TW201006039A - Antenna arrangement - Google Patents

Description

201006039 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於天線，更特定言之係包括一寄生元件之一 半平面倒置F-天線（PIFA)。 【先前技術】 無線通信設備，例如蜂巢式及其它無線電話、無、線、網路 (WiLAN)組件、GPS接收器、移動無線電機、尋吟機等， 使用多帶天線以在多個無線通信頻帶内傳輪及接H，線# 號。因此，無線裝置之關鍵組件之一係天線，其應談滿足 就高信號強度、弱信號之良好接收、增加的（若需要狹窄 的）帶寬及一小封裝而言之一高性能的要求。 在移動式電信中，微波區域中之電磁波被用於 訊。電信裝置之一重點部分因此係天線，其促成電磁波之 接收及傳輸。 蜂巢式系統可在叫做GSM(全球移動系統）&DCS(數位通 信系統）之兩個不同頻帶内操作。在歐洲係使用被置於88〇 MHZ與960 MHZ之間的頻帶GSM 900，及被置於1710 MHZ 與 1880 MHZ之間的 GSM 1800(DCS)。此外，從 824 MHZ至 894 MHZ 之 GSM 850 頻帶及從 1850 MHZ 至 1990 MHZ 之 GSM 1900(PCS)頻帶主要在美國使用。

平面倒置F-天線（PIFA)具有很多優點。它們很容易被製 作，具有一簡單設計及製造成本很少。如今該PIFA廣泛被 用於例如手機之小型通訊裝置。此係由於其緊湊的尺寸使 其很容易整合至一裝置殼内提供一有保護的天線。該PIFA 140396.doc 201006039 同樣在關於輻射暴露方面— 額外優點。一鞭形 ，、€於例如通俗鞭形天線的

心w 天線具有一全向的韓射場，然而該mA 對使用者具有—相對限制的H射場。 該職通常係一λ/4共振結構及藉由使用一傳導壁、板 或桿而短路_元件至地平面。因此，該習知腕結構由 一傳導輻射體元件組成’其設置成與-地平面平行及藉由 一介電材料（通常係空氣）鱼，从工 、 *你二氣）與该地平面絕緣。此輻射體元件 與通常叹置朝向該元件之—端的兩個銷連接，而從侧面表 現出-倒置的字母”F"的樣子。該第—銷電連接該賴射體 至該地平面，及该第二銷提供天線鑌電。該之頻帶 寬、增益及共振頻率取決於傳導輻射體元件之高度、寬度 及深度，以及連接至輻射體元件和地面之第一銷與連接至 天線饋電之第二銷之間的距離。 圖2闡釋一習知的PIFA 2〇〇設計。該習知的piFA 2〇〇包含 傳導板，其形成天線之—輻射元件209。該輻射元件2〇9 被置成大致與形成在一基板211上之一地平面21〇平行。 在輻射元件209與地平面210之間的此平行定位提供最佳的 性能’但其他定位係可能的。該輻射元件2〇9經由一調諧 或縮短元件212被電連接至該地平面21〇，大部分經常設置 在該輕射元件209及一饋電元件213之一邊。該饋電213與 該地平面210稍微電絕緣。當電流通過饋電元件213被饋送 至t裝在地平面210之上之輻射元件209時，該輕射元件 209及地平面21〇變得活躍及充當為一輻射裝置。pIFA 200 之操作頻率或共振頻率能藉由調整輻射元件2〇9之尺寸及 H0396.doc -4- 201006039 形狀或藉由移動饋電元件213關於調諧元件212之位置被修 改。共振頻率同樣能藉由改變調諧元件212之高度及寬度 猶微被修改。因此，在習知的PIFA内，該操作頻率或共振 藉由饋電213、調諧212或輻射元件2〇9之各自的大小、形 狀或放置被固定。為了改變PIFA 200之帶寬，高度必須增 加’此將導致在整個天線大小中的一不合需要的增加。 隨著向更小終端機的一趨勢，亦即更薄或更短的移動終 _ 端機’只有很有限的空間可用於天線元件（GSM/WCDMA)， 高頻之帶寬、DCS、PCS 及 UMTS (1710 MHz->2170 MHz) 在-6dB S11變得更難實現。 具有寄生元件之PIFA如今被使用以提高高頻帶寬但通常 在天線載具上使用一彈性膜，其在PCB上具有一額外連接 (C型夾子或彈簧銷）。 【發明内容】 本發明之一目標係以一使天線之匹配及帶寬被改善及增 • 加的方式採用一微帶寄生元件（MPE)作為载體結構例如印 刷電路板（PCB)之地面層之一部分。 使用一天線配置該目標被實現，該配置包括：一地平 面、一饋電元件、及一與該饋電元件耦合的輻射元件，該 輻射元件藉由該饋電元件及一縮短元件而係大致平行於且 垂直地偏離經設置在一載體結構之一第一表面上的該地平 面。該天線進一步包括直接提供在該載體結構上之一寄生 元件作為該載體結構之地面層之部分，較佳地，該寄生元 件係一微帶且被設置在一離地間隙區，該寄生元件可延伸 140396.doc 201006039 至該載體結構之一邊緣之上。該寄生元件亦可延伸至該載 體結構之一第二表面。該載體結構係PCB(印刷電路板）。 本發明亦關於包括一天線之一無線通信裝置，該天線包 括：提供在一載體結構上之一地平面、一饋電元件、及一 與该饋電元件耦合的輻射元件’該輻射元件藉由該饋電元 件及一縮短元件而係大致平行於且垂直地偏離該地平面。 該天線進一步包括直接提供在該載體結構上之一寄生元件 作為該載體結構之地面層之部分。 【實施方式】 在以下描述中描述的天線設計係「平面」天線。一「平 面j天線具有一大致沿著一平面平放的延伸形狀，亦即該 天線可具有三個尺寸但該等尺寸之一係一小於其他兩個尺 寸的數量級。 圖1闡釋一例示性無線通信裝置（10)之一方塊圖。該無 線通信裝置（10)在一殼體（11)内包括一控制器（1〇1)、一記 隐艘（102)、一使用者介面（丨03)、一收發器（1〇4)、一鍵盤 輸入單元（105)、一顯示單元（1〇6)、及一多帶天線（1〇〇)。 該收發器（104)使用天線（100)使無線通信裝置（1〇)與一無線 網路介接。應瞭解的係該收發器（1〇4)可根據熟習此項技術 者已知的任何無線通信標準之一個或多個傳輸或接收信 號。該控制器（101)回應存儲在記憶體（1〇2)内之程式及經 由介面（103)由使用者提供的指令控制無線通信裝置〇〇)之 操作。 根據本發明在PCB上具有一微帶寄生元件作為地平面之 140396.doc -6 - 201006039 部分的天線設計改善及增加匹配及帶寬。 圖3揭露一根據本發明之天線，所謂的半piFA。該 PIFA(300)包含一地平面（31〇)，其形成在一基板（3ιι)上。 在此實施例中，該地平面（3 10)被闡釋為直接嵌入在基板 . (311)(亦即一印刷電路板（PCB))上，其同樣可承載該裝置 之其他電組件（未顯示）。此提供的優點係該天線能被安裝 成相對接近PCB，如此在無線裝置内節約體積◎該piFA進 ^ 一步包括一輻射元件（3〇9)，其可各自包括一低頻輻射元件 及一高頻輻射元件。該輻射元件（309)可包括任何已知組態 或樣式及變化大小以最佳化帶寬、操作頻率、輕射樣式等 等。該輻射元件（309)經由一調諧或縮短元件（3 12)被電連 接至地平面（310)。該饋電元件（3 13)從一無線電機或其他 RF發射機、接收器或收發器（未顯示）連接一信號源至該輻 射7L件（309)。理想的係該饋電（313)稍微與地平面（31〇)電 絕緣以防止從那裏接地。 • 為了提高高頻之匹配及帶寬，一寄生元件（3 15)被設置 從地平面（310)延伸，較佳地在天線離地間隙區（3 16)上。 該寄生元件可具有任何想要的形狀，諸如矩形、圓形、彎 曲形等。 若寄生元件之大小（亦即長度及寬度）不足（例如小於1〇 mm 天線離地間隙），同樣可能將微帶延續至pcB之另一邊或一 合適方向。此被闡釋在圖5。315，及315，，分別顯示寄生元件 在PCB 311之邊緣及其另一邊上伸出的部分。該寄生元件 315 1可同樣通過一通孔延伸。 140396.doc 201006039 根據本發明之寄生元件可係一窄頻帶、寬波束天線，其 製造方式係在結合至一絕緣電介質基板的金屬跡内蝕刻出 天線元件樣式’其中一結合至該基板的連續金屬層形成一 地平面。常見的微帶天線輻射體形狀係正方形、矩形、圓 形及橢圓形’但任何連續的形狀係可能的。最普遍採用的 微帶天線係一矩形片。該矩形片天線大約係矩形微帶傳輸 線之一半波長長向截面》當空氣係天線基板時，矩形微帶 天線之長度大約係一自由空間波長之一半。因為該天線被 裝載一電介質作為其基板，該天線之長度隨著基板之相對 介電常數增加而減少。 圖4係一方塊圖，闡釋按照本發明之一實施例之一移動 通信終端機（40)之一結構。參考圖4，該移動通信終端機 (40)包含一記憶體（4〇2)、一鍵盤輸入單元（4〇5)、一顯示單 元（406)、一 收發器（404)、一 PIFA(400)、寄生元件（415)、 及一控制器（401)。該控制器（4〇 1)根據一電話、資料通信 或無線網際網路存取之協定處理聲音信號及資料，及控制 移動通信終端機之相應組件。此外，該控制器（4〇1)從鍵盤 輸入單元（4〇5)接收鍵盤輸入，且控制顯示單元（4〇6)以回 應於該鍵盤輸入產生及提供影像資訊。該控制器（4〇1)從使 用者或BS接收目前位置資訊。通過接收到的位置資訊，該 控制器（401)識別從被包含在記憶體（4〇2)内之一區域頻率 記憶體（408)映射到目前位置的一頻帶。 應注意的係單詞「包括」不棑除除那些被列出者外之其 他疋件及步驟的存在，處於元件前的單詞「一」不排除複 140396.doc -8 - 201006039 數個此等7G件之存在。進一步應注意的係任何參考符號不 限制請求項之範圍’本發明可藉由硬體及軟體至少部分地 被實施’及-些「構件」、「單元」或「裝置」可藉由同— 個硬體被表現。 以上提到的及描述的實施例僅係作為實例給出及不應限 制本發明。在如以下專利請求項中請求的本發明之範圍内 的其他解決方案、使用、目標、及功能對熟習此項技術者 應該係顯然的。 【圖式簡單說明】 圖1闡釋根據本發明之一無線通信裝置之一方塊圖； 圖2閣釋根據先前技術之一習知pifa設計； 圖3閣釋根據本發明之一半piFA ; 圖4闞釋根據本發明之一無線通信裝置之一方塊圖；及 圖5闡釋通過一 PCB之一部分之一橫截面。 【主要元件符號說明】 10 無線通信裝置 11 殼體 40 移動通信終端機 100 天線 101 控制器 102 記憶體 103 使用者介面 104 1 收發器 105 鍵盤輸入單元 140396.doc 201006039 106 顯示單元 200 PIFA 209 輻射元件 210 地平面 211 基板 212 調諧或縮短元件 213 饋電元件 300 天線配置 309 輻射元件 310 地平面 311 載體結構 312 調諧或縮短元件 313 饋電元件 315 寄生元件 315' 寄生元件 315" 寄生元件 316 天線離地間隙區 400 PIFA 401 控制器 402 記憶體 404 收發器 405 鍵盤輸入單元 406 顯示單元 408 記憶體 140396.doc

Claims (1)

1. 201006039 七、申請專利範圍： 1· 一種天線配置（100、300)，其包括： 一地平面（310)、一饋電元件（313)、及一與該饋電元 件（313)耦合的輻射元件（309)，該輻射元件（3〇9)藉由該 饋電元件及一縮短元件而係大致平行於且垂直地偏離經 設置在一載體結構（311)之一第一表面上的該地平面 (310)，其特徵係該天線進一步包括直接提供在該载體結 構（311)上作為該載體結構之地面層之一部分之一寄生元 件（315 、 415)。 2. 如請求項1之天線’其中該寄生元件係一微帶。 3. 如清求項1或2之天線，其中該寄生元件被設置在一離地 間隙區。 4. 如請求項1至3中任一項之天線，其中該寄生元件延伸至 °亥載體結構之一邊緣之上。 5. 如請求項1至4中任一項之天線，其中該寄生元件延伸至 該載體結構之一第二表面。 6. 如清求項丨至5中任一項之天線，其中該載體結構係 PCB(印刷電路板）。 7. —種包括一天線（3〇〇、4〇〇)之無線通信裝置（4〇)，其包 括· 提供在一載體結構（311)上之一地平面（310)、一饋電 元件及一與该饋電元件搞合的賴射元件，該輻射元件 藉由該饋電元件及一縮短元件而係大致平行於且垂直地 偏離該地平面，其特徵係該天線（300、400)進一步包括 140396.doc 201006039 直接提供在該載體結構（3 11)上作為該載體結構之地面層 之部分之一寄生元件（315、415)。

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