可调辐射场型的天线结构的制作方法

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种可调辐射场型的天线结构。

背景技术：

如业界所知，由于目前的笔记本电脑、平板电脑之类的终端装置普遍具有无线上网功能，因此无线模块及天线成了并非限于例举的此类终端装置的必备组件。在设计终端装置的天线时，设计者较注重于天线效率、天线增益以及特定吸收率，或者将全向性辐射场型作为设计过程中的基本要求，基于这种设计理念所形成的天线对于终端装置应对所使用的无线网络环境及有可能随着时间及地点的不同而发生变化的情形有所建树，但是，依据天线的基本工作原理，天线的辐射场型往往是不同的，例如偶极天线（dipole antenna）能够产生全向性（omnidirectional）的辐射场型。在产品上的天线设计已被确定的情况下，因笔记本电脑及平板电脑等所遇到的各种不同通信环境，可能出现在某些时间或某些应用情况下的通信不良或数据传输速度变差的情况。因此，如何使终端装置在不同使用环境下始终保持理想的通信效果和数据传输速度成了业界关注并且期望解决的技术问题，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

技术实现要素：

本发明的任务在于提供一种有助于使诸如笔记本电脑和平板电脑之类的终端装置在不同的无线网络环境下保持良好的通信效果和期望的数据传输速度的可调辐射场型的天线结构。

本发明的任务是这样来完成的，一种可调辐射场型的天线结构，包括一单极天线，该单极天线垂直设置在一接地面上并接收一射频信号馈入而藉以产生具有在一水平面的全向型辐射场型的四分之一的波长共振模态；一控制单元，该控制单元受控于一第一控制信号以决定是否利用一第一导线以及一第二导线输出一第一直流控制电压，该第一直流控制电压使所述第一导线的直流电位大于所述第二导线的直流电位，该第二导线连接在所述接地面与所述控制单元之间；一第一反射单元，该第一反射单元设置在所述单极天线的第一侧边，该第一反射单元包括一第一金属臂、一第一射频二极管、一第二金属臂和一第一电容，第一金属臂并行于所述的单极天线，该第一金属臂具有一第一端以及一第二端，第一金属臂的第一端与所述接地面之间的距离大于第一金属臂的第二端与接地面之间的距离，第一射频二极管具有一是阳极端和一阴极端，第一射频二极管的阳极端与第一金属臂的第二端连接，而第一射频二极管的阴极端与所述的接地面连接，第二金属臂具有一第一端和一第二端，该第二金属臂的第一端与所述第一金属臂的第二端连接，而第二金属臂的第二端与所述的第一导线连接，第一电容具有一第一端以及一第二端，该第一电容的第一端与所述第二金属臂的第二端连接，而第一电容的第二端与所述的接地面连接，所述第一导线的走线自所述第二金属臂的第二端起始且沿着所述第一电容附近而向所述接地面延伸以电连接至所述的控制单元，其中：当所述控制单元利用所述第一导线以及第二导线输出所述的第一直流控制电压时，所述的第一射频二极管导通，所述的第一金属臂由该第一射频二极管与所述接地面短路导通而藉以提升相对于所述第一侧边的一第一对向侧边的天线增益，其中，短路导通至所述接地面的所述第一金属臂的长度等效于所述单极天线的操作频率所对应的波长的四分之一；而当所述控制单元不利用所述第一导线以及第二导线输出所述第一直流控制电压时，所述的第一射频二极管不导通，且对于所述射频信号而言，所述的第一金属臂以及第二金属臂由所述第一电容短路至所述接地面而藉以构成避免影响所述单极天线的全向性辐射场型的半波长短路路径。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的第一金属臂与所述单极天线的距离是单极天线的操作频率所对应波长的0.15-0.5倍。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述单极天线的操作频率为5GHz，所述第一电容的电容值为大于80pF。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的第二金属臂自所述第一金属臂的第二端处起始朝着远离所述单极天线的方向延伸。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的单极天线、第一金属臂以及第二金属臂蚀刻构成于一微波基板上，而所述的第一电容以及所述的第一射频二极管为表面贴装元件。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述控制单元受控于一第二控制信号以决定是否利用一第三导线以及一第四导线输出一第二直流控制电压，该第二直流控制电压使所述第三导线的直流电位大于所述第四导线的直流电位，该第四导线连接在所述接地面与控制单元之间，所述可调辐射场型的天线结构还包括一第二反射单元，该第二反射单元设置在所述单极天线的第二侧边并且该第二反射单元包括一第三金属臂、一第二射频二极管、一第四金属臂和一第二电容，第三金属臂并行于所述单极天线，该第三金属臂具有一第一端以及一第二端，第三金属臂的第一端与所述接地面之间的距离大于第三金属臂的第二端与接地面之间的距离，第二射频二极管具有一阳极端以及一阴极端，第二射频二极管的阳极端与第三金属臂的第二端连接，而第二射频二极管的阴极端与所述接地面连接，第四金属臂具有一第一端和一第二端，该第四金属臂的第一端与所述第三金属臂的第二端连接，而第四金属臂的第二端与所述的第三导线连接，第二电容具有一第一端以及一第二端，该第二电容的第一端与所述第四金属臂的第二端连接，第二电容的第二端与所述的接地面连接，所述第三导线的走线自所述第四金属臂的第二端起始且沿着所述第二电容附近而向所述接地面延伸以电连接至所述的控制单元，其中：当所述控制单元利用所述第三导线以及第四导线 输出所述第二直流控制电压时，所述的第二射频二极管导通，所述的第三金属臂由该第二射频二极管与所述接地面短路导通而藉以提升相对于所述第二侧边的一第二对向侧边的天线增益，其中，短路导通至所述接地面的所述第三金属臂的长度等效于所述单极天线的操作频率所对应的波长的四分之一；而当所述控制单元不利用所述第三导线以及第四导线输出所述第二直流控制电压时，所述第二射频二极管不导通，且对于所述射频信号而言，所述第三金属臂以及第四金属臂由所述第二电容短路至所述接地面而藉以构成避免影响所述单极天线的全向性辐射场型的半波长短路路径。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的第二金属臂与所述单极天线的距离是单极天线的操作频率所对应波长的0.15-0.5倍。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述单极天线的操作频率为5GHz，所述第二电容的电容值为大于80pF。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的第四金属臂自所述第三金属臂的第二端处起始朝着远离所述单极天线的方向延伸。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述的单极天线、第一金属臂、第二金属臂、第三金属臂以及第四金属臂蚀刻构成于一微波基板上，而所述的第一电容、第一射频二极管、第二电容以及第二射频二极管为表面贴装元件。

本发明提供的技术方案的技术效果在于：由于利用了单一天线的设计而达到了辐射场型可调整的目的，因而有助于使诸如笔记本电脑和平板电脑之类的终端装置在天线网络环境变化的情况下始终能够保持优异的通信效果并提升数据传输速度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的具有可调整辐射场型的天线结构的终端装置的部分功能方块图。

图2是本发明实施例提供的可调整辐射场型的天线结构的架构示意图。

图3A是本发明实施例提供的可调整辐射场型的天线结构在第一射频二极管导通状态的辐射场型图。

图3B是本发明实施例提供的可调整辐射场型的天线结构在第一射频二极管不导通状态的辐射场型图。

图4是本发明实施例提供的可调整辐射场型的天线结构其实际应用的结构图。

图5是本发明另一实施例提供的具有两个反射单元的可调整辐射场型的天线结构其实际应用的结构图。

图6A是图5实施例的可调整辐射场型的天线结构在第一射频二极管与第二射频二极管皆不导通时的辐射场型图。

图6B是图5实施例的可调整辐射场型的天线结构在第一射频二极管导通时的辐射场型图。

图6C是图5实施例的可调整辐射场型的天线结构在的二射频二极管导通时的辐射场型图。

图7是本发明另一实施例提供的具有四个反射单元的可调整辐射场型的天线结构其实际应用的结构图。

具体实施方式

本发明实施例的具有可调整辐射场型的天线结构可应用于各种无线终端装置，例如笔记本电脑、平板计算机、一体计算机或智能电视，可让无线终端装置针对各种应用情境调整收发信号强弱的方向。

请参见图1，以下以图1的可调整辐射场型的天线结构的终端装置的部分功能方块图进行说明。终端装置内具有处理单元1、无线模块2以及具有可调整辐射场型的天线结构3。具有可调整辐射场型的天线结构3包括单极天线31、控制单元32以及第一反射单元33。处理单元1连接无线模块2与控制单元32，处理单元1控制无线模块2收发信号(及处理所收发的信号)，且处理单元1经由控制单元32控制第一反射单元33的工作状态。无线模块2连接单极天线31以提供射频信号馈入。终端装置的其它相关功能方块(例如电源电路、显示单元、输入单元)，在此予以省略，由于所属技术领域的普通技术人员应能轻易了解如笔记本电脑、平板计算机、一体计算机或智能电视的终端装置各自的主要功能及其附属电路方块，在因而此不再赘述。

本发明实施例利用切换第一反射单元33的状态，以达到辐射场型可调整的目的。请参照图2，图2是本发明实施例提供的可调整辐射场型的天线结构的架构示意图。图2的天线结构并未按比例绘制，仅是用以帮助说明，图2中的天线各部组件的形状也并非用以限定本发明。在图2中，单极天线31是垂直设置在接地面39上并接收射频信号馈入以产生具有在一水平面(X-Y平面)的全向型辐射场型的四分之一波长共振模态，所述接地面39是终端装置(如笔记本电脑)的系统接地，例如是笔记本电脑或一体计算机(或智能电视)的屏幕上缘的系统接地面。

请继续见图2，单极天线31主要产生线性极化的辐射场型，单极天线31接受射频馈入信号以产生第一极化方向的辐射场型，在图2中的单极天线31是产生垂直极化辐射场型(在图2中，所述垂直极化方向是平行Z轴)。控制单元32受控于第一控制信号CT1以决定是否利用第一导线34a与第二导线34b输出第一直流控制电压V1，第一直流控制电压V1使第一导线34a的直流电位大于第二导线34b的直流电位，第二导线34b电性连接于接地面39与控制单元32之间。第一反射单元33设置于单极天线31的第一侧边(在图2中是右侧边，位于+Y轴向的侧边)，第一反射单元33与单极天线31的距离d较佳例如是单极天线31的操作频率所对应波长的0.15倍至0.5倍(即0.15λ至0.5λ)，但本发明并不因此限定。第一反射单元33包括第一金属臂331、第一射频二极管334、第二金属臂332以及第一电容333。第一金属臂331具有第一端331a与第二端331b，第一金属臂331平行于单极天线31，且第一金属臂331的第一端331a与接地面39的距离大于第一金属臂331的第二端331b与接地面39的距离。第一射频二极管334具有阳极端与阴极端，第一射频二极管334的阳极端连接第一金属臂331的第二端331b，第一射频二极管334的阴极端连接接地面39。第二金属臂332具有第一端332a与第二端332b，第二金属臂332的第一端332a连接第一金属臂331的第二端331b，第二金属臂331的第二端331b电性连接第一导线34a。第一电容333具有第一端与第二端，第一电容333的第一端连接第二金属臂332的第二端332b，第一电容333的第二端连接接地面39，其中第一导线34a的走线由第二金属臂332的第二端332b起始且沿着第一电容333附近而向接地面延伸以电性连接至控制单元32。在图2中的第一导线34a的走线仅是用以示意，第一导线34a的走线的实施方式将在后续图4进一步说明。

另外，为了不影响第一反射单元33与单极天线31的距离设定，第二金属臂332可设置由第一金属臂331的第二端331b处起始朝向远离单极天线31的方向延伸。详细地讲，相比于第二金属臂332的第一端332a，第二金属臂332的第二端332b较远离单极天线31。换句话说，藉由将第一金属臂331设置于单极天线31与第二金属臂332之间，使得第二金属臂332的形状与配置不受限于第一反射单元33与单极天线31的间距。

控制单元32可包括受控于第一控制信号CT1的开关321与直流电压源322（即直流电源，以下同），开关321用以切换是否传送直流电压源322的第一直流控制电压V1至第一射频二极管334。第一直流控制电压V1的值需要是大于第一射频二极管334的导通电压(临界电压)。依据第一射频二极管334的导通与否，第一反射单元33的两种状态将于以下说明。

请见图3A、3B并且结合图2，第一反射单元33的第一种状态如下所述：当控制单元32利用第一导线34a与第二导线34b输出第一直流控制电压V1时，第一射频二极管导通334。第一金属臂331藉由第一射频二极管334而与接地面39短路导通，用以提升相对于第一侧边(+Y轴向)的第一对向侧边(−Y轴向)的天线增益，其中短路导通至接地面39的第一金属臂331的长度等效于单极天线31的操作频率所对应的波长的四分之一。并且第一电容333对单极天线31的操作频率而言总是视为导通，使得对于单极天线31的操作频率而言，第二金属臂332第二端藉由第一电容333而短路接地。对于射频信号的频率为5GHz的情况而言，第一电容333的电容值为大于80pF较佳，例如为200pF，但本发明并不限定射频信号的频率(或称为天线操作频率)与第一电容333的电容值。也就是说，不但第二金属臂332的第一端332a因为第一射频二极管334的导通而接地，且对于所使用的射频信号而言，第二端332b也藉由第一电容333而接地，使得当第二射频二极管334导通时第二金属臂332整体为接地。在此第一种操作状态，相较于传统上单独只有单极天线31时在X-Y平面的全向性辐射场型，可见图3A所示的辐射场型朝向第一对向侧边(−Y轴向)偏移。第一金属臂331成为四分之一波长的共振反射体，因此影响整体的辐射场型，使得第一反射单元产生反射的效果。在实际应用时，例如当单极天线31是操作在5GHz时，第一金属臂331的长度约为15毫米(mm)左右(5GHz的电磁波在真空中的波长的四分之一)，若将第一反射单元33设置于微波基板(例如FR4基板)，则可依据微波基板材料的介电系数而进一步缩短第一金属臂331的实际长度。

第一反射单元33的第二种状态如下所述：当控制单元32不利用第一导线34a与第二导线34b输出第一直流控制电压V1时，第一射频二极管334不导通。对于单极天线31的操作频率而言，第一金属臂331与第二金属臂332藉由第一电容333短路至接地面39以构成半波长短路路径，藉此避免影响单极天线31的全向性辐射场型。也就是说，除了第一金属臂331的大约四分之一波长路径，第二金属臂332更提供了四分之一波长的短路路径，第一金属臂331与第二金属臂332共同构成半波长短路路径。当单极天线31是操作在5GHz时，第一金属臂331、第二金属臂332与第一电容333构成的半波长短路路径其并不是5GHz频率的共振反射体。因此，单极天线31即使激发此半波长短路路径上的电流，此半波长短路路径上的电流仍不影响整体的辐射场型。参照图3B，可见辐射场型仍保持大约为全向性的辐射场型。

在实际应用时，控制单元32的切换可以例如依据接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)而判断选择何种切换的辐射场型状态以做无线网络通讯之用，例如：选择接收信号强度指示较大的辐射场型状态作为通讯之用，且可因应接收信号强度指示的变化而改变辐射场型的切换状态。但本发明并不因此限定决定如何切换辐射场型的因素。

请参见图4，图4是本发明实施例提供的可调整辐射场型的天线结构其实际应用的结构图。在实际应用时，单极天线31可设置于微波基板62，例如以蚀刻工艺程形成于微波基板62，并利用同轴电缆线馈入。第一反射单元33也可设置于微波基板63，同样可藉由蚀刻工艺形成于微波基板63，第一电容333与第一射频二极管334较佳为表面贴装元件（也可称表面粘着组件，以下同）。接下来说明，实现第一导线34a的走线由第二金属臂332的第二端332b起始且沿着第一电容333附近而向接地面延伸以电性连接至控制单元32的方式。第一导线34a具有第一端与第二端，第一导线34a可设置在微波基板62的另一面(背面)，且第一导线34a的第一端利用贯孔导电连接第二金属臂332，且第一导线34a的走线由第一导线34a的第一端起始且沿着第一电容333附近而向接地面39延伸至第一导线34a的第二端，然后第一导线34a的第二端电性连接控制单元32。设置第一导线34a的走线沿着第一电容333的原因是，就单极天线31的操作频率而言，电容333总是视为导通的状态，故将第一导线34a的走线靠近第一电容333，可以使第一导线34a的电流路径与第一电容333的电流路径彼此接近，而可将第一导线34a的电流路径与第一电容333的电流路径视为在大致为同一个位置的电流路径，因此第一导线34a的电流大体上(或实质上)不改变第一反射单元33所形成结构的电流路径对于单极天线31辐射场型的影响。另一方面，第二导线34b可直接连接于接地面39与控制单元32之间，用以电性连接第一射频二极管334的阴极以形成第一射频二极管334与控制单元32之间的接地路径。

请参见图5，以下将进一步说明，利用两个反射单元进行场型控制的实施例。图5是本发明另一实施例提供的具有两个反射单元的可调整辐射场型的天线结构其实际应用的结构图。相较于图4的应用例子，图5的实施例中的天线结构更包括第二反射单元35。第二反射单元35大致与第一反射单元33相同，其差异仅在于第二反射单元35所设置的位置与第一反射单元33所设置的位置不相同，且第二反射单元35与第一反射单元33彼此独立的受控于控制单元32。详细的说，控制单元32受控于第二控制信号CT2以决定是否利用第三导线34c与第四导线34d输出第二直流控制电压V2，第二直流控制电压V2使第三导线34c的直流电位大于第四导线34d的直流电位，第四导线34d电性连接于接地面39与控制单元32之间。第二反射单元35设置于单极天线31的第二侧边(-Y轴向)，第二反射单元35包括第三金属臂351、第二射频二极管354、第四金属臂352以及第二电容353。第二反射单元35可设置于微波基板62，第三金属臂351与第四金属臂352藉由蚀刻制程形成于此微波基板62，第二电容353与第二射频二极管354为表面贴装元件（也可称表面粘着组件，以下同）。第三金属臂351具有第一端351a与第二端352b，第三金属臂351平行于单极天线31，且第三金属臂351的第一端351a与接地面39的距离大于第三金属臂351的第二端351b与接地面39的距离。第二射频二极管354具有阳极端与阴极端，第二射频二极管354的阳极端连接第三金属臂351的第二端351b，第二射频二极管354的阴极端连接接地面39。第四金属臂352具有第一端352a与第二端352b，第四金属臂352的第一端352a连接第三金属臂351的第二端351b，第四金属臂352的第二端352b电性连接第三导线34c。第二电容353具有第一端与第二端，第二电容353的第一端连接第四金属臂352的第二端352b，第二电容353的第二端连接接地面39，其中第三导线34c的走线由第四金属臂352的第二端352b起始且沿着第二电容353附近而向接地面39延伸以电性连接至控制单元32。当控制单元32利用第三导线34c与第四导线34d输出第二直流控制电压V2时，第二射频二极管354导通，第三金属臂351藉由第二射频二极管354而与接地面39短路导通，用以提升相对于第二侧边(-Y轴向)的第二对向侧边(+Y轴向)的天线增益，其中短路导通至接地面39的第三金属臂351的长度等效于单极天线31的操作频率所对应的波长的四分之一。当控制单元31不利用第三导线34c与第四导线34d输出第二直流控制电压V2时，第二射频二极管354不导通，且对于射频信号而言，第三金属臂351与第四金属臂352藉由第二电容353短路至接地面39以构成半波长短路路径，藉此避免影响单极天线31的全向性辐射场型。在图5中因为第一反射单元33与第二反射单元35彼此相对，故图5的实施例中的第二对向侧边恰好是的第一反射单元33的第一侧边，但本发明并不因此限定。

再者，类似于第一导线34a的较佳设置方式，第三导线34c的较佳设置方式描述如下，第三导线34c可设置在微波基板62的另一面(背面)，且第三导线34c的第一端利用贯孔导电连接第四金属臂352，且第三导线34c的走线由第三导线34c的第一端起始且沿着第二电容353附近而向接地面39延伸至第三导线34c的第二端，然后第三导线34c的第二端电性连接控制单元32。

另外，为了不影响第二反射单元53与单极天线31的距离设定，第四金属臂352可设置由第三金属臂351的第二端351b处起始朝向远离单极天线31的方向延伸。再者，第三金属臂351与单极天线31的距离是单极天线31的操作频率所对应波长的0.15倍至0.5倍为较佳。当单极天线的操作频率为5GHz，第二电容353的电容值较佳的为大于80pF。第二反射单元35的原理与第一反射单元33的原理大致相同，不再赘述。

请参见图6A、6B和6C，以下将说明，依据第一反射单元33与第二反射单元35的第一射频二极管334与第二射频二极管354的导通情况，辐射场型可以分为三种应用，分别对应图6A、图6B与图6C所示的辐射场型。图6A是图5实施例的可调整辐射场型的天线结构在第一射频二极管334与第二射频二极管354皆不导通时的辐射场型图，此时辐射场型大致维持全向性的辐射场型。而图6B是图5实施例的可调整辐射场型的天线结构在第一射频二极管334导通且第二射频二极管354不导通时的辐射场型图，辐射场型朝向第二反射单元35偏移(−Y轴向)。接着，图6C是图5实施例的可调整辐射场型的天线结构在第二射频二极管354导通且第一射频二极管334不导通时的辐射场型图，辐射场型朝向第一反射单元33偏移(+Y轴向)。

请参见图7，更进一步，本发明实施例所提供的可调整辐射场型的天线结构可具有超过两个反射单元，且可依据使用需要而选择反射单元的数量以及每一个反射单元的位置，上述的具有一个反射单元与两个反射单元的实施例仅用以帮助说明原理，可依此类推至具有三个或三个以上的反射单元的情况。例如参照图7的例子是使用对称设置在单极天线71的四个侧边的反射单元73，每一个反射单元73的功能相同于图2的第一反射单元33，不再赘述。图7中的天线各部组件经过比例调整以方便绘制，在实际实施时，每一个反射单元73与单极天线31的距离较佳是单极天线71的操作频率所对应波长的0.15倍至0.5倍(即0.15λ至0.5λ)。图7中也省略了控制单元与控制二极管导通状态的导线。依据前面实施例所提的运作机制，藉由四个反射单元73的状态切换，可以控制X-Y平面的辐射场型。图7中的四个反射单元73的结构与相对位置仅是用以举例说明，本发明也不因此限定。

综上所述，本发明实施例所提供的可调整辐射场型的天线结构利用导通第一反射单元的第一射频二极管，使第一反射单元形成四分之一波长的共振反射体，提升相对于第一侧边的第一对向侧边的天线增益，藉以达到天线结构整体的辐射场型可调整的目的。当第一射频二极管不导通时，第一反射单元形成半波长短路接地，无反射效果，天线结构整体的辐射场型维持与单极天线原本的辐射场型大致相同。同理，当具有第二反射单元时，利用导通第二反射单元的第二射频二极管，可提升相对于第二侧边的第二对向侧边的天线增益。依此类推，本发明实施例的可调整辐射场型的天线结构可推广应用于具有多个反射单元的情况，藉以达到辐射场型及增益可多方向调整的效果。

以上所述仅为本发明之实施例，其并非用以局限本发明之专利范围。