專利名稱：機電天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種機電天線，特別是指一種藉由電能驅(qū)動機械組件的方式改變天線的幾何形狀，進而改變天線的操作頻段并增進天線輻射效能的機電天線。
背景技術(shù)：
隨著行動電話及其相關(guān)零組件的逐漸趨于縮小化，以及越來越多的功能被集積在單一行動電話中，使得小型多頻段天線的需求與日俱增。但是，因為電磁波的物理限制(Wheeler’s Theorem)，當(dāng)天線的尺寸縮小時，其頻寬及/或輻射效能也會隨之降低。特別是，當(dāng)天線尺寸越來越小時，其頻寬(或天線涵蓋多個頻段的能力)更會大大地降低。
因此，一些解決上述問題的方法被提出。一種是將無線裝置(行動電話)本身整合到天線中，而將整個無線裝置當(dāng)成是一個天線，如此，則不需將天線的尺寸加以縮小化。然此種方式具有兩個缺點，第一，因為行動電話在使用時會貼近使用者的頭部，使得SAR(Specific Absorption Ratio，特定吸收率，指人體所吸收的電磁輻射量量測值)值增加。第二，由于電流會隨著天線分布在整個行動電話裝置上，當(dāng)使用者握持行動電話時，容易導(dǎo)致天線產(chǎn)生失調(diào)(detuning)，而嚴(yán)重影響到天線的收發(fā)信號效能。
而另一種方法則是使用所謂的“聰明(smart)”或“主動(active)”天線。與現(xiàn)有處于靜態(tài)/單一狀態(tài)(即無可移動部分)的被動天線不同的是，聰明/主動天線藉由使用匹配電路、開關(guān)或其它裝置，可以操作在多種不同狀態(tài)，而且在每一操作狀態(tài)下的天線皆為一窄頻高效益天線。因此，當(dāng)天線可操作在多種狀態(tài)時，此一天線系統(tǒng)將成為一寬頻高效益天線。
此外，現(xiàn)有的聰明/主動天線通常會搭配一或多個匹配電路或接地面，并利用一電子開關(guān)進行切換動作，控制天線與該等匹配電路或接地面的連接關(guān)系，以改變天線的操作狀態(tài)。而典型的電子開關(guān)則包括有二極管、砷化鎵、微機電、晶體管、平衡非平衡轉(zhuǎn)換器(balun)等，但是因為這些電子開關(guān)都需要接地，而且當(dāng)此一接地點太靠近天線時，即會嚴(yán)重影響天線的收發(fā)信號效能。此外，天線的效能亦會受到電子開關(guān)的電子特性的限制。
發(fā)明創(chuàng)造內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的，在于提供一種以電能控制純機械開關(guān)來改變天線的幾何形狀，使可以工作在多個不同頻段的機電天線。
于是，本發(fā)明的機電天線，包括一絕緣基板及一轉(zhuǎn)軸。該絕緣基板具有相反的-第一面及一第二面，且該第一面上形成一第一輻射面，該第一輻射面具有一饋入點。該轉(zhuǎn)軸可相對該絕緣基板旋轉(zhuǎn)地穿設(shè)在該絕緣基板上，而鄰近該第一輻射面，且該轉(zhuǎn)軸向外延伸至少一位于該絕緣基板的第一面上的金屬支臂，使得該轉(zhuǎn)軸相對該絕緣基板由一第一位置旋轉(zhuǎn)至一第二位置時，該金屬支臂可與該第一輻射面產(chǎn)生電性耦接。藉此，改變天線的幾何形狀及天線的輻射效能。


圖1是本發(fā)明所述的機電天線的第一較佳實施例的形狀構(gòu)造示意圖，其中顯示絕緣轉(zhuǎn)軸位于第一位置；圖2是第一實施例的使用狀態(tài)示意圖，其中顯示絕緣轉(zhuǎn)軸位于第二位置；圖3是本發(fā)明所述的機電天線的第二較佳實施例的使用狀態(tài)示意圖，其中顯示絕轉(zhuǎn)軸位于第二位置；圖4是本發(fā)明機電天線的第三較佳實施例的形狀構(gòu)造示意圖，其中顯示絕緣轉(zhuǎn)軸位于第一位置；圖5是第三實施例的使用狀態(tài)示意圖，其中顯示絕緣轉(zhuǎn)軸位于第二位置；圖6是第三實施例的電壓駐波比量測數(shù)據(jù)圖。
具體實施例方式
有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考圖式的三個較佳實施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。
在本發(fā)明被詳細(xì)描述之前，要注意的是，在以下的說明內(nèi)容中，類似的組件是以相同的標(biāo)號來表示。
參閱圖1所示，是本發(fā)明的機電天線的第一較佳實施例，其可應(yīng)用在所有使用內(nèi)置式天線的行動電話以及無線通訊裝置上。
機電天線2設(shè)在具有一接地面10的電路板1(指行動電話或無線通訊裝置的電路板)上，其主要包括一絕緣基板21、一轉(zhuǎn)軸22及一機械開關(guān)23。
絕緣基板21是一長形基板，其具有相反的一第一短邊211及一第二短邊212，以及相反的一第一長邊213及一第二長邊214。絕緣基板21與電路板10相間隔地上下疊置，其具有一與接地面10相反的一第一面24，以及一與接地面10相對的第二面(圖未示)。第一面24上形成有一第一輻射面25，其具有一饋入點251及一接地點252。饋入點251設(shè)在電路板1的第二長邊214靠近第二短邊212處，用以與電路板1電性連接，以饋入訊號。接地點252設(shè)在饋入點251附近并且更靠近第二短邊212，其為一選擇性接地點，可視情況選擇與接地面10連接而做為PIFA天線或不連接而做為平板(patch)天線。
第一輻射面25可分成一第一輻射段253及一第二輻射段254。第一輻射段253是由饋入點251沿第二長邊214延伸至與第二短邊212連接的一端，再沿第二二短邊212延伸至與第一長邊213連接的一端，再沿第一長邊213延伸至與第一短邊211連接的一端，再沿第一短邊211延伸至與第二長邊214連接的一端。而第二輻射段254則是由饋入點251沿第二長邊214延伸一小段后，朝第一長邊213呈90度彎折后沿伸至接近第一輻射段253處。故由第二輻射段254遠(yuǎn)短于第一輻射段253可知，第二輻射段254是工作在一高頻頻段(本實施例是以1900MHz為例)，而第一輻射段253是工作在一低頻頻段(本實施例系以900MHz為例)。
轉(zhuǎn)軸22可以是一絕緣體或一金屬組件，其具有相反的一第一端221及一第二端222，并可相對絕緣基板21水平旋轉(zhuǎn)地穿置在絕緣基板21上。且在第一端221是設(shè)有向外延伸的一第一及一第二金屬支臂224、225，而為了讓第一及第二金屬支臂224、225能有更好的支撐，在轉(zhuǎn)軸22的第一端221更設(shè)有(或一體成型)一(透明)絕緣盤體223(以下簡稱盤體223)，而第一及第二金屬支臂224、225則以金屬薄片的形態(tài)被貼設(shè)在盤體223面向轉(zhuǎn)軸22第二端222的一面上，使在轉(zhuǎn)軸22軸心處電性連接并分別由轉(zhuǎn)軸22軸心向外伸延至盤緣，而連接呈一直線。
且為將轉(zhuǎn)軸22設(shè)置在絕緣基板21上，在絕緣基板21靠近第一輻射面25的第一輻射段253尾端處設(shè)有一貫穿孔(圖未示)，因此轉(zhuǎn)軸22可以第二端222朝下穿過貫孔，而可相對絕緣基板21旋轉(zhuǎn)地定位在電路板1上，并使位于第一端221的盤體223能夠平貼在絕緣基板21的第一面24上，并與第一輻射段253的尾端部分重疊。
因此，如圖1所示，當(dāng)轉(zhuǎn)軸22被施力，而由一第一位置，即第一與第二金屬支臂224、225未與第一輻射段253電性耦接的位置，帶動盤體223相對絕緣基板21旋轉(zhuǎn)至如圖2所示的一第二位置時，第一金屬支臂224將與第一輻射段253尾端產(chǎn)生電性耦接，使第一輻射段253的輻射長度，藉由第一及第二金屬支臂224、225有效延伸，使其工作頻段產(chǎn)生偏移，而能夠操作在更低頻段。而且，此處所謂的第二位置，是指第一或第二金屬支臂224、225其中的一移動至與第一輻射段253尾端產(chǎn)生電性耦接的任何位置。
因此，在無線通訊產(chǎn)品的實際應(yīng)用上，轉(zhuǎn)軸22將被適時驅(qū)動以改變天線的幾何形狀，而在本實施例中，機械開關(guān)23即是扮演驅(qū)動轉(zhuǎn)軸22的角色。
機械開關(guān)23包含一螺線管231及一磁性組件232。磁性組件232是一磁鐵，其被固定在轉(zhuǎn)軸22的第二端222上。螺線管231是一現(xiàn)有電磁組件，其設(shè)在電路板1上鄰近轉(zhuǎn)軸22的第二端222，其主要由一管體、一纏繞于管體外表面的銅線線圈，以及一穿置于管體內(nèi)的鐵芯所構(gòu)成，且管體的一端是與設(shè)于轉(zhuǎn)軸22第二端222的磁性組件232相對，且螺線管231上的銅線線圈是與電路板10的電源電性連接，當(dāng)銅線線圈被通以電流時，管體內(nèi)部會產(chǎn)生一與磁性組件232互斥的磁場，能夠驅(qū)動磁性組件232帶動轉(zhuǎn)軸22轉(zhuǎn)動，所以，藉由適時提供適當(dāng)?shù)碾娏?電源給螺線管231，可驅(qū)動磁性組件232帶動轉(zhuǎn)軸22由第一位置轉(zhuǎn)動至第二位置，而達(dá)到前述適時改變天線幾何形狀的目的。
接著，參見圖3所示，是本發(fā)明機電天線的第二較佳實施例，與第一實施例不同的是，本實施例的機電天線3除了包含第一實施例的所有構(gòu)件外，在電路基板21的第一面24上，更布設(shè)一矩形的第二輻射面26，其位于轉(zhuǎn)軸22與第一輻射面25的第二輻射段254之間，并與設(shè)于轉(zhuǎn)軸22第一端221的盤體223部分重疊。
所以，當(dāng)轉(zhuǎn)軸22旋轉(zhuǎn)至如圖3所示的第二位置時，第一及第二金屬支臂224、225會分別與第一及第二輻射面25、26電性耦接，而使得第一輻射面25(尤其是第一輻射段253)的幾何形狀改變，進而使第一輻射段253的工作頻段(即低頻部分)產(chǎn)生偏移，并使其電壓駐波比值及增益值獲得改善。
再者，如圖4所示，是本發(fā)明機電天線的第三較佳實施例，與第二實施例不同的是，本實施例的機電天線4的第二輻射面27，在靠近電路基板21的第一短邊211的一側(cè)邊271上，更由側(cè)邊271的一端朝第一短邊211向外延伸一接觸段272，而且在轉(zhuǎn)軸22的盤體223上，除了第一及第二金屬支臂224、225外，更貼設(shè)一由盤體223盤心向外延伸至盤體盤緣，并與第一及第二金屬支臂224、225電性連接且呈90度夾角的第三金屬支臂226。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)軸22由圖4所示的第一位置，即第一、第二及第三金屬支臂224、225及226其中任一未與第一輻射面25產(chǎn)生電性耦接位置，旋轉(zhuǎn)至圖5所示的第二位置時，第二金屬支臂225與第一輻射面25的第一輻射段253電性耦接，而第一及第三金屬支臂224、226則分別與第二輻射27的側(cè)邊271及接觸段272電性耦接，藉此，除了改變天線幾何形狀，使其電壓駐波比值及增益值獲得改善的外，更可降低天線的電感值，而進一步提升天線的輻射效能。
如圖6所示，是第三實施例的機電天線4于實際量測所得到的電壓駐波比值，其中顯示轉(zhuǎn)軸22由圖4所示的第一位置旋轉(zhuǎn)圖5所示的第二位置時，機電天線4的高低頻段偏移情形，尤其是低頻部分在轉(zhuǎn)軸22由第一位置旋轉(zhuǎn)第二位置時，其電壓駐波比值明顯由原先的2下降至2以下。
此外，轉(zhuǎn)軸22除了如圖5所示的連接型態(tài)外，當(dāng)轉(zhuǎn)軸22旋轉(zhuǎn)至令第二及第三金屬支臂225、226分別電性耦接第二輻射面27的接觸段272及第一輻射面25的第一輻射段253時，機電天線4具有與第二實施例相似的幾何形狀，而操作在另一與第二實施例相近的頻段上。所以，隨著轉(zhuǎn)軸22的轉(zhuǎn)動，第一、第二及第三金屬支臂224、225、226將分別輪流與第一及第二輻射面25、26產(chǎn)生電性耦接，使機電天線4的幾何形狀產(chǎn)生不同變化，以改變其電壓駐波比值、增益值或電感值，而適時提升天線的輻射效能。
由上述說明可知，當(dāng)絕緣基板21上僅設(shè)有第一輻射面25時，藉由在轉(zhuǎn)軸22上設(shè)置第一及第二金屬支臂224、225，當(dāng)轉(zhuǎn)軸22由第一位置旋轉(zhuǎn)至第二位置時，第一及第二金屬支臂224、225其中之一可與第一輻射面25的第一輻射段253產(chǎn)生電性耦接，使第一輻射段253的長度增加而能夠操作在更低頻段。而當(dāng)絕緣基板21上更設(shè)有一第二輻射面26時，轉(zhuǎn)軸22旋轉(zhuǎn)至第二位置更可電性耦接第一及第二輻射面25、26，而改變天線的幾何形狀，并使得其電壓駐波比值及增益值獲得改善。另外，當(dāng)轉(zhuǎn)軸22上更設(shè)置第三金屬支臂226時，轉(zhuǎn)軸22旋轉(zhuǎn)至第二位置則使第二及第三金屬支臂225及226可分別與第二輻射面26的不同位置產(chǎn)生電性耦接，而降低天線的電感值，進一步提升天線的輻射效能。
另外，由于本發(fā)明的機械開關(guān)23是一可受電能驅(qū)動的純機械開關(guān)，與現(xiàn)有的電子開關(guān)相較，其具有較佳的工作頻寬、較佳的電氣隔離以及低損耗等優(yōu)點。
當(dāng)然，本發(fā)明并不僅限于上述諸實施例所揭露，亦即，轉(zhuǎn)軸22的盤體223上更可設(shè)置三個以上以一端電性連接的金屬支臂，且在絕緣基板21上可以形成2個以上的輻射面，使得轉(zhuǎn)軸22旋轉(zhuǎn)至適當(dāng)位置時，藉由該等金屬支臂分別與該等輻射面產(chǎn)生電性耦接，改變天線的幾何形狀，使天線可操作在不同狀態(tài)，而達(dá)到適時改變天線的電壓駐波比值、增益值及/或電感值等目的。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即大凡依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機電天線，其特征在于包括一絕緣基板，具有相反的一第一面及一第二面，且該第一面上形成一第一輻射面，該第一輻射面具有一饋入點；及一轉(zhuǎn)軸，其可相對該絕緣基板旋轉(zhuǎn)地穿設(shè)在該絕緣基板上，而鄰近該第一輻射面，且該轉(zhuǎn)軸向外延伸設(shè)有位于該絕緣基板的第一面上的至少一金屬支臂，使得該轉(zhuǎn)軸相對該絕緣基板由一第一位置旋轉(zhuǎn)至一第二位置時，該金屬支臂可與該第一輻射面產(chǎn)生電性耦接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機電天線，其特征是該第一位置是該金屬支臂未與該第一輻射面產(chǎn)生電性耦接的任何位置，該第二位置是該金屬支臂與該第一輻射面產(chǎn)生電性耦接的任何位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機電天線，其特征是該絕緣基板的第一面上更形成一與第一輻射面相互分離并鄰近該轉(zhuǎn)軸的第二輻射面，且該轉(zhuǎn)軸向外延伸設(shè)有兩位于該絕緣基板的第一面上并電性連接的一第一金屬支臂及一第二金屬支臂，使得該轉(zhuǎn)軸相對該絕緣基板由該第一位置旋轉(zhuǎn)至該第二位置時，該第一及第二金屬支臂可分別與該第一及第二輻射面產(chǎn)生電性耦接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機電天線，其特征是該轉(zhuǎn)軸更向外延伸一與該第一及第二金屬支臂電性連接的第三金屬支臂，使得該轉(zhuǎn)軸相對該絕緣基板由該第一位置旋轉(zhuǎn)至該第二位置時，該第二及第三金屬支臂可分別與該第二輻射面的不同位置產(chǎn)生電性耦接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機電天線，其特征是該轉(zhuǎn)軸可受一電子信號控制，相對該絕緣基板由該第一位置旋轉(zhuǎn)至該第二位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機電天線，其特征是該轉(zhuǎn)軸具有相反的一第一端及一第二端，且于該第一端設(shè)有一絕緣盤體，而該金屬支臂一金屬薄片，其貼設(shè)在該盤體面向該轉(zhuǎn)軸第二端的一面上，而且該轉(zhuǎn)軸是按其第二端從該絕緣基板的第一面到第二面的方向貫穿穿設(shè)在該絕緣基板上，使位于第一端的盤體貼近該絕緣基板的第一面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機電天線，其特征是該機電天線是設(shè)在一具有一接地面的電路板上，且該絕緣基板是與該電路板相間隔地上下疊置，并使其第二面與該電路板的接地面相對，而該饋入點是與該電路板電性連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機電天線，其特征是進一步包括一機械開關(guān)，該機械開關(guān)包含一螺線管及一受該螺線管控制的磁性組件，該磁性組件是設(shè)在該轉(zhuǎn)軸的第二端，該螺線管是設(shè)在該電路板的接地面上，且其一端與該磁性組件相對，而且該螺線管可接受來自該電路板的一電子信號控制，驅(qū)使該磁性組件帶動該轉(zhuǎn)軸由該第一位置旋轉(zhuǎn)至該第二位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機電天線，其特征是該第一輻射面上更設(shè)有一接地點，其可選擇性地與該電路板的接地面電性連接。
全文摘要
一種機電天線，包括一具有相反的第一面及第二面的絕緣基板，并在該第一面上形成一第一輻射面；及一轉(zhuǎn)軸，其可相對該絕緣基板旋轉(zhuǎn)地穿設(shè)在該絕緣基板上，并鄰近該第一輻射面，且該轉(zhuǎn)軸向外延伸至少一位于該絕緣基板的第一面上的金屬支臂，使得該轉(zhuǎn)軸相對該絕緣基板由一第一位置旋轉(zhuǎn)至一第二位置時，該金屬支臂可與該第一輻射面產(chǎn)生電性耦接。藉此，改變天線的幾何形狀以提升天線的輻射效能。
文檔編號H01Q13/00GK1725554SQ20041007084
公開日2006年1月25日 申請日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者柯貝·雷·羅威爾, 威廉·哈伯特·達(dá)登 申請人:美國莫列斯股份有限公司