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CN1855625A - 平面式单极天线 - Google Patents

平面式单极天线 Download PDF

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CN1855625A
CN1855625A CN 200510067238 CN200510067238A CN1855625A CN 1855625 A CN1855625 A CN 1855625A CN 200510067238 CN200510067238 CN 200510067238 CN 200510067238 A CN200510067238 A CN 200510067238A CN 1855625 A CN1855625 A CN 1855625A
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陈志龙
刘志凯
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Abstract

本发明公开一种平面式单极天线，适用于在一频率范围内的无线信号传输，包括一基板、一接地金属、一第一袖状结构、一第二袖状结构以及一辐射体。前述接地金属形成在基板上，第一、第二袖状结构与接地金属电连接，并且由接地金属的一侧边朝一第一方向延伸。第一、第二袖状结构于第一方向上分别具有一第一、第二长度，此外前述侧边具有一第三长度。前述辐射体形成于基板上且位于第一、第二袖状结构之间，辐射体呈长条状并于第一方向上具有一第四长度，其中第四长度大致等于第一、第二、第三长度的总和。

Description

平面式单极天线
技术领域
本发明涉及一种平面式单极天线，特别涉及一种具有袖状结构(sleeve)的平面式单极天线。
背景技术
随着无线通讯的逢勃发展以及通讯产品微形化的趋势，一些内嵌式的微型天线因此应运而生，目前较普遍所使用的微型天线有芯片天线(chipantenna)以及平面式天线(planar antenna)等等。一般而言，这些类型的天线均具有体积小的特点，其中常见的芯片天线如采用共烧陶瓷技术(LTCC)制作的陶瓷芯片天线(ceramic chip antenna)，而平面式天线设计也有很多，例如微带天线(microstripe antenna)、印刷式天线(printed antenna)与平面倒F型天线(Planar Inverted F Antenna，PIFA)等等，这些天线被广范地应用于GSM、DCS、UMTS、WLAN与蓝芽等无线终端设备，例如移动电话、无线局域网络卡等等。
首先请参阅图1，以一现有平面式单极天线(planar monopole antenna)为例，其主要是由一基板S、一接地金属G、一辐射体R以及一缆线W所组成。上述接地金属G以及辐射体R设置于基板S的表面S1上，其中辐射体R呈长条形并朝Y轴方向延伸。
一般而言，前述缆线W为一同轴缆线，其具有一信号线W1以及一包覆于信号线W1外围的接地线W2。如图1所示，在辐射体R下方具有一馈入端RF，上述馈入端RF邻近于前述接地金属G的一侧，并与缆线W中央的信号线W1相连接，此外接地金属G则与环绕于信号线W1外围的接地线W2相连接。
针对一般约在460～860MHz的数字视频广播(Digital VideoBroadcasting，DVB)而言，传统的平面式单极天线的频宽涵盖率大多低于30％，因此其天线的传输与接收效果并不理想。
有鉴于此，如何改善传统平面式单极天线的频宽始成为一重要课题。
发明内容
有鉴于前述现有平面式天线结构的缺点，本发明提出一种平面式单极天线，适用于在一频率范围内的无线信号传输，包括一基板、一接地金属、一第一袖状结构(sleeve)、一第二袖状结构以及一辐射体。前述接地金属形成于基板上，第一、第二袖状结构与接地金属电连接，并且由接地金属的一侧边朝一第一方向延伸。第一、第二袖状结构于第一方向上分别具有一第一、第二长度，此外前述侧边具有一第三长度。前述辐射体形成于基板上且位于第一、第二袖状结构之间，辐射体呈长条状并在第一方向上具有一第四长度，其中第四长度大致等于第一、第二、第三长度的总和。
在其中之一实施例中，前述接地金属、第一、第二袖状结构以及辐射体都形成在基板的一表面上。
在其中的一实施例中，前述辐射体与第一袖状结构之间距等于辐射体与第二袖状结构的间距。
在其中的一实施例中，前述第一、第二袖状结构垂直于前述侧边。
在其中的一实施例中，前述第四长度大致等于该无线信号波长的四分之一。
在其中的一实施例中，前述第一长度大致等于第二长度。
在其中的一实施例中，前述基板为一FR4基板(Flame Retardant Type 4)，且前述接地金属、第一、第二袖状结构以及辐射体是以印刷电路的制作方式形成在基板的一表面上。
在其中的一实施例中，前述平面式单极天线还包括一缆线，上述缆线具有一信号线以及一接地线，且辐射体具有一馈入端，上述馈入端邻近前述侧边，其中接地金属与接地线连接，且馈入端连接信号线。
如前所述的平面式单极天线中，上述缆线为一同轴缆线，其中接地线包覆于信号线外围。
本发明提出一种平面式单极天线，适用于在一范围内的无线信号传输，包括一基板、一接地金属、一第一袖状结构、一第二袖状结构以及一辐射体。上述接地金属形成在基板上，第一、第二袖状结构与接地金属电连接，并且由接地金属的一侧边朝一第一方向延伸。第一、第二袖状结构在第一方向上分别具有一第一、第二长度，此外前述侧边具有一第三长度。前述辐射体形成在基板上且位于第一、第二袖状结构之间，且辐射体具有一主辐射部以及二个对称的弯折部，上述弯折部大体上呈L形，连接于主辐射部的一端并大致朝第一方向的反向延伸。特别地是，前述辐射体与弯折部其中之一者的之长度总合大致等于前述第一、第二、第三的长度总和。
在其中之一实施例中，前述弯折部具有齿状结构。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举详尽实施例并配合所附图式做详细说明。
附图说明
图1为现有平面式单极天线的示意图；
图2为本发明的平面式单极天线示意图；
图3为传统平面式单极天线与本发明之平面式单极天线在频率400～900MHz范围内所呈现的电压驻波比(VSWR)示意图；
图4为本发明的平面式单极天线另一实施例的示意图；以及
图5为本发明的平面式单极天线中弯折部呈齿状的示意图。
具体实施方式
请参阅图2，该图表示本发明的平面式单极天线示意图。如图所示，本发明的平面式单极天线可针对一特定频率范围内的无线信号传输，其主要包括一基板S、一接地金属G、一第一袖状结构(sleeve)G1、一第二袖状结构G2、一辐射体R以及一缆线W，上述接地金属G以及辐射体R形成于基板S的表面S1上，其中辐射体R呈长条形并朝一第一方向(Y轴方向)延伸，此外位于辐射体R下方的一馈入端RF则邻近于接地金属G的一侧边G’。在本实施例中，前述缆线W为一同轴缆线，包括一信号线W1以及一接地线W2，上述接地线W2包覆于信号线W1外围，其中信号线W1连接辐射体R下方的馈入端RF，而接地线W2则与接地金属G相连接。
如图2所示，前述第一、第二袖状结构G1、G2平行设置在表面S1上，并分别由侧边G’两端分别朝第一方向(Y轴方向)延伸，其中第一袖状结构G1于Y轴方向上具有一第一长度L1，而第二袖状结构G2于Y轴方向上具有一第二长度L2，前述第一、第二袖状结构G1、G2的长度大致相等，亦即第一长度L1大致等于第二长度L2。特别地是，前述基板S可为一FR4基板(Flame Retardant Type 4)，此外前述第一、第二袖状结构G1、G2为金属材质，并与接地金属G一体成形，其可通过印刷电路(Printed Circuit)的制作方式形成在前述基板S表面S1上。
在图2中，前述侧边G’垂直于Y轴方向且具有一第三长度L3(亦即第一、第二袖状结构G1、G2的距离)，此外辐射体R与第一袖状结构G1之间距d等于辐射体R与第二袖状结构G2的间距d。特别地是，前述辐射体R于Y轴方向上具有一第四长度L4，大致等于无线信号波长的四分之一，且大致等于第一、第二、第三长度L1、L2、L3的总和，亦即L4＝L1+L2+L3。如此一来，本发明可通过辐射体R与袖状结构G1、G2之间产生电容交互作用，进而可比较传统的平面式单极天线具有更大的频宽。
接着请参阅图3，该图表示传统平面式单极天线与本发明的平面式单极天线在频率400～900MHz范围内所呈现的电压驻波比(Voltage StandingWave Ratio，VSWR)示意图。如图所示，曲线31表示如图1所示的平面式单极天线在频率400～900MHz范围内所呈现的电压驻波比(VSWR)变化情形，其中图1所示的传统平面式单极天线并未具有袖状结构；此外，曲线32则表示本发明的平面式单极天线(如图2所示)在频率400～900MHz范围内所呈现的电压驻波比(VSWR)变化情形，其中L1＝L2＝65mm，L3＝12mm，L4＝140mm。
一般而言在业界的现有标准规范中，平面式单极天线的电压驻波比(VSWR)必须小于3方能满足性能上的要求，因此由图3所显示的测试结果可以发现，本发明的平面式单极天线可大幅度将频宽(亦即VSWR低于3的频段相对整体频带400～900MHz的比例)由原本约25％提高至90％左右。
接着请参阅图4，该图表示本发明中另一实施例的示意图，在本实施例中的辐射体R’主要通过几何形状的改变以达到缩小尺寸的目的。如图所示，上述辐射体R’主要包括一主辐射部R1以及两个对称的弯折部R2、R3，其中弯折部R2、R3大致呈L形。特别地是，主辐射部R1加上任一弯折部R2(或弯折部R3)的总长度大致等于前述第一、第二、第三长度L1、L2、L3的总和，且大致等于无线信号波长的四分之一，通过辐射体R’与袖状结构G1、G2之间产生电容交互作用，故可有效地提高天线的频宽。
在本实施例中，由于前述弯折部R2、R3是由主辐射部R1末端朝外侧弯曲，并往第一方向(Y轴方向)的反向延伸，如此一来当第一、第二、第三长度L1、L2、L3的总长度维持不变时，辐射体R’于Y轴方向上可具有较小的长度L4’进而可达到缩小尺寸的目的，其中图4中的长度L4’小于图2中的第四长度L4。
如图5所示，为了更有效地利用基板S表面S1上的空间，前述弯折部R2、R3是具有齿状结构，用以形成齿状结构可增加弯折部R2、R3长度，进而可减少辐射体R’在Y轴方向所需的长度。如前所述，主辐射部R1加上任一弯折部R2(或弯折部R3)的总长度是必须大致等于前述第一、第二、第三长度L1、L2、L3的总和，且大致等于无线信号波长的四分之一，由于辐射体R’与袖状结构G1、G2之间可产生电容交互作用，因此能有效地提高天线的频宽。由图2、图4、图5相比较之下可以看出，当第一、第二、第三长度L1、L2、L3的总长度不变时，辐射体于Y轴方向上的长度可视需要弯折而达到缩小尺寸的目的，其中L4”＜L4’＜L4。
综上所述，本发明主要是在平面式单极天线上形成两个对称的袖状结构，并可通过印刷电路的制作方式使得辐射体(radiator)与袖状结构之间产生电容交互作用，用以达到提高频宽的效果，此外也可视需要变化辐射体的几何形状进而缩小尺寸。由于本发明相比较于传统的平面式天线能有效地增加频宽，因此可广泛地应用于各种数字视频广播(DVB)装置(例如数字电视)当中。
虽然以详尽的实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做一些的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种平面式单极天线，适用于传输一无线信号，包括：
一基板：
一接地金属；
一第一袖状结构(sleeve)，形成于该基板上并电连接该接地金属，其中该第一袖状结构是由该接地金属的一侧边朝一第一方向延伸，且于该第一方向上具有一第一长度；
一第二袖状结构，形成于该基板上并电连接该接地金属，其中该第二袖状结构是由该侧边的两端朝该第一方向延伸，且在该第一方向上具有一第二长度，此外该侧边具有一第三长度；一辐射体，形成在该基板上且位于该第一、第二袖状结构之间，该辐射体呈长条状，并在该第一方向上具有一第四长度，其中该第四长度大致等于该第一、第二、第三长度的总和；以及
一缆线，耦接该辐射体，藉以传导该无线信号。
2.如权利要求1所述的平面式单极天线，其中该接地金属、该第一、第二袖状结构以及该辐射体都形成在该基板的一表面上。
3.如权利要求1所述的平面式单极天线，其中该辐射体与该第一袖状结构之间距等于该辐射体与该第二袖状结构的间距。
4.如权利要求1所述的平面式单极天线，其中第一、第二袖状结构垂直于该侧边。
5.如权利要求1所述的平面式单极天线，其中该第四长度大致等于该无线信号波长的四分之一。
6.如权利要求1所述的平面式单极天线，其中该第一长度大致等于该第二长度。
7.如权利要求1所述的平面式单极天线，其中该基板为一FR4基板(Flame Retardant Type 4)。
8.如权利要求1所述的平面式单极天线，其中该接地金属、该第一、第二袖状结构以及该辐射体是以印刷电路的制作方式形成于该基板的一表面上。
9.如权利要求1所述的平面式单极天线，其中该缆线还具有一信号线以及一接地线，且该辐射体具有一馈入端，该馈入端邻近该侧边，其中该接地金属连接该接地线，且该馈入端连接该信号线。
10.如权利要求8所述的平面式单极天线，其中该缆线为一同轴缆线，且该接地线包覆于该信号线外围。
11.一种平面式单极天线，适用于传输一无线信号，包括：
一基板：
一接地金属；
一第一袖状结构(sleeve)，形成于该基板上并电连接该接地金属，其中该第一袖状结构是由该接地金属的一侧边朝一第一方向延伸，且在该第一方向上具有一第一长度；
一第二袖状结构，形成于该基板上并电连接该接地金属，其中该第二袖状结构是由该侧边的两端朝该第一方向延伸，且在该第一方向上具有一第二长度，此外该侧边具有一第三长度；
一辐射体，形成在该基板上且位于该第一、第二袖状结构之间，该辐射体具有一主辐射部以及二个对称的弯折部，该各弯折部大体上呈L形，连接于主辐射部的一端并大致朝该第一方向的反向延伸，其中该辐射体与该各弯折部其中之一者的长度总合大致等于该第一、第二、第三的长度总和；以及
一缆线，耦接该辐射体，用以传导该无线信号。
12.如权利要求11所述的平面式单极天线，其中该弯折部具有齿状结构。
13.如权利要求11所述的平面式单极天线，其中该接地金属、该第一、第二袖状结构以及该辐射体都形成在该基板的一表面上。
14.如权利要求11所述的平面式单极天线，其中该辐射体与该第一袖状结构的间距等于该辐射体与该第二袖状结构的间距。
15.如权利要求11所述的平面式单极天线，其中第一、第二袖状结构垂直于该侧边。
16.如权利要求11所述的平面式单极天线，其中该第四长度大致等于该无线信号波长的四分之一。
17.如权利要求11所述的平面式单极天线，其中该第一长度大致等于该第二长度。
18.如权利要求11所述的平面式单极天线，其中该基板为一FR4基板(Flame Retardant Type 4)。
19.如权利要求18所述的平面式单极天线，其中该接地金属、该第一、第二袖状结构以及该辐射体是以印刷电路的制作方式形成于该基板的一表面上。
20.如权利要求11所述的平面式单极天线，其中该缆线还具有一信号线以及一接地线，且该辐射体具有一馈入端，该馈入端邻近该侧边，其中该接地金属连接该接地线，且该馈入端连接该信号线。
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