TWI243511B - Antenna device and method for forming the same - Google Patents

Description

1243511 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種天線裝置，特別是一種在接地金屬 層中具有狹縫的天線裝置及其製作方法。 、 【先前技術】 隨著無線通纖術的突餘進，各式的通訊產品與技 術也如雨後春寄般的出現’ -項產品若想要得到 泛的接受與肯定，其產品的效能、外觀、尺寸，就成為二 常重要的關鍵，而通訊產品除了產品本身的考量之外，最 重要的莫過於是無線職的收發效能，因為減的收發效 能，對於產品在消費者評價比重中佔有很大一部份的比 例，而與訊號收發效能最直接相關的，莫過於產品上的天 線裝置，同時兼顧天線的收發效能並配合通訊產品的整體 性考量，已成為業界一致的努力目標。 如第一圖所示，係習知行動通訊單元之天線裝置與主 機板的示意圖，其中主機板10係一多層結構，圖面上所示 僅為其表層，另製作於主機板10上之天線裝置係包含：一 天線單元12及複數個導電貫孔丨4。天線單元12係由一天 線本體120、一天線接頭座（c〇nnect〇r) 122及饋電接腳 124，其中天線本體12〇係一螺旋天線（helical antenna) 的型式’饋電接腳（feed line) 124更連接至行動通訊單 疋之訊號處理模組（圖中未示複數個導電貫孔14係用 以將主機板10表層上的接地金屬層的搞合電流導入主機 板10底層上的射頻接地金屬層（RFgnxmd)，以完成無線 訊號的收發。 6 圖所示，係主機板1Q底層的射頻接地金屬層上 t，的分佈示意圖，耦合電流係透過該些導電貫孔14 層導人底層的射頻接地金屬層，由於此接地金屬層 二凡正的i屬層，所以電流分佈的情形是*受阻礙的、均 二的分佈於接地金屬層的表面。因此，電流分布不集中的 =果’導致紐擴散路徑廣泛，進而使得敎電奸度縮 間接的_訊號所能傳輸的頻寬。有驗此，本發明 曰供-種天線裝置，有效增加所麟輸訊號賴寬及增加 天線增益。 【發明内容】 本發明之目的為提供一種在接地金屬層中具有狹缝 (slot)的天線裝置。 本毛明之另一目的為提供一種具有狹縫的天線裝置之 製作方法。 本發明之再一目的為提供一種具有狹縫的天線裝置之 行動通訊單元。 一 本發明提供一種天線裝置，包含：基板、天線單元、 複數個導電貝孔（v^a)及第一狹縫（slot)。基板係一絕 緣材料組成，基板之上下表面各具有一接地區及一絕緣 區，基板下表面之接地區更設有一第一金屬層，基板上表 面之接地區更設有一第二金屬層，其中第一金屬層及第二 金屬層皆作為接地金屬層（groundplane)。天線單元係製 作於基板上表面之絕緣區，更包含一天線本體（如：單極 天線、微帶天線等）及一饋電接腳。 複數個導電貫孔係設置於基板中，用以電性連接第一

金屬層與第二金屬層，並將第二金屬層產生的耦合電流導I 入第一金屬層，應注意的是，複數個導電貫孔係設置於基 板之接地區鄰近絕緣區的位置。第一狹縫係位於第一金屬 層上具有一預定長度，使得流入第一金屬層的耦合電流之 等效電流長度增加，藉以增加天線裝置的增益。其中上述 第一狹縫的等效長度可以小於等於所欲傳輸訊號的四分之 一波長的長度。此外，本發明之天線裝置更可具有一第二 狹縫其係位於苐一金屬層相對於第一金屬層之第一狹縫讎 的相對位聽。 — 本發明更提供一種行動通訊單元，包含：基板、天線 裝置及射頻吼號處理模組。基板之上下表面各具有一接地 β 區及一絕緣區，基板下表面之接地區更設有一第一金屬 層，基板上表面之接地區更設有一第二金屬層。天線裝置 係設置於基板上，用以收發—無線訊號，其中天線裝置更 包含：天線單元、複數個導電貫孔及第一狹縫。天線單元 係‘作於基板上表面之絕緣區，更包含一天線本體及一饋 電接腳。 複數個導電貫孔係設置於基板中，用以電性連接第一 金屬層與第二金屬層’並將第二金屬層產生的搞合電流導 入第一金屬層。第一狹縫係位於第一金屬層上具有一預定 長度，使得流入第一金屬層的耦合電流之等效電流長度增 加，藉以增加天線裝置的增益。其中上述第一狹縫的等^ 長度可以小於等於所欲傳輸訊號的四分之一波長的長度。 射頻訊號處理模組（RF module)，係設置於基板上，並與· 1243511 饋電接腳耦合，用以處理無線訊號。 、 本發明另提供-種天線裝置之製作方法，首先，提供、 -基板。其中基板上下表面各分別設有一接地區及一絕緣 區:接著’形成-第-金屬層於該基板下表面之接地區， 再形成弟一金屬層於该基板上表面之接地區。隨後，設 置-天線單元於基板上表面之絕緣區。接著，形成複數個 導電貫孔於絲巾，肋電性連接第—金屬層與第二金屬 層’並將$第—金屬層產生的轉合電流導人該第一金屬 層。最後’形成-第-狹縫於該第一金屬層上，該第一狹着 縫係具有ί貞疋長度’使得、"认該第―金屬層的轉合電流 之等效電流長度增加，藉以增加該天線裝置的增益。 此外，上述之複數個導電貫孔可以設置於基板之接地一 區鄰近絕緣區的位置。上述第一狹缝的等效長度可以小於、 4於所欲傳輸訊號的四分之一波長的長度。另一方面，第 二金屬層更可以設有-第二狹縫，其係位於第二金屬層相 對於该第一金屬層之第一狹縫的相對位置處。 【實施方式】 · 本發明提供-歡線裝置，_是—種在接地金屬層 中具有狹缝的天線裝置及其製作方法。在本發明中，藉由 在接地金屬層形成一狹縫，有效增加耦合電流的等效電流 長度，進而增加傳輸訊號的頻寬及天線增益。以下茲列舉 一較佳實施例以說明本發明，然熟悉此項技藝者皆知此僅 為一舉例，而並非用以限定發明本身。有關此較佳實施例 之内容詳述如下。 如第三圖所示，係根據本發明較佳實施例之天線裝置 9 19示意圖，包含：基板2〇、天線單元22、複數個導電貫 孔24及第一狹縫26。基板20係一絕緣材料組成，本發明 i 較佳實施例可選擇自FR4、FR5、PTFE等介電材質的材料， 基板20之上下表面各具有一接地區202及一絕緣區2〇4 · (下表面之接地區及絕緣區未圖示），基板2〇下表面之接 地區更設有一第一金屬層206，基板20上表面之接地區2〇2 更ax有一第一金屬層208，其中第一金屬層206及第二金 屬層208皆作為接地金屬層（ground piane)。 天線單元22係製作於基板20上表面之絕緣區204， 麵| 更包含一天線本體220、一天線接頭座222及一饋電接腳 224，其中天線接頭座222係用以連接天線本體220與饋電 接腳224 (feed line)，饋電接腳224則連接至一射頻訊 ， 號處理模組（圖中未示），用以將天線本體220共振出的電 〜 訊號轉為可識別的資料。應注意的是，單極天線、微帶天 線（如：倒F型天線）等皆可適用於本發明之天線本體。 複數個導電貫孔24 (via)係設置於基板20中，用以 電性連接第一金屬層206與第二金屬層208，並將第二金❿ 屬層208產生的耦合電流導入第一金屬層2〇6，應注意的 是，複數個導電貫孔24係設置於基板2〇之接地區202鄰 近絕緣區204的位置（也就是天線單元22的週邊）。第一 狹縫26 (slot)係位於第一金屬層2〇6上具有一預定長度 的開口，其作用在於使得流入第一金屬層2〇6的耦合電流 之等效電流長度增加，藉以增加天線裝置丨9的增益。其中 上述第一狹缝26的等效長度可以小於等於所欲傳輸訊號 的四分之一波長的長度。 ’ 請同時參考第四圖，本發明之狹缝26係設於沿著該些 貫孔24的一側，因此，有效阻絕耦合電流自貫孔均勻 擴散至第一金屬層206表面的路徑，使得電流得以集中沿 著狹縫26的右侧，有效增加電流的等效長度，進而增加傳 輸訊號的頻寬及天線的增益。如第五圖所示，係本發明之 有狹縫的天線裝置與無狹縫之天線裝置利用電磁模擬軟 體，如：HFSS (High Frequency Structure Simulator) 的模擬曲線圖，由圖上可知，有狹缝之天線比之無狹縫的 天線其增益增加有20MHz之譜，另外，增益值也可由無狹 縫時的約1· 95dBi增加至有狹縫時的約2· 78dBi。此外， 本發明之天線裝置更可具有一第二狹缝（圖中未示），其係 位於弟一金屬層208相對於第一金屬層2〇β之第一狹縫2β 的相對位置處。 如第六圖所示，係具有本發明之天線裝置的行動通訊 單元之功能方塊示意圖，此行動通訊單元3〇至少包含：_ 基板20、一天線裝置19及一射頻訊號處理模組20。基板 20係用以承載足以供此行動通訊單元30正常運作之所有 電子元件。天線裝置19係設置於基板2〇上，用以收發一 無線訊號，其中天線裝置19更包含··天線單元、複數個導 電貫孔及狹縫等（可參照上述實施例 ，於此不在累述）。射 頻訊號處理模組28 (RF module)，係設置於基板20上， 並與天線單元之饋電接腳（圖中未示）耦合，用以處理無 線訊號。 如第七圖所示，係本發明天線裝置之製作方法流程步 驟說明圖，首先，提供-基板（步驟300)，其巾絲上下 1243511 表面各分別設有一接地區及一絕緣區。接著，形成一第一 金屬層於該基板下表面之接地區（步驟3〇2)，再形成一第 ‘ 一金屬層於該基板上表面之接地區（步驟3〇4)，其中第一 金屬層及第二金屬層係用作天線裝置之接地金屬層。 隨後，設置一天線單元於基板上表面之絕緣區（步驟 306)。接著，形成複數個導電貫孔於基板中（步驟3〇8)， 該些導電貫孔係用以電性連接第一金屬層與第二金屬層， 並將該第二金屬層產生的耦合電流導入該第一金屬層。最 後，形成一第一狹縫於該第一金屬層上（步驟31〇)，該第泰 一狹縫係具有一預定長度，使得流入該第一金屬層的耦合 電流之等效電流長度增加，藉以增加天線裝置的增益及所 欲傳輸訊號的頻寬。應注意的是，該些導電貫孔可以設置 - 於基板接地區鄰近絕緣區的位置。而第一狹縫的等效長度 _ 可以小於等於所欲傳輸訊號的四分之一波長的長度。另一 方面，第二金屬層更可以設有一第二狹缝，其係位於第二 金屬層相對於該第一金屬層之第一狹縫的相對位置處。 本發明之天線裝置具有如下之優點： · (1) 本發明藉由接地金屬層設置之狹縫，有效增加耦 合電流的等效電流長度，進而達到增加天線的傳輸頻寬， 也使得天線有較佳的阻抗匹配。 (2) 本發明藉由接地金屬層設置之狹縫，有效增加耦 合電流的等效電流長度，進而達到增加天線的增益。 本發明雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本 發明精神與發明實體僅止於上述實施例爾。是以，在不脫 - 12 1243511 離本發明之精神與範圍 請專利範圍内。 内所作之修改，均應 包含在下逑申 【圖式簡單說明】 示意圖 第一圖為f知行_訊單元之天線裝置與主 機板的 Φ 第二圖為習知技術在射頻接地金屬層上轉合電流的 分佈不意圖。 第三圖為本發明較佳實施例之天線裝置示意圖。 第四圖為本發明接地金屬層具有狹縫時耦合電流的 分佈示意圖。. 第五圖為本發明具有狹縫之天線裝置與習知無狹缝 之天線裝置的回程損耗（Return Loss)模擬曲線圖。

第六圖為具有本發明之天線裝置的行動通訊單元之 功能方塊示意圖。 - 第七圖為本發明天線裝置之製作方法。 【主要元件符號說明】 10主機板 14、24導電貫孔 19天線裝置 20基板 202接地區 12、22天線單元 120、220天線本體 122、222天線接頭座 124、224饋電接腳 26第一狹縫 13 1243511 204絕緣區 28射頻訊號處理核組 206第一金屬層 30行動通訊單元 208第二金屬層 #

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Claims (1)

1243511 十、申請專利範圍： · 1·種天線裝置，包含： 一基板，係一絕緣材料組成，該基板之上下表面各具 々接也區及一絕緣區，該基板下表面之接地區更設有一 第金屬層，該基板上表面之接地區更設有-第二金屬層； 、友單元，係製作於該基板上表面之絕緣區，該天 線單兀更包含—天線本體及-饋電接腳（feed line); 複數個導電貫孔（via)，設置於該基板中，用以電性 連接該第一金屬層與該第二金屬層，並將該第二金屬層產響 生的耦合電流導入該第一金屬層；及 一第一狹縫（slot)，係位於該第一金屬層上具有一預 、 疋長度’使得流入該第一金屬層的耦合電流之等效電流長 度增加，藉以增加該天線裝置的增益。 · 2·如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中上述之複 數個導電貫孔係設置於該基板之接地區鄰近絕緣區的位 置。 … · 3·如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中上述之第 一狹缝的等效長度係小於等於所欲傳輸訊號的四分之一波 長的長度。 4·如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中上述之天 線裝置更包含一第二狹縫，其係位於該第二金屬層相對於 該弟一金屬層之第一狹縫的相對位置處。 5·如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中上述之第 · 一金屬層及第二金屬層皆作為接地金屬層（gr〇und 1243511 plane)〇 綠/触如中請專·圍第1項之天線裝置，其中上述之天 線本體係為單極天線、微帶天線之其中一種。 L 一種行動通訊單元，包含： 一-基板’係_絕緣材料組成，該基板之上下表面各里 有-接地區及-絕賴，該基板下表面之接地區更設有二 第金屬層，該基板上表面之接地區更設有-第二金屬 層；及 _ 一天線裝置，係設置於該基板上，用雜發—無線訊 號，其中該天線裝置更包含： 一天線單元，係製作於該基板上表面之絕緣區，該天 線單7^更包含—天線本體及-饋電獅（feed line); 複數個導電貫孔（via)，設置於該基板中，用以電性 連接該第一金屬層與該第二金屬層，並將該第二金屬層產 生的耦合電流導入該第一金屬層； 一第一狹縫（slot )，係位於該第一金屬層上具有一預 定長度，使得流入該第一金屬層的耦合電流之等效電流長 度增加，藉以增加該天線裝置的增益；及 一射頻訊號處理模組（RF module)，係設置於該基板 上’並與該饋電接腳耦合，用以處理該無線訊號。 8·如申請專利範圍第7項之行動通訊單元，其中上述 之複數個導電貫孔係設置於該基板之接地區鄰近絕緣區的 位置。 16 1243511 之ΛΓ請專利範圍第7項之行動通訊單元，其中上述 錄度制、於私崎簡減的四分之 述之請專利顧第7項之行動通訊料，其中上 相對於該係位於該第二金屬層 禾至屬層之第氣縫的相對位置處。 Π·如中請專娜圍第7項之行動通訊單元，其中上

’:之-金屬層及第二金屬層皆作為接地金屬層（_nd plane)。 、、12.如申請專利範圍第7項之行動通訊單元 ，其中上 “之天線本體縣單極天線、微帶天線之其中一種。 13· —種天線裝置之製作方法，包含·· 提供基板’ _基板上下表面各分別設有—接地區及 一絕緣區； 形成-第-金屬層於該基板下表面之接地區； 形成一第二金屬層於該基板上表面之接地區； e 又置一天線單元於該基板上表面之絕緣區； 形成複數辦電貫孔於該基板巾，用以電性連接該第 -金屬層㈣第二金屬層，並將該第二金屬層產生的輕合 電流導入該第一金屬層；及 形成一第一狹縫於該第一金屬層上，該第一狹縫係具 有一預疋長度，使得流入該第一金屬層的耦合電流之等效 電流長度增加，藉以增加該天線裝置的增益。 17 1243511 14·如申請專利範圍第13項之天線裝置的製作方 法，其中上述之複數個導電貫孔係設置於該基板之接地區 ‘ 鄰近絕緣區的位置。 15·如申請專利範圍第13項之天線裝置的製作方 法，其中上述之第一狹縫的等效長度係小於等於所欲傳輸 ‘ 訊號的四分之一波長的長度。 16·如申請專利範圍第13項之天線裝置的製作方 法，其中上述之第一金屬層更具有一第二狹縫，其係位於 滅第一金屬層相對於该第一金屬層之第一狹縫的相對位置毫| 處。 17·如申請專利範圍第13項之天線裝置的製作方 法，其中上述之第一金屬層及第二金屬層皆作為接地金屬、 層（ground plane)。 ·

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