專利名稱：一種利用基因運算法設(shè)計出最佳晶片型天線的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微帶天線的制造方法，尤其涉及一種通過基因運算法，將一微帶天線的可能設(shè)計形狀，分別編碼成復(fù)數(shù)個不同的位元組，并以其作為各該微帶天線的染色體，再令各該染色體相互交配，并用一模擬工具，檢測其特性，篩選出較佳的染色體，再反復(fù)進行交配及篩選，即可篩選出最佳的染色體，并據(jù)以設(shè)計出具有最佳物理特性的微帶天線。
背景技術(shù)：
無線通訊在目前及未來二十一世紀(jì)的全球通訊大環(huán)境中，將扮演極為重要的角色，因此各通訊設(shè)備制造大廠無不將其作為研發(fā)重點，設(shè)定在如何令無線通訊設(shè)備的發(fā)送方與接收方，均能不受限于地形與位置，而隨時隨地接收到彼此的通訊信號，以確保無線傳輸?shù)耐ㄓ嵸|(zhì)量另一方面，由于無線通訊技術(shù)上沒有到達不了的地方的傳輸特性，各式各樣的增值服務(wù)業(yè)務(wù)，于是應(yīng)運而生，無論是數(shù)據(jù)傳輸、視訊傳輸或語音傳輸?shù)姆?wù)，均要利用此功能超強且傳輸迅速的無線通訊平臺，拓展商機，并造福人類。因此，如何在滿足該等條件及功能需求后，又可使該無線移動的個人通訊終端機仍符合輕薄短小，且精致好用的設(shè)計目的，即成為現(xiàn)今各大電子通訊廠商努力克服的一個重要課題。
以目前廣泛使用的各式移動電話為例，其結(jié)構(gòu)設(shè)計及內(nèi)部安裝的各式半導(dǎo)體零件，幾乎均已盡可能達到小型化的設(shè)計要求，甚至其上用以提供電能的充電電池，也利用高分子材料，將其設(shè)計成相當(dāng)輕薄短小的規(guī)格。此外，由于該等移動電話的天線必需具備全方向輻射場型(omni-directionalradiation pattern)的特性，因此傳統(tǒng)上均是采用單極天線(monopoleantenna)，但該種單極天線與其上連接器及同軸電纜所形成的天線模組，因體積過于龐大，現(xiàn)幾乎已逐漸被介電共振型天線(dielectric resonatorantenna，簡稱DR天線)或晶片型天線(chip antenna)所取代，此種體積小巧且具備全方向輻射場型的晶片型天線，可利用表面安裝技術(shù)(surfacemount technology，簡稱SMT)，直接安裝到該等通訊裝置的電路板上，不僅可大幅減少傳統(tǒng)單極天線所占用的空間，還可大輻降低組裝的的成本，并且所節(jié)省的空間，可用來安裝其它機構(gòu)或電子線路，以擴充其功能及特性。然而，該等晶片型天線在其尺寸規(guī)格被逐步縮小的狀況下，其阻抗匹配(impedance matching)、頻寬(bandwidth)及輻射(radiation)效能等特性，也將隨之發(fā)生問題。
在現(xiàn)在被廣泛使用的晶片型天線10中，參閱圖1及圖2所示，其基板11(substrate)均是由較高介電常數(shù)(dielectric constant)ε的介電材料(dielectric material)制成，即介電常數(shù)ε介于---130間的介電材料，最常見的設(shè)計，是以正方體或長方體的陶磁材料(ceramicmaterial)作為基板11，再于該基板11的一個表面，利用網(wǎng)板印刷技術(shù)，制作出一呈連續(xù)蜿蜒狀的金屬微帶(metallic microstrip)12，再利用燒結(jié)技術(shù)，將二者燒結(jié)在一起，制作出傳統(tǒng)的晶片型天線，然后再將該晶片型天線的另一表面貼附至一接地金屬面(ground plane)13，并利用一同軸電纜14，將其饋入針(feeding pin)141連接至該金屬微帶12上的一個饋入點(feeding point)121，且將該同軸電纜的外緣遮蔽導(dǎo)體142連接至該接地金屬13，即制作完成整個晶片型天線10的模組，如此，該晶片型天線10即可透過該饋入針141，將所接收的信號傳送至與其相連接的通訊裝置。
在前述傳統(tǒng)晶片型天線的制作過程中，由于必需利用燒結(jié)制程，將陶磁基板11及其上所印制的金屬微帶12，燒結(jié)在一起，其制程不僅相當(dāng)昂貴，且所制作出的晶片型天線，其上的阻抗匹配、頻寬及輻射效能等特性，也不易控制，因此如何快速且精準(zhǔn)地制作出符合預(yù)期特性且低成本的晶片型天線，即成為各大電子通訊廠家急待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為改進傳統(tǒng)晶片型天線的制程復(fù)雜且昂貴的缺點，發(fā)明人經(jīng)過長久努力研究與實驗，終于開發(fā)設(shè)計出本發(fā)明的一種利用基因算法設(shè)計出最佳晶片型天線的制造方法，以有效簡化制程，減少制程所需的設(shè)備及費用，大幅降低生產(chǎn)成本，并縮小元件的體積，達到“輕薄短小”和“物美價廉”的目標(biāo)。
本發(fā)明的一個目的，是將晶片型天線的陶磁基板上的微帶天線(或金屬微帶)的可能形狀，依基因運算法，分別編碼成復(fù)數(shù)個不同的位元組，作為各該微帶天線的染色體，再令其相互交配，并用一模擬工具，分別檢測其特性，以篩選出特性較佳的染色體，并令其重新交配，以此類推，反復(fù)進行交配及篩選，即可篩選出較佳的染色體，且在對其進行解碼后，求得具有最佳物理特性的微帶天線形狀。
本發(fā)明的另一目的，是可直接依所求得的微帶天線的最佳形狀，自一金屬薄片上切割出所需的微帶天線，并將其貼附至一個陶瓷基板上，即可制作出本發(fā)明的晶片型天線，在該方法中，該陶瓷基板是直接依所需的規(guī)格，自一陶瓷板材上切割下來，且僅需簡單的粘貼程序，即可將該微帶天線貼附在該陶瓷基板上，制作出晶片型天線，其制造程序簡單快速，僅需傳統(tǒng)切割機具即可輕易完成，完全無需成本昂貴的燒結(jié)制程及設(shè)備，因此大幅降低了晶片型天線的制造成本。
本發(fā)明是一種利用基因運算法設(shè)計出最佳晶片型天線的制造方法，本發(fā)明所運用的基因運算法，是依下列步驟進行處理(701)首先，根據(jù)該微帶天線31的結(jié)構(gòu)特性，將其劃分成復(fù)數(shù)個區(qū)塊311，參閱圖7所示，各該區(qū)塊311可分別以一位元的數(shù)值，表示其是否被選取(例如1代表被選取，0代表未被選取)，故在任意選擇該等區(qū)塊后，可依序?qū)⒃摰葏^(qū)塊所對應(yīng)的數(shù)值，編碼成一位元組，并以該位元組定義成該微帶天線的一個可能形狀的染色體；(702)針對該微帶天線的所有可能形狀，任意選取該等區(qū)塊，收集一定數(shù)量的各種不同形狀的微帶天線，及其所對應(yīng)的染色體；(703)然后，再利用一電磁模擬工具(EM simulation tool)，對各該染色體所對應(yīng)的微帶天線形狀，進行模擬評估，計算出各該微帶天線的適配值(fitness values)后，再對各該適配值進行排序，以篩選出適配值最佳的前面復(fù)數(shù)個染色體，其余適配值較差的染色體，則予以淘汰；(704)由于，根據(jù)基因演化理論，每一染色體內(nèi)均可能隱含著某種優(yōu)異的特性，因此二物種經(jīng)過交配后，其后代的染色體內(nèi)可能遺傳著該二物種的染色體內(nèi)的優(yōu)異特性；因此，本發(fā)明以所篩選出的該等染色體作為雙親，分別進行交配，繁衍出下一代的染色體；(705)判斷所篩選出的該等染色體，是否已完全產(chǎn)出族群，若是，即繼續(xù)步驟(706)；否則，繼續(xù)步驟(704)，繼續(xù)進行交配；(706)再利用該模擬工具，對該等下一代染色體進行模擬評估，計算出其適配值，并并入前次篩選出的復(fù)數(shù)個染色體，進行各該適配值的排序，也就是進行族群替換；(707)判斷重新排序的該等染色體，最佳品種的要求是否已達到，若是，即表示已產(chǎn)生出一組具有最佳適配值的染色體，并繼續(xù)步驟(708)；否則，繼續(xù)步驟(702)，重新進行交配及篩選，以逐一淘汰該等適配值較差的染色體，直到產(chǎn)生出一組具有最佳適配值的染色體為止；(708)最后，再對所產(chǎn)生的具有最佳適配值的染色體進行解碼，即可進一步求得具有最佳物理特性的微帶天線形狀。
如此，即可利用線切割機，依最佳染色體所對應(yīng)的形狀，自該金屬薄片上切割出最佳的微帶天線。


圖1是傳統(tǒng)晶片型天線模組的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是傳統(tǒng)晶片型天線模組的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明利用傳統(tǒng)切割機具自一陶瓷板材上，切割出所需的陶磁基板的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明利用傳統(tǒng)切割機具自一金屬薄片上，切割出所需的微帶天線的平面示意圖；圖5是本發(fā)明的晶片型天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的基因運算法的處理流程示意圖；圖7是本發(fā)明根據(jù)微帶天線的結(jié)構(gòu)特性，將其劃分成復(fù)數(shù)個區(qū)塊的平面示意圖；圖8是本發(fā)明任意選取該等區(qū)塊后，所收集到的一微帶天線的平面示意圖；圖9是本發(fā)明以所篩選出的二不同形狀微帶天線，所對應(yīng)的染色體，作為雙親，進行交配，繁衍出下一代染色體的示意圖；圖10是圖9所繁衍出的下一代染色體發(fā)生突變的示意圖；圖11是本發(fā)明的實施例，依基因運算法，求得一個有最佳染色體的微帶天線A1的平面示意圖；圖12是本發(fā)明的實施例，依基因運算法，求得另一個有最佳染色體的微帶天線A2的平面示意圖；圖13是本發(fā)明的實施例，依基因運算法，求得又一個有最佳染色體的微帶天線A3的平面示意圖；
圖14是圖11的微帶天線A1的回返損失|s11|示意圖，其諧振頻率發(fā)生在1.79GHz時，其回返損失|s11|為-19.0688dB；圖15是圖11的微帶天線A1的史密斯圖；圖16是圖11的微帶天線A1的Ey輻射場型示意圖；圖17是圖11的微帶天線A1的Ex輻射場型示意圖；圖18是圖12的微帶天線A2的回返損失|s11|示意圖，其諧振頻率發(fā)生在1.8074GHz時，其回返損失|s11|為-19.3226dB；圖19是圖12的微帶天線A2的史密斯圖；圖20是圖12的微帶天線A2的Ey輻射場型示意圖；圖21是圖12的微帶天線A2的Ex輻射場型示意圖；圖22是圖13的微帶天線A3的回返損失|s11|示意圖，其諧振頻率發(fā)生在1.7975GHz時，其回返損失|s11|為-18.44726dB；圖23是圖13的微帶天線A3的史密斯圖；圖24是圖13的微帶天線A3的Ey輻射場型示意圖；圖25是圖13的微帶天線A3的Ex輻射場型示意圖；圖號說明陶磁板材……………20 陶磁基板……………21金屬薄片……………30 微帶天線……………31、50；晶片型天線…………40 區(qū)塊……………31具體實施例方式
為便于貴審查員能對本發(fā)明的目的、形狀、構(gòu)造裝置特征及其功能，做更進一步的認(rèn)識與了解，現(xiàn)舉實施例配合附圖，并詳細說明如下該方法是分別利用傳統(tǒng)的切割機具，自一陶磁板材20及一金屬薄片30上，分別切割出所需的陶磁基板21及微帶天線(或金屬微帶)31，再將該微帶天線31粘貼至該陶磁基板21上，制作完成本發(fā)明的晶片型天線40。在本發(fā)明的一個實施例中，是利用一鉆石切割機(diamond-cuttingmachine)，將一陶瓷板材20，依所需的規(guī)格，分別切割成復(fù)數(shù)個成正方體或長方體的陶瓷基板21，并以線切割機(wire cutting machine)，依本發(fā)明的基因運算法(genetic algorithms)所計算出的最佳微帶天線形狀，將一金屬薄片30分別切害成復(fù)數(shù)個微帶天線31，最后將該微帶天線31直接粘貼至該陶磁基板21上，即輕易且快速地制作完成本發(fā)明的晶片型天線40。
在本發(fā)明的一個實施例中，是針對一長11mm，寬10.5mm及厚2mm的陶磁基板，設(shè)計其上所欲貼附的微帶天線形狀。在該實施例中，是先將該金屬微帶天線31定義成一呈連續(xù)蜿蜒的形狀，再參閱圖7所示，由于在該微帶天線31上，較長段落1的微帶形狀及其大小，對該微帶天線的特性，有較大的影響，因此在該實施例中，僅將該微帶天線上每一個較長的段落1，劃分成二個區(qū)塊311，因此該微帶天線31上共可劃分出十個區(qū)塊，各該區(qū)塊可分別以一位元的數(shù)值“1”代表被選取，或“0”代表未被選取，對該微帶天線的可能形狀，進行編碼。因此，依此編碼規(guī)則，任意選取該等區(qū)塊，產(chǎn)生各種形狀的微帶天線后，可依各該微帶天線上該等區(qū)塊所對應(yīng)的數(shù)值，對各微帶天線進行編碼，分別形成一位元組的染色體。參閱圖8所示，是在任意選取該等區(qū)塊后，所收集到的一個微帶天線，在該微帶天線50上，標(biāo)號3、5及9的區(qū)塊未被選取，因此它對應(yīng)的位元數(shù)值為“0”，其余被選取的區(qū)塊所對應(yīng)的位元數(shù)值則為“1”，該微帶天線50被編碼后的染色體陣列值即為〔1101011101〕。該實施例依前述編碼規(guī)則，在任意收集到十六個如表1所示的染色體(該第一代的染色體編號分別為G1-1至G1-16)后，

表1可利用Zeland軟件公司所制作的名稱為FIDELITY的電磁模擬工具，對各該染色體所對應(yīng)的微帶天線形狀進行測試，分別計算出其適配值，如表2所示，

表2該適配值是用以表示各該染色體所對應(yīng)的微帶天線的回返損失值(return loss|s11|，其單位為dB)大小。在此，尤其需特別注意的，是該微帶天線是呈一連續(xù)蜿蜒的形狀，因此，本發(fā)明在依前述編碼規(guī)則，選取或不選取該等區(qū)塊以定義出各該微帶天線所對應(yīng)的染色體時，必需將造成該微帶天線斷開而呈不連續(xù)狀的染色體，視為無效，如染色體的陣列值為〔0011111111〕、[1100111111]，及〔1111001111]…等，即標(biāo)號1及2，或標(biāo)號3及4，或標(biāo)號5及6…等的區(qū)塊未被選取時，均被視為無效的染色體。
然后，在該實施例中，將對各該適配值進行排序，以篩選出前面八個適配值較佳的染色體，并舍棄其余適配值較差的八個染色體。此時，該等被篩選出的染色體可被作為雙親，進行交配，以編號G1-15及G1-4的染色體為例，參閱圖9所示，是分別將其染色體中部分位元值，相互交換(crossover)，以繁衍出編號G2-1及G2-2的下一代染色體，或如圖10所示，再將所繁衍出的下一代染色體中的部分位元值由0變成1，或由1變成0，而繁衍出突變種(mutation)的下一代染色體；然后，再利用FIDELITY的模擬工具，對該等下一代的染色體進行模擬測試，并將該等下一代的染色體，并入前次篩選出的八個染色體，再對該等染色體的適配值重新進行排序，以篩選出適配值最佳的前面八個染色體，以此類推，經(jīng)過復(fù)數(shù)次的交配及篩選后，該等適配值較差的染色體，將逐一被淘汰，經(jīng)過復(fù)數(shù)次的交配及篩選后，當(dāng)所有染色體的陣列值及其適配值不再改變時，即得到最佳的染色體，并可根據(jù)該染色體設(shè)計出最佳的微帶天線形狀。
在該實施例中，當(dāng)重復(fù)前述運算6次后，可得到三組最佳的染色體，其值分別為[1101101111]、[1001011111]及[1110011111]，其適配值如表3所示，

表3然后，再利用線切割機依各該染色體所對應(yīng)的形狀，分別自金屬薄片上切割出如圖11、12及13所示的三個微帶天線，再分別將其粘貼至該陶磁基板上，即制作出三個晶片型天線A1、A2及A3。
該實施例為使所制成的晶片型天線，能適用于GSM移動電話中，且在1.8GHz的操作頻率下，具有最佳的阻抗匹配值，特針對所制成的三個晶片型天線A1、A2及A3進行實驗，令發(fā)射天線與接收天線(晶片型天線)相距5米，此時，所量測出的各該晶片型天線的諧振頻率(resonantfrequency)、回返損失(return loss)、史密斯圖(Smith Chart)及輻射場型(radiation pattern)等數(shù)據(jù)，將如表4及圖14---25所示，

表4其中該等輻射場型顯示該等晶片型天線均是全方位的天線，各該晶片型天線的頻寬(bandwidth)則如表5所示，顯示該等晶片型天線的頻寬已有顯著的改善。 表5由于，本發(fā)明僅需利用傳統(tǒng)切割機具，直接自一陶磁板材上切割下所需的陶磁基規(guī)格，再透過簡單的粘貼程序，將所設(shè)計的微帶天線貼附在該陶磁基板上，即形成具有極佳物理特性的晶片型天線，其制造程序簡單快速，完全無需成本昂貴的燒結(jié)制程及設(shè)備，故可大幅降低晶片型天線的制造成本。
以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施例，但本發(fā)明的構(gòu)造特征并不局限于此，任何熟悉該項技術(shù)者在本發(fā)明領(lǐng)域內(nèi)，可輕易想到的變化或修飾，皆可涵蓋在以下本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用基因運算法設(shè)計出最佳晶片型天線的制造方法，該方法包括將一陶磁基板上所可能安裝的微帶天線形狀，依基因運算法，分別編碼成復(fù)數(shù)個不同的位元組，作為各該微帶天線的染色體；再令該等染色體相互交配；并使用一模擬工具，分別檢測其特性；舍棄特性較差的染色體后，令所篩選出的較佳染色體再重新交配；如此，反復(fù)進行交配及篩選的步驟，即可篩選出最佳的染色體，并進一步求得具有最佳物理特性的微帶天線形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法可利用一傳統(tǒng)切割機具，自一陶磁板材上，分別切割出所需的陶磁基板。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法可利用一傳統(tǒng)切割機具，自一金屬薄片上，依所篩選出的最佳形狀，分別切割出所需的微帶天線。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于該微帶天線是直接粘貼于該陶磁基板上，制作成的一個晶片型天線。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于該傳統(tǒng)切割機具可為一鉆石切割機。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于該傳統(tǒng)切割機具可為一線切割機。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法是根據(jù)該微帶天線的結(jié)構(gòu)特性，將其劃分成復(fù)數(shù)個區(qū)塊，各該區(qū)塊可分別以數(shù)值表示其是否被選取，使在任意選擇該等區(qū)塊后，可依序?qū)⒃摰葏^(qū)塊所對應(yīng)的數(shù)值，組成該位元組，定義成該微帶天線的一個可能形狀的染色體。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該方法在任意選取該等區(qū)塊，并收集到一定數(shù)量的各種不同形狀的微帶天線，及其對應(yīng)的染色體后，可利用一模擬工具，對各該染色體所對應(yīng)的微帶天線形狀，進行模擬測試，以計算出各該微帶天線的適配值，再對各該適配值進行排序，以篩選出適配值最佳的前面復(fù)數(shù)個染色體，其余適配值較差的染色體，則予以淘汰。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該方法是將所篩選出的該等染色體作為雙親，分別進行交配，以繁衍出下一代的染色體，再利用該模擬工具，對該等下一代染色體進行模擬測試，計算出其適配值，并并入前次篩選出的復(fù)數(shù)個染色體，進行各該適配值的排序，以篩選出適配值最佳的前面復(fù)數(shù)個染色體，以此類推，經(jīng)過復(fù)數(shù)次的交配及篩選后，該等適配值較差的染色體，將逐一被淘汰，而產(chǎn)生出一組具有最佳適配值的染色體。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該方法在選取或不選取該等區(qū)塊，以定義出各該微帶天線所對應(yīng)的染色體時，必須將造成該微帶天線斷開而呈不連續(xù)狀的染色體，視為無效。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于模擬工具，對各該染色體所對應(yīng)的微帶天線形狀進行測試，分別計算出其適配值，該適配值是用以表示各該染色體所對應(yīng)的微帶天線的回反損失值大小。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該方法是將該微帶天線上較長的段落劃分成至少二個以上的區(qū)塊。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該微帶天線可以是一呈連續(xù)蜿蜒的形狀。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用基因運算法設(shè)計出最佳晶片型天線的制造方法，該方法主要是將一陶磁基板上所可能安裝的微帶天線形狀，依基因運算法，分別編碼成復(fù)數(shù)個不同的位元組，作為各該微帶天線的染色體，再令其相互交配，并使用一模擬工具，分別檢測其特性，且在舍棄特性較差的染色體后，令所篩選出的較佳染色體重新交配，如此，反復(fù)進行交配及篩選的步驟，即可篩選出最佳的染色體，然后再對其進行解碼，即求得具有最佳物理特性的微帶天線形狀，并據(jù)以制作出本發(fā)明的晶片型天線，該方法不僅可有效簡化晶片型天線的制造程序，大幅降低其制造成本，更可令其具備極佳的物理特性。
文檔編號H01Q13/08GK1435913SQ0210288
公開日2003年8月13日 申請日期2002年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月29日
發(fā)明者黃啟芳, 李后民 申請人:皇音企業(yè)有限公司