CN102931476A - 双频圆极化天线 - Google Patents

Abstract

一种双频圆极化天线。该双频圆极化天线包括：一接地金属板；一介质基板，该介质基板形成于该接地金属板之上；一第一微带辐射部，该第一微带辐射部形成于该介质基板之上，且具有至少一对称截角对；以及一第二微带辐射部，该第二微带辐射部形成于该介质基板之上，其中该第二微带辐射部包括多个辐射单元，每一辐射单元延伸自该第一微带辐射部并朝向一第一方向。本发明可有效地缩小天线外观的体积而达到小型化的目的，且可大幅节省介质基板的厚度与面积而有效达到降低制造成本与天线整体的重量。

Description

双频圆极化天线

技术领域

本发明涉及一种双频圆极化天线，尤指一种可在同一介质基板上实现单一平面双频圆极化的双频圆极化天线。

背景技术

随着无线通信的蓬勃发展，各种无线通信应用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。同时，为了因应移动装置的可移植性与多元化功能的趋势，目前在移动装置的设计上，除了逐渐朝向“轻、薄、短、小”之外，将多样化的功能整合于同一移动装置已是必然的发展趋势。因此，小型化与多频段天线是未来天线设计上重要的研究课题。

举例来说，目前常见的车用卫星通信装置通常会整合包括全球定位***(GlobalPositioning System，GPS)与卫星数字音频广播服务(Satellite Digital Audio Radio Service，SDARS)的功能。由于两者的工作频段不同，而且GPS卫星传送的信号为右旋圆极化电磁波，所以接收天线的辐射场型也必需为右旋圆极化朝上分布才能顺利接收到GPS信号，SDARS卫星所传送的信号为左旋圆极化波，故接收天线辐射场型亦需设计为左旋圆极化波才能接收到SDARS信号。在此情况下，通常需要设计两个不同的专用天线来提供使用。请参考图1，图1为传统车用卫星通信装置的一微带天线(Patch antenna)10的示意图。微带天线10包含一天线A_GPS、一天线A_SDARS与信号馈入部106。天线A_GPS用来发射与接收GPS信号，天线A_SDARS用来发射与接收SDARS信号。为了达到双频圆极化的特性天线，微带天线10通常需要使用多层叠构的架构来实现，如图1所示，由一介质基板102与一微带辐射部108所构成的天线A_GPS会与由一介质基板104与一微带辐射部110所构成的天线A_SDARS堆叠在一起。然而，采用微带结构的微带辐射部的体积虽然很小，但是介质基板的体积通常仍占有一定的空间大小。再者，介质基板的制造成本也非常昂贵。因此，如何能缩小多频天线的尺寸以及节省制造成本，即成为目前天线设计上亟需解决的课题之一。

发明内容

因此，本发明主要提供一种双频圆极化天线。

本发明公开一种双频圆极化天线，该双频圆极化天线包含有：一接地金属板；一介质基板，该介质基板形成于该接地金属板之上；一第一微带辐射部，该第一微带辐射部形成于该介质基板之上，且具有至少一对称截角对；以及一第二微带辐射部，该第二微带辐射部形成于该介质基板之上，其中该第二微带辐射部包含有多个辐射单元，每一辐射单元延伸自该第一微带辐射部并朝向一第一方向。

本发明可在同一介质基板上实现单一平面双频圆极化的架构，以提供双频效果的天线，不仅可以有效地缩小天线外观的体积而达到小型化的目的，还可以大幅节省介质基板的厚度与面积而有效达到降低制造成本与天线整体的重量。

附图说明

图1为传统车用卫星通信装置的一微带天线的示意图。

图2为本发明实施例的一双频圆极化天线的立体示意图。

图3与图4分别为图2的双频圆极化天线的俯视示意图与侧视示意图。

图5至图8为图2中的双频圆极化天线的变化实施例的示意图。

图9为图2中的双频圆极化天线的反射系数的示意图。

图10与图11为图2中的双频圆极化天线的辐射场型的示意图。

主要组件符号说明：

10                            微带天线

102、104、200                 介质基板

106、208                      信号馈入部

108、110                      微带辐射部

20                            双频圆极化天线

202                           接地金属板

204                           第一微带辐射部

206                           第二微带辐射部

206_R                         辐射单元

210、212、502、504、604、606  截角

214、216                      弯折区段

602                           环形辐射单元

A_GPS、A_SDARS                天线

L、R                          线段

具体实施方式

请参考图2至图4，图2为本发明实施例的一双频圆极化天线20的立体示意图。图3与图4分别为图2的双频圆极化天线20的俯视示意图与侧视示意图。双频圆极化天线20包含有一介质基板200、一接地金属板202、一第一微带辐射部204、一第二微带辐射部206及一信号馈入部208。接地金属板202用来提供接地。介质基板200形成于接地金属板202之上。第一微带辐射部204与第二微带辐射部206形成于介质基板200之上，并可用来发射与接收信号。简言之，第一微带辐射部204工作于一第一频段并具有一第一辐射场型，而且第二微带辐射部206工作于一第二频段，并具有一第二辐射场型，如此一来，双频圆极化天线20可实现双频天线的效果。举例来说，以车用卫星通信装置为例，第一微带辐射部204可应用于SDARS频段的SDARS信号，第二微带辐射部206可应用于GPS频段的GPS信号，但不限于此。

详细来说，第一微带辐射部204具有截角210与212，截角210与212为相对称的截角对，其可分别设置于第一微带辐射部204边缘的一斜对角处，用以加强第一微带辐射部204的圆极化特性。截角的设置位置对应于第一微带辐射部204的极化特性。例如，如图2所示，截角210与212分别设置于第一微带辐射部204的左上方及右下方，则第一微带辐射部204可应用于左旋圆极化的信号。至于第一微带辐射部204上的截角设置位置，则视整体***的需求而定，例如，若将截角210与212分别设置于第一微带辐射部204的左下方及右上方，则第一微带辐射部204可应用于右旋圆极化的信号。

第二微带辐射部206包含有多个辐射单元206_R，其中每一个辐射单元206_R延伸自第一微带辐射部204并朝向一特定方向延伸，例如顺时针方向、逆时针方向、远离第一微带辐射部204或其他特定方向，如此一来，每一辐射单元206_R会有至少部分围绕着第一微带辐射部204。较佳地，所有辐射单元206_R会对称地分布于第一微带辐射部204的周围。另一方面，每一个辐射单元206_R会包含有至少一个弯折区段，且每一弯折区段朝向同一特定方向弯折，使得该每一辐射单元朝向特定方向延伸。如图2所示，第二微带辐射部206包含有4个辐射单元206_R。每一个辐射单元206_R耦接至第一微带辐射部204并朝向顺时针方向延伸，而且图2中的每一辐射单元206_R皆包含有2个弯折区段，分别为弯折区段214与弯折区段216，弯折区段214与弯折区段216皆朝向顺时针方向弯折，如此一来，将使得辐射单元206_R朝向顺时针方向延伸。此外，每一个辐射单元206_R所延伸出去的方向会相对应于第二微带辐射部206的极化方向。例如，如图2所示，所有辐射单元206_R朝向顺时针方向延伸，则第二微带辐射部206可应用于右旋圆极化的信号。此外，由于每一辐射单元206_R由第一微带辐射部204延伸出去，在两者的连接处，辐射单元206_R可以垂直地耦接至第一微带辐射部204或是以其他角度来耦接至第一微带辐射部204。至于信号馈入部208的位置与第一微带辐射部204所应用的通信***有关，此为本技术领域的技术人员所熟知，不再赘述。

相比于传统采用多层堆叠架构的多频微带天线，本发明的双频圆极化天线可在同一介质基板上实现单一平面双频圆极化的架构，以提供双频效果的天线。如此一来，本发明的双频圆极化天线不仅可以有效地缩小天线外观的体积而达到小型化的目的，还可以大幅节省介质基板的厚度与面积而有效达到降低制造成本与天线整体的重量。

在本发明中，每一辐射单元206_R大致上可朝向同一方向延伸，以加强第二微带辐射部206的圆极化特性。此外，第二微带辐射部206亦可通过截角的设置来提升第二微带辐射部206的圆极化特性，举例来说，可在两辐射单元206_R的相对称处设置一截角对。请参考图5，图5为具有截角的第二微带辐射部206的示意图。第二微带辐射部206分别在两辐射单元206_R的弯折区段设置截角502、504。

进一步地，请参考图6，图6为具有环形辐射单元的第二微带辐射部206的示意图。第二微带辐射部206还包含一环形辐射单元602，其形成于介质基板200之上，且环绕所有辐射单元206_R。在此情况下，通过环形辐射单元602的设置将可进一步增加第二微带辐射部206的电流路径，以强化第二微带辐射部206的工作效能。另一方面，为了加强第二微带辐射部206的圆极化特性，如图6所示，环形辐射单元602也包含了截角604、606。

值得注意的是，双频圆极化天线20仅为本发明的一实施例，本领域普通技术人员应当可以据以作不同的修饰。举例来说，可以经由调整第一微带辐射部204的面积大小来改变第一微带辐射部204的工作频率，或是可经由调整第二微带辐射部206中的各辐射单元206_R的线段长度与宽度来改变第二微带辐射部206的工作频率。关于第一微带辐射部204的形状不限。例如，在图2中，第一微带辐射部204呈现一矩形。关于第二微带辐射部206中的每一辐射单元206_R中的弯折区段的设置数量不限，例如，如图7所示，每一辐射单元206_R仅具有弯折区段214。至于辐射单元206_R中的弯折区段可以任何的弯折方式来实现，例如使用L形弯折、圆弧形弯折或是其他可能的弯折方式。此外，第二微带辐射部206中的辐射单元的数量也不限，只要所有辐射单元可以对称地分布于第一微带辐射部204的周围。例如，如图8所示，第二微带辐射部206包含有2个辐射单元206_R。另一方面，前述截角的设置位置对应于天线的极化特性，换言之，截角的位置可依据所应用的***而作相对应的设置。

以下以应用于GPS***与SDARS***为例来说明，当第一微带辐射部204应用于频段为2.33GHz的SDARS信号，第二微带辐射部206应用于频段为1.57GHz的GPS信号时，双频圆极化天线20的仿真结果分别如图9至图11所示，其中，图9为图2中的双频圆极化天线20的反射系数的示意图。在图9中，显示了当双频圆极化天线20工作于频段为1.57GHz与2.33GHz时的反射系数(S11参数)。图10为当双频圆极化天线20工作于频段1.57GHz时的辐射场型的示意图，图11为当双频圆极化天线20工作于频段2.33GHz时的辐射场型的示意图，其中线段L表示左旋极化的辐射场型，线段R表示右旋极化的辐射场型。由图10可知，线段R处于外圈且也较平滑，也就表示当工作于GPS频段(1.57GHz)时，应用于GPS***的右旋极化场型的确激发了较大的增益而可符合所需。由图11可知，线段L处于外圈且也较平滑，也就表示当工作于SDARS频段(2.33GHz)时，应用于SDARS***的左旋极化场型的确激发了较大的增益而可符合所需。

综上所述，相比于传统采用多层堆叠架构的多频微带天线，本发明的双频圆极化天线可在同一介质基板上实现单一平面双频圆极化的架构，以提供双频效果的天线。如此一来，本发明的双频圆极化天线不仅可以有效地缩小天线外观的体积而达到小型化的目的，还可以大幅节省介质基板的厚度与面积而有效达到降低制造成本与天线整体的重量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种双频圆极化天线，该双频圆极化天线包括：

一接地金属板；

一介质基板，该介质基板形成于该接地金属板之上；

一第一微带辐射部，该第一微带辐射部形成于该介质基板之上，且具有至少一对称截角对；以及

一第二微带辐射部，该第二微带辐射部形成于该介质基板之上，其中该第二微带辐射部包括多个辐射单元，每一辐射单元延伸自该第一微带辐射部并朝向一第一方向。

2.如权利要求1所述的双频圆极化天线，其中该第一微带辐射部的该至少一对称截角对设置于该第一微带辐射部边缘的一斜对角处。

3.如权利要求1所述的双频圆极化天线，其中该每一辐射单元包括至少一弯折区段，且该至少一弯折区段朝向该第一方向弯折，使得该每一辐射单元朝向该第一方向延伸。

4.如权利要求3所述的双频圆极化天线，其中该至少一弯折区段呈现一L形。

5.如权利要求3所述的双频圆极化天线，其中该至少一弯折区段具有一截角。

6.如权利要求1所述的双频圆极化天线，其中该每一辐射单元至少部分围绕着该第一微带辐射部。

7.如权利要求1所述的双频圆极化天线，其中该多个辐射单元对称分布于该第一微带辐射部的周围。

8.如权利要求1所述的双频圆极化天线，其中该第二微带辐射部还包括一环形辐射单元，该环形辐射单元形成于该介质基板之上，且环绕该多个辐射单元。

9.如权利要求1所述的双频圆极化天线，其中该环形辐射单元具有至少一对称截角对。

10.如权利要求1所述的双频圆极化天线，其中该第一微带辐射部为一矩形。

11.如权利要求1所述的双频圆极化天线，其中该第一微带辐射部工作于一第一频段，且该第二微带辐射部工作于一第二频段。

12.如权利要求1所述的双频圆极化天线，其中该第一方向为一顺时针方向或一逆时针方向。

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