TWI790695B - 貼覆式天線結構 - Google Patents

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Abstract

一種貼覆式天線結構，包括由蓋板及平面型天線組成的天線蓋板，平面型天線做折彎處理，一部分折入天線蓋板內表面，另一部分貼附在天線蓋板外表面。金屬殼體，金屬殼體內開設槽孔用於輻射，金屬殼體與天線蓋板套合。本申請在全金屬的環境下以LCP為材料設計之天線，使天線位置可以貼近金屬殼體開口增加輻射效率，配合天線末端分支設計，整個天線結構能具有良好的返回損耗以及良好的天線增益，在全金屬環境中亦能有效的工作。

Description

貼覆式天線結構
本申請涉及天線技術領域，具體涉及一種貼覆式天線結構。
天線傳輸很容易受到金屬干擾，因此產品設計時會留給天線淨空區域，此區域的周遭會避免放置金屬物件，以免影響天線輻射效率，甚至造成天線工作失效。
傳統FR4板材為硬板，在天線設計上多為平面設計，若是要有垂直面的設計，需要額外的加入立體的鐵件，或是將天線設計成兩個部分，一個水平的部分，一個垂直的部分再將天線接起。然而這樣設計天線需要額外的加工步驟，製作上就會增加複雜度。
，隨著智慧家庭的生活概念普及，家電開關希望可以透過遠端的方式遙控，因此會有大量的天線需求。智慧家電藉由天線與使用者連線，使用者透過手機及電腦等終端機遙控智慧家電功能，達到遠端控制目的。
在專利號為CN201510288532.4的中國專利中，公開了一種全金屬外殼移動終端及其天線系統。全金屬外殼天線系統，包括全金屬外殼、饋電點和接地點。全金屬外殼包括：三段金屬外殼，三段金屬外殼在同一平面內，且通過非金屬材料連接。在全金屬外殼的內側面，分別在每兩段相鄰金屬外殼 之間的連接處設置饋電點以及與饋電點對應的接地點，此專利將移動終端的全金屬外殼設計成三段，相鄰兩段之間用非金屬材料連接，通過該方法形成的全金屬外殼，不會對移動終端的射頻信號輻射產生不良影響。
在專利申請號為CN201310323272.0的中國專利中，公開了一種全金屬外殼天線裝置，包括裝設在通信設備背面的金屬外殼、天線分支和饋電點，金屬外殼的四週邊緣處設有從通信設備的背面延伸至側面的金屬邊框，金屬外殼分段隔開為第一金屬外殼、第二金屬外殼和第三金屬外殼，饋電點分別位於第一金屬外殼與第二金屬外殼之間和第二金屬外殼與第三金屬外殼之間，設置在第一金屬外殼的天線分支一和設置在第三金屬外殼的天線分支二分別與設置在第二金屬外殼上的PCB主板的射頻信號源連接並對應地將信號經饋電點饋入第一金屬外殼和第三金屬外殼。此專利採用三段式全金屬外殼結構，金屬邊框成為了天線的一部分，第一金屬外殼和第三金屬外殼可同時作為天線使用，具有低頻帶寬和高頻帶寬超寬的優點。
上述兩個專利不會對移動終端的射頻信號輻射產生不良影響，具有低頻帶寬和高頻帶寬超寬的優點，而智慧家電只需要在原本家電上增加一組連線模組與天線就可以達成，然而大部分的家電金屬製的部分很多，天線設計上會受限與干擾。智慧開關的外觀不僅使用金屬製作還需要將天線設計在開關的內部，因此本文提出一種貼覆式天線結構。
針對現有技術的不足，本發明公開了一種貼覆式天線結構，設計一個在2.4GHz操作的平面型倒F型天線(PIFA)。金屬的外殼會嚴重的影響天 線輻射的能力，使用LCP軟板製作除了LCP材料的穩定性好之外，LCP也具有可彎折的特性，因此天線可以使用垂直面，使天線可以靠近金屬開口，增加天線的輻射能力。
本申請公開一種貼覆式天線結構，包括
由蓋板及平面型天線組成的天線蓋板，平面型天線做折彎處理，一部分折入天線蓋板內表面，另一部分貼附在天線蓋板外表面。
金屬殼體，金屬殼體上開設槽孔用於輻射，金屬殼體與天線蓋板接合。
其中，平面型天線由LCP或其他軟質材料組成，用於折彎處理。
其中，該天線蓋板為金屬或金屬材質表面處理
其中，平面型天線設有接地端、饋入端及天線分支路徑。
其中，平面型天線折彎處理後，其接地端和饋入端折入天線蓋板內表面，分支路徑貼附在天線蓋板外表面。
其中平面型天線的天線路徑上包裹有保護膠片。
其中平面型天線為基於Zigbee設計的平面倒F型天線，操作頻率為2.4GHz到2.46GHz。
其中天線蓋板的尺寸小於金屬殼體的尺寸。
其中天線蓋板套設於金屬殼體所開設的槽孔內。
其中該槽孔的寬度為3mm~3mm，使該天線蓋板與該金屬殼體套合後二者之間距離大於0。
其中天線蓋板與金屬殼體套合時，天線分支路徑貼附在天線蓋板外表面，其走勢與槽孔一致，該槽孔使該天線分支路徑部分或全部露出以增加輻射。
本申請的有益效果為：本申請在全金屬的環境下以LCP為材料設計之天線，使用平面倒F的型式設計天線，分支的接地路徑與天線尾端的分支路徑可提供天線良好的匹配。LCP具有熱塑性的特性，因此將天線彎折成垂直面，使天線位置可以貼近金屬外殼開口增加輻射效率。所設計的平面倒F天線具有良好的返回損耗以及良好的天線增益，且天線可以在全金屬環境中有效的工作。
1:金屬殼體
2:槽孔
3:天線蓋板
4:天線分支路徑
5:接地點
6:饋入點
〔圖1〕是本申請實施例天線架構圖；
〔圖2〕是智慧開關的金屬外殼結構示意圖；
〔圖3〕是天線蓋板的主視圖；
〔圖4〕是天線蓋板的內部示意圖；
〔圖5〕是水準放置天線(硬板)圖；
〔圖6〕是垂直放置天線(軟板)圖；
〔圖7〕是天線返回損耗頻率回應圖；
〔圖8〕是天線增益3D輻射圖；
〔圖9〕是天線放置在金屬外殼內底側面的示意圖。
請參照圖2、3和4，本發明提供了一種貼覆式天線結構，包括由蓋板及平面型天線組成的天線蓋板3，平面型天線做折彎處理，一部分折入天線蓋板3內表面，另一部分貼附在天線蓋板3外表面。金屬殼體1，開設槽孔2用於輻射，金屬殼體1與天線蓋板3接合。
在本實施例中，平面型天線由軟質材料組成，用於折彎處理，更進一步的平面型天線由LCP材料設計組成。
在本實施例中，平面型天線設有接地端5、饋入端6及天線分支路徑4。參照圖3和圖4所示平面型天線做折彎處理，其接地端5和饋入端6折入天線蓋板3內側面，分支路徑貼附在天線蓋板3側邊面的外表面。
在一實施例中，如圖9所示，平面倒F型天線做折彎處理，其接地點5和饋入點6折入天線蓋板3內底側面，分支路徑貼附在天線蓋板3頂面的表面。
在另一實施例中，平面型天線做折彎處理，其接地端5和饋入端6折入天線蓋板3內表面，分支路徑貼附在天線蓋板3頂面的外表面。
在本實施例中，提出之天線是以平面倒F型式(PIFA)設計，如圖1所示，分支的接地路徑以及天線尾端的分支路徑均提供天線良好的匹配。天線以LCP材料設計而成，LCP材料具有低損耗與低吸水的良好特性，並且擁有加熱後可以塑形的特性，提供天線較穩定的特性與可彎折的應用。
在本實施例中，平面型天線的天線路徑上包裹有保護膠片。平面型天線為基於Zigbee的設計，操作頻率為2.4GHz到2.46GHz。
在本實施例中，天線蓋板3的尺寸小於金屬外殼1的尺寸。天線蓋板3套設於金屬外殼1所開設的槽孔2內，槽孔2的寬度為2mm-3mm。
在本實施例中，天線蓋板為金屬或金屬材質表面處理。更進一步的，天線蓋板可以是由金屬製成，或是以聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物中的一種或多種組成的塑膠蓋板，或是表面再以金屬材料噴塗、電鍍等處理工藝，使表面具有金屬質感。
在其他實施例中，平面型天線的彎折部位若長度較長，且長於天線蓋體3的側邊，可將天線的彎折部位進行多次彎折設計，使接地端5和饋入端6折入天線蓋板3的內面，分支路徑貼附在天線蓋板3的外表面。
在本實施例中，參閱圖2所示，智慧開關為金屬外殼1的環境，開關的上蓋與金屬殼體1間有一圈寬約2.5mm的開口，天線可以藉由此開槽孔2輻射，天線饋入位置與金屬上蓋是同一個平面，由於使用PIFA的形式設計天線，天線除了一個饋入端6還有一個接地的分支。
更進一步的，開關的上蓋與金屬殼體1間選擇一圈寬約2mm的開口，天線可以藉由此開槽孔2輻射，以進行適應性的迎合天線的頻率。
更進一步的，開關的上蓋與金屬殼體1間選擇一圈寬約3mm的開口，天線可以藉由此開槽孔2輻射，以進行適應性的迎合天線的頻率。
在一實施例中，如圖5所示，一開始天線的饋入在水平平面，但天線整體大多在垂直上蓋的垂直平面，相較於使用傳統FR4的天線，可以彎曲的LCP材料更適合需要不同平面上設計。
更進一步的，平面型天線做折彎處理，其接地端和饋入端折入該天線蓋板內表面，分支路徑貼附在該天線蓋板外表面。
在本實施例中，如圖5所示，使用傳統硬板設計天線為水準式擺放，使用軟板材料設計天線可以彎折，如圖6所示，天線可以垂直擺放，使得天線接近金屬殼體1與金屬上蓋的開槽孔2，增加天線輻射的能力。
在本實施例中，天線蓋板3與金屬殼體1套合時，天線分支路徑4貼附在天線蓋板3外表面，其走勢與槽孔2一致，天線的饋入位置在金屬上蓋的內部，天線沿著金屬上蓋到邊緣後轉成垂直平面的形式，以接近金屬殼體1與金屬上蓋間的槽孔2，增加輻射。
在本實施例中，在全金屬的外殼中，天線使用軟板LCP以平面型倒F型式設計，其操作頻率為2.4GHz到2.46GHz。
在一實施例中，天線的模擬回應圖如圖7所示，天線的中心頻率為2.43GHz其返回損耗為-31.43dB，其帶寬為2.46%。使用硬板天線水準擺放與軟板天線垂直擺放比較發現，軟板天線垂直擺放的匹配較好。在全金屬的包圍下天線在2.4GHz的3D場型輻射圖可以得知其天線增益可以達到7.2dBi，如圖8所示。由結果得知本文設計天線可以有效在全金屬外殼1的環境中工作。
在本實施例中，全金屬的外殼與金屬上蓋間有一圈寬度為2.5mm的槽孔2開孔，使該天線蓋板與該金屬殼體套合後二者之間仍保有一定間隙。
在本實施例中，天線使用平面型倒F型式設計，在饋入平面會有一個饋入位置與一個接地位置，本實施例的饋入位置是路徑較長，而接地位置的路徑較短。天線大部分的架構是垂直在側面，天線的尾端具有一個分支，其主要功能是用來與天線匹配。該天線分支路徑貼附在該天線蓋板外表面，其走勢與該槽孔一致，該槽孔使該天線分支路徑部分或全部露出以增加輻射。
綜上，本申請提出在全金屬外殼1的環境下以LCP為材料，使用平面倒F的型式設計天線，天線的接地路徑與天線尾端的分支路徑提供天線良好的匹配。由於LCP具有熱塑性的特性，因此天線可以設計在不同的平面上。
本發明將天線彎折，使天線位置可以靠近金屬外殼1與金屬上蓋間的槽孔2，以利提升天線的輻射效率。天線使用LCP的優勢還不只可彎折，還有低損耗與低吸水率的特性，使得所設計的天線具有良好的返回損耗。
3:天線蓋板
4:天線分支路徑

Claims (12)

  1. 一種貼覆式天線結構，包括：一天線蓋板，由蓋板及平面型天線組成，其中該天線蓋板具有複數個側壁，該些側壁係定義出一凹槽，每一該些側壁具有相對之一內表面和一外表面，該內表面朝向該凹槽，該外表面遠離該凹槽，該平面型天線一部分貼附在該些側壁之一者之該外表面上，另一部分沿著該些側壁之該者延伸折入至該些側壁之該者之該內表面；一金屬殼體，與該天線蓋板接合，且該金屬殼體上開設至少一槽孔用於輻射。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的貼覆式天線結構，其中該天線蓋板為金屬或金屬材質表面處理。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的貼覆式天線結構，其中該平面型天線為倒F型，並包含LCP材料。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的貼覆式天線結構，其中該平面型天線設有接地端、饋入端及天線分支路徑。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的貼覆式天線結構，其中該平面型天線做折彎處理，其接地端和饋入端折入該天線蓋板內表面，分支路徑貼附在該天線蓋板外表面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的貼覆式天線結構，其中該平面型天線的天線路徑上包裹有保護膠片。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的貼覆式天線結構，其中該平面型天線為基於Zigbee的設計。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的貼覆式天線結構，其中該平面倒F型天線的操作頻率為2.4GHz到2.46GHz。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的貼覆式天線結構，其中該天線蓋板的尺寸小於該金屬殼體的尺寸，該天線蓋板套設於該金屬殼體內而接合。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的貼覆式天線結構，其中該天線蓋板套設於該金屬殼體所開設的槽孔內。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的貼覆式天線結構，其中該槽孔的寬度為2mm~3mm，使該天線蓋板與該金屬殼體套合後二者之間距離大於0。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的貼覆式天線結構，其中該天線蓋板與該金屬殼體套合時，該天線分支路徑貼附在該天線蓋板外表面，其走勢與該槽孔一致，該槽孔使該天線分支路徑部分或全部露出以增加輻射。
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