CN111276810A - 芯片天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种芯片天线，包含本体、接地辐射金属以及馈入辐射金属，本体包含第一表面及第二表面。接地辐射金属包含二纵向辐射臂、横向辐射臂及耦合孔，二纵向辐射臂间隔设置于第一表面，且各纵向辐射臂包含前端及末端，前端与接地线电性连接，末端相反于前端，横向辐射臂连接二末端。耦合孔自横向辐射臂朝第二表面穿入本体且包含辐射内壁金属，其中辐射内壁金属的一端连接于横向辐射臂以作为电性连接使用，辐射内壁金属的另一端未作为电性连接使用。馈入辐射金属包含馈入辐射体，其位于第一表面且位于二纵向辐射臂之间。借此缩小体积。

Description

芯片天线

技术领域

本发明涉及一种天线，且尤其是涉及一种具有耦合孔而能产生耦合作用的芯片天线。

背景技术

科技发展使得电子装置盛行，且电子装置一般配备有无线传输通信或卫星定位功能，而为了达到此功能，电子装置上需设置天线以进行传输通信或定位。

随着电子装置的轻薄短小化，天线的尺寸亦需随之缩小，然天线的性能要求却是日益增加，故现有的天线已不敷需求。因此，有业者发展出芯片天线，其利用材质的ε变化或是使用缠绕方式来缩小天线尺寸。然而，当天线尺寸缩小时，其容易受到电路板上的其他电子元件或金属元件的干扰，而容易导致辐射特性的劣化。为了解决此一问题，电路板上会设置一净空区来减少其受干扰的程度，但是，当电路板上设置有净空区时，其他电子元件的配置空间便受到压缩，因此，往往会需要增加电路板的尺寸来供电子元件放置，故整体而言，模块的体积仍无法有效缩小。

有鉴于此，如何有效地改善芯片天线的结构，使其在缩小体积的同时维持良好的性能，遂成相关业者努力的目标。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种芯片天线，通过其结构配置，可有效缩小体积。

依据本发明的一态样的一实施方式提供一种芯片天线，其包含一本体、一接地辐射金属以及一馈入辐射金属，本体包含一第一表面及一第二表面，第二表面相反于第一表面。接地辐射金属包含二纵向辐射臂、一横向辐射臂及至少一耦合孔，二纵向辐射臂间隔设置于第一表面，且各纵向辐射臂包含一前端及一末端，前端与一接地线电性连接，末端相反于前端，横向辐射臂连接二末端。前述至少一耦合孔自横向辐射臂朝第二表面穿入本体且包含一辐射内壁金属，其中辐射内壁金属的一端连接于横向辐射臂以作为电性连接使用，辐射内壁金属的另一端未作为电性连接使用。馈入辐射金属包含一馈入辐射体，其位于第一表面且位于二纵向辐射臂之间。

借此，通过至少一耦合孔的结构配置，可当作耦合条件使芯片天线达到缩小化的目的。

依据前述的芯片天线的多个实施例，其中，馈入辐射金属还包含一馈入孔，自馈入辐射体朝第二表面贯穿本体且包含一馈入内壁金属，其中馈入内壁金属的一端连接于馈入辐射体以作为电性连接使用，馈入内壁金属的另一端电性连接于一馈入线以作为电性连接使用。

依据前述的芯片天线的多个实施例，其中，馈入辐射体还包含一前缘及一后缘，前缘邻近各前端，后缘邻近各末端。其中，满足D2<(1/2)D1的关系，D1表示前缘至后缘的长度，D2表示前缘至馈入孔的长度。

依据前述的芯片天线的多个实施例，其中，各纵向辐射臂的前端贴抵于第一表面的一前边界，馈入辐射体的前缘与前边界保持一距离。

依据前述的芯片天线的多个实施例，其中，接地辐射金属还包含二接地孔，各接地孔自前端朝第二表面贯穿本体且包含一接地内壁金属，其中各接地内壁金属的一端连接于各前端以作为电性连接使用，各接地内壁金属的另一端电性连接于接地线以作为电性连接使用。

依据前述的芯片天线的多个实施例，还包含一接地焊垫及一馈入焊垫，接地焊垫位于第二表面且连接各接地内壁金属的另一端，馈入焊垫位于第二表面且连接馈入内壁金属的另一端。

依据前述的芯片天线的多个实施例，还包含一固定焊垫，其位于第二表面。

依据前述的芯片天线的多个实施例，其中，前述至少一耦合孔具有一盲孔结构。

依据前述的芯片天线的多个实施例，其中，横向辐射臂与第一表面的一后边界保持一距离。

依据前述的芯片天线的多个实施例，其中，接地辐射金属包含四耦合孔，四耦合孔沿横向辐射臂的一延伸方向排列。

附图说明

图1示出依照本发明一实施例的一种芯片天线的立体示意图；

图2示出图1实施例的芯片天线沿割面线2-2的剖视示意图；

图3示出供图1实施例的芯片天线设置的电路板的俯视示意图；

图4示出图1实施例的芯片天线的等效电路示意图；

图5示出图1实施例的芯片天线的S参数测量结果图；

图6示出图1实施例的芯片天线的电压驻波比测量结果图；以及

图7示出图1实施例的芯片天线的天线效率测量结果图。

其中，附图标记说明如下：

10…芯片天线

100…本体

110…第一表面

120…第二表面

200…接地辐射金属

210…纵向辐射臂

211…前端

220…横向辐射臂

230…耦合孔

231…辐射内壁金属

231a、231b…端

240…接地孔

241…接地内壁金属

241a、241b…端

300…馈入辐射金属

310…馈入辐射体

311…前缘

312…后缘

320…馈入孔

321…馈入内壁金属

321a、321b…端

400…接地焊垫

500…馈入焊垫

600…固定焊垫

C1…输入电容

C2…输出电容

D1、D2…长度

L1…输入电感

L2…输出电感

P1…电路板

P11、P12、P13…连接焊垫

P14…金属

X、Y、Z…轴

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的实施例。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，阅读者应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式示出；并且重复的元件将可能使用相同的编号或类似的编号表示。

此外，本文中当某一元件(或机构或模块等)“连接”、“设置”或“耦合”于另一元件，可指所述元件是连接、直接设置或直接耦合于另一元件，亦可指某一元件是间接连接、间接设置或间接耦合于另一元件，意即，有其他元件介于所述元件及另一元件之间。而当有明示某一元件是“连接”、“直接设置”或“直接耦合”于另一元件时，才表示没有其他元件介于所述元件及另一元件之间。而第一、第二、第三等用语只是用来描述不同元件或成分，而对元件/成分本身并无限制，因此，第一元件/成分亦可改称为第二元件/成分。且本文中的元件/成分/机构/模块的组合非此领域中的一般周知、常规或现有的组合，不能以元件/成分/机构/模块本身是否为现有，来判定其组合关是是否容易被技术领域中的通常知识者轻易完成。

请参阅图1及图2，其中图1示出依照本发明一实施例的一种芯片天线10的立体示意图，图2示出图1实施例的芯片天线10沿割面线2-2的剖视示意图。芯片天线10包含一本体100、一接地辐射金属200以及一馈入辐射金属300，本体100包含一第一表面110及一第二表面120，第二表面120相反于第一表面110。接地辐射金属200包含二纵向辐射臂210、一横向辐射臂220及至少一耦合孔230，二纵向辐射臂210间隔设置于第一表面110，且各纵向辐射臂210包含一前端211及一末端(未标示)，前端211与一接地线(未示出)电性连接，末端相反于前端211，横向辐射臂220连接二末端。至少一耦合孔230自横向辐射臂220朝第二表面120穿入本体100且包含一辐射内壁金属231，其中辐射内壁金属231的一端231a连接于横向辐射臂220以作为电性连接使用，辐射内壁金属231的另一端231b未作为电性连接使用。馈入辐射金属300包含一馈入辐射体310，其位于第一表面110且位于二纵向辐射臂210之间。

借此，通过至少一耦合孔230的结构配置，可当作耦合条件使芯片天线10达到缩小化的目的。后面将详述芯片天线10的细节。

本体100可为介电材质制成且具有矩块结构，且本体100可以是由多层的介电层组合而成，而本体100的尺寸可例如但不限于10(mm)x3.6(mm)x3.3(mm)。纵向辐射臂210、横向辐射臂220及馈入辐射体310可以是利用曝光、显影及蚀刻方式形成于本体100的第一表面110，或是以丝印、电镀或粘贴等方式形成于第一表面110，此部分的制程为现有且非本发明的重点，细节不再赘述。

纵向辐射臂210的一延伸方向是平行Y轴方向，且各纵向辐射臂210的一外边缘(未标示)贴齐第一表面110的侧边界。横向辐射臂220的一延伸方向是平行X轴方向，且横向辐射臂220连接于各纵向辐射臂210的末端，而和二纵向辐射臂210连接形成具有凹口的n形，馈入辐射体310则是位于凹口内。在此要特别说明地是，纵向辐射臂210与横向辐射臂220实际上是一体连接，故两者之间并无边界，而仅是为了更明确地描述接地辐射金属200的形状结构，而将接地辐射金属200位于第一表面110的部分区分为纵向辐射臂210与横向辐射臂220，不以此限制本发明。

耦合孔230是以VIA成形方式形成，且耦合孔230可具有一盲孔结构，即，耦合孔230未贯穿本体100，且与第二表面120间保持一间距，间距可例如但不限于0.4mm。在制程阶段，可以是先于本体100上形成由第一表面110往本体100内部沿一Z轴方向穿入的盲孔结构，孔径宽可例如但不限于1mm，再于盲孔结构的内壁上镀上辐射内壁金属231，而使辐射内壁金属231的一端231a与横向辐射臂220电性连接。而于图1至图2的实施例中，接地辐射金属200可包含四耦合孔230，四耦合孔230可沿横向辐射臂220的延伸方向排列，即，四耦合孔230沿X轴方向排列，且四耦合孔230可等距排列于横向辐射臂220上。

接地辐射金属200还包含二接地孔240，各接地孔240自前端211朝第二表面120贯穿本体100且包含一接地内壁金属241，其中各接地内壁金属241的一端241a连接于各前端211以作为电性连接使用，各接地内壁金属241的另一端241b电性连接于接地线以作为电性连接使用，借此，接地辐射金属200可经由接地孔240来与接地线电性连接。仔细而言，各接地孔240亦是以VIA成形方式形成，且其孔径宽可例如但不限于1mm，而与耦合孔230的不同处在于，接地孔240是贯穿于本体100。换句话说，接地孔240沿Z轴方向的长度大于耦合孔230沿Z轴方向的长度。

类似地，馈入辐射金属300可还包含一馈入孔320，其自馈入辐射体310朝第二表面120贯穿本体100且包含一馈入内壁金属321，其中馈入内壁金属321的一端321a连接于馈入辐射体310以作为电性连接使用，馈入内壁金属321的另一端321b电性连接于一馈入线(未示出)以作为电性连接使用。

馈入辐射体310可还包含一前缘311及一后缘312，前缘311邻近各前端211，后缘312邻近各末端。其中，馈入辐射体310满足D2<(1/2)D1的关系，D1表示前缘311至后缘312的长度，D2表示前缘311至馈入孔320的长度。更仔细地说，馈入辐射体310的一延伸方向平行Y轴方向，馈入孔320是连接于馈入辐射体310的前半段，且D2更具体的为前缘311至馈入孔320中心线的长度。

如图1至图2所示，各纵向辐射臂210的前端211可贴抵于第一表面110的一前边界(未标示)，馈入辐射体310的前缘311与前边界保持一距离。横向辐射臂220与第一表面110的一后边界(未标示)保持一距离。

请参阅图3，并一并参考图1至图2，其中图3示出供图1实施例的芯片天线10设置的电路板P1的俯视示意图。芯片天线10可设置于电路板P1上，因此，芯片天线10可还包含一接地焊垫400及一馈入焊垫500，接地焊垫400位于第二表面120且连接各接地内壁金属241的另一端241b，馈入焊垫500位于第二表面120且连接馈入内壁金属321的另一端321b。接地焊垫400与馈入焊垫500的形成方式为现有，不再赘述，而通过接地焊垫400与馈入焊垫500，可让芯片天线10更方便与电路板P1电性连接。

此外，为了使芯片天线10与电路板P1更稳固地连接，芯片天线10可还包含一固定焊垫600，其位于第二表面120，且其远离接地焊垫400，而能避免芯片天线10与电路板P1分离。

因此，电路板P1上可对应设有分别供接地焊垫400、馈入焊垫500与固定焊垫600连接的连接焊垫P11、P12、P13，其中连接焊垫P11对应接地焊垫400，连接焊垫P12对应馈入焊垫500，连接焊垫P13对应固定焊垫600，而电路板P1的其他表面可布满金属P14。由此可知，芯片天线10可不需要净空区，而能增加其应用性。在此需特别说明地是，为了附图简洁，并未绘制电路板P1用于电性连接的其他细节电路，且电路板P1亦可以是多层组合，而不以此限制本发明。

请参阅图4，其中图4示出图1实施例的芯片天线10的等效电路示意图，馈入辐射金属300可等效为一输入电容C1及一输入电感L1，接地辐射金属200可等效为一输出电容C2及一输出电感L2，借此可以有效缩小芯片天线10的尺寸，并利用缩短馈入的方式缩小面积，实现所需的天线效率。

请参阅图5、图6及图7，其中图5示出图1实施例的芯片天线10的S参数测量结果图，图6示出图1实施例的芯片天线10的电压驻波比测量结果图，图7示出图1实施例的芯片天线10的天线效率测量结果图。如图5所示，当芯片天线10作用在2.4GHz至2.5GHz左右时，芯片天线10的最大回波损耗(return loss)为-8dB；如图6所示，芯片天线10的最大电压驻波比(voltage standing wave ratio；VSWR)为2.3:1；如图7可知，芯片天线10的平均效率为50％，此外，芯片天线10的平均增益为-3.5dBi。由此可知，芯片天线10在缩小尺寸的情况下，仍可具有良好的性能。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种芯片天线，其特征在于，包含：

一本体，包含：

一第一表面；及

一第二表面，相反于该第一表面；一接地辐射金属，包含：

二纵向辐射臂，间隔设置于该第一表面，各该纵向辐射臂包含：

一前端，与一接地线电性连接；及

一末端，相反于该前端；

一横向辐射臂，连接二该末端；及

至少一耦合孔，自该横向辐射臂朝该第二表面穿入该本体且包含一辐射内壁金属，其中该辐射内壁金属的一端连接于该横向辐射臂以作为电性连接使用，该辐射内壁金属的另一端未作为电性连接使用；以及一馈入辐射金属，包含：

一馈入辐射体，位于该第一表面且位于二该纵向辐射臂之间。

2.如权利要求1所述的芯片天线，其特征在于，该馈入辐射金属还包含：

一馈入孔，自该馈入辐射体朝该第二表面贯穿该本体且包含一馈入内壁金属，其中，该馈入内壁金属的一端连接于该馈入辐射体以作为电性连接使用，该馈入内壁金属的另一端电性连接于一馈入线以作为电性连接使用。

3.如权利要求2所述的芯片天线，其特征在于，该馈入辐射体包含：

一前缘，邻近各该前端；及

一后缘，邻近各该末端；

其中，满足D2<(1/2)D1的关系，D1表示该前缘至该后缘的长度，D2表示该前缘至该馈入孔的长度。

4.如权利要求3所述的芯片天线，其特征在于，各该纵向辐射臂的该前端贴抵于该第一表面的一前边界，该馈入辐射体的该前缘与该前边界保持一距离。

5.如权利要求2所述的芯片天线，其特征在于，该接地辐射金属还包含：

二接地孔，各该接地孔自该前端朝该第二表面贯穿该本体且包含一接地内壁金属，其中，各该接地内壁金属的一端连接于各该前端以作为电性连接使用，各该接地内壁金属的另一端电性连接于该接地线以作为电性连接使用。

6.如权利要求5所述的芯片天线，其特征在于，还包含：

一接地焊垫，位于该第二表面，且连接各该接地内壁金属的该另一端；以及

一馈入焊垫，位于该第二表面，且连接该馈入内壁金属的该另一端。

7.如权利要求6所述的芯片天线，其特征在于，还包含：

一固定焊垫，位于该第二表面。

8.如权利要求5所述的芯片天线，其特征在于，该至少一耦合孔具有一盲孔结构。

9.如权利要求1所述的芯片天线，其特征在于，该横向辐射臂与该第一表面的一后边界保持一距离。

10.如权利要求1所述的芯片天线，其特征在于，该接地辐射金属包含四该耦合孔，四该耦合孔沿该横向辐射臂的一延伸方向排列。

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