专利名称：短路单极天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内藏式无线局域网络天线，特别是有关于一种窄版(low profile)短路单极天线、使用单一金属片制作的2.4-GHz天线。
背景技术：
随着无线通讯产业的蓬勃发展，多样化的无线通讯产品也逐年增加，相关 的电子电路系统、组件设计以及产品外观的考虑，已成为重要的研发课题。目 前应用在无线局域网络WLAN技术上的小型行动单元(mobile-unit)天线，大都 为金属片(metal plate)与印刷式电路板(printed circuit board, PCB)结构，其中又 以金属片天线结构最为常见，并利用一小型同轴缆线(mini-coaxial cable)将射频 (RF)信号馈入。而金属片天线结构的天线类型多为平面倒F形天线(planar inverted-F antenna, PIFA)，而印刷式电路板结构的天线类型则多为单极天线 (monopole antenna)。单极天线多由一天线辐射单元与一天线接地面组成，且天 线辐射单元与天线接地面为分离的组件，相互不连接，需要额外的介质基板 (dielectric substrate)来支撑，因此大都将天线系统(主要包含天线辐射单元与 天线接地面)印刷在一介质基板上。
一般而言，行动单元印刷式电路板天线制作费用亦比金属片天线高，典型 的天线设计如台湾专利第00573382号"双频平面式单偶极天线"，其天线辐射 单元与天线接地面即印刷在单一小型化介质基板的两面，经微带传输线与小型 同轴缆线馈入天线。而金属片天线在制作上，必需通过开模、冲压金属片的方 式，实现天线量产。相关专利美国专利第US 6,600,448 B2号"平面金属板天线 与具有该天线的电子设备"、第US 6,870,504 B2号"金属板天线与具有该天线 的电子设备"以及第US 2007/0296636 Al号"金属倒F形天线"，都揭示一种单 频无线局域网络的倒F形天线结构，其特征为天线主辐射单元与天线接地面在 同一平面上，整体平面尺寸占据不少空间。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种创新的短路单极天线设计，特别是有
关于一种窄版(low-profile)短路单极天线，利用单一金属片制作的2.4-GHz频 带的无线局域网络天线，其非常适合应用在无线通讯装置上，如笔记本计算机、 网络收音机、无线打印机、无线数字相框的无线消费性电子装置机壳内，保持 产品在外观上更为简洁，同时产品的体积亦可达成小型化的目的。
在本发明中，我们提出一种创新的单极天线设计，不同于印刷式电路板结 构，我们使用如同平面倒F形天线的金属片材料，仅需使用单一金属片，并将 其弯折数次，形成包含天线主辐射单元与接地面的天线系统，并具有良好的阻 抗频宽与辐射特性。我们将一主辐射单元弯折至少一次，有效降低单极天线高 度，并放置在一小型天线接地面上，利用一短路单元来连接主辐射单元与接地 面，形成天线主辐射单元与接地面一体成形。同时，将金属平板组装连接至天 线接地面的一长边，可作为信号馈入接地的一部分，并可使天线系统在组装上 更具弹性。另外，天线亦可操作在2.4-GHz频带(2400-2484 MHz)无线局域网 络或802.1 lb/g/n协议的频带，并可内建在不同类型的无线消费性电子装置内。
本发明的短路单极天线，其特征在于，包含 一接地面、 一主辐射单元、 一短路单元、 一金属平板及一同轴传输线。该接地面具有一信号接地点。该主 辐射单元，通过至少弯折一次设置于该接地面上方，具有一信号馈入点。该短 路单元，其一端连接该接地面的一短边，另一端连接该主辐射单元的一部分侧 边。该金属平板，连接该接地面的一长边。该同轴传输线，具有一中心导体与 一外层导体，分别电性连接于该信号馈入点与该信号接地点。本发明天线具有 良好阻抗频宽与辐射特性，天线亦容易组装在电子装置机壳内，非常适合应用 在无线通讯装置上。由实验结果显示，本发明可提供操作频带涵盖2.4-GHz 无线局域网络频带。
本发明有益效果在于，将传统小型单极天线设计采以金属片天线结构，有 别于传统的印刷式电路板天线结构，将单一金属片弯折数次，形成包含天线主 辐射单元与接地面的天线系统，并具有良好的阻抗频宽与辐射特性。另外，在
本发明中，短路单极天线更包含一组装用的金属平板，该组装用的金属平板的 有无并不会影响天线的在2.4-GHz无线局域网络频带内的阻抗频宽，因此上述 的短路单极天线在组装上可以有更多的弹性，亦即在组装用的金属平板上设计多样的机构，使短路单极天线均可正常操作在2.4-GHz无线局域网络频带。
兹配合下列附图与实施例的详细说明，将上述与本发明的其它目的与优点
详述于后。
以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明 的申请专利范围。而有关本发明的其它目的与优点，将在后续的说明与附附图
加以阐述。
图l为本发明的短路单极天线的第一实施例的结构示意图1 A为本发明的短路单极天线1的第一实施例的平面展开图2为本发明的短路单极天线的第一实施例的返回损失测量与模拟结果
图3为本发明的短路单极天线的第一实施例操作于2442 MHz的辐射场型 测量结果图4为本发明的短路单极天线的第一实施例的天线增益与辐射效率测量结 果图5为本发明的短路单极天线的第一实施例在设有金属平板与移除金属平
板的返回损失模拟结果图6为本发明的短路单极天线的第二实施例的结构示意图； 图7为本发明的短路单极天线的第三实施例的金属平板与接地面之间夹角
的结构示意图8为本发明的短路单极天线的第四实施例的结构示意图； 图9为本发明的短路单极天线的金属平板的结构示意图。 其中，附图标记
I 短路单极天线
II 接地面
111信号接地点
112 短边
113 长边
12 主辐射单元121信号馈入点
122弯折
123 部分侧边
124 末端
13 短路单元
14 金属平板
15 同轴传输线 151 中心导体 152外层导体
d 馈入间隙
g 间距
21 返回损失测量曲线
22 返回损失仿真曲线
41 天线增益测量曲线
42 辐射效率测量曲线
51 短路单极天线在移除金属平板的态样下的返回损失仿真曲线
61 第一弯折
62 第二弯折
63 第三弯折 71 夹角
91 圆孔
具体实施例方式
请参考图1及图1A，图l为本发明短路单极天线l的第一实施例成型后的结 构示意图，而图1A则为短路单极天线1的第一实施例的平面展开图，该短路单 极天线l包含 一接地面ll、 一主辐射单元12、 一短路单元13、 一金属平板14 及一同轴传输线15。该接地面ll具有一信号接地点lll，该接地面ll形成有一 短边112及一长边113。该主辐射单元12设置于该接地面11上方，该主辐射单元 12具有一个弯折122，且具有一信号馈入点121及一末端124。该短路单元13， 其一端连接该接地面11的一短边112，另一端连接该主辐射单元12的一部分侧
6边123。该金属平板14，连接该接地面11的一长边113。该同轴传输线15，具有 一中心导体151与一外层导体152，分别电性连接于该信号馈入点121与该信号 接地点lll。
该接地面ll、该主辐射单元12、该短路单元13及该金属平板14均为金属材 质，上述构件可由单一辐射金属片切割制作形成，并弯折该辐射金属片数次， 即可构成包含该主辐射单元12与该接地面11的天线系统。亦即将图1A所示的 辐射金属片进行冲压等弯折歩骤，即可将平版状的辐射金属片成型为图l所示 的短路单极天线l，并通过选定天线的馈入间隙d,并配合微调该主辐射单元12 与该短路单元13的间距g (该主辐射单元12与该接地面11之间的距离)，实现 感抗(inductive reactance)与容抗(capacitive reactance)相互抗衡，可得至lj良女子的 1.5:1-VSWR电压驻波比阻抗匹配。
图2为本发明短路单极天线l的第一实施例的返回损失(return loss)测量与 模拟结果图，其中纵轴代表返回损失(单位为dB)，横轴代表操作频率(单位为 MHz)。本发明第一实施例选择下列尺寸进行实验测量该接地面ll的长度为 40mm及宽度为5mm;该主辐射单元12的长度为23 mm，宽度与高度均为5 mm (亦即该主辐射单元12的长度小于该接地面11的长度，且该主辐射单元12的宽 度不大于与该接地面ll的宽度)，该主辐射单元12与该接地面ll的馈入间隙d 为l mm(该馈入间隙d的大小在小于1.5mm的范围均可符合天线特性的要求)； 该短路单元13的长度与宽度都为5 mm，该短路单元13与该主辐射单元12的间 距g为2mm;该金属平板14长度为40mm、宽度为10mm。如图2所示，由所得 测量结果，在1.5:1-VSWR电压驻波比或14 dB返回损失的定义下，可获得在 2.4-GHz无线局域网络频带内良好的阻抗匹配。另外，返回损失测量曲线21与 返回损失仿真曲线22亦大致吻合。
图3为本发明的短路单极天线1第一实施例操作在2442 MHz的辐射场型测 量结果图。由所得结果可看出，在x-z平面的辐射场型，大致为一全向性 (omnidirectional)辐射场型。
图4为本发明的短路单极天线1第一实施例的天线增益与辐射效率测量结 果图，其中左侧纵轴代表天线增益(单位为dBi)，右侧纵轴代表辐射效率(单位 为％)，横轴代表操作频率。由所得结果可看出，天线增益测量曲线41约为2.4 dBi，辐射效率测量曲线42约为83%，可满足2.4-GHz无线局域网络频带操作的
7天线增益与辐射效率的需求。
图5为本发明的短路单极天线1第一实施例在设有金属平板14与移除金属 平板14的情况下的返回损失模拟结果图。由仿真结果可知，短路单极天线l在 移除金属平板14的情况下的返回损失仿真曲线51，天线阻抗频宽(impedance bandwidth)依然满足2.4-GHz无线局域网络频带规格的要求。
图6为本发明天线的第二实施例的结构示意图。其中该短路单极天线1的主 辐射单元12具有三个弯折:第一弯折61、第二弯折62及第三弯折63，且该三个 弯折相互平行。其它结构则与图l中的第一实施例相同，不再重述。因此，本 第二实施例亦能有效降低短路单极天线l的高度，以便于放置在一小型天线接 地面上。
图7为本发明之短路单极天线1的第三实施例，第三实施例与上述两实施例 的差异在于该金属平板14与接地面11之间的夹角71的态样。其中该金属平板14 朝远离该接地面ll的方向摆动(swing)，亦即该金属平板14与该接地面11之间夹 角71大于九十度。为求简洁，图7并未绘出主辐射单元12等其它组件，然而未 绘出的组件则与图l中的第一实施例相同，故不再重述。因此，该金属平板14 固定在无线消费性电子产品机壳内，该接地面ll、该主辐射单元12及该短路单 元13可配合产品机壳内部机构作适度旋转以进行空间应用的调配。
图8为本发明的短路单极天线1的第四实施例的结构示意图。其中该金属平 板14宽度等于该接地面11的宽度，且该金属平板14与该接地面11之间夹角71 约为一百八十度。其它结构则与图l中的第一实施例相同，不再重述。因此， 该本实施例所提出的短路单极天线l亦能有效縮小天线整体尺寸，该短路单极 天线1的主辐射单元12放置在一小型的天线接地面(即接地面ll)与组装金属 平板(即金属平板14)上。值得说明的是，该夹角71可任意调整，以使得组装 更为方便，而该金属平板14与该接地面11之间夹角71最佳地介于四十五度到一 百八十度之间。
图9为本发明的短路单极天线1的金属平板14的结构示意图。其中该金属平 板14上具有多个圆孔91。其它结构则与图l中的第一实施例l相同，不再重述。 因此，该金属平板14上的多个圆孔91，可供热熔柱(weldingpost)通过以固定天
线系统。
综合上述的说明，本发明天线的结构简单，制作、整合容易，功能明确。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种短路单极天线，其特征在于，包含一接地面，其具有一信号接地点，且该接地面形成有一短边及一长边；一主辐射单元，其设置于该接地面上方，其中该主辐射单元设有至少一弯折，且具有一信号馈入点；一短路单元，其一端连接该接地面的该短边，另一端连接于该主辐射单元；以及一同轴传输线，其具有一中心导体与一外层导体，该中心导体与该外层导体分别电性连接于该信号馈入点与该信号接地点。
2. 根据权利要求l所述的短路单极天线，其特征在于更进一步包括一连 接于该接地面的该长边的金属平板。
3. 根据权利要求2所述的短路单极天线，其特征在于该接地面、该主辐 射单元、该短路单元及该金属平板由单一金属片弯折制作形成。
4. 根据权利要求2所述的短路单极天线，其特征在于该主辐射单元与该 接地面的间距小于1.5mm。
5. 根据权利要求2所述的短路单极天线，其特征在于该主辐射单元的长 度小于该接地面的长度。
6. 根据权利要求5所述的短路单极天线，其特征在于该主辐射单元的宽 度不大于该接地面的宽度。
7. 根据权利要求2所述的短路单极天线，其特征在于该短路单元介于该主辐射单元与该接地面之间。
8. 根据权利要求2所述的短路单极天线，其特征在于该主辐射单元具有多个相互平行的弯折。
9. 根据权利要求2所述的短路单极天线，其特征在于该金属平板与该接地面之间夹角介于四十五度到一百八十度之间。
10. 根据权利要求2所述的短路单极天线，其特征在于该金属平板更具有多个圆孔。
全文摘要
一种短路单极天线，其特征在于，包含一接地面、一主辐射单元、一短路单元、一金属平板及一同轴传输线。该接地面具有一信号接地点。该主辐射单元具有至少弯折一次而设置于该接地面上方，其具有一信号馈入点。该短路单元，其一端连接该接地面的一短边，另一端连接该主辐射单元的一部分侧边。该金属平板，连接该接地面的一长边。该同轴传输线，具有一中心导体与一外层导体，分别电性连接于该信号馈入点与该信号接地点。本发明的短路单极天线具有良好阻抗频宽与辐射特性，同时容易组装在电子装置机壳内，非常适合应用在无线通讯装置上。
文档编号H01Q13/08GK101626114SQ200810133548
公开日2010年1月13日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者周瑞宏, 苏绍文 申请人:旭丽电子(广州)有限公司;光宝科技股份有限公司