TWI543445B - 天線及其製造方法 - Google Patents

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TWI543445B
TWI543445B TW103127685A TW103127685A TWI543445B TW I543445 B TWI543445 B TW I543445B TW 103127685 A TW103127685 A TW 103127685A TW 103127685 A TW103127685 A TW 103127685A TW I543445 B TWI543445 B TW I543445B
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黃智勇
羅國彰
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Description

天線及其製造方法
本發明係關於一種天線及其製造方法，尤指一種印刷式單頻天線及其製造方法。
在科技發展日新月異的現今時代中，多種尺寸輕巧之天線被開發出來，以應用在各種尺寸日益輕巧的手持式電子裝置(例如行動電話或是筆記型電腦)中或無線傳輸裝置(例如AP)中。舉例來說，結構輕巧、傳輸效能良好、且可輕易地被設置在手持式電子裝置內壁之倒F形天線(Inverse-F Antenna，IFA)係已存在，並被廣泛地應用在多種手持式電子裝置、筆記型電腦、或無線通訊裝置中來進行無線傳輸。
本案之一面向係提供一種製造一天線的方法，包含下列步驟：提供一基板；在該基板上形成一接地導體結構，其中該接地導體結構係自一饋入端延伸至一第一轉角，並包括沿一第一方向延伸的一第一導體、自該第一導體沿一第二方向延伸的一第二導體、自該第二導體沿一第三方向延伸的一第三導體、及自該第三導體沿一第四方向延伸的一第四導體，其中該第一方向和該第二方向之間具有一第一鈍角，該第二方向和該 第三方向之間具有一第二鈍角，而該第三方向和該第四方向之間具有一銳角。
本案之另一面向係提供一種天線，包含一接地部；一輻射部，包含一饋入端；一T形共振導體結構，延伸自該饋入端；以及一接地導體結構，包含一第一轉角、一第二轉角、第三轉角和一第四轉角；一第一導體，自該饋入端沿一第一方向延伸；一第二導體，自該第二轉角沿一第二方向延伸到該第三轉角，並包含一擴散錐形表面，其中該擴散錐形表面具有一第一寬度、一第二寬度及一中心長度，以使該天線的一操作頻段具有一預定頻寬，其中該第一寬度為該擴散錐形表面的最小寬度，而該第二寬度為該擴散錐形表面的最大寬度；一第三導體，自該第三轉角沿一第三方向延伸到該第四轉角，其中該第三方向和該第一方向相同；以及一第四導體，自該第四轉角沿一第四方向延伸到一接地部，其中該第三方向和該第四方向垂直，該第一方向和該第二方向之間具有一第一鈍角，該第二方向和該第三方向之間具有一第二鈍角，而該第三方向和該第四方向之間具有一銳角。
本案之又一面向係提供一種天線，包含一第一輻射元件，具一饋入端；一第二輻射元件，自該第一輻射元件側向延伸；以及一第三輻射元件，與該第二輻射元件沿同一方向延伸，並與該第二輻射元件有一絕緣距離。
本案之再一面向係提供一種天線，包含一基板；一頻段決定輻射元件，設於該基板上，具一延伸方向；以及一頻段調整輻射元件，設於該基板上，沿該延伸方向延伸，並與該頻段決定輻射元件有一絕緣距離。
01‧‧‧天線
10‧‧‧天線基材
510‧‧‧印刷電路板
02‧‧‧饋入信號區
200‧‧‧饋入端
201‧‧‧饋入信號線
202‧‧‧RF信號輸出焊點
03‧‧‧饋入信號接地區
301‧‧‧天線信號焊接孔
302‧‧‧天線接地焊接孔
303‧‧‧金屬接地
401‧‧‧同軸電纜中心信號線
402‧‧‧同軸電纜接地端
404‧‧‧同軸電纜
405‧‧‧RF信號模組
06‧‧‧輻射部
61‧‧‧第一輻射元件
62‧‧‧第二輻射元件
63‧‧‧第三輻射元件
64‧‧‧第四輻射元件
61T‧‧‧第五轉角
61L‧‧‧第一長度
62L‧‧‧第二長度
63L‧‧‧第三長度
64L‧‧‧第四長度
07‧‧‧接地部
71‧‧‧第一導體
72‧‧‧第二導體
73‧‧‧第三導體
74‧‧‧第四導體
71T‧‧‧第一轉角
72T‧‧‧第二轉角
73T‧‧‧第三轉角
74T‧‧‧第四轉角
71W‧‧‧第一寬度
72W‧‧‧第二寬度
71D‧‧‧第一方向
72D‧‧‧第二方向
73D‧‧‧第三方向
74D‧‧‧第四方向
62D‧‧‧第五方向
71LS‧‧‧第一邊緣
71US‧‧‧第二邊緣
72LS‧‧‧第三邊緣
72US‧‧‧第四邊緣
73US‧‧‧第五邊緣
74LS‧‧‧第六邊緣
74RS‧‧‧第七邊緣
61S‧‧‧第八邊緣
61LS‧‧‧第九邊緣
61RS‧‧‧第十邊緣
62LS‧‧‧第十一邊緣
62US‧‧‧第十二邊緣
63LS‧‧‧第十三邊緣
63US‧‧‧第十四邊緣
64LS‧‧‧第十五邊緣
64US‧‧‧第十六邊緣
611A‧‧‧第一凹角
71OA‧‧‧第一鈍角
72OA‧‧‧第二鈍角
73OA‧‧‧第三鈍角
71AA‧‧‧第一銳角
90‧‧‧接地區
91S‧‧‧接地邊緣
901‧‧‧接地端
圖1A~圖1C：本發明之一實施例之天線的結構圖。
圖1D：圖1A~圖1C之天線的立體示意圖。
圖2：圖1A~圖1C之天線以電纜線與RF信號連接之示意圖。
圖3：圖1A~圖1C之天線單獨製作在一印刷電路板上並與一電子裝置的印刷電路板連接之示意圖。
圖4A：本發明之天線在第一操作頻段之返回損失-頻率之座標圖。
圖4B：本發明之天線在第一操作頻段之電壓駐波比-頻率之座標圖。
圖5A：本發明之天線在第二操作頻段之返回損失-頻率之座標圖。
圖5B：本發明之天線在第二操作頻段之電壓駐波比-頻率之座標圖。
圖6：本發明之天線在第二操作頻段之第二寬度與第一寬度比值對操作頻寬-頻帶之座標圖。
請參閱圖1A~圖1D。圖1A~圖1C係為本發明之一實施例之天線01的結構圖，而圖1D係為圖1A~圖1C之天線01的立體示意圖。該天線01包括一饋入端200、一輻射部06及一接地部07。該輻射部06包含一第一輻射元件61、一第二輻射元件62、一第三輻射元件63及一第四輻射元件64。根據本案之一實施例，該天線01係為製作於印刷電路板之上邊緣的金屬導體結構。該接地部07係延伸自該饋入端200。該接地部07包含一第一導體71、一第二導體72、一第三導體73和一第四導體74。該第一導體71自該第一輻射元 件61中段，於一第一轉角71T沿一第一方向71D延伸。該第二導體72於一第二轉角72T自該第一導體71沿一第二方向72D延伸。該第三導體73於一第三轉角73T自該第二導體沿一第三方向73D延伸。該第四導體74於一第四轉角74T自該第三導體73沿一第四方向74D延伸，並經由一接地端901與一接地區90電性連接。
該第一導體71與該第二導體72間具有一第一鈍角71OA及一第二鈍角72OA。該第二導體72與該第三導體73間具有一第三鈍角73OA及一第一銳角71AA。該第一鈍角71OA大於該第二鈍角72OA。
該第二導體72形成一擴散錐形表面，該擴散錐形表面在第一導體71與該第二導體72連接處具有一第一寬度71W，並在第二導體72與該第三導體73連接處具有一第二寬度72W。該第二寬度72W大於該第一寬度71W。
該第一導體71下方之一第一邊緣71LS與其上方之一第二邊緣72US平行。該第二導體72下方之一第三邊緣72LS與其上方之一第四邊緣73US形成擴散錐形表面。該第四導體74左側之一第七邊緣74LS與其右側之一第八邊緣74RS平行。
第一邊緣71LS與該接地區90上方之接地邊緣91S平行。
該第四導體74左側之該第七邊緣74LS及其右側之第八邊緣74RS，與該接地區90上方之該接地邊緣91S垂直。
輻射部06係為一T形共振導體結構。該輻射部06包含一第一輻射元件61、一第二輻射元件62、一第三輻射元件63及一第四輻射元件64。該第一輻射元件61與該饋入端200及該接地部07連接，並自該饋入端200沿一 第五方向61D延伸。該第二輻射元件62係自該第一輻射元件61，經一第五轉角61T沿一第六方向62D延伸。該第三輻射元件63係為與該第二輻射元件62相鄰且絕緣的一矩形金屬導體，且該第三輻射元件63與該第二輻射元件62之間具有一絕緣縫隙601。該輻射部06更包含一第四輻射元件64，該第四輻射元件64係自該第一輻射元件61，經第五轉角61T沿與該第六方向62D相反之方向延伸。
該第一輻射元件61下方之一第九邊緣61S與其左側之一第十邊緣61LS之間形成一第一凹角611A。該第一輻射元件61左側之該第十邊緣61LS與其右側之一第十一邊緣61RS平行。該第二輻射元件62下方之一第十二邊緣62LS與其上方之一第十三邊緣62US平行。該第三輻射元件63下方之一第十四邊緣63LS與其上方之一第十五邊緣63US平行。該第四輻射元件64下方之一第十六邊緣64LS與其上方之一第十七邊緣64US平行。
該第一輻射元件61左側之該第十邊緣61LS與該第二輻射元件62下方之該第十二邊緣62LS形成一直角。該第一輻射元件61右側之第十一邊緣61RS與該第四輻射元件64下方之該第十六邊緣64LS形成一直角。
該第三導體73上方之該第二邊緣73US與該第四導體74右側之該第二邊緣74RS形成一直角。
該第一輻射元件61右側之該第十一邊緣61RS與該第一導體71上方之該第二邊緣71US形成一直角。
該第一輻射元件61下方之該第八邊緣61S、該第十二邊緣62LS、及該第三輻射元件63下方之該第十四邊緣63LS，均與該接地區90上方之該接地邊緣91S平行。
該第一輻射元件61下方之該第八邊緣61S與該第一導體71下方之該第一邊緣71LS相接。
在圖1A~圖1D中，該天線01係製作在該電子裝置的印刷電路板上。該天線01的一饋入端200與一微帶線導體201直接連接，並向下延伸至該印刷電路板上的一RF信號輸出焊點202。該微帶線導體201與該天線01均蝕刻在該印刷電路板上，其中基材10為印刷電路板的介電層。
請參閱圖2，其係圖1A~圖1C之天線以電纜線與RF信號連接之示意圖。如圖2所示，天線01與一電子裝置之電路(圖中未示)係製作在同一印刷電路板(圖中未示)上。該天線01上的一饋入信號區02，以焊接方式與具有50Ω阻抗的一同軸電纜404內的一中心信號線401連接。該天線01之一饋入信號接地區03以焊接方式與該同軸電纜404之一接地端402連接。該同軸電纜404另一端連接至該電子裝置上的一RF信號模組405，該RF信號模組405是一天線埠，其特性阻抗等於50Ω。
在該天線01之製作過程中，該天線01通常會根據該電子裝置之用途需求而具有一預設尺寸，再根據該預設尺寸利用電腦模擬來獲得一製作模具的尺寸，同時設定好複數天線參數，其中該複數天線參數包含一操作頻率、一操作頻寬和一阻抗匹配，並透過該模具來製作所欲之天線。具有一第二長度62L之該第二輻射元件62，為第一操作頻段FB1之一頻段調整輻射元件，其中該第二長度62L，可朝遠離或接近該第五轉角61T之方向進行調整，例如圖1B中之第六方向62D，而具有一第三長度63L之該第三輻射元件63，為第二操作頻段FB2之一頻段調整輻射元件，其中該第三長度63L可朝遠離或接近該第二輻射元件62之方向進行調整。
第一輻射元件61與該第二輻射元件62，為第一操作頻段FB1之頻段決定輻射元件，根據該第二輻射元件62之該第二長度62L加上第一輻射元件61之該第一長度61L的總和約略為共振波長之四分之一的關係，來設定該天線01之第一操作頻段FB1。第一輻射元件61與該第二輻射元件62及該第三輻射元件63，為第二操作頻段FB2之頻段決定輻射元件，當該第三輻射元件63與該第二輻射元件62以焊接方式進行電性連接時，根據該第三輻射元件63之長度63L與該第二輻射元件62之該第二長度62L加上第一輻射元件61之該第一長度61L的總和約略為共振波長之四分之一的關係，來設定該天線01之第二操作頻段FB2。為了符合該電子裝置的尺寸，該第一輻射元件61之該第一長度61L通常為固定，因此僅調整該第二長度62L來獲得該天線01之第一操作頻段FB1，並調整該第三長度63L來獲得該天線01之第二操作頻段FB2。之後根據該第一操作頻段FB1及第二操作頻段FB2來調整該第四長度64L至適合的長度，以獲得該天線01與該電子裝置之阻抗匹配。然後，根據所選擇的操作頻段及良好的阻抗匹配來調整該第二寬度72W，以調整該天線01之操作頻寬。例如，設定該第二輻射元件62之長度加上第一輻射元件61之長度，以獲得5.15~5.85GHz之第一操作頻段FB1。當以焊接方式使該第三輻射元件63與該第二輻射元件62進行電性連接時，設定該第三輻射元件63之長度與第二輻射元件62之長度加上第一輻射元件61之長度，以獲得2.4~2.5GHz之第二操作頻段FB2。該天線01之第一操作頻段FB1落於5.15GHz~5.85GHz，而該天線01之第二操作頻段FB2落於2.4GHz~2.5GHz。透過該絕緣縫隙601的設計，可以在一印刷電路板上製作出滿足兩種不同操作頻段FB1、FB2之天線01，而節省在不同印刷電路板上製作兩種不同操作頻段之天線的模具成本及時間。由於該第一寬度71W為固定，且該第二寬度72W大於該第一寬度71W，因此該 第二寬度72W除以該第一寬度71W的比值大於1。調整該第二寬度72W之大小會改變該天線01之操作頻寬，當該第二寬度72W變大時，該天線01之操作頻寬亦變大。
此外，該天線01可透過固定該第二導體72的下緣72LS並調整該第二鈍角72OA，以增加或降低該操作頻寬；亦可透過固定該第二導體72的上緣72US並調整該第一鈍角71OA，或透過固定該第一導體71的上緣71US並調整第一鈍角71OA或該第二鈍角72OA，以增加或降低該操作頻寬。
請參閱圖3，其係圖1A~圖1C之天線01單獨製作在一印刷電路板510上並與一電子裝置的印刷電路板30連接之示意圖。該天線01係單獨製作在一印刷電路板510上，且該天線01的饋入端200連接至一導電接腳511，該導電接腳511形成於該印刷電路板510之下緣。該天線01的接地端亦連接至一導電接腳512，該導電接腳512形成於該印刷電路板510之下緣，因此該印刷電路板510可插入該電子裝置(圖中未示)上之印刷電路板30上的天線信號焊接孔301及金屬接地焊接孔302，從而使該導電接腳511及該導電接腳512分別與該電子裝置(圖中未示)之印刷電路板30上之天線信號(圖中未示)及金屬接地303連接。因此，該天線01係為一具天線功能的模組，對一不諳天線設計之電子工程師或工廠生產工程師而言，有使用方便及裝卸容易的好處。
請參閱圖4A及圖4B，其係分別為該天線01設定在第一操作頻段FB1範圍5.15GHz~5.85GHz時的返回損失及電壓駐波比(VSWR)的測試結果圖。如圖4A所示，返回損失下降到所欲最大值“-9.5Db”以下。如圖4B所示，電壓駐波比(VSWR)在第一操作頻段 FB1範圍5.15GHz~5.85GHz下降到所欲最大值“2”以下，而獲得1GHz的頻寬，該頻寬涵蓋802.11a頻帶標準所要求的頻段寬度。
請參閱圖5A及圖5B，其係分別為該天線01設定在第二操作頻段FB2範圍2.4GHz~2.5GHz時的返回損失及電壓駐波比(VSWR)的測試結果圖。如圖5A所示，返回損失下降到所欲最大值“-9.5dB”以下。如圖5B所示，電壓駐波比(VSWR)在第二操作頻段FB2範圍2.4GHz~2.5GHz下降到所欲最大值“2”以下，而獲得500MHz的頻寬，該頻寬涵蓋802.11b/g/n頻帶標準下的無線通訊的頻寬。
請參閱圖6，其係本發明之天線01在第二操作頻段FB2時，返回損失相對於第二寬度72W與第一寬度71W比值對頻率之座標圖。如圖6所示，當該天線01設定在該第二操作頻段FB2時，CV1、CV2、CV3及CV4為分別對應於該第二導體72的該第二寬度72W與該第一寬度71W的比值，依序設定為1.61、1.9、1.96及2.38時的返回損失曲線，可以看出，其返回損失隨著該比值變大而逐漸變小，其各自最小返回損失分別為-18dB、-24dB、-27.6dB及-30dB以下，顯示該天線01之操作頻寬逐漸變大，同時阻抗匹配亦逐漸變佳。
01‧‧‧天線
10‧‧‧天線基材
200‧‧‧饋入端
201‧‧‧饋入信號線
202‧‧‧RF信號輸出焊點
06‧‧‧輻射部
61‧‧‧第一輻射元件
62‧‧‧第二輻射元件
63‧‧‧第三輻射元件
64‧‧‧第四輻射元件
07‧‧‧接地部
71‧‧‧第一導體
72‧‧‧第二導體
73‧‧‧第三導體
74‧‧‧第四導體
90‧‧‧接地區
901‧‧‧接地端

Claims (9)

  1. 一種製造一天線的方法，包含下列步驟：提供一基板；在該基板上形成一接地導體結構，其中該接地導體結構係自一饋入端延伸至一第一轉角，並包括沿一第一方向延伸的一第一導體、自該第一導體沿一第二方向延伸的一第二導體、自該第二導體沿一第三方向延伸的一第三導體、及自該第三導體沿一第四方向延伸的一第四導體，其中該第一方向和該第二方向之間具有一第一鈍角，該第二方向和該第三方向之間具有一第二鈍角，而該第三方向和該第四方向之間具有一銳角，其中該第一導體與該第二導體連接處具有一第一寬度，該第二導體與該第三導體連接處具有一第二寬度，而該第二寬度大於該第一寬度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中：該方法更包含下列步驟：在該基板上形成一第一輻射元件、一第二輻射元件和一第三輻射元件，其中該一輻射元件係自該饋入端延伸到一轉角並具一第一長度，該第二輻射元件係自該第一輻射元件到該轉角後延伸並具一第二長度，而該第三輻射元件係與該第二輻射元件絕緣且相鄰並具一第三長度；該第二輻射元件及該第三輻射元件皆為矩形導體；當該第二輻射元件與該第三輻射元件絕緣時，該天線操作在一第一頻段；當該第二輻射元件與該第三輻射元件電性連接時，該天線操作在一第二頻段；該第二長度加上該第一長度為該第一頻段之波長的1/4；該第一長度加上該第二長度及該第三長度為該第二頻段之波長的1/4；該第一頻段之頻率係經由調整該第二長度來改變；以及 該第二頻段之頻率係經由調整該第二長度或該第三長度來改變，其中該天線之操作頻段的頻寬係經由改變該銳角、該第一鈍角和該第二鈍角來調整。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中：該方法更包含下列步驟：在該基板上形成一第四輻射元件，該第四輻射元件係自該第二輻射元件延伸；該第四輻射元件之延伸方向相反於該第二輻射元件之延伸方向；該第四輻射元件係為一矩形導體；該矩形導體具一第四長度；以及該天線之阻抗匹配係經由改變該第四長度來調整。
  4. 一種天線，包含：一接地部；一輻射部，包含：一饋入端；以及一T形共振導體結構，延伸自該饋入端；以及一接地導體結構，包含：一第一轉角、一第二轉角、第三轉角和一第四轉角；一第一導體，自該饋入端沿一第一方向延伸；一第二導體，自該第二轉角沿一第二方向延伸到該第三轉角，並包含一擴散錐形表面，其中該擴散錐形表面具有一第一寬度、一第二寬度及一中心長度，以使該天線的一操作頻段具有一預定頻寬，其中該第一寬度為該擴散錐形表面的最小寬度並位於該第一導體與該第二導體連接處，而該第二寬度為該擴散錐形表面的最大寬度並位於該第二導體與該第三導體連接處，且該第二寬度大於該第一寬度；一第三導體，自該第三轉角沿一第三方向延伸到該第四轉角，其中該第三方向和該第一方向相同；以及 一第四導體，自該第四轉角沿一第四方向延伸到一接地部，其中該第三方向和該第四方向垂直，該第一方向和該第二方向之間具有一第一鈍角，該第二方向和該第三方向之間具有一第二鈍角，而該第三方向和該第四方向之間具有一銳角。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的天線，其中：該第一導體包含一第一邊緣和平行於該第一邊緣的一第二邊緣；該第二導體包含延伸自該第一邊緣的一第三邊緣、及延伸自該第二邊緣的一第四邊緣；該第三導體包含延伸自該第四邊緣的一第五邊緣；該第五邊緣平行於該第二邊緣；該第一邊緣和該第三邊緣之間具有一第一鈍角；該第二邊緣和該第四邊緣之間具有一第二鈍角，其中該第一鈍角大於該第二鈍角；以及該第四邊緣和該第五邊緣之間具有一第三鈍角。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的天線，其中：該天線更包含一基板；該接地部和該輻射部設置於該基板上；該輻射部之該T形共振導體結構包含：一第五轉角；一第一輻射元件，與該饋入端及該接地導體結構連接，並沿一第五方向延伸；以及一第二輻射元件，自該第一輻射元件沿一第六方向延伸，其中該第六方向垂直於該第五方向；以及該天線之操作頻段係經由改變該第二輻射元件之長度來調整。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的天線，其中：該共振導體結構更包含一第四輻射元件；該第四輻射元件係沿一第七方向延伸； 該第七方向之延伸方向相反於該第六方向；該第四輻射元件係為一矩形導體；該矩形導體具一第四長度；以及該天線之阻抗匹配係經由改變該第四長度來調整。
  8. 一種天線，包含：一第一輻射元件，具一饋入端；一第二輻射元件，自該第一輻射元件側向延伸；以及一第三輻射元件，與該第二輻射元件沿同一方向延伸，並與該第二輻射元件有一絕緣距離；以及一接地導體結構，包含：一第一轉角、一第二轉角、第三轉角和一第四轉角；一第一導體，自該饋入端沿一第一方向延伸；一第二導體，自該第二轉角沿一第二方向延伸到該第三轉角，並包含一擴散錐形表面，其中該擴散錐形表面具有位於該第一導體與該第二導體連接處之一第一寬度、位於該第二導體與該第三導體連接處之一第二寬度及一中心長度，以使該天線的一操作頻段具有一預定頻寬，而該第二寬度大於該第一寬度；一第三導體，自該第三轉角沿一第三方向延伸到該第四轉角，其中該第三方向和該第一方向相同；以及一第四導體，自該第四轉角沿一第四方向延伸到一接地部，其中該第三方向和該第四方向垂直，該第一方向和該第二方向之間具有一第一鈍角，該第二方向和該第三方向之間具有一第二鈍角，而該第三方向和該第四方向之間具有一銳角。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的天線，更包括：一導電媒介，填入該絕緣距離，以導通該第二輻射元件及該第三輻射元件。
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