CN201623261U - 电容耦合式天线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种电容耦合式天线装置，是在一介质基板上设有一金属接地面及一净空区，所述净空区位在介质基板的边缘非角落处且净空区内设有一辐射组件，所述辐射组件包含一耦合金属对与两设置于辐射组件两端的短路部，两短路部与金属接地面电气相连，金属接地面与辐射组件以一馈入部相连接，耦合金属对与两短路部等效构成一耦合电容、一阻抗匹配调整电感及一共振频率调整电感；通过调整所述耦合电容的大小，并配合适当的共振频率调整电感是可决定天线共振频率，亦可通过改变所述阻抗匹配调整电感的大小而调整天线的阻抗匹配程度，使本实用新型具有较佳的阻抗频宽特性以及辐射效能。

Description

电容耦合式天线装置

技术领域

本实用新型是关于一种应用在无线通讯的微型天线，尤指一种可设在具金属接地面的电路板的任何边缘，而不再局限设于电路板角落处的电容耦合式天线装置。

背景技术

请参考图7所示，天线装置为无线通讯装置的必备文件，一般而言，在无线通讯装置的电路板上会形成一具有较大面积的金属接地面80，在电路板的其中一角落处则额外规划出一净空区81，天线82即设在所述净空区81内。于净空区81内不可放置其它金属器件，以避免天线82与电路板上其它元件形成干扰而影响天线的收发特性。

然而现今无线通讯装置在研发方向上，除了要求尺寸轻薄短小以外，更期望具备更多功能，如此一来不仅线路设计的复杂度大为提高，且使用到的元件数量亦相对增加，即使是电路板的角落也可能因设计需求，而必须设置天线82以外的电子零件，如此势必得改变天线82的原本设置位置，如此改变可能会造成净空区81被迫缩小，电磁干扰问题更明显而降低天线82的辐射能力，信号收发效果因此降低。当电路板上的金属器件(如电池、LCD萤幕、I/O连接器...等)覆盖住天线82时，不仅会使得所述天线82的频率特性失调，同时，也会对辐射特性产生干扰，造成天线82无法正常操作。

由前述说明可知，现有天线被迫局限于电路板的角落处，在实际设计无线通讯装置产品时，不仅限制其它电子零件的摆设位置，亦有可能干扰天线特性。

发明内容

为此，本实用新型的主要目的是提供一种根据电路化架构设计而成的电容耦合式天线装置，是具有可调整阻抗匹配的机制，所述天线可位于设有金属接地面的电路板的任何边缘，而不再局限于角落处，兼具较大收发频宽以及高辐射效能。

为达成前述目的，本实用新型包含有：

一介质基板，其具有上下表面；

一金属接地面，设置于介质基板上表面，所述金属接地面的边缘非角落处设置一净空区；

一辐射组件，设置于金属接地面上的净空区内，所述辐射组件是由一微波介质基底、第一金属片与第二金属片所构成的耦合金属对及分别位于金属接地面两端的二短路部所组成，其中，金属接地面与辐射组件以一馈入部相连接。

所述辐射组件的一侧为馈入部侧，前述其中一短路部为电流由馈入部馈入后经第一金属片流入金属接地面的电流路径，另一短路部为电流经第一金属片耦合至第二金属片的感应电流流入金属接地面的电流路径。

所述第一金属片与第二金属片所构成的耦合金属对可等效为一电容，所述电容值可调整整体天线的共振频率。

前述与馈入部同侧的短路部，即电流由馈入部馈入后经第一金属片流入金属接地面的电流路径，所述电流路径可等效为一电感，调整所述电感值可调整整体天线的阻抗。

前述相对于馈入部端的另一短路部，即电流经第一金属片耦合至第二金属片的感应电流流入金属接地面的电流路径，所述电流路径可等效为一电感，调整所述电感值可调整天线的共振频率。

所述馈入部是通过一讯号馈入组件与所述金属接地面连接。

所述讯号馈入组件为同轴传输线、微带线、共平面波导或SMA接头。

由此，经由控制第一金属片与第二金属片之间的耦合量而决定所述耦合电容的大小，并配合适当的共振频率调整电感可调整天线共振频率。另外，亦可通过变化所述阻抗匹配调整电感的大小，而调整天线的阻抗匹配程度，达成良好的辐射效能。使本发明的天线装置具有较佳的阻抗频宽特性以及辐射效能。

附图说明

图1是本实用新型的等效电路图；

图2是本实用新型第一实施例的立体图；

图3是图2的局部放大图；

图4是本实用新型电容耦合机制第一实施例的立体图；

图5是本实用新型电容耦合机制第二实施例的立体图；

图6是本实用新型电容耦合机制第三实施例的示意图；

图7是一现有天线设于一电路板角落的平面示意图。

附图标记说明：100-介质基板；101-金属接地面；102-净空区；103-馈入口；110-讯号馈入组件；10-微波介质基板；20、20a、20b-第一金属片；21、21a、21b-第一矩形部；22、22a、22b-接触部；23-间隔区；30、30a、30b-第二金属片；31-第二矩形部；32-接地部；41、42-端电极；51、52、53、54-导电柱；60-中隔区；70-第三金属片；80-金属接地面；81-净空区；82-天线；C1-耦合电容；C2-电容；L1-阻抗匹配调整电感；L2-电感；L 3-共振频率调整电感；Rr-辐射电阻。

具体实施方式

请参阅图1所示，为本实用新型的等效电路，包含有一串联回路1、一并联共振单元2、一辐射电阻Rr及一共振频率调整电感L3。

所述串联回路1包含有一耦合电容C1及一串接在所述耦合电容C1的接地之间的阻抗匹配调整电感L1。

所述并联共振单元2是由一电感L2及一电容C2并联构成，所述并联共振单元2进一步并联所述辐射电阻Rr与共振频率调整电感L3之后再共同连接至耦合电容C1的其中一端。

请参考图2、图3所示，本实用新型是包含有：

一微波介质基板100，是具有上下表面，在其上表面设置一金属接地面101，所述金属接地面101的侧边非角落处是形成一净空区102及一馈入口103，其中所述金属接地面101及位于侧边的净空区102可等效成为图1中的并联共振单元2；

一辐射组件，是设于所述介质基板100的净空区102内，其中所述辐射组件是在一微波介质基板10上设置一耦合金属对及两短路部所构成，辐射组件是电性连接至金属接地面101及馈入口103，其耦合金属对及两短路部可等效构成图1所示的耦合电容C1、阻抗匹配调整电感L1及共振频率调整电感L3；所述馈入口103是通过一讯号馈入组件110与金属接地面101连接，所述讯号馈入组件110可为同轴传输线、微带线、共平面波导或SMA接头。

所述微波介质基板10上的耦合金属对可通过多种方式达成，于以下说明中将逐一介绍数种实施方式：

请参考图4所示，为采用宽边耦合(Broadside couple)方式实现电容耦合，是在所述微波介质基板10的上、下表面形成有特定图案的金属片，再在微波介质基板10中设有连接上、下表面金属片的导电结构，其中：

所述微波介质基板10的一侧是作为一馈入部侧，而上表面形成有一第一金属片20，所述第一金属片20包含一约覆盖在微波介质基板10上表面中段的第一矩形部21，由第一矩形部21其中一侧边是向微波介质基板10同侧的两角落延伸两接触部22，两接触部22之间维持有一未受第一金属片20覆盖之间隔区23；

所述微波介质基板10下表面形成有一第二金属片30，所述第二金属片30包含一约覆盖在微波介质基板10下表面中段的第二矩形部31，所述第二矩形部31以相对于接触部22的其中一边是朝微波介质基板10其中一角落延伸一接地部32，所述接地部32的延伸方向是与接触部22的延伸方向相反且电性连接至金属接地面101；

在所述微波介质基板10的下表面的两侧进一步形成有一对端电极41、42，分别作为一馈入接点及一导电接点，所述对端电极41、42是形成在微波介质基板10同侧的两角落处，分别对应第一金属片20的两接触部22，其中一端电极41是与介质基板100上的馈入口103电性连接，另一端电极42是与金属接地面101连接；

前述两接触部22与所述对端电极41、42是以导电结构构成电性连接，例如在本实施例中是以埋设在微波介质基板10内的两导电柱51、52分别连接接触部22与端电极41、42；除了使用导电柱51、52之外，亦可在微波介质基板10侧边形成侧面电极来达成电连接目的。

当电流由馈入口103馈入后，经由导电柱51流经第一金属片20，并与第二金属片30等效构成耦合电容C1；所述辐射组件的两端是分别形成短路部，其中一短路部是辐射组件的馈入部侧与第一金属片20相连的电流路径，即第一金属片20上的电流流经导电柱52而至金属接地面101，如路线A所示，此段路线可等效为所述阻抗匹配调整电感L1。另一短路部是位于馈入部的相对侧，即电流经第一金属片20耦合至第二金属片30的感应电流流入金属接地面101的电流路径，可等效为所述共振频率调整电感L3。

故可经由控制第一金属片20与第二金属片30之间的耦合量而决定耦合电容C1的大小，并配合适当的共振频率调整电感L3而调整天线共振频率。另外，亦可通过调整路线A的长度以变化所述阻抗匹配调整电感L1的大小，进而调整天线的阻抗匹配程度，达成良好的辐射效能。请参考附件一，为本实用新型返回损失的特性曲线；附件二～四是本实用新型X-Y、Y-Z及X-Z平面的水平极化分量H、垂直极化分量(V)的特性曲线图。

请参考附件五所示，当变换所述阻抗匹配调整电感L1的大小时，天线阻抗亦随的改变，其中附件五(A)、(B)、(C)三图是分别表示所述阻抗匹配电感L2最大、次之、最小改变时的史密斯图。

请参考附件六所示，当变换所述共振频率调整电感L3的大小时，天线的共振频率可获得改变，其中附件六(A)、(B)、(C)三图是分别表示所述共振频率电感L3最大、次之、最小改变时的返回损失特性。

如图5示，是本实用新型电容耦合机制第二实施例的立体图，其采用边缘耦合(Edge couple)方式，与第一实例的差异在于所述第一金属片20a及第二金属片30a皆是形成在微波介质基板10的上表面，但是第二金属片30a是与第一金属片20a之间形成有一中隔区60。微波介质基板10下表面则是在四个角落分别形成端电极41、42，其中一端电极41是作为一馈入接点以与馈入部103连接。

第一金属片20a同样维持有第一矩形部21a及两接触部22a，两接触部22a之间具有一间隔区23；第二金属片30a是完全为矩形，延伸覆盖至微波介质基板10的另一侧。在微波介质基板10的四个角落是形成有导电结构，例如第二实施例中便是在四个角落形成有四个导电柱51～54，除了使用导电柱，亦可使用侧面电极来达成电性连接目的。

所述第一金属片20a及第二金属片30a之间是等效构成耦合电容C1；图中所示路径B是等效构成阻抗匹配调整电感L1，所述路径B代表第一金属片20a上的电流亦流经导电柱52而至金属接地面101；同样的，如路径C所示，电流耦合至第二金属片30a并经由导电柱54而连接至金属接地面101的路径可等效为所述共振频率调整电感L3。

请参考图6所示，是本实用新型电容耦合机制的第三实施例，同时采用前述边缘耦合及宽边耦合两种作法，相较于第二实施例是增加一第三金属片70，所述第三金属片70是形成于微波介质基板10内部，所述第三金属片70呈矩形，是由第二金属片30b朝第一金属片20b的方向延伸，且其面积大于所述第一金属片20b及第二金属片30b。图中所示的传导路径D是等效构成阻抗匹配调整电感L1；等效耦合电容C1则由第一金属片20b及第二金属片30b之间的耦合关系加上第一金属片20b与第三金属片70之间的耦合关系等效构成，如路径E所示；而图中的路径F是等效构成共振频率调整电感L3。

综上所述，本实用新型的天线装置可依据需求调整等效电感、电容等参数，使天线具有阻抗匹配与频率调节功能，所述天线装置可位于设有金属接地面的介质基板的任何边缘，而不再局限于角落处，兼具较大收发频宽以及高辐射效能。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电容耦合式天线装置，其特征在于，其包含：

一介质基板，其具有上下表面；

一金属接地面，设置于所述介质基板上表面，所述金属接地面的边缘非角落处设置一净空区；

一辐射组件，设置于所述金属接地面上的净空区内，所述辐射组件是由一微波介质基底、第一金属片与第二金属片所构成的耦合金属对及分别位于所述金属接地面两端的二短路部所组成，其中，所述金属接地面与所述辐射组件以一馈入部相连接。

2.根据权利要求1所述的电容耦合式天线装置，其特征在于，所述辐射组件的一侧为馈入部侧，前述其中一短路部为电流由馈入部馈入后经所述第一金属片流入所述金属接地面的电流路径，另一短路部为电流经所述第一金属片耦合至所述第二金属片的感应电流流入所述金属接地面的电流路径。

3.根据权利要求1所述的电容耦合式天线装置，其特征在于，所述第一金属片与所述第二金属片所构成的耦合金属对等效为一电容，所述电容值可调整整体天线的共振频率。

4.根据权利要求2所述的电容耦合式天线装置，其特征在于，位于所述馈入部侧的短路部，即电流由馈入部馈入后经第一金属片流入金属接地面的电流路径，所述电流路径等效为一电感，调整所述电感值可调整整体天线的阻抗。

5.根据权利要求2所述的电容耦合式天线装置，其特征在于，相对于馈入部侧的另一短路部，即电流经第一金属片耦合至第二金属片的感应电流流入金属接地面的电流路径，所述电流路径等效为一电感，调整所述电感值可调整天线的共振频率。

6.根据权利要求1所述的电容耦合式天线装置，其特征在于，所述馈入部是通过一讯号馈入组件与所述金属接地面连接。

7.根据权利要求6所述的电容耦合式天线装置，其特征在于，所述讯号馈入组件为同轴传输线、微带线、共平面波导或SMA接头。

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