CN101442150B - 适用于薄型通讯装置的天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于薄型通讯装置的平面倒F天线，此天线包括天线主体、接地区以及两个接地线段。上述接地线段相邻并延伸自接地区的同一侧边，通过双接地路径的天线设计，使本发明不仅可降低SAR值，同时可降低天线设置时所需的高度。

Description

适用于薄型通讯装置的天线

技术领域

本发明涉及一种平面倒F天线(planner inverted F antenna，PIFA)，且特别是涉及一种适用于薄型通讯装置的多频平面倒F天线。

背景技术

由于目前的手持3G通讯装置，如手机，已渐渐走向轻、薄、短、小的设计方向，所以对于天线设计者来说传统天线设计方法已无法负荷，因为要设计一个宽频天线，其高度的限制将是一项挑战。

目前市面上无线通讯产品一般常见的天线设计方法不外乎有两种，一是平面倒F天线，此种天线结构相当常见，除了天线主体外，还有一个馈入点及接地点，而天线的设计则是通过二段不同长度的电流路径而得到所需的多种共振频率。另一种则是所谓的单极天线(monopole antenna)，此种天线的周边在设计时需要一个净空的区域，以避免太过邻近的电子零件在运作时对天线效能所造成干扰，使天线能够运作在最佳的频宽之下。

就平面倒F天线而言，高度(天线本身与电路基板之间的间隔距离)的限制是一大挑战，若要将平面倒F天线内藏在薄型且多频的手持通讯装置之中，频宽将会是最大的问题。若要应用单极天线来作为薄型手持通讯装置的天线，则除了电路基板因为需要提供一块完全净空的区域给天线使用而使面积增加之外，同时也会面临人体的特定吸收率(specific absorption ratio，以下简称为SAR)。过高及假人头(Phantom)的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天线，适用于薄型通讯装置，本发明利用双接地路径的结构设计，除了可有效降低SAR值以外，并可使天线频宽加大以及降低天线所需的设置高度。

本发明的一实施例提出一种平面倒F天线，包括天线主体、接地区、第一接地线段以及第二接地线段。其中第一接地线段及第二接地线段则皆自接地区的侧边延伸而出用以接地，并且两接地线段互不接触。换言之，第一接地线段与第二接地线段提供天线两个接地路径。

在本发明一实施例中，其中第一接地线段与第二接地线段相邻并设置于接地区的同一侧边而馈线则设置于接地区的另一侧边。

在本发明一实施例中，其中第一接地线段与第二接地线段之间的较佳的间距在1毫米及10毫米之间。

在本发明一实施例中，其中第一接地线段与第二接地线段的宽度较佳为小于等于2毫米。

在本发明一实施例中，上述天线更包括一馈线，连接接地区并用以传送天线主体将发射及所接收的信号。

在本发明一实施例中，其中上述天线主体包括第一辐射区与第二幅射区，第一辐射区连接于接地区并具有一第一平面与一第二平面，上述第二平面自上述第一平面弯折出；第二幅射区连接于第一辐射区并具有一第三平面与一第四平面，上述第四平面自上述第三平面弯折出。其中第一辐射区与第二幅射区形成天线主体。

在本发明一实施例中，其中上述第一平面与上述第二平面垂直，上述第三平面与上述第四平面垂直，且上述第一平面与上述第四平面位于同一水平面上，上述第二平面与上述第三平面位于同一水平面上。

在本发明一实施例的通讯装置中会具有一电路基板与前述的平面倒F天线，其中的电路基板上会具有一共用接地端以及一信号接取端，用以分别提供一接地电位以及平面倒F天线和电路基板间的一信号传输接点。平面倒F天线的第一接地线段与第二接地线段可为与共用接地端接触的弹片，馈线也可为与信号接取端接触的弹片。

本发明的天线结构设计结合了平面倒F天线主体与双接地路径，使本发明不仅保有平面倒F天线可降低SAR值的功效，同时可降低平面倒F天线设置时与电路基板之间所需的间隔高度。此外，本发明为一多频天线，其作业频段涵盖了3G通讯***的作业频段，如824MHz至894MHz、1710MHz至1880MHz、1850MHz至1990MHz、1920MHz至2170MHz。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的天线结构图；

图2A为根据本实施例的天线俯视结构图；

图2B为根据本实施例的天线上侧面结构图；

图3为根据本发明一实施例的通讯装置示意图；

图4为根据本实施例的天线的驻波比图。

主要元件符号说明

100：天线

101：共用接地端

110：接地区

112、114：接地线段

116：馈线

118：信号接取端

120：天线主体

122：第一辐射区

125：第二辐射区

122a：第一平面

122b：第二平面

125a：第三平面

125b：第四平面

310：电路基板

SH：间隔高度

GW、GL、GF、W、S、FL、FX、FS、SX、SL、UW、UY、UL、

US：参数

具体实施方式

图1为根据本发明一实施例的天线结构图，平面倒F天线100包括接地区110、接地线段112、114、馈线116以及天线主体120，其中接地线段112、114相邻但彼此无接触，并自接地区110的同一侧边延伸而出，用以与提供接地电位的共用接地端101连接。换言之，接地线段112、114在天线100的接地区110与共用接地端101之间提供了两条接地路径。馈线116则自接地区110的另一侧边延伸而出，如图1所示，用以与信号接取端118连接。在一通讯装置(如移动电话)中共用接地端101及信号接取端118皆位于电路基板(未绘示于图1)上，共用接地端101能够提供一接地电位，而信号接取端118则能够提供电路基板及天线100间信号传送的通道，即电路基板能通过信号接取端118把信号传送给天线100发射到外界，天线100也能够通过信号接取端118把自外界所接收到的信号传送至电路基板。

在图1中，本实施例利用接地线段112、114形成双接地路径，使天线100在高频段的操作频段具有更低的反射系数(reflection coefficient，S11)值与驻波比(Standing Wave Ratio，简称SWR)，同时可降低天线100与电路基板之间所需的间隔高度(天线主体120与电路基板之间的距离)。此外，应用本实例的天线100来实现薄型化的移动电话机种时，可有效降低SAR值及假人头对天线的影响。

在本实施例中，天线主体120尚包括第一辐射区122与第二辐射区125，通过第一辐射区122与第二辐射区125的长度、结构不同形成不同的电流路径，以形成能够与多个信号频带(例如824～894MHz以及1710～2170MHz)产生响应的天线主体120。其中，第一辐射区122能够与较高的频带产生响应(例如1710～2170MHz)，其结构具有第一平面122a与自第一平面122a弯折出的第二平面122b，第一平面122a与第二平面122b相互垂直；第二辐射区125能够与较低的频带产生响应(例如824～894MHz)，其结构具有第三平面125a与自第三平面125b弯折出的第四平面125b，第三平面125a与第四平面125b相互垂直。在本实施例中，第二平面122b与第三平面125a位于同一水平面上，而第一平面122a与第四平面125b则与接地区110位于同一水平面上，如图1所示。

接下来，进一步以图2A与图2B说明天线100各部分的结构规格。图2A为根据本实施例的天线俯视结构图。图2B为根据本实施例的天线上侧面结构图。请参照图2A、2B，其中天线100各部分的结构规格分别以参数GW、GL、GF、W、S、FL、FX、FS、SX、SL、UW、UY、UL、US表示天线100各部分长度。在本实施例中，上述参数的数值如下表1所示：

标号	GW	GF	GL	W	S	FL	FX	FS	SX	SL	UW	UY	UL	US
															长度(mm)	11	7	16	1	1	32	21	2	11	11	5	2.5	45	1

表1

上表1所示的各参数数值仅为本发明一实施例，本发明并不受限于上述表1的规格。设计者可依照不同的天线特性需求进行调整。此外，值得注意的是，参数S表示接地线段112、114之间的间距，其较佳范围为1毫米(mm)至10毫米(mm)，而接地线段112、114的宽度W则较佳为小于等于2毫米(mm)。

图3为符合本发明的一实施例的通讯装置的示意图，当中包含了前述的平面倒F天线100及用以整合多个电子元件(未绘示)的电路基板310。天线100经由接地线段112、114及馈线与电路基板310产生作业上的连结，其中接地线段112、114会连接至电路基板上310上的共用接地端110，以提供天线100一个接地电位，而馈线116会连接至电路基板310上的信号接取端118，以提供电路基板310与天线100之间信号的传输路径。

依据平面倒F天线的特性，天线100的某些部分(如本例中的第一平面122a、第四平面125b及接地区110)与电路基板310之间需要一间隔高度SH，以便达到最大的频宽，但由于本实施例在天线100及电路基板310之间提供了互不接触的具有双接地路径(即接地线段112、114)，经由实验证明，在本实施例中之间隔高度SH的高度可比现有平面倒F天线与电路基板之间的间隔高度更低，并且更有着提升天线效能以及改变天线的辐射场型而大幅降低SAR值的效果。此外，值得注意的是，本实施例中的接地线段112、114与馈线116皆是利用弹片(spring)方式接触于电路基板。上述弹片为天线辐射体(Radiation)的一部分，其价格远低于一般手机天线所使用的顶针(pogo-pin)方式。上述图1、图2A、图2B、图3已经绘示天线100在不同角度的结构示意图，而表1则标示了各参数的参考数值，在本技术领域具有通常知识者，经由本发明的揭露后，应可轻易推知其余可行的天线架构与其参数值，在此则不加累述。

由于单极天线需要净空区域以达到最大的频宽，但是在使用通讯装置时，若单极天线过于靠近人体头部会造成SAR值过高。而平面倒F天线虽然可降低SAR值及假人头的影响，但当平面倒F天线的设置高度距离电路基板只有约4.5mm时，其频宽又难以符合3G(3rd Generation，第三代手机通讯技术)的要求。而在本实施例中，由于双接地路径的结构设计，因此本发明的平面倒F天线与电路基板所需的间隔高度可小于现有平面倒F天线与电路基板之间的间隔高度，其高度可降至约4.5mm。本实施例的天线100为可适用于3G频段的新型天线。图4为根据本实施例的天线的驻波比图。如图4所示，天线100具有两个操作频段，分别为824MHz至894MHz以及1710MHz至2170MHz，以符合3G手机所需的操作频段。

综合上述，本发明提供了具有双接地路径设计的新式平面倒F天线，其可使天线频宽加大并降低天线所需的设置高度(即天线与电路基板间所需的间隔高度，本实施例中所需的间隔高度只要约4.5mm)。由于本实施例为宽频带天线，因此可适用于目前的3G***频段，如824MHz至894MHz、1710MHz至1880MHz、1850MHz至1990MHz、1920MHz至2170MHz。

虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作一些的更动与润饰，因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (12)

1.一种倒F平面天线，包括：

接地区；

天线主体，具有第一辐射区与第二辐射区，其中该第一辐射区自该接地区直接延伸而出且该第一辐射区连接于该接地区，该第一辐射区结构具有第一平面与自第一平面弯折出的第二平面，第一平面与第二平面相互垂直，该第二辐射区自该第二平面直接延伸而出且该第二辐射区连接于该第一辐射区的第二平面，该第二辐射区结构具有第三平面与自第三平面弯折出的第四平面，第三平面与第四平面相互垂直，第二平面与第三平面位于同一水平面上，而第一平面与第四平面位于同一水平面上；

第一接地线段，自该接地区直接延伸而出且直接电性连接到该天线主体以连接一共用接地端；以及

第二接地线段，自该接地区直接延伸而出且直接电性连接到该天线主体以连接该共用接地端，

其中该第一接地线段与该第二接地线段之间互不接触。

2.如权利要求1所述的倒F平面天线，其中该第一接地线段与该第二接地线段之间的间距在1毫米及10毫米之间。

3.如权利要求1所述的倒F平面天线，其中该第一接地线段与该第二接地线段至少其中之一的宽度小于等于2毫米。

4.如权利要求1所述的倒F平面天线，其中该天线主体包括：

第一辐射区，连接于该接地区并能够与第一频带产生响应；以及

第二幅射区，连接于该第一辐射区并能够与第二频带产生响应。

5.如权利要求4所述的倒F平面天线，其中该第一频带为1710MHz至2170MHz以及该第二频带为824MHz至894MHz。

6.一种通讯装置，包括：

电路基板，其中该电路基板上具有共用接地端与信号接取端；

倒F平面天线，包括：

接地区；

天线主体，具有第一辐射区与第二辐射区，其中该第一辐射区自该接地区直接延伸而出且该第一辐射区连接于该接地区，该第一辐射区结构具有第一平面与自第一平面弯折出的第二平面，第一平面与第二平面相互垂直，该第二辐射区自该第二平面直接延伸而出且该第二辐射区连接于该第一辐射区的第二平面，该第二辐射区结构具有第三平面与自第三平面弯折出的第四平面，第三平面与第四平面相互垂直，第二平面与第三平面位于同一水平面上，而第一平面与第四平面位于同一水平面上；

第一接地线段，自该接地区直接延伸而出且直接电性连接到该天线主体以连接该共用接地端；以及

第二接地线段，自该接地区直接延伸而出且直接电性连接到该天线主体以连接该共用接地端，

其中该第一接地线段与该第二接地线段互不连接。

7.如权利要求6所述的通讯装置，其中该第一接地线段与该第二接地线段之间的间距在1毫米及10毫米之间。

8.如权利要求6所述的通讯装置，其中该第一接地线段与该第二接地线段至少其中之一的宽度小于等于2毫米。

9.如权利要求6所述的通讯装置，更包括馈线，自该接地区延伸而出与该信号接取端连接，用以传输该倒F平面天线及该电路基板之间的信号。

10.如权利要求6所述的通讯装置，其中该天线主体包括：

第一辐射区，连接于该接地区并能够与第一频带产生响应；以及

第二幅射区，连接于该第一辐射区并能够与第二频带产生响应。

11.如权利要求10所述的通讯装置，其中该第一频带为1710MHz至2170MHz以及该第二频带为824MHz至894MHz。

12.如权利要求6所述的通讯装置，其中接地区与该电路基板间的距离约为4.5mm。

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