TWI518990B - 天線模組及其天線 - Google Patents
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Description
本發明係與天線有關,特別是指一種天線模組及其天線。
隨著各式手持式通訊產品(例如:智慧型手機、數位相機、平板電腦及個人數位助理等)的附加功能增加,使得該些功能所對應的電路模組也彼此壓縮到可被放置的空間(即手持式通訊產品內),因此,每一電路模組也有逐漸朝微小化發展的趨勢。
其中,手持式通訊產品的天線模組也隨著前述的趨勢,而須縮小體積。為了達成縮小天線模組的目的,通常是先限定天線模組的配置空間,然後再利用該有限空間設計天線尺寸及用以驅動天線的驅動電路。然而,驅動電路是否能縮小須視積體電路及其他相關元件的配置而定,而這非本發明要改善的技術內容,故不再贅述。
然而,倒L天線(Inverted-L Antenna,ILA)及倒F天線(Inverted-F Antenna,IFA)是目前被廣泛應用的一種天線型態,例如美國第6853335號專利係揭露一種倒L型的天線及美國第20120044111號公開號及美國第7443357號專利係分別揭露一種倒F天線。其中,美國第20120044111號公開號揭露的倒F天線的訊號饋入方向係與接地單元平行,這是目前通常的作法,然,這種習知配置使得接地單元可縮小的尺寸有限,因為縮小尺寸會影響接地單元失去其電感特性,致使天線不能操作在工作頻率上,所以,當以2.4G操作頻率的天線來說,藉由傳統的倒F天線的配置,將使得其尺寸受到接地單元及主要輻射單元的總尺寸限制。
再者,由於輻射單元的線寬係相同的,因此,輻射單元的各個轉折處就容易發生漏磁的現象,而影響天線的效率。
此外,傳統天線模組會預設一連接器,連接器係用以與手持
式通訊產品的主板的接地平面連接,然而,連接器的接腳需要特定的長度,且無法被縮短,因此,當高頻應用時,接腳係容易產生額外的電感效應,使得天線阻抗無法獲得最佳阻抗匹配。
有鑑於上述的缺失,本發明的主要目的在於提供一種天線模組及其天線,本發明係使饋入訊號的流入方向與流出短路部的方向垂直,來獲得較佳的天線配置,及縮小天線的尺寸。
為達成上述的目的,本發明的天線係包括一第一輻射單元、一第二輻射單元、一第三輻射單元及一短路部。第二輻射單元的一端係連接第一輻射單元。第三輻射單元具有一第一連接段、一第二連接段及一第三連接段。第一連接段的一端係連接第二輻射單元的另一端。第一連接段與第二輻射單元垂直。第二連接段的一端係連接第一連接段的另一端。第三連接段係連接第二連接段,且位在第二連接段的內側邊,並緊鄰第二連接段的另一端。短路部的一端係連接第三輻射單元的第二連接段,且位在第二連接段的外側邊。
又,本發明的天線模組包括一基板及一天線。基板具有一頂面、一底面、一接地平面及多個接點。接地平面係位在基板內。該些接點係連接接地平面,且位在底面上。天線係形成於基板的頂面,且包括一第一輻射單元、一第第二輻射單元、一第三輻射單元、一短路部及一傳輸單元。第二輻射單元的一端係連接第一輻射單元。第三輻射單元具有一第一連接段、一第二連接段及一第三連接段。第一連接段的一端係連接第二輻射單元的另一端。第一連接段係與第二輻射單元垂直。第二連接段的一端係連接第一連接段的另一端。第三連接段係連接第二連接段,且位在第二連接段的內側邊,並緊鄰第二連接段的另一端。短路部的一端係連接第三輻射單元的第二連接段,且位在第二連接段的外側邊。短路部的另一端係連接接地平面。傳輸單元具有一饋入阻抗,傳輸單元的一端係連接第三輻射單元的第三連接段。傳輸單元的另一端係用以接收一饋入訊號。傳輸單元的線寬係與第三連接段的線寬相等。如此,天線模組就不需要傳統天線模組的連接器,並確保天線維持在預設的匹配阻抗。
10‧‧‧天線
11‧‧‧第一輻射單元
13‧‧‧第二輻射單元
131‧‧‧立段
133‧‧‧第一耦合段
133a、135a‧‧‧頂邊
133b、135b‧‧‧底邊
135‧‧‧第二耦合段
15‧‧‧第三輻射單元
151‧‧‧第一連接段
153‧‧‧第二連接段
153a‧‧‧內側邊
153b‧‧‧外側邊
155‧‧‧第三連接段
17‧‧‧短路部
19‧‧‧接地平面
21‧‧‧傳輸單元
D1‧‧‧第一預定距離
D2‧‧‧第二預定距離
E1、E2、E3、E4、E5、E6、E8‧‧‧虛線
E7‧‧‧粗實線
F‧‧‧饋入訊號
W11、W131、W133、W135、W151、W153、W155、W17、W21‧‧‧線寬
30‧‧‧天線模組
31‧‧‧基板
311‧‧‧頂面
313‧‧‧底面
315‧‧‧接地平面
317‧‧‧接點
319‧‧‧貫孔
33‧‧‧天線
331‧‧‧第一輻射單元
333‧‧‧第二輻射單元
335‧‧‧第三輻射單元
337‧‧‧短路部
339‧‧‧傳輸單元
第1圖係本發明的一較佳實施例的天線的示意圖。
第2圖係本發明的另一較佳實施例的天線模組的示意圖。
第3圖係第二圖的天線模組的局部剖視示意圖。
為了清楚說明本發明的技術特徵,本發明的天線的較佳實施例中尺寸係以工作頻率在2.4GHz為例來作說明。但在實務中,天線的尺寸係隨工作頻率的不同而變化,例如,工作頻率在60GHz時,天線尺寸會小於本較佳實施例,因此,本發明的天線係不以工作頻率在2.4GHz為限。
如第1圖所示,本發明的天線10係一體成型的結構,包括有一第一輻射單元11、一第二輻射單元13、一第三輻射單元15、一短路部17、一接地平面19及一傳輸單元21。其中,為了清楚說明本發明的技術特點,因此利用虛線來區分前述的各個輻射單元,但實際上,虛線係不存在。
第一輻射單元11的線寬W11係用以控制天線的可用頻寬。表示,第一幅射單元11的線寬W11係可隨頻寬設計需求而調整。
第二輻射單元13具有一立段131、一第一耦合段133及一第二耦合段135。立段131的一端係連接第一輻射單元11,連接處如圖中虛線E1;立段131的另一端係連接第一耦合段133的一端,連接處如圖中虛線E2。立段131係分別與第一輻射單元11及第一耦合段133概成垂直關係。第二耦合段135的一端係連接第一耦合段133的另一端,連接處如圖中虛線E3。第一耦合段133及第二耦合段135的頂邊133a、135a係間隔面對第一輻射單元11,且與第一輻射單元11平行。
立段131的線寬W131係與第一耦合段133的線寬W133相等。第二耦合段135的線寬W135係小於第一耦合段133的線寬W133。
第三輻射單元15具有一第一連接段151、一第二連接段153及一第三連接段155。第一連接段151與第二輻射單元13的第二耦合段135垂直,第一連接段151的一端係連接第二耦合段135,連接處如圖中虛線E4。第一連接段151係位在第二耦合段135的底邊135b,並緊鄰第二耦合段135
的另一端。第二連接段153的一端係連接第一連接段151的另一端,連接處如圖中虛線E5。第三連接段155的一端係連接第二連接段153,連接處如圖中虛線E6,第三連接段155係位在第二連接段153的內側邊153a,且緊鄰第二連接段153的另一端。第三連接段155的另一端係連接傳輸單元21的一端,連接處如圖中粗實線E7。傳輸單元21的另一端係用以接收一饋入訊號F。傳輸單元21具有一饋入阻抗,饋入阻抗是固定的,且可以本領域具有通常知識者熟知的微帶線傳輸理論設計或藉由被動元件(例如電阻)調整。因此,若需要不同的饋入阻抗則可藉由前述的兩種方式設計傳輸單元21。表示,第一輻射單元11及第三輻射單元15係分別連接第二輻射單元13的兩端。
傳輸單元21的線寬W21係與第三連接段155的線寬W155相同。由於傳輸單元21與第三連接段155等寬,因此,藉由傳輸單元21流入第三連接段155的饋入訊號F就會是連續的,且方向也是固定的。
第一連接段151的線寬W151較佳為第二耦合段135的線寬W135的1.5到3倍之間。於此實施例中,第一連接段151的線寬W151係第二耦合段135的線寬W135的2倍,以使饋入訊號F轉換的磁流可完整且順暢地流至第二耦合段135,並減少漏磁現象。詳而言之,漏磁現象係指磁流在天線轉彎處無法完整通過,而造成的損耗。
於此實施例中,該第二連接段153及該第二耦合段135的兩線寬W153、W135的較佳配置是0.1~0.4(公厘)。但在實務中,第二連接段153的線寬W153係依饋入訊號F的電流大小而定。
短路部17的一端係連接第二連接段153,連接處如圖中虛線E8,短路部17係位在第二連接段153的外側邊153b。短路部17的另一端係電連接接地平面19。
其中,接地平面19與第一耦合段133的底邊133b之間係有一第一預定距離D1,接地平面19與第二耦合段135的底邊135b之間係有一第二預定距離D2。第一預定距離D1係小於第二預定距離D2。第一預定距離D1及第二預定距離D2係用以調整天線的電容效應。
調整短路部17的線寬W17係用以決定天線10的電感效應,
如此,即可藉由調整第一預定距離D1、第二預定距離D2及短路部的線寬來決定天線阻抗,以使天線阻抗與饋入阻抗匹配。
於此實施例中,短路部17的線寬W17係等於0.1公厘,但在實務中,若要增加電感效應係可縮小線寬W17,即小於0.1公厘,又若要減少電感效應係可放大其線寬W17,即大於0.1公厘。因此,短路部17的較佳線寬W17配置係小或等於0.25公厘。
再者,若要增加電容效應係可選擇縮短第一預定距離D1,相同地,若要減少電容效應則可增長第一預定距離D1。因此,短路部17的線寬W17、第一及第二預定距離D1、D2係可隨饋入阻抗調整。
相較於先前技術,本發明的天線藉由選擇最適當的饋入位置,即第三輻射單元15的第三連接段155與短路部17的結構配置,使饋入訊號藉由第三連接段155流入方向與藉由短路部17流至接地平面19的方向形成垂直關係,來獲得小型化的天線尺寸。
如第2及3圖所示,本發明的天線模組30包括一基板31及一天線33。基板31係印刷電路板或軟性印刷電路板,且具有一頂面311、一底面313、一接地平面315及多個接點317,再者,實際上,基板31可以是單層或多層板的結構。接地平面315係位於基板31內。該些接點317係連接接地平面315,且位在基板31的底面313,該些接點317通常是焊墊(pad)或錫球,且利用貫孔(Via)319連接接地平面315。天線33係形成於基板31的頂面311,天線33形成的方式較佳係選用印刷或蝕刻,天線33的功能及優點係與天線10相同,於此不再贅述。其中,天線33的短路部337也可以利用貫孔(未繪示於圖中)方式電連接至接地平面315。
需要注意的是,天線33的第一輻射單元331、第二輻射單元333、第三輻射單元335及短路部337係外露於基板31的頂面311,而傳輸單元339及接地平面315係被絕緣膠覆蓋,由於傳輸單元339及該接地平面315被該絕緣膠覆蓋,所以,傳輸單元339及接地平面315係以虛線表示。此外,傳輸單元339與接地平面315之間係沒有連接。
如此,天線模組30被組裝到手持式裝置的主板(未繪示於圖中)上時,天線模組30的接點317係可直接電連接主板的接地平面,而形成
較大的接地參考平面。再者,本發明的天線模組30係不需要傳統的連接器,可以縮小整體尺寸,也縮短天線模組的與主板的連接距離,以使天線模組30仍可***作在預設的工作頻率。
10‧‧‧天線
11‧‧‧第一輻射單元
13‧‧‧第二輻射單元
131‧‧‧立段
133‧‧‧第一耦合段
133a、135a‧‧‧頂邊
133b、135b‧‧‧底邊
135‧‧‧第二耦合段
15‧‧‧第三輻射單元
151‧‧‧第一連接段
153‧‧‧第二連接段
153a‧‧‧內側邊
153b‧‧‧外側邊
155‧‧‧第三連接段
17‧‧‧短路部
19‧‧‧接地平面
21‧‧‧傳輸單元
D1‧‧‧第一預定距離
D2‧‧‧第二預定距離
E1、E2、E3、E4、E5、E6、E8‧‧‧虛線
E7‧‧‧粗實線
F‧‧‧饋入訊號
W11、W131、W133、W135、W151、W153、W155、W17、W21‧‧‧線寬
Claims (15)
- 一種天線,包括:一第一輻射單元;一第二輻射單元,其一端係連接該第一輻射單元;一第三輻射單元,具有一第一連接段、一第二連接段及一第三連接段,該第一連接段的一端係連接該第二輻射單元的另一端,該第一連接段係與該第二輻射單元垂直,該第二連接段的一端係連接該第一連接段的另一端,該第三連接段係連接該第二連接段,且位在該第二連接段的內側邊,並緊鄰該第二連接段的另一端;及一短路部,其一端連接該第三輻射單元的第二連接段,且位在該第二連接段的外側邊。
- 如申請專利範圍第1項所述之天線,其中,該短路部的線寬係小於或等於0.25公厘。
- 如申請專利範圍第1項所述之天線,其中,該第二輻射單元具有一立段、一第一耦合段及一第二耦合段,該立段的兩端係連接該第一輻射單元及該第一耦合段,且與該第一輻射單元及該第一耦合段垂直,該第二耦合段的一端係連接該第一耦合段,該第一耦合段及該第二耦合段的頂邊係間隔面對該第一輻射單元。
- 如申請專利範圍第3項所述之天線,其中,該第一連接段的線寬係等於該第二耦合段的線寬的1.5至3倍之間。
- 如申請專利範圍第3項所述之天線,還包括一接地平面,係連接該短路部的另一端,其中,該接地平面與該第二輻射單元之間具有一第一預定距離及一第二預定距離,該第一預定距離係小於該第二預定距離。
- 如申請專利範圍第5項所述之天線,其中,該第一預定距離係該第一耦合段底邊與該接地平面之間的距離,該第二預定距離係該第二耦合段的底 邊與該接地平面之間的距離。
- 如申請專利範圍第1項所述之天線,更包括一傳輸單元,具有一饋入阻抗,該傳輸單元的一端係連接該第三輻射單元的第三連接段,該傳輸單元的另一端係用以接收一饋入訊號,該傳輸單元的線寬係與該第三連接段的線寬相等。
- 如申請專利範圍第7項所述之天線,其中,該饋入訊號流入該第三連接段的方向與藉由該短路部流至該接地平面的方向係呈垂直關係。
- 一種天線模組,包括:一基板,具有一頂面、一底面、一接地平面及多個接點,該接地平面係位於該基板的頂面,該些接點係電連接該接地平面,且位在該底面上;及一天線,係形成於該基板的頂面,且包括一第一輻射單元、一第二輻射單元、一第三輻射單元、一短路部及一傳輸單元,該第二輻射單元的一端係連接該第一輻射單元,該第三輻射單元具有一第一連接段、一第二連接段及一第三連接段,該第一連接段的一端係連接該第二輻射單元的另一端,該第一連接段係與該第二輻射單元垂直,該第二連接段的一端係連接該第一連接段的另一端,該第三連接段係連接該第二連接段,且位在該第二連接段的內側邊,並緊鄰該第二連接段的另一端,該短路部的一端係連接該第三輻射單元的第二連接段,且位在該第二連接段的外側邊,該短路部的另一端係連接該接地平面,該傳輸單元具有一饋入阻抗,該傳輸單元的一端係連接該第三輻射單元的第三連接段,該傳輸單元的另一端係用以接收一饋入訊號,該傳輸單元的線寬係與該第三連接段的線寬相等。
- 如申請專利範圍第9項所述之天線模組,其中,該短路部的線寬係小於或等於0.25公厘。
- 如申請專利範圍第9項所述之天線模組,其中,該第二輻射單元具有一 立段、一第一耦合段及一第二耦合段,該立段的兩端係連接該第一輻射單元及該第一耦合段,且與該第一輻射單元及該第一耦合段垂直,該第二耦合段的一端係連接該第一耦合段,該第一耦合段及該第二耦合段的頂邊係間隔面對該第一輻射單元。
- 如申請專利範圍第11項所述之天線模組,其中,該第一連接段的線寬係等於該第二耦合段的線寬的1.5至3倍之間。
- 如申請專利範圍第11項所述之天線模組,其中,該接地平面與該第二輻射單元之間具有一第一預定距離及一第二預定距離,該第一預定距離係小於該第二預定距離。
- 如申請專利範圍第13項所述之天線模組,其中,該第一預定距離係該第一耦合段底邊與該接地平面之間的距離,該第二預定距離係該第二耦合段的底邊與該接地平面之間的距離。
- 如申請專利範圍第9項所述之天線模組,其中,該饋入訊號流入該第三連接段的方向與藉由該短路部流至該接地平面的方向係呈垂直關係。
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