折叠式双频单极天线 技术领域
本发明是有关于一种双频天线，且特别是有关于一种折叠式双频天线。
背景技术
近年来无线技术日新月异，相关的移动通讯产品也以惊人的速度普及于世界的各个角落。以手机为例，轻薄短小及良好的通话品质依然是优秀机种的必要条件，为能在竞争激烈的市场上脱颖而出，优异的双频特性、小巧的外观及低廉的生产成本，便成为设计各相关元件时的重要考虑因素。
传统手机所使用的天线，多为外露笔直式的单极(monopole)天线，其缺点在于天线高度过高，除携带不便之外，也容易勾附他物而造成折损。再者，由于传统外露式单极天线的制作成本较高，且设计于双频或多频操作的结构复杂，所以在轻薄短小的手机产品上较难有应用的空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种折叠式双频单极天线，以缩小天线尺寸，除了美化产品外观外，尚能保护天线，提高产品的可靠度。
根据本发明的目的，提出一种折叠式双频单极天线，此装置地简述如下：
折叠式双频单极天线可包括辐射体、传输线及导体，辐射体可谐振于第一操作频率及第二操作频率，并透过导体与传输线相连接。辐射体具有相对的第一侧边及第二侧边，并于第一及第二侧边上交错设置数个切口，使辐射体具有蜿蜒的带状外观。此外，辐射体并设有馈入点以定义出第一及第二电流路径，第一电流路径的长度约为第一操作频率所对应波长的1/4，第二电流路径的长度约第二操作频率所对应波长的1/4。重要的是，辐射体是沿着切口的延伸方向折叠成柱状结构，以缩小辐射体的尺寸。在作法上，亦可利用印刷技术将辐射体包覆于柱状介质材料的表面，使辐射体的尺寸能更有效地缩小，并更进一步提升辐射体的结构强度。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1，其所示为依照本发明一较佳实施例所提供的一种辐射体示意图。
图2A～2C所示为图1中辐射体的折叠过程示意图。
图3所示为辐射体与传输线的连接情形。
图4A所示为辐射体与导体一体成形。
图4B所示为图4A的辐射体经折叠后的情形。
图5所示为返回损失(return loss)的测量结果。
图6A所示为天线在GSM频带内的天线增益测量结果。
图6B所示为天线在DCS频带内的天线增益测量结果。
图7A所示为辐射体的电流路径调整方法示意图。
图7B所示为图7A的辐射体经折叠后的情形。标号说明
11，12，13：切口
21，22，23：折线
31：微带线
33，43：导体
71，73：开口端
100：辐射体
301：低频操作模态
302：高频操作模态
400，700：辐射体
F：馈入点
L1，L2：电流路径
具体实施方式
天线的主要结构为传输线与辐射体，传输线用以传输信号，辐射体则谐振于某些特定频带使天线可操作于一或多个频率。请参照图1，其所示为依照本发明一较佳实施例所提供的一种辐射体示意图。可利用矩形的金属薄片作为辐射体100，并于辐射体100相对的两侧边-例如左侧边与右侧边交错设置数个切口，例如左侧边上的切口11，13及右侧边上的切口12等，这些切口可以彼此平行，使辐射体100的外型类似蜿蜒的带状以缩小尺寸。若天线信号的馈入点F设置在辐射体100的右下角，便可在辐射体100上定义出长度不同的电流路径L1与电流路径L2。由于电流路径L1的长度比电流路径L2短，因此电流路径L1可谐振在较高的频率，电流路径L2则谐振在较低的频率，使辐射体100满足双频操作的设计需求。
单极天线的特性是谐振在操作频率所对应波长的1/4长度，若希望天线能操作于GSM(890～960MHz)及DCS(1710～1880MHz)两频带，在设计时可选定900MHz及1800MHz作为操作频率，并依据这两个频率所对应的波长设计出电流路径L1与电流路径L2应有的长度(电流路径L1的长度约为1800MHz所对应波长的1/4，电流路径L2的长度约为900 MHz所对应波长的1/4)。为了让辐射体100的体积进一步缩小，可以将辐射体100折叠为立体的柱状结构。虽然折叠后的辐射体将增加一些高度，但因折叠后所节省的面积十分可观，此消彼长后的整体利益仍然非常出色。
接着请参照图2A，其所示为辐射体100的折线设置情形。可沿着每一切口的延伸方向设置一折线，例如折线21-21、折线22-22及折线23-23等，然后沿着折线将辐射体100折叠(如图2B所所示为)，以形成立体的矩形柱状结构(如图2C所所示为)。当然，若不设置明显的折线而直接将辐射体100卷曲成圆形柱状结构，亦可达到缩小尺寸的目的。
就目前的技术水平而言，已经能利用印刷技术在介质材料的表面形成图案(pattern)，因此本发明的实施方式并不必然需要先制作出片状的辐射体再加以折叠为柱状。另一种可行的方式，是先将介质材料加工为矩形柱状或圆柱状，再将辐射体利用印刷技术包覆在介质材料的表面，同样可以达到折叠辐射体的效果。在应用上可选用陶瓷材料作为介质并将辐射体形成于表面，若然，辐射体即具有相当的结构强度，并能借由陶瓷材料的高介电系数(dielectric constant)来将辐射体尺寸更有效地缩小。
请参照图3，其所示为辐射体与传输线的连接情形。在微波电路中有许多结构都可作为传输线，例如微带线(microstrip line)、共平面波导(coplanarwaveguide，CPW)及同轴缆线(coaxial cable)等，图式中是以微带线31作为传输线的一例以说明之。由于辐射体100是单极天线，为了避免微带线31底部的接地面影响辐射体100的辐射效果，实际上可利用适当长度的导体33来连接馈入点及微带线31，使辐射体100与接地面隔开，以发挥最佳效益。需要注意的是，本发明不用外加任何匹配电路即可在两操作频率下达到完美匹配，成本十分低廉。
当然导体并非必然为独立的个体，在实际应用中，导体可与辐射体或传输线一体成形，以简化天线的复杂度。如图4A所所示为，可将辐射体与导体合而为一，在金属薄片上同时形成辐射体400及导体43两部分，辐射体400折叠完毕后导体43亦同时具备，毋须额外连接，如图4B所所示。同理，若采用微带线作为传输线，导体与微带线可利用印刷或蚀刻等技术同时形成于所在的电路板上(此时导体可视为微带线的延伸，但导体底部不具有接地面，此为导体与微带线的相异处)。若采用同轴缆线为传输线，则可将缆线顶端剥除一小段外层使芯线露出(主要是去除作为接地面的金属包覆)，裸露的芯线即是导体，被外层包覆的芯线即是传输线，亦为一体成形的结构。
无论导体是形成于传输线或辐射体上，辐射体均可利用表面粘着技术(Surface-Mount Technology)与传输线相结合，以利生产制造。亦即本发明的辐射体可作为标准的SMT元件与电路板相结合，以简化生产流程，降低成本。
下文中，将利用实验数据配合实施例加以说明，以期能更显示本发明的精神。目前的移动电话多操作于GSM或DCS两个频带，因此将天线的操作频率设定在900MHz及1800MHz，以作为手机天线使用。折叠后的辐射体宽度约为34mm、厚度约为9mm、高度离接地面约为12mm(仅约为900MHz波长的3.6％)，在此种尺寸下，辐射体可以被内建于一般行动电话的机壳内，达到隐藏天线的设计目标。接着请参照图5，其所示为返回损失的测量结果。若依据返回损失小于10dB的天线阻抗频宽的定义，可测得于低频操作模态301频宽可达94MHz(879-973MHz)，于高频操作模态302频宽可达270MHz(1615-1885MHz)，足以涵盖移动通讯系统GSM(890-960MHz)及DCS(1710-1880MHz)两个频带，操作特性优异。图6A为天线在GSM频带内的天线增益测量结果，图6B为天线在DCS频带内的天线增益测量结果，GSM频带内的天线增益在2.0-3.0dBi之间，DCS频带内的天线增益则在3.0-4.5dBi之间，均具有不错的天线增益。
由上文叙述可知，在辐射体侧边交错设置数个切口即可形成蜿蜒的带状结构，并由馈入点的设置定义出两个不同长度的电流路径，使辐射体可谐振于不同的操作频率。换句话说，电流路径的长度直接影响了操作频率的高低，因此只要能对电流路径的长度加以调整，就等于是调整操作频率的高低。请参照图7A，其所示为辐射体的电流路径调整方法示意图。电流路径L1的起点是馈入点F、终点是辐射体边缘的开口端71，电流路径L2的起点是馈入点F、终点是辐射体边缘的开口端73。很明显的，由于开口端71向外突出之故，使得电流路径L1延长，高频操作频率降低；反之，由于开口端73向内缩，故电流路径L2缩短，低频操作频率升高。运用这样的调整方法，可以将操作频率调整得很精确，充分发挥天线的效能。辐射体700折叠完成后的情形如图7B所示。
平面单极天线通常被使用在体积小的无线通讯产品上，由于单极天线利用四分之一操作波长来谐振的原理，比起偶极(dipole)天线所使用的二分之一波长的谐振长度减少一半，故单极天线被广泛地应用在轻薄短小的无线通讯产品上。
为了更有效的缩短平面单极天线的实际长度，在过去的文献中曾使用曲折蜿蜒(meander)的结构来增加天线表面电流的路径长度，进而达到降低天线操作频率的目的。但是，这种方法往往只能使单极天线操作在单一的操作模态，并且对于天线尺寸的缩小比率贡献不大。
为了达到有效缩小天线尺寸并使天线能同时操作在两个模态下，本发明提出一种制作简单、生产成本低廉并能同时符合上述功能的双频单极天线结构。本发明的天线结构中仅使用一个馈入点便能同时对于两个不同的表面电流路径作激发，此外更将原本为平面的辐射金属片作折叠而形成柱状结构，如此将天线的平面面积大幅缩小后仍然不影响天线的双频操作特性。由于本发明的天线结构极适合使用在轻薄短小的通讯产品如手机的机壳内，并具有生产制造容易与成本低廉的特性，故十分具有产业应用价值。
综上所述，虽然本发明已以一优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。