專利名稱：小型化印刷電路板天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及天線結構，特別是用于各種應用的小型化印刷電路板(print circuit board, PCB)天線，例如，用于便攜式電子通信裝置的小型化印刷電 路板天線。
背景技術：
便攜式電子通信裝置，如個人數(shù)字助理(PDA)，移動電話，或智能手機， 均需要天線以與通信系統(tǒng)中的另一裝置建立無線連接。在電信產業(yè)中，多種 芯片天線通常使用于整合藍牙、GPS、或萁它裝置中的便攜式電子通信裝置 中。然而，使用芯片天線會增加制造成本，因而減少便攜式電子通信裝置的 競爭力。另一方面，芯片天線的效能會大大的受環(huán)境影響，舉例來說芯片 天線的特性，如頻帶、輸入阻抗、增益及相似特性，會隨印刷電路板(PCB) 的改變而改變，而必須增加額外的組件至天線以達成良好的阻抗匹配，增加 了設計復雜程度。
因此，在現(xiàn)有關于設計小型化印刷電路板技術中，通常利用印刷電路板 天線代替芯片天線，并有兩種已知的方法，即如圖IA所示現(xiàn)有技術中單極 天線(monopole)及如圖IB所示現(xiàn)有技術中倒F天線(inverted-F)的結構 示意圖。圖1A所示的單極天線具有延伸超出接地約1/4波長距離的傳輸線， 以形成輻射體，也稱為輻射元件。單極天線的阻抗匹配可通過調整輻射體與 接地平面間的距離輕易達成。然而，單極天線的方法會占用較大空間，例如 50歐姆匹配的單極天線仍然需要相當大的距離。因此，單極天線不適合小型 的電子通信裝置。另一方面，圖1B所示的倒F天線的結構類似于單極天線， 除了倒F天線是增加短路路徑至接地。短路路徑用于減少介于輻射體與上述 接地面之間的距離。
不過，當便攜式電子通信裝置變的越來越小，甚至常見的芯片天線或單 極天線及倒F天線對于小型化的可攜式電子通信裝置來說仍太大。當可攜式 電子通信裝置需要用于多項應用(如移動電話、GPS、藍牙等)的多種天 線時，情況變的更嚴重。
因此，需要小型化印刷電路板天線，而能使用于小型便攜式電子通信裝 置中。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種小型化印刷電路板天線，以滿足便攜式電子通信裝置對 天線的要求。
本發(fā)明揭露一種小型化印刷電路板天線，包含基板；接地，位于基板 上；輻射元件，圖刻在基板上。短路路徑，圖刻在基板上，短路路徑從該輻 射元件的分支點延伸。且其中分支點界定出輻射元件的第一段及第二段，且 第一段在第一段的一端具有饋入接腳以及第二段是彎曲的。其中介于輻射元 件與接地之間的短路路徑圍繞第二段的一部分且連接至接地。
本發(fā)明提供的小型化印刷電路板天線通過將短路路徑圍繞輻射元件的第 二段的一部分，進一步的，本發(fā)明提供的小型化印刷電路板天線的基板包含 多層及導通孔，以實現(xiàn)延伸天線于基板的不同層，天線可進一步縮小其尺寸， 進而滿足應用需求。


圖1A是現(xiàn)有技術中單極天線的結構示意圖。 圖1B是現(xiàn)有技術中倒F天線的結構示意圖。
圖2是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例小型化印刷電路板天線的俯視圖。 圖3是顯示如圖2所示且尺寸為3mm x 20mm的小型化印刷電路板天線 的仿真曲線及實驗結果示意圖。
圖4是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電路板天線的俯視圖。
圖5是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電路板天線的俯視圖。 圖6是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電路板天線的俯視圖。 圖7是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電路板天線的俯視圖。
圖8，是依據(jù)本發(fā)明實施例小型化印刷電路板天線延伸于基板不同層的
透視圖。
圖9是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電路板天線延伸于基板不
同層的透視圖。
圖IO是顯示如圖9所示的小型化印刷電路板天線的實驗結果示意圖。 圖11是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電路板天線延伸于基板 不同層的透視圖。
圖12是顯示圖11所示的小型化印刷電路板天線實驗結果的曲線圖。 圖13是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例小型化印刷電路板天線延伸于基板不 同層的俯視圖。
圖14是顯示圖13所示的小型化印刷電路板天線實驗結果的曲線圖。 圖15是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例小型化印刷電路板天線延伸于基板不 同層的俯視圖。
圖16是顯示圖15所示的小型化印刷電路板天線實驗結果的曲線圖。 圖17是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例小型化印刷電路板天線延伸于基板不 同層的透視圖。
圖18是顯示圖17所示的小型化印刷電路板天線實驗結果的曲線圖。
具體實施例方式
揭露一種小型化印刷電路板天線。參考下列實施例并配合圖2至圖18 的

，可使本發(fā)明的敘述更加詳細，但下列實施例并非是對本發(fā)明的 限制。
參考圖2，其是顯示依據(jù)本發(fā)明實施例小型化印刷電路板天線200的俯 視圖。小型化印刷電路板天線200包含基板202，如本領域內技術人員所熟
知的FR4、 FR權、或Rogers 4003;輻射元件210，圖刻(patterned)在基板 202上；在基板202上的接地(ground) 204;及短路路徑206，圖刻在基板 202上。短路路徑206的一端在A點電性連接接地204，且短路路徑206的 另一端電性連接輻射元件210于分支點，稱作B點。B點界定出輻射元件210 的第一段211與第二段212。第一段211在第一段211的一端(即C點)具有 饋入接腳(feedpin)，且第二段212是彎曲的。在本實施例中，第二段212 在D點與E點具有兩轉彎(tum)。介于輻射元件210與接地204間的短路路 徑206圍繞第二段212的一部分。需要說明的是，盡管本實施例中第二段212 僅有兩個轉彎，在其它實施例可有更多的轉彎。此外，盡管兩個轉彎均為90 度角，在其它實施例中可為任何度數(shù)的角度，即上述"轉彎"意指改變方向 并不表示要轉直角。
需要說明的是，如圖2所示，短路路徑206從E點圍繞第二段212至第 二段212的一端。然而，在另一實施例中，天線的短路路徑206可圍繞天線 第二段的"任何部分"，優(yōu)選的，圍繞第二段的一部分以縮小天線的尺寸。
通過從A點延伸短路路徑206至輻射元件210與接地204之間并連接至 接地204以便于圍繞第二段212的一部分，可有效的減少輻射元件210與接 地204間的距離。圖3是顯示如圖2所示且尺寸為3mmx20mm的小型化印 刷電路板天線的仿真曲線及實驗結果示意圖。由結果得知，小型化印刷電路 板天線的頻寬可為70MHz，其返回損失(RetumLoss)小于-10dB。
圖4是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電路板天線的俯視圖。除 了上述第二段212的一端連接至金屬平面413之外，小型化印刷電路板天線 的結構400相似于小型化印刷電路板天線200。特別的是，第二段212截止 于金屬平面413。此結構尺寸可為4.5mm x 12mm且仿真與實驗數(shù)據(jù)顯示其 頻寬約80MHz，返回損失小于-10dB。
圖5是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電路板天線的俯視圖。除 了上述第二段212的一端連接至傳輸線513之外，小型化印刷電路板天線的
結構500相似于小型化印刷電路板天線200。特別的是，第二段212截止于 傳輸線513。此結構尺寸可為7mmx8mm且仿真與實驗數(shù)據(jù)顯示，其頻寬約 80MHz，返回損失小于-1 OdB 。
此外，請參照圖6與圖7，圖6是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例小型化印刷 電路板天線的俯視圖，以及圖7是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電 路板天線的俯視圖。在本發(fā)明的另一實施例中，上述第一段可彎曲，即如圖 6所示的小型化印刷電路板天線600，第一段211在F點與G點具有兩轉彎。 所產生的結構尺寸可為3mm x 17.5mm，且仿真與實驗數(shù)據(jù)顯示頻寬約 130MHz其電壓駐波比(VSWR)小于3: 1，以及70MHz，而返回損失小于 -lOdB。若第一段211具有更多轉彎，即如圖7所示的結構，第一段211在F、 G、 H、 I點轉向四次。小型化印刷電路板天線700進一步減少其尺寸至3mm x 15mm，且小型化印刷電路板天線700的頻寬約變成70MHz且返回損失小 于-10dB。
參照圖8，是依據(jù)本發(fā)明實施例小型化印刷電路板天線800延伸于基板 不同層的透視圖。小型化印刷電路板天線800包含基板802，如本領域內技 術人員所熟知的FR4、 FR408或Rogers4003;輻射元件810，圖刻在基板802; 在基板802上的接地804;以及短路路徑806，圖刻在基板802上。短路路徑 806的一端電性連接接地804于A點，而短路路徑806的另一端電性連接輻 射元件810于分支點，稱作B點。B點界定出輻射元件810的第一段811及 第二段812。第一段811具有在其-一端(即C點)處的饋入接腳(feedpin)，而第 二段812通過導通孔(viahole)延伸至基板802的其它層的底層。其中接地804、 輻射元件810及短路路徑806位于基板802的頂層上。第二段812通過導通 孔以在D點與E點形成兩轉彎。位于輻射元件810與接地804之間的短路路 徑806圍繞第二段812的一部分，并電性連接至接地804。在圖8所示的實 施例中，第二段812以金屬平面作為結束。另一實施例中，第二段812可截 止于傳輸線。圖8結構尺寸可為3mmx llmm，且仿真與實驗數(shù)據(jù)顯示其具
頻寬約60MHz，返回損失小于-10dB。
圖9是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電路板天線延伸于基板不 同層的透視圖。在圖9所示的另一實施例中，小型化印刷電路板天線900的 第二段812延伸至基板802的底層或其它層，且在基板802底層上的J點及 K點具有兩轉彎。所造成的結構尺寸可為2.5mm x 10mm，其實驗結果如圖 10所示。圖10是顯示如圖9所示的小型化印刷電路板天線的實驗結果示意 圖。從圖10所示的曲線圖可知，小型化印刷電路板天線900具有頻寬約 55MHz，返回損失小于-10dB。
此外，若界定每一基板具有一對長邊與--對短邊，小型化印刷電路板天 線200、 400、 500、 600、 700、 800及900的輻射元件可實質地延伸于平行于 基板長邊的第一方向，且小型化印刷電路板天線200、 400、 500、 600、 700、 800及900的輻射元件也可大致地延伸至平行于基板短邊的第二方向。舉例 來說，請參照圖ll，是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實施例小型化印刷電路板天線延 伸于基板不同層的透視圖。在圖11所示的一實施例中，輻射元件810，或更 特別地，小型化印刷電路板天線1100的第二段812延伸至基板802的底層， 且在基板802底層的J點、K點、L點處具有三個轉彎。請注意，實施例中 第二段812延伸于第二方向而不是第一方向。明確地說，本實施例中的"第 二方向"是相對于上述第二段大致地延伸于"第一方向"的實施例。圖11 的結構其尺寸可為3mm x 10mm，且圖12是顯示圖11所示的小型化印刷電 路板天線實驗結果的曲線圖。從圖12所示的曲線圖可知，小型化印刷電路板 天線1100達到良好的阻抗匹配。
無論延伸于第一方向或第二方向，上述所有接地、輻射元件及短路路徑 均位于基板的角落處附近。然而，本發(fā)明的接地、輻射元件及短路路徑也可 沿一側配置，例如基板的一長邊或一短邊配置。例如，圖13是顯示依據(jù)本發(fā) 明一實施例小型化印刷電路板天線1300延伸于基板不同層的俯視圖。小型化 印刷電路板天線1300包含基板1302，如本領域內技術人員所熟知的FR4、
FR408、或Rogers 4003;輻射元件1310，圖刻在基板1302上；在基板1302 上的接地1304;以及短路路徑1302。短路路徑1306的一端電性連接接地1304 于A點，且短路路徑1306的另一端電性連接輻射元件1310于分支點，稱作 B點。B點界定出輻射元件1310的第一段1311與第二段1312。第一段1311 在其一端(即C點)具有饋入接腳(feed pin)，且第二段1312通過導通孔延 伸至基板1302的底層或其它層(未圖示)。第二段1312穿過導通孔形成多 個轉彎(未圖示)。介于輻射元件1310與接地1304間的短路路徑1306圍繞 第二段1312的一部分。圖13的結構其尺寸可為3mmx 12mm，且圖14是顯 示圖13所示的小型化印刷電路板天線實驗結果的曲線圖。表明同樣能達到良 好的阻抗匹配。
圖15是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例小型化印刷電路板天線延伸于基板不 同層的俯視圖。小型化印刷電路板天線1500沿一側(如基板1502的一長邊 或一短邊)的配置。相對于圖13所示的印刷電路板天線1300，基板1502的 饋入接腳與短接腳位置不同于基板1302的饋入接腳與短接腳位置。因此，結 構相對應于改變的饋入接腳與短接腳的位置而改變，改變后的結構尺寸可為 3mmxl2mm，且實驗結果如圖16所示，圖16是顯示圖15所示的小型化印 刷電路板天線實驗結果的曲線圖。
再者，若天線不得不以不規(guī)則的多角形而會占用空間時，如圖17所示的 L形，則天線可設計如下。圖17是顯示依據(jù)本發(fā)明一實施例小型化印刷電路 板天線1700延伸于基板不同層的透視圖。小型化印刷電路板天線1700包含 基板1702，如本領域內技術人員所熟知的FR4、 FR408或Rogers4003;輻射 元件1710，圖刻在基板1702上；在基板1702上的接地1704;以及短路路徑 1706，圖刻在基板1702上。短路路徑1706的一端電性連接接地1704于A 點，而短路路徑1706的另一端電性連接輻射元件1710于分支點，稱作B點。 B點界定出輻射元件1710的第一段1711及第二段1712。第一段1711在其 一端(即C點)具有饋入接腳(feedpin)，及第二段1712通過導通孔延伸至基板
1702的底層或其它層。第二段1712通過導通孔在D點與E點形成兩轉彎。 位于輻射元件1710與接地1704之間的短路路徑1706圍繞第二段1712的一 部分，并電性連接至接地]704。在本實施例中，為配合此區(qū)域，第二段1712 同時在以上所界定的第一方向及第二方向延伸，并在基板1702底層或基板 1702其它層上的J點、K點及L點具有三個轉彎。圖17結構尺寸可為7mm x7mm，且實驗資料如圖18所示。圖18是顯示圖17所示的小型化印刷電路 板天線實驗結果的曲線圖。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求范圍所做的均 等變化與修飾，都應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種小型化印刷電路板天線，其特征在于，所述的小型化印刷電路板天線包含基板；接地，位于所述的基板上；輻射元件，圖刻在所述的基板上；以及短路路徑，圖刻在所述的基板上，所述的短路路徑從所述的輻射元件的分支點延伸；其中所述的分支點界定出所述的輻射元件的第一段及第二段，且所述的第一段在所述的第一段的一端具有饋入接腳以及所述的第二段是彎曲的；以及其中介于所述的輻射元件與所述的接地之間的所述的短路路徑圍繞所述的第二段的一部分且連接至所述的接地。
2. 如權利要求1所述的小型化印刷電路板天線，其特征在于，所述的第 二段的一端截止于金屬平面或傳輸線。
3. 如權利要求1所述的小型化印刷電路板天線，其特征在于，所述的第 一段是彎曲的。
4. 如權利要求3所述的小型化印刷電路板天線，其特征在于，所述的第 一段是通過多個轉彎而彎曲。
5. 如權利要求1所述的小型化印刷電路板天線，其特征在于，所述的接 地、所述的輻射元件及所述的短路路徑位于所述的基板的頂層上。
6. 如權利要求5所述的小型化印刷電路板天線，其特征在于，所述的基 板具有導通孔及所述的第二段是經(jīng)由所述的導通孔延伸至所述的基板的底 層。
7. 如權利要求6所述的小型化印刷電路板天線，其特征在于，所述的第二段在所述的基板的所述的底層上具有多個轉彎。
8. 如權利要求1所述的小型化印刷電路板天線，其特征在于，所述的接 地、所述的輻射元件及所述的短路路徑是位于所述的基板的角落處。
9. 如權利要求1所述的小型化印刷電路板天線，其特征在于，所述的接 地、所述的輻射元件及所述的短路路徑位于沿著所述的基板的一側。
10. 如權利要求1所述的小型化印刷電路板天線，其特征在于，所述的基 板具有長側及短側，且所述的輻射元件大致沿平行于所述的長側的第一方向、 平行于所述的短側的第二方向或同時在所述的第一方向及所述的第二方向延 伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型化印刷電路板天線，包含基板；位于基板上的接地；圖刻在基板上的輻射元件；以及圖刻在基板上的短路路徑。短路路徑從輻射元件的分支點延伸。其中分支點界定出輻射元件的第一段及第二段；且第一段具有在第一段的一端的饋入接腳(feed pin)，而第二段是彎曲的。其中介于輻射元件與接地之間的短路路徑圍繞第二段的一部分且連接至接地。本發(fā)明提供的小型化印刷電路板天線的基板通過將短路路徑圍繞輻射元件的第二段的一部分，因而天線可進一步縮小其尺寸，進而滿足應用需求。
文檔編號H01Q1/38GK101179151SQ200710169250
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權日2006年11月7日
發(fā)明者葉明豪 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司