻射體。