1338974 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種寬頻共面波導餽入圓形極化天線， 此寬頻共面波導餽入圓形極化天線可在無背覆金屬導體 5 (接地板）的情況下做為一「雙向輻射單元」使用，其亦可在 具有背覆金屬導體的情況下作為一「單向輻射單元」使用。 而當本發明之寬頻共面波導餽入圓形極化天線作為一「單 向輻射單元」使用時，其背覆金屬導體（接地板）與其天線本 體之間的間隔可縮短至其所發射或接收之訊號之波長的八 10 分之一，而此一距離遠小於習知天線之背覆金屬導體與天 線本體間之間的間隔（約為訊號之波長的四分之一）β由於具 有此一特性，當本發明之寬頻共面波導餽入圓形極化天線 做為單向輻射使用且運用於毫米波頻段時，其尺寸可進一 V縮j而可與汛號處理單元一同被封裝於一印刷電路板 15 中。 【先前技術】 20 圖1A係習知寬頻孔洞天線的立體示意圖，其包括一基 板11、一導電板12及-接地板13。其中，導電板12位於基 板11的-側並與基板11相距—特定距離，接地板13則位於 基板11之相對於導電板12的另—側並與基板u結合。此 外，導電板12挖設有-孔洞12卜且—魏送線14將一訊號魏 送至位於孔洞121之周緣之導電板12的上表面122。而如圖 所示，其係沿著圖丨，連線所得之習知寬頻孔洞天線 5 1338974 的到面示意圖。其中，基板u於其上表面Ul設置有複數個 導電部112,而前述之接地板13則與基板丨丨之下表面113相 結合。此外，每一前述之導電部112均與一導通部114電性 連接，再經由導通部114而與接地板13電性連接。 5 另一方面，如圖1B所示，導電板〗2與基板11之間相距 -特定距離…雖然此特定距離D可小於習知寬頻孔洞天線 所發射或接收之訊號波長的四分之一，但達成此目的，習 知寬頻孔洞天線卻需要增加結構複雜之複數個導電部ιΐ2 • &相對應之複數個導通部114。而且，除了 _所示之矩形 ⑴孔洞121以外’習知寬頻孔洞天線之導電板亦可具有其他形 _ 狀之孔洞，如圖2A至圖2F所示。在圖2A至圖射，導電板 21可具有各種形狀之孔洞22，如紡錘形或啞鈴形等。但是， • +論其導電板挖設有何種形狀之孔洞，亦僅能發射或接收 一線性極化的訊號〇 15 20 如此，作為單向幅射使用之上述寬頻孔洞天線的厚度 便…、法進ν縮減，造成習知寬頻孔洞天線的應用領域受 到限制。况且’在無線通訊的領域中，―般均使用圓形極 化之訊號來傳輸訊息，以避免因天線擺放的方式而影響到 天線接收或發射-訊號的效率。因此，前述之僅能發射或 接收之線丨生極彳t «之m頻孔洞天線並無法輕易地應 用在無線通訊的領域中，造成其應用領域受到更進一步的 限制。 6 1338974 因此，業界需ϋ可縮減其本身之厚度並可與—訊 號處理單元-同被封裝於一印刷電路板中的寬頻共面波導 餽入圓形極化天線。 5 【發明内容】 本發明之主要目的係在提供一種寬頻共面波導餽入圓 形極化天線，可做為雙向輻射單元及單向輻射單元使用。 當作為單向輻射單元使用時，其僅需要增加一接地板，且 齡此接地板與天線本體之間的距離可較其所發射或接收之高 10 頻訊號的四分之一波長為短。 本發明之另一目的係在提供一種寬頻共面波導餽入圓 形極化天線，俾使得寬頻共面波導餽入圓形極化天線可與 - 一訊號處理單元一同被封裝於一印刷電路板中。 為達成上述目的，本發明之寬頻共面波導餽入圓形極 15化天線，包括·一基板，具有一表面；一訊號饋送單元， 設置於此表面並包含一饋送條、一匹配部、一第一延伸部 Φ 及一第二延伸部；一第一接地單元，設置於此表面並包含 第一接地條，以及一第二接地單元，設置於此表面並包 含一第二接地條；其中，此第—延伸部及此第二延伸部分 20別自此匹配部延伸而出，且此匹配部電性連接至此饋送 條、此第一延伸部及此第二延伸部，此饋送條則位於此第 一接地條與此第二接地條之間。 .因此，當本發明之寬頻共面波導餽入圓形極化天線作 為一「單向輻射單元」使用時，即被應用於單方向發射或 7 1338974 接收訊號的情況時’其基板（天線本體）與其接地板（背覆金 屬導體）之間的距離可以縮減至其所接收及發射之圓形極 化高頻訊號之中心頻率訊號波長的十分之一倍，小於習知 之寬頻共面波導餽入圓形極化天線的四分之一倍。因此， 5於毫米波頻段的應用中，本發明之寬頻共面波導餽入圓形 極化天線的厚度便可約略等於一訊號處理單元的厚度，使 得本發明之寬頻共面波導餽入圓形極化天線可與一訊號處 理單元一同被封裝於一印刷電路板中。此外，本發明之寬 • 頻共面波導媿入圓形極化天線經過適度調整便可分別在兩 10個頻段範圍内接收及發射一圓形極化的高頻訊號，而此兩 個頻段範圍分別介於5.2 GHz及5.8 GHz之間（即現今的無線 通訊頻段），以及介於59 GHz及64 GHz之間（即未來之無線 通訊頻段）。也就是說，本發明之寬頻共面波導餽入圓形極 化天線無需大幅改變其天線結構，便可分別在現今的無線 15通訊頻段以及未來之無線通訊頻段（毫米波頻段）中操作。 本發明之寬頻共面波導餽入圓形極化天線可更包括一 • 圍繞訊號饋送單元、第一接地單元及第二接地單元於其内 側的環狀部，此環狀部可具有任何型式，其較佳為一具有 一開口之矩形環、一具有—開口之正方形環或一具有一開 口之多邊形I本發明之寬頻共面料魏人_彡極化天線 之第延伸部及第二延伸部可分別為一垂直延伸部及一水 平延伸部，纟中此冑直延伸部之形^交佳為矩形或正方 形，此水平延伸部之形狀則較佳為矩形或正方形。本發明 之寬頻共面波導魏入圓形極化天線之第一延伸部及第二延 8 伸部亦可分別均為一垂直或均為一水平延伸部，其中此垂 直或水平延伸部之形狀較佳為矩形或正方形。本發明之寬 頻共面波導餽入圓形極化天線可具有任何材質之基板，其 較佳為一 FR-4材質之微波基板、一 Duroid材質的微波基 板、一 Teflon材質的微波基板、一 Rohacell材質的微波基 板、一GaAs材質的微波基板、一陶瓷材質的微波基板或一 矽基板。本發明之寬頻共面波導餽入圓形極化天線之訊號 饋送單元、第一接地單元及第二接地單元的材質可為任何 種類之金屬，其較佳為銅、鋁或金。本發明之寬頻共面波 導餽入圓形極化天線之接地板的材質可為任何種類之金 屬，其較佳為銅、鋁或金。本發明之寬頻共面波導餽入圓 形極化天線可於一第一頻段範圍接收及發射一高頻訊號， 此第一頻段範圍較佳介於5.2 GHz及5.8 GHz之間。本發明之 寬頻共面波導魏入圓形極化天線可於一第二頻段範圍接收 及發射一南頻訊號’此第二頻段範圍較佳介於5 9 Ghz及64 GHz之間。本發明之寬頻共面波導餽入圓形極化天線之接 地板與基板可相距任何距離，兩者之間的距離較佳可小於 其操作頻段範圍内中心頻率波長之四分之一。 【實施方式】 如圖3A所示’本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入 圓形極化天線，包括··一基板31、一訊號饋送單元32、一 第接地單元33以及一第二接地單元34。其中，基板31具 有一表面311，訊號饋送單元32、第一接地單元33以及第二 1338974 接地單元34則分別設置於表面3 11上。在本發明第一實施例 中’基板31為一 FR-4材質之微波基板，其介質常數 (dielectric constant, ε )為 4.4，其厚度為 1.6 mm。但在不同 的應用情況中，基板3 1亦可為一 Duroid材質的微波基板、 5 一Teflon材質的微波基板、一 Rohaceii材質的微波基板、一 GaAs材質的微波基板、一陶瓷材質的微波基板或一矽基板。 此外，訊號饋送單元32包含一饋送條321、一匹配部 322、一第一延伸部323及一第二延伸部324，且第一延伸部 • 323與第二延伸部324並分別自匹配部322延伸而出。其中， 10 匹·配部322電性連接至饋送條321、第一延伸部323及第二延 伸部324’饋送條321則再與一訊號處理單元（圖中未示）電性 連接。另一方面，第一延伸部323為一垂直延伸部，第二延 伸部324則為一水平延伸部。雖然在本發明第一實施例中， 第一延伸部323與第二延伸部324的形狀均為矩形，但在不 15同的應用情況中，它們亦可具有不同的形狀，如多邊形或 正方形。 • 再如圖3A所示，前述之第一接地單元33包含一第一接 地條331，第一接地條33丨的一端更延伸出一第一接地延伸 部332，且第一接地延伸部332係鄰近第一延伸部323而設置 20於表面311。前述之第二接地單元34則包含一第二接地條 341，第二接地條341的一端更延伸出一第二接地延伸部 342且第一接地延伸部342與第一接地延伸部的形狀相 同。此外，在本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形 極化天線中，饋送條321係位於第—接地條331與第二接地 10 1338974 條341之間形成所衲的「共面魏入」結構。至於匹配部322、 第一延伸部323及第二延伸部324，則位於第一接地延伸部 332與第二接地延伸部342之間。也就是說，訊號饋送單元 32被夾置於第一接地單元33與第二接地單元％之間。需注 5意的是，雖然在本發明第一實施例中，訊號饋送單元32、 第一接地單元33及第二接地單元34之材質為銅，但在不同 的應用情況中，訊號饋送單元32、第一接地單元33及第二 接地單元34之材質亦可為鋁或金。 最後，本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 10 化天線更包括一環狀部35，且環狀部35將前述之訊號饋送 單元32、第一接地單元33及第二接地單元34圍繞於其内 側"雖然在本發明第一實施例中’環狀部35為一具有一開 口之矩形環，但在不同的應用情況中，環狀部3 5亦可為一 具有一開口之正方形環或一具有一開口之多邊形環。 15 除了圖3 A所示之結構外，本發明第一實施例之寬頻共 面波導餽入圓形極化天線可更包括一接地板36，而使得前 述之訊號饋送單元32'第一接地單元33及第二接地單元34 被央置於基板31與接地板36之間’如圖3B所示。如此，原 本可作為「雙向輻射單元」之本發明第一實施例之寬頻共 20 面波導餽入圓形極化天線便僅能作為「單向輻射單元」， 即僅能單方向地發射或接收訊號。此外，雖然本發明第一 貫施例之寬頻共面波導魏入圓形極化天線於毫米波頻段操 作下，基板31與接地板36之間的距離為〇.5 mm，即約略為 本發明第一實施例之寬頻共面波導魏入圓形極化天線所能 11 1338974 接收及發射之一高頻訊號（其中心頻率約為6〇 GHz)之波長 (5 mm)的…倍。但需注意的是，在不同的應用情況中:基 板31與接地板36亦可相距不同的距離，如前述之位於毫^ 波範圍内之高頻訊號之波長的〇 〇5倍至〇 2倍之間的距離。 5最後，雖然在本發明第一實施例中’接地板36之材質為銅， 但在不同的應用情況中，接地板36之材質亦可為鋁或金。 圖4A係本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 化天線的上視示意圖，圖化則為本發明第二實施例之寬頻 共面波導餽入圓形極化天線的上視示意圖。其中，圖4八中 10用於顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導魏入圓形極化 天線之尺寸之各項標號的數值，分別如下表1所示：
標號 尺寸（mm) 標號 尺寸（mm) 標號 尺寸（mm) wl 6.64 Π11 15.64 w2 11.16 12 3.64 d 1.35 Γ di 1.88 d2 3 d3 0.5 d4 3 d5 1 wf 2.5 wg 3.8 L 62 W 62 表1 此外，圖4A中用於顯示本發明第一實施例之寬頻共面 波導餽入圓形極化天線之形狀之各項標號的位置座標，則 分別如下表2所示： 12 1338974 標號 i標— 標號 ----- 座標 A (-8.52 mm, 0 mm) B (5.52 mm, 0 mm) C (5.52 mm, -6.59 mm) D (-8.52 mm, -6.59 mm) E (-1.25 mm, -14.83 mm) F (1.25 mm, -14.83 mm) 表2 另一方面，由於圖4B所示之本發明第二實施例之寬頻 5 共面波導餽入圓形極化天線係藉由將圖4A所示之本發明第 一實細例之寬頻共面波導魏入圓形極化天線之第一接地單 元33、第二接地單元34與環狀部35之間的空隙填滿的方式 形成，所以，圖4B所示之本發明第二實施例之寬頻共面波 導餽入圓形極化天線之訊號饋送單元4 2與互相對應之本發 10 明第一貫施例之寬頻共面波導魏入圓形極化天線之訊號饋 送單元32相同。 圖5A係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓 开> 極化天線與本發明第二實施例之寬頻共面波導魏入圓形 極化天線的返回損耗（return loss)與天線操作頻率 15 (operation frequency)之間關係的示意圖。其中，圖5八係利 用IE3D模擬軟體模擬而出，而圖5A中的曲線A係顯示本發 明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線之返回損 耗（return loss)隨著天線操作頻率而變化之曲線，曲線b則顯 示本發明第二實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線的 20 返回損耗隨著天線操作頻率而變化之曲線。從圖5A中可看 出’本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線 13 1338974 之返回損耗的1 〇_dB頻寬較本發明第二實施例之寬頻共面 波導魏入圓形極化天線之返回損耗的10-dB頻寬為寬。 圖5B係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓 形極化天線與本發明第二實施例之寬頻共面波導餽入圓形 5極化天線在主波束方向上的軸化比率（axial ratio)與天線操 作頻率之間關係的示意圖。其中，圖5B係利用IE3D模擬軟 體模擬而出，而圖5B中的曲線c係顯示本發明第一實施例之 寬頻共面波導餽入圓形極化天線之軸化比率隨著天線操作 • 頻率而變化之曲線，曲線D則顯示本發明第二實施例之寬頻 10 共面波導餽入圓形極化天線的軸化比率隨著天線操作頻率 而變化之曲線。從圖5B中可看出，本發明第一實施例之寬 頻共面波導魏入圓形極化天線之抽化比率的3 -dB頻寬亦寬 - 於本發明第二實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線之 軸化比率的3_dB頻寬。也就是說，相較於本發明第二實施 15 例之寬頻共面波導魏入圓形極化天線，本發明第一實施例 之寬頻共面波導魏入圓形極化天線可在較寬的頻段範圍内 I 發射一圓形極化高頻訊號。 圖5C係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓 形極化天線與本發明第二實施例之寬頻共面波導餽入圓形 20 極化天線在主波束方向上的增益（gain)與天線操作頻率之 間關係的示意圖。其中，圖5C係利用IE3D模擬軟體模擬而 出’而圖5 C中的曲線E係顯示本發明第一實施例之寬頻共面 波導魏入圓形極化天線之增益隨著天線操作頻率而變化之 曲線，曲線F則顯示本發明第二實施例之寬頻共面波導餽入 14 1338974 圓形極化天線的增益隨著天線操作頻率而變化之曲線。從 圖5C中可看出，本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓 形極化天線之增益較本發明第二實施例之寬頻共面波導餽 入圓形極化天線之增益為高，尤其在4 GHz至5.5 GHz的 5 範圍内。也就是說，在4 GHz至5.5 GHz的頻段範圍内， 本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線發射 高頻信號的效能較本發明第二實施例之寬頻共面波導餽入 圓形極化天線為佳。 • 從上述圖5A、圖5B及圖5C可看出，本發明第一實施例 10 之寬頻共面波導魏入圓形極化天線確實可於一介於5.2 GHz及5.8 GHz之間的頻段範圍内接收及發射一圓形極化之 • 尚頻sfL號。況且，經過進一步運算後，本發明第一實施例 ‘ 之寬頻共面波導餽入圓形極化天線的天線效率（antenna efficiency)為73%，高於本發明第二實施例之寬頻共面波導 15儀1入圓形極化天線的天線效率（65%)。即便如此，本發明第 二實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線的表現仍顯著 φ 優於習知之僅能發射或接收一線性極化的訊號的寬頻共面 波導餽入圓形極化天線。 圖5D係顯示本發明第—實施例之寬頻共面波導魏入圓 2 0形極化天線（具有環狀部）與本發明第三實施例之寬頻共面 波導魏入®形極化天線（未具有環狀部）的增益與天線摔作 頻率之間關係的示意圖。其中，本發明第三實施例之寬頻 共面波導魏入圓形極化天線除了未具有環狀部以外，盆餘 各部分（如訊號饋送單元、第—接地單元及第二接地單元） 15 1338974 之形狀及尺寸，均與對應之本發明第一實施例之寬頻共面 波導餽入圓形極化天線之訊號饋送單元、第一接地單元及 第二接地單元相同。 此外’圖5D係利用IE3D模擬軟體模擬而出，而圖51)中 5的曲線G係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓 形極化天線之增益隨著天線操作頻率而變化之曲線，曲線H 則顯示本發明第三實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天 線的增益隨著天線操作頻率而變化之曲線。從圖中可以 看出，由於具有環狀部’本發明第一實施例之寬頻共面波 10 導餽入圓形極化天線之增益較本發明第三實施例之寬頻共 面波導餽入圓形極化天線之增益為高，顯示出本發明第一 實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線發射高頻信號的 效能較本發明第三實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天 線為佳。即便如此，本發明第三實施例之寬頻共面波導餽 15 入圓形極化天線的表現仍顯著優於習知之僅能發射或接收 一線性極化的訊號的寬頻共面波導餽入圓形極化天線。 圖6A係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓 形極化天線的返回損耗與天線操作頻率之間關係的示意 圖’其中，曲線I係藉由IE3D模擬軟體模擬而得之曲線，曲 20 線J則為貫際"£測本發明第一實施例之寬頻共面波導魏入 圓形極化天線而得之曲線。從圖6 A中可看出，本發明第一 實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線約略在4 6 GHz 至6GHz之間的頻段範圍内，其返回損耗均低於_1〇-dB。 16 1338974 也就是說，本發明第—實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 化天線之返回損耗的10_dB頻寬約略為丨4 GHz。 圖6B係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓 形極化天線在主波束方向上的軸化比率與天線操作頻率之 5間關係的示意圖，其中’曲線K係藉由IE3D模擬軟體模擬 而得之曲線，曲線L則為實際量測本發明第一實施例之寬頻 共面波導魏入圓形極化天線而得之曲線。從圖6B中可看 出’本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線 約略在4.8 GHz至5.7 GHz之間的頻段範圍内，其主波束 10方向上的軸化比率均低於3-dB。也就是說，本發明第一實 施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線之軸化比率的3 dB 頻寬約略為0.9 GHz。 圖6C係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓 形極化天線在主波束方向上的增益與天線操作頻率之間關 15係的不意圖，其中，曲線Μ係藉由IE3D模擬軟體模擬而得 之曲線，曲線Ν則為實際量測本發明第一實施例之寬頻共面 波導餽入圓形極化天線而得之曲線。從圖6(：中可看出，本 發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天線約略在 4.5 GHz至6 GHz之間的頻段範圍内具有大於2 dB的增 20 益。 圖6D係實際量測本發明第一實施例之 入圓形極化天線而得之圓形極化"(CP二:= 圖，此圖案係在操作頻率為5.2 GHz時量測所得。從圖61)中 17 丄 可以看出，本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 化天線確實可以接收及發射一圓形極化之高頻訊號。 圖7係本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 $天線與一訊號處理單元一同被封裝於一印刷電路板的示 5忍圖。其中，為了簡化圖式，原本應覆蓋於本發明第一實 化例之寬頻共面波導魏入圓形極化天線71與一訊號處理單 元72上及兩者所位於之印刷電路板73之表面的封裝材料， 如封裝膠層，在此省略而未繪出。 如圖8A所示，本發明第四實施例之寬頻共面波導餽入 10 圓开》極化天線的結構與圖3 A所示之本發明一實施例之宽頻 共面波導魏入圓形極化天線大致相同，其亦包括：一基板 81、一 sfl號饋送單元82、一第一接地單元83以及一第二接 地單元84。其中’基板81具有一表面81卜訊號饋送單元82、 第一接地單元83以及第二接地單元84則分別設置於表面 15 8n上。在本發明第四實施例中，基板81為一 FR-4材質之微 波基板’其介質常數（dielectric constant，ε)為4.4，其厚度 為1.6 mm。但在不同的應用情況中，基板81亦可為一Dur〇id 材質的微波基板、一 Teflon材質的微波基板、一 R〇hacell材 質的微波基板、一 GaAs材質的微波基板、一陶瓷材質的微 20 波基板或一碎基板。 此外，訊號饋送單元82包含一饋送條821、一匹配部 822、一第一延伸部823及一第二延伸部824，且第一延伸部 823與第二延伸部824並分別自匹配部822延伸而出。其中， 匹配部822電性連接至饋送條82卜第一延伸部823及第二延 18 伸。卩824 ’饋送條821則再與一訊號處理單元（圖中未示）電性 連接。另一方面，第—延伸部823為一垂直延伸部，第二延 伸4824為一水平延伸部。冑然在本發明第四實施例中，第 一延伸部823與第二延伸部824的形狀均為矩形，但在不同 的應用情況中’它們亦可具有不同的形狀，如多邊形或正 方形。 再如圖8A所示，前述之第一接地單元83包含一第一接 地條831，第二接地單元84則包含一第二接地條841，第二 接地條841的一端更延伸出一第二接地延伸部842，且第二 接地延伸部842鄰近第二延伸部824而設置於表面81卜此 外’在本發明第四實施例之寬頻共面波導魏人圓形極化天 線中，饋送條821係位於第一接地條831與第二接地條841之 形成所謂#「共面魏人」結構。也就是說，訊號饋送 單兀82被夾置於第一接地單元83與第二接地單元料之間。 需注意的是’雖然在本發明第四實施例中，訊號饋送單元 82第接地單元83及第一接地單元84之材質為銅，但在 不同的應用情況中’訊號饋送單元82、第一接地單元83及 第二接地單元84之材質亦可為結或金。 最後，本發明第四實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 化天線更包括一環狀部85,且環狀部85將前述之訊號饋送 單7〇82、第一接地單元83及第二接地單元討圍繞於其内 側。雖然在本發明第四實施例中，環狀部以為一具有一開 口之矩形環，但在不同的應用情況中，環狀部85亦可為一 具有一開口之正方形環或一具有一開口之多邊形環。 1338974 如圖8B所不，本發明第五實施例之寬頻共面波導魏入 圓形極化天線的結構與圖8績示之本發明第四實施例之寬 頻共面波導餽入圓形極化天線大致相同，兩者之間的差別 僅在於··第-接地單元83及第二接地單元料之雜。相較 5於圖8A所示之本發明第四實施例之宽頻共面波導魏入圓形 極化天線，本發明第五實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 化天線之第一接地單元83之第一接地條831的一端更延伸 出一第一接地延伸部832,而其第二接地單元84則僅包含一 第一接地條841。此外，第一接地延伸部832鄰近第一延伸 10 部823而設置於表面811。 圖8C係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓 开> 極化天線（如圖3A所示）、本發明第四實施例之寬頻共面 波導魏入圓形極化天線（如圖8 A所示）與本發明第五實施例 之寬頻共面波導魏入圓形極化天線（如圖8B所示）在主波束 15 方向上的軸化比率與天線操作頻率之間關係的示意圖。其 中’圖8C係利用IE3D模擬軟體模擬而出，而圖…中的曲線 0係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導魏入圓形極化 天線（如圖3A所示）之軸化比率隨著天線操作頻率而變化之 曲線，曲線P係顯示本發明第四實施例之寬頻共面波導餽入 20 圓形極化天線（如圖8A所示）的軸化比率隨著天線操作頻率 而變化之曲線’曲線Q則顯示本發明第五實施例之寬頻共面 波導餽入圓形極化天線（如圖8B所示）的軸化比率隨著天線 才呆作頻率而變化之曲線。 20 1338974 從圖8C中可看出’雖然這三種寬頻共面波導餽入圓形 極化天線分別具有相同形狀及尺寸的訊號饋送單元，雖然 匕們具有不同型式的第一接地單元及第二接地單元，但由 於它們均具有相同形狀及尺寸的訊號饋送單元，所以此三 5 種寬頻共面波導餽入圓形極化天線在主波束方向上之軸化 比率的3-dB頻寬僅略有不相同。也就是說，本發明之寬頻 共面波導餽入圓形極化天線僅需稍微調整其結構，便能應 用於不同類型之需求。就原理而言，本發明之寬頻共面波 導魏入圓形極化天線之轴化比率與天線操作頻率之間的關 10 係主要是藉由調整訊號饋送單元之「第一延伸部」及「第 二延伸部」之形狀及尺寸的方式達成。 如圖9A所示’本發明第六實施例之寬頻共面波導餽入 圓形極化天線’包括：一基板91、一訊號館送單元92、一 第一接地單元93以及一第二接地單元94。其中，基板91具 15 有一表面911，訊號饋送單元92、第一接地單元93以及第二 接地單元94則分別設置於表面911上》在本發明第六實施例 中’基板91為一石夕基板’其介質常數（dielectric constant，ε ) 為3.8 ’其厚度為〇·〇25 mm。但在不同的應用情況中，基板 91亦可為一 FR-4材質之微波基板、一 Duroid材質的微波基 20 板、一 Tefl〇n材質的微波基板、一 Rohacell材質的微波基 板、一 GaAs材質的微波基板或一陶竟材質的微波基板。 此外，訊號饋送單元92包含一饋送條921、一匹配部 922、一第一延伸部923及一第二延伸部924，且第一延伸部 923與第二延伸部924並分別自匹配部922延伸而出。其中， 21 1338974 匹配部922電性連接至饋送條92卜第一延伸部923及第二延 伸部924’饋送條921則再與一訊號處理單元（圖中未示）電性 連接。另一方面，第一延伸部923為一垂直延伸部，第二延 伸部924亦為一垂直延伸部。雖然在本發明第六實施例中， 5第一延伸部923與第二延伸部924的形狀均為矩形，但在不 同的應用情況中，它們亦可具有不同的形狀，如多邊形或 正方形。 另一方面，如圖9A所示，前述之第一接地單元们包含 | 一第一接地條931，第一接地條931的一端更延伸出一第一 10接地延伸部932，且第一接地延伸部932係鄰近第一延伸部 923而設置於表面911。前述之第二接地單元94則包含一第 •二接地條941，第二接地條941的一端更延伸出一第二接地 , 延伸部942。其中，第二接地延伸部942具有三種不同大小 的寬度，如圖9A中之標號” lc”、，，y”及”1”所示。 15 此外，在本發明第六實施例之寬頻共面波導餽入圓形 極化天線中，饋送條921係位於第一接地條931與第二接地 φ 條941之間，形成所謂的「共面餽入」結構。至於匹配部922、 第一延伸部923及第二延伸部924，則位於第一接地延伸部 932與第二接地延伸部942之間。也就是說，訊號饋送單元 2〇 92被夾置於第一接地單元93與第二接地單元94之間9需沒 意的疋’雖然在本發明第六實施例中，訊號饋送單元％、 第一接地單元93及第二接地單元94之材質為銅，但在不同 的應用情況中’訊號饋送單元92、第一接地單元93及第二 接地單元94之材質亦可為鋁或金。 22 1338974 此外’圖9A中用於顯示本發明第六實施例之寬頻共面 波.導魏入圓形極化天線之尺寸之各項標號的數值，分別如 下表3所示： 標號 尺寸（# m) 標號 尺寸（/z m) 標號 尺寸〇 m) a 150 b 110 c 811.7 d 1497 e 40 f 70 g 1178.5 h 298.8 i 565.3 j 477 k 455.7 1 65.5 m 1808 n 1407.8 0 820.3 P 85.9 q 190.1 r 611.8 S 645.4 t 144.8 u 292.3 V 529.5 W 945.9 X 1172.8 y 411.4 Z 1203 aa 1369.2 ab 2157 ac 680.3 表3 最後，除了圖9A所示之結構外，本發明第六實施例之 寬頻共面波導魏入圓形極化天線可更包括一接地板95，使 10 得前述之訊號饋送單元92、第一接地單元93及第二接地單 元94被夾置於基板91與接地板95之間，如圖9B所示，如此+ 原本可作為「雙向輻射單元」之本發明第六實施例之寬頻 共面波導餽入圓形極化天線便僅能作為，即僅能單方向地 發射或接收訊號。 23 1338974 此外’雖然在本發明第六實施例中，基板9丨與接地板 95之間的距離為〇.5 mm，即約略為本發明第六實施例之寬 頻共面波導餽入圓形極化天線所能接收及發射之一位於毫 米波範圍内之高頻訊號（其中心頻率約為6〇 GHz)之波長（5 5 mm)的〇.Η^ σ但需注意的是，在不同的應用情況中，基板 91與接地板95亦可相距不同的距離，如前述之位於毫米波 範圍内之高頻訊號之波長的〇〇5倍至〇2倍之間的距離。最 後，雖然在本發明第六實施例中，接地板95之材質為銅。 但在不同的應用情況中，接地板95之材質亦可為鋁或金。 10 圖9C係顯示當本發明第六實施例之寬頻共面波導魏入 圓形極化天線運作時，如圖9Β所示之情況，其在主波束方 向上的返回損耗與天線操作頻率之間關係的示意圖，其 中’曲線R係藉由IE3D模擬軟體模擬而得之曲線。從圖9C 中可看出，本發明第六實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 15 化天線約略在57 GHz至65.5 GHz之間的頻段範圍内，其 返回損耗均低於· 1 〇_dB的頻寬。也就是說，本發明第六實 細•例之寬頻共面波導魏入圓形極化天線之返回損耗的 ΊΟ-dB頻寬約略為8 5 GHz。
圖9D係顯示本發明第六實施例之寬頻共面波導餽入圓 20形極化天線在主波束方向上的軸化比率與天線操作頻率之 間關係的不意圖，其中’曲線S係藉由IE3D模擬軟體模擬而 得之曲線。從圖9D中可看出’本發明第六實施例之寬頻共 面波導魏入圓形極化天線約略在57.5 GHz至64.5 GHz之 間的頻段範圍内’其主波束方向上的轴化比率均低於3-dB 24 1338974 的頻寬。也就是說，本發明第六實施例之寬頻共面波導餽 入圓形極化天線之軸化比率的3_dB頻寬約略為7GHz。 圖9E係顯示本發明第六實施例之寬頻共面波導餽入圓 形極化天線在主波束方向上的增益與天線操作頻率之間關 5 係的示意圖，其中，曲線T係藉由IE3D模擬軟體模擬而得之 曲線。從圖9E中可看出，本發明第六實施例之寬頻共面波 導餽入圓形極化天線約略在57 GHz至68 GHz之間的頻 段範圍内具有大於2 dB的增益。 從上述圖9C、圖9D及圖9E可看出，本發明第六實施例 1〇 之寬頻共面波導餽入圓形極化天線確實可於一介於59 GHz 及64 GHz之間的頻段範圍内接收及發射一圓形極化之高頻 訊號。 综上所述，當本發明之寬頻共面波導餽入圓形極化天 線作為一「單向輻射單元」使用時，即被應用於單方向發 15 射或接收訊號的情況時，其基板（天線本體）與其接地板（背 覆金屬導體）之間的距離可以縮減至其所接收及發射之圓 形極化高頻訊號之中心頻率訊號波長的十分之一倍，小於 1知之寬頻共面波導魏入圓形極化天線的四分之一倍。因 此’於毫米波頻段的應用中，本發明之寬頻共面波導餽入 20 圓形極化天線的厚度便可約略等於一訊號處理單元的厚 度’使得本發明之寬頻共面波導餽入圓形極化天線可與一 訊號處理單元一同被封裝於一印刷電路板中。此外，本發 明之寬頻共面波導餽入圓形極化天線經過適度調整便可分 別在兩個頻段範圍内接收及發射一圓形極化的高頻訊號， 25 1338974 而此兩個頻段範圍分別介於5.2 GHz及5.8 GHz之間（即現今 的無線通訊頻段），以及介於59 GHz及64 GHz之間（即未來 之無線通訊頻段）。也就是說，本發明之寬頻共面波導餽入 圓形極化天線無需大幅改變其天線結構，便可分別在現今 5 的無線通訊頻段以及未來之無線通訊頻段（毫米波頻段）中 操作。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 於上述實施例。 【圖式簡單說明】 圖1A係習知寬頻孔洞天線的立體示意圖。 圖1B係沿著圖1A之π’連線所得之習知寬頻孔洞天線的剖 面示意圖。 15 20 圖2A至圖2F係習知寬頻孔洞天線之 圖3A係本發明第—實施例之寬頻共面波導魏人圓形極化天 線的立體示意圖。 圖3B係顯示圖3A之寬頻共面波導餽人圓形極化天線與-接地板之結合方式的示意圖。 ，4A係本發明第-實施例U頻共錢導狀圓形極化天 線的上視示意圖。 圖4B係本發明第 線的上視示意圖 —貫把例之寬頻共面波導餽入圓形極化天 26 圖5A係顯不本發明第—實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 天線與本發明第二實施例之寬頻共面波導魏入圓形極化 天線在主波束方向上的返回損耗與天線操作頻率之間關係 的示意圓。 5 ®5B係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導魏入圓形極 化天線與本發明第二實施例之寬頻共面波導餽人圓形極化 天線在主波束方向上的軸化比率與天線操作頻率之間關係 的示意圖。 圖5C係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 10化天線與本發明第二實施例之寬頻共面波導魏入圓 形極化 天線在主波束方向上的增益與天線操作頻率之間關係的示 意圖。 圖5D係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 化天線（具有環狀部）與本發明第三實施例之寬頻共面波導 15餽入圓形極化天線（未具有環狀部）的增益與天線操作頻率 之間關係的示意圖。 圖6A係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導媿入圓形極 化天線的返回損耗與天線操作頻率之間關係的示意圖。 圖6B係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 20化天線在主波束方向上的軸化比率與天線操作頻率之間關 係的示意圖。 圖6C係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 化天線在主波束方向上的增益與天線操作頻率之間關係的 示意圖。 27 1338974 圖6D係實際量測本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓 形極化天線而得之圓形極化圖案的示意圖。 圖7係本發明第一實施例之寬頻共面波導魏入圓形極化天 線與一訊號處理單元一同被封裝於一印刷電路板的示意 5 圖。 圖8A係本發明第四實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天 線的上視示意圖。 圖8B係本發明第五實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天 隊線的上視示意圖。 10圖虬係顯示本發明第一實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 化天線、本發明第四實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化 天線與本發明第五實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天 線在主波束方向上的軸化比率與天線操作頻率之間關係的 不意圖。 15圖9 A係本發明第六實施例之寬頻共面波導餽入圓形極化天 線的立體示意圖。 φ 圖叩係顯示圖9A之寬頻共面波導餽入圓形極化天線與一 接地板之結合方式的示意圖 圖9 C係顯示本發明第六實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 20 化天線的返回損耗與天線操作頻率之間關係的示意圖。 圖9D係顯示本發明第六實施例之寬頻共面波導餽入圓形極 化天線在主波束方向上的軸化比率與天線操作頻率之間關 係的示意圖。 28 1338974 圖9E係顯示本發明第六實施例之寬頻共面波導傀入圓形極 化^線在主波束方向上的增益與天線操作頻率之間關係的 【主要元件符號說明】 11基板 111、122上表面 112導電部 113下表面 114導通部 12、21導電板 121、22孔洞 13接地板 14餽送線訊號匹配單元 D特定距離 31、 81、91 基板 311、811、911 表面 32、 42、82、92訊號饋送單元 321、 821、921 饋送條 322、 822、922 匹配部 323、 823、923第一延伸部 324、 824、924第二延伸部 33、 83、93第一接地單元 331、831、931第一接地條 29 1338974 332、832、932第一接地延伸部 34、 84、94第二接地單元 341、 841、941第二接地條 342、 842、942第二接地延伸部 35、 85環狀部 36、 95接地板 71寬頻共面波導餽入圓形極化天線 72訊號處理單元 73印刷電路板
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