CN1208872C

CN1208872C - 双频玻纤芯片天线

Info

Publication number: CN1208872C
Application number: CN 01140217
Authority: CN
Inventors: 邱宗文; 程远东; 翁金辂
Original assignee: Accton Technology Corp
Current assignee: Accton Technology Corp
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: CN1423366A

Abstract

一种双频玻纤芯片天线。本发明是将蜿蜒辐射金属线形成于价格低廉的玻纤芯片上，以得到双频段的操作。本发明至少包括：由玻纤材料所制成的玻纤芯片；蜿蜒辐射金属线；以及表面黏着接点。其中蜿蜒辐射金属线形成于玻纤芯片的至少二个表面上，表面黏着接点用以连接蜿蜒辐射金属线至信号传输线。本发明足以涵盖两个ISM频段(Industrial-Scientific-Medical band)所需的带宽，如2450MHz和5800MHz。本发明的玻纤芯片天线，不但易与电路结合，且坚固便宜，更适用于表面黏着技术(SMT)，可大量生产，加上本发明的操作带宽大，又可双频段操作，故本发明具有高度的产业应用价值。

Description

双频玻纤芯片天线

技术领域

本发明有关于一种双频(dual-band)玻纤(FR4)芯片天线(chipantenna)，特别是有关于一种将蜿蜒(meandering)辐射金属线形成于玻纤材质芯片上的双频芯片天线。

背景技术

随着通讯科技的蓬勃发展，各式的通讯产品与技术也如雨后春笋般的出现。加上集成电路的技术日益成熟，使得产品的体积也逐渐倾向于轻薄短小。对于在通讯产品中用来传送与接收信号的天线，其体积的大小更是关系到通讯产品能否达到轻薄短小的目标。

天线为用以辐射或接收电磁波的一种组件，一般可从操作频率、辐射场型(radiation pattern)、返回损失(return loss)和天线增益(antennagain)等参数来获知天线的特性。现今的无线产品所使用的天线必须具有体积小、性能佳和成本低等特点，方能得到市场的广泛接受与肯定。以放置位置来区分，无线产品所使用的天线大致可分为外接与内建两类，而基于外型美观的考虑，外接式天线已逐渐被内建式天线所取代。另一方面，由于适合大批量生产的表面黏着技术(SMT)已经非常成熟，故适用于表面黏着技术的芯片天线可大幅地降低封装与连接所需的成本，因而成为内建式天线中最受欢迎的设计方式。

然而，公知的芯片天线通常制作于陶瓷材料上。由于陶瓷材料昂贵而且易碎，故陶瓷芯片天线的生产成本相当高，且其易碎的特性也使得产品不耐用。因此，非常迫切需要发展一种低廉且坚固的芯片天线，以解决公知的陶瓷芯片天线的缺点，并且在与电路整合时所需成本可以降低，且增加产品的稳定度。

鉴于上述的背景技术中，公知的使用陶瓷材料的芯片天线不仅昂贵而且易碎，造成产品的成本增加且不耐用，因而无法广泛地应用于各项产品中。

发明内容

因此，本发明的主要目的为提供一种双频玻纤芯片天线，其使用成本低廉且坚固的玻纤材质，以取代公知的陶瓷材料，而设计出成本低廉、性能佳和坚固的芯片天线，并可依实际需要而有各种不同的样式和形状，通过适当地调整辐射金属线长度与蜿蜒方式便可变化天线的共振频率及频率比，以供各种不同无线通讯***使用。

本发明的另一目的为提供一种双频玻纤芯片天线，以适用于表面黏着技术，而可做大量生产，进而降低与电路整合时所需的成本，更增加产品稳定度。

根据以上所述的目的，本发明提供一种双频玻纤芯片天线。本发明的双频玻纤芯片天线至少包括：由玻纤材料所制成的玻纤芯片；蜿蜒辐射金属线；以及表面黏着接点。其中蜿蜒辐射金属线形成于玻纤材质芯片的至少两个表面上，为天线用以辐射电磁波的主要部分，其总长度为接近天线的第一操作频段的中心频率的1/4波长；而表面黏着接点用以连接蜿蜒辐射金属线至信号传输线，信号传输线则用来做为***电路的信号传输。本发明的双频玻纤芯片天线可借着适当地调整辐射金属线长度与蜿蜒方式来调整其共振频率及频率比。本发明的双频玻纤芯片天线放置于具有接地面的微波基板上，其中接地面用以与信号地端相接。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线安装于微波基板上的结构示意图；

图2为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线结构示意图；

图3为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线仰视示意图；

图4为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线俯视示意图；

图5为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线侧视示意图；

图6为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线关于返回损失对频率的模拟与实验结果曲线图；

图7为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线在2450MHz的辐射场型测量结果；

图8为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线在5800MHz的辐射场型测量结果；

图9为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线于2450MHz频带的天线增益测量结果；

图10为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线于5800MHz频带的天线增益测量结果；

图11和图13为本发明其它实施例的双频玻纤芯片天线安装于微波基板上的结构示意图；

图12和图14为本发明其它实施例的双频玻纤芯片天线的结构示意图。

10、70、80：双频玻纤芯片天线

11、71、81：玻纤芯片

12、72、82：蜿蜒辐射金属线

13：表面黏着接点

20：信号传输线

30：接地面

40：微波基板

121、721、821：下层金属线

122、722、822：上层金属线

123、723、823：连接金属线

21：实验结果

22：模拟结果

具体实施方式

本发明提供一种双频玻纤芯片天线。本发明的双频玻纤芯片天线是将蜿蜒辐射金属线形成于价格低廉且坚固的玻纤材质芯片上，并借着适当地调整辐射金属线长度与蜿蜒方式来调整芯片天线共振频率及频率比，以得到双频段的操作，且改善公知的使用陶瓷材料的芯片天线的昂贵而且易碎的缺点。

请参照图1，图1为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线安装于微波基板上的结构示意图。双频玻纤芯片天线10放置于具有接地面30的微波基板40上，而接地面30与信号地端相接。微波基板40的尺寸为例如约100×35mm²，其中微波基板40位于双频玻纤芯片天线10的正下方的部分不具有接地面，其大小为例如约9×5mm²。微波基板40可被视为一无线通讯手机的电路板，也就是此芯片天线应用于无线通讯手机上作为蓝牙或无线局域网络***的应用实施例。另外，信号传输线20用以做为***电路的信号传输，此信号传输线20可为例如微带传输线、同轴馈线或其它能够传递电磁信号的组件。

请参照图2，图2为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线的结构示意图。如图2所示，本发明的双频玻纤芯片天线10至少包括：一玻纤芯片11；一蜿蜒辐射金属线12；以及一表面黏着接点13。表面黏着接点13是用以连接蜿蜒辐射金属线12至信号传输线20。玻纤芯片11是由玻纤材料所制成的长方形柱体，其介电常数介于约4至约5之间。玻纤芯片11的厚度不能太薄，否则会严重影响天线的带宽，本较佳实施例使用的厚度为例如约1.6mm，然而，本发明的玻纤芯片11的厚度也可为例如约0.8mm。蜿蜒辐射金属线12是天线用以辐射电磁波的主要部分，其形成于玻纤芯片11的至少两个表面上。蜿蜒辐射金属线12可由任何电导体制成，例如：银、铜等。蜿蜒辐射金属线12更至少包括位于玻纤芯片11的下表面的下层金属线121；位于玻纤芯片11的上表面的上层金属线122；以及连接金属线123，其中连接金属线123位于玻纤芯片11的侧边，借以连接下层金属线121与上层金属线122。就设计而言，蜿蜒辐射金属线12的总长度大约是天线第一操作频段的中心频率(例如：2450MHz)的1/4波长，例如：约35mm。本发明的一较佳实施例的双频玻纤芯片天线的尺寸为例如约6×6×1.6mm³，而天线的第一及第二操作频段则为蜿蜒辐射金属线12的前二个共振频率，而调整蜿蜒辐射金属线12的总长度可改变天线的第一共振频率。另一方面，变化蜿蜒辐射金属线12的宽度(例如：约1.0mm)可以调整天线的前二个共振频率的频率比，例如：可将蜿蜒辐射金属线12做由细至宽的变化，借以调整第二操作频段的中心频率的大小。蜿蜒辐射金属线12的宽度从起点到终点可以不是一定值，也就是蜿蜒辐射金属线12可有多个宽度。因此，通过蜿蜒辐射金属线12的不同长度、宽度和形状的设计，可轻易达到所需的操作频段和频率比。

请参照图3至图5，其中图3为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线的仰视示意图；图4为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线的俯视示意图；而图5为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线的侧视示意图。如图3所示，下层金属线121由三条线组成，此三条线蜿蜒于玻纤芯片11的下表面的周围的三边。与其中起始第一线接触的微波基板40具有接地面30，此第一线通常垂直地连接于信号传输线20方向。接着，下层金属线121的第二线垂直地连接于第一线，而第三线则垂直地连接于第二线。如图4所示，上层金属线122由三条水平线与二条垂直线所组成，其形成次序为先形成第一水平线，接着连接第一垂直线，再连接第二水平线，然后再连接第二垂直线，而此第二垂直线只延伸至玻纤芯片11的上表面的一边大约是中间的位置，然后便再连接第三水平线，而第三水平线的长度较第一水平线和第二水平线短，故不会与第一垂直线接触。另外，如图5所示，下层金属线121与上层金属线122之间由与二者垂直的连接金属线123所连接。本较佳实施例的金属线的蜿蜒方式可达到天线体积小的要求。

如上所述，本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线可操作于2450MHz(第一操作频段)与5800MHz(第二操作频带)。请参照图6，图6为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线关于返回损失对频率的模拟与实验结果曲线图。如图6所示，图中曲线21为实验测量结果，曲线22为使用电磁模拟软件HFSS所得结果，实验测量与计算机模拟的结果相当吻合。其带宽分别为105MHz与820MHz。图6中的虚线为本较佳实施例的参考点，其所示的返回损失约为7.3dB，也就是相当于1∶2.5的电压驻波比。

请参照图7和图8，图7为本发明的一较佳实施例的双频玻纤芯片天线在2450MHz的辐射场型测量结果，而图8为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线在5800MHz的辐射场型测量结果。请参照图9和图10，图9为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线于2450MHz频带的天线增益测量结果，而图10为本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线于5800MHz频带的天线增益测量结果。由所得测量结果可知，于约2380MHz至约2500MHz频带操作时，本发明一较佳实施例的天线增益约在1dBi至2dBi之间。而于约5100MHz至约5900MHz的频带操作时，本发明一实施例的天线增益约在1dBi至2dBi之间。

综合以上所述，本发明一较佳实施例的双频玻纤芯片天线足以含盖2450MHz与5800MHz两个ISM频段(Industrial-Scientific-Medical band)所需的带宽，同时具有良好的天线增益，非常适合蓝牙或无线局域网络的应用。

此外，如图2所示的玻纤芯片11的形状也可为选自于一矩形柱体、一正方形柱体与一圆柱体所组成的一族群，而蜿蜒辐射金属线12也可以各种不同样式来形成。请参照图11至图14，其中图11和图13为本发明其它实施例的双频玻纤芯片天线安装于微波基板上的结构示意图，而图12和图14为本发明其它实施例的双频玻纤芯片天线的结构示意图。图11和图12为具不同样式的蜿蜒辐射金属线72的双频玻纤芯片天线70，蜿蜒辐射金属线72形成于玻纤芯片71的至少两个表面上。蜿蜒辐射金属线72更至少包括下层金属线721；上层金属线722以及连接金属线723。图13和图14的双频玻纤芯片天线80，其蜿蜒辐射金属线82使用圆柱体的玻纤芯片81，而玻纤芯片81的至少两个表面上形成有蜿蜒辐射金属线82。此蜿蜒辐射金属线82更至少包括下层金属线821；上层金属线822以及连接金属线823。

另一方面，蜿蜒辐射金属线除可形成于玻纤芯片的至少两个表面上，依不同的设计与工艺，蜿蜒辐射金属线也可形成于玻纤芯片的单一表面，或形成于玻纤芯片的内部。

以上于本发明发各实施例中所述发双频玻纤芯片天线发各组件的尺寸、形状及形成位置等仅为举例说明，本发明可依实际的需要而做调整，故本发明并不在此限。

因此，本发明的优点为：提供了一种双频玻纤芯片天线，本发明的双频玻纤芯片天线使用成本低廉且坚固的玻纤材质，可以取代公知的陶瓷材料，完全没有公知陶瓷芯片天线的缺点。本发明可设计出成本低廉、性能佳和坚固的芯片天线，并可依实际需要而以各种不同的样式和形状来制成，通过适当地调整辐射金属线长度与蜿蜒方式即可变化天线的共振频率及频率比，因而可以广泛地提供各种不同无线通讯***使用。

本发明的另一优点为：提供了一种双频玻纤芯片天线，可以适用于表面黏着技术，因而可做大量生产，进而降低与电路整合时所需的成本，更增加产品的稳定度。故本发明的双频玻纤芯片天线具有极高的产业应用价值。

Claims

1、一种双频玻纤芯片天线，其特征是，该双频玻纤芯片天线具有一第一操作频段和一第二操作频段，且该双频玻纤芯片天线至少包括：

一玻纤芯片，其中该玻纤芯片由一玻纤材料所制成，其相对介电常数介于4至5之间；

一蜿蜒辐射金属线，其中该辐射金属线形成于该玻纤芯片的至少二表面上；以及

一表面黏着接点，借以连接该蜿蜒辐射金属线至一信号传输线。

2、如权利要求1所述的双频玻纤芯片天线，其特征是，该蜿蜒辐射金属线的总长度为该第一操作频段的中心频率的1/4波长。

3、如权利要求1所述的双频玻纤芯片天线，其特征是，该第一操作频段及该第二操作频段的中心频率为该蜿蜒辐射金属线的前二个共振频率。

4、如权利要求1所述的双频玻纤芯片天线，其特征是，该玻纤芯片的形状选自于一矩形柱体、一正方形柱体与一圆柱体所组成的族群。

5、如权利要求1所述的双频玻纤芯片天线，其特征是，该蜿蜒辐射金属线更至少包括：

一下层金属线，其中该下层金属线位于该玻纤芯片的一下表面；

一上层金属线，其中该上层金属线位于该玻纤芯片的一上表面；以及

一连接金属线，其中该连接金属线位于该玻纤芯片的一侧边，借以连接该下层金属线与该上层金属线。

6、如权利要求5所述的双频玻纤芯片天线，其特征是，该下层金属线至少包括：

一第一下层水平线，其中该第一下层水平线的一端与该信号传输线垂直；

一第一下层垂直线，其中该第一下层垂直线的一端连接于该第一下层水平线的另一端；以及

一第二下层水平线，其中该第二下层水平线的一端连接于该第一下层垂直线的另一端，而该第二下层水平线的另一端连接于该连接金属线的一端。

7、如权利要求5所述的双频玻纤芯片天线，其特征是，该上层金属线至少包括：

一第一上层水平线，其中该第一上层水平线一端连接于该连接金属线的另一端；

一第一上层垂直线，其中该第一上层垂直线一端连接于该第一上层水平线的另一端；

一第二上层水平线，其中该第二上层水平线的一端连接于该第一上层垂直线的另一端；

一第二上层垂直线，其中该第二上层垂直线的一端连接于该第二上层水平线的另一端，且该第二上层垂直线延伸至该玻纤芯片的该上表面的一边的中间位置；以及

一第三上层水平线，其中该第三上层水平线的一端连接于该第二上层垂直线的另一端，且该第三上层水平线的长度小于该第一上层水平线和该第二上层水平线。

8、如权利要求1所述的双频玻纤芯片天线，其特征是，该蜿蜒辐射金属线有多个宽度。

9、如权利要求1所述的双频玻纤芯片天线，其特征是，该蜿蜒辐射金属线的宽度为一定值。

10、如权利要求1所述的双频玻纤芯片天线，其特征是，该双频玻纤芯片天线安装于一微波基板上，该微波基板具有一接地面，而该微波基板与该双频玻纤芯片天线间的一接触面的一部分不具有该接地面，且该信号传输线位于该微波基板上。