專利名稱：立體倒f型天線的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種天線，特別是一種立體倒F型天線。
背景技術：
隨著通訊科技的精進，通訊技術在科技產(chǎn)品的應用上日益增加，使得相關的通訊產(chǎn)品也日趨多樣化，而且近年來消費者對通訊產(chǎn)品的功能要求越來越高，所以許多具有不同設計和功能的通訊產(chǎn)品不斷的被提出，例如具有無線通訊的電腦網(wǎng)路產(chǎn)品等都是近來熱門的趨勢，再加上集成電路的技術日益成熟，使得產(chǎn)品的體積也逐漸傾向輕薄短小。
在通訊產(chǎn)品中位居傳送與接收訊號的天線，其設計與研究有其重要性。天線是用以輻射或接收電磁波的一種元件，一般可從天線元件的操作頻率、輻射場型(Radiation Pattern)、反射損失(Return loss)及天線增益(AntennaGain)等參數(shù)來獲知天線的特性。
習用是以金屬線條卷設而成的螺旋為主要的天線型式，此類螺旋天線(helix antenna)在線圈直徑、線圈材料、圈距及總長度等各方面均會影響到設定的功能。但此類習用螺旋天線的缺點則是立體化突出于設備外部，對于具有通訊接收功能的電子裝置而言，隨著電子裝置微型化及設計簡化的趨勢，近代小型化或必須使用內(nèi)置型天線的通訊器材，難以確切使用。
就此，有各種小型化及平面化的微片天線(microstrip antenna)被逐漸研發(fā)出來。但早期的微片天線，如揭示于美國專利第3,921,177號及3,810,183號，通常是由圓形或長方形薄金屬片所組成，其與接地面間填充介電物質(zhì)，此類微片天線一般僅容許較窄的頻寬，而美國專利申請?zhí)?7/695,686號則提供了一種可改善早期微片天線的多角式螺旋型微片天線，其頻寬可接近于一般的定阻抗螺旋天線。但此種微片天線的缺點則是在低頻時，天線直徑將變得相當大、而不適用于近代的隨身攜帶式通訊器材上。
在近代平面天線可加以合適應用的實例中，較著名的應屬平面倒F型天線(Planar Inverted F-Antenna，即PIFA)，是從傳統(tǒng)倒F型天線延伸而成，具有體積小、結(jié)構簡單、設計容易等特點，因此近年被大量應用于各種不同的通訊系統(tǒng)和產(chǎn)品中，特別是在講求輕便、接收與輻射能力良好的通訊產(chǎn)品中。傳統(tǒng)倒F型天線的結(jié)構1如圖1所示，在一接地面10設有一金屬線11，該金屬線一端設置短路點12(Short point)，并在鄰近該短路點12處設有一饋入點13(feed point)，此饋入點13連接一饋入軸14(coax feed)。藉此而能形成所須的單頻天線。
此種早期的倒F型天線可延伸成如圖2所示的平面倒F型天線結(jié)構(即PIFA)2，基本上其包含接地片20、輻射片21、短路片22、饋入裝置23以及介于接地片20與輻射片21之間的介質(zhì)材料24，用以將此二者隔離，在實際應用上，介質(zhì)材料24可以是空氣、保麗龍、微波基底等或上述材料的組合。此外，短路片22的兩端是分別焊接于接地片20與輻射片21上，而饋入裝置23可配置在接地片20上并與輻射片21耦接以傳遞信號，此等饋入裝置23可以是包含內(nèi)導體231及外導體232的TEM傳輸線，且內(nèi)導體231及外導體232則分別焊接于輻射片21與接地片20，這種結(jié)構可使得天線的操作長度縮減到四分之一波長，從而達到天線縮小化的效果。
不過當傳統(tǒng)四分之一共振波長的平面倒F型天線置于通訊器材(如移動電話或攜帶式電腦)內(nèi)部時，往往未能提供良好的訊號輻射與接收功效，且在制造時，須經(jīng)歷四次焊接操作，又為保證頻寬要求，焊接處要有較高的精度，此不利于便捷制造及維護天線各性能，為了滿足高性能、低成本、實施簡單等條件，實在有必要提出一種創(chuàng)新且具進步性的立體倒F型天線來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題是，針對傳統(tǒng)的平面倒F型天線所產(chǎn)生的諸多缺點，而提供一種便于制造及組裝、具有較低成本、良好的訊號輻射與接收功效及提供大范圍頻帶寬度的立體倒F型天線。
本實用新型所提供的立體倒F型天線是由如下技術方案來實現(xiàn)的。
方案一一種立體倒F型天線，包含一接地面；一輻射元件，具有一槽孔，其中該輻射元件與該槽孔的尺寸是依一預設的二分之一共振波長決定；一短路元件，該輻射元件藉由該短路元件與該接地面相連接；一介質(zhì)材料，介于該輻射元件與該接地面之間，用以隔離該輻射元件；以及一饋入裝置，配置于該接地面處并與該輻射元件耦接，用以傳遞信號。
根據(jù)上述構想，其中輻射元件為一金屬片。
根據(jù)上述構想，其中金屬片是矩形。
根據(jù)上述構想，其中槽孔是矩形。
根據(jù)上述構想，短路元件為一短路金屬片。
根據(jù)上述構想，接地面、輻射元件、槽孔與短路元件四者是一體成型。
根據(jù)上述橫想，介質(zhì)材料是從下列選出空氣、保麗龍、微波基底。
根據(jù)上述構想，預設共振波長是位于ISM(Industry、Science、Medicine)頻帶內(nèi)。
根據(jù)上述構想，饋入裝置包含一TEM傳輸線，根據(jù)上述構想，其中立體倒F型天線的接地面更包含一第一側(cè)壁與一第二側(cè)壁。
根據(jù)上述構想，第一側(cè)壁與第二側(cè)壁是位于該輻射元件的兩側(cè)且為對稱排列。
根據(jù)上述構想，接地面、輻射元件、槽孔、短路元件、第一側(cè)壁與第二側(cè)壁是一體成型。
根據(jù)上述構想，其中立體倒F型天線的接地面更包含一反射片。
根據(jù)上述構想，接地面、輻射元件、槽孔、短路元件、反射片、第一側(cè)壁與第二側(cè)壁是一體成型。
根據(jù)上述構想，其中上述的輻射元件與接地面的高度不小于該預設波長的0.03。
方案二一種立體倒F型天線，其特征是包含一接地面，具有一反射片、一第一側(cè)壁與一第二側(cè)壁；一金屬片，具有一槽孔，其中該金屬片與該槽孔的尺寸是依一預設的二分之一共振波長決定；一短路金屬片，該金屬片藉由該短路金屬片與該接地面相連接；一介質(zhì)材料，介于該金屬片與該接地面之間，用以隔離該金屬片；以及一TEM傳輸線，配置于該接地面處并與該金屬片耦接，用以傳遞信號。
根據(jù)上述構想，介質(zhì)材料依從下列選出空氣、保麗龍、微波基底。
根據(jù)上述構想，預設共振波長是位于ISM(Industry、Science、Medicine)頻帶內(nèi)。
根據(jù)上述構想，第一側(cè)壁與第二側(cè)壁是位于該金屬片的兩側(cè)且為對稱排列。
根據(jù)上述構想，接地面、金屬片、槽孔、短路金屬片、反射片、第一側(cè)壁與第二側(cè)壁是一體成型。
根據(jù)上述構想，其中上述的金屬片與接地面的高度不小于該預設波長的0.03。
本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型的上述結(jié)構提供了一種可利用沖壓來直接一體成型的立體倒F型天線，不但可以減少短路片的兩端須分別焊接于接地片與輻射片的制程，而且其共振于二分之一波長的特性可獲得比傳統(tǒng)共振于四分之一波長的平面倒F型天線更大范圍的頻帶寬度，和特有的反射面與第一、第二側(cè)壁對于接收水平極化波及垂直極化波有相當大的助益，進而改善傳統(tǒng)平面倒F型天線內(nèi)置于電子設備中輻射及接收電波訊號效能不佳的缺點。因此，本立體平面倒F型天線的應用廣泛，且成本低廉，具有極高的產(chǎn)業(yè)應用價值。
為對本實用新型的結(jié)構、特征及其功效有進一步了解，茲列舉具體實施例并結(jié)合附圖詳細描述如下。然而，除了詳細描述外、本實用新型還可以廣泛地以其他的實施例施行，且本實用新型的范圍不受限定，其以權利要求范圍為準。


圖1顯示傳統(tǒng)倒F型天線的結(jié)構示意圖。
圖2顯示傳統(tǒng)平面倒F型天線的結(jié)構示意圖。
圖3是根據(jù)本實用新型立體倒F型天線的結(jié)構上視圖。
圖4是根據(jù)本實用新型立體倒F型天線沖壓后未折疊的結(jié)構俯視圖。
圖5繪示為依本實用新型立體倒F型天線的工作性能實驗數(shù)據(jù)圖。
圖6繪示為依本實用新型立體倒F型天線的反射損失實驗數(shù)據(jù)圖。
圖7繪示為依本實用新型立體倒F型天線的史密斯(Smith)實驗數(shù)據(jù)圖。
圖8繪示為依本實用新型立體倒F型天線工作于2450MHz時，X-Y平面的總輻射場型實驗數(shù)據(jù)圖。
圖9繪示為依本實用新型立體倒F型天線工操作于2450MHz時，X-Y平面的垂直極化輻射場型實驗數(shù)據(jù)圖。
圖10繪示為依本實用新型立體倒F型天線工作于2450MHz時，X-Y平面的水平極化輻射場型實驗數(shù)據(jù)圖。
圖11繪示為依本實用新型立體倒F型天線工作于2450MHz時，X-Z平面的總輻射場型實驗數(shù)據(jù)圖。
圖12繪示為依本實用新型立體倒F型天線工作于2450MHz時，X-Z平面的垂直極化輻射場型實驗數(shù)據(jù)圖。
圖13繪示為依本實用新型立體倒F型天線工作于2450MHz時，X-Z平面的水平極化輻射場型實驗數(shù)據(jù)圖。
圖14繪示為依本實用新型立體倒F型天線工作于2450MHz時，Y-Z平面的總輻射場型實撿數(shù)據(jù)圖。
圖15繪示為依本實用新型立體倒F型天線工作于2450MHz時，Y-Z平面的垂直極化輻射場型實驗數(shù)據(jù)圖。及圖16繪示為依本實用新型立體倒F型天線工作于2450MHz時，Y-Z平面的水平極化輻射場型實驗數(shù)據(jù)圖。
具體實施方式
首先請參考圖3、4，圖3其所繪示為本實用新型立體倒F型天線3的俯視圖，圖4所繪示則為本實用新型立體倒F型天線3沖壓后未折疊的俯視圖，本實用新型于一接地面30上一端設置一輻射面31、其相對端為一反射面32、及在該輻射面31部位的左右兩端設置向下對稱延伸的一第一側(cè)壁33及一第二側(cè)壁34，上述的輻射面31上設有一槽孔35，并在此輻射面31分別選擇設置短路點36、饋入點37及饋入裝置38。饋入裝置38可以是包含內(nèi)導體381及外導體382的TEM傳輸線，且內(nèi)導體381及外導體382則分別焊接于饋入點37與接地片30，而圖4中的虛線代表折疊線。
要注意的是，本實用新型立體倒F型天線中接地面30、輻射面31與槽孔35的長度是依共振波長的二分之一來設計，以獲取較大范圍的頻帶寬度，但由于不像傳統(tǒng)平面倒F型天線是設計為共振波長的四分之一，所以尺寸會比傳統(tǒng)的平面倒F型天線大，但是藉由植入槽孔35，使表面激發(fā)電流的路徑長度增加，來降低共振頻率。換言之，若天線的工作頻率固定，則植入槽孔后的輻射面其尺寸會比未植入槽孔的輻射面來得小，進而使天線的尺寸作更進一步地縮小，以解決尺寸比傳統(tǒng)平面倒F型天線來得大的問題。
另外，可通過短路點36及饋入點37的位置調(diào)整，來取得50Ω的阻抗匹配，且不同于傳統(tǒng)平面倒F型天線結(jié)構，新增加的反射面32與左右向下延伸的第一、第二側(cè)壁33、34有助于接收水平極化波及垂直極化波，進而改善天線增益。本實用新型的立體倒F型天線的輻射面31與接地面30的高度不小于0.03波長，以避免頻寬變小。在圖3、4中，輻射面31與槽孔35的形狀均為矩形，不過其他的形狀亦通用于本實用新型。
本實用新型立體倒F型天線在ISM(Industry、Science、Medicine)頻帶下(2400-2500MHz，即ISM頻帶)進行測試時，如圖5所示，其在頻率為2400MHz(第一點)時的駐波比(VSWR)為1.716，2450MHz(第二點)時的駐波比(VSWR)為1.107，2500MHz(第三點)時的駐波比(VSWR)為1.478，其范圍介于1.107-1.716之間，不但滿足VSWR≤2.0的業(yè)界規(guī)格標準，且在內(nèi)置式狀況下，駐波比已屬相當理想。
請參考圖6，其繪示本實用新型所提供的立體倒F型天線的反射損失測量值(return loss)。一般而言，業(yè)界所參考的標準為-10.2dB，而從圖中可以看出工作于約2400MHz至約2500MHz時幾乎反射損失都比-10.2dB低，且工作于2450MHz時呈現(xiàn)最低的反射損失為-27.35dB，所以天線的阻抗匹配極佳。圖7所繪示為史密斯(Smith)數(shù)據(jù)圖。
當50毆姆TEM傳輸線自饋入點37提供訊號給本實用新型所提供的立體倒F型天線時，其電磁輻射場如圖8至圖16所示，圖8至圖10分別繪示為依本實用新型工作于2450MHz時，X-Y平面的總輻射場型、垂直極化輻射場型與水平極化輻射場型的實驗數(shù)據(jù)圖，圖11至圖13分別繪示為依本實用新型工作于2450MHz時，X-Z平面的總輻射場型、垂直極化輻射場型與水平極化輻射場型的實驗數(shù)據(jù)圖，圖14至圖16分別繪示為依本實用新型工作于2450MHz時，Y-Z平面的總輻射場型、垂直極化輻射場型與水平極化輻射場型的實驗數(shù)據(jù)圖。從上述圖形可看出，本實用新型所提供的立體倒F型天線工作于2450MHzX-Y平面時，呈現(xiàn)接近無方向性天線的圓形輻射場型，因而本實用新型能提供良好的全方位角(Azimuthal Angle)輻射及接收電波訊號，可以適用于一般的無線區(qū)域網(wǎng)路的應用上。
即使本實用新型是藉由舉出一個較佳實施例來描述，但是本實用新型并不限定于所舉出的實施例。先前雖舉出與敘述的特定實施例，但是顯而易見地，其它未脫離本實用新型所揭示的精伸下，所完成的等效改變或修飾，均應包含在本實用新型的權利要求范圍內(nèi)。此外，凡其它未脫離本實用新型所揭示的精神下，所完成的其他類似與近似改變或修飾，也均包含在本實用新型的專利范圍內(nèi)。同時應以最廣的定義來解釋本實用新型的范圍，藉以包含所有的修飾與類似結(jié)構。
權利要求1.一種立體倒F型天線，其特征是包含一接地面；一輻射元件具有一槽孔，其中該輻射元件與該槽孔的尺寸是依一預設的二分之一共振波長決定；一短路元件，該輻射元件藉由該短路元件與該接地面相連接；一介質(zhì)材料，介于該輻射元件與該接地面之間，用以隔離該輻射元件；以及一饋入裝置，配置于該接地面處并與該輻射元件耦接，用以傳遞信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的立體倒F型天線，其特征是上述的輻射元件為一金屬片及短路元件為一短路金屬片。
3.根據(jù)權利要求2所述的立體倒F型天線，其特征是上述的金屬片或槽孔是矩形。
4.根據(jù)權利要求1所述的立體倒F型天線，其特征是上述的接地面、輻射元件、槽孔與短路元件四者是一體成型。
5.根據(jù)權利要求1所述的立體倒F型天線，其特征是上述的介質(zhì)材料是從下列選出空氣、保麗龍、微波基底。
6.根據(jù)權利要求1所述的立體倒F型天線，其特征是上述的預設共振波長是位于ISM頻帶內(nèi)。
7.根據(jù)權利要求1所述的立體倒F型天線，其特征是上述的饋入裝置包含一TEM傳輸線。
8.根據(jù)權利要求1所述的立體倒F型天線，其特征是上述的接地面更包含一第一側(cè)壁與一第二側(cè)壁。
9.根據(jù)權利要求8所述的立體倒F型天線，其特征是上述的第一側(cè)壁與第二側(cè)壁是位于該輻射元件的兩側(cè)且為對稱排列。
10.根據(jù)權利要求9所述的立體倒F型天線，其特征是上述的接地面、輻射元件、槽孔、短路元件、第一側(cè)壁與第二側(cè)壁是一體成型。
11.根據(jù)權利要求1所述的立體倒F型天線，其特征是上述的接地面更包含一反射片。
12.根據(jù)權利要求11所述的立體倒F型天線，其特征是上述的接地面更包含一第一側(cè)壁與一第二側(cè)壁。
13.根據(jù)權利要求12所述的立體倒F型天線，其特征是上述的第一側(cè)壁與第二側(cè)壁是位于該輻射元件的兩側(cè)且為對稱排列。
14.根據(jù)權利要求13所述的立體倒F型天線，其特征是上述的接地面、輻射元件、槽孔、短路元件、反射片、第一側(cè)壁與第二側(cè)壁是一體成型。
15.根據(jù)權利要求1所述的立體倒F型天線，其特征是上述的輻射元件與接地面的高度不小于該預設波長的0.03。
專利摘要一種便于制造及組裝且置于電子設備內(nèi)能提供良好的訊號輻射與接收功效的立體倒F型天線，包含一接地面一輻射元件，具有一槽孔，其中該輻射元件與該槽孔的尺寸是依一預設的二分之一共振波長決定；一短路元件，該輻射元件藉由該短路元件與該接地面相連接一介質(zhì)材料，介于該輻射元件與該接地面之間，用以隔離該輻射元件；以及一饋入裝置，配置于該接地面處并與該輻射元件耦接，用以傳遞信號。
文檔編號H01Q9/04GK2627662SQ0325150
公開日2004年7月21日 申請日期2003年4月29日 優(yōu)先權日2003年4月29日
發(fā)明者黃文滿 申請人:智捷科技股份有限公司