TWI448004B - 精巧平面天線 - Google Patents

Description

精巧平面天線

本發明係關於立基在散熱槽孔的精巧平面天線。

目前，行動或遊動終端機，諸如隨身行動電話、智慧電話、PDA(個人數位式助理)之開發，以及設計來接收電視或相關設施之多媒體隨身資料終端機之發展，正穩定成長中，應用WIFI(無線逼真)，WIMAX(微波存取用之全世界互作性)，DVB-T、DVB-H(數位式視頻廣播)或類似用途。

為接收此等類型之應用，終端機安裝有天線，尤指以UHF頻帶作業之天線，亦即涵蓋470MHz至862MHz頻率或更高之頻帶。

事實上，相當之帶寬，UHF帶之最低頻率，以及精巧性，是可以積合在遊動或行動終端機的天線在設計上的主要局限。

在積合式天線當中，有利用散熱槽孔構成之特殊平面天線。惟在地基面蝕刻成直線形狀的散熱槽孔，呈現長度模λg/2，其中λg是在槽孔內於作業頻率之受引導波長。因此，如第1圖所示，長方形槽孔1蝕刻於地基面2，在已知介電基體上製成，在3進料，直接通過共軸線，或使用Knorr所述已知技術之電磁耦合術，全部場線都在相位上輻射，並按同一方向定向，如箭頭F所示。

按第2圖用於2.4GHz散熱槽孔所示已知方式，場線定向是由於透過槽孔長度感應之電流所致，該電流在第2圖的槽孔1全長，是以電流向量V表示。

第1和2圖所示設計，是在完工地基面上2.4GHz散熱槽孔之設計，其維度為111.2mm×60.5mm。在此情況下，選用的介電基體是已知基體Rogers 4003，其物理參數為厚度 0.8mm，電容率εr=3.38，而損失正切δ=0.0027。

以第1和2圖而言，槽孔是利用在極端短路的微片線3激磁。此種激磁遵守Knorr所界定(參見J.B.Knorr論文〈槽孔線式過渡〉，IEEE Trans.Microwave Theory and Techniques，第548-554頁，1974年5月)，微片線對槽孔線之耦合條件。在此情況下，槽孔特徵如下：-槽孔長度：42.4mm(~λg/2)-槽孔寬度：0.5mm

正如精於此道之士所知，此槽孔呈現不可忽略的長度，視作業頻率而定，使此種天線難以整合於行動終端機。由於此項事實，為減少整體維度，如第3圖所示，已知實務是把長孔10的股部10a,10b彎成螺旋。惟詳見後述，如此散熱槽孔之散熱效率大降。

第3圖表示槽孔10，蝕刻於介電基體之地基面11。此槽孔10在其中間部12餵以微片線，按照Knorr型餵料方式。此槽孔含有二股部10a,10b，各明顯摺成長方形，在股部末端開口。股部10a,10b此項特殊形狀，可限制天線的合計總體尺寸。在此情況下，對垂直方向的長度8.05mm而言，縱向維度從42.4mm減到9.5mm。

第4圖所示效率係分別按照第1圖天線和第3圖天線之頻率，其維度如上述，在2.4GHz注意到散熱效率下降，大約95%至50%。此點說明事實上當股部10a或10b彎曲時，天線平行部份之場線，如第3圖內箭頭F1和F2所示，明顯彼此抵消，降低此種天線的散熱效率。

所以，本發明係關於一種平面槽孔天線，裝設之機構可特別解決此項散熱效率之損失。

故本發明攸關一種精巧平面天線，在以至少一地基面為特點之基體上，包括散熱槽孔，形成至少一彎折 股部，有平 行股部組件，其特徵為，在二接續股部組件之間，包括至少一反相機構，反相機構係位在股部上，其方式是使平行股部組件的場零件加在一起。

按照一具體例，反相機構是利用聯結槽孔兩邊呈十字形狀的二橋部所構成，地基面在反相機構水平，含有形成開放電路之機構。最好是二橋部是由蝕刻於基體二不同面的微片線所構成。

按照次一具體例，橋部可以個別元件連接槽孔二邊緣而成。

按照本發明另一具體例，形成開放電路之機構係由地基面之槽孔組成。

按照本發明另一特徵，地基面由非金屬化區組成，其目的在於防止來自地基面使電路成為開放電路的缺口長度之假性共振。地基面槽孔或缺口開放通入此等非金屬化區。

按照本發明又一特徵，為在UHF帶內作業，含有天線二股部之基體，彎折 到自身上。

本發明其他特徵和優點，由閱讀不同具體例之說明即可明瞭，此項說明是參照附圖為之。

為簡化圖中說明起見，同樣元件附註同樣參照號碼。

首先參見第5至8圖說明本發明第一具體例。第5圖內可看到已參照第3圖說明過的主要元件，亦即在金屬化基體11上，有槽孔天線10，包括二股部10a,10b，明顯彎折 成直角。此槽孔在此情況下，使用Knorr原理，餵以微片線12。此外，如第5圖所示，地基面11有二非金屬化區14，此二非金屬化區係形成開放電路，得以防止假性共鳴。

按照本發明，以圓圈象徵之四個反相器13，已位於槽孔之股部10a,10b上，其方式是明顯平行的股部組件內之電場加在一起，如所需場的箭頭S所示，而箭頭A代表實際場。 因而，在股部10a上，反相器位於第二彎曲的水平，然後第四彎曲，而在股部10b上，反相器位於第一彎曲和第三彎曲的水平。因此，以第5圖所示場的定向，全部場零件加在一起。

茲參見第6和7圖說明反相器之第一具體例。在此情況下，反相器13係由槽孔10的二接續組件間之橋部形成。

以第7圖所示更特別方式，在槽孔10的彎曲水平，藉蝕刻細線連接槽孔一邊至另一邊，做為第一橋部13a，而第二橋部13b按照基體的另一平面，連接槽孔10的兩邊，不是借助於二邊之間添加的金屬線(粘結)，便是以基體之另一導電面實施，或利用個別零件製成(電阻0歐姆)。

如第6和7圖所示，在地基面內橋部水平，設有槽孔(缺口)15，事實上把此地基面分成若干副面，在第7圖內標示地基面1、地基面2、地基面3和地基面4。此槽孔(缺口)得以把在二相鄰地基面(分別為地基面1和3，2和4)上感應之電流，放進對立相位；聯結到第6圖之非金屬化區14。

使用此等反相器，如第7圖清晰方式所示，散熱槽孔是由二導電體組成，即地基面1和地基面2，有充分距離容許電流傳播貫穿此槽孔線之全長。若經由在和散熱槽孔同樣水平的導電線13a，把地基面1連接至地基面4，在幾何形狀上把電流通過散熱槽孔的長度加以反相，則場之定向改變180°。同理，利用寬度和線13a一致的線13b，把地基面2連接至地基面3，越過基體之另一層。槽孔或缺口15令透過散熱槽孔10長度感應的電流極性改變。

對分別在第1圖、第3圖和第6圖所示三種天線進行模擬，按照頻率賦予散熱效率曲線，如第8圖所示。

在此情況下，可見以反相器橋部所得效率，就股部彎折 的槽孔線構成的天線而言，有顯著改進，如第3圖所示。此 外，用反相器可以更明顯方式減小槽孔尺寸，對於在2.4GHz作業的天線而言，可得尺寸為6.3×9.5mm² 。

茲參見第9圖說明本發明另一具體例，尤其是可用於在UHF作業之彎折 式槽孔天線。

在此情況下，如第9圖所示，股部明顯彎折 成直角形狀的槽孔110,110'，在二基體組件100,100'經蝕刻。在此情況下，為限制天線尺寸，把基體100,100'重疊，按照其邊緣101,101'透過導電銷102彼此連接。

如第9圖所示，槽孔110餵以三板線106，在基體107開口。基體係基於FR4，多層Er=4.5,tanD=0.02。在此情況下，外層用來印刷槽孔顏色，只有內層用於三板激磁線。三板激磁線的極端未短路，如先前圖示，但長度使UHF帶的耦合最佳。

按照本發明，反相器103,103'在槽孔110的各組件實施，於槽孔彎部之一的水平。此等反相器103,103'分別由槽孔110之一邊連接至對立邊的金屬線(此金屬線係位於和地基面100,100'同樣平面)，以及在基體另一層的另一金屬性橋部連接之另一金屬線(此另一橋部係透過金屬銷連接於槽孔之兩邊)所構成。

如第9圖所示，各地基面100,100'特點為槽孔104,104'，在地基面100,100'的非金屬化區105,105'開口。此項結構能夠實現在UHF帶作業之精巧天線，且容易積合於行動終端機之卡片上。在彎部水平之短柱，確保槽孔外部水平二者間之地板連續性。

上述天線有某些優點。與標準彎折 槽孔相較，可得很好的散熱效率。此外，這種天線因其平坦結構，容易積合於消費產品內。再者，射頻電路容易積合於天線之同樣卡片上，因為所用技術是印製技術。此項解決方式是低成本解決方式，在低成本基體上使用印製技術。由此可得精巧天線，其 維度在中央操作頻率為0.22 λg程度。

1‧‧‧槽孔

2‧‧‧地基面

3‧‧‧微片線

V‧‧‧電流向量

10‧‧‧槽孔

10a,10b‧‧‧股部

11‧‧‧基體

12‧‧‧微片線

13‧‧‧反相器

14‧‧‧非金屬化區

13a,13b‧‧‧橋部

15‧‧‧槽孔或缺口

100,100'‧‧‧基體

110,110'‧‧‧槽孔

101,101'‧‧‧邊緣

102‧‧‧導電銷

103,103'‧‧‧反相器

104,104'‧‧‧槽孔

105,105'‧‧‧非金屬化區

106‧‧‧板線

107‧‧‧基體

第1圖為先前技術的散熱直線槽孔天線之簡略俯視平面圖；第2圖為第1圖天線之放大簡略圖，說明散熱直線槽孔天線之操作；第3圖為槽孔天線另一具體例之簡略平面圖；第4圖分別展示第1圖天線和第3圖天線在2.4GHz操作頻率之散熱效率曲線圖；第5圖為本發明槽孔天線之簡略俯視平面圖；第6圖為本發明天線第一具體例之俯視圖；第7圖為本發明整體放大俯視圖，表示反相機構；第8圖分別為第1圖天線、第3圖天線和第6圖天線的頻率效率曲線圖；第9圖為本發明天線在UHF帶操作之另一具體例透視圖。

10‧‧‧槽孔

10a,10b‧‧‧股部

11‧‧‧基體

12‧‧‧微片線

13‧‧‧反相器

14‧‧‧非金屬化區

Claims (7)

1. 一種精巧平面天線，在安裝至少一地基面(11；100,100')之基體上，含有散熱槽孔(10；110,110')，形成至少一彎折 股部(10a,10b)，又平行之股部組件，其特徵為，在二接續股部組件之間，包括至少一反相機構(13；103,103')，反相機構係位於股部上，其方式使平行股部組件之場零件加在一起者。
2. 如申請專利範圍第1項之天線，其中反相機構(13)係由聯結槽孔二邊呈十字形的二橋部(13a,13b)構成，地基面在反相機構水平，包括形成開放電路之機構者。
3. 如申請專利範圍第2項之天線，其中形成開放電路之機構，係由地基面之槽孔或缺口(15,104)構成者。
4. 如申請專利範圍第3項之天線，其中地基面包括非金屬化區(14；105)者。
5. 如申請專利範圍第2項之天線，其中橋部係由連接槽孔兩邊的個別元件實施者。
6. 如申請專利範圍第2項之天線，其中橋部係由基體的二不同面所蝕刻之微片線實施者。
7. 如申請專利範圍第1項之天線，其中包括天線二股部之基體係彎折 於其本身者。