TWI404263B - 電磁輻射裝置及其製作方法 - Google Patents

Description

電磁輻射裝置及其製作方法

本發明係關於一種電磁輻射裝置及其製作方法，尤係關於一種具有自我遮蔽天線之電磁輻射裝置及其製作方法。

無線通訊裝置一般包含一天線、一射頻(RF)模組及其他電子元件。為了符合目前微型化產品的需求，天線和系統元件間之間隔係減小，因而增加電磁耦合效應。如此一來，天線的輻射係改變且降低天線的效能。另外，壓縮後之電路佈局對例如輻射場型(radiation pattern)或折返損耗(return loss)等天線特性產生負面影響，故在整合天線及系統後需修改調整結構參數以符合原先的設計，惟此將增加設計時間及成本。

美國公開號US 2007/0109196A揭露一電磁相容(electromagnetic compatible；EMC)天線，其具有一遮蔽金屬牆以有效降低與附近金屬元件可能的耦合現象。然而，為平面結構之輻射金屬係平行於系統接地面且形成一3D立體結構，而限制使用的彈性及輻射場型的型式。

在快速發展的手持式電子裝置市場中，對於具有低干擾特性的小型輻射裝置有高度需求。再者，無須改裝而可應用於不同電子裝置如個人數位助理(PDA)、衛星定位系統(GPS)或筆記型電腦之電磁輻射裝置，可提供各式各樣應用的彈性。

本發明提出一種電磁輻射裝置及其製作方法，其增益及折返損耗不被系統中的其他元件所影響。該電磁輻射裝置無須進行結構參數的修正調整即可應用於各式裝置。另外，該電磁輻射裝置具有隔離干擾雜訊功能。

根據本發明之一方面，一電磁輻射裝置包含一接地面及一體成形之天線。一體成形之天線或包含一垂直於接地面或與接地面間之角度大於45度之輻射板，及一遮蔽結構，以限制輻射板之輻射。

根據本發明之另一方面，提出一種具有天線之電磁輻射裝置之製作方法。該天線包含一輻射板及一遮蔽結構。該方法包含以下步驟：(a)根據系統空間安排及輻射場型的需求，選擇輻射板及遮蔽結構的彎折方式；(b)根據操作頻率決定天線的共振長度；(c)根據輻射板的尺寸、操作頻率及頻寬決定天線的最初形狀；(d)調整輻射板饋入點(feeding point)的位置及天線的寬度以在操作頻帶中達成阻抗匹配；以及(e)選擇有最佳增益及頻寬之遮蔽結構及輻射板之間距。

為充分瞭解本發明之特徵及功效，茲藉由下述具體之實施範例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：

圖1A至圖1C顯示根據本發明一實施例之具有自我遮蔽天線之電磁輻射裝置。一電磁輻射裝置包含一天線10及一接地面15。天線10係一體成形，例如天線10係由彎折一平板而成。天線10包含輻射板11及遮蔽板12和13。遮蔽板12和13形成遮蔽結構。天線10根據二折線14彎折成一3D立體結構。接地面15位於一電路板16(例如FR-4板)上。一實施例中，遮蔽板12接觸接地面15，如圖1B所示。可替代地，遮蔽板12未接觸接地面15而係直接接觸電路板16，如圖1C所示。輻射板11係垂直於接地面15，而遮蔽板13亦垂直於且電連接該接地面15，以限制輻射板11的輻射。輻射板11有一槽孔17及一訊號饋入元件(輻射元件)18。訊號饋入元件18包含位於槽孔17兩側之正極及負極以操作差分訊號。槽孔17有一開口19，且槽孔17的長度約天線10的輻射電磁波長的1/4。本實施例中，槽孔17的縱向平行於接地面15。遮蔽板13等於或大於輻射板11。

可替代地，如圖1D所示，輻射板11與接地面15形成一角度，且遮蔽板13與接地面亦形成一角度。一實施例中，輻射板11和接地面15間之角度大於45度，且遮蔽板13和接地面15間之角度大於45度。

圖2顯示本發明另一實施例之天線20，其類似於天線10但有一無開口之槽孔17'。槽孔17'的長度約天線20之輻射電磁波長的1/2。

圖3A及3B分別顯示天線30和35。相較於天線20，天線30另包含延伸自遮蔽板13且沿折線14彎折之遮蔽板31、32及33。遮蔽板31、32和33可連接或垂直於遮蔽板13。類似地，遮蔽板12接觸接地面15或電路板16。

圖4A及4B分別顯示天線40和45。相較於圖1A所示之天線10，天線40和45另包含延伸自遮蔽板13且沿折線14彎折之遮蔽板31及/或32。

圖5A至圖5F顯示本發明之實施例之電磁輻射裝置之上視圖。圖5A中，輻射板51係位於接地面53之一側，遮蔽板52之位置接近輻射板11且延伸至接地面53之兩側邊。圖5B中，輻射板51係位於接地面53之一側，且遮蔽板52包圍輻射板51。圖5C中，輻射板51係位於接地面53中，且遮蔽板52包圍輻射板51。圖5D中，輻射板51係位於接地面53之一角落，且遮蔽板52包圍輻射板51。圖5E中，輻射板51位於接地面53中，且遮蔽板52包圍輻射板51。圖5F中，輻射板51係彎折且位於接地面53之一角落，遮蔽板52因應輻射板51之形狀包圍輻射板51。

因為輻射裝置經常位於例如手機等無線裝置的一角落，輻射板51或為彎曲狀以順應手機的外型，如圖5G所示。此外，遮蔽板52亦可為彎曲之遮蔽板，其係順應輻射板51之形狀，如圖5H及5I所示。圖5H中，輻射板51並未連接遮蔽板52。圖5I中，輻射板51之一端連接遮蔽板52之一端。實用上，輻射板51之兩端或可連接遮蔽板52之兩端。

圖6A顯示具有遮蔽板61之天線60之電磁輻射裝置。天線60有一開槽。圖6B顯示具有天線60及金屬擋屏62之電磁輻射裝置。天線60設有遮蔽板61。金屬擋屏62與天線60間隔2mm，且可作用為散熱板、金屬線圈或電磁輻射裝置之遮蔽。圖6C及6D顯示對應圖6A及6B之電磁輻射裝置中天線60中無遮蔽板61的情況。圖6D中，金屬擋屏62與天線60間隔5mm。

圖7A顯示圖6A及6B之電磁輻射裝置之折返損耗。有或無金屬擋屏之電磁輻射裝置之折返損耗差異不大。換言之，電磁輻射裝置中的其他元件對於有遮蔽板之天線的影響不大，反之亦然。圖7B顯示圖6C及6D之電磁輻射裝置之折返損耗。無遮蔽板之天線的折返損耗係大幅降低(大於10dB)，操作頻寬亦減少，且折返損耗最低點僅約-7dB。

圖8顯示圖6A至6D之電磁輻射裝置之頻率及實現增益的模擬結果。金屬擋屏62並不影響有遮蔽結構61之天線60之特性，亦即系統中之其他元件並不影響有遮蔽結構之天線。如圖6D所示，當金屬擋屏62設於天線後時，實現增益最高點頻率僅從2.55GHz飄移至2.40GHz。因此，具有無遮蔽結構的天線之電磁輻射裝置的其他元件可顯著影響操作頻寬及增益。

圖9顯示本發明於例如手機(包含PDA)、GPS及筆記型電腦等不同應用之自我遮蔽天線之折返損耗。手機有較小的接地面90mm×50mm，GPS的接地面的大小為90mm×180mm，而筆記型電腦之接地面大小為220mm×310mm。由圖中可看出不同應用之折返損耗影響不大，因此本發明之自我遮蔽天線無須進行改裝即可直接應用到不同之電子裝置。

圖10A及10B顯示第一實施例之遮蔽天線及其輻射場型。天線70設於接地面73之一角落。天線70包含一遮蔽板71及一輻射板74。輻射板74有一訊號饋入元件72。輻射板74平行於遮蔽板71。圖10C及10D顯示第二實施例之遮蔽天線及其輻射場型。天線70設於接地面73之一角落。天線70包含具有訊號饋入元件72之輻射板74及遮蔽板71。遮蔽板71係彎折，且輻射板74和遮蔽板71並非平行。圖10E和圖10F顯示第三實施例之遮蔽天線及其輻射場型。天線70設於接地面73之一角落。天線70包含遮蔽板71及具有訊號饋入元件72之輻射板74。輻射板74係平行於遮蔽板71。圖10G和10H第四實施例之遮蔽天線及其輻射場型。天線70設於接地面73之一角落。天線70包含遮蔽板71及具有訊號饋入元件72之輻射板74。輻射板74係彎折，且遮蔽板71包圍輻射板74。遮蔽天線彎折的尺寸及擺放位置係於不同實施例中改變，且結果顯示該些實施例之輻射場型係不同。天線70可被彎折成各種形狀以符合多重輸入-多重輸出(Multi-input multi-output;MIMO)的場型多樣化需求。

圖11顯示本發明一實施例之電磁輻射裝置之製作方法。於步驟S11中，根據系統空間安排及輻射場型的需求，選擇輻射板及遮蔽結構的彎折方式。於步驟S12中，根據操作頻率決定天線的共振長度。於步驟S13中，根據輻射板的尺寸、操作頻率及頻寬決定天線的最初形狀，例如為直線狀、彎折狀或曲線狀。於步驟S14中，調整輻射板饋入點的位置及天線的寬度以在操作頻帶中達成阻抗匹配。於步驟S15中，選擇有最佳增益及頻寬之遮蔽結構及輻射板之間距。於步驟S16中，確認增益及頻寬是否符合規格要求。若符合規格要求，即完成設計，否則重複步驟S14及S15而形成如圖11所示之迴路。

本發明之自我遮蔽天線可有效減少外界的干擾，反之亦然，且無須進一步修改調整即可直接應用於各式電子裝置。因此，相關小型天線可輕易應用於手機、GPS及筆記型電腦等。

以上已將本發明專利申請案做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明專利申請案之較佳實施範例而已，當不能限定本發明專利申請案實施之範圍。即凡依本發明專利申請案申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明專利申請案之專利涵蓋範圍內。

10、20．．．天線

11．．．輻射板

12．．．遮蔽板

13．．．遮蔽板

14．．．折線

15．．．接地面

16．．．電路板

17、17'．．．槽孔

18．．．訊號饋入元件

19．．．開口

30、35．．．天線

31、32、33．．．遮蔽板

40、45．．．天線

51．．．輻射板

52．．．遮蔽板

53．．．接地面

60．．．天線

61．．．遮蔽板

62．．．金屬擋屏

70．．．天線

71．．．遮蔽板

72．．．訊號饋入元件

73．．．接地面

74．．．輻射板

S11~S16．．．步驟

圖1A為本發明一實施例之自我遮蔽天線。

圖1B至1D顯示根據本發明之電磁輻射裝置。

圖2、3A、3B、4A及4B顯示根據本發明實施例之自我遮蔽天線。

圖5A至5I顯示天線及遮蔽結構之安排上視圖。

圖6A至6D顯示具有及未具有遮蔽結構之電磁輻射裝置。

圖7A、7B及圖8顯示圖6A至6D之電磁輻射裝置之折返損耗及增益。

圖9顯示應用於不同電子裝置之電磁輻射裝置之折返損耗。

圖10A至10H顯示本發明之實施例之電子輻射裝置及其輻射場型。

圖11顯示根據本發明一實施例之電磁輻射裝置之製作方法。

11．．．輻射板

12．．．遮蔽板

13．．．遮蔽板

15．．．接地面

16．．．電路板

17．．．槽孔

18．．．訊號饋入元件

Claims (20)

1. 一電磁輻射裝置，包含：一接地面；以及一體成形之天線，包含：一輻射板，垂直於該接地面或與該接地面之角度大於45度，其中該輻射板包含一槽孔及一訊號饋入元件，該訊號饋入元件包含分別位於該槽孔兩側之正極及負極，該槽孔以垂直於該接地面之法線方向延伸，調整該輻射板之饋入點以在操作頻帶中至達成阻抗匹配；及一遮蔽結構，以限制該輻射板之輻射。
2. 根據請求項1所述之電磁輻射裝置，其中該槽孔之長度約該一體成形之天線的電磁波長的1/2。
3. 根據請求項1所述之電磁輻射裝置，其中該槽孔有一開口。
4. 根據請求項3所述之電磁輻射裝置，其中該槽孔之長度約該一體成形之天線的電磁波長的1/4。
5. 根據請求項1所述之電磁輻射裝置，其中該槽孔的的縱向係平行於該接地面。
6. 根據請求項1所述之電磁輻射裝置，其中該遮蔽結構包含一第一遮蔽板，該第一遮蔽板垂直於該接地面或與該接地 面間之角度大於45度。
7. 根據請求項6所述之電磁輻射裝置，其中該第一遮蔽板係平行於該輻射板。
8. 根據請求項6所述之電磁輻射裝置，其中該遮蔽結構另包含一位於該輻射板及該第一遮蔽板間之第二遮蔽板。
9. 根據請求項6所述之電磁輻射裝置，其中該第一遮蔽板係等於或大於該輻射板。
10. 根據請求項8所述之電磁輻射裝置，其中該第二遮蔽板接觸該接地面。
11. 根據請求項8所述之電磁輻射裝置，另包含一第三遮蔽板，該第三遮蔽板係連接且垂直於該第一遮蔽板。
12. 根據請求項1所述之電磁輻射裝置，其中該輻射板係由該遮蔽板所包圍。
13. 根據請求項1所述之電磁輻射裝置，其中該一體成形之天線係利用彎折一板件形成。
14. 根據請求項1所述之電磁輻射裝置，其中該輻射板包含一曲面輻射板。
15. 根據請求項1所述之電磁輻射裝置，其中該遮蔽結構包含一曲面遮蔽板。
16. 根據請求項1所述之電磁輻射裝置，其中該天線可彎折成不同形狀以符合多重輸入-多重輸出之應用。
17. 根據請求項1所述之電磁輻射裝置，其中該天線可彎折成不同形狀以順應電子裝置之外型。
18. 一種具有一天線之電磁輻射裝置之製作方法，該天線包含一輻射板及一遮蔽結構，其中該輻射板包含一槽孔及一訊號饋入元件，該訊號饋入元件包含分別位於該槽孔兩側之正極及負極，該槽孔以垂直於該接地面之法線方向延伸，該方法包含以下步驟：(a)根據系統空間安排及輻射場型的需求，選擇該輻射板及遮蔽結構的彎折方式；(b)根據操作頻率決定該天線的共振長度；(c)根據該輻射板之尺寸、操作頻率及頻寬決定該天線的最初形狀；(d)調整該輻射板饋入點的位置及該天線的寬度以在操作頻帶中達成阻抗匹配；以及(e)選擇有最佳增益及頻寬之該遮蔽結構及輻射板之間距。
19. 根據請求項18所述之電磁輻射裝置之製作方法，另包含確認增益及頻寬是否符合規格要求之步驟。
20. 根據請求項19所述之電磁輻射裝置之製作方法，其中當增益及頻寬不符合規格要求時，重複步驟(d)和(e)。