專利名稱：短路單極天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)藏式無線局域網(wǎng)絡(luò)天線，特別是有關(guān)于一種窄版(low profile)短路單極天線、使用單一金屬片制作的2.4-GHz天線。
背景技術(shù)：
隨著無線通訊產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，多樣化的無線通訊產(chǎn)品也逐年增加，相關(guān) 的電子電路系統(tǒng)、組件設(shè)計以及產(chǎn)品外觀的考慮，已成為重要的研發(fā)課題。目 前應(yīng)用在無線局域網(wǎng)絡(luò)WLAN技術(shù)上的小型行動單元(mobile-unit)天線，大都 為金屬片(metal plate)與印刷式電路板(printed circuit board, PCB)結(jié)構(gòu)，其中又 以金屬片天線結(jié)構(gòu)最為常見，并利用一小型同軸纜線(mini-coaxial cable)將射頻 (RF)信號饋入。而金屬片天線結(jié)構(gòu)的天線類型多為平面倒F形天線(planar inverted-F antenna, PIFA)，而印刷式電路板結(jié)構(gòu)的天線類型則多為單極天線 (monopole antenna)。單極天線多由一天線輻射單元與一天線接地面組成，且天 線輻射單元與天線接地面為分離的組件，相互不連接，需要額外的介質(zhì)基板 (dielectric substrate)來支撐，因此大都將天線系統(tǒng)(主要包含天線輻射單元與 天線接地面)印刷在一介質(zhì)基板上。
一般而言，行動單元印刷式電路板天線制作費用亦比金屬片天線高，典型 的天線設(shè)計如臺灣專利第00573382號"雙頻平面式單偶極天線"，其天線輻射 單元與天線接地面即印刷在單一小型化介質(zhì)基板的兩面，經(jīng)微帶傳輸線與小型 同軸纜線饋入天線。而金屬片天線在制作上，必需通過開模、沖壓金屬片的方 式，實現(xiàn)天線量產(chǎn)。相關(guān)專利美國專利第US 6,600,448 B2號"平面金屬板天線 與具有該天線的電子設(shè)備"、第US 6,870,504 B2號"金屬板天線與具有該天線 的電子設(shè)備"以及第US 2007/0296636 Al號"金屬倒F形天線"，都揭示一種單 頻無線局域網(wǎng)絡(luò)的倒F形天線結(jié)構(gòu)，其特征為天線主輻射單元與天線接地面在 同一平面上，整體平面尺寸占據(jù)不少空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種創(chuàng)新的短路單極天線設(shè)計，特別是有
關(guān)于一種窄版(low-profile)短路單極天線，利用單一金屬片制作的2.4-GHz頻 帶的無線局域網(wǎng)絡(luò)天線，其非常適合應(yīng)用在無線通訊裝置上，如筆記本計算機、 網(wǎng)絡(luò)收音機、無線打印機、無線數(shù)字相框的無線消費性電子裝置機殼內(nèi)，保持 產(chǎn)品在外觀上更為簡潔，同時產(chǎn)品的體積亦可達(dá)成小型化的目的。
在本發(fā)明中，我們提出一種創(chuàng)新的單極天線設(shè)計，不同于印刷式電路板結(jié) 構(gòu)，我們使用如同平面倒F形天線的金屬片材料，僅需使用單一金屬片，并將 其彎折數(shù)次，形成包含天線主輻射單元與接地面的天線系統(tǒng)，并具有良好的阻 抗頻寬與輻射特性。我們將一主輻射單元彎折至少一次，有效降低單極天線高 度，并放置在一小型天線接地面上，利用一短路單元來連接主輻射單元與接地 面，形成天線主輻射單元與接地面一體成形。同時，將金屬平板組裝連接至天 線接地面的一長邊，可作為信號饋入接地的一部分，并可使天線系統(tǒng)在組裝上 更具彈性。另外，天線亦可操作在2.4-GHz頻帶(2400-2484 MHz)無線局域網(wǎng) 絡(luò)或802.1 lb/g/n協(xié)議的頻帶，并可內(nèi)建在不同類型的無線消費性電子裝置內(nèi)。
本發(fā)明的短路單極天線，其特征在于，包含 一接地面、 一主輻射單元、 一短路單元、 一金屬平板及一同軸傳輸線。該接地面具有一信號接地點。該主 輻射單元，通過至少彎折一次設(shè)置于該接地面上方，具有一信號饋入點。該短 路單元，其一端連接該接地面的一短邊，另一端連接該主輻射單元的一部分側(cè) 邊。該金屬平板，連接該接地面的一長邊。該同軸傳輸線，具有一中心導(dǎo)體與 一外層導(dǎo)體，分別電性連接于該信號饋入點與該信號接地點。本發(fā)明天線具有 良好阻抗頻寬與輻射特性，天線亦容易組裝在電子裝置機殼內(nèi)，非常適合應(yīng)用 在無線通訊裝置上。由實驗結(jié)果顯示，本發(fā)明可提供操作頻帶涵蓋2.4-GHz 無線局域網(wǎng)絡(luò)頻帶。
本發(fā)明有益效果在于，將傳統(tǒng)小型單極天線設(shè)計采以金屬片天線結(jié)構(gòu)，有 別于傳統(tǒng)的印刷式電路板天線結(jié)構(gòu)，將單一金屬片彎折數(shù)次，形成包含天線主 輻射單元與接地面的天線系統(tǒng)，并具有良好的阻抗頻寬與輻射特性。另外，在
本發(fā)明中，短路單極天線更包含一組裝用的金屬平板，該組裝用的金屬平板的 有無并不會影響天線的在2.4-GHz無線局域網(wǎng)絡(luò)頻帶內(nèi)的阻抗頻寬，因此上述 的短路單極天線在組裝上可以有更多的彈性，亦即在組裝用的金屬平板上設(shè)計多樣的機構(gòu)，使短路單極天線均可正常操作在2.4-GHz無線局域網(wǎng)絡(luò)頻帶。
茲配合下列附圖與實施例的詳細(xì)說明，將上述與本發(fā)明的其它目的與優(yōu)點
詳述于后。
以上的概述與接下來的詳細(xì)說明皆為示范性質(zhì)，是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明 的申請專利范圍。而有關(guān)本發(fā)明的其它目的與優(yōu)點，將在后續(xù)的說明與附附圖
加以闡述。


圖l為本發(fā)明的短路單極天線的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖1 A為本發(fā)明的短路單極天線1的第一實施例的平面展開圖2為本發(fā)明的短路單極天線的第一實施例的返回?fù)p失測量與模擬結(jié)果
圖3為本發(fā)明的短路單極天線的第一實施例操作于2442 MHz的輻射場型 測量結(jié)果圖4為本發(fā)明的短路單極天線的第一實施例的天線增益與輻射效率測量結(jié) 果圖5為本發(fā)明的短路單極天線的第一實施例在設(shè)有金屬平板與移除金屬平
板的返回?fù)p失模擬結(jié)果圖6為本發(fā)明的短路單極天線的第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為本發(fā)明的短路單極天線的第三實施例的金屬平板與接地面之間夾角
的結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明的短路單極天線的第四實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9為本發(fā)明的短路單極天線的金屬平板的結(jié)構(gòu)示意圖。 其中，附圖標(biāo)記
I 短路單極天線
II 接地面
111信號接地點
112 短邊
113 長邊
12 主輻射單元121信號饋入點
122彎折
123 部分側(cè)邊
124 末端
13 短路單元
14 金屬平板
15 同軸傳輸線 151 中心導(dǎo)體 152外層導(dǎo)體
d 饋入間隙
g 間距
21 返回?fù)p失測量曲線
22 返回?fù)p失仿真曲線
41 天線增益測量曲線
42 輻射效率測量曲線
51 短路單極天線在移除金屬平板的態(tài)樣下的返回?fù)p失仿真曲線
61 第一彎折
62 第二彎折
63 第三彎折 71 夾角
91 圓孔
具體實施例方式
請參考圖1及圖1A，圖l為本發(fā)明短路單極天線l的第一實施例成型后的結(jié) 構(gòu)示意圖，而圖1A則為短路單極天線1的第一實施例的平面展開圖，該短路單 極天線l包含 一接地面ll、 一主輻射單元12、 一短路單元13、 一金屬平板14 及一同軸傳輸線15。該接地面ll具有一信號接地點lll，該接地面ll形成有一 短邊112及一長邊113。該主輻射單元12設(shè)置于該接地面11上方，該主輻射單元 12具有一個彎折122，且具有一信號饋入點121及一末端124。該短路單元13， 其一端連接該接地面11的一短邊112，另一端連接該主輻射單元12的一部分側(cè)
6邊123。該金屬平板14，連接該接地面11的一長邊113。該同軸傳輸線15，具有 一中心導(dǎo)體151與一外層導(dǎo)體152，分別電性連接于該信號饋入點121與該信號 接地點lll。
該接地面ll、該主輻射單元12、該短路單元13及該金屬平板14均為金屬材 質(zhì)，上述構(gòu)件可由單一輻射金屬片切割制作形成，并彎折該輻射金屬片數(shù)次， 即可構(gòu)成包含該主輻射單元12與該接地面11的天線系統(tǒng)。亦即將圖1A所示的 輻射金屬片進(jìn)行沖壓等彎折歩驟，即可將平版狀的輻射金屬片成型為圖l所示 的短路單極天線l，并通過選定天線的饋入間隙d,并配合微調(diào)該主輻射單元12 與該短路單元13的間距g (該主輻射單元12與該接地面11之間的距離)，實現(xiàn) 感抗(inductive reactance)與容抗(capacitive reactance)相互抗衡，可得至lj良女子的 1.5:1-VSWR電壓駐波比阻抗匹配。
圖2為本發(fā)明短路單極天線l的第一實施例的返回?fù)p失(return loss)測量與 模擬結(jié)果圖，其中縱軸代表返回?fù)p失(單位為dB)，橫軸代表操作頻率(單位為 MHz)。本發(fā)明第一實施例選擇下列尺寸進(jìn)行實驗測量該接地面ll的長度為 40mm及寬度為5mm;該主輻射單元12的長度為23 mm，寬度與高度均為5 mm (亦即該主輻射單元12的長度小于該接地面11的長度，且該主輻射單元12的寬 度不大于與該接地面ll的寬度)，該主輻射單元12與該接地面ll的饋入間隙d 為l mm(該饋入間隙d的大小在小于1.5mm的范圍均可符合天線特性的要求)； 該短路單元13的長度與寬度都為5 mm，該短路單元13與該主輻射單元12的間 距g為2mm;該金屬平板14長度為40mm、寬度為10mm。如圖2所示，由所得 測量結(jié)果，在1.5:1-VSWR電壓駐波比或14 dB返回?fù)p失的定義下，可獲得在 2.4-GHz無線局域網(wǎng)絡(luò)頻帶內(nèi)良好的阻抗匹配。另外，返回?fù)p失測量曲線21與 返回?fù)p失仿真曲線22亦大致吻合。
圖3為本發(fā)明的短路單極天線1第一實施例操作在2442 MHz的輻射場型測 量結(jié)果圖。由所得結(jié)果可看出，在x-z平面的輻射場型，大致為一全向性 (omnidirectional)輻射場型。
圖4為本發(fā)明的短路單極天線1第一實施例的天線增益與輻射效率測量結(jié) 果圖，其中左側(cè)縱軸代表天線增益(單位為dBi)，右側(cè)縱軸代表輻射效率(單位 為％)，橫軸代表操作頻率。由所得結(jié)果可看出，天線增益測量曲線41約為2.4 dBi，輻射效率測量曲線42約為83%，可滿足2.4-GHz無線局域網(wǎng)絡(luò)頻帶操作的
7天線增益與輻射效率的需求。
圖5為本發(fā)明的短路單極天線1第一實施例在設(shè)有金屬平板14與移除金屬 平板14的情況下的返回?fù)p失模擬結(jié)果圖。由仿真結(jié)果可知，短路單極天線l在 移除金屬平板14的情況下的返回?fù)p失仿真曲線51，天線阻抗頻寬(impedance bandwidth)依然滿足2.4-GHz無線局域網(wǎng)絡(luò)頻帶規(guī)格的要求。
圖6為本發(fā)明天線的第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。其中該短路單極天線1的主 輻射單元12具有三個彎折:第一彎折61、第二彎折62及第三彎折63，且該三個 彎折相互平行。其它結(jié)構(gòu)則與圖l中的第一實施例相同，不再重述。因此，本 第二實施例亦能有效降低短路單極天線l的高度，以便于放置在一小型天線接 地面上。
圖7為本發(fā)明之短路單極天線1的第三實施例，第三實施例與上述兩實施例 的差異在于該金屬平板14與接地面11之間的夾角71的態(tài)樣。其中該金屬平板14 朝遠(yuǎn)離該接地面ll的方向擺動(swing)，亦即該金屬平板14與該接地面11之間夾 角71大于九十度。為求簡潔，圖7并未繪出主輻射單元12等其它組件，然而未 繪出的組件則與圖l中的第一實施例相同，故不再重述。因此，該金屬平板14 固定在無線消費性電子產(chǎn)品機殼內(nèi)，該接地面ll、該主輻射單元12及該短路單 元13可配合產(chǎn)品機殼內(nèi)部機構(gòu)作適度旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行空間應(yīng)用的調(diào)配。
圖8為本發(fā)明的短路單極天線1的第四實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。其中該金屬平 板14寬度等于該接地面11的寬度，且該金屬平板14與該接地面11之間夾角71 約為一百八十度。其它結(jié)構(gòu)則與圖l中的第一實施例相同，不再重述。因此， 該本實施例所提出的短路單極天線l亦能有效縮小天線整體尺寸，該短路單極 天線1的主輻射單元12放置在一小型的天線接地面(即接地面ll)與組裝金屬 平板(即金屬平板14)上。值得說明的是，該夾角71可任意調(diào)整，以使得組裝 更為方便，而該金屬平板14與該接地面11之間夾角71最佳地介于四十五度到一 百八十度之間。
圖9為本發(fā)明的短路單極天線1的金屬平板14的結(jié)構(gòu)示意圖。其中該金屬平 板14上具有多個圓孔91。其它結(jié)構(gòu)則與圖l中的第一實施例l相同，不再重述。 因此，該金屬平板14上的多個圓孔91，可供熱熔柱(weldingpost)通過以固定天
線系統(tǒng)。
綜合上述的說明，本發(fā)明天線的結(jié)構(gòu)簡單，制作、整合容易，功能明確。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情 況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但 這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種短路單極天線，其特征在于，包含一接地面，其具有一信號接地點，且該接地面形成有一短邊及一長邊；一主輻射單元，其設(shè)置于該接地面上方，其中該主輻射單元設(shè)有至少一彎折，且具有一信號饋入點；一短路單元，其一端連接該接地面的該短邊，另一端連接于該主輻射單元；以及一同軸傳輸線，其具有一中心導(dǎo)體與一外層導(dǎo)體，該中心導(dǎo)體與該外層導(dǎo)體分別電性連接于該信號饋入點與該信號接地點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的短路單極天線，其特征在于更進(jìn)一步包括一連 接于該接地面的該長邊的金屬平板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的短路單極天線，其特征在于該接地面、該主輻 射單元、該短路單元及該金屬平板由單一金屬片彎折制作形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的短路單極天線，其特征在于該主輻射單元與該 接地面的間距小于1.5mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的短路單極天線，其特征在于該主輻射單元的長 度小于該接地面的長度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的短路單極天線，其特征在于該主輻射單元的寬 度不大于該接地面的寬度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的短路單極天線，其特征在于該短路單元介于該主輻射單元與該接地面之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的短路單極天線，其特征在于該主輻射單元具有多個相互平行的彎折。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的短路單極天線，其特征在于該金屬平板與該接地面之間夾角介于四十五度到一百八十度之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的短路單極天線，其特征在于該金屬平板更具有多個圓孔。
全文摘要
一種短路單極天線，其特征在于，包含一接地面、一主輻射單元、一短路單元、一金屬平板及一同軸傳輸線。該接地面具有一信號接地點。該主輻射單元具有至少彎折一次而設(shè)置于該接地面上方，其具有一信號饋入點。該短路單元，其一端連接該接地面的一短邊，另一端連接該主輻射單元的一部分側(cè)邊。該金屬平板，連接該接地面的一長邊。該同軸傳輸線，具有一中心導(dǎo)體與一外層導(dǎo)體，分別電性連接于該信號饋入點與該信號接地點。本發(fā)明的短路單極天線具有良好阻抗頻寬與輻射特性，同時容易組裝在電子裝置機殼內(nèi)，非常適合應(yīng)用在無線通訊裝置上。
文檔編號H01Q13/08GK101626114SQ200810133548
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者周瑞宏, 蘇紹文 申請人:旭麗電子(廣州)有限公司;光寶科技股份有限公司