专利名称：宽频平面倒f型天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种宽频平面倒F型天线(Planar Inverted-F Antenna ;PIFA),且特别是涉及一种内建于薄型细框电视的双频与宽频平面倒F型天线。
背景技术：
随着无线通讯的蓬勃发展，许多的通讯产品均趋于小型化，天线因此要求体积要小及内嵌式架构，以符合美观。相比较于单极天线及倒F型天线，平面倒F型天线兼具体积小及频宽较大的特性，而且通过辐射导体的适当设计可以接收双频段及多频段的无线信号，因此已广泛应用于例如移动电话等无线电子产品的信号接收。此外，近年来数字电视(DTV)更结合无线模块以接收无线区域网络(WirelessLocal Area Network, WLAN)所规范的802.lla/b/g/n通讯协定的无线信号。一般来说，WLAN具有2.4GHz 2.5GHz以及4.9GHz 5.85GHz两个信号频段。然而，在电视荧幕趋于小型化及薄型化的发展前提下，无线模块若欲使用平面倒F型天线来接收WLAN的双频段信号，往往无法同时满足细薄尺寸及大频宽的要求。因此，如何设计出一种兼具薄型化及大频宽的双频平面倒F型天线，实为应用WLAN通讯的数字电视发展的重要课题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽频平面倒F型天线，在平面辐射导体中形成一凹陷结构以于信号馈入时产生一种行进波辐射，且凹陷结构的相对两侧边的间隔距离由该凹陷结构的开口沿该凹陷结构的封闭底部方向逐渐变大，以提高行进波辐射的信号频宽。因此，可以制作出小尺寸及薄型化的平面倒F型天线，适合平贴于电视荧幕的薄型细框上，同时满足WLAN通讯所需的大频宽需求。为达上述目的，根据本发明的第一方面，提出一种宽频平面倒F型天线，包括第一辐射导体、第二辐射导体以及第三辐射导体。第一辐射导体包括第一斜面部以及馈入点。馈入点位于该第一斜面部的一端。第二辐射导体连接于第一辐射导体的馈入点处，第二辐射导体使得本发明的天线具有第一操作频段。第三辐射导体连接第一辐射导体，且第三辐射导体包括第二斜面部以及接地点。第二斜面部与第一斜面部分开且相对设置。接地点位于第二斜面部的一端并与馈入点相对设置以形成一开口，其中第一斜面部与第二斜面部的间隔距离由馈入点处沿远离馈入点的方向逐渐变大，最终封闭于第一辐射导体与第三辐射导体的连接处，第一斜面部与第二斜面部的间隔距离逐渐变大结构使得本发明的天线具有第二操作频段。根据本发明的第二方面，提出一种宽频平面倒F型天线，包括第一辐射导体以及第二辐射导体。第一辐射导体包括凹陷结构、馈入点以及接地点，其中凹陷结构的相对两侧边的间隔距离由凹陷结构的开口朝凹陷结构的封闭底部方向逐渐变大。馈入点位于凹陷结构的开口处一侧，用以接收一射频信号。接地点位于凹陷结构的开口处另一侧并与馈入点相对，其中射频信号由馈入点馈入后经由凹陷结构产生一行进波辐射，形成第二操作频段。第二辐射导体连接于第一辐射导体的邻近馈入点处，其中射频信号由馈入点馈入后经由第二辐射导体产生一共振驻波辐射，形成第一操作频段。其中第二操作频段的频率大于第一操作频段的频率。为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下:
图1A为本发明较佳实施例的一种宽频平面倒F型天线结构图；图1B为本发明较佳实施例的一种宽频平面倒F型天线利用矩形金属板镂空部分面积的不意图；图2A为图1A的宽频平面倒F型天线所激发的两种辐射型式示意图；图2B为图1A的宽频平面倒F型天线平贴于电视荧幕外框右上侧的两个不同位置的不意图；图3A 图3D为本发明较佳实施例设置于电视荧幕外框第一位置的宽频平面倒F 型天线在频率 2.40GHz,2.45GHz、2.50Ηζ、4.90GHz、5.15GHz、5.25GHz、5.35GHz、5.47GHz、5.725GHz、5.825GHz以及5.85GHz的χ-y平面辐射场型图；图4A 图4D为本发明较佳实施例设置于电视荧幕外框第二位置的宽频平面倒F 型天线在频率 2.40GHz,2.45GHz、2.50Ηζ、4.90GHz、5.15GHz、5.25GHz、5.35GHz、5.47GHz、5.725GHz、5.825GHz以及5.85GHz的χ-y平面辐射场型图；图SA 图5B分别为本发明较佳实施例设置于电视荧幕外框第一位置以及第二位置的宽频平面倒F型天线的返回损失量测图。主要元件符号说明100:宽频平面倒F型天线101:电视荧幕外框110:第一辐射导体112:连接部113:第一斜面部114:转折部115:弧面部120:第二辐射导体122:辐射支柱124:第一辐射臂126:第二辐射臂130:第三辐射导体131:第二斜面部133:第三斜面部
具体实施例方式本发明有关于一种具有双频段的宽频平面倒F型天线，在平面辐射导体中形成一辐射臂以及一凹陷结构分别于信号馈入时产生共振驻波辐射以及行进波辐射，而且凹陷结构的相对两侧边的间隔距离由该凹陷结构的开口沿该凹陷结构的封闭底部方向逐渐变大，以提高行进波辐射的信号频宽。因此，可以制作出兼具薄型化及大频宽平面倒F型天线，适合内建于电视荧幕的薄型细框上，同时满足结合WLAN通讯所需的大频宽需求。请参照图1A，其绘示依照本发明较佳实施例的一种宽频平面倒F型天线结构图。平面倒F型天线10，例如是可以平贴于数字电视荧幕的薄型细框上，用以接收WLAN的无线信号。而且,平面倒F型天线100例如是一种金属材质的平面导体结构。如图1A所示，平面倒F型天线100的平面导体结构至少包括第一辐射导体110、第二辐射导体120以及第三辐射导体130，其中第一辐射导体110连接于第二辐射导体120以及第三辐射导体130之间，而且辐射导体110、120及130例如是以一体成型的方式来形成，如图1B所示，平面倒F型天线100由27mmX 12mmX0.8mm的矩形金属板将斜线部分区域镂空后形成。第一辐射导体110包括连接部112以及转折部114，而且连接部112包括第一斜面部113以及馈入点F。馈入点F位于第一斜面部113的一端。连接部112的一端用以连接第二辐射导体120。转折部114连接于连接部112的另一端与第三辐射导体130之间，用以抵消宽频平面倒F型天线100受外力扭曲变形时所产生的应力，以避免天线折断。转折部114例如具有弧面部115，且弧面部115连接第一斜面部113。此外，第二辐射导体120连接于第一辐射导体110的馈入点F处。第二辐射导体120包括辐射支柱122、第一辐射臂124以及第二辐射臂126。辐射支柱122用以连接第一辐射导体110的连接部112。第一辐射臂124与第二辐射臂126分别连接于辐射支柱122的相对两侧，其中第一辐射臂124与第一辐射导体110位于辐射支柱122的相同一侧。此夕卜，第一辐射臂124以及第二辐射臂126例如是一种L型支臂，其中两个L型支臂连接辐射支柱122的侧臂互相平行。而且第一辐射臂124的长度Hl大于第二辐射臂126的长度H2。连接部112与第一辐射臂124的间隔距离由辐射支柱122沿转折部114的方向逐渐变小。再者，第三辐射导体130包括第二斜面部131、第三斜面部133以及接地点G。第二斜面部131连接弧面部115，且第二斜面部131与第一斜面部113分开并相对。接地点G位于第二斜面部131的一端并与馈入点F相对，馈入点F与接地点G连接同轴传输线(未显示于图1A中)以分别接收一射频信号以及连接一接地电位。第一斜面部113与第二斜面部131的间隔距离由馈入点G处沿远离馈入点G的方向(亦即朝转折部114的方向)逐渐变大，其中第一斜面部113与第二斜面部131的最小间距Dl两斜面部113及131靠近馈入点G处的两顶端的间距，而第一斜面部113与第二斜面部131的最大间距D2两斜面部113及131连接转折部114的两顶端的间距。在本实施例中，最小间距Dl为Imm,且最大间距D2为5mm。第一斜面部113与第二斜面部131的夹角Θ I介于20度与60度之间。另外，第三斜面部133连接第二斜面部131，接地点G位于第三斜面部133与第二斜面部131的连接处，而且第三斜面部133与第二辐射臂126位于辐射支柱122的相同一侧。在本实施例中，第一斜面部113、弧面部115与第二斜面部131形成一凹陷结构140，第一斜面部113与第二斜面部131为凹陷结构140的相对两侧边，而弧面部115为凹陷结构140的封闭底部。馈入点F以及接地点G分别位于凹陷结构140的开口两侧，且第一斜面部113与第二斜面部131的最小间距Dl即凹陷结构140的开口大小。较佳地，第一斜面部113与第二斜面部131对称于凹陷结构140的中心线L，且弧面部115呈圆弧状并对称于中心线L。中心线L例如是平行于第二辐射导体120的侧边A以及第三辐射导体130的侧边B。第三斜面部133与中心线L (亦即夹角Θ I的等分线)的夹角Θ 2介于30度与45度之间。请参照图2A，其绘示依照本发明较佳实施例的宽频平面倒F型天线100所激发的两种辐射型式示意图。当射频信号由馈入点G馈入后，产生由辐射支柱122及第一辐射臂124流向第一辐射臂124的顶端C的电流会激发出具有第一操作频段的共振驻波辐射，第一操作频段的中心频率由馈入点F至顶端C的电流路径总长度来决定，而第一操作频段例如是WLAN通讯所需的2.4GHz 2.5GHz频段。本实施例的主要特点在于凹陷结构140的第一斜面部113与第二斜面部131的设计，当射频信号由馈入点G馈入后，在凹陷结构140的第一斜面部113、弧面部115及第二斜面部131产生的电荷变化使得第一斜面部113与第二斜面部131之间激发出第一行进波辐射141。而且射频信号由馈入点G馈入在辐射支柱122、第二辐射臂126以及在第三斜面部133产生的电荷变化使得第二辐射臂126与第三斜面部133之间激发出第二行进波辐射142，且第一行进波辐射141与第二行进波辐射141组成具有第二操作频段的宽频行进波辐射，第二操作频段的中心频率由馈入点F到第二辐射臂126的顶端E的电流路径长度来决定，而第二操作频段例如是WLAN通讯所需的4.9GHz 5.85GHz频段。由于第一斜面部113与第二斜面131的间距由凹陷结构140的开口朝凹陷结构140的封闭底部(即弧面部115)逐渐增大，第一行进波辐射141的辐射频率会由最小间距Dl处沿最大间距D2的方向逐渐变小，因而有助于增加行进波辐射141的频宽。例如最小间距Dl对应至第一行进波辐射141的最大频率，亦即宽频行进波辐射的最大频率5.85GHz，而最大间距D2则对应行进波辐射141的最小频率5GHz。此外，第二辐射臂126与第三斜面部133所产生的第二行进波辐射142更有助于加大宽频行进波辐射的频宽，其中第二辐射臂126与第三斜面部133的最小间距，亦即顶端E与第三斜面部133的最小间距D3小于第一斜面部113与第二斜面部131的最大间距D2。第二辐射臂126与第三斜面部133最大间距，亦即第二辐射臂126与第三斜面部133相对的内侧边与第三斜面部133的最大间距D4大于第一斜面部113与第二斜面部131的最大间距D2，而最大间距D4决定宽频行进波辐射的最小频率4.9GHz。因此，通过平面金属导体形成第一辐射臂124、第二辐射臂126、凹陷结构140以及第三斜面部133，可以产生具有双频的宽频平面倒F型天线，并兼具薄型化及大频宽的特性，可内建于数字电视荧幕的薄型细框上，用以接收WLAN的信号。在上述的实施例中，虽以凹陷结构140包括第一斜面部113、第二斜面部131以及转折部114具有弧面部115为例作说明，然本发明的凹陷结构140的两相对侧边也可以是非平面状，例如是曲面状或弧面状，而且凹陷结构的封闭底部也可以是非弧面状，例如平面状或其它形状的曲面。只要凹陷结构的两相对侧边的间距由凹陷结构的开口朝凹陷结构的底部逐渐变大，转折部114连接于连接部112与第三辐射导体130之间以抵消平面倒F型天线扭曲变形产生的应力，皆不脱离本发明的保护范围。此外，在其它的实施例中，第三辐射导体130的第三斜面部133也可以是非平面状，例如是曲面状或弧面状，只要能与第二辐射臂126产生行进波辐射并结合凹陷结构140所产生的行进波辐射形成具有大频宽的辐射频段，也不脱离本发明的保护范围。接下来将本实施例的宽频平面倒F型天线100平贴于电视荧幕外框101右上侧的第一位置Pl或第二位置P2上(如图2B所示)来测试多种不同频率在χ-y平面上所产生的辐射场型，其中平面倒F型天线100的平面辐射导体平行x-z平面。请参照图3A 图3D，其绘示依照本发明较佳实施例设置于电视荧幕外框第一位置Pl的宽频平面倒F型天线 100 在频率 2.40GHz,2.45GHz、2.50Ηζ、4.90GHz、5.15GHz、5.25GHz、5.35GHz、5.47GHz、5.725GHz、5.825GHz以及5.85GHz的x_y平面辐射场型图。由图3A 图3D可知，本实施例设置于电视荧幕外框第一位置Pl的宽频平面倒F型天线100在上述WLAN通讯应用频段中，在x-y平面(垂直电视荧幕)产生大致为全向性辐射的场型，相当适合于宽频天线的WLAN通讯应用。另外，请参照图4A 图4D，其绘示依照本发明较佳实施例设置于电视荧幕外框第二位置P2的宽频平面倒F型天线100在频率2.40GHz,2.45GHz、2.50Hz、4.90GHz、5.15GHz、5.25GHz、5.35GHz、5.47GHz、5.725GHz、5.825GHz 以及 5.85GHz 的 χ-y 平面辐射场型图。由图4A 图4D可知，本实施例设置于电视荧幕外框第二位置P2的宽频平面倒F型天线100，在上述WLAN通讯应用频段中同样可以在x-y平面(垂直电视荧幕)产生大致为全向性福射的场型，相当适合于宽频天线的WLAN通讯应用。请参照图5A 图5B，其分别绘示依照本发明较佳实施例设置于电视荧幕外框第一位置Pl以及第二位置P2的的宽频平面倒F型天线的返回损失量测图。如图5A所示，对应频率 2.4GHz、2.45GHz、2.5GHz、4.9GHz 以及 5.85GHz 的驻波比(Voltage StandingWave Ratio,VSffR)分别为 1.9455,1.3470,2.1907,1.6480 以及 2.I。如图 5Β 所示，对应频率 2.4GHz、2.45GHz、2.5GHz、4.9GHz 以及 5.85GHz 的驻波比 VSffR 分别为 2.2067、1.2802、
1.3346、1.5206以及1.5。由图5A及图5B可知，本实施例的宽频平面倒F型天线100设置于电视荧幕外框不同位置Pl及P2，当应用于WLAN通讯802.lla/b/g/n的频段2.4GHz
2.5GHz以及4.9GHz 5.85GHz时，都可以达到驻波比VSffR低于2.5的标准。再者，请参照下表1，其显示为本实施例设置于电视荧幕外框第一位置Pl以及第二位置P2的宽频平面倒F型天线对应多种不同频率在x-y平面上的尖峰增益及平均增益量测结果。
权利要求
1.一种宽频平面倒 F 型天线(Planar Inverted-F Antenna ；PIFA),包括: 第一辐射导体，包括: 第一斜面部；以及 馈入点，位于该第一斜面部的一端； 第二辐射导体，连接于该第一辐射导体的该馈入点处；以及 第三辐射导体，连接该第一辐射导体，该第三辐射导体包括: 第二斜面部，与该第一斜面部分开且相对；以及 接地点，位于该第二斜面部的一端并与该馈入点相对，其中该第一斜面部与该第二斜面部的间隔距离由该馈入点处沿远离该馈入点的方向逐渐变大。
2.如权利要求1所述的宽频平面倒F型天线，其中该第二辐射导体还包括: 辐射支柱，连接该第一辐射导体；以及 第一辐射臂与一第二辐射臂，分别连接该辐射支柱的相对两侧，其中该第一辐射臂与该第一辐射导体位于该辐射支柱的相同一侧。
3.如权利要求2所述的宽频平面倒F型天线，其中该第一辐射臂以及该第二辐射臂为L型支臂。
4.如权利要求2所述的宽频平面倒F型天线，其中该第一辐射臂的长度大于该第二辐射臂的长度。
5.如权利要求2所述的宽频平面`倒F型天线，其中该第三辐射导体还包括第三斜面部，连接该第二斜面部，且该第三斜面部与该第二辐射臂位于该辐射支柱的相同一侧。
6.如权利要求5所述的宽频平面倒F型天线，其中一射频信号由该馈入点馈入后于该第一斜面部与该第二斜面部之间产成一第一行进波辐射，并于该第二辐射臂与该第三斜面部之间产成一第二行进波辐射，该第一行进波辐射与该第二行进波辐射组成一宽频行进波辐射。
7.如权利要求6所述的宽频平面倒F型天线，其中该射频信号由该馈入点馈入后经由该辐射支柱与该第一辐射臂产生一共振驻波辐射。
8.如权利要求6所述的宽频平面倒F型天线，其中该第一斜面部与该第二斜面部的最小间距决定该宽频行进波辐射的最大频率，且该第二辐射臂与该第三斜面部的最大间距决定该宽频行进波辐射的最小频率。
9.如权利要求5所述的宽频平面倒F型天线，其中该第二辐射臂与该第三斜面部的最大间距大于该第一斜面部与该第二斜面部的最大间距。
10.如权利要求5所述的宽频平面倒F型天线，其中该第一辐射导体还包括: 连接部，连接该第二辐射导体，其中该连接部包括该第一斜面部以及该馈入点；以及 转折部，连接于该连接部与该第三辐射导体之间，用以抵消该宽频平面倒F型天线扭曲变形所产生的应力，其中该转折部具有一弧面部，连接于该第一斜面部与该第二斜面部之间。
11.如权利要求10所述的宽频平面倒F型天线，其中该连接部与该第一辐射臂的间隔距离由该辐射支柱朝该转折部方向逐渐变小。
12.如权利要求5所述的宽频平面倒F型天线，其中该第三斜面部与该第一斜面部及该第二斜面部的夹角等分线的夹角介于30度与45度之间。
13.如权利要求1所述的宽频平面倒F型天线，其中该第一斜面部与该第二斜面部的夹角介于20度与60度之间。
14.如权利要求1所述的宽频平面倒F型天线为一体成型。
15.一种宽频平面倒F型天线，包括: 第一辐射导体，包括: 凹陷结构，其中该凹陷结构的相对两侧边的间隔距离由该凹陷结构的开口朝该凹陷结构的底部方向逐渐变大； 馈入点，位于该凹陷结构的开口处，用以接收一射频信号；以及接地点，位于该凹陷结构的开口处并与该馈入点相对，其中该射频信号由该馈入点馈入后经由该凹陷结构产生一第一行进波辐射；以及 第二辐射导体，连接于该第一辐射导体的该馈入点处，其中该射频信号由该馈入点馈入后经由该第二辐射导体产生一共振驻波辐射。
16.如权利要求15所述的宽频平面倒F型天线，其中该第一辐射导体还包括: 连接部，连接该第二辐射导体，其中该连接部包括第一斜面部，该馈入点位于该第一斜面部的一端； 转折部，连接于该连接部，其中该转折部具有弧面部，连接于该第一斜面部；以及辐射部，连接该转折部，其中该辐射部包括第二斜面部，连接该弧面部，该第二斜面部与该第一斜面部分开并相对，该接地点位于该第二斜面部的一端，且该第一斜面部、该弧面部与该第二斜面部组成该凹陷结构。
17.如权利要求16所述的宽频平面倒F型天线，其中该第二辐射导体还包括: 辐射支柱，连接该连接部； 第一辐射臂以及第二辐射臂，分别连接该辐射支柱的相对两侧，其中该第一辐射臂与该支撑部位于该辐射支柱的相同一侧。
18.如权利要求17所述的宽频平面倒F型天线，其中该第一辐射臂以及该第二辐射臂为L型支臂。
19.如权利要求17所述的宽频平面倒F型天线，其中该第一辐射臂的长度大于该第二辐射臂的长度。
20.如权利要求17所述的宽频平面倒F型天线，其中该辐射部还包括一第三斜面部，该第三斜面部与该第二辐射臂位于该辐射支柱的相同一侧。
21.如权利要求20所述的宽频平面倒F型天线，其中该射频信号由该馈入点馈入后于该第一斜面部与该第二斜面部形成该第一行进波辐射，并于该第二辐射臂与该第三斜面部形成一第二行进波辐射，而且该第一行进波辐射与该第二行进波辐射组成一宽频行进波辐射。
22.如权利要求21所述的宽频平面倒F型天线，其中该第一斜面部与该第二斜面部的最小间距决定该宽频行进波辐射的最大频率，且该第二辐射臂与该第三斜面部的最大间距决定该宽频行进波辐射的最小频率。
23.如权利要求20所述的宽频平面倒F型天线，其中该第三斜面部与该第一斜面部及该第二斜面部的夹角等分线的夹角介于30度与45度之间。
24.如权利要求17所述的宽频平面倒F型天线，其中该射频信号由该馈入点馈入后经由该辐射支柱与该第一辐射臂产生该共振驻波辐射。
25.如权利要求17所述的宽频平面倒F型天线，其中该第二辐射臂与该第三斜面部的最大间距大于该第一斜面部与该第二斜面部的最大间距。
26.如权利要求17所述的宽频平面倒F型天线，其中该连接部与该第一辐射臂的间隔距离由该辐射支柱朝该转折部方向逐渐变小。
27.如权利要求16所述的宽频平面倒F型天线，其中该第一斜面部与该第二斜面部的夹角介于20度与60度之间。
28.如权利要求16所述的宽频平面倒F型天线，其为一体成型。
全文摘要
本发明公开一种宽频平面倒F型天线，其包括第一辐射导体、第二辐射导体以及第三辐射导体。第一辐射导体包括第一斜面部以及馈入点。馈入点位于该第一斜面部的一端。第二辐射导体连接于第一辐射导体的馈入点处。第三辐射导体连接第一辐射导体，且第三辐射导体包括第二斜面部以及接地点。第二斜面部与第一斜面部分开且相对。接地点位于第二斜面部的一端并与馈入点相对，其中第一斜面部与第二斜面部的间隔距离由馈入点处沿远离馈入点的方向逐渐变大。
文档编号H01Q1/22GK103165975SQ201210031540
公开日2013年6月19日 申请日期2012年2月13日 优先权日2011年12月15日
发明者郑世杰, 罗国彰 申请人:智易科技股份有限公司