平面印刷天線的製作方法
2023-04-28 17:10:36
專利名稱：平面印刷天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種平面印刷天線，特別是指一種利用偶極天線的對稱性及適當設計電路基板的介電係數，而產生具有良好全向性的平面印刷天線。
背景技術：
如圖1及圖2所示，是以往一種內置式(internal)平板(patch)天線(又稱微帶天線)1及PIFA天線2的示意圖，該等天線由於具有體積小、重量輕、低側高以及低成本等優點，被廣泛應用在一般包括行動電話在內的無線通訊產品中。
而微帶天線1及PIFA天線2的一共同特點，就是其正下方通常需搭配一接地面，以藉由該接地面有效縮小天線長度、面積或體積，然而該接地面的面積大小，以及接地面與平板天線1或PIFA天線2之間的距離，卻也連帶影響了平板天線1與PIFA天線2的輻射場型，使得平板天線1及PIFA天線2無法產生良好的全向性(omni-direction)。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種尺寸小、易於製造且而產生良好全向性的平面印刷天線。
本實用新型平面印刷天線，包括一電路基板、一第一輻射線段及一第二輻射線段。該電路基板具有一介電係數。該第一輻射線段形成在該電路基板上，具有一第一長度。該第二輻射線段與該第一輻射線段相互對稱地形成於該電路基板上，具有一第二長度，並與該第一輻射線段於一特定頻段產生共振，且該電路基板的介電係數使得該第一及第二長度小於該特定頻段的四分之一波長。
下面通過最佳實施例及附圖對本實用新型平面印刷天線進行詳細說明，附圖中圖1是以往一種平板天線的示意圖。
圖2是以往一種PIFA天線的示意圖。
圖3是本實用新型平面印刷天線的第一實施例的構造示意圖。
圖4是第一實施例的電壓駐波比圖。
圖5是第一實施例在XY平面的水平極化場型圖。
圖6是第一實施例在XY平面的垂直極化場型圖。
圖7是第一實施例在XZ平面的水平極化場型圖。
圖8是第一實施例在XZ平面的垂直極化場型圖。
圖9是第一實施例在YZ平面的水平極化場型圖。
圖10是第一實施例在YZ平面的垂直極化場型圖。
圖11是本實用新型平面印刷天線的第二實施例的構造示意圖，其中顯示第一及第二輻射線段的第三及第六天線部在電路基板的上層板上的布線方式。
圖12顯示第二實施例的第一及第二輻射線段的第三及第六天線部在電路基板的下層板上的布線方式。
圖13是第二實施例的第一及第二輻射線段的第三及第六天線部的布線方式示意圖。
圖14是第二實施例的電壓駐波比圖。
圖15是第二實施例在XY平面的水平與垂直極化場型圖。
圖16是第二實施例在XZ平面的水平與垂直極化場型圖。
圖17是第二實施例在YZ平面的水平與垂直極化場型圖。
具體實施方式
本實用新型的前述以及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的兩個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本實用新型被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，相似或相同的元件將以相同的標號來表示。
參閱圖3所示，是本實用新型平面印刷天線的第一實施例。平面印刷天線3是應用在一無線通訊裝置，例如一無線網路卡中，其主要包括有一電路基板31、一第一輻射線段32及一第二輻射線段33。
電路基板31在本實施例中，是一由FR4材料構成的長方形電路板，其介電係數ε1是介於4.2～4.7之間。電路基板31具有相反的一第一短邊311及一第二短邊312，以及相反的一第一長邊313及一第二長邊314，且電路基板31的表面布設有一無線通訊電路315。第一及第二輻射線段32、33是形成在電路基板31的靠近第一短邊311的區域，而在電路基板31的第二短邊312則設有一可供與一電子裝置(例如個人計算機、筆記型計算機等，圖未示)的連接埠電性連接的連接介面310，該連接接口310在本實施例中是一USB連接埠。
第一輻射線段32具有一第一長度，其包含一由電路基板31中央處朝第一長邊313直線延伸並與第一短邊311平行的第一天線部321，一與第一天線部321末端連接，並與第一天線部321呈90度夾角，沿第一長邊313朝第一短邊311延伸的第二天線部322，以及一與第二天線部322末端連接，並與第二天線部322呈90度夾角，沿第一短邊311朝第二長邊314延伸至接近第一短邊311中央，而與第一天線部321平行的第三天線部323。
第二輻射線段33具有一第二長度，其與第一輻射線段32相互對稱地形成在電路基板31上，因此，第二輻射線段33包含有一由電路基板31中央處朝第二長邊314直線延伸，並與第一短邊311平行，而與第一天線部321相對稱的第四天線部331，一與第四天線部331末端連接，並與第四天線部331呈90度夾角，沿第二長邊314朝第一短邊311延伸，而與第二天線部322對稱的第五天線部332，以及一與第五天線部332末端連接，並與第五天線部332呈90度夾角，沿第一短邊311朝第一長邊313直線延伸至接近第一短邊311中央，而與第四天線部331平行，並與第三天線部323對稱的第六天線部333。因此，由第一及第二輻射線段32、33所構成的對稱式偶極天線型態，可在一特定頻段BW1產生共振。
但由於傳統偶極天線至少需具備其共振頻段(率)的半波長的長度，才能發揮天線的功能，因此要將傳統偶極天線印刷在只能提供有限面積的電路板上，而成為內置式天線並不容易。
所以，在本實施例中，為了縮短第一及第二輻射部32、33的第一及第二長度，由第一及第二輻射部32、33的第一及第二長度與特定頻段BW1的波長λ1以及電路基板31的介電係數ε1之間的關係式 可知，第一及第二輻射部32、33的第一及第二長度與電路基板31的介質有關，亦即與電路基板31的介電係數ε1開根號成反比，並與特定頻段BW1的波長λ1成正比。因此，當特定頻段BW1為2.45GHz時，藉由適當選擇電路基板31的介電係數ε1，將可相對縮小第一及第二輻射部32、33的第一及第二長度，使第一及第二輻射部32、33的尺寸可以有效縮小，而能夠被印刷在只提供有限面積的電路基板31上。
且由圖4，平面印刷天線3經實際量測產生的電壓駐波比(Voltage StandingWave Ratio，VSWR)圖顯示的量測結果可知，平面印刷天線3在特定頻段BW1＝2.45GHz前後(約2.4GHz～2.5GHz)範圍內的電壓駐波比值皆低於2，具有良好的輻射效能。
再由圖5與圖6所示，平面印刷天線3在XY平面的水平與垂直極化場型，由圖7與圖8所示，平面印刷天線3在XZ平面的水平與垂直極化場型，以及由圖9與圖10所示，平面印刷天線3在YZ平面的水平與垂直極化場型可知，平面印刷天線3在各個方向皆具有良好的輻射效率，特別是XY平面的水平極化(圖5)、XZ平面的垂直極化(圖8)以及YZ平面(圖10)的垂直極化部分，更產生極佳的全向性(omni-direction)輻射效能。
接著，參見圖11所示，是本實用新型平面印刷天線的第二實施例，與第一實施例相同地，平面印刷天線4的第一輻射線段42與第二輻射線段43是相互對稱地形成在電路基板31上，並分別包含相互對稱的第一～第三天線部421、422、423以及第四～第六天線部431～433，而其與第一實施例主要不同處是在於，當電路基板31所能夠提供布設天線的面積比第一實施例更小更有限時，為了在更有限的面積上布設第一及第二輻射線段42、43，如圖11～圖13所示，本實施例是將第一及第二輻射線段42、43的第三及第六天線部423、433分成複數線段424～427及434～437，使該等線段424～427及434～437沿第一短邊311交錯布設在電路基板31的上下層板316、317上，並藉由在電路基板31上貫設複數導電貫孔318，使以穿層方式電性串接該等線段424～427及434～437，而藉由該等導電貫孔318的長度，補償第一及第二輻射線段42、43因電路基板31的布設面積縮小而減短的長度，使得第一及第二輻射線段42、43的長度在面積縮小的情況下，仍能等效於特定頻段BW1＝2.45GHz的二分之一波長，而能作用在特定頻段BW1＝2.45GHz上。
且如圖14所示，本實施例的平面印刷天線4於實際量測時，其在特定頻段BW1＝2.45GHz處的電壓駐波比(VSWR)值不但遠小於2，且其電壓駐波比值低於2的頻寬(約2.37GHz～2.62GHz範圍內)更較第一實施例大。
再由圖15～圖17所示，是平面印刷天線4分別在XY平面、XZ平面以及YZ平面量測的水平極化與垂直極化場型圖，其中顯示平面印刷天線4不但可產生良好的全向性輻射場型，更特別的是，本實施例藉由導電貫孔318上下穿層的方式，可以進一步改善第一實施例在XY平面的垂直極化部分(比較圖15與圖6)，及XZ平面的水平極化部分(比較圖16與圖7)，以及YZ平面的水平極化部分(比較圖17與圖9)，使平面印刷天線4能產生更佳的輻射場型。
綜上所述，本實用新型利用偶極天線具有全向性場型的特性，將偶極天線藉由第一及第二輻射線段32(42)、33(43)的布線方式，布設(印刷)在電路基板31上，並藉由適當選擇電路基板31的介電係數，使由第一及第二輻射線段32(42)、33(43)構成偶極天線形態的平面印刷天線3、4能夠被設在電路基板31的有限面積上，除了達到產生良好的輻射場型及輻射效能外，更具有易於製造及低成本等優點。
權利要求1.一種平面印刷天線，其特徵在於該平面印刷天線包括一電路基板；一第一輻射線段，形成在該電路基板上，具有一第一長度；及一第二輻射線段，與該第—輻射線段相互對稱地形成於該電路基板上，並具有一與該第一長度相同的第二長度，以與該第—輻射線段於—特定頻段產生共振。
2.如權利要求1所述的平面印刷天線，其特徵在於該電路基板具有一介電係數，且該介電係數可使該第一及第二長度小於該特定頻段的四分之一波長。
3.如權利要求2所述的平面印刷天線，其特徵在於該電路基板是一FR-4基板。
4.如權利要求2所述的平面印刷天線，其特徵在於該第一及第二長度與該特定頻段的波長以及該電路基板的介電係數的關係為 其中該介電係數介於4.2～4.7之間。
5.如權利要求1所述的平面印刷天線，其特徵在於該特定頻段為2.45GHz。
6.如權利要求1所述的平面印刷天線，其特徵在於該電路基板具有相反的一第一短邊及一第二短邊，以及相反的一第一長邊與一第二長邊，且該第一輻射線段是形成在該電路基板的靠近該第一短邊處，其包含一由該電路基板中央處朝該第一長邊直線延伸，並與該第一短邊平行的第一天線部，一與該第一天線部末端連接並呈90度夾角，而沿該第一長邊朝該第一短邊延伸的第二天線部，以及一與該第二天線部末端連接並呈90度夾角，沿該第一短邊朝該第二長邊延伸，而與該第一天線部平行的第三天線部；該第二輻射線段包含一由該電路基板中央處朝該第二長邊直線延伸，並與該第一短邊平行，而與該第一天線部對稱的第四天線部，一與該第四天線部末端連接並呈90度夾角，沿該第二長邊朝該第一短邊延伸，而與該第二天線部對稱的第五天線部，以及一與該第五天線部末端連接並呈90度夾角，沿該第一短邊朝該第一長邊直線延伸，而與該第四天線部平行，並與該第三天線部對稱的第六天線部。
7.如權利要求6所述的平面印刷天線，其特徵在於該第三及第六天線部分別包含複數線段，且該等線段是沿該第一短邊交錯布設在該電路基板的上下層板上，而且在該電路基板上貫設有複數以穿層方式電性串接該等線段的導電貫孔。
8.如權利要求1所述的平面印刷天線，其特徵在於該平面印刷天線是應用在一無線通訊裝置中，且該電路基板是該無線通訊裝置的電路板，其上布設有一無線通訊電路，而且該第一及第二輻射線段與該無線通訊電路電性耦接。
9.如權利要求8所述的平面印刷天線，其特徵在於該無線通訊裝置是一無線網路卡，且該電路基板上設有一與該無線通訊電路電性耦接的連接介面。
10.如權利要求9所述的平面印刷天線，其特徵在於該連接介面是一USB連接埠。
專利摘要本實用新型公開了一種平面印刷天線，包括一具有一介電係數的電路基板，一形成在該電路基板上並具有一第一長度的第一輻射線段，以及一具有一第二長度的第二輻射線段，其與第一輻射部相互對稱地形成於該電路基板上，以與該第一輻射線段於一特定頻段產生共振，且該電路基板的介電係數使得該第一及第二輻射線段的第一及第二長度小於該特定頻段的四分之一波長。
文檔編號H01Q1/38GK2750495SQ20042009341
公開日2006年1月4日 申請日期2004年9月7日 優先權日2004年9月7日
發明者徐德福, 黃筱婷, 黃文滿 申請人:智捷科技股份有限公司