TWI388088B - 天線裝置 - Google Patents

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Description

天線裝置
本發明是有關於一種天線裝置，特別是有關於一種應用於全球定位系統(GPS)之平面倒F天線(PIFA)裝置。
目前社會大眾的通訊方式，已經慢慢改變為無線通訊的時代，而且無線通訊裝置也越來越趨於多樣化，例如智慧型手機，多媒體播放器，個人數位助理器以及應用全球定位系統(GPS,global positioning system)之衛星導航器等。各項具有無線傳輸功能的電子裝置也都朝著輕薄短小的設計理念去改善，以達到更適合日常生活所使用的電子產品。
應用在無線裝置中的傳統全球定位系統天線是以陶瓷天線(chip antenna)、平板天線(patch antenna)或平面倒F天線(planar inverted F antenna)居多，其中陶瓷天線由於製程較其他金屬天線複雜，因此價格及成本較高。平板天線或平面倒F天線其所需要的面積較大，且其在電路板上佔一有效輻射區域，大幅降低電路板之空間運用，其中平面倒F天線的金屬輻射體與電路板之間有一適當距離，能量在天線與電路板間相互共振，並以線性極化波輻射能量。平板天線架構多以陶瓷天線為主，包含有一訊號饋入點，並以接地面為其能量共振面而以圓形極化波輻射，此種天線具有高指向性，但其缺點是所需的天線面積較大、價格高，而且不適合行動電話之行為模式應用。另外，上述傳統全球定位系統天線與訊號饋入點或接地短路點(short pad)的接觸方式以頂針(pogo－pin)或彈片接觸居多，因此在阻抗(resistance)控制上較不容易。
圖1即繪示一種習知平面倒F天線的結構，其中平面倒F天線3包括一平面的輻射體31、一饋入部32及一接地部33，其中輻射體31設置在電路板4上方，接地部33由輻射體31的一端向下延伸，通常藉由接地彈片(圖未示)與電路板4上的接地面42電性連接，而饋入部32則由輻射體31約略中間的位置向下延伸而與訊號饋入點41電性連接，因此在傳統的平面倒F天線3中，電路板4的訊號饋入點41與接地面42是互不連接。
在上述習知的技術中，電路板4上必須提供天線3接地部33的延伸空間，才能達到較佳的天線效能。然而隨著手持電子裝置功能大幅提升且體積更小型化的需求下，已難有多餘的空間提供給平面倒F天線向下接地，但是對全球定位系統天線而言，如果平面倒F天線不接地，則輻射體的尺寸倍增亦難達到所需的頻率，不但增加成本，也不符手持電子裝置體積小型化的需求。
為解決上述問題，本發明提供一種天線裝置，包括一電路板、一天線及一導線，其中該電路板包括一接地面及一訊號饋入點，該天線包括一輻射部及一自該輻射部向外延伸之饋入部，其中該饋入部與該訊號饋入點電性連接，該導線是設置在該電路板上並電性連接該接地面與該訊號饋入點。
在本發明之一實施例中，該導線是在該電路板上形成之印刷線路(printed trace)，而該導線之長度較佳是介於2 mm至5 mm之間，其寬度較佳是介於0.25 mm至0.5 mm之間。另外，該天線之輻射部與該接地面的距離至少為2 mm。
在本發明天線裝置之一實施例中，該天線之輻射部構成一平面，該平面大致與該電路板平行，或與該電路板大致垂直。
在本發明天線裝置之一實施例中，是利用嵌入技術，將該天線固定於該天線座上，並且亦利用表面黏著技術將該天線安裝在該電路板上。
此外，本發明之天線裝置除可應用於全球定位系統(GPS)天線外，亦可應用於無線區域網路(WiFi)天線或藍芽(Bluetooth)通訊天線。
本發明利用電路板上形成的印刷電路(printed trace)電性連接電路板上的訊號饋入點及接地面，使得天線不須設置額外的接地部來接地，如此同樣可以達到傳統平面倒F天線的接地的效果。與習知技術相較，本發明之天線裝置，由於不須設置天線的接地部分，將能有效的縮減電子裝置的硬體空間，並達到降低成本與體積小型化之需求。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參考圖2，本發明天線裝置1之一較佳實施例是一應用於全球定位系統(GPS)之倒F天線，該天線裝置1包括一天線11，設置在一印刷電路板12上，其中該天線11的一輻射部111與該印刷電路板12相距一適當的距離，而該天線11的一饋入部112是自該輻射部111向下延伸，而與位在該印刷電路板12上的一訊號饋入點121電性連接。
在本實施例中，該印刷電路板12上設置一導線123，該導線123例如是直接在該印刷電路板12上形成的印刷電路(printed trace)，並由該訊號饋入點121向外延伸而與該印刷電路板12上的一接地面122電性連接，其中該接地面122例如是一短路接地點(short pad)。
為達成該天線裝置1較佳的效能，該天線11的輻射部111與該印刷電路板12的接地面之距離d1至少為2 mm。另外，上述印刷電路所形成的導線123的長度d2較佳是介於2 mm至5 mm之間，而其寬度較佳是介於0.25 mm至0.5 mm之間。關於導線123的長度的問題，是因為如果導線123的長度d2少於2 mm，則該天線1上的訊號能量將直接被導入該接地面122中，若導線123的長度d2大於5 mm，將造成該天線1上的訊號能量的損耗(loss)，且所需天線的體積將增大，進而影響該天線裝置1的效能。
本實施例之天線裝置1是一全球定位系統之倒F天線，其中該天線11的輻射部111形成一平面，該平面大致與該印刷電路板12垂直。在本實施例中，為使該天線11更佳地固定在該印刷電路板12上，除了利用表面黏著技術(SMT，surface mounting technology)將該天線11之饋入部112安裝在該電路板12的訊號饋入點121上，同時利用嵌入技術(Insert－molding)，將該天線11嵌入以塑膠為材料的一天線座(圖未示)上，並再以熱壓合技術(heat stacking)將該天線座的一端固定在該印刷電路板12上。另外，在上述實施例中，本發明新型態的天線11的輻射部111的體積為21mm×3mm×5mm，位於手持天線裝置1(例如是智慧型手機)的印刷電路板12的左上邊緣，其體積遠小於一般全球定位系統GPS應用之平板天線(Patch antenna)的體積(15mm×15mm×5mm)，此外，本實施例之天線裝置1的天線11的材質例如是磷青銅，相對於習知用於全球定位系統的陶瓷天線，磷青銅的特性穩定且成本低廉。
請參考圖3，在天線的效能及實際操作頻段上，已知全球定位系統(GPS)的操作頻段為1575.42±2 MHz，上述實施例之天線裝置1共振於1575.42 MHz時，圖3是顯示其電壓駐波比的實際量測圖。由圖3可看出，在實際量測上，天線裝置1的中心頻率亦是在1575.42 MHz，可見上述實施例的實際量測數據與全球定位系統(GPS)的操作頻段相吻合。
請參考圖4，其繪示本發明天線裝置1之另一較佳實施例。在本實施例中，天線裝置1亦應用於全球定位系統(GPS)之倒F天線，該天線裝置1包括一天線11，設置在一印刷電路板12上，其中該天線11的一輻射部111與該印刷電路板12相距一適當的距離，而該天線11的一饋入部112是自該輻射部111向下延伸，而與位在該印刷電路板12上的一訊號饋入點121電性連接。
該印刷電路板12上設置一導線123，該導線123例如是直接在該印刷電路板12上形成的印刷電路(printed trace)，並由該訊號饋入點121向外延伸而與該印刷電路板12上的一接地面122電性連接，其中該接地面122例如是一短路接地面(short pad)。
本實施例與上述實施例不同的地方是在於，本實施例的天線11的輻射部111所形成的一平面大致與印刷電路板平行，而在其他條件及作法兩實施例大致相同，因此不再另述。
在上述實施例中，本發明之天線裝置是一全球定位系統(GPS)天線，但本發明之天線裝置可應用於一無線區域網路(WiFi)天線或一藍芽(Bluetooth)通訊天線，本發明之天線裝置可為PDA手機、智慧型手機、衛星導航器或個人數位助理等，在此並不加以限定。
本發明利用電路板上形成的印刷電路(printed trace)電性連接電路板上的訊號饋入點及接地面，使得天線不須設置額外的接地部來接地，如此同樣可以達到傳統平面倒F天線的接地的效果。與習知技術相較，本發明之天線裝置，由於不須設置天線的接地部分，將能有效的縮減電子裝置的硬體空間，並達到降低成本與體積小型化之需求。
另外本發明利用表面黏著技術將該天線本體安裝在電路板上，同時利用嵌入技術，將天線本體嵌入以塑膠為材料的天線座上，並再以熱壓合技術將天線座的一端固定在電路板上，不同於傳統GPS天線以頂針(pogo－pin)或彈片與訊號饋入點或接地短路點的接觸方式，不但在元件的固定更為穩固，並且有較佳的阻抗控制。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．天線裝置
11．．．天線
111．．．輻射部
112．．．饋入部
12．．．印刷電路板
121．．．訊號饋入點
122．．．接地面
123．．．導線、印刷線路
d1．．．天線與接地面的距離
d2．．．導線長度
3．．．平面倒F天線
31．．．輻射體
32．．．饋入部
33．．．接地部
4．．．電路板
41．．．訊號饋入點
42．．．接地面
圖1為繪示一種習知平面倒F天線之示意圖；圖2為繪示本發明天線裝置之一較佳實施例之示意圖；圖3為繪示本發明上述較佳實施例之天線裝置，共振於1575.42 MHz時，其電壓駐波比的實際量測圖；以及圖4為繪示本發明天線裝置之另一較佳實施例之示意圖。
1．．．天線裝置
11．．．天線
111．．．輻射部
112．．．饋入部
12．．．印刷電路板
121．．．訊號饋入點
122．．．接地面
123．．．導線、印刷線路
d1．．．天線與接地面的距離
d2．．．導線長度

Claims (12)

  1. 一種天線裝置，包括：一電路板，包括一接地面、一訊號饋入點與一導線，其中該導線電性連接於該接地面與該訊號饋入點之間；以及一天線，包括一輻射部及一自該輻射部延伸之饋入部，該饋入部電性連接該訊號饋入點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中該導線包括一設置在該電路板上之印刷線路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之天線裝置，其中該導線之長度介於2 mm至5 mm之間，其寬度介於0.25 mm至0.5 mm之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中該輻射部與該接地面的距離至少為2 mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中該輻射部具有一平面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之天線裝置，其中該輻射部之平面與該電路板大致垂直。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之天線裝置，其中該輻射部之平面與該電路板大致平行。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中該天線是以表面黏著技術(SMT，surface mounting technology)安裝在該電路板上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，更包括一天線座，其中該天線固定於該天線座上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之天線裝置，其中該天線座之材料為塑膠，該天線是以嵌入技術(Insert-molding)固定於該天線 座上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之天線裝置，其中該天線是以表面安裝技術(SMT，surface mounting technology)安裝在該電路板上。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，是一全球定位系統(GPS)天線、一無線區域網路(WiFi)天線或一藍芽(Bluetooth)天線。
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