專利名稱：倒f型金屬天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種金屬天線結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于一種在接地面(ground plane)具有饋入點(feed point)并向曲型凹口(curved groove)突出的倒F型金屬天線(metal inverted F antenna；MIFA)。
背景技術(shù)：
通訊技術(shù)由過去數(shù)十年的有線通訊進步至有效及方便的無線通訊，而無線通訊裝置及其成果已隨處可見。天線已經(jīng)成為每個無線通訊系統(tǒng)中的主要建構(gòu)基礎(chǔ)。在多數(shù)例子中，天線并非內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計的主要考慮因素。然而，天線為一種使得射頻能量可于有線通訊線及空間之間轉(zhuǎn)變的單一裝置。因此，天線及電波傳遞(propagation)是影響無線通訊頻道(wirelesscommunication channel)的穩(wěn)健性及品質(zhì)的主要因素。
通常，一般螺旋型(helical)天線或直線型單極(linear monopole)天線是作為可攜端的天線。螺旋型天線或直線型單極天線具有全方向輻射的特性優(yōu)點，為突出于裝置外的形式，因此也較容易被外力所損壞。
稱為平面倒F型天線(planar inverted F antenna；PIFA)的平面天線具有低剖面結(jié)構(gòu)，是作為配置于移動通訊端內(nèi)的內(nèi)部天線。一般平面倒F型天線包含輻射元件、同軸線及接地面。輻射元件通過同軸線饋入并且連接至接地面，使之達到阻抗匹配。一般平面倒F型天線設(shè)計必須根據(jù)輻射元件的寬度，加入輻射元件長度L及天線高度的考慮。平面倒F型天線具有如同方型微帶天線(square-shaped micro-strip antenna)的功能，將輻射單元長度減半以達到低剖面結(jié)構(gòu)。再者，平面倒F型天線為安裝于移動通訊端的內(nèi)部天線，因此設(shè)計上更為美觀并且可避免外力沖擊。
另外，天線的接地面在天線運作時扮演著重要角色。使用印刷的倒F型天線的發(fā)展趨勢刺激了接地面的發(fā)展。倒F型天線和接地面下的其本身形狀互相影響而形成電場。只有在接地面無限大或遠大于單極本身尺寸時，其功用如同完美的能量反射器般穩(wěn)定。實際上，金屬層具有相當(dāng)單極的尺寸，并可作為偶極的其它元件部分。
因為一般天線的最小化方式是基于二維結(jié)構(gòu)的考慮，而此為其最小化的限制。隨著可攜式天線空間日益減少，更急需增進最小化的方法。也需要考慮增進使用空間或饋入速率。
然而，目前無線通訊特征是為有限的頻譜、低傳輸電力及處理能力有限的裝置。此外，一般平面倒F型天線的窄頻特性也是應(yīng)用于現(xiàn)今無線手機時的其中一項限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種平面金屬天線。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種增加頻寬的倒F型金屬天線。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種具有一饋入點，并向接地面內(nèi)的曲型凹口中央突出的金屬天線結(jié)構(gòu)。換句話說，曲型凹口有一開口以容納位于曲形凹口中央的饋入點。
本發(fā)明更進一步的目的在于提供一種包含輻射體的金屬天線結(jié)構(gòu)，上述輻射體包含曲形部分及矩形部分連接至接地面，能增進金屬天線的效能。
本發(fā)明揭露一種倒F型金屬天線，包含接地面、輻射體及饋入點。上述輻射體包含曲形部分及矩形部分，通過曲形部分的第一端連接至接地面并且由接地面的接地點接地，矩形部分連接至曲形部分的第二端。上述饋入點向內(nèi)突出于接地面內(nèi)的曲形凹口的大略中央位置，并連接至輻射體的曲形部分的第二端。其中接地面延伸至輻射體的矩形部分。輻射體的矩形部分與接地面平行。
上述倒F型金屬天線的厚度約為0.3毫米(mm)至2毫米(mm)。輻射體的矩形部分的長度約為1/4波長(λ)。輻射體的矩形部分的寬度是從1/20至1/50波長(λ)。輻射體的曲形部分的最外圍圓的半徑約為1/16波長(λ)。上述輻射體的曲形部分的中央中空圓的半徑約為1/16波長(λ)減去輻射體的矩形部分的寬度。
上述曲形凹口的半徑大于輻射體的矩形部分的寬度。接地面的高度大于曲形凹口的半徑。從連接至矩形部分第一端的端點至曲形凹口的長度大于輻射體的曲形部分最外圍圓的半徑。
根據(jù)上述方案，本發(fā)明的效果是顯著的本發(fā)明的優(yōu)點是提供一兼具接收縱向及橫向的極化電磁波能力的倒F型金屬天線，其可被證明利于在對極化敏感的室內(nèi)環(huán)境中使用。
本發(fā)明所述的倒F型金屬天線可視為一種以平面取代有線輻射元件以增加頻寬的線性倒F型金屬天線。平面倒F型金屬天線的第一項優(yōu)點是，相較于伸縮式/棒狀/螺旋型天線，其可隱匿在手機內(nèi)。第二項優(yōu)點是，可降低傳回至使用者頭部的反向輻射量，降低所吸收的電磁波(SAR)，并增進天線的效能。第三項優(yōu)點是，在水平及垂直的極化情況下皆有適度的高增益。在某些天線方向不固定且反射波在各方位出現(xiàn)的無線通訊環(huán)境中，這種特征非常有用。在那些例子中，水平和垂直極化向量和是應(yīng)考慮的重要參數(shù)。


圖1為本發(fā)明的倒F型金屬天線的橫向示意圖。
圖1A為本發(fā)明的倒F型金屬天線的側(cè)視示意圖。
圖2為本發(fā)明的平面倒F型金屬天線的縱向示意圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的駐波比(SWR)的示意圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的2.4GHz共振頻率下的輻射場型圖(radiationpattern)。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的2.45GHz共振頻率下的輻射場型圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的2.5GHz共振頻率下的輻射場型圖。
主要元件符號對照10接地面20輻射體21矩形部分22曲形部分23第一端24第二端25接地點30饋入點32曲形凹口具體實施方式
根據(jù)下列較佳實施例的詳細敘述與后附圖式，將可更快了解本發(fā)明所述的物件、特征及優(yōu)點。
參考后附圖式，本發(fā)明將詳細地敘述較佳實施例。于圖式中，不同圖式中的相同或相似的元件是以相同元件符號表示。在以下敘述中，所包含的已知功能及結(jié)構(gòu)將不再詳述，以避免混淆本發(fā)明的主題。
圖1、1A為本發(fā)明的倒F型金屬天線的橫向示意圖及側(cè)視示意圖。如圖1、1A所示，倒F型金屬天線的輻射體元件結(jié)合至接地金屬面(ground metalplane)10的一端。代表天線效能的天線基本特性包含阻抗(impedance)、電壓駐波比(voltage standing wave ratio；VSWR)或駐波比(standing waveratio；SWR)、大小輻射場型圖(amplitude radiation patterns)、方向性(directivity)、增益值(gain)、極化(polarization)及頻寬(bandwidth)。
為了達到有線或同軸(coaxial)傳輸線及天線之間最大化的電力傳輸，天線的輸入阻抗與傳輸線的特性阻抗(characteristic impedance)必須互相匹配(match)。傳輸線的最大電壓及最小電壓之間的比例定義為電壓駐波比(VSWR)。電壓駐波比(VSWR)由反射及前進波的等級(level)所導(dǎo)出，并且也為天線端輸入阻抗與傳輸線的特性阻抗匹配程度的指標(biāo)。電壓駐波比(VSWR)增加是表示天線及傳輸線之間的不匹配(mismatch)程度的增加。
參考圖1、1A，為顯示本發(fā)明的倒F型金屬天線的橫向示意圖及側(cè)視示意圖。倒F型金屬天線包含一接地面10。一輻射體(raditor)20，包含一曲形部分(cured shape portion)22及一矩形部分(rectangular portion)21，輻射體20通過曲形部分22的一第一端(first end)23連接至接地面10，并且由接地面10的接地點(ground point)25接地。接地點25具有一接地線，約略配置于輻射體20的邊緣。饋入點(feed point)30配置于接地面10上的曲形凹口32內(nèi)。也就是說，接地面10具有一朝向饋入點30的曲形凹口32，以在該凹口32的大致中央位置容納饋入點30。應(yīng)注意任何形狀的凹口皆可應(yīng)用。再者，饋入點30可作為同軸饋入(coaxial feed)來實施。饋入點30的實施方式也可通過置于輻射體20的邊緣來達成。此外，輻射體20包含一曲形部分22及一矩形部分21。饋入點30連接至曲形部分22的一第二端24。應(yīng)注意接地面10延伸至輻射體20的矩形部分21。輻射體20的矩形部分21與接地面10大致上平行。
平面輻射體于曲形部分及矩形部分之間的交接口具有一凹口(groove)。上述的平面金屬天線結(jié)構(gòu)適用于多于一頻率范圍。矩形部分21的開口端(open end)位于輻射體20的矩形部分21的邊緣。
為了依照所需而操作倒F型金屬天線，曲形部分22配置于接地面10及饋入點30之間，且饋入點30向內(nèi)凸出于接地面10內(nèi)的曲形凹口32。矩形部分21是由曲形部分22的第二端24延伸。接地面10延伸至矩型部分21，因此接地面10可提供一充足的平臺與傳輸裝置(如基地臺)接合。
再者，當(dāng)矩形部分21及曲形部分22連接至一般接地元件時，可制成一完整的內(nèi)部金屬天線。較佳地，饋入點30垂直配置至輻射體20，并向內(nèi)凸出于接地面10內(nèi)的曲形凹口32的中央。然而，當(dāng)以配置內(nèi)部金屬天線的結(jié)構(gòu)端為基礎(chǔ)的接地情況改變時，也可適當(dāng)改變饋入元件、輻射體及接地間的一些物理參數(shù)，能使輻射元件分別輻射出預(yù)定頻率的極化波(polarizedwaves)。并且，輻射元件可以是經(jīng)過各種潤飾的有線或平面輻射元件。
上述倒F型金屬天線的厚度Z約為0.3毫米(mm)至2毫米(mm)。輻射體20的矩形部分21的長度L約為1/4波長(λ)。1/4波長是表示天線長度為達到諧振的操作頻率波長的1/4。輻射體20的矩形部分21的寬度T約為1/20至1/50波長(λ)。輻射體20的曲形部分22的最外圍圓的半徑R約為1/16波長(λ)。上述輻射體20的曲形部分22的中央中空圓的半徑r約為1/16波長(λ)減去輻射體20的矩形部分21的寬度T。值得注意的是，本發(fā)明在此說明的個別實施例的目的是用以說明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明。
上述金屬天線結(jié)構(gòu)的高度大于或等于輻射體20的矩形部分21的寬度T及輻射體的曲形部分22的中央中空圓的半徑r的總和。矩形部分21的開口端至輻射體20的曲形部分22的中心的長度大于矩形部分21的長度L及輻射體20的曲形部分22的中央中空圓的半徑r的總和。上述金屬天線結(jié)構(gòu)的總長大于輻射體20的矩形部分21的長度L及輻射體20的曲形部分22的最外圍圓的半徑R的總和。曲形凹口32的半徑Sr大于輻射體20的矩形部分21的寬度T。甚者，曲形凹口32的直徑大于饋入點30的直徑，如此曲形凹口32即可容納饋入點30。接地面10的高度W大于曲形凹口32的半徑Sr。從連接至曲形部分22的第一端23的端點至曲形凹口32的長度A大于輻射體20的曲形部分22的最外圍圓的半徑R。
圖2為本發(fā)明的倒F型金屬天線的縱向示意圖。輻射體20可垂直放置以和傳輸裝置(如基地臺)連接。矩形部分21的位置應(yīng)位于曲形部分22的上方。
圖3為顯示倒F型金屬天線的駐波比(SWR)的示意圖。代表天線功效的一基本特性為駐波比(SWR)。駐波比(SWR)是由反射及前進波的等級(level)所導(dǎo)出，并且也為金屬天線端輸入阻抗與傳輸線的特性阻抗匹配程度的指標(biāo)。圖3中的位置4及5的相對應(yīng)的頻率分別為2.59496GHz及2.25823GHz。因此，金屬天線的頻寬可大于340MHz，金屬天線的效能十分良好。
此外，考慮到短距無線傳輸裝置的輸出動力及接收敏感度的標(biāo)準值，倒F型金屬天線的多方向性能具有確實滿足一般室內(nèi)環(huán)境所需性能的增益值。
參考圖4至圖6，為根據(jù)本發(fā)明的實施例分別顯示2.4、2.45及2.5GHz共振頻率(resonant frequency)下的金屬天線輻射場型圖(radiationpattern)。圖4為顯示H平面輻射場型圖，并且于角度348度時其增益值約為3.80dBi，而其平均增益值為0.57dBi。圖5為顯示H平面輻射場型圖，并且于角度345度時其增益值約為4.02dBi，而其平均增益值為0.81dBi。圖6為顯示H平面輻射場型圖，并且于角度339度時其增益值約為3.96dBi，而其平均增益值為0.75dBi。根據(jù)本發(fā)明的利用矩形與曲形輻射元件所設(shè)計及制造的金屬天線的輻射場型圖的量測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)可得到超過0dBi的良好增益值。本發(fā)明實施例的金屬天線輻射場型圖具有相當(dāng)進步的接收效能。
本發(fā)明以較佳實施例說明如上，然而其并非用以限定本發(fā)明所主張的專利權(quán)利范圍。其專利保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書及其等同領(lǐng)域而定。凡熟悉此領(lǐng)域的技藝者，在不脫離本專利精神或范圍內(nèi)，所作的更動或潤飾，均屬于本發(fā)明所揭示精神下所完成的等效改變或設(shè)計，且應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種倒F型金屬天線，其特征在于，包含一接地面；一輻射體，包含一曲形部分及一矩形部分，通過該曲形部分的一第一端連接至該接地面并且由該接地面的一接地點接地，該矩形部分連接至該曲形部分的一第二端；以及一饋入點，向內(nèi)突出于該接地面內(nèi)的一凹口，并連接至該輻射體的該曲形部分的該第二端；其中該接地面延伸至該輻射體的該矩形部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒F型金屬天線，其特征在于，其中該輻射體的該矩形部分與該接地面平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒F型金屬天線，其特征在于，其中該金屬天線結(jié)構(gòu)的厚度約為0.3毫米至2毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒F型金屬天線，其特征在于，其中該輻射體的該矩形部分的長度約為1/4波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒F型金屬天線，其特征在于，其中該輻射體的該矩形部分的寬度是從1/20至1/50波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒F型金屬天線，其特征在于，其中該輻射體的該曲形部分的最外圍圓的半徑約為1/16波長。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒F型金屬天線，其特征在于，其中該輻射體的該曲形部分的中央中空圓的半徑約為1/16波長減去該輻射體的該矩形部分的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒F型金屬天線，其特征在于，其中該凹口為一曲形凹口，且其半徑大于該輻射體的該矩形部分的寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒F型金屬天線，其特征在于，其中該接地面的高度大于該凹口的半徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒F型金屬天線，其特征在于，其中連接至該曲形部分的該第一端的端點至該凹口的長度大于該輻射體的該曲形部分最外圍圓的半徑。
全文摘要
本發(fā)明公開一種倒F型金屬天線，該倒F型金屬天線包含接地面、輻射體及饋入點。上述輻射體包含曲形部分及矩形部分，通過曲形部分的第一端連接至接地面并且由接地面的接地點接地，矩形部分連接至曲形部分的第二端。上述饋入點向內(nèi)突出于接地面內(nèi)的一凹口，并連接至輻射體的曲形部分的第二端；且接地面延伸至輻射體的矩形部分。本發(fā)明能增加頻寬、增進金屬天線的效能。
文檔編號H01Q1/38GK101093909SQ20071000554
公開日2007年12月26日 申請日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者李長榮 申請人:智易科技股份有限公司