CN2416619Y - 通信天线结构 - Google Patents

Abstract

一种通信天线结构,用于无线电通信基地电台上,以作为基地电台与数个移动式终端装置之间的信号收发端,该通信天线结构包括:一开槽耦合微带电路基板、反射背板及天线组合,该天线组合包括一具有圆弧部及平板部的前板,与数个后板。根据其结构可达到增大水平面辐射半功率宽度的目的。

Description

通信天线结构

本实用新型涉及一种通信天线结构，特别是应用于无线电通信(Radio Communication)基地电台(Base Station，BS)上的天线结构，作为基地电台与移动式终端装置(Mobile Termional)间的信号收发端，以增加水平面辐射半功率波束宽度。

目前，移动电话已经成为信息生活中所不可缺少的一种通信产品，且有越来越普及的趋势，移动电话与一般的有线电话相似，使用移动电话的双方可同时发送，且为保护个人隐私，每个移动电话用户，都有专属的电话号码，而用户则可经基地电台以编码信号呼叫所需的受话者。

然而，目前的基地电台多使用蜂窝式(cellular)通信原理，不再使用高功率发射机，以涵盖全区域的广播方式，改以应用为数众多的低功率发射机，分散用于小区域中，称之为蜂窝(Cells)，如此，便需要为数众多的细胞，亦即基地电台来确保收信的质量与范围，因此，基地电台的发送功率、水平角度范围、垂直角度范围亦成为相当重要的参数，若能以较少的天线达到更广泛的接受与传送范围，将可更符合经济效益。

请参阅图1所示，为公知天线的立体结构示意图，其结构包括：

一开槽耦合微带电路基板20，为一低损耗介质所构成的平板且其背面具有微带线路21(Microstrip)，而正面具有隙缝22(Slot)，且借由一导线40连接至信号源(图中未示)；

一反射背板30(Reflector)，其为一金属平板并以非电导通状态置于开槽耦合微带电路基板20之后方，迫使向后辐射之电磁波朝前方辐射；以及

一天线组合10，是位于开槽耦合微带电路基板20之前，且与开槽耦合微带电路基板20为非电导通状态，用以增加电磁波之辐射功率，其包含一前板11a与一后板11b，皆平行于开槽耦合微带电路基板20，且前板11a、后板11b与开槽耦合微带电路基板20皆以非电导通状态相连接，且后板11b面积与前板11a面积相等，以增强电磁波的辐射强度。

借由上述之天线结构所发送的信号，其水平发射角θ仅能位于中心60°-70°的范围内，最大仅能达到80°，因此，若就矩形平板结构来看，则无法达到较大信号传送与接收范围的要求。

本实用新型主要的目的是要提供一种通信天线结构，用于无线电通信基地电台上，以作为基地电台与数个移动式终端装置之间的信号收发端，而根据其结构可以达到增大水平面辐射半功率宽度的目的。

本实用新型之又一目的在于提供一种天线结构，其中包括天线组合，用于前述的基地电台上，借此天线组合即可使水平面辐射半功率波束宽度达到90°或更高的目的。

根据本实用新型的通信天线结构，其中，为达上所述目的，通信天线结构包括有一开槽耦合微带电路基板以辐射电磁波与一反射背板，而天线组合位于开槽耦合微带电路基板之前，且与开槽耦合微带电路基板为非电导通状态，用以增加电磁波之辐射半功率波束宽度，其天线组合包括：

一前板，具有一第一平板部、第二平板部以及用以接第一、第二平板部的圆弧部，第一、第二平板部是共平面且电连接至圆弧部；以及

数个后板，平行于该第一、第二平板部，且与前板以非电导通状态连接，且后板面积与前板投影于后板面积相等，以增强电磁波辐射强度。

利用此一天线组合来取代传统的基地电台内之两平板的天线结构，即可利用此圆弧部设计的关系，将发射的角度变大，而达到更广泛接收与传送信号的目的。

以下结合附图详细说明本实用新型的较佳实施例。其中：

图1为公知天线的立体结构示意图：

图2为本实用新型第一实施例的立体结构示意图；

图3为本实用新型第二实施例的立体结构示意图；

图4为根据本实用新型于880MHz时所测量的指向性图；

图5为根据本实用新型于920MHz时所测量的指向性图；以及

图6为根据本实用新型于960MHz时所测量的指向性图。

一般来说，依据天线的应用范围所要求设计天线的参数包括有：频率(frequency)范围、在发射的垂直面(E-plane)与水平面(H-plane)的辐射半功率波束宽度(HPBW，Half-power Beamwidth)、电压驻波值(VSWR，Voltage standing wave Ratio)、连接器(Connector)形式，以及天线增益(Antenna Gain)值等条件，借由修改这些参数的数值，即可设计出符合要求的天线结构。

根据前述公知天线的立体结构(参考图1)，欲达到较大的水平面辐射半功率波束宽度时，我们可缩小前板11a与后板11b的宽度，但为求符合相关规格，如工作频宽(Operation Bandwidth)、反回损耗(ReturnLoss)与天线增益(antenna Gain)等，并无法随意缩小前板11a与后板11b的宽度，所以若欲增加水平面辐射半功率波束宽度且达到其他相关规格，却只依靠缩小前板11a与后板11b的宽度是不可能的，亦即有其一定的极限。

首先，请参阅图2所示，为本实用新型所公开的通信天线结构的第一实施例立体结构示意图，其结构包括：

一开槽耦合微带电路基板20a，为一平板且其背面具有微带线路21a，而正面具有隙缝22a且藉有一导线40a连接至信号源(图中未示)以辐射电磁波；

一反射背板30a(Rdflector)，其可为一金属平板，例如铝板或铁板，或为塑胶板但其上具有如铜箔(Copper Film)等之金属膜(Metal Film)，并以非电导通状态位于开槽耦合微带电路基板20a的后方，迫使向后辐射之电磁波朝前方辐射；

一天线组合10a，位于开槽耦合微带电路基板20a之前，或者可包含更多的天线组合10a再以串叠方式排列，且与开槽耦合微带电路基板20a为非电导通状态，用以增加电磁波之辐射半功率波束宽度，其包含有一前板与一后板13(Patch)，其中，前板即为一引导器(Director)用以将电磁波向外辐射，其由一弧形板121与一平板122所组成，而弧形板121的形状可为半圆形的形状，且平板122具有第一平板部与第二平板部，是位于弧形板121之两侧且共平面，其中弧形板121与平板122为电连接状态，可利用如焊接的方式来完成，但其焊料必须为导电材料；而后板13，平行于平板122，且与前板以非电导通状态连接，且后板13面积与前板投影于后板13面积相等，以增强电磁波辐射强度，但亦可增加更多的后板13以增加强度，但一般而言，就成本上的考虑，仅配置一后板13已足够。另外，弧形板121、平板122与后板13皆可采用铝(Al)或铜(Cu)等导电性良好的材料所制成。

其中，根据开槽耦合微带电路基板20a与反射背板30a组合所形成的结构的工作原理，可以分析成以下三种：

一、微带天线(Microstrip antenna)，是微带线路21a的前端开路，微带线路21a的介电质基板的一面全部为导体，在另一面分布有馈线(Feed line)。当基板下面的导体面比线路宽度宽很多时，则此种导体具有和无限扩大的导体相同的效果，而开路端至隙缝间的微带线段可利用来产生虚部阻抗以供天线阻抗匹配用；

二、隙缝天线(Slot antenna)，在平板上开隙缝22a，而把隙缝2当作天线，在隙缝22a的窄出连接高频电流，产生电场驻波则间隙22a会产生谐振。因此，隙缝22a的作用即将能量传往其上之平板(如本实用新型之后板13)产生耦合作用，即为本实用新型所利用的开槽耦合微带电路基板(Slot-coupled Stacked Microstrip Antenna)的原理；以及

三、附反射背板30a的天线，为了把电磁波的辐射集中在前方特定的方向，其最简单的手法是在天线的后部安置反射背板30a，若反射背板30a的大小比波长大很多时，即可得到较大的天线增益或较佳的指向性。当反射背板30a的大小有限时，会有部分电磁波向后辐射，将对天线增益有不小的影响。

因此，借由上述三种原理的合成，可以将信号源所传送的信号透过此一天线结构来向外发送，另外，此天线组合10a借由弧形板121增加平板122所发送的辐射电磁波之波束宽度(Beamwidth)，故水平面辐射半功率波束宽度θ1可达到90°，或者再借由调整弧形板121的圆弧度，或者是平板122突出于弧形板121部分的长度，甚至可达到更高水平面辐射半功率波束宽度的效果。

又请参阅图3所示，为本实用新型第二实施例的立体结构示意图，其结构类似于第一实施例，但其差异点在于天线组合10b部份，其前板是利用一体成型方式所构成，亦即为一弧形前板14与后板15而构成天线组合10b。在配置与使用时，皆与前述的第一实施例有相同原理，并且其间之几何关系与使用材料等，皆可利用第一实施例所述的条件，借此，亦可达到增大水平面辐射半功率宽度θ1的目的。

另外，图4-6为根据本实用新型于不同操作频率下，所测量的天线指向性图，其中，图4为在操作频率880MHz下，所测量的其-3dB之频宽为92．94度，增益为9．4dBi；图5为在操作频率920 MHz下，所测量的其-3dB之频宽为91．21度，增益为9．04dBi；图6为在操作频率960MHz下，所测量的其-3dB之频宽为92．47度，增益为9．72dBi。

根据本实用新型所公开的通信天线结构，其效果为：提供一种基地电台天线，可使水平面辐射半功率波束宽度达到90°或更高的目的，以有更广的接收与发射角，不仅能应用于移动电话的通信天线，而能适用于所有的无线电通信***中。

虽然本实用新型以前述之较佳实施例揭露如上，然而，其并非用以限定本实用新型，任何熟悉本技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型之精神和范围内，当可作些更动与润饰，因此本实用新型之保护范围应以后附的权利要求范围所界定为准。

Claims (10)

1、一种通信天线结构，用于无线电通信基地电台上，以做为该基地电台与数个移动式终端装置间的信号收发端，其包括：

一开槽耦合微带电路基板，连接至信号源以辐射电磁波；

一反射背板，以非电导通状态位于该开槽耦合微带电路基板之后方，迫使该电磁波朝前方辐射；

一天线组合，是串叠于该开槽耦合微带电路基板之前，且与该开槽耦合微带电路基板为非电导通状态，用以增加该电磁波之辐射半功率波束宽度，其包含：

一前板，具有一第一平板部、一第二平板部以及一用以衔接该第一、第二平板部间的圆弧部，该第一、第二平板部是共平面且电连接至该圆弧部；以及

数个后板，是平行于该第一、第二平板部，且与该前板以非电导通状态连接，而该后板面积与该前板投影于该后板面积相等，以增强该电磁波辐射强度。

2、如权利要求1所述的通信天线结构，其特征在于，该反射背板具有金属膜。

3、如权利要求2所述的通信天线结构，其特征在于，该金属膜为铜箔。

4、如权利要求1所述的通信天线结构，其特征在于，该反射背板为金属板。

5、如权利要求4所述的通信天线结构，其特征在于，该反射背板为铝板。

6、如权利要求4所述的通信天线结构，其特征在于，该反射背板为铁板。

7、如权利要求1所述的通信天线结构，其特征在于，该第一平板部与第二平板部是属同一金属平板，而该前板是以一金属弧形板与该金属平板衔接组成。

8、如权利要求1所述的通信天线结构，其特征在于，该圆弧部为一半圆的形状。

9、如权利要求1所述的通信天线结构，其特征在于，该前板与该后板的材料为铝。

10、如权利要求1所述的通信天线结构，其特征在于，该前板与该后板的材料为铜。

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