专利名称：可增加频宽的微带天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微带天线，更具体地说，涉及一种可利用印刷电路板的制作技术，将金属微带及接地板直接制作在一电路板上，以有效降低微带线在馈入电波讯号时所产生的电感效应，并可增加频宽的微带天线。
背景技术：
在目前被广泛使用的无线电子产品中，天线是一种极为重要且不可缺少的元件，其主要功能是将电子产品中所产生的微波讯号辐射到空气中，或是将空气中的微波讯号接收进入到电子产品的系统中，因此，该等电子产品中所使用的天线品质如何，或天线特性是否匹配，均将对所发出或所接收到的微波讯号产生极大的影响，并将影响到该等电子产品中射频电路及数字电路的设计效能。故，该等无线电子产品的设计及制造厂家，在设计天线或将天线安装至产品上时，必须格外注意天线的辐射效能，以免对产品系统产生影响。
在该等电子产品中，较常被应用的天线，根据结构及特性的不同，大致可区分成下列三种(1)微带天线(patch antenna)，如图1所示，该微带天线10的最常见设计是以陶瓷材料(ceramic material)作为基材(substrate)，并利用事先做好的模具，通过成型机制造出一陶瓷板，再经烧结后，获得基板11，在该基板11的上、下表面分别利用网版印刷及蚀刻方式印制一呈方形或矩形的辐射金属片(patch)12及一接地金属面(ground plane)13，并利用一馈入针(feed pin)14在依序贯穿辐射金属片(patch)12及基板11后，与一电波讯号馈入线15(如一同轴电缆线)相连接，从而在辐射金属片12与接地金属面13之间形成共振腔，产生高频电磁场，并通过辐射金属片12的四周与该接地金属面13间的缝隙向外辐射出去。由于，这种微带天线10具有体积小、结构坚固的特性，再加上陶瓷的高介电系数及低温度系数，对于温度的稳定性极高，且具有功率损失低等优点，可适用于不同的气候环境。现今使用在全球定位系统或GSM移动电话等商品中的陶瓷基板微带天线(ceramic patch antenna)，就是这种微带天线10的一具体实施例。然而由于这种微带天线10的制程较为繁杂，导致其成本高居不下，且用一般同轴电缆线作为电波讯号的馈入线15，不仅在安装上较费时费工，同时还因需设置一支馈入针14，并通过焊接方式将其固定在辐射金属片12及基板11上，因此，极易因焊接点不一致而造成天线品质不稳定。
(2)以微带天线作为馈入线的微带天线，如图2所示，这种微带天线20是以一般电路板作为基板21，并利用网板印刷及蚀刻技术，在基板21的上、下表面分别印制一呈方形或矩形的辐射金属片(patch)22及一接地金属面(ground plane)23，该辐射金属片22在其一侧缘邻近中央位置处延伸有一微带线24，该微带线24延伸至基板21的边缘，以作为微带天线20的电波讯号馈入线，在辐射金属片22上邻近与微带线24相连接的位置处沿微带线24的两侧，分别开设有一缝隙221，通过该缝隙221使其上所通过的电流路径W被迂回化，进而使电流路径W变长，以实现微带天线20小型化的目的。然而，在辐射金属片22上沿微带线24两侧开设缝隙24的作法，会因其上电流需迂回通过两缝隙221侧边的二金属片222，从而产生很强的电感效应，严重影响到微带天线20的增益及频宽，并使其频宽无法增加。
(3)以共面波导(coplanar wave guide)方式馈入的微带天线，如图3所示，微带天线30也是以一般电路作为基板31，并利用网版印刷及蚀刻技术，在基板31的上下表面分别印制一呈方形或矩形的辐射金属片(patch)32及一接地金属面(ground plane)33，同时，在该接地金属面33上预留一空间331，在该空间331内印制一微带线34，并使微带线34的一端可以共面波导方式，以将电波讯号馈入至辐射金属片32，这种天线由于其架构复杂，设计不易，故制作程序复杂，成本较高。
此外，微带天线的设计及制造厂家，为了增加传统微带天线的频宽，一般都是通过改变其架构，使微带天线本身能共振出两种以上的不同模态，以在相邻的频带上创造出更多频宽，但是这种作法不仅在设计上十分困难，即使设计完成，也可能因迁就现实的需要，而将其设计成尺寸更大的微带天线，违反了轻、薄、短、小的设计趋势。
有鉴于此，本发明中的创作者为了增加传统微带天线的频宽，凭借其多年从事相关行业的经验与实践，并经潜心研究与开发，终创造出一种可增加频宽的微带天线。
发明内容
为此，本发明中可增加频宽的微带天线主要是为了解决现有微带天线所存在的上述缺陷。
本发明中可增加频宽的微带天线，包括一介电质基板；一金属接地板，该金属接地板以金属微带的型式制作在所述介电质基板的一侧面上；一辐射金属片，该辐射金属片以金属微带的型式制作在所述介电质基板的另一侧面上，其大小为小于所述介电质基板，且在其一侧缘邻近中央的位置处延伸设有一微带线，该微带线沿所述介电质基板的边缘方向延伸，以作为微带天线的电波讯号馈入线；其中在所述辐射金属片邻近与该微带线相连接的位置处，沿该微带线的单一侧边开设有一缝隙，通过该单一缝隙使微带天线上所通过的电流路径，仅有单边被迂回化。
最好，所述沿微带线单一侧边所开设的缝隙设计成向该缝隙开口端呈渐扩的形状，以有效控制电流通过该单边缝隙一侧金属片的路径，使其偏离与微带线上的电流路径。
另外，所述渐扩形状可以是阶梯状的渐扩形状，也可以弧状的渐扩形状。
本发明中可增加频宽的微带天线是利用沿微带线单一侧边金属片上所形成的缝隙，而大幅度降低微带线在馈入电波讯号时所产生的电感效应，从而有效增加其频宽，并通过简单且易于制作的结构设计，来有效降低设计及生产成本。
另外，本发明中可增加频的微带天线通过改变微带线单一侧边与辐射金属片之间所形成的缝隙形状与大小，来进一步改善微带天线的匹配效果。
下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。
图1是传统微带天线的立体外观示意图；图2是传统微带线作为馈入线的微带天线的立体外观示意图；图3是传统微带线作为耦合馈入线的微带天线的立体外观示意图；图4是本发明中微带天线较佳实施例一的平面示意图；图5是图4中所示微带天线的侧视示意图；图6是本发明中微带天线另一较佳实施例的立体外观示意图；图7是本发明中微带天线又一较佳实施例的立体外观示意图；图8是图4中所示微带天线对应的实测数据示意图；图9是图6中所示微带天线对应的实测数据示意图；图10是图7中所示微带天线对应的实测数据示意图；图11是图2中所示传统微带天线对应的实测数据示意图。
具体实施例方式
如图4和图5所示，本发明中可增加频宽的微带天线是利用印刷电路的制作技术，即在制作微带天线40时，直接将一辐射金属片41及一金属接地板42分别印制在一介电质基板43的两侧面上，其中，辐射金属片41的大小为小于介电质基板43，且在该辐射金属片41一侧缘邻近中央的位置处延伸设有一微带线44，该微带线44沿介电质基板43的边缘方向延伸，作为微带天线40的电波讯号馈入线。
在本发明的较佳实施例一中，如图4和图5所示，需特别注意的重要特征是辐射金属片41在邻近与微带线44相连接的位置处利用蚀刻技术，沿微带线44的单一侧边开设有一缝隙411，借助于该单一缝隙411使微带天线40上所通过的电流路径W，仅有单边被迂回化，利用该设计方式，不仅仍可使电流路径W变长，以实现微带天线40小型化的目的，同时，由于电流路径W仅有单边被迂回化，因此，电流仅在迂回通过单边缝隙411一侧的金属片412时产生电感效应，至于缝隙411另侧金属片413上所通过的电流，则不会产生较强的电感效应，如此，可增加该微带天线40的增益与频宽。
本发明中微带天线40的制作方式是在制作印刷电路板时，直接将辐射金属片41、金属接地板42、微带线44及缝隙411等特征一并制作在印刷电路板上，这样不仅结构简单，易于制作，且所制作出的微带天线40也拥有较大的有效频宽。此外，本发明在制作微带天线40时也可依实际需求，通过调整缝隙411的形状及大小来控制电流通过单边缝隙411一侧金属片412时的路径W，进而控制所产生的电感效应，以增加微带天线40的增益及频宽，使其符合产品的规格需求。
因此，在本发明的另一较佳实施例中，如图6所示，可将前述较佳实施例中沿微带线44单一侧边所开设的缝隙411，根据实际上对微带天线40的增益及频宽的规格要求，将缝隙411的形状及大小设计成向该缝隙411开口端呈渐扩的形状，以有效控制电流通过单边缝隙411一侧金属片412的路径W，使其偏离微带线44上的电流路径，以有效降低其间电感效应对电波馈入讯号的影响，使频宽增加，从而得到更佳的匹配效果。
本发明还可根据前述二最佳实施例的设计条件，分别制作三个大小形状相同的微带天线40，如图4、图6和图7所示，其中微带天线40均是在微带线44的单一侧边开设一缝隙411，其不同之处是图4中所示的微带天线40的缝隙411呈一长条形，图6中所示的微带天线40的缝隙411呈一二阶的渐扩状，而图7中所示的微带天线40的缝隙411则呈一三阶的渐扩状，该等微带天线40经利用检测频率及阻抗仪器，对其进行检测后，其检测结果分别如图8、图9及图10中所示，此时，若再利用检测频率及阻抗仪器，对一大小形状相同的传统微带天线进行检测，如图2所示，进行检测后，其检测结果如图11所示，由该等检测结果可轻易得知，本发明中所设计的微带天线40在-10dB位置作为比较基准(即标示Δ1及Δ2间)，与传统微带天线进行分析比对时，确实具有较大的频宽，并获得更佳的匹配值。
由所述可知，由于本发明的微带天线40可有效增加频宽，使微带天线40在批量生产时，其有效频宽可涵盖产品本身所要求的频带规格，故有效地增加了批量生产时的规格容忍度。此外，通过改变单边缝隙411的大小及形状(可为其它弧形渐扩等形状)，也可有效控制天线辐射的方向，将天线辐射系统所造成的影响降至最低，并使本发明所设计的微带天线40的天线增益(antenna gain)，较一般传统全向性天线更佳，如此，将可显著改善对电波讯号的有效传递与接收距离。
另外，上述虽然对本发明中的较佳实施例作了说明，但并不能作为本发明的保护范围，即对本领域的普通技术人员来说应该明白，在不脱离本发明的设计精神下可以对其作出等效的变化与修饰，因此，凡是在不脱离本发明的设计精神下所作出的等效变化与修饰，均应认为落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种可增加频宽的微带天线，包括一介电质基板；一金属接地板，该金属接地板以金属微带的型式制作在所述介电质基板的一侧面上；一辐射金属片，该辐射金属片以金属微带的型式制作在所述介电质基板的另一侧面上，其大小为小于所述介电质基板，且在其一侧缘邻近中央的位置处延伸设有一微带线，该微带线沿所述介电质基板的边缘方向延伸，以作为微带天线的电波讯号馈入线；其中在所述辐射金属片邻近与该微带线相连接的位置处，沿该微带线的单一侧边开设有一缝隙，通过该单一缝隙使微带天线上所通过的电流路径，仅有单边被迂回化。
2.根据权利要求1中所述的可增加频宽的微带天线，其特征在于所述沿微带线单一侧边所开设的缝隙设计成向该缝隙开口端呈渐扩的形状，以有效控制电流通过该单边缝隙一侧金属片的路径，使其偏离与微带线上的电流路径。
3.根据权利要求2中所述的可增加频宽的微带天线，其特征在于所述渐扩形状为阶梯状的渐扩形状。
4.根据权利要求2中所述的可增加频宽的微带天线，其特征在于所述渐扩形状为弧状的渐扩形状。
全文摘要
本发明公开了一种可增加频宽的微带天线，包括有一介电质基板；一以金属微带的型式制作在所述介电质基板的一侧面上的金属接地板；一以金属微带的型式制作在所述介电质基板的另一侧面上的辐射金属片，该辐射金属片的大小为小于介电质基板，且在其一侧缘邻近中央的位置处延伸设有一微带线，该微带线沿介电质基板的边缘方向延伸，以作为微带天线的电波讯号馈入线；其中在辐射金属片邻近与该微带线相连接的位置处，沿该微带线的单一侧边开设有一缝隙，通过该单一缝隙使微带天线上所通过的电流路径，仅有单边被迂回化。该微带天线利用沿微带线单一侧边金属片上所形成的缝隙，而大幅度降低微带线在馈入电波讯号时所产生的电感效应，从而有效增加其频宽。
文档编号H01Q13/08GK1519986SQ0310084
公开日2004年8月11日 申请日期2003年1月22日 优先权日2003年1月22日
发明者叶明豪 申请人:友讯科技股份有限公司