CN102044756B - 双频印刷式八木天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双频印刷式八木天线，其包括有一基板、一第一驱动器、一第一引向器、一第二驱动器及一反射器。该第一驱动器形成在该基板上，用来产生一第一频带的辐射场型。该第一引向器形成在该基板上该第一驱动器的一侧，用来将该第一频带的辐射场型往一第一方向引导。该第二驱动器形成在该基板上该第一驱动器及该第一引向器之间，用来产生一第二频带的辐射场型。该反射器形成在该基板上该第一驱动器在另一侧，用来将该第一频带及该第二频带在辐射场型往该第一方向反射。

Description

双频印刷式八木天线

技术领域

本发明关于一种双频印刷式八木天线，特别是一种具高指向性辐射场型的双频印刷式八木天线。

背景技术

在现代化信息社会中，各种无线通信网路已经成为社会大众交换语音或文字信息、数据、资料、影音文件的最重要途径之一。存取这些以无线电磁波携载信息的无线通信网路需要利用天线，因此，天线的研发成为现代信息产业厂商的重点之一。为了实现更小体积、方便使用者随身携带的无线通信装置，例如手机、个人数字助理(PDA)、无线USB传输器(Wireless USBDongle)，天线的体积也应该要能尽量缩减，以将天线整合入可携式的通信装置中。

由于印刷式天线具有重量轻、体积小，且可与各种电路高度相容等优势，因此，近年来已被广泛地应用在各种无线通信产品上。一般来说，为了减少接收或发射信号的死角，无线通信产品中的印刷式天线大多以全向性天线实现，例如印刷式偶极天线(Dipole antenna)。在水平面上，全向性天线的信号是以三百六十度辐射，短距离内信号的变化小，因此适合实际的应用。然而，随着天线阵列或智慧型天线技术的导入，单一天线往往需要具有高增益及高指向性的天线辐射场型。在此情形下，传统技术提出一种印刷式八木天线(printed Yagi Antenna)，其利用八木天线高指向性的特性，提高在使用频段上的天线增益，使通信品质进一步达到改善的效果。

请参考图1，图1为一传统八木天线10的示意图。八木天线10具有八木天线的一最基本架构，其由一驱动器(Driver)11、一反射器(Reflector)12及一引向器(Director)13等三个元件组成。驱动器11通常以一偶极天线实现，用来根据馈入的时变电流产生谐振，以产生辐射电场。反射器12与引向器13则是由金属片或金属板形成，其可通过电磁耦合分别激发出与驱动器11反相及同相的辐射电场。如此一来，反射器12及引向器13可将偶极天线产生的辐射场型往特定方向反射或引导，而提高天线的增益。当然，反射器及引向器等寄生元件数量可根据实际天线增益的需求进行调整，其为本领域具通常知识者所知，在此不多加赘述。

然而，传统印刷式八木天线为一单频天线，其无法满足目前无线通信产品多频带的需求，因此有改进的必要。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种双频印刷式八木天线。

本发明公开一种双频印刷式八木天线，其包括有一基板、一第一驱动器、一第一引向器、一第二驱动器、一反射器及一传输线。该第一驱动器形成在该基板上，用来产生一第一频带的辐射场型。一第一引向器形成在该基板上该第一驱动器沿一第一方向的一侧，用来将该第一频带的辐射场型往该第一方向引导。该第二驱动器形成在该基板上该第一驱动器及该第一引向器之间，用来产生一第二频带的辐射场型。其中，该第二驱动器与该第一引向器的一间距使该第一引向器形成该第二频带的一开路元件。该反射器形成在该基板上该第一驱动器与该第一方向反向的另一侧，用来将该第一频带的辐射场型及该第二频带的辐射场型往该第一方向反射。该传输线沿该第一方向形成在该基板上，依序耦接到该反射器、该第一驱动器及该第二驱动器。

附图说明

图1为一传统八木天线的示意图。

图2为本发明一双频印刷式八木天线的实施例示意图。

图3为图2中的双频印刷式八木天线的立体图。

图4为图2中的双频印刷式八木天线的上层金属布局图。

图5为图2中的双频印刷式八木天线的下层金属布局图。

图6为图2中的低频引向器被低频驱动器的时变电流所激发的电流分布示意图。

图7为图2中的反射器被低频驱动器的时变电流所激发的电流分布示意图。

图8为图2中的反射器被高频驱动器的时变电流所激发的电流分布示意图。

图9为图2中的双频印刷式八木天线的反射系数图。

图10A到图10C为图2中的双频印刷式八木天线的低频带天线增益图。

图11A到图11C为图2中的双频印刷式八木天线的高频带天线增益图。

主要元件符号说明

10   八木天线

11   驱动器

12   反射器

13   引向器

20   双频印刷式八木天线

21   基板

22   低频驱动器

23   低频引向器

24   高频驱动器

25   反射器

26   传输线。

27   高频匹配器

FED  信号馈入端

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明一双频印刷式八木天线20的实施例示意图。双频印刷式八木天线20包括有一基板21、一低频驱动器22、一低频引向器23、一高频驱动器24、一反射器25及一传输线26。低频驱动器22形成在基板21上，用来产生一低频带的辐射场型。低频引向器23形成在基板21上低频驱动器22的一侧，用来引导低频带的辐射场型往+Y轴方向辐射。高频驱动器24形成在基板21上低频驱动器22及低频引向器23之间，用来产生一高频带的辐射场型。对于高频驱动器24所产生的高频信号来说，高频驱动器24与低频引向器23的一间距将使低频引向器23形同一开路元件。反射器25形成在基板21上低频驱动器22的另一侧，用来将低频带的辐射场型及高频带的辐射场型往+Y轴方向反射。传输线26沿Y轴方向形成在基板21上，依序耦接到反射器25、低频驱动器22及高频驱动器24，用来将馈入信号传输至低频驱动器22及高频驱动器24。另外，双频印刷式八木天线20还包括一高频匹配器27，形成在基板21上高频驱动器24的附近，用来作为高频驱动器的一电抗性负载，以增加高频带信号的频宽。

在本发明实施例中，基板21可利用一FR4双层玻璃纤维板实现，其具有上下两层金属层。低频驱动器22及高频驱动器24分别由平行X轴方向的一偶极天线实现。每一偶极天线包括有两支辐射臂，分别形成在基板21的上层与下层。反射器25以一金属片实现，形成在基板21的下层，并耦接到双频印刷式八木天线天线20的地端，而低频引向器23及高频匹配器27则形成在基板21的上层。传输线以一微带线实现，其与反射器25耦接的一端形成天线的一信号馈入端FED。关于双频印刷式八木天线20的详细结构，请参考图3至图5。图3为双频印刷式八木天线20的立体图，图4为双频印刷式八木天线20的上层金属布局图，而图5则为双频印刷式八木天线20的下层金属布局图。

关于印刷式八木天线的各部分详细功能，请继续参考以下说明。在本发明实施例中，低频驱动器22及高频驱动器24分别由平行于X轴方向的偶极天线实现，用来产生高频带与低频带的天线辐射场型。在不考虑反射器25与低频引向器23时，偶极天线所产生的天线辐射场型为全向性。一般来说，偶极天线的辐射臂长度约为天线辐射频率相对应波长的四分之一，而低频驱动器22与反射器25的距离大约为0.1～0.25倍的低频带波长。

低频引向器23主要是将低频驱动器22所产生的辐射场型往+Y轴方向引导，以使低频带的辐射场型产生更强的指向性。一般来说，低频引向器23与低频驱动器22之间的距离在设计上约为0.1～0.25倍的低频带波长。请参考图6，图6为低频引向器23被低频驱动器22的时变电流所激发的电流分布示意图。如图6所示，低频驱动器22的时变电流与低频引向器23上的电流为同方向，因此，低频引向器23对低频驱动器22来说是一个良好的引向器，而可使低频带的辐射场场型往+Y轴方向去辐射。除此之外，本发明实施例另适当调整低频引向器23与高频驱动器间的距离，使低频引向器23对于高频驱动器24所产生的高频信号来说形同一开路元件。如此一来，低频引向器23将不会影响到高频驱动器24所产生的辐射场型。

请注意，在本发明实施例中，高频驱动器24对低频驱动器22来说不产生引向器的功用，主要是因为高频驱动器24与低频驱动器22的距离太近，而引向器一般要距离驱动器0.1～0.25倍的波长才会有比较显著的功能。

反射器25主要具有下列两项功能：(1)作为整个天线的地端及(2)反射低频驱动器22与高频驱动器24所产生的辐射场型，使天线的辐射场型可以拥有指向性的效果。请参考图7及图8，图7及图8为反射器25分别被低频驱动器22及高频驱动器24的时变电流所激发的电流分布示意图。如图7所示，对于低频带来说，天线的地电流方向完全与低频驱动器22上的时变电流反向。而如图8所示，对于高频带来说，天线的地电流方向与高频驱动器24上的时变电流也是反方向。也就是说，在本发明实施例中，反射器25可以同时作为高频驱动器与低频驱动器的一反射板，而使高频带与低频带的天线辐射场场型可以往+Y轴方向去辐射。

最后，高频匹配器27用来提供一电容性阻抗，以匹配传输线26产生的电感性负载，而增加高频的反射系数频宽且对低频的频宽影响不大。对于高频驱动器24产生的高频信号来说，高频匹配器27亦不具有引向器的效果，主要是因为其与高频驱动器距离太近的关系。引向器一般要距离驱动器0.1～0.25倍的波长才会有比较显著的功能。因此，在本发明实施例中，高频匹配器27为一个提升高频带频宽的阻抗匹配器。

简单地说，本发明实施例利用天线的地端同时作为低频驱动器22及高频驱动器24的反射板，并设计低频引向器23及高频驱动器24的摆放位置，使低频引向器23对低频辐射场型有向前推拉的作用但对高频辐射场型却不造成影响。如此一来，本发明实施例不需要额外的机构或装置来改变天线的辐射场型，即可在同一平面实现高指向性的双频八木天线。

当然，上述双频印刷式八木天线架构可应用到任意的双频***之下，例如应用到一IEEE802.11的双频无线区域网路***。在本发明实施例中，双频印刷式八木天线20是以单端馈入(Single feed)方式将信号馈入至信号馈入端FED，而在其他实施例中，亦可采用类似传统八木天线的差动馈入(differential feed)方式，但需要在结构上增加一平衡-非平衡转换器(Balun)。上述相关变化为本领域具通常知识者所熟知，在此不多加赘述。

根据本发明的一个实施例，双频印刷式八木天线20的整体尺寸大小可约为50mm×50mm×1.6mm，而低频驱动器及高频驱动器则可以分别用来产生对应于IEEE802.11b/g及IEEE802.11a的操作频率。在此情形下，双频印刷式八木天线20的模拟结果分别如图9至图11所示。图9为双频印刷式八木天线20的反射系数图，图10A到图10C为双频印刷式八木天线20的低频带天线增益图，而图11A到图11C则为双频印刷式八木天线20的高频带天线增益图。如图9所示，若以-10dB为基准，双频印刷式八木天线20的低频频宽约落在2.39GHZ～2.51GHz之间，而高频频宽则落在4.79GHz～6.46GHz之间。由此可知，高频匹配器27可有效增加双频印刷式八木天线20的高频带频宽。

如图10及图11所示，不论是高频还是低频，天线辐射场型均具有优异的指向性。然而，由于双频印刷式八木天线20在低频部分比高频部分多了一个引向器，因此低频部份的天线增益比高频部分的天线增益具有更好的表现。此外，虽然低频引向器23比高频驱动器24来的长，只要选对适当的位置，低频引向器23对高频驱动器24所产生的高频信号来说形同开路。

综上所述，本发明提供一种双频印刷式八木天线，其不需要额外的机构或装置来改变天线的辐射场型，而可在高频与低频均拥有高指向性的天线辐射场场型。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明所做的均等变化与修饰，均应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种双频印刷式八木天线，包括：

一基板；

一第一驱动器，形成在该基板上，用来产生一第一频带的辐射场型；

一第一引向器，形成在该基板上该第一驱动器沿一第一方向的一侧，用来将该第一频带的辐射场型往该第一方向引导；

一第二驱动器，形成在该基板上该第一驱动器及该第一引向器之间，用来产生一第二频带的辐射场型，其中，该第二驱动器与该第一引向器的一间距使该第一引向器形成该第二频带的一开路元件；

一反射器，形成在该基板上该第一驱动器与该第一方向反向的另一侧，用来将该第一频带的辐射场型及该第二频带的辐射场型往该第一方向反射；以及

一传输线，沿该第一方向形成在该基板上，依序耦接到该反射器、该第一驱动器及该第二驱动器。

2.根据权利要求1所述的双频印刷式八木天线，其另包括有一匹配器，形成在该基板上该第二驱动器附近，用来作为一电抗性负载而增加该第二频带的频宽。

3.根据权利要求2所述的双频印刷式八木天线，其中该基板具有一第一金属层及一第二金属层。

4.根据权利要求3所述的双频印刷式八木天线，其中该第一驱动器为垂直于该第一方向的一偶极天线，该偶极天线包括有一第一辐射臂及一第二辐射臂，分别形成在该第一金属层及该第二金属层。

5.根据权利要求3所述的双频印刷式八木天线，其中该第二驱动器为垂直于该第一方向的一偶极天线，该偶极天线包括有一第一辐射臂及一第二辐射臂，分别形成在该第一金属层及该第二金属层。

6.根据权利要求3所述的双频印刷式八木天线，其中该第一引向器及该匹配器形成在该第一金属层，而该反射器形成在该第二金属层。

7.根据权利要求3所述的双频印刷式八木天线，其中该传输线为一微带线。

8.根据权利要求1所述的双频印刷式八木天线，其另包括有一信号馈入端，形成在该传输线耦接在该反射器的一端。

9.根据权利要求1所述的双频印刷式八木天线，其中该反射器耦接到该双频印刷式八木天线的一地端。

10.根据权利要求1所述的双频印刷式八木天线，其中该第一驱动器及该第二驱动器的长度分别对应该第一频带及该第二频带的波长的二分之一。

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