专利名称：平面多频天线模块的制作方法
技术领域：
本发明关于一种天线，特别关于一种平面多频天线模块。
背景技术：
无线传输广泛地应用于电子产品，而为满足消费者需求，现今许多电子产品大多 具有无线传输的功能。在无线传输系统中，天线是用来发射与接收电磁波能量的重要元件， 若是没有了天线，则无线传输系统将会无法发射与接收数据。因此，天线的角色在无线传输 来说，是不可或缺的一环。平面倒F天线(Planar Inverted F Antenna, PIFA)为目前较普遍的天线架构， 该天线可用来设计单频带、双频带或多频带的天线。图1为一种已知PIFA的示意图，其中 三根天线11、12、13均为平面倒F天线的结构，三天线11 13可为相同频率或不同频率的 天线。对于应用在笔记本电脑的天线来说，天线需设计成狭长型。以天线11为例，在狭长 型的空间中，线段AlBlDl和AlBlCl分别工作在λ/4模态，其它高阶模态频率过高(例如 3λ/4模态)或不容易激发(例如λ/2和λ模态)，因此不易组合出双宽频或宽频的特性。 因此上述平面倒F天线架构可用来设计双窄频的天线，却不容易实现双宽频或宽频特性的 天线。另一个是应用PIFA天线架构设计多天线元件时，会遭遇天线彼此干扰的问题。如 图1所示，天线11与12邻近摆设时，由于线段AlBlCl与A2B2C2末端彼此靠近而引发电容 耦合的现象，这会影响到天线本身的特性，且天线11与12之间的隔离度将大幅下降。同样 地，天线12 与13也会引发电容耦合的现象，而使得两天线高频带的特性和隔离度受到影 响。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明的目的为提供一种能够实现宽频特性、且天线间不易引 发电容耦合而影响天线特性的平面多频天线模块。为达上述目的，一种平面多频天线模块包括一基板以及至少一天线图案。天线图 案设置在基板上，并具有一第一金属线、一第二金属线、一第三金属线及一第四金属线。第 二金属线与第一金属线相对设置，并具有一接地点。第三金属线设置在第一金属线与第二 金属线之间，且其一端与第一金属线连接，并将第一金属线区分为一第一辐射部及一第二 辐射部，第三金属线的另一端与第二金属线具有一间距，第三金属线具有一馈入点。第四金 属线的一端与第二金属线连接，且第四金属线具有至少一第一转折部位于第二辐射部与第 二金属线之间，且第一转折部至少部分在投影方向上与第二辐射部及该第二金属线重叠。承上所述，依据本发明的天线图案，其中第一金属线与第三金属线设计为高频段 的谐振频率，并耦合能量至邻近的接地线(其包括接地的第二金属线与第四金属线)以激 发第二金属线与第四金属线为低频段的谐振频率，而达到多频段辐射的功能。并借由设计 第一辐射部与第二辐射部的尺寸可轻易达到宽频的特性。由于本发明并非使用已知PIFA的技术，故可有 效缩减天线间的耦合量，并获致良好的天线隔离度。此外，本发明的第四金 属线的第一转折部位于第二辐射部与第二金属线之间，且第一转折部至少部分在投影方向 上与第二辐射部及第二金属线重叠，借此可缩小天线尺寸而增加产品竞争力。
图1为一种已知平面倒F天线的示意图；图2A及图2B为本发明优选实施例的一种平面多频天线模块的示意图；图2C为图2B的天线的第二金属线呈面状的示意图；图2D为图2B的天线还包括一金属片的示意图；图3为图2B的天线图案所设计的工作频率与反射系数的示意图；图4为图2B的天线图案实际测量到的反射系数及操作频率的关系图；图5A为本发明优选实施例的平面多频天线模块的另一示意图；图5B为图5A的天线的第二金属线呈面状的示意图；图5C为图5A的天线还包括一金属片的示意图；图6为图5A的天线图案所设计的工作频率与反射系数的示意图；图7A为本发明优选实施例的平面多频天线模块的再一示意图；图7B为图7A的天线的第二金属线呈面状的示意图；图7C为图7A的天线还包括一金属片的示意图；图8为图7A的天线图案所设计的工作频率与反射系数的示意图；以及图9为图7A的天线图案实际测量到的反射系数及操作频率的关系图。
具体实施例方式以下将参照相关附图，说明依据本发明优选实施例的一种平面多频天线模块。请参照图2A所示，本发明优选实施例的一种平面多频天线模块2包括一基板20 以及至少一天线图案30。在本实施例中，基板20可例如为玻璃板、或塑料板、或电路板、或 其它种类的基板。天线图案30设置在基板20上，并作为天线模块2的工作主体之一。天线图案30 所包括的线段由导电材料而制成，导电材料不限于金属、或合金、或高分子导电材料等，举 凡导电材料均可作制成天线图案30。天线图案30包括一第一金属线31、一第二金属线32、一第三金属线33及一第四 金属线34。在本实施例中，第一金属线31以线段ecd为例。第二金属线32与第一金属线 31相对设置，并具有一接地点。本实施例的第二金属线32以线段AD及其所延伸的线段为 例，而接地点以b点为例。第三金属线33设置在第一金属线31与第二金属线32之间，且其一端与第一金属 线31连接，并将第一金属线31区分为一第一辐射部311及一第二辐射部312。第三金属 线33的另一端与第二金属线32具有一间距，第三金属线33具有一馈入点。这里，第三金 属线33是以线段ac为例，第一辐射部311以线段ec为例，第二辐射部以线段cd为例，馈 入点以a点为例，且馈入点与接地点相对设置。另外，本实施例中，第一金属线31与第三金 属线33共同形成T型。
第四金属线34的一端与第二金属线32连接，且第四金属线34具有至少一第一转折部344位于第二辐射部312与第二金属线32之间，且第一转折部344至少部分在投影方 向上与第二辐射部312及第二金属线32重叠。本实施例中，第四金属线34以线段ABC为 例，且其与第二金属线32连接的一端以A点为例。第一转折部344以由第四金属线34的 另一端(C点)开始的转折为例，且其至少部分在投影方向上(以Y方向为例)与第二辐射 部312及第二金属线32重叠。本实施例的第一转折部344形成类似(U)型，其中U的开口 背对第三金属线33。另外，第四金属线34还可具有一第三辐射部341、一第四辐射部342及一第五辐射 部343。这里，第三辐射部341以线段NP为例，第四辐射部342以线段NB为例，第五辐射 部以线段AB为例。第四辐射部342的两端分别与第三辐射部341的一端(N点)及第五辐 射部343的一端(B点)连接，第三辐射部341的另一端(P点)与第一转折部344连接，第 五辐射部343的另一端(A点)与第二金属线32连接。由另一角度来看，本实施例的第四 金属线34，其一端与第二金属线32连接，又经过多次转折后，其另一端位于第一金属线31 与第二金属线32之间。另外，第四辐射部342的长轴方向(以X方向为例)与第二辐射部 312的长轴方向平行，且第四辐射部342与第二辐射部312在长轴方向上齐平，并在长轴方 向上间隔有一距离(d点与N点的距离)。此外，本实施例的天线图案30可还包括一第五金属线35，其一端(D点)与第二 金属线32连接，且第五金属线35具有至少一第二转折部354位于第一辐射部311与第二 金属线32之间，且第二转折部354至少部分在投影方向(以Y方向为例)上与第一辐射部 311及第二金属线32重叠。在本实施例中，第五金属线35的形状与第四金属线34的形状 大致为以第三金属线33为轴的对称形状。第五金属线35更具有一第六辐射部351、一第七 辐射部352及一第八辐射部353。第七辐射部352的两端分别与第六辐射部351的一端与 第八辐射部353的一端连接，第六辐射部351的另一端(R点)与第二转折部354连接，第 八辐射部353的另一端(D点)与第二金属线连接。请同时参照图2A及图3所示，其中图3为本实施例的天线图案30所设计的工作 频率与反射系数的示意图。借由馈入点与接地点的激发，并设计线段ace与acd的长度，使 第三金属线33与第一辐射部311 (线段ace)以及第三金属线33与第二辐射部312 (线段 acd)分别操作在一第三频段(f3)的附近，并用于激发第四金属线34(线段ABC)及第五金 属线(线段DEF)。在本实施例中，线段ace与acd的长度略小于λ3/4(λ3 = c/f3)；当 然，线段ace与acd的长度可依实际需要而调整。另外，第一辐射部311与第二辐射部312 可等长或不等长。此外，本实施例可借由微调第一辐射部311与第二辐射部312的尺寸而达到宽频 特性。例如当第一辐射部311与第二辐射部312不等长时，可使天线具有较宽的操作频段 f3。第一金属线31与第三金属线33可激发第四金属线34及第五金属线35。设计线 段ABC与DEF的长度，使第四金属34及第五金属线35分别操作在一第一频段(fl)及一 第二频段(f2)。在本实施例中，线段ABC与DEF的长度分别略小于λ1/4(λ1 = c/fl)与 X2/4U2 = c/f2)；当然，线段ABC与DEF的长度可依实际需要而调整。另外，第二辐射部 312与第四辐射部342的间距(d点与N点的距离)与第一辐射部311与第七辐射部352的间距(e点与Q点的距离)可等长或不等长，其中当不等长时，可使天线具有较宽的操作频 段η与f2。请参照图2B所示，在本实施例中，天线模块2还可包括其它的天线图案，例如天线 图案40及50。天线图案40及50与天线图案30的形状类同；当然，根据实际操作频段及 频宽的需求，天线图案40与50在形状及尺寸上可有些许调整。在此，天线图案50与天线图案30呈对称，其也包括一第一金属线51至第五金属 线55，其馈入点为a’点，接地点为b’点，其技术特征可参照天线图案30，在此不再赘述。天 线图案40的形状与天线图案30类同，天线图案也包括第一金属线41至第五金属线45，馈 入点为c点，接地点为d点，其技术特征也可参照天线图案30，在此不再赘述。天线图案40 与天线图案30的主要差别在于，天线图案40的第一金属线41与第四金属线44的第四辐 射部442以及第五金属线45的第七辐射部452在投影方向上间隔有一距离L。距离L所产 生的空间可供其它元件设置，例如供笔记本电脑的卡榫结构设置。另外，天线图案30 50间的金属线可部分共用。例如天线图案30的第五金属线 35与天线图案40的第四金属线44共用线段ED，天线图案40的第五金属线45与天线图案 50的第五金属线55共用线段IH。借此，可缩小天线模块2的尺寸，进而节省成本并提高产
品竞争力ο另外，图2C显示天线2的又一变化形态，如图2C所示，与图2B的天线2的主要不 同在于，图2C的天线2的第二金属线32、42、52呈面状，而扩大接地面的面积，以使天线能 够辐射。此外，图2D显示天线2的另一变化形态，如图2D所示，天线2还包括一金属片60， 金属片60与第二金属线32、42、52电性连接，且在此，金属片60覆盖第二金属线32、42、52 并往下方延伸，作为天线2的接地面，而扩大接地面的面积，以使天线能够辐射。请参照图2B及图3所示，关于天线图案40，设计线段DEG，使其工作在第零频段 (f0)，另外设计线段HIJ使其工作在频率f0+δ，δ约50 100MHz。在正常状态下，天线 图案40主要是由第四金属线(线段DEG)来接收信号，当有介电质(例如手机或笔记本电 脑机壳)靠近天线模块2时，由于天线谐振频率往低频漂移，因此天线模块2换由第五金属 线(线段HIJ)接收信号。请参照图4所示，其将天线模块2安装在笔记本电脑上缘的情况下所测量到的天 线图案30、40、50的反射系数及操作频率的关系图，在图4中的细线部分对应天线图案30， 粗线部分对应天线图案40，虚线部分对应天线图案50。在本实施例中，天线图案30、40、50 的操作频宽均位于反射系数小于_6dB的可用范围。由图4可清楚得知，天线图案30明显 拥有两个宽频带的特性；另外，天线图案50在实际测量中也拥有两个宽频带的特性，天线 图案40在1570MHz附近有两个谐振点。在本实施例中，天线图案30及50可应用在无线局 域网络(Wireless Local Area Network, WLAN a/b/g)的频段，天线图案40可应用在全球 定位系统(GPS)的频段。当然，本实施例的天线模块2及所示的附图仅为举例说明，并非用以限制本发明。 在实施上，为符合选择的操作频带及频宽，可在天线尺寸、形状及线段宽度作些微调整。请参照图5A所示，其显示本发明天线模块的另一形态。天线模块2a包括一基板 20及两天线图案30a及50a。上述实施例的天线模块2为三天线元件，而本实施例的天线 模块2a为双天线元件，并以应用在无线局域网络(WLAN)为例。其中，天线50a的技术特征与上述的天线50类同，在此不再赘述。天线30a与天线30主要差别在于，天线30a的第三金属线33a具有至少一转折 331，在本实施例中，多个转折331位于第三金属线33a靠近第二金属线32a的一端。馈入 点(a点)设置在转折331的末端，并与接地点(b点)相对设置。转折331用以调整天线 的反射系数并作阻抗匹配用。另外，图5B显示天线2a的又一变化形态，如图5B所示，与图5A的天线2a的主要 不同在于，图5B的天线2a的第二金属线32a、52a呈面状，而扩大接地面的面积，以使天线 能够辐射。此外，图5C显示天线2a的另一变化形态，如图5C所示，天线2a还包括一金属 片60，金属片60与第二金属线32a、52a电性连接，且在此，金属片60覆盖第二金属线32a、 52a并往下方延伸，作为天线2a的接地面，而扩大接地面的面积，以使天线能够辐射。请参照图6所示，其将天线模块2a安装在笔记本电脑上缘的情况下所测量到的天 线图案30a、50a的反射系数及操作频率的关系图，在图6中的细线部分对应天线图案30a， 虚线部分对应天线图案50a。在本实施例中，天线图案30a与50a的操作频宽均位于反射系 数小于-6dB的可用范围。请参照图7A所示，其显示本发明天线模块的另一形态。天线模块2b包括一基板 20及三天线图案30b、40b及50b。本实施例的天线模块2b为三天线元件。在本实施例中， 天线图案30b及50b应用在WLAN为例，而天线图案40b以应用在无线广域网络(Wireless Wide Area Network, WffAN)为例，其中 WffAN 的操作频带约 1710MHz 2170MHz。
本实施例的天线图案30b与上述天线图案30及30a在形状上的主要差别在于，天 线图案30b不具有第五金属线，另外，天线图案50b也不具有第五金属线。另外，图7B显示天线2b的又一变化形态，如图7B所示，与图7A的天线2b的主要 不同在于，图7B的天线2b的第二金属线32b、42b、52b呈面状，而扩大接地面的面积，以使 天线能够辐射。此外，图7C显示天线2b的另一变化形态，如图7C所示，天线2b还包括一 金属片60，金属片60与第二金属线32b、42b、52b电性连接，且在此，金属片60覆盖第二金 属线32b、42b、52b并往下方延伸，作为天线2b的接地面，而扩大接地面的面积，以使天线能 够辐射。请同时参照图7A及图8所示，其中图8为本实施例的天线图案30b、40b及50b 所设计的工作频率与反射系数的示意图。以天线图案30b来说，其第一金属线31b及第三 金属线33b (线段acd及ace)负责高频带(f3)的辐射，并电容耦合至线段ABC。设计线段 ABC的长度，使其工作在频率fl。线段ABC略小于λ 1/4(λ 1 = c/fl)，线段acd及ace长 度略小于X3/4U3 = c/f3)。以天线图案40b来说，设计线段DEG及HIJ的长度，使其工 作在频率f5与f4。线段HIJ及DEG的长度分别小于λ 4/4 ( λ 4 = c/f4)及λ 5/4 ( λ 5 = c/f5)。此外，天线图案40b的第三金属线43b具有至少一转折431。在此，多个转折431位 于第三金属线43b较靠近第二金属线42b的一端，转折431等效于一串联电感，可用于调整 天线图案40b的反射系数。请参照图9所示，其将天线模块2b安装在笔记本电脑上缘的情况下所测量到的 天线图案30b、40b、50b的反射系数及操作频率的关系图，在图9中的细线部分对应天线图 案30b，粗线部分对应天线图案40b，虚线部分对应天线图案50b。在本实施例中，天线图案 30b,40b与50b的操作频宽均位于反射系数小于_6dB的可用范围。
综上所述，本发明部分的天线图案(第一金属线与第三金属线)可类似一 T型图 案，其可设计为高频段的谐振频率，并耦合能量至周遭的接地线(第四金属线与第五金属 线)。T型金属线两侧可具有两条接地线，用以设计两个低频的谐振频率来增加频宽。此 夕卜，第四金属线与第五金属线设置在T型金属线的下方，可缩小天线图案的尺寸(例如A点 至D点的距离)，并且容易调整线段的长度及耦合量。此外，以本发明的三天线元件为例，三 根天线的结构均相似，而方便设计。并且相邻设置的天线图案可共用线段(例如线段DE与 HI)，可缩短天线整体长度。
以上所述仅为举例，而非为限制。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的 等效修改或变更，均应包括在本发明的范围中。
权利要求
1.一种平面多频天线模块，其特征在于，包括 基板；以及至少一天线图案，设置在上述基板上，其具有 第一金属线；第二金属线，与上述第一金属线相对设置，并具有接地点；第三金属线，设置在上述第一金属线与上述第二金属线之间，且其一端与上述第一金 属线连接，并将上述第一金属线区分为第一辐射部及第二辐射部，上述第三金属线的另一 端与上述第二金属线具有间距，上述第三金属线具有馈入点；及第四金属线，其一端与上述第二金属线连接，且上述第四金属线具有至少一第一转折 部位于上述第二辐射部与上述第二金属线之间，且上述第一转折部至少部分在投影方向上 与上述第二辐射部及上述第二金属线重叠。
2.根据权利要求1所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第一金属线与上 述第三金属线共同形成T型。
3.根据权利要求1所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第二金属线呈面状。
4.根据权利要求1所述的平面多频天线模块，其特征在于，还包括 金属片，与上述第二金属线电性连接。
5.根据权利要求4所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述金属片覆盖上述第二金属线。
6.根据权利要求1所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第四金属线还具 有第三辐射部、第四辐射部及第五辐射部，上述第四辐射部的两端分别与上述第三辐射部 的一端及上述第五辐射部的一端连接，上述第三辐射部的另一端与上述第一转折部连接， 上述第五辐射部的另一端与上述第二金属线连接。
7.根据权利要求6所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第四辐射部的长 轴方向与上述第二辐射部的长轴方向平行。
8.根据权利要求7所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第四辐射部与上 述第二辐射部在上述长轴方向上齐平。
9.根据权利要求7所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第四辐射部与上 述第二辐射部在上述投影方向上间隔有距离。
10.根据权利要求1所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述接地点与上述馈 入点相对设置。
11.根据权利要求1所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第三金属线具有 至少一转折。
12.根据权利要求1所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述天线图案还包括第五金属线，其一端与上述第二金属线连接，且上述第五金属线具有至少一第二转折 部位于上述第一辐射部与上述第二金属线之间，且上述第二转折部至少部分在投影方向上 与上述第一辐射部及上述第二金属线重叠。
13.根据权利要求12所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第五金属线还具有第六辐射部、第七辐射部及第八辐射部，上述第七辐射部的两端分别与上述第六辐射 部的一端与上述第八辐射部的一端连接，上述第六辐射部的另一端与上述第二转折部连 接，上述第八辐射部的另一端与上述第二金属线连接。
14.根据权利要求13所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第四金属线操 作在第一频段。
15.根据权利要求14所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第五金属线操作在第二频段。
16.根据权利要求15所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第三金属线与 上述第一辐射部操作在第三频段。
17.根据权利要求15所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中上述第三金属线与 上述第二辐射部操作在第三频段。
18.根据权利要求1所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中当上述平面多频天线 模块具有两天线图案时，各上述天线图案的各上述第四金属线部分共用。
19.根据权利要求12所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中当上述平面多频天 线模块具有两天线图案时，其中一天线图案的上述第四金属线与另一天线图案的上述第五 金属线部分共用。
20.根据权利要求12所述的平面多频天线模块，其特征在于，其中当上述平面多频天 线模块具有两天线图案时，各上述天线图案的各上述第五金属线部分共用。
全文摘要
一种平面多频天线模块，包括一基板以及至少一天线图案。天线图案设置在基板上，并具有一第一金属线、一第二金属线、一第三金属线及一第四金属线。第二金属线与第一金属线相对设置，并具有一接地点。第三金属线设置在第一金属线与第二金属线之间，且其一端与第一金属线连接，并将第一金属线区分为一第一辐射部及一第二辐射部，第三金属线的另一端与第二金属线具有一间距，第三金属线具有一馈入点。第四金属线的一端与第二金属线连接，且第四金属线具有至少一第一转折部位于第二辐射部与第二金属线之间，且第一转折部至少部分在投影方向上与第二辐射部及该第二金属线重叠。
文档编号H01Q1/38GK102082320SQ20091024970
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者王俊雄, 赖明佑 申请人:华硕电脑股份有限公司