CN1632985A

CN1632985A - 平面式天线

Info

Publication number: CN1632985A
Application number: CN 200310123052
Authority: CN
Inventors: 刘正芳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2005-06-29

Abstract

本发明为一种平面式天线，于多层介电基材上分别印刷形成不同导体线路经压合后以构成两辐射单元，两辐射单元分别操作在两不同的工作频段上，其中：第一辐射单元于各层基材分别形成不同的导体线路，经一层间导通手段以构成一个呈立体曲折型态的天线；又第二辐射单元则由一个L形导体线路构成，其一端与第一辐射单元的一端连接，而构成一共同馈入端；以前述双频天线设计，可藉由适当地调整第一辐射单元的线路长宽与第二辐射单元的线路长度以获致预期的共振频率及频率比。

Description

平面式天线

技术领域

本发明涉及一种平面式天线，尤其涉及一种将导体线路分别印刷于电介质(dielectric material)基材表面上，经穿孔电镀等电连接手段使各层导体线路相连接后构成一个呈立体曲折(meandering)型态的平面天线。该平面式天线可运用在各种无线通讯设备的无线电接收发射天线，例如：无线行动电话手机(Wireless Mobile Phone)、无线调制解调器(Wireless Modem)、无线局域网络(LAN)。

背景技术

由于无线通讯产业的快速发展，各式各样的通讯产品与技术不断地推陈出新，竞争激烈，通讯产品不断讲求多功能、多变化、轻薄短小，此要求就连天线也不例外。为满足该特性要求，早在一九八四年即有一种在基板70上形成曲折状(meandering)辐射体71的平面天线(如图1所示)问世，其可有效压缩天线的长度和面积。

除体积上被要求尽量缩小外，更要求所使用的天线具备多个频道及涵盖范围宽广的频宽，如无线行动通讯***频道：EGSM(880-960MHz)、DCS(1710-1880MHz)、PCS(1850-1990MHz)、WCDMA/CDMA2000(1920-2170MHz)。这些频段可区分为第一操作频道(880-960MHz)，频宽为80MHz，第二操作频道(1710-2170MHz)，频宽为460MHz。

然而，公知的多频天线在第二操作频道(1710-2170MHz)，有效频宽仅能涵盖280MHz(1710-1990MHz)。换言之，即有多频天线在操作频段的频宽上仍有待扩充。

再者，就安装位置加以区分，无线通讯产品所使用的天线大致可分为外接与内建两类，一般外接式天线若使用螺旋状天线，其外型大部分为圆形，而基于外型多样的考虑，使用平面式天线，可轻易地制作出矩形、方形、椭圆形的外观。

又由于平面式结构易于制作出芯片型天线，可透过表面黏着方式(SMT)固定在电路板上，大幅降低封装与连接所需的成本，故十分适合应用于内建式天线。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种具有双操作频段且可有效提升第二操作频段频宽的平面式天线。

为实现上述目的，采取的主要技术手段是，所述双频平面式天线包括：

复数的电介质基材；

一个第一辐射单元，于所述各层电介质基材上分别印刷形成不同形状的导体线路，经电连接构成一个呈立体曲折型态的天线辐射体；

一个第二辐射单元，于其中一层电介质基材上形成的L形导体线路所构成；

所述复数层基材经压合后，并对各层导体线路施以一个层间电连接手段，除令构成第一辐射单元的各层导体线路相互连接外，亦使第一/第二辐射单元以一端相互连接而构成共同馈入端；

以所述的平面式天线构造，可通过调整第一辐射单元的线路长宽及第二辐射单元的线路长度，而轻易调整至所须的共振频率与频率比，其可使天线第二操作频段的频宽达460MHz。

所述第一辐射单元于不同层的基材上分别印刷形成一字形、凵字形与ㄇ字形的导体线路。

所述第一辐射单元于各层基材上形成的不同形状导体线路压合后利用穿孔电镀方式以相互连接。

所述各层基材上的导体线路可由金、银、铜等金属导体构成。

所述各层基材上的第一辐射单元与第二辐射单元具有适当距离，以提供二者相互间的隔离度，并相对降低其间的频率耦合效应。

所述形成有第一辐射单元的基材上同时形成有一馈入埠，该馈入埠与第一/第二辐射单元共接的一端连接。

所述基材上的馈入埠与第一/第二辐射单元的共接馈入端之间以一讯号传输线相互连接。

所述的底层基材上形成有一外馈入埠，并通过层间导通手段与内层基材上的馈入埠构成连接。

所述讯号传输线由连续曲折状的印刷线路形成于基材上。

本发明的另一个目的在于提供一个可适用于外接或内建的双频平面式天线。

为实现上述目的，采取的技术手段是，在天线制作成外接式天线时，其基材可采用成本低廉且坚固的玻璃纤维材料，以便制作出多样化的外形(如：矩形、方形、椭圆形等)，且由于天线本体可作为天线的支柱及馈入点，故可节省常见天线支柱及馈入点的成本。在制作成内建式天线时，其基材则可采用玻璃纤维或陶瓷材料，以制作出适用于表面黏着技术的芯片天线。

附图说明

图1是传统形式的平面天线示意图；

图2是本发明第一较佳实施例的分解图；

图3是本发明一种馈入点与天线辐射单元连接的示意图；

图4是本发明又一种馈入点与天线辐射单元连接的示意图；

图5是本发明第二实施例的分解图；

图6是本发明第三实施例的分解图；

图7是本发明第四实施例的平面示意图；

图8是本发明天线的返回损失对频率的测量结果；

图9是本发明天线操作于880MHz的辐射场型图；

图10是本发明天线操作于960MHz的辐射场型图；

图11是本发明天线操作于1710MHz的辐射埸型图；

图12是本发明天线操作于1990MHz的辐射埸型图；

图13是本发明天线操作于2170MHz的辐射埸型图；

图14是本发明以外接式平面天线实现的平面剖视图。

图中

11～15基材 151外馈入埠

121、141馈入端口 122、142讯号传输线

20第一辐射单元 21一字形导体线路

22ㄇ字形导体线路 23凵字形导体线路

211、212、221、222、231、232端部

30第二辐射单元 31导体线路

311端部 32导体线路

32A馈入埠 10天线

101狭长段 102馈入埠

200封装层 201固定部

202定位部

具体实施方式

图2是本发明第一较佳平面式天线实施例的分解图。其在以陶瓷、玻璃纤维等电介质材料制成的多层基材11、12、13、14、15上分别制作有工作在第一操作频段的第一辐射单元20及工作在第二操作频段的第二辐射单元30所构成；其中第一层基材11作为绝缘层，底层基材15则作为绝缘层，并在外侧面上形成有一外馈入埠151。

第一辐射单元20由不同层基材上分别形成的复数导体线路21～23所组成，该导体线路21～23分别为一字形、ㄇ字形及凵字形。在本实施例中，所述各种导体线路21～23依序形成在相邻的各层基材12～14上，其中ㄇ字形导体线路22两臂端部221、222分别对应于各一字形导体线路21的一端部211，各一字形导体线路21的另一端部212则分别对应于凵字形导体线路23的两臂端部232、231，而各层导体线路21～23在各层基材11～15压合后，于对应端部处施予一层间导通手段使其相互连接。在本实施例中，该层间导通手段采用穿孔电镀(PTH)方式，藉此，基材14上左数第一道凵字形导体线路23的第二端部232通过电镀穿孔与第二层基材12上第一道一字形导体线路21的第二端部212电连接，又该一字形导体线路21的第一端部211再通过电镀穿孔与下层基材13上第一个ㄇ字形导体线路22的第一端部221电连接，该ㄇ字形导体线路22的第二端部222再向上与基材12上第二道一字形导体线路21的第一端部211连接，其第二端部212再与基材14上第二个凵字形导体线路23的第一端部231连接，第二个凵字形导体线路23的第一端部231再循前述走法依序与其余的导体线路连接，随即构成一个立体曲折状的辐射体。

又第二辐射单元30由一个L形导体线路31构成，其与第一辐射单元20保持一个适当距离D2，以提供其二者相互间的隔离度，并相对降低其间的频率耦合效应。在本实施例中，该L形导体线路31以印刷线路方式形成在其中一层基材12上，其与第一辐射单元20的一字形导体线路21位于同一层上；而该L形导体线路31较短端的端部311亦通过电镀穿孔等层间导通手段与第一辐射单元20的凵字形导体线路23一端部231连接，藉此，使第一/第二辐射单元20/30具有一共同的馈入端。

再者，前述基材12于一端形成有一馈入埠121，其可通过电镀穿孔等层间导通手段与基材15对应位置上的外馈入埠151构成连接。又在本实施例中，该基材12的馈入端口121通过一个讯号传输线122与第二辐射单元30的导体线路31连接，该讯号传输线122也以印刷线路形式形成在基材12上，除可为图中所示的直线传输线外，亦可如图3所示的曲折状传输线，当讯号传输线122呈曲折状时，其可用来微调第一操作频段和第二操作频段的共振频率。除此以外，馈入埠121亦可直接与第二辐射单元30连接，而不使用讯号传输线(如图4所示)，如是之型态，可使平面式天线适于采用表面黏着方式(SMT)固定在电路板上。

如图3所示，在前述的构造型态下，由立体曲折状导体线路所构成第一辐射单元20的电流方向与第二辐射单元30的电流方向大致呈平行状。

由上述说明可看出本发明一个较佳实施例的详细构造，以该等平面式天线构造，可通过调整第一辐射单元20的线路长宽及第二辐射单元30的线路长度，轻易地调整至所须的共振频率与频率比。

除前述实施例所示构造，本发明亦可为其它不同的实施型态，而仍具有相同的电气特性：

在前述的第一实施例中，构成第一操作频段的立体曲折状导体线路21～23依序分布是第2～4层的基材12～14上，当前述导体线路21～23交换地形成在各层基材12～14上，仍具有相同的电气特性。

图5是本发明第二较佳实施例的平面式天线分解图。其基本架构与前一实施例大致相同，于多层电介质基材11～15中的内层基材12～14上分别形成不同形状的导体线路以构成第一辐射单元20及第二辐射单元30。不同处在于：构成第一辐射单元20的一字形导体线路21形成在第三层基材13上、ㄇ字形导体线路22形成在第四层基材14上，凵字形导体线路23则形成在第二层基材12上，各层导体线路21～23仍通过电镀穿孔等层间导通手段以相互连接成立体曲折型态。

又在本实施例中，第二辐射单元30仍由一个L形导体线路31构成，其形成在第四层基材14上，其与第一辐射单元20的ㄇ字形导体线路22位于同一层上；而该L形导体线路31较短端的端部311也通过电镀穿孔等层间导通手段与第一辐射单元20的凵字形导体线路23一端部231连接，藉此，使第一/第二辐射单元20/30具有一共同的馈入端。

而第四层基材14于一端形成有一馈入埠141，该馈入埠141除通过电镀穿孔等层间导通手段与底层基材15的外馈入埠151电连接外，其与第一/第二辐射单元20/30共同馈入端之间可直接连接或间接地通过讯号传输线142予以连接，该讯号传输线142仍可为直线或曲折状。经采用排列方式构成的平面式天线仍与第一较佳实施例具有相同的电气特性。

图6是本发明第三较佳实施例的平面式天线分解图。其基本架构与前述第一、第二实施例大致相同，于多层电介质基材11～15中的内层基材12～14上分别形成不同形状的导体线路以构成第一辐射单元20及第二辐射单元30。不同处在于：构成第一辐射单元20的一字形导体线路21形成在第四层基材14上、ㄇ字形导体线路22形成在第三层基材13上，凵字形导体线路23则形成在第二层基材12上，各层导体线路21～23仍通过电镀穿孔等层间导通手段以相互连接成立体曲折型态。

又在本实施例中，第二辐射单元30仍由一个L形导体线路31构成，其形成在第四层基材14上，其与第一辐射单元20的一字形导体线路21位于同一层上；而该L形导体线路31较短端的端部311也通过电镀穿孔等层间导通手段与第一辐射单元20的凵字形导体线路23一端部231连接，藉此，使第一/第二辐射单元20/30具有一共同的馈入端。

而第四层基材14于一端形成有一馈入埠141，该馈入埠141除通过电镀穿孔等层间导通手段与底层基材15的外馈入埠151电连接外，其与第一/第二辐射单元20/30共同馈入端之间可直接连接或间接地通过讯号传输线142予以连接，该讯号传输线142仍可为直线或曲折状。经采用排列方式构成的平面式天线仍与第一、第二较佳实施例具有相同的电气特性。

而前述多层基材11～15上的第一辐射单元20除可配合第二辐射单元30分别工作在第一操作频段与第二操作频段，亦可独立作为单一操作频段的平面天线使用。

图7是本发明第四较佳实施例的双频平面式天线示意图。其组成架构仍与第一至第三实施例相同，其基板仍由多层电介质基材压合构成，其中第一辐射单元20的组成也与前列实施例相同，仍由一字形、ㄇ字形及凵字形等不同形状的导体线路构成，也可交替的分布在不同层的基材上。至于第二辐射单元30可由直线式或平面式曲折状的导体线路构成，在本实施例中，其由传统呈平面连续曲折的导体线路32构成。其电波路径是令基材上的馈入点32A连接前述平面曲折导体线路32的起点，该导体线路32末端则与第一辐射单元20的起点串接，如是结构亦可实现双频特性。而为了达成双频的效果，平面曲折导体线路32的线间距离D应至少大于第一辐射单元20中一字形导体线路21的2倍线间距离(如图2的D1)。惟当第二辐射单元30所使用的工作频率愈高时，导体线路则如前所述，可使用近似直线的线路。

如前所述各种实施例揭露的平面式天线，均具有体积小、成本低廉(采用玻璃纤维基材)、性能佳，并可依实际需要而以各种不同的样式和形状制成，借助适当地调整曲折金属线长度、宽度和L形金属线长度，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。

以下谨进一步配合实际测量数据以证明前述各种主张实施例的天线特性：

如图8所示，以前述第二实施例的天线为测量对象，经由网络分析仪测量其频宽及返回损失(Return loss)，在频率880MHz时，约为-6.2dB(图面标示的第一点)，在频率960MHz时，约为-6.1dB(图面标示的第二点)，以上为第一操作频段，其频宽为80MHz(880MHz-960MHz)；又在频率1710MHz时，约为-10dB(图面标示的第三点)，在频率2170MHz时，约为-8.6dB(图面标示的第四点)，以上所述为第二操作频段，其频宽为460MHz(1710MHz-2170MHz)。

而在各不同频率点的水平(H-Plane)增益则分别如第九至十三所示，在880MHz时，其峰值增益约为-2.13dBi，在960MHz时，峰值增益约为-0.89dBi，在1710MHz时，峰值增益约为-0.62dBi，在1990MHz时，峰值增益约为-0.97dBi，在2170MHz时，峰值增益约则为-0.36dBi。

又如图14所示，是本发明的一个可行实施方式的平面剖视图，其令依前述技术构成的平面式天线10为一绝缘封装层200，在构成如前述的外接式天线时，天线10的基材可采用成本低廉且坚固的玻璃纤维材料，以便制作出多样化的外形(如：矩形、方形、椭圆形等)，且由于天线10本体一端为具有信号馈入端口102的狭长段101，其可同时作为天线10的支柱及馈入点，又前述封装层200下端分别形成有一个勾状的固定部201与一个定位用的定位部202，其中，定位部202配合安装时的***动作作定位之用，其相对另一侧的固定部201则以勾扣方式加以固定，由此可见，本发明因天线10的狭长段101上具有馈入端口102，可作为信号馈入之用外，更配合单一模具即可成型的封装层200同时完成组装固定用的相关构造，故可有效节省常规天线制作支柱及馈入点的成本。

再者，本发明如以前述技术制作成内建式天线时，其基材则可采用玻璃纤维或陶瓷材料，以制作出适用于表面黏着技术的芯片天线。

由于本发明的天线呈平板状，故极适于制作成扁平外观的小型天线，除此以外，亦适于制作其它各种形状(如圆柱状、椭圆状)的天线。

由上述可以明显看出，本发明的平面式天线设计，除可以小体积、低成本的前提下作出一种方便调整共振频率与频率比的双频平面式天线，除此之外，并可有效提升双频天线的第二操作频段频宽，故相较于既有双频平面天线具有突出的技术特征及显然的进步，并符合发明专利的要求。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明申请专利范围；凡是其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效变更或修饰，均应包含在下述的申请专利范围内。

Claims

1.一种平面式天线，其包括：

复数的电介质基材；

一个第二辐射单元，于其中一层电介质基材上形成的导体线路所构成；

所述复数层基材经压合后，并对各层导体线路施以一层间电连接手段，除令构成第一辐射单元的各层导体线路相互连接外，亦使第一/第二辐射单元以一端相互连接而构成共同馈入端。

2.如权利要求1所述的平面式天线，其特征在于，所述第一辐射单元于不同层的基材上分别印刷形成一字形、ㄩ字形与ㄇ字形的导体线路。

3.如权利要求2所述的平面式天线，其特征在于，前述形成有第一辐射单元的基材上同时形成有一馈入埠。

4.如权利要求3所述的平面式天线，其特征在于，所述基材上的馈入埠与第一/第二辐射单元的共接馈入端之间以一讯号传输线相互连接。

5.如权利要求4所述的平面式天线，其特征在于，前述的底层基材上形成有一外馈入埠，并通过层间导通手段与内层基材上的馈入埠构成连接。

6.如权利要求4所述的平面式天线，其特征在于，讯号传输线由连续曲折状的印刷线路形成于基材上。

7.如权利要求1-6中任意一项权利要求所述的平面式天线，其特征在于，所述第二辐射单元由一L形导体线路构成。

8.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的平面式天线，其特征在于，所述第二辐射单元由一个平面曲折状的导体线路构成，并与第一辐射单元采用串接方式连接。

9.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的平面式天线，其特征在于，所述第二辐射单元由一直线状的导体线路构成，而与第一辐射单元采用串接方式连接。

10.如权利要求1-6中任意一项权利要求所述的平面式天线，其特征在于，其上分别形成第一辐射单元与第二辐射单元的复数基材经压合后构成一个天线本体，且为一个绝缘封装层所密封；其中：该天线本体一端为具有信号馈入端口的狭长段，以同时作为天线本体的支柱及馈入点，又所述封装层下端分别形成有一个勾状的固定部与一个定位用的定位部。