TW567642B - Antenna with substrate and conductor track structure - Google Patents

Description

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本發明關係一天線具有一介電（或滲透性）基板及至少一諧 振導線軌結構，特別設計用於高頻率及微波範圍，例如， 用於行動雙頻或多頻電信裝置（蜂巢式及無線電話），及用於 根據藍芽標準通信的裝置。本發明另外關係一電路板及一 電信裝置具有該種天線。 隨著電子組件愈來愈小的發展趨勢，特別在電信技術領 域中所有被動及/或主動電子組件的製造商都加強這方面 的業務。而電子組件用在高頻率及微波技術領域則產生一一 些特別問題，因為組件的許多性質與其實際尺寸有關，及 因為彳§號的波長因頻率增加而變小，導致受到供應信號源 干擾，特別是由於反射。 這樣特別高度關係此類電子裝置的天線結構，例如，行 動電洁’其對應用的理想頻率範圍的依賴比所有其他HF組 件更為強烈。這是因為天線為一種諧振組件必須配合各種—· 應用，即，操作頻率範圍。總之，線型天線係用來傳輸所一 需資訊。適當的實際長度絕對有需要，以便利用這種天線 達成良好的發射及接收特性。 最佳的發射特性由所謂λ/2雙極天線獲得，其長度相當於 自由空間信號波長（λ)的一半。每個天線係由兩條長度為λ/4 的線組成並相對旋轉18 0。。不過，這種雙極天線對許多應 用仍太長，特別是用於行動電信（GSM900頻帶波長約為32 cm) ’這就是使用其他天線結構的原因。在行動電信的領域 中特別廣泛使用為所謂的λ/4單極。這由一條具有四分之一 ^ 波長的長度的線所構成。本天線的放射特性合格，同時可 L_ -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） 567642 A7 B7 五、發明説明（2 ) 以納入其實際長度（GSM頻帶約8 cm)。另外，這種天線屬於 高阻抗及發射頻寬，致使也可以用在需要較大頻寬的系統 。為了達到最佳電力調節到50 ohm，本天線選擇一被動電 性調節，如用於大部份的λ/2雙極。這種調節一般由至少一 線圈及一電容组合所組成，該調節如尺寸合適，適合χ/4單 極的非50 Ω的輸入阻抗連接50 Ω的組件。 即使這種天線已廣泛使用，但仍然具有相當的缺點。這 些缺點一方面發生於上述被動調節電路。 另一方面，例如，行動電話一般安裝一種拉出式的線型 天線。此種λ/4單極不能直接銲接電路板。結果，需耍貴昂 的接點用於電路板及天線之間的信號傳輸。 這種天線的另外缺點為天線本身的機械不穩定性及因而 需要改裝天線外殼。例如，如果一行動電話掉落在地板上 ，通常會折斷天線，或外殼在天線拉出處損壞。 為了避免這些缺點’發展的天線具有一或數個譜振金屬 結構在一 I有介電常數sr>1的介電基板上。因為在介電質中 的波長比在真空中的波長小一個因數，因此所製造天 線尺寸便可同樣比例減少。 這種天線的另外優點為可以利用表面黏著（SMD技術）直接 裝在印刷電路板上（PCB)，即由平面銲接及接觸導線軌（可 能結合其他組件）而不需要額外的固定裝置（接腳針）用於供 應電磁電力。 本發明的目標為提供一具有介電（或滲透性）基板的天線及 至少一谐振導線執結構，以便進一步改善其發射性質。 567642 A7

另外，提供一種天線具有最小重量及特別利用表面黏著 (SMD技術）而裝在印刷電路板上，即由平面銲接及接觸導線 執（可能結合其他組件）而不需要額外的固定裝置（接腳針）用 於供應電磁電力。 這種天線必須特別構造·，致使適合用於高頻率及微波範 圍，並具有儘可能大的頻寬及/或可調整，及能高度迷你化 及機械特別穩定。 本目標的達成根據申請專利範圍第1項利用由一介電（或渗 透性）基板及至少一諧振導線執結構構成的天線，該天線的— 特徵為該基板包括至少一空穴。 一項驚人的發現是，天線的發射效率及發射性質竟可因 為這種空穴而獲得相當程度的增加及改善。根據空穴的形 狀、尺寸、及數量，該效率可以增加約15%或更多。本方法 的一特別優點為天線的重量同時實質變小。 本方法的特別優點為迷你化的微波天線用於單頻應用（例 如〇3]\/1901}頻帶）如〇£100 49 844.2所述，及雙頻及三頻天 _ 線用於GSM900及DCS 1800標準的頻率範圍，及用於藍芽系 統，如DE 100 49 845.0所述。當然，這些出版係以提示方 式併入本文。 必須說明天線具有U型介電基板係揭露於EP 0 923 153及 US 5,952,972。不過，這種基板的造型的目的在於增加阻抗 頻寬，並沒有增加發射電磁波的效率的措施。另外，該兩 份專利申請案關係具有殼體電極的天線，US 5,952,972專門 -說明介電諧振天線（DRA)。在這些天線中，其操作模式由集 ' — · 6 - 本紙浪尺度通用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

裝 訂

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體谐振決定，其中粮撼太欢 、 據本欹明（Pw(印刷線型天線）的天線 沒有質量電極，其操作禮+ /、乍μ式由基板上的導線執結構決定。 其操作原理基本上互不相同。 相關的專利申請範圍關係本發明另外具體實施例的優點。 申明專利乾圍第2項特別關係泡珠型材料製成的基板，其 中並不絕對需要提供分離的空穴。 反之’申請專利範圍第3_5項係首重使用於固體基板，其 中空穴的型式為對應的凹陷。 申請專利範圍第6及7項關係特別用於高頻率及微波範圍 的天線’申請專利範圍第6項的具體實施例具有一特別大阻 抗及發射頻寬’及申請專利範圍第7項的具體實施例為可調 型。 圖式簡單說明 本發明#另外特徵及優點參考較佳具體實施例的說明及 附圖便會明白，其中： 圖1為示意圖顯示根據本發明的一天線· 圖2顯示一印刷電路板及該天線；及 圖3為一曲線顯示各具體實施例天線的發射效率。 較佳具體實施例說明 所說明的天線基本上屬於所謂“印刷線型天線，，（pWA)，其 中有一諧振導線軌結構位於基板上。原理上與微帶天線相 反，所以，這種天線為線型天線’基板的背面不具有金屬 表面作為參考電勢。 以下所述的具體實施例各包括一基板由長方體塊橼成， 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 567642 A7 ______ B7 五、發明説明（5 ) 其南度D小於長度A或寬度c一個因數2至10。基本上，基板 10的下表面及上表面如圖所示，下文分別以丨丨、表示下 主表面（第一）及上主表面（第二），而垂直表面表示為第一至 第四側面以13至16。 另外，也可能選擇長方體以外的幾何形狀的基板，例如 圓柱形’其上具有一對應的|皆振導線執結構，例如沿一螺 旋路徑。 基板可由埋入瓷粉的聚合物矩陣製成及具有一介電常數 sr> 1及/或相對滲透率為^：^。 特別，圖1及2的天線1包括一長方體介電基板1〇，其整個 表面上具有一諧振導線執結構。 導線軌結構由一或數個金屬表層形成於基板1〇上面，如 所引用的兩份文件DE 100 49 844.2及DE 100 49 84 5.0所述 ’其以提示方式併入本文。這種金屬表層覆蓋在上主表面： 12及一或數個側表面13至16的上面 導線軌結構具有一有效長度1為\/2Vsr，其中λ為自由空間 内信號的波長。導線轨結構的尺寸定為長度相當於約波長 的一半’以便天線發射電磁功率。例如，如果天線使用藍 芽標準於頻率範圍2400及2483.5 MHz之間操作，產生的自 由空間波長約為12.1 cm。已知基板的介電常數等於2〇， 則將縮短一半波長，及所需要的導線執結構的長度減少至 約 13.5 mm。 一凹陷型狀的空穴位於基板10的下主表面U，形成一幾、 乎為矩形斷面的通道30通過整個基板長度。通道寬度b延伸 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 567642 A7 _____B7 五、發明説明（6 ) 通過下主表面11，而其高度Η同時為通道30***基板10的深 度。如此造成基板幾乎成為U型。 圖2顯示一印刷電路板（PCB)40，其上固定一根據本發明 的天線1。因此，基板的下主表面11上具有銲接點（佔用面 積），利用佔用面積，以表面黏著技術（SMD)將基板10銲接 在印刷電路板40上面。導線軌結構為一金屬表層，由在第 二主表面12上的第一平面金屬層結構21及由一沿基板丨〇側 面13至16延伸的導線轨22構成。導線執22自電源端子45開— 始及在第二側面13結束，並連接第一金屬層結構2 1。電源 端子45位於印刷電路板40上面及供應天線1發射的電磁能量 。這種具有導線執結構的天線揭露於DE 100 49 844.2。 在本天線的一個實用實施中，使用如圖i的長方體基板1〇 ’具有一長度A為4 mm，寬度C為3 mm，及高度D為2 mm。 本天線的六個具體實施例1至6具有不同尺寸的通道30的 發射效率的測量結果，並與無空穴基板的具體實施例〇比較一 ，如圖3的"曲線所示。各例中通道30長度延伸通過基板1〇的 總長度，及導線軌結構20在各具體實施例中都相同。 各具體實施例的序號為0至6，標示於圖3的水平軸，而（相 對）發射效率百分比標示在垂直軸，即是與無空穴基板的天 線的比較值。 本曲線明顯證明所有具體實施例1至6的發射效率，在實 質上都高於無空穴基板的具體實施例〇的效率。 詳細而言，無通道的具體實施例0所獲得的絕對發射效率 -為42.2 %。具有通道斷面為ι·5χ1.5 mm2的具體實施例1所測 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 567642 A7 _____ B7 五、發明説明（7 ) 量的絕對發射效率為5 1.2%。具有通道斷面為〇. 5 X 〇. 5 mm2 的具體實施例2所測量的絕對發射效率為52.6%。具體實施 例3的通道具有一寬度B為1.0 mm及高度Η為0.5 mm ,所測 量的發射效率為52.8%。在具體實施例4中，通道的寬度b擴 大為2.0 mm及高度Η為1.0 mm，產生的發射效率為53.9 %。 具體實施例5的通道具有一寬度B為1.0 mm及高度Η為1.5 mm，獲得的發射效率為55.9%。最後，具體實施例6具有通 道斷面為1.〇χ1·0 mm2，獲得最大的發射效率，即為57.2% ，約高於無空穴基板的具體實施例0的效率15%。 一 另外’具體實施例6的天線具有的總重量比具體實施例〇 低 21%〇 上述較佳具體實施例係參考通道型空穴。另外，也可能 是複數個空穴及其他形狀的空穴。作選擇首先及最重要的 考慮是基板製造簡單，其中最簡單的情況為複數個圓孔位 於下主表面11達一深度Η而不會影響天線的機械穩定性。最 : 後’使用多沫型（介電或滲透性）基板也可達成根據本發明的二 效果。 作為圖2的替代，導線軌結構可以由至少第一及第二導體 部份在基板10的第二主表面12上面形成，該部份伸長幾乎 為曲折形狀。本具體實施例具有特別優點為，基本模式的 第一諧振頻率及第二諧振頻率之間的頻率距離，可以經由 改變兩導體部份之間的距離而在基本模式的第一譜波調整 。這種具有導線轨結構的天線揭露於DE 100 49 845 0。 隶後必須說明’基板的空穴的形狀及性質可以獨立選擇 -而不受輸入發射電磁波的導線轨結構的型式的影響。 ' 10 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 567642

   第〇91105266號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(92年8月） 請專利範圍~ 一種天線，具有一介電或滲透性基板及至少一諧振導 線軌結構，特別使用於高頻率及微波範圍，盆 基板（10)包括至少一空穴（30)。 如申請專利範圍第丨項之天線，其特徵為該空穴由至少 一中空空間形成並由該基板（10)包圍。 如申請專利範圍第丨項之天線，其特徵為該空穴由至少 一位於該基板（10)的一或數個表面上的凹陷所形成。v 如申請專利範圍第3項之天線，其特徵為該凹陷為—通 這（30)並沿於該基板（1〇)的縱軸方向延伸。 如申請專利範圍第4項之天線，其特徵為該通道（3〇)幾乎 為矩形斷面及位於該基板（1〇)的一第一主表面（ιι)中， 致使该基板幾乎為U型。 如申請專利範圍第丨項之天線，特別使用於高頻率及微 波範圍，其特徵為該導線執結構為一表面金屬層由至少 位於一第二主表面（12)上的一第一平面金屬層結構（21) 及沿至少該基板（10)的部份側面（13至16)伸長的導線軌 (22)形成，以用於供應發射的電磁能量至該金屬層結構。

   如2請專利範圍第丨項之天線，特別使用於高頻率及微 波範圍，其特徵為該導線軌結構由至少位於該基板（^ 一表面的一第一及一第二導體部份形成，該部份伸長幾 乎為曲折形狀，同時該基本模式的第一諧振頻率及第二 諧振頻率之間的頻率距離係經改變該二導體部份之間的 距離而在基本模式的第一諧波上調整。 一種印刷電路板，特別用於電子組件的表面黏著，其特 ^ rnsan .^ag»asCg^=^wm.rTTT|______________ __________ x 297公釐） 〜度適用中國國家襟準(CNS) A4«(210 567642 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 徵為如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6或7項之天線 〇 9. 一種行動電信裝置，特別用於藍芽、GSM、或UMTS範 圍，其特徵為如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6或7 項之天線。 -2- 夂紙.張尺·度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210〉<297公釐）