TW200922002A - Planar inverted-F antenna with vertical grounding plane - Google Patents

Description

200922002 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本电明係關於一種平面倒F天線之結構設計，特別是 關、種具有垂直接地面之平面倒F天線，具有良好的天 線阻抗匹配特性及較佳之阻抗頻寬。 【先前技術】 曰查天線疋在無線通訊系統中用來傳送與接收電磁波能 :的曰關鍵性兀件’其電氣特性良好與否足以影響通訊的品 質’是無線訊號接收及發射品f好壞的指標。在各種不同的 無線訊號傳送触之制產品巾，其使㈣天線結構盘製作 材質不盡相同。選用適當的天線除了有助於搭配產品的外型 以及提昇無線訊號的傳輸特性外，還可以更進一步降低整個 媒線设備的成本。 天線的使用除了需具有良好的無線傳送/接收特性之 外’如何搭配所應用的電子設備亦是極為重要。例如對於听 未輕薄短小的行動電話及其它可攜式無線電子設備(例如筆 記型電腦），其所使用之天線即需兼顧到其產品的整個外來 設計及良好的訊號傳送/接收特性，f者在此類電子設财 所使用之天線都往小型化之目標研發設叶。 為了要達到小型化天線的目的’乃有平面倒 (PUnarm爾tedFAntenna，簡稱piFA)天線之設計。由於此 種天線具有近似全向性的歸場㈣Μ ㈣ 作長度只有四分之一掉作诂具智说 ^ ^^ ^作波長·.，寺優點’所以非常適合於例 200922002 如監牙裝置、行動電話、及其它可攜式無線電子設備中使 用再者自方、PIFA天線只需利用金屬導聽配合適當的饋 入及天線短路到接地面的位置’故其製作成本低，而且可以 直接與電子設備之電路基板焊接在一起。_ 白用PIFA天線的結構，主要包括有一接地平面⑴謂心 Plane)、-紐路段（Sh〇rt Circuit pkce)、一平板狀訊號賴射 板（Planar Radiating Plate)，其中該平板狀訊號輕射板可在一 預定位置連接-信號傳輸線，該敢位置㈣為該腸天 線的k號饋入點F(Feed Point)。 【發明内容】 本發明所欲解決之技術問題 雖然-般結構設計的平面倒F天線具有結構簡單、天 Ϊ的操作長度只有四分之—操作波長、體積小、適合可攜式 私子叹什使用…等優點，但在天線的阻抗匹配方面仍有待改 .進的空間，且天線之阻抗頻寬仍為不足。 如果能維持平面倒F天線的結構簡易的優點之外，尚 針對平面㈣F天線的阻抗匹配及阻抗頻寬方面，再予以精 進改良’則當會使平面倒F天線的商f應収具優勢。 本發明之另一目的是提供一種具有單一饋入 緣此，本發明之主要目的是提供—種具有垂直接地面 :構之平面倒F天線結構，在不增加平面倒f天線的結構 设雜的狀況下，藉由本發明之垂直接地面的結構設計，可 以改善天線的阻抗匹配’增加天線之阻抗頻寬 雙頻段 200922002 輻射及一體成型之平面倒F天線結構。 本务明解決問題之技術手段 ▲本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係』 计出-種具有垂直接地面、立體、一體成形、單—饋入、雙 頻段輕射之平面倒F天線的創新設計。該平面倒F天線= 括有接地金屬、-垂直接地面由該接地金屬片之且令一 =向上垂直地延伸出-財高度、—短路段形成於該接地 盃屬片之-側緣-肢高度、至少—天線訊號輕射板，經由 =路段連接於該接地金屬片一饋人端由該第二天線訊號 輪射板向於該接地金屬片之方向延伸出而對應於該垂直接 地面’亚與該垂直接地面之間保持—間距。本發明之較佳實 施例中，設置有兩個獨立的天線訊號輻射板（咖丨 分別提供高頻與低頻之電流路徑。 本發明對照先前技術之功效 本發明藉由預定高度之垂直接地面與連接於短路段之 天線訊號韓射板的饋人點相對應，除了可調整短路段與饋入 點的間距達成良好的阻抗匹配之外，本發明之結構設計中更 错由垂直接地面的設計，可錢—步改善阻抗匹配，增加天 線之阻抗頻寬。 本發明之較佳實施财，藉由兩侧立的金屬片分別 提供高頻與低頻之f流路徑，因而可得到雙頻段輻射；此兩 _作頻率可以藉由調整不同的金屬片長度，獨立控制操作 200922002 頻率點。並且利用垂直接地面之設計，可有效的增加天線之 阻抗頻寬（impedance bandwidth)。 本發明之天線結構由於很容易以現行薄形金屬板件製 成具有單一饋入、雙頻段輻射及一體成型之平面倒F天線 結構’故在產業利用時，適合量產。 本叙明所採用的具體貫施例，將藉由以下之實施例及 附呈圖式作進一步之說明。 【實施方式】 本發明提出一種具有垂直接地面、立體、—體成形、 單一饋入、雙頻段輻射之平面倒F天線（piFA)的創新設計。 參閱第1圖所示，本發明具有垂直接地面之平面倒F天線 100之第一實施例結構係包括有一平板狀之接地金屬片i， 该接地金屬片1具有一信號饋入側緣π及__對向之開放側 緣12。 一短路段2向上凸伸地形成在該接地金屬片丨之信號 饋入側緣11 一預定高度，並在短路段2之頂端連接有一第 —天線訊號輻射板3。第一天線訊號輻射板3與該接地金屬 片1之間保持一平行距離，用以提供該平面倒F天線100 之低頻訊號之電流路徑。第一天線訊號輻射板3在鄰近於短 路段2處形成有數個狹縫結構31 (slit)。 —第二天線訊號輻射板4形成在第一天線訊號輻射板 3之側邊，兩者之間具有預設之間距’第二天線訊號輻射板 4亦與該接地金屬片1保持一平行距離，用以提供該平面倒 200922002 F天線1 〇〇之南頻訊號之電流路徑。第一天線訊號輻射板3 與第一天線訊號輪射板4之位置亦可以互相調換。 第一天線訊號輻射板3與第二天線訊號輻射板4分別 提供兩個不同的電流路徑，使得天線得以藉由第一天線訊號 輻射板3彳呆作於第一共振頻率（低頻）與第二天線訊號輻射板 4才呆作於第二共振頻率（高頻）’並藉由第一天線訊號輻射板 3之狹缝結構31來增加等效電流路徑，得以縮短第一天線 訊號輻射板3之總長度。調整第二天線訊號輻射板4之長度 可單獨調整高頻之操作頻率。 一釦入端5由該第二天線訊號輻射板4對應於該接地 金屬片1之信號饋入側緣11之方向延伸出而對應於一垂直 接地面6之頂緣。本發明之第一實施例中，該垂直接地面6 係由該接地金屬片1之信號饋入側緣II向上垂直地延伸出 一預定高度’並與饋入端5保持一間距g。 除了可調整短路段2與饋入點5的間距達成良好的阻 .抗匹配之外，本發明之結構設計中更藉由垂直接地面6的設 計，可以進—步改善阻抗匹配，增加天線之阻抗頻寬。 天線接地面丨之形狀可選擇為矩形之結構型態，並可 在天'、泉接i也面1之仏號饋入側緣！ j及開放側，緣置2各凸伸出 有天，定位部13、14，使得整個平面倒F天線丨00可以習 知的定位元件（如螺釘）直接鎖固定位在標的電子設備（未示） 的機，選定位置處。天線定位部13、14可以形成在信號饋 入側、’’彖11及對應之開放側緣12，當然亦可以製作於該天線 接也面1之同一側緣、或者前後左右側任一位置。 200922002 麥閱第2圖所示，一同轴電纜線7之訊號饋入線71可 焊接於饋入端5，而同軸電纜線7之披覆地線72則焊接於 垂直接地面6。第3圖顯示第2圖中2-2斷面的剖視圖，其 顯示該同軸電纜線7之訊號饋入線71與彼覆地線72分別焊 接於饋入端5與垂直接地面6。第4圖顯示短路段2、饋入 點5、垂直接地面6之間空間配置關係之示意圖。 在實際製作本發明具有垂直接地面之平面倒F天線 100日守可以金屬薄板件以一體成形之結構，經過適當的凹 折即可能達成本發明具有垂直接地面之平面倒F天線100 之立體形式。 本發明之天線特性的模擬結果於第5、6及第7圖中說 明。當改變第-天線訊號輻射板3之不同狹縫數時，可改變 天線第-共振頻率之操作點。參閱第5圖所示，其㈣示在 改變第-天線訊號㈣板3之不同狹縫3 i數目時，反射損 失(Ret_ Loss)與頻率之響應圖。由圖顯示，當狹縫數由〇 增加到7日夺，第一共振頻率由982mHz降低為_應，這 是因為當狭縫數越大時’相對的等效電流 得頫率卩备似.。 π 由苐5圖的結果可以知道， ^ 改’交不同狹縫數時，僅改 變第一共振頻率的操作點，不改變 4C第—共振頻率。代表改變 狭縫數僅對低頻有影響對高頻血 …、，5V | ’因而可由整 狭縫數單獨控制低頻共振點。 第6圖顯示當改變不同笫一 个弟一天線訊號輻射板4長度 時’反射損失（Return Loss)盥艇 长 L·、頻率之響應圖。第6圖說明改 10 200922002 受第一金屬線4之長度時’可调整天線之第二共振頻率之操 作點。此處第二天線訊號輕射板4長度由22mm增加到 27mm ’第二共振頻率由2495MHz降低為2068MHz ;同樣 疋因為當苐二天線訊號輪射板4長度越長時，代表等效電〉.宁 路徑變長，因此使得頻率降低，此處僅改變第二共振頻率的 操作點，不改變第一共振頻率。代表改變第二天線訊號輻射 板4長度僅對高頻有影響對低頻無影響，因而可藉由調整不 同第二天線訊號輻射板4長度單獨控制高頻共振點。 第7圖係顯示當增加垂直接地面6時，反射損失（Return

Loss)與頻率之響應圖。由圖中可以明顯的得知，當加入此 —垂直接地面6的設計，可使得天線之阻抗匹配獲得更進— 步的改善。此處加入垂直接地面6後，頻寬可由162 MHz增 加到 267 MHz。 參閱第8圖所示，顯示本發明具有垂直接地面之平面 倒F天線i〇0a之第二實施例結構。其大部份的結構盘前述 第-實施例相同，其差異在於垂直接地面6a係由有別於前 述苐一實施例之信號饋入側緣丨丨之另一側緣向上凸伸出— ^高度’而-饋人端由該第二天線訊號輻射板情 怎於該垂直接地面6a向下凸伸而對應於縣直接地面仏 之頂緣’亚與該垂直接地面6a之頂緣保持—間距g。藉由 此—結構仍能達到如同前—實施例之功能與效果。 前述之實施例’皆是以兩個天線訊號賴射板之雙頻段 田·應⑽為朗’本發明^切⑽用在财單一個金 屬片的單段輻射應用領域中。 200922002 I曰由上述之本發明實施例可知，本發明確具產業上之 利用彳貝值。惟以上之實施例說明，僅為本發明之較佳實施例 況明’凡習於此項技術者當可依據本發明之上述實施例說明 而作其匕種牙重之改良及變化。然而這些依據本發明實施例所 作的種種改良及變化，當仍屬於本發明之發明精神及界定之 專利範圍内。

【圖式簡單說明】 弟1圖顯示本發明具有垂直接地面之平面倒F天線之第-實施例結構立體圖； 弟2圖顯示電料之㈣以線焊接於天線之饋入 立而’而同軸電纜線之彼覆地線則焊接於天線之垂直接 地面； 圖顯示第2圖中2_2斷面的剖視圖； "圖,4不帛2圖中短路段、饋入點、垂直接地面之間空間 配置關係之示意圖； …圖颂示纟改，又第j圖所示第一天線訊號輕射板之不同狹 ^ 縫數時，反射損失與頻率之響應圖； 第6圖顯示當改變不同第二天線訊號賴射板長度時，反射損 失與頻率之響應圖； 第7圖係顯=當增加本發明之垂直接地面與未設置垂直接 ^ 也面日守，反射損失與頻率之響應圖； """系^不本發明具有垂直接地面之平面倒F天線l〇〇a 之第—貫施例結構圖。 200922002 【主要元件符號說明】 100 ' 100a 具有垂直接地面之平面倒F天線

11 12

14 2 3 31 4 5 6、6a 接地金屬片 信號饋入側緣 開放側緣 天線定位部 天線定位部 短路段 第一天線訊號輻射板 狹縫結構 第二天線訊號輻射板 饋入端 垂直接地面 g 間距

7 同軸電纜線 71 訊號饋入線 72 彼覆地線 13

Claims (1)

1. 200922002 十、申請專利範圍： 種具有垂直接地面之平面倒F天線，包括有· 接地金屬片，具有—传梦|奮入側缕β … 唬名貝入側緣及一對向之開放側 垂直接地面’由該接地金屬片之其中—側緣向上垂直 地延伸出一預定高度；

   一 〜叫啄—預定高度； 弟一天線訊_射板，經㈣短路段連接於該接地金 屬片’並與該接地金屬片㈣—平行距離，用以提供 5亥天線之第一共振頻率之電流路徑； 第二天線«輻射板，㈣該⑽段連接於該接地金 屬片’並與該接地金屬片保持—平行距離，用以提供 5亥天線之第二共振頻率之電流路徑；.

   馈入端，由該第二天線訊號輻射板向 之方向延伸出而對應於該垂直接地面，並二： 地面之間保持一間距。 2·如申請專利範圍帛"員所述之具有垂直接地面之平面倒 F天線，其中該短路段係形成於該接地金屬片之一信號 饋入側緣，該垂直接地面即係由該接地金屬片之該 饋入側緣向上垂直地延伸出一預定高度。 3.如申請專利範圍帛1項所述之具有垂直接地面之平面倒 14 200922002 F天線，其中該第一天線訊號輻射板具有複數個狹终， 其狹縫數可改變該第一共振頻率之操作點。 〜 4.如申請專利範圍第1項所述之具有垂直接地面之平面倒 F天線，其中該第二天線訊號輻射板之長度改變可改變 5亥第二共振頻率之操作點。 )·如申請專利範圍第丨項所述之具有垂直接地面之平面倒 F天線，其中該天線接地面設有至少一天線定位部，用 以將該平面倒F天線定位在一標的電子設備。 6.如申請專利範㈣i項所述之具有垂直接地面之平面倒 F天線，其中該饋入端係連接至一同軸電纜線之訊號饋 入線，而同軸電纜線之披覆地線則焊接於該垂直接地面。 7 ·種具有垂直接地面之平面倒ρ·天線，包括有· —接地金屬片，具有一信號饋入側緣及—對向之開放側 緣； 一垂直接地面，由該接地金屬片之其中—側緣向上垂直 地延伸出一預定高度； 一短路段，形成於該接地金屬片之一側緣一預定高度； 至少一天線訊號輻射板，經由該短路段連接於該接地金 屬片，並與該接地金屬片保持一平行距離，用以提供 該天線之共振頻率之電流路徑； 15 200922002 饋入端，由該天線訊號輻射板向於該接地金屬片之方 向延伸出而對應於該垂直接地面，並與該垂直接地面 之間保持一間距。 F申％專利$巳圍第7項所述之具有垂直接地面之平面倒 主天、.泉，其中§亥短路段係形成於該接地金屬片之—信號 名貝入側、’彖，该垂直接地面即係由該接地金屬片之該信號 1貝入側緣向上垂直地延伸出一預定高度。 9. 如申％專利範圍第7項所述之具有垂直接地面之平面倒 天、.泉，其中忒天線訊號輻射板具有複數個狹缝，其狹 縫數可改變該共振頻率之操作點。 10. 如申請專利範g[第7項所述之具有垂直接地面之平面倒 天線其中5亥天線號輕射板之長度改變可改變該共 振頻率之操作點。 ’、 η.如申請翻範圍第7項所述之具有垂錢地面之平面倒 F天線，其中該天線接地面設有至少一天線定位部，用 以將該平面倒F天線定位在一標的電子設備。 12.如申請專利範園第7項所述之具有垂直接地面之平面倒 F天線，其中該饋入端係連接至—同軸電纜線之訊號饋 入線，而同軸電纜線之披覆地線則焯接於該垂直接地面。 16