雙頻倒f型天線的製作方法
2023-04-27 08:32:56 2
專利名稱：雙頻倒f型天線的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種雙頻(Dual-band)倒F型(Inverted-F)天線，特別是應用在電路基板中，一種可在雙頻帶操作的倒F型印刷天線(Printed Antenna)。
在通訊產品中用於傳送與接收信號的天線，特別是印刷天線或微帶天線，其設計與研究更有其重要性。天線為輻射或接收電磁幅射的一種組件，一般可從操作頻率、輻射場型(Radiation Pattern)、反射損失(Reffected Loss)及天線增益(Antenna Gain)等參數來獲知天線的特性。
由於不同的通訊產品所需的功能皆不盡相同，故用以輻射或接收信號的天線設計更是多樣化，例如菱形天線(Rhombic Antenna)、正交叉式天線(Turnstile Antenna)、三角形微帶天線、倒F型天線等。傳統的倒F型天線結構一般是在接地面上放置一小片金屬片作為輻射主體，在輻射主體的邊緣加上一短路線與接地面連接，可使得原本為二分之一共振波長的天線長度，降低至四分之一共振波長的天線長度，從而達到天線體積縮小化的效果。
由於倒F型天線具有體積小、結構簡單、設計容易等特點，因此近年被大量應用於各種不同的通訊系統和產品中，特別是在講究輕便、接收與輻射能力良好的通訊產品中。
不過因傳統的倒F型天線只具有於單一的操作頻道的功能，若應用在具有雙頻操作或以上的通訊產品時，必需採用兩支倒F型天線，提供不同頻道的操作，因此產品設計的困難度將提高，而且增加產品的體積，以及成本也同時上升。
鑑於上述技術背景中，在無線通訊產品中，天線佔有重要的地位，因其對無線通訊的效率功能有很大的影響。所以天線的設計都朝低成本、高效益、實施簡單的方面前進。而傳統的倒F型天線具有體積小、結構簡單、設計容易等特點，所以在各種通訊產品中被大量應用，但因只能在單一頻道操作，故未能提供更寬廣的應用範圍。
根據以上所述的目的，本發明提供了一種雙頻倒F型天線。本發明的雙頻倒F型天線的輻射主體為兩個堆棧式的單極輻射天線，由同一饋入線饋入驅動，分別可以依照兩個單極輻射天線不同的長度、寬度和形狀，從而在低頻帶和高頻帶中操作，達到控制倒F型天線於不同頻率操作的效果，頻率比非常容易達到所需。此外，本發明的雙頻倒F型天線具有比一般微帶天線寬的操作頻寬，而能在所需要的頻帶的內滿足所需頻寬的要求，更由於本發明的雙頻倒F型天線是將輻射金屬片或金屬線與接地面直接印刷在電路基板，故可降低製作成本及提高製作上的方便，具有極高的產業應用價值。
本發明的實施例將於往後的說明中輔以下列附圖做更詳細的闡述。
圖2為根據
圖1沿X方向看的側視圖。
圖3為根據圖1的本發明的一實施例的反射損失的實驗數據圖。
圖4為根據圖1的本發明的一實施例操作於2450MHz時，X-Z平面的輻射場型的實驗數據圖。
圖5為根據圖1的本發明的一實施例操作於2450MHz時，X-Y平面的輻射場型的實驗數據圖。
圖6為根據圖1的本發明的一實施例操作於2450MHz時，Y-Z平面的輻射場型的實驗數據圖。
圖7為根據圖1的本發明的一實施例操作於5250MHz時，X-Z平面的輻射場型的實驗數據圖。
圖8為根據圖1的本發明的一實施例操作於5250MHz時，X-Y平面的輻射場型的實驗數據圖。
圖9為根據圖1的本發明的一實施例操作於5250MHz時，Y-Z平面的輻射場型的實驗數據圖。
圖10為根據圖1的本發明的一實施例操作於約2380MHz至約2500MHz頻帶內的天線增益的實驗數據圖。
圖11為根據圖1的本發明的一實施例操作於約5100MHz至約5400MHz頻帶內的天線增益的實驗數據圖。
圖12至圖17為本發明的其它實施例的雙頻倒F型天線的結構俯視圖。
附圖標記說明10基板 12第一表面14第二表面 20接地面22短路棒24短路棒26連接線28連接線40金屬線42金屬線6050歐姆微帶饋入線 62饋入點64饋入點70堆棧結構80虛線請同時參考圖1和圖2，圖1為本發明的一實施例的雙頻倒F型天線的結構俯視圖。圖2為圖1沿X方向看的側視圖。在圖1中，在基板10的第一表面12印刷有金屬線40、金屬線42、通過饋入點62和饋入點64分別提供信號給金屬線40和金屬線42的50歐姆微帶饋入線60，以及用以連接金屬線40和金屬線42至圖2所示的短路棒22的連接線26，而圖2所示的短路棒22位於基板10中，用以連接位於基板10第二表面14的接地面20跟金屬線40和金屬線42，以達到天線縮小化的目的。另外，連接線26和短路棒22皆由金屬線製成。
如圖1所示，金屬線40和金屬線42構成堆棧結構70，作為本發明的雙頻倒F型天線的輻射主體，且與50歐姆微帶饋入線60連接，其中50歐姆微帶饋入線60與金屬線40和金屬線42的連接位置並不限定，而在圖1中，50歐姆微帶饋入線60分別與金屬線40和金屬線42的連接的饋入點62和饋入點64，約位於金屬線40和金屬線42的中間位置。
本發明所提供的雙頻倒F型天線是由同一條微帶饋入線的饋入與控制，可使本發明的雙頻倒F型天線在不同頻帶中操作應用，其中圖1的金屬線40為控制高頻模態的金屬線，金屬線42則為控制低頻模態的金屬線。
通過金屬線40和金屬線42的不同長度、寬度和形狀的設計，可輕易達到所需的頻率比。經由不同的實驗，圖1中的本發明的一實施例可於2450MHz和5250MHz兩個頻帶內操作。請參考圖3，其為根據圖1的本發明的一實施例的反射損失的實驗數據圖。從圖3可看出，當圖1的本發明的一實施例50歐姆微帶饋入線60饋入信號時，可以圖3中的虛線80作為本發明的一實施例的參考點，虛線80所示的反射損失約為-14dB，此為一般業界所參考的標準。在圖3中可看出，當圖1的本發明的一實施例操作於約2380MHz至約2500MHz時，反射損失比-14dB低，且操作於約2500MHz時呈現最低的反射損失約為-18dB。當本發明的一實施例操作於約5100MHz至約5400MHz時，反射損失也比-14dB低，且操作於約5200MHz時呈現極低的反射損失，約為-29dB。可見圖1的本發明的一實施例於低頻帶(約2380MHz至約2500MHz)或高頻帶(約5100MHz至約5400MHz)的操作時，皆具有低反射損失的特性，所以天線的阻抗匹配極好。
當在低頻操作時，50歐姆微帶饋入線60自饋入點64提供低頻信號給金屬線42，在各方向產生的輻射場型請參考圖4至圖6，圖4為根據圖1的本發明的一實施例操作於約2450MHz時，X-Z平面的輻射場型的實驗數據圖。圖5為根據圖1的本發明的一實施例操作於約2450MHz時，X-Y平面的輻射場型的實驗數據圖。圖6為根據圖1的本發明的一實施例操作於約2450MHz時，Y-Z平面的輻射場型的實驗數據圖。在圖4至圖6中，粗黑線表示電場在θ方向的分量的變化，而細黑線表示電場於Ψ方向的分量的變化。
由圖4至圖6可看出，本發明的一實施例的雙頻倒F型天線操作於約2450MHz時，於X-Y平面的輻射場型呈現接近無方向性天線的圓形輻射場型，因而本發明的一實施例操作於2450MHz時，能提供良好的全方位角(Azimuthal Angle)輻射及接收電波信號。
此外，請參考圖10，為根據圖1的本發明的一實施例操作於約2380MHz至約2500MHz頻帶內的天線增益的實驗數據圖。在約2380MHz至約2500MHz頻帶操作時，圖1所示的本發明的一實施例的天線增益約在0dBi至1dBi之間，可以適用於一般的無線區域網路的應用上。
當於高頻操作時，饋入線自饋入點提供高頻信號給金屬線40，在各方向產生的輻射場型請參考圖7至圖9，圖7為根據圖1的本發明的一實施例操作於約5250MHz時，X-Z平面的輻射場型的實驗數據圖。圖8為根據圖1的本發明的一實施例操作於約5250MHz時，X-Y平面的輻射場型的實驗數據圖。圖9為根據圖1的本發明的一實施例操作於約5250MHz時，Y-Z平面的輻射場型的實驗數據圖。在圖7至圖9中，粗黑線表示電場於θ方向的分量的變化，而細黑線表示電場於Ψ方向的分量的變化。
由圖7至圖9可看出，本發明的一實施例的雙頻倒F型天線操作於5250MHz時，其輻射場型與操作在2450MHz時近似。
此外，請參考圖11，為根據圖1的本發明的一實施例操作於約5100MHz至約5400MHz頻帶內的天線增益的實驗數據圖。在約5100MHz至約5400MHz頻帶操作時，圖1所示的本發明的一實施例的天線增益約在0dBi至0.5dBi之間，可以適用於一般的無線區域網路的應用上。
請參考圖12至圖17，圖12至圖17分別為本發明的其它實施例的雙頻倒F型天線的結構俯視圖，其中金屬線40和金屬線42可具有相同或不同的形狀和寬度。例如，在圖12中，金屬線40和金屬線42具有相同的形狀，且各自具有對應的連接線26和連接線28，以及與接地面相連的短路棒22和短路棒24，50歐姆微帶饋入線60則通過饋入點62和饋入點64，饋入信號至金屬線40和金屬線42，其中連接線28和短路棒24也可由金屬線製成。在圖13至圖15中的本發明的雙頻倒F型天線中，分別通過改變連接線26和饋入至金屬線的饋入線的線路布置，以求獲得不同的操作頻帶和輻射場型。而圖16和圖17則是改變金屬線40和金屬線42的線路布置，以配合不同的應用。
本發明的優點在於提供了一種雙頻倒F型天線，特別是可應用在電路基板中，一種能於雙頻帶操作的倒F型印刷天線。通過調整兩個單極輻射天線的長度、寬度和形狀等，可使本發明的雙頻倒F型天線能操作於不同頻帶，且具有比一般微帶天線寬的操作頻寬，而能在所需要的頻帶內滿足所需頻寬的要求，所以本發明的雙頻倒F型天線能提供優良的功效，再加上能輕易搭配電路基板製成，因此本發明的雙頻倒F型天線的應用廣泛，且成本低廉，具有極高的產業應用價值。
如熟悉此技術的人員所了解的，以上所述僅為本發明的實施例而已，並非用以限定本發明的申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所說明的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利權利要求範圍內。
權利要求
1.一種雙頻倒F型天線，其特徵為；至少包括一基板，至少具有一第一表面和一第二表面，且該第一表面和該第二表面分別位於該基板兩側；一接地面，位於該基板的該第二表面上；一第一輻射微帶線，位於該基板的該第一表面上，其中該第一輻射微帶線具有一第一形狀和一第一寬度；一第二輻射微帶線，位於該基板的該第一表面上，其中該第二輻射微帶線具有一第二形狀和一第二寬度；一饋入線，位於該基板的該第一表面上，且該饋入線連接至該第一輻射微帶線的一位置，該饋入線連接至該第二輻射微帶線的一位置；一連接線，位於該基板的該第一表面上，用以同時連接該第一輻射微帶線的一端和該第二輻射微帶線的一端；以及一短路棒，埋設於該基板中，且該短路棒的一端連接至該接地面，該短路棒的另一端連接至該連接線。
2.如權利要求1所述的雙頻倒F型天線，其特徵為其中的第一輻射微帶線為一第一金屬線。
3.如權利要求1所述的雙頻倒F型天線，其特徵為其中的第二輻射微帶線為一第二金屬線。
4.如權利要求1所述的雙頻倒F型天線，其特徵為其中的饋入線為一50歐姆微帶饋入線。
5.如權利要求1所述的雙頻倒F型天線，其特徵為其中的連接線為一第三金屬線。
6.如權利要求1所述的雙頻倒F型天線，其特徵為其中的短路棒為一短路金屬棒。
7.如權利要求1所述的雙頻倒F型天線，其特徵為其中的第一輻射微帶線的該第一形狀和該第二輻射微帶線的該第二形狀相同。
8.如權利要求1所述的雙頻倒F型天線，其特徵為其中的第一輻射微帶線的該第一寬度和該第二輻射微帶線的該第二寬度相同。
全文摘要
本發明是有關於一種雙頻(Dual－band)倒F型(Inverted－F)天線，此雙頻倒F型天線至少包括具有相對的第一表面和一第二表面的基板；形成於基板第二表面上的接地面；形成於基板第一表面上的第一輻射微帶線；形成於基板第一表面上的第二輻射微帶線；形成於基板第一表面上的饋入線，且此饋入線連接至第一輻射微帶線和第二輻射微帶線的中間位置，用來饋入信號；形成於基板第一表面上的連接線，用來同時連接第一輻射微帶線和第二輻射微帶線；以及共同金屬短路棒，用來將第一輻射微帶線和第二輻射微帶線短路至接地面。由於本發明的雙頻倒F型天線能操作於雙頻帶中，且能輕易搭配電路基板製成，故具有極高的產業應用價值。
文檔編號H01Q13/00GK1412888SQ0113646
公開日2003年4月23日 申請日期2001年10月18日 優先權日2001年10月18日
發明者郭彥良, 邱宗文, 翁金輅 申請人:智邦科技股份有限公司, 翁金輅