專利名稱：雙頻玻纖芯片天線的制作方法
技術領域：
本發明有關于一種雙頻(dual-band)玻纖(FR4)芯片天線(chipantenna)，特別是有關于一種將蜿蜒(meandering)輻射金屬線形成于玻纖材質芯片上的雙頻芯片天線。
天線為用以輻射或接收電磁波的一種組件，一般可從操作頻率、輻射場型(radiation pattem)、返回損失(return loss)和天線增益(antennagain)等參數來獲知天線的特性。現今的無線產品所使用的天線必須具有體積小、性能佳和成本低等特點，方能得到市場的廣泛接受與肯定。以放置位置來區分，無線產品所使用的天線大致可分為外接與內建兩類，而基于外型美觀的考慮，外接式天線已逐漸被內建式天線所取代。另一方面，由于適合大批量生產的表面黏著技術(SMT)已經非常成熟，故適用于表面黏著技術的芯片天線可大幅地降低封裝與連接所需的成本，因而成為內建式天線中最受歡迎的設計方式。
然而，公知的芯片天線通常制作于陶瓷材料上。由于陶瓷材料昂貴而且易碎，故陶瓷芯片天線的生產成本相當高，且其易碎的特性也使得產品不耐用。因此，非常迫切需要發展一種低廉且堅固的芯片天線，以解決公知的陶瓷芯片天線的缺點，并且在與電路整合時所需成本可以降低，且增加產品的穩定度。
鑒于上述的背景技術中，公知的使用陶瓷材料的芯片天線不僅昂貴而且易碎，造成產品的成本增加且不耐用，因而無法廣泛地應用于各項產品中。
本發明的另一目的為提供一種雙頻玻纖芯片天線，以適用于表面黏著技術，而可做大量生產，進而降低與電路整合時所需的成本，更增加產品穩定度。
根據以上所述的目的，本發明提供一種雙頻玻纖芯片天線。本發明的雙頻玻纖芯片天線至少包括由玻纖材料所制成的玻纖芯片；蜿蜒輻射金屬線；以及表面黏著接點。其中蜿蜒輻射金屬線形成于玻纖材質芯片的至少兩個表面上，為天線用以輻射電磁波的主要部分，其總長度為接近天線的第一操作頻段的中心頻率的1/4波長；而表面黏著接點用以連接蜿蜒輻射金屬線至信號傳輸線，信號傳輸線則用來做為系統電路的信號傳輸。本發明的雙頻玻纖芯片天線可借著適當地調整輻射金屬線長度與蜿蜒方式來調整其共振頻率及頻率比。本發明的雙頻玻纖芯片天線放置于具有接地面的微波基板上，其中接地面用以與信號地端相接。
10、70、80雙頻玻纖芯片天線11、71、81玻纖芯片12、72、82蜿蜒輻射金屬線13表面黏著接點20信號傳輸線30接地面40微波基板121、721、821下層金屬線122、722、822上層金屬線123、723、823連接金屬線21實驗結果22模擬結果請參照
圖1，圖1為本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線安裝于微波基板上的結構示意圖。雙頻玻纖芯片天線10放置于具有接地面30的微波基板40上，而接地面30與信號地端相接。微波基板40的尺寸為例如約100×35mm2，其中微波基板40位于雙頻玻纖芯片天線10的正下方的部分不具有接地面，其大小為例如約9×5mm2。微波基板40可被視為一無線通訊手機的電路板，也就是此芯片天線應用于無線通訊手機上作為藍牙或無線局域網絡系統的應用實施例。另外，信號傳輸線20用以做為系統電路的信號傳輸，此信號傳輸線20可為例如微帶傳輸線、同軸饋線或其它能夠傳遞電磁信號的組件。
請參照圖2，圖2為本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線的結構示意圖。如圖2所示，本發明的雙頻玻纖芯片天線10至少包括一玻纖芯片11；一蜿蜒輻射金屬線12；以及一表面黏著接點13。表面黏著接點13是用以連接蜿蜒輻射金屬線12至信號傳輸線20。玻纖芯片11是由玻纖材料所制成的長方形柱體，其介電常數介于約4至約5之間。玻纖芯片11的厚度不能太薄，否則會嚴重影響天線的帶寬，本較佳實施例使用的厚度為例如約1.6mm，然而，本發明的玻纖芯片11的厚度也可為例如約0.8mm。蜿蜒輻射金屬線12是天線用以輻射電磁波的主要部分，其形成于玻纖芯片11的至少兩個表面上。蜿蜒輻射金屬線12可由任何電導體制成，例如銀、銅等。蜿蜒輻射金屬線12更至少包括位于玻纖芯片11的下表面的下層金屬線121；位于玻纖芯片11的上表面的上層金屬線122；以及連接金屬線123，其中連接金屬線123位于玻纖芯片11的側邊，借以連接下層金屬線121與上層金屬線122。就設計而言，蜿蜒輻射金屬線12的總長度大約是天線第一操作頻段的中心頻率(例如2450MHz)的1/4波長，例如約35mm。本發明的一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線的尺寸為例如約6×6×1.6mm3，而天線的第一及第二操作頻段則為蜿蜒輻射金屬線12的前二個共振頻率，而調整蜿蜒輻射金屬線12的總長度可改變天線的第一共振頻率。另一方面，變化蜿蜒輻射金屬線12的寬度(例如約1.0mm)可以調整天線的前二個共振頻率的頻率比，例如可將蜿蜒輻射金屬線12做由細至寬的變化，借以調整第二操作頻段的中心頻率的大小。蜿蜒輻射金屬線12的寬度從起點到終點可以不是一定值，也就是蜿蜒輻射金屬線12可有多個寬度。因此，通過蜿蜒輻射金屬線12的不同長度、寬度和形狀的設計，可輕易達到所需的操作頻段和頻率比。
請參照圖3至圖5，其中圖3為本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線的仰視示意圖；圖4為本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線的俯視示意圖；而圖5為本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線的側視示意圖。如圖3所示，下層金屬線121由三條線組成，此三條線蜿蜒于玻纖芯片11的下表面的周圍的三邊。與其中起始第一線接觸的微波基板40具有接地面30，此第一線通常垂直地連接于信號傳輸線20方向。接著，下層金屬線121的第二線垂直地連接于第一線，而第三線則垂直地連接于第二線。如圖4所示，上層金屬線122由三條水平線與二條垂直線所組成，其形成次序為先形成第一水平線，接著連接第一垂直線，再連接第二水平線，然后再連接第二垂直線，而此第二垂直線只延伸至玻纖芯片11的上表面的一邊大約是中間的位置，然后便再連接第三水平線，而第三水平線的長度較第一水平線和第二水平線短，故不會與第一垂直線接觸。另外，如圖5所示，下層金屬線121與上層金屬線122之間由與二者垂直的連接金屬線123所連接。本較佳實施例的金屬線的蜿蜒方式可達到天線體積小的要求。
如上所述，本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線可操作于2450MHz(第一操作頻段)與5800MHz(第二操作頻帶)。請參照圖6，圖6為本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線關于返回損失對頻率的模擬與實驗結果曲線圖。如圖6所示，圖中曲線21為實驗測量結果，曲線22為使用電磁模擬軟件HFSS所得結果，實驗測量與計算機模擬的結果相當吻合。其帶寬分別為105MHz與820MHz。圖6中的虛線為本較佳實施例的參考點，其所示的返回損失約為7.3dB，也就是相當于1∶2.5的電壓駐波比。
請參照圖7和圖8，圖7為本發明的一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線在2450MHz的輻射場型測量結果，而圖8為本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線在5800MHz的輻射場型測量結果。請參照圖9和圖10，圖9為本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線于2450MHz頻帶的天線增益測量結果，而圖10為本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線于5800MHz頻帶的天線增益測量結果。由所得測量結果可知，于約2380MHz至約2500MHz頻帶操作時，本發明一較佳實施例的天線增益約在1dBi至2dBi之間。而于約5100MHz至約5900MHz的頻帶操作時，本發明一實施例的天線增益約在1dBi至2dBi之間。
綜合以上所述，本發明一較佳實施例的雙頻玻纖芯片天線足以含蓋2450MHz與5800MHz兩個ISM頻段(Industrial-Scientific-Medical band)所需的帶寬，同時具有良好的天線增益，非常適合藍牙或無線局域網絡的應用。
此外，如圖2所示的玻纖芯片11的形狀也可為選自于一矩形柱體、一正方形柱體與一圓柱體所組成的一族群，而蜿蜒輻射金屬線12也可以各種不同樣式來形成。請參照圖11至圖14，其中圖11和圖13為本發明其它實施例的雙頻玻纖芯片天線安裝于微波基板上的結構示意圖，而圖12和圖14為本發明其它實施例的雙頻玻纖芯片天線的結構示意圖。圖11和圖12為具不同樣式的蜿蜒輻射金屬線72的雙頻玻纖芯片天線70，蜿蜒輻射金屬線72形成于玻纖芯片71的至少兩個表面上。蜿蜒輻射金屬線72更至少包括下層金屬線721；上層金屬線722以及連接金屬線723。圖13和圖14的雙頻玻纖芯片天線80，其蜿蜒輻射金屬線82使用圓柱體的玻纖芯片81，而玻纖芯片81的至少兩個表面上形成有蜿蜒輻射金屬線82。此蜿蜒輻射金屬線82更至少包括下層金屬線821；上層金屬線822以及連接金屬線823。
另一方面，蜿蜒輻射金屬線除可形成于玻纖芯片的至少兩個表面上，依不同的設計與工藝，蜿蜒輻射金屬線也可形成于玻纖芯片的單一表面，或形成于玻纖芯片的內部。
以上于本發明發各實施例中所述發雙頻玻纖芯片天線發各組件的尺寸、形狀及形成位置等僅為舉例說明，本發明可依實際的需要而做調整，故本發明并不在此限。
因此，本發明的優點為提供了一種雙頻玻纖芯片天線，本發明的雙頻玻纖芯片天線使用成本低廉且堅固的玻纖材質，可以取代公知的陶瓷材料，完全沒有公知陶瓷芯片天線的缺點。本發明可設計出成本低廉、性能佳和堅固的芯片天線，并可依實際需要而以各種不同的樣式和形狀來制成，通過適當地調整輻射金屬線長度與蜿蜒方式即可變化天線的共振頻率及頻率比，因而可以廣泛地提供各種不同無線通訊系統使用。
本發明的另一優點為提供了一種雙頻玻纖芯片天線，可以適用于表面黏著技術，因而可做大量生產，進而降低與電路整合時所需的成本，更增加產品的穩定度。故本發明的雙頻玻纖芯片天線具有極高的產業應用價值。
權利要求
1.一種雙頻玻纖芯片天線，其特征是，該雙頻玻纖芯片天線具有一第一操作頻段和一第二操作頻段，且該雙頻玻纖芯片天線至少包括一玻纖芯片，其中該玻纖芯片由一玻纖材料所制成，其相對介電常數介于約4至約5之間；一蜿蜒輻射金屬線，其中該輻射金屬線形成于該玻纖芯片的至少二表面上；以及一表面黏著接點，借以連接該蜿蜒輻射金屬線至一信號傳輸線。
2.如權利要求1所述的雙頻玻纖芯片天線，其特征是，該蜿蜒輻射金屬線的總長度約為該第一操作頻段的中心頻率的1/4波長。
3.如權利要求1所述的雙頻玻纖芯片天線，其特征是，該第一操作頻段及該第二操作頻段的中心頻率為該蜿蜒輻射金屬線的前二個共振頻率。
4.如權利要求1所述的雙頻玻纖芯片天線，其特征是，該玻纖芯片的形狀選自于一矩形柱體、一正方形柱體與一圓柱體所組成的族群。
5.如權利要求1所述的雙頻玻纖芯片天線，其特征是，該蜿蜒輻射金屬線更至少包括一下層金屬線，其中該下層金屬線位于該玻纖芯片的一下表面；一上層金屬線，其中該上層金屬線位于該玻纖芯片的一上表面；以及一連接金屬線，其中該連接金屬線位于該玻纖芯片的一側邊，借以連接該下層金屬線與該上層金屬線。
6.如權利要求5所述的雙頻玻纖芯片天線，其特征是，該下層金屬線至少包括一第一下層水平線，其中該第一下層水平線的一端與該信號傳輸線垂直；一第一下層垂直線，其中該第一下層垂直線的一端連接于該第一下層水平線的另一端；以及一第二下層水平線，其中該第二下層水平線的一端連接于該第一下層垂直線的另一端，而該第二下層水平線的另一端連接于該連接金屬線的一端。
7.如權利要求5所述的雙頻玻纖芯片天線，其特征是，該上層金屬線至少包括一第一上層水平線，其中該第一上層水平線一端連接于該連接金屬線的另一端；一第一上層垂直線，其中該第一上層垂直線一端連接于該第一上層水平線的另一端；一第二上層水平線，其中該第二上層水平線的一端連接于該第一上層垂直線的另一端；一第二上層垂直線，其中該第二上層垂直線的一端連接于該第二上層水平線的另一端，且該第二上層垂直線延伸至該玻纖芯片的該上表面的一邊的約中間位置；以及一第三上層水平線，其中該第三上層水平線的一端連接于該第二上層垂直線的另一端，且該第三上層水平線的長度小于該第一上層水平線和該第二上層水平線。
8.如權利要求1所述的雙頻玻纖芯片天線，其特征是，該蜿蜒輻射金屬線有多個寬度。
9.如權利要求1所述的雙頻玻纖芯片天線，其特征是，該蜿蜒輻射金屬線的寬度為一定值。
10.如權利要求1所述的雙頻玻纖芯片天線，其特征是，該雙頻玻纖芯片天線安裝于一微波基板上，該微波基板具有一接地面，而該微波基板與該雙頻玻纖芯片天線間的一接觸面的一部分不具有該接地面，且該信號傳輸線位于該微波基板上。
全文摘要
一種雙頻玻纖芯片天線。本發明是將蜿蜒輻射金屬線形成于價格低廉的玻纖芯片上,以得到雙頻段的操作。本發明至少包括:由玻纖材料所制成的玻纖芯片；蜿蜒輻射金屬線；以及表面黏著接點。其中蜿蜒輻射金屬線形成于玻纖芯片的至少二個表面上,表面黏著接點用以連接蜿蜒輻射金屬線至信號傳輸線。本發明足以涵蓋兩個ISM頻段(Industrial－Scientific－Medical band)所需的帶寬,如2450MHz和5800MHz。本發明的玻纖芯片天線,不但易與電路結合,且堅固便宜,更適用于表面黏著技術(SMT),可大量生產,加上本發明的操作帶寬大,又可雙頻段操作,故本發明具有高度的產業應用價值。
文檔編號H01Q1/38GK1423366SQ0114021
公開日2003年6月11日 申請日期2001年12月5日 優先權日2001年12月5日
發明者邱宗文, 程遠東, 翁金輅 申請人:智邦科技股份有限公司, 翁金輅