TW405280B - Highly isolated multiple frequency band antenna - Google Patents

Description

經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 405280 B7 五、發明説明（1 ) 技術領域 本發明有關微波天線之領域，更特別有關於頻帶間相 隔離之一倍頻帶天線。 發明背景 具有倍頻帶操作能力之天線爲技藝中所已知。需要提 供倍頻帶間之隔離。慣例上此乃藉著在天線本體外之過濾 器來過濾頻帶而完成，這需要添加硬體和空間。 提供一具有在天線本體内完成頻帶間之隔離之倍頻帶 天線乃爲有優勁的。 發明综述 一具有在操作倍頻帶間隔離之倍頻帶天線系統在此描 述。此系統包括一内部螺旋天線，由一組環繞一中心軸縝 繞之螺旋臂組成。此兩螺旋臂之等半徑點在中心之相對侧 ，或是相扃180度。本發明不限於兩臂螺旋；以適當之樣型 可用額外之臂。内部螺旋天線在一第一頻帶操作。一外部 螺旋天線包括另一組向外螺旋臂置於180度相隔處。每一螺 旋臂有一债送端和一終止端。外螺旋天線在一比第一頻帶 爲低之第二頻帶操作。内部和外部螺旋天線爲彼此同心且 放置在一共同平面上。以同心方式安排添加更多之螺旋只 受空間之限制。 天線系統更包括一阻抗轉換和過滤％路，由一包括一 第一傳輸線電路之一第一阻抗轉換器組成，用來連接一第 一頻帶驅動信號至内部螺旋天線之一組臂。一第二阻抗轉 換器包括一第二傳輸線電路用來將一第二頻帶驅動信號饋 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 3 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本f ) -裝·

'1T A7 __405280 b7__ 五、發明説明（2 ) 送至外部螺旋天線之臂。 一過濾器電路提供第一頻亨和第二頻帶信號間之隔離 。在一較佳具體實現中，過濾器電路包括一帶通過濾器， 由具有70 dB斥拒第二驅動信號之第一傳輸線組成。額外 之隔離可藉使内和外螺旋以相反圓極化操作而達成。這種 操作螺旋之方式理論上可提供無限之隔離，至少可達成20 dB之額外隔離。因此，在一例示具體實現中，可提供90 dB之第二信號被第一信號之拒斥。若額外螺旋和過滤器被 使用在多於兩個操作頻帶，亦可安排額外之螺旋使得相鄰 之天線具有相反之極化。 内部和外部螺旋天線和阻抗轉換及過濾器電路被放置 在天線本體内。 附囷概述

" I 本發明之這些和其他特質和優點將從下述一例示具體 實現之詳述説明中爲顯然可見，如在相隨之繪圖中所説明 者，其中： 囫1爲一具體實現本發明之一倍頻帶天線之上視圖。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 I- - - - -- - - I m (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖2説明圖1天線之阻抗轉換和過濾器布置。 圖3爲具體實現本發明之一倍頻帶螺旋天線之一例示 實現之展開同心視圖。 圖4爲圖1之天線之侧展開視圖。 較佳具體實現詳述 圖1説明具體實現本發明之一倍頻帶天線50之一例示 實現。天線50爲一多螺旋天線使用過濾器來使一螺旋之頻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 4 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 __405280 b7___ 五、發明説明（3 ) 帶通過而拒斥其他螺旋之頻帶。藉著安排鄰近之螺旋使其 具有相反極化可獲致額外之隔離。本發明之一重要方面爲 所有隔離和過濾皆在天線本體内達成。 天線50在此例示組態中包括2個雙臂螺旋60和70。較 高頻率螺旋60位於較低頻率螺旋螺旋70之内部。在一例示 實現中，内部螺旋60包括兩個螺旋纏繞之臂62、64，每臂 皆由蚀刻在一覆蓋铜之印刷電路板上之導體案型所形成。 内部螺旋60在微條襯墊62A、64A處輸入之信號受中心饋 送，襯墊62A、64A接在螺旋臂62、64之内部端處。臂終止 於具有用以附加終止電阻器之微條襯墊62B、64B之螺旋外 端0 外螺旋70包括兩個螺旋纏繞之臂72、74，每臂由導電 徑路形成，且從外部受在微條襯墊72A、74A處輸入之信號 ， 》 所餚送。臂72、74終止於用以終止電阻器之微條襯墊72B、 74B 處0 電阻器連接於以繪有圖1之紙張所代表之螺旋平面以 及系統接地之間，藉著穿過天線本體之同軸電纜而達成。 電阻器或其他終止方法之使用對本發明而言並不爲緊要。 系統沒有電阻器仍能工作，但沒有那麼好，電阻器使不軸 射出但會到達螺旋臂末端且干擾入射能量之能量衰減。不 加電阻器在軸射區域靠近螺旋臂末端時其結果最爲顯著， 能量在返回至入射信號前具有一短徑路。 吾人亦須注意者爲外螺旋可替換性地從螺旋臂之内終 止處受餚送。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 5 ，、裝 訂 A (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) __405280 _B7 五、發明説明（4 ) 螺旋天線60和70兩者受連接螺旋至阻抗轉換器之同軸 電纜所饋送，它們包含於天線本體内之一導波線板上。同 軸電纜之使用不爲緊要；導波線或其他適合之傳輸線亦可 使用。 圓2説明天線50之阻抗轉換和過滤器布置80。具有三 個大襯墊82A、82B和82C之導電線82爲低頻天線70之阻抗轉 換。襯墊82A藉一同軸電纜連接至臂72之襯餐72A。襯墊 82C連接至傳輸驅動源。在中心頻率時臂72、74之臂長度 間有180度之相位差。螺旋臂72、74之兩端以180度異相被 驅動。須注意在此例示具體實現中，襯勢82C不等距位於 襯墊82A和82B間，因中心襯墊和兩末端襯墊間之電性長度 差異僅在外螺旋之中心頻率時爲18〇度。此爲一窄頻帶阻抗 轉換，且在操作頻帶之上和較下端處會有一些相位差。一 寬頻帶阻抗轉換可換地使用，若是操作頻帶爲一寬頻帶的 話。此一寬頻帶阻抗轉換可使用一神奇T耦合器或一 180 度混合式設計。 經濟部中失標準局貝工消費合作社印家 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 具有兩個小型襯墊86A、86B和一大型襯墊86C之導電 線84爲高頻天線60用之敎赛逮和阻抗轉換。小型襯墊86A、 86B爲同軸電纜用之附著點，因此附於饋送中心螺旋6〇之 襯墊62A、64A。細導體線84A、84B轉變成粗導體饋送線 84C。且附著於這些襯墊86A、86B。細線84A、84B爲阻抗轉 換且再度具有在其徑路間之180度相位長度。 有四個開放電路導體線末段88A、88B、90A、90B像脊 骨上肋骨般地附於備送線84c上。這些末段组成過滤器。過 本紙張尺度iA用中國國家;^準（CNS ) A4規格（210x297公楚) ~ -- 6 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 405280 ΑΊ _ Β7 五、發明説明（5 ) 濾器爲一組開放電路末段，彼此以傳輸線之分開 。34 λ和％ λ電性長度爲在外螺旋之低頻帶之中心時之長 度。在末段下移之能量移動，無相位改變而反射，並 回到末段之起始處而有180度之相位移。此反射能量此時對 消傳輸線之入射能量。在線上有愈多末段，對消效應就愈 大。此外，末段可加以群集。此結構將看起來像一扇子， 個別末段在末端分離但收聚至傳輸線上之同一點。欲更增 進使用末段作過濾之效應，末段（或末段群）以％ λ分離 。在末段末端之開放電路經反射至末段起始處之一短接電 路。相隔，短接電路經反射至一開放電路。考慮一長 ^又且兩端有Μλ末段之傳輸線之三埠結構。輸入能量 ，乃試圖阻隔者，看見沿最近末段之徑路上有一短路。第 二末段反射回成一開放電路給朝向穿透徑路之能量。因此

• I 藉著末段之使用，不需要之能量被誘使離開傳輸線至一短 接電路末段，且在持續在傳輸線上下移時受由第二末段造 成之開放電路之阻隔。藉著以半接方式放置多個此種三埠 元件，吾人可達成任何需要之過濾（分離）値。 若需要更多之螺旋給倍頻帶，可以加添額外之導波線 層而有更多過濾器和阻抗轉換器。 圖3和4説明一具體實現本發明之一螺旋天線100之 一例示實現。圖3爲天線元件之展開同心視圖，元件乃夾 在天線架構結構102和一天然罩104間。圖4爲天線100之元 件之侧展開視圖。螺旋60和70界定成從一介電基底106上 之銅層蚀刻成一銅導體樣型。在此具體實現中，基底藉鲜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ 297公釐） 7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. 405280

經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 接膜108鋒接至另一介/¾基底11〇之暴露表面。一地環112界 定在基底110之相對表面上。 一泡沫圓形平板藉銲接膜114銲接至地環。環繞平板 者爲一導電性隔離環12〇 。一介電吸收器平板結構128之 一表面藉銲接膜118鮮接至泡沫116。吸收器128之相對表面 藉銲接膜130鲜接至一界定在基底134之—表面上之一地平 面132。阻抗轉換和過濾器電路8〇界定在基底134之相對表 面上。一介電基底138之一暴露表面藉銲接膜136鮮接至電 路80之表面。一地平面14〇界定在基底138之相對側上。 一例π同軸電纜和終止電阻器電路122在圖4中説明 ’用來連接一接至一螺旋臂之终止襯墊和地平面14〇。元 件126Α説明一同軸饋送連接器用來接至過濾器/阻抗轉換電 路80°同柙線126C和連接器126Α (圖3 )乃用來饋送低頻 f 率螺旋70。同軸線126D和連接器126B (圖3 )用來饋送内 螺旋60。 當天線100之各元件組合時，其結果爲一緊密、高度 隔離之倍頻帶天線系統，其中操作頻帶之隔離乃藉位於天 線本體内之元件達成，天線本體概括地由架構1〇2和天線 罩104所界定。 一倍頻帶、多螺旋天線已經描述，它使用過濾器來使 一螺旋之頻帶通過並拒斥其他之頻帶。藉著安排相鄰螺旋 使其具有相反極化可達成額外之隔離。隔離乃藉安排在天 線本體内之過濾器和阻抗轉換電路而達成。如此使天線所 需之空間減至最小。天線可達成頻帶間之超過7〇 之隔 本紙張尺度邮中關家縣（CNS ) Λ4規格（210x797公釐） 8 - a 111 u - -I -- ^ϋ. A - m m — HI -- 1^1 0¾-$ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 405280 ；； 五、發明説明（7 ) 離，即使不同頻帶之螺旋彼此同心且在同一平面上。此隔 離可在一具體實現中達成，舉例言之，一螺旋之頻帶寬爲 200MHz，第二螺旋之頻帶寬爲500MHz，兩頻帶間之隔離 爲 300MHz。 吾人須明暸以上所述具體實現僅爲例示説明所有可代表 本發明之原則之可能特定具體實現。其他改造可由技藝熟 練人士依照本發明之這些原則做成而不離本發明之範疇和 精神。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨ΟΧ297公釐） 9

Claims (1)

1. Αίώ2βίί 六、申請專利範園. 1.一倍頻帶天線系統（50),具有操作頻帶間之隔離，其特 徵爲： 一内部螺旋天線（60)由環繞一中心軸纏繞之第一和第 二螺旋臂（62、64 )組成，每一臂具有一饋送端（ 62A、64A)和一终止端（62B、64B )，所述内部螺旋 天線用於第一頻帶之操作； 一外部螺旋天線（70)由環繞所述中心軸並從所述相對 於所述内部螺旋夭線之軸向外纏繞之第三和第四螺旋 臂組成（72、74)，每一螺旋臂具有一儐送端（72A 、74A)和一终止端（72B、74B)，所述外部螺旋天 * | 線用於第二頻帶之操作，第二頻帶所在之頻率範圍比 第一頻帶之相當之頻率範固爲低； 其.中所述内部和外部螺旋天線爲彼此同心巧放置在 一共同平面上； 經濟部中夬橾华局員工消費合作社印裝

   Α8 Β8 C8 D8 I I 111 I I |,私| I I I —訂 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 一阻抗轉換和過濾器電路（80)，包含一第一阻抗 轉換器（84)用來使第一頻帶驅動信號連接至所述内 部螺旋天線，所述第一阻抗轉換器包括一第一傳輸線 電路（84A、84B、84C)用來使所述第一驅動信號連接 至内部螺旋天線之所述第一和第二螺旋臂之所述各別 饋送端，一第二阻抗轉換器（82)用來使一第二頻帶 驅動信號連接至所述外部螺旋天線，所述第二阻抗轉 換器包括一第二傳輸線電路用半使所述第二驅動信號連 接至外部螺旋天線之所述第一和第二螺旋臂之所述各 別饋送端，以及一過濾器電路（88、9〇 )用來提供所 本紙張尺度逋用肀國困家樣準（CNS〉MAIL格（210><297公处> 10