TW201203698A - Inverted-F antenna and wireless communication apparatus using the same - Google Patents

Description

201203698 六、發明說明： 【發明所屬之技術領威】 [0001] 本發明係有關，種天線’尤指一種用於無線通訊設備中 的倒F型天線° [先前技術] [0002] 天線是無線通訊設備中重要的元件之一，卻也是電路模 組中面積、尺寸最大的元件之一。隨著無線通訊相關產 品愈來愈強調輕、薄、短、小的趨勢，天線小型化儼然 已是現今設計的主流。 ... ..

[0003] 在相關技術領域中，倒F型天線（Inverted —F An_ tenna’ I FA)是常被使用的一種天線類型，主要是因為 其具有近似全向性輻射場型的優點，因此被廣泛的應用 於網卡、手機及其他可攜式無線電子設備冲。 剛然、而，倒F型天線的天線本體長度需要實質上等於天線要 傳送和接收的無線電信料長翻分之—，對於日益縮 小的電路模組而言，這項天線本體長度的限制條件，是 造成整體模組難以進一步縮小的主要因素。 【發明内容】 _]因此’如何在愈來愈有限的機構空間中’設計具有良好 天線輕射特彳4、尺寸更小 '且低成本的天線結構，_直 是業界長期來所遭遇到的難題。 [0006] 本說明書接征7 供了—種倒F型天線之實施例，其包含有：— 輻射本體&含有複數個輻射部，且該複數個輕射 的部分輻射τ 。Τ 位於同一平面；一短路接腳，自該輻 099122701 表單編號Α0101 第4頁/共28頁 0992040014- 201203698 [0007]

[0008] [0009] 體向外延伸，且該複數個輻射部的其中之一與該短路接 腳間呈一第一預定夾角；一饋入接腳，自該輻射本體向 外延伸，且該複數個輻射部的其中之一與該饋入接腳間 呈一第二預定夾角；以及一突出部，自該複數個輻射部 中的其中之一向外突出，且該複數個輻射部的其中之一 與該突出部的至少局部呈一第三預定夾角。 本說明書另提供了一種無線通訊裝置之實施例，其包含 有：一電路基板，該電路基板包含有一第一連接部、一 第二連接部、以及一接地平面；以及一倒F型天線，其包 含有：一輻射本體，包含有複數個輻射部，且該複數個 輻射部中的部分輻射部位於同一平面，但至少有一輻射 部不位於該平面；一短路接腳，自該輻射本體向外延伸 ，並與該第一連接部及該接地平面相接觸，且該複數個 輻射部的其中之一與該短路接腳間呈一第一預定夾角； 一饋入接腳，自該輻射本體向外延伸，並與該第二連接 部相接觸，且該複數個輻射部的其中之一與該饋入接腳 間呈一第二預定夾角；以及一突出部，自該複數個輻射 部中的其中之一向外突出但不與該接地平面導通，且該 複數個輻射部的其中之一與該突出部的至少局部呈一第 三預定夾角。 前述實施例的優點之一是倒F型天線的結構製作簡單、成 本低廉。 前述實施例的另一優點是倒F型天線與無線通訊裝置的電 路基板的組裝很容易，便於生產製造。 099122701 【實施方式】 表單編號A0101 第5頁/共28頁 0992040014-0 201203698 [0010] 以下將配合相關圖式來說明本發明之實施例。在這些圖 式中，相同的標號係表示相同或類似的元件。 [0011] 在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來 指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解 ，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。本說明書及 後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來做為區分元件 的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準 。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」 係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於… J ° [0012] 請參考圖1，其所繪示為本發明一實施例之平面倒F型天 線（Planar Inverted-F Antenna，PIFA) 10 簡化後 的示意圖。天線10包含有一輻射本體（radiating body)、以及自該輻射本體向外延伸之短路接腳110、饋 入接腳120、以及突出部170，其中突出部170還具有一 向外延伸出去的定位件172。在本實施例中，天線10的輻 射本體包含第一輻射部130、第二輻射部140、第三輻射 部150、以及第四輻射部160。至於圖1中繪示的虛擬路徑 180，是代表天線10的輻射本體的等效電流路徑的示意圖 ，而虛擬路徑180的長度，則可用以代表該輻射本體的等 效電流路徑長度（或可視為天線10的輻射本體總長度） 〇 [0013] 實作上，可藉由調整短路接腳110與饋入接腳120的間隙 ，來改變天線10的輸入阻抗，以獲得較佳的阻抗匹配。 099122701 表單編號A0101 第6頁/共28頁 0992040014-0 201203698 [0014] 、:天線1G的各部件可以用導電性的材質分別製成後再 拼接組合。較佳者，天線邮直接用—體成形的金 Α進仃祕或切割製作，以降低製造的複雜度和成 本〇 [0015] ^天線10與無線軌|置的電路基板進行組裝前， 先將天線10彎折成適當的形狀， 可以 性 以增加天線1 0的結構剛 [0016]圖 Ο [0017] 〇 099122701 ，2為天線1〇的製作方式_實施例的示意圖。如圖2所示 =以先將天線1◦的短路接腳110、饋入接腳12〇、和第 =射部副分別彎折成與第—輻射部聰一預定夹角 。接塞“办 角度）或實質上垂直的形狀 接者，再將突出部17〇彎折 、 定+ Λ €祈成與第二輻射部140呈一預 又爽角（例如80〜100度之間 的形狀。 肖度）或實質上垂直 本實施例中的第二輻射部14〇、 」 射部160在使用狀態下是位於同和第四輻 幻〇和饋入接腳120兩者實質上平 八短路接腳 千行，亦即短路接腳110 σ只入接腳120並不會與第二||射 1ςη 粞射部】4〇、第三輻射部 Jb〇和第四輻射部16〇位於同—平 .,, 卸°另一方面，本實祐 例t的第一輻射部130在使用狀熊 Un m 〜下並不會與第二輻射部 40、第二輻射部150和第四輻射Α Pl6〇位於同一平面， 而疋與第二輻射部14〇、第三輪射 len 射。卩丨5〇和第四輻射部 狀實f上垂直。亦即，天線1G在使⑽態時會形成立體 的結構’这樣能大幅增強其結構剛性和穩定性，使得 天線10在組裝及使用的過程中不易變形 表單編號A0101 第7頁/共28頁 0992040014-0 201203698 [0018] 請參考圖3及圖4。圖3所繪示為使用天線10的一示例性的 無線通訊裝置300簡化後的示意圖。圖4則是無線通訊裝 置300的俯視圖。除了天線10之外，無線通訊裝置300還 包含有電路基板310、三個連接部320、330與340、以及 按鈕座350。電路基板310上還設有一接地平面412，而 按鈕座350上則設有一按紐352。為簡潔起見，圖3及圖4 中並未繪示電路基板310上的其他元件。 [0019] 電路基板310上的連接部320、330及340可以用孔洞來實 現，用以將天線10固定在電路基板310上。在一實施例中 ’孔洞320是一貫穿孔，其舟側不具有傳導性，且孔洞 320與接地平面412間具有一間隙（gap)，ι使得突出部 170的定位件172以插接或焊接方式接合於孔洞32〇時， 不會與接地平面412導通。孔洞33〇内侧鍍有導電性材料 ，例如銅，且孔洞330與電路基板31〇上的接地平面412 間也具有一間隙。當天線1〇的饋入接腳12〇與孔洞33〇以 插接或焊接方式相接合時，饋人接腳12G會將天線1〇所收 發的電磁波訊號連接至適當的電路元件進行處理。孔洞 340的内侧錢有導綠材料，並與電路基板31〇上的接 地平面412相連接。因此，當天線接mum 洞340以減祕齡从Μ，㈣㈣11Q會與接地 平面412相導通 [0020] 在-實施例中，當天線10組裝至電路基板3ι〇時 的第二輻射部140、第三輻射 外 深10 羯射。(Π50和弟四輻射部16 與電路基板310的邊緣實質上 " 099122701 另外’當組裝完成時，位於天線1〇末端的第四 表單編號A0101 第8頁Z共28頁 輻射部160 °992〇4〇〇14^〇 [0021] 201203698 的位置，會對應於按鈕座350上的按鈕352。因此，使用 者想按壓按鈕352以啟動無線通訊裝置300的特定功能（ 例如WPS設定）時，便可透過按壓天線1〇上的第四輻射部 160的方式，間接地按壓到按鈕352。在一較佳實施例中 ，第四輻射部160的面積是按鈕352之按壓面面積的兩倍 以上’因此’即使按鈕352的尺寸因模組縮小化的關係而 變小，使用者仍可輕易地透過第四輻射部160按壓到按鈕 352。 [0022] 〇 [0023]

[0024] 099122701 在一實施例中’短路接腳110與饋入接腳120兩者的末端 皆呈階梯狀，用以固定天線10在電路基板31〇上的相對高 度。另外’突出部170的末端也可做成‘梯狀，用來輔助 嚷.，雜 +!，，哪 固定天線110高度之功用，並可提升天線1〇組裝於電路基 板310時的結構穩定性。 在天線10中，突出部170的設置除了具有前述穩定天線1〇 結構的功能外’還能有效縮短天雄10在一特定操作頻率 下所需的尺寸或輻射本體長度。 凊參考圖5 ’其緣示為天線10有無設置突出部17〇時的操 作特性比較示意圖。在本實施例中，當天線1〇上不具有 突出部170時，天線10的操作頻率約為2. 58 GHz。另一 方面’當天線10具有突出部170時（如圖1所繪示之實施 例）’由於此突出部170與電路基板310上的接地平面 412間會產生寄生電容效應，將使得天線1〇之操作頻率由 原先的2.58 GHz降低至2.44 GHz左右。換言之，有了 突出部170的設置，將可使天線1〇在等效電流路徑總長度 (或輻射本體的總長度）不實質改變的情況下，降低其 表單鵠號A0101 第9頁/共28頁 0992040014-0 201203698 操作頻率。 [0025] [0026] 從另一角度而言，在操作頻率不實質改變的情況下，利 用突出部170的設置可有效縮短天線1Q所需的尺寸或輕射 本體長度。因此，天線1〇的等效電流路徑的長度（或輻 射本體總長度）在設計上便可小於天線1Q要傳送和接收 的無線電信號波長的四分之一.例如，在前述天線操作 頻率為2.44 GHz的實施例中，天線1〇的輻射本體總長度 (亦即圖1中所繪示的虛擬路徑180的長度），只需要25 nrn即可，遠較習知技術中所需的3〇 mjn左右的長度大幅減 少了約16%的長度。換言之，天線1〇的等效電流路徑的 長度，只需要天線1 0要傳送和接收的無線電信號波長的 四分之一的即可。如此一來，將可減少習知技 術中為了達成特定天線操作頻率，卻因受到機構空間限 制而過度彎折天線走線導致天線輻射特性變差的缺點。 實作上，電路基板31〇的接叫平两突出部1?〇的定 位件172之間的間隙越小，為產生的寄生電容效應越大， 可使天線10在等效電流路徑的總長度不變的情況下，具 有更低的操作頻率。另外，當接地平面412與定位件172 之間的間隙不變時，定位件丨72的寬度越大所產生的寄生 電容越大，也可使天線1〇在等效電流路徑的總長度不變 的情況下，具有更低的操作頻率。因此，只要適當的調 整接地平面412與突出部170的定位件172之間的間隙， 或是改變定位件172的寬度，便能有效降低天線1〇的操作 頻率，或在天線1〇操作頻率不變的情況下，有效縮短天 線10所需的轄射本體長度。另外，將突出部的位置設 099122701 表單編號A0101 第10頁/共28頁 0992040014-0 201203698 在天線ίο的等效電流路徑的中間70%的區間内，可使天 線1 0獲得較好的輻射特性。因此，突出部1 7 〇除了可設置 在第二輻射部14〇 —侧之外，視天線10各輻射部的長度而 定，也可設在第一輻射部13〇的一側，或是設在第三輻射 部150的一側。較佳者，可將突出部ι7〇的位置設在天線 1 0的等效電流路徑的中間三分之一位置的區間内。

[0027] D 圖6所繪示為本發明另一實施例之無線通訊裝置6〇〇簡化 後的示意圖。無線通訊裝置6〇〇與前述圖3中的無線通訊 裝置300很類似’差異在於無線通訊裝置6〇〇中的天線 的輻射本體彎折方向’與圖3中的天線1〇的輻射本體彎折 方向略有不同。在圖3的實施例中，天線的短路接腳 110、饋入接腳120、和第二輻射部丨4〇是相對於第一輻 射部130向上彎折，而天線6〇的短路接腳、饋入接腳 120、和第二輻射部140則是相對於第一“射部13〇向下 彎折，但兩者的天線操作機制是相同的。 [0028] Ο 圖7是本發明另一實施例之無斧通訊裝置700簡化後的示 意圖。無線通訊裝置700與前述圖3中的無線通訊裝置300 的差異在於兩者之天線上的突出部構造不同。圖3中的天 線10的突出部170上具有向外延伸的定位件，但圖7 中的天線70的突出部770沒有相對的構造。在無線通訊裝 置700的電路基板710與天線70進行组裝時，天線7〇的突 出部770可直接放置或平貼於電路基板no上，或是焊接 於電路基板Ή0上，不需用額外孔洞（例如圖3中的孔洞 320 )來做為連接機構。由於天線7〇的突出部770與接地 平面412間不會導通’但會產生寄生電容效應，所以這樣 099122701 表單編號A0101 第11頁/共28頁 0992040014-0 201203698 的配置方式同樣可如同前述實施例般達到降低天線操作 頻率、或縮短所需天線長度的效果。 [0029] 如前所述，將天線的突出部的位置設在天線的等效電流 路徑的中間70%的區間内，可使天線獲得較好的輻射特 性。視天線各輻射部的長度而定，前揭的突出部可設置 在第一輻射部130的一側、第二輻射部140的一側、或是 第三轄射部1 5 0的一側。 [0030] 例如，在圖7的實施例中，突出部770是設置在第二輻射 部1 4 0遠離饋入接腳12 0的一側。在圖8的實施例中，天線 80的突出部870是設置在第二輻射部140相對於第一輻射 部130的一側，且位於天線80的等效電流路徑（例如圖8 中繪示的虛擬路徑880，其長度可用以代表天線80的輻射 本體總長度）的中間70%的區間内。 [0031] 在其他實施例中，可將突出部的位置設在天線的等效電 流路徑的中間三分之一位置的區間内。例如，在圖9的實 施例中，天線90的突出部970則是設置在第一輻射部130 相對於第二輻射部140的一侧，且位於天線90的等效電流 路徑（例如圖9中繪示的虛擬路徑980，其長度可用以代 表天線90的轄射本體總長度）的中間三分之一位置的區 間内。 [0032] 由於前述的天線皆可用一體成形的結構，因此只需使用 一金屬導體，經過適當的凹折即可製作完成。而且本說 明書提出的天線可直接與電子設備的電路基板插接或焊 接在一起，故其具有製作簡單、成本低廉與組裝容易的 099122701 表單編號A0101 第12頁/共28頁 0992040014-0 201203698 [0033] 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專 利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範 圍。 【圖式簡單說明】 [0034] 圖1為本發明之平面倒F型天線的一實施例簡化後的示意 圖。 [0035] 圖2為圖1之天線的製作方式的一實施例示意圖。

[0036] 圖3為使用圖1之天線W的無線通訊裝置的一實施例簡化 後的示意圖。 '\ · - · 4 ~ [0037] 圖4為圖3之無線通訊裝置的俯視圖。 [0038] 圖5為圖1之天線有無設置突出部時的1作特性比較示意 圖。 [0039] 圖6與圖7為本發明之無線通訊裝置的其他實施例簡化後 的示意圖。 j'i [0040] 圖8與圖9為本發明之平面倒F型天線的其他實施例簡化後 的示意圖。 【主要元件符號說明】 [0041] 10、60、70、80、90 天線 [0042] 110短路接腳 [0043] 120饋入接腳 [0044] 130、140、150、160 輻射部 099122701 表單編號A0101 第13頁/共28頁 0992040014-0 201203698 770、870、970 突出部 [0045] 170 [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] [0053] 172定位件 180、880、980虛擬路徑 300、600、700無線通訊裝置 310、710電路基板 320、330、340 連接部 350按钮座 352按鈕 412接地平面 099122701 表單編號A0101 第14頁/共28頁 0992040014-0

Claims (1)

1. 201203698 七、申請專利範圍： 1 . 一種倒F型天線，包含有： 一輻射本體，包含有複數個輻射部，且該複數個輻射部中 的部分輻射部位於一第一平面； 一短路接腳，自該輻射本體向外延伸，且該複數個輻射部 的其中之一與該短路接腳間呈一第一預定夾角； 一饋入接腳，自該輻射本體向外延伸，且該複數個輻射部 的其中之一與該饋入接腳間呈一第二預定夾角；以及 一突出部，自該複數個輻射部中的其中之一向外突出，且 0 該複數個輻射部的其中之一與該突出部的至少局部呈一第 三預定夾角； 其中該第一預定夾角、該第二預定夾角、及該第三預定夾 角的至少其中之一實質上為直角。 2 .如申請專利範圍第1項所述之倒F型天線，其中該複數個輻 射部的其中之一與該短路接腳實質上垂直。 3 .如申請專利範圍第2項所述之倒F型天線，其中該複數個輻 射部的其中之一與該饋入接腳實質上垂直。 〇 4 .如申請專利範圍第1、2或3項所述之倒F型天線，其中該 複數個輻射部的其中之一與該突出部的至少局部實質上垂 直。 5 .如申請專利範圍第1項所述之倒F型天線，其中該第一預定 夾角、該第二預定夾角、及該第三預定夾角均為直角。 6 .如申請專利範圍第1項所述之倒F型天線，其中該短路接腳 及/或該饋入接腳不位於該第一平面，且與該第一平面實 質上平行。 099122701 表單編號A0101 第15頁/共28頁 0992040014-0 201203698

   10 . 如申請專利範圍们項所述之胸天線，其中該複數個輕 射部中只有部分的輻射部位於該第一平面。 如申請專利範圍第W所述之w型天線，其t該複數個輕 射部包含-第4射部、—第二輻射部、—第三轄射部、 、及第四輻射部，且該第二輻射部和該第三輻射部是位 '第平面，但5亥第一輻射部並不位於該第一平面。 如申請專利範圍第8項所述之倒F型天線，其中該第四輕射 邛和該第二輻射部是位於該第一平面。 如申請專利範圍第8項所述之倒F型天線，其中該第—輪射 部會與第二輻射部、該第三輻射部及/或該第四輻 質上垂直。 如申請專利範圍第8項所述之倒F型天線，其中該突出部位 於該第-輻射部、該第二輻射部、該第三輕射部、或該第 四輪射部的一側D .如申請專利範圍第u項所述之倒F型天線，其中該突出部 與相連接的輻射部實質上垂童Η 13 .如申請專利範圍第i項所述之倒㈣天線，其中該突出部是 ι位於該輻射本體之等效電流路徑的宰間70%的區間内。 W .如申請專利範圍第j項所述之倒F型天線，其中該突出部是 位於該轄射本體之等效電流路徑的中間三分之一的區間= 〇 如申請專利範圍第13或14項所述之倒F型天線，其中該突 出部具有向外延伸之一定位件，當該倒F型天線與一電路 基板組裝時，該定位件可用以支撐該輻射本體的其中一部 〇991227〇1 如申請專利範圍第1 3或14項所述之倒f?型天線 表單編號A0101 第16頁/共28頁 其中當該 0992040014-0 16 201203698 17 . 18 . ❹ Ο 19 · 20 倒F型天線與一電路基板組裝時，該複數個輻射部的其中 之一的位置會與位於該電路基板上的一按鈕的位置相對應 〇 如申請專利範圍第1項所述之倒F型天線，其中該輻射本體 的總長度，是該倒F型天線要傳送和接收的無線電信號波 長的四分之一的85%〜90%。 一種無線通訊裝置，包含有： 一電路基板，該電路基板包含有一第一連接部、一第二連 接部、以及一接地平面；以及 一倒F型天線，其包含有： 一輻射本體，包含有複數個輻射部，且該複數個輻射部中 的部分輻射部位於一第一平面，但至少有一輻射部不位於 該第一平面； 一短路接腳，自該輻射本體向外延伸，並與該第一連接部 及該接地平面相接觸，且該複數個輻射部的其中之一與該 短路接腳間呈一第一預定夾角； 一饋入接腳，自該輻射本體向外延伸*並與該第二連接部 相接觸，且該複數個輻射部的其中之一與該饋入接腳間呈 一第二預定夾角；以及 一突出部，自該複數個輻射部中的其中之一向外突出但不 與該接地平面導通，且該複數侗輻射部的其中之一與該突 出部的至少局部呈一第三預定夾角。 ’ 如申請專利範圍第18項所述之無線通訊裝置，其中該複數 個輻射部的其中之一與該短路接腳或該饋入接腳實質上垂 直。 如申請專利範圍第19項所述之無線通訊裝置，其中該複數 099122701 表單編號A0101 第17買/共28頁 0992040014-0 201203698 21 22 23 24 25 , 26 . 27 . 28 . 29 . 099122701 個轄射部的其中之一與該突出部的至少局部實質上垂直。 .如申請專利範圍第18項所述之無線通訊裝置，其中該短路 接腳及/或該饋入接腳不位於該第一平面上，且與該第一 平面實質上平行。 如申请專利範圍第i8項所述之無線通訊裝置，其中該複數 ^輻射部包含—第—輻射m射部、_第巧射 部、以及-第四輻射部，且該第二轄射部、該第三輻射部 和該第四輻射部位於該第一平面，但該第一輕射部並不位 於該第一平面。 如申請專利範圍第22麟述之無線通訊翁置，其中該第— 輻射部會與第二輻射部、該第三輻射部及/或該第四輻射 部實質上垂直》 如申請專利範圍第22項所述之無線通訊裝置，其中該突出 部位於該第一輳射部、該第二轄射部、該第三輕射部乂、或 该第四輻射部的一側。 =申請專利範_24項所狀無線觀鎌其中該突出 部與相連接的輻射部實質上垂直^ 如申睛專利範㈣18項所述之無線通訊|置其中該第一 平面與該電路基板的邊緣實質上垂直。 如申晴專㈣圍第18項所述之無線通訊裝置，a中 部是位於職射本體之等效電流路徑的中間7〇%的區/間内 如申請專職圍第18項所述之無線通崎置，1中該 ^是位於該輻射本體之等效電流路彳㈣中間三分之；； 間内。 如申請專·圍第27或28項所述之鱗通 表單編號删1 第18頁/共28胃 0992040014-0 201203698 該突出部具有向外延伸之一定位件，可用以支撐該輻射本 體的其中一部。 30 .如申請專利範圍第27或28項所述之無線通訊裝置，其中 該電路基板上設有一按鈕，而該複數個輻射部的其中之一 的位置會與位於該按鈕的位置相對應。 31 .如申請專利範圍第18項所述之無線通訊裝置，其中該輻射 本體的總長度，是該倒F型天線要傳送和接收的無線電信 號波長的四分之一的85%~90%。 〇 099122701 表單編號 A0101 第 19 頁/共 28 頁 0992040014-0