一種電路板天線的制作方法

專利名稱：一種電路板天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微帶天線，特別是一種電路板天線。
背景技術：
近年來，隨著無線通訊技術和半導體工藝的快速發展，使得無線通訊和衛星通訊，諸如衛星定位系統、衛星直播(Direct Broadcasting Satellite；DBS)、衛星行動通信(mobile satellite；MSAT)、無線電話、無線局域網絡系統、無線用戶交換機、無線區域呼叫...等通訊網路，有如雨后春筍般的產生。無線通訊系統主要由發射/接收機及天線所組成，其中天線是負責收/發射信號在空氣中電磁能量轉換的橋梁，為通信系統中不可或缺的基本配備，也為目前研發工作的一項重心。
一般常見的天線包括線型天線(wire antenna)(例如偶極(dipole)天線)、螺旋天線(helix antenna)、喇叭天線(horn antenna)、反射面天線(reflector antenna)、八木天線(yagi antenna)、對數周期天線(log-periodicdipole antenna)、微帶天線(patch antenna)、數組天線(array antenna)。其中，除了微帶天線和數組天線外，其余六種天線技術的發展的都已經較為定型，因此目前許多天線研發多以微帶天線和數組天線為主，尤其是微帶天線，可謂眾人最為積極研發的技術。一般說來，微帶天線制作成本較低且可利用印刷電路板制作(故又稱電路板天線(circuit board antenna)或印刷天線(printedantenna))，因此技術簡單、易于量產。再者，其具有低剖面特性，故可使用軟性材質并易于一些特殊環境上建構，例如高速移動載具的表面。此外，微帶天線的第一輻射主體(又稱箝板(patch))的形狀具多選擇性，因此可輕易達到所需求的極化形狀，例如線性極化或橢圓極化。而且其易運用于建構主動式集成天線(active integrated antenna)，以與后級主動電路組件架構于同一基板，進而縮小簡化整體裝置。目前，微帶天線已廣泛應用于商業用途上，且其設計與分析技術已經十分成熟。
參照圖1A、圖1B，為現有技術的電路板天線，在一介電基板100的二側設置各組件；其中，第一組件110的饋入區114與接地部140相連，而第二組件120、130對稱連接至第一組件110，以使其與第一組件110的輻射區112均為1/4波長的電氣長度，如于美國專利第5754145號中所示。
參照圖2A、圖2B，為應用于無線局域網絡(WLAN)的另一現有技術的電路板天線，于此帶狀傳導部220a、230a分別相對于帶狀傳導部220b、230b設置于介電基板的二表面200a、200b，并以導孔250貫穿基板而連結彼此，且傳導部與接地部240間以介電部210間隔開。再者，在表面200b上也可相對接地部240而設置一接地部(圖中未顯示)，并以導孔250連結彼此。
此外，再一現有技術的電路板天線，如圖3A、圖3B所示，也是在一介電基板的二表面300a、300b上分別對應設置帶狀傳導部320a、330a、320b、330b和與其耦接的接地部340a、340b，且各組件以導孔350貫穿耦接另一面的對應組件；此外，在表面300a上設置有連接帶狀傳導部320a、330a的U型傳導部360、362以產生匹配效應，如于美國專利公報第2004/0027289 A1號中所示。
然而，微帶天線仍有窄頻寬、低輻射效率、低輸出功率等問題存在，因此，許多研究工作嘗試通過增加頻寬和增益、輻射場型的控制、縮小金屬片面積或多頻操作··等等方式以改善微帶天線的特性。再者，常有部分天線在應用于電子裝置上時，會易受到電子裝置的影響而致使天線場型改變，因此目前許多相關單位及研究者仍需繼續進行天線設計的研究課題，以期能通過簡單的結構設計得到較佳的天線效能，并且在實際應用時不易受到應用的電子裝置的影響。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種電路板天線，以大體上解決上述現有技術所存在的問題。
本發明所提供的電路板天線，可降低設置此天線的電子裝置(例如筆記型計算機)對輻射場型所產生的影響。
本發明所提供的電路板天線，可具有較寬的使用頻寬。
因此，為了實現上述目的，本發明所提供的電路板天線，包括一基板、一第一接地部、一第二接地部、一對第一帶狀傳導部以及一對第二帶狀傳導部。
此基板具有數層表面，即其可為一單層結構的基板，或是一多層結構的基板，而其余各組件可任意設置于基板的一層表面上。其中，當第一和第二接地部位于同一層表面時，第一接地部可直接耦接至第二接地部；反之，當第一和第二接地部位于不同層表面時，第一接地部和第二接地部之間則通過貫穿基板的多個導孔而相互連接。并且，第一和第二接地部位分別具有數個第一和第二接地區塊。而，第一和第二帶狀傳導部以對稱方式設置于一層表面上，其中各個第一帶狀傳導部均具有一饋入區和一輻射區。在此，當第一帶狀傳導部和第二接地部設置在相同層表面上時，饋入區則設置在第二接地部內并以二縫隙間隔彼此，即相鄰的第二接地區塊間形成一開路以設置饋入區，而輻射區則設置于第二接地部之外；反之，當第一帶狀傳導部和第二接地部設置于不同層表面上時，饋入區則設置于對應第二接地部的位置上，而輻射區則設置于不對應第二接地部的位置，即設置于對應第二接地部的位置的一側。再者，各個第二帶狀傳導部的一端分別耦接至一輻射區遠離第二接地部的一端，并與相耦接的輻射區形成第一輻射主體，以收發一電磁波，而第二帶狀傳導部的另一端則朝向第一接地部。
其中，當第一接地部與饋入部設置于不同層表面(即，第一接地部與一個以上的第一帶狀傳導部設置于不同層表面)時，饋入部可延伸通過對應第一接地部的區域；反之，當第一接地部與饋入部設置于相同層表面時，饋入部延伸通過第一接地部并以縫隙間隔彼此，以使饋入部不與第一接地部相耦接，即相鄰的第一接地區塊間形成一開路以設置饋入區。
此外，第一接地部具有二缺口，以使第二帶狀傳導部與第一接地部保持一既定距離。
再者，更包括一對第二輻射主體，其分別對應一第一輻射主體而設置，即其與相對應的第一輻射主體位于不同層表面上，并且第二輻射主體和相對應的第一輻射主體可通過貫穿基板的多個導孔而相互連接。于此，當這些第二輻射主體中至少一與第二接地部位于相同層表面時，相同層表面上的第二輻射主體與第二接地部位間具有一縫隙以間隔彼此。此外，這些第二輻射主體的形狀可大致上相同于所對應的第一輻射主體。
在此，輻射區與第二接地部間具有一第一夾角，即兩者的長邊延伸相交而形成第一夾角；以及輻射區與第二帶狀傳導部的連結處具有一第二夾角，即兩者的長軸相交而形成第二夾角。在此，較佳的第一和第二夾角為二者均為約90度。此外，第一輻射主體的外側總長度根據使用的頻率范圍而決定，而第一和第二帶狀傳導部的寬度根據使用頻寬和阻抗匹配而決定。
在此，第一輻射主體的外側總長度可介于約2.5～3.1公分之間。可是，較佳的外側總長度為約2.8公分。
其中，第一帶狀傳導部的寬度可介于約0.2～0.4公分之間，而第二帶狀傳導部的寬度則可介于約0.15～0.25公分之間。可是，較佳的第一帶狀傳導部的寬度為約0.3公分，而較佳的第二帶狀傳導部的寬度為約0.2公分。
以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。


圖1A為說明現有技術的印刷天線的俯視圖；圖1B為說明現有技術的印刷天線的側視圖；圖2A為說明現有技術的電路板天線的一表面的俯視圖；圖2B為說明現有技術的電路板天線的另一表面的俯視圖；圖3A為說明另一現有技術的電路板天線的一表面的俯視圖；圖3B為說明另一現有技術的電路板天線的另一表面的俯視圖；圖4A為說明根據本發明第一實施例的電路板天線的第一表面的俯視圖；圖4B為說明根據本發明第一實施例的電路板天線的第二表面的俯視圖；圖4C為說明根據本發明第二實施例的電路板天線的第二表面的俯視圖；圖4D為說明根據本發明第三實施例的電路板天線的第一表面的俯視圖；圖4E為說明根據本發明第四實施例的電路板天線的第一表面的俯視圖；圖4F為說明根據本發明第五實施例的電路板天線的第一表面的俯視圖；圖4G為說明根據本發明第五實施例的電路板天線的第二表面的俯視圖；圖5為在圖4F、4G中的電路板天線的回饋損失的量測數據圖；圖6為在圖4F、4G中的電路板天線的電壓駐波比的量測數據圖；以及圖7為在圖4F、4G中的電路板天線設置于一筆記型計算機上，其水平面和垂直面的輻射場形的實驗數據圖。
其中，附圖標記如下100介電基板
110第一組件112輻射區114饋入區120第二組件130第二組件140接地部200a 表面200b 表面210介電部220a 帶狀傳導部220b 帶狀傳導部230a 帶狀傳導部230b 帶狀傳導部240接地部250導孔300a 表面300b 表面320a 帶狀傳導部320b 帶狀傳導部330a 帶狀傳導部330b 帶狀傳導部340a 接地部340b 接地部350導孔360U型傳導部362U型傳導部400基板420第一帶狀傳導部4202 輻射區4204 饋入區
422第一帶狀傳導部4222 輻射區4224 饋入區424第二帶狀傳導部426第二帶狀傳導部430第二輻射主體432第二輻射主體440第一接地部440a 第一接地區塊440b 第一接地區塊440c 第一接地區塊4402 缺口4404 缺口442第二接地部442a 第二接地區塊442b 第二接地區塊442c 第二接地區塊450導孔460縫隙462縫隙θ1第一夾角θ2第二夾角具體實施方式
以下舉出具體實施例以詳細說明本發明的內容，并以圖標作為輔助說明。說明中提及的標記為參照附圖標記。
本發明一實施例的電路板天線，主要包括一對第一帶狀傳導部、一對第二帶狀傳導部、一第一接地部以及一第二接地部。并且，這些組件均設置于一基板上。其中，此基板由介電材料制成，且可為一多層結構，其中在相鄰二層結構間共同形成一層表面。舉例來說，若此基板具四層結構時，此基板共具有五層表面，即最上層的上表面、最下層的下表面及三個相鄰二層結構間的共同表面。因而，根據本發明，各個組件可任意設置于同層或不同層表面上。
以下僅以單層結構的基板來詳細說明本發明的實施例。在此，此單層結構的基板具有二層表面，即第一表面和第二表面。
參照圖4A、4B，為根據本發明一實施例的電路板天線。在圖中，此基板400具有第一和第二表面，其中一對第一帶狀傳導部420、422、一對第二帶狀傳導部424、426以及第一接地部440設置于基板400的第一表面上，而第二接地部442設置于基板400的第二表面上。于此，第一和第二帶狀傳導部420、422、424、426呈現長條狀。
第一接地部440耦接至第二接地部442；在此實施例中，第一和第二接地部440、442通過貫穿基板400的多個導孔(via hole)450相互連接。
在第一帶狀傳導部420、422中的一端為一輻射區4202、4222，而另一端為一饋入區4204、4224。在此，饋入區4204、4224位于第二接地部442之上，但不耦接第二接地部442，即饋入區4204、4224設置于第一表面相對第二接地部442的位置上；換句話說，這些饋入區4204、4224重疊于第二接地部442上，但因基板400的分隔(即設置不同層表面上)而彼此間不相互耦接。輻射區4202、4222分別連接至第二帶狀傳導部424、426的一端，并在連接處形成第二夾角θ2，即輻射區4202、4222的長軸與第二帶狀傳導部424、426的長軸相交形成第二夾角θ2。在此，輻射區4202、4222與第二帶狀傳導部424、426耦合以形成一對第一輻射主體，并且此對第一輻射主體以對稱方式相對設置于第二接地部442的二側，但不與第二接地部442重疊。換句話說，在第一表面上相對第二表面上的第二接地部442的區塊的兩側對稱設置第一輻射主體。其中，在第一帶狀傳導部420、422與第二接地部442之間形成第一夾角θ1，即輻射區4202、4222的長軸與第二接地部442的長軸相交形成第一夾角θ1。
其中，第一接地部440相對于第一輻射主體的另一側可用于與應用此天線的電子裝置(例如發射/接收機、網絡卡等裝置)的主要電路連結。并且，饋入區4204、4224可向第二接地部442延伸，在不與第一接地部440耦接的情況下，通過第二接地部442而連接至應用此天線的電子裝置的主要電路(圖中未顯示)，以提供在天線和電子裝置間的欲發送/接收的信號的傳遞信道。因此，應用此天線的電子裝置即可通過此對第一輻射主體中之一來收發相應欲發送/接收的信號的電磁波。在此實施例中，第一接地部440可區分為數個第一接地區塊440a、440b、440c以形成二開路，以供饋入區4204、4224延伸通過第一接地部440；換句話說，各個第一接地區塊440a、440b、440c與饋入區4204、4224間形成狹縫(gap)460以間隔彼此，如圖4A所示。
此外，第二帶狀傳導部424、426的另一端朝向第一接地部440，并且此第二帶狀傳導部424、426與第二接地部442間相距一既定距離。在此實施例中，在第一接地部440上靠近第二帶狀傳導部424、426的位置具有兩缺口4402、4404，以使第一接地部440與第二帶狀傳導部424、426間相距一既定距離。其中，雖然在圖中所示的缺口4402、4404為一階梯式缺口，可是實際上此缺口的設計可依據實際線路需求，并符合使第一接地部與第二帶狀傳導部間保持一既定距離的條件下，而設計成任意形狀的缺口。
此外，第二接地部442可設計為一約略矩形，以增加此對第一輻射主體的隔離度。再者，此第二接地部亦可呈現中間簍空的圖形(圖中未顯示)，即在基板上開洞使相對于第二接地部中間的部分區塊呈現簍空狀態，以達到增加此對第一輻射主體的隔離度的效果。
此外，在第二表面上，第二接地部442可延展擴展至對應第一接地部440的位置處，如圖4C所示，并且所形成的延展區4422的形狀大致上相同于第一接地部440。在此實施例中，第一表面上各組件的配置大致上與圖4A相同。并且，在延展區4422上可布滿數個導孔450，以使第二接地部442通過這些導孔450連接至第一接地部440。
此外，第二接地部442也可設置于第一表面上，如圖4D所示，并直接耦接第一接地部440；在此，第二接地部442可區分為數個第二接地區塊442a、442b、442c而形成二開路，以供饋入區4204、4224延伸通過第二接地部442；換句話說，各個第二接地區塊440a、440b、440c與饋入區4204、4224以縫隙460間隔開。反之，第一接地部440可與第二接地部442同設置于第二表面上，且直接耦接彼此，此時其它組件則設置于第一表面上，如圖4E所示。
另外，在第二表面上對應第一輻射主體4202、424、4222、426處可設置一對第二輻射主體430、432，并且以縫隙462間隔開第二輻射主體430、432和第二接地部442，如圖4F、圖4G所示；其中，此對第二輻射主體430、432通過數個導孔450而分別耦接至相對應的第一輻射主體4202、424、4222、426。在此，第二輻射主體430、432的形狀大致上與第一輻射主體相同。
其中，第一輻射主體的外側總長度根據使用的頻率范圍而定。在此，此外側總長度可約為2.5～3.1公分。其中就約2.4GHz的工作頻率下，其外側總長度較佳為2.8公分。而第一和第二帶狀傳導部420、422、424、426的寬度則依據使用頻寬與阻抗匹配而決定。在此，第一帶狀傳導部420、422的寬度可約為0.2～0.4公分，而第二帶狀傳導部424、426的寬度可約為0.15～0.25公分。其中，第一帶狀傳導部420、422的較佳寬度可為約0.3公分，而第二帶狀傳導部424、426的較佳寬度可為約0.2公分。并且，可根據所需的場型而決定第一和第二夾角θ1、θ2，其中當第一和第二夾角θ1、θ2均為約90度時，此天線可產生一約略球狀的場型。
再者，在實際應用上此基板可為一多層結構(即表示此基板具有多個層表面)，且各組件可任意設置于基板中一層表面上，但需將同一側的第一和第二帶狀傳導部設置在同一層表面上。換句話說，各組件可依據實際需求并根據上述的對應位置而設置在同一層表面或不同層表面，亦或是部分組件設置于同一層表面上。其中第二帶狀傳導部須與第一和第二接地部分別相距一既定距離，并且當第一帶狀傳導部與接地部(即，第一和/或第二接地部)位于同一平面時，需通過縫隙間隔第一帶狀傳導部和接地部。再者，當具有第二輻射主體時，需將此第二輻射主體與相對應的第一和第二帶狀傳導部所形成的第一輻射主體設置不同層表面上，并將此第二輻射主體對應第一輻射主體而設置。其中，若第二輻射主體與第二接地部位于同一層表面時，則通過縫隙間隔彼此。
最后，本發明更提出實際測試的回饋損失、電壓駐波比和輻射場形圖作說明，參照圖5～圖7。圖5和圖6為頻率范圍在2GHz～3GHz所量測得的回饋損失和電壓駐波比的數據圖。在圖5中，“箭頭”用以標示參考信號0dB的基準線，且縱軸一格為10dB；在此，標記“△1”處代表在頻率2.4GHz可得到相對于參考信號0dB的回饋損失為約24.3dB，在標記“△2”處代表在頻率2.45GHz可得到相對于參考信號0dB的回饋損失為約29.6dB，以及在標記“△3”處代表在頻率2.5GHz可得到相對于參考信號0dB的回饋損失為約31.1dB；由此可得知在標準電壓駐波比為2.0定義的天線頻率范圍下，此天線頻寬約為800MHz。在圖6中，“箭頭”用以標示基準線，而在標記“△1”處代表在頻率2.4GHz可測得相對電壓駐波比為約1.13，在標記“△2”處代表在頻率2.45GHz可測得相對電壓駐波比為約1.08，以及在標記“△3”處代表在頻率2.5GHz可測得相對電壓駐波比為約1.05；由此可得知在2.4GHz～2.5GHz的頻率范圍內此天線的相對電壓駐波比近似于1。然后，在此天線設置于一筆記型計算機的狀態下，進行水平面和垂直面的輻射場形的實際測試。為當本發明一實施例設置于一筆記型計算機上時，可得到如圖7所示的輻射場形的實驗數據圖。
當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種電路板天線，其特征在于，包括一基板，具有多層表面；一第一接地部，設置于所述層表面中之一；一第二接地部，設置于所述層表面中之一且耦接所述第一接地部；一對第一帶狀傳導部，以對稱方式設置于所述層表面中之一，其中每一所述第一帶狀傳導部，包括一饋入區，選擇性地位于所述第二接地部上或第二接地部內；以及一輻射區，對稱位于所述第二接地部的二側，其中所述輻射區的長邊和所述第二接地部的長邊之間具有一第一夾角；以及一對第二帶狀傳導部，分別耦接至所述些輻射區中之一而形成一第一輻射主體，以收發一電磁波，其中，所述第二帶狀傳導部的一端耦接于所述輻射區遠離所述第二接地部的一端，以形成一第二夾角，以及所述第二帶狀傳導部的另一端朝向所述第一接地部。
2.根據權利要求1所述的電路板天線，其特征在于，較佳的所述第一和第二夾角為約90度。
3.根據權利要求1所述的電路板天線，其特征在于，當所述第一帶狀傳導部中至少一與所述第二接地部位于不同的所述層表面時，與所述第二接地部不同的所述層表面的所述饋入區位于所述第二接地部上。
4.根據權利要求1所述的電路板天線，其特征在于，所述第二接地部具有多個第二接地區塊，并且當所述第一帶狀傳導部中至少一與所述第二接地部位于相同的所述層表面時，在相同的所述層表面上，所述饋入區與相鄰的所述第二接地區塊間具有一縫隙，以間隔所述第一帶狀傳導部和所述第二接地部。
5.根據權利要求1所述的電路板天線，其特征在于，所述第一接地部具有多個第一接地區塊，并且當所述第一接地部與所述饋入部位于相同的所述層表面時，所述饋入部與相鄰的所述第一接地區塊間具有一縫隙，以間隔所述饋入部和所述第一接地部。
6.根據權利要求1所述的電路板天線，其特征在于，當所述第一接地部與所述饋入部位于不同的所述層表面時，所述饋入部延伸通過所述第一接地部上。
7.根據權利要求1所述的電路板天線，其特征在于，更包括一對第二輻射主體，分別對應所述第一輻射主體中之一而設置于所述些層表面中之一，其中，所述第二輻射主體與相對應的所述第一輻射主體位于不同所述層表面；以及多個導孔，貫穿所述基板，以導通所述第二輻射主體與相對應的所述第一輻射主體。
8.根據權利要求7所述的電路板天線，其特征在于，當所述第二輻射主體中至少一與所述第二接地部位于相同的所述層表面時，在相同的所述層表面上，所述第二輻射主體與所述第二接地部位之間具有一縫隙。
9.根據權利要求7項所述的電路板天線，其特征在于，所述第二輻射主體的形狀大致上相同于相對應的所述第一輻射主體。
10.根據權利要求1所述的電路板天線，其特征在于，更包括多個導孔，貫穿所述基板，以導通所述第一接地部與所述第二接地部。
11.根據權利要求1所述的電路板天線，其特征在于，所述第一接地部具有二缺口，以使所述第二帶狀傳導部與所述第一接地部間保持一既定距離。
12.根據權利要求1所述的電路板天線，其特征在于，所述第一輻射主體的外側總長度根據使用的頻率范圍而決定。
13.根據權利要求12所述的電路板天線，其特征在于，所述第一輻射主體的外側總長度在2.5～3.1公分之間。
14.根據權利要求13所述的電路板天線，其特征在于，較佳的所述第一輻射主體的外側總長度為2.8公分。
15.根據權利要求1所述的電路板天線，其特征在于，所述第一和第二帶狀傳導部的寬度根據使用頻寬和阻抗匹配而決定。
16.根據權利要求15所述的電路板天線，其特征在于，所述第一帶狀傳導部的寬度在0.2～0.4公分之間，以及所述第二帶狀傳導部的寬度在0.15～0.25公分之間。
17.根據權利要求16所述的電路板天線，其特征在于，較佳的所述第一帶狀傳導部的寬度為0.3公分，且較佳的所述第二帶狀傳導部的寬度為0.2公分。
全文摘要
本發明涉及一種電路板天線，主要包括相互連接的第一和第二接地部；和以對稱方式設置且不與第一和第二接地部耦接的一對第一帶狀傳導部和一對第二帶狀傳導部。在此，第一帶狀傳導部具有饋入區和輻射區。饋入區可位于第二接地部內或第二接地部上，而輻射區耦接至一第二帶狀傳導部的一端以形成第一輻射主體，以收發一電磁波。并且第二帶狀傳導部的另一端朝向第一接地部。其中，當輻射區與第二接地部間的夾角和與第二帶狀傳導部間的夾角均為約90度時，可得到較寬的使用頻寬。
文檔編號H01Q13/08GK1913224SQ200510089980
公開日2007年2月14日 申請日期2005年8月9日 優先權日2005年8月9日
發明者蘇信誠, 張忠平 申請人:技嘉科技股份有限公司