TWI382592B - 一種具有電容性饋入之圓極化平板天線 - Google Patents

Description

一種具有電容性饋入之圓極化平板天線

本發明係有關一種平板天線，尤指一種縮小化之圓極化平板天線。

隨著無線通訊的發展，車用衛星導航系統因此迅速掀起風潮，除了車用部分以外，也發展出如手機、筆記型電腦、個人導航系統等多種全球衛星定位系統(GPS)產品，諸如此類的產品都是使用圓極化訊號做為傳輸。

由於設計一個圓極化天線需滿足在同一頻率激發兩個互相垂直之極化分量、使得兩分量振幅相等且相位相差90度。傳統天線遵照此觀念設計下，以玻纖板為例，尺寸大致為50×50 mm² ，為方便於應用必須達到縮小尺寸之目的。為了滿足現今產品講究輕薄短小的目標，要將全球衛星定位系統(GPS)整合於產品時，會導致現有天線無法裝置於產品內部有限之使用空間，因此天線必須越做越小。一般圓極化天線縮小化的設計方式有以植入槽孔於輻射片上來改變電流路徑，再者使用被動元件，如晶片電阻、晶片電容也可以達到縮小尺寸的功效，然而這些方式縮小幅度範圍有限。

因此，本發明提出一種具有電容性饋入之圓形極化平板天線，本天線可操作於全球衛星定位系統(GPS)1575 MHz 且具有良好圓極化特性，同時達到尺寸縮小之目的。

本發明所提出的具有電容性饋入之圓極化平板天線架構，包含：一基底、輻射部、接地部、饋入電極、饋入埠，該基底為介電材料，具有一第一表面及一相對於該第一表面之第二表面及大致垂直於該第一表面與該第二表面之一側面，同時具有一貫穿基底之貫孔。該輻射部，包含一本體及複數個可調支臂與該本體相互連接，其中該本體形成於第一表面並具有一開孔，而該開孔環繞並包圍該基底之貫孔。該接地部，形成於該基底第二表面。該饋入電極與該輻射部之間具有一小於5 mm之環狀非導通區間，而該環狀區間即為電容性饋入之耦合間隙。該饋入埠大致配置於該貫孔中，具有一起始端及一末端，該起使端連接至一訊號源，而該末端電氣連接至該饋入電極，同時該饋入埠與該接地面呈不導通狀態。

本發明主要在於與輻射部之本體相連接之複數個可調支臂。藉由調整該可調支臂長度或面積，可以達成天線縮小化且操作於全球衛星定位系統(GPS)中心頻率約為1575 MHz並使得本發明具有良好的圓極化特性。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，現配合圖示說明如下：請參閱第一圖，係本發明之圓極化平板天線外觀 立體示意圖。如圖所示：在圖示中所展露的為一種縮小化且具有電容性饋入之圓極化平板天線，包括有：一基底13、一輻射部14、一接地部15、一饋入電極16及一饋入埠17。該基底13為介電材料，其上具有一第一表面131及一相對於第一表面131之第二表面132及大致垂直於該第一表面131與該第二表面132之一側面133，同時具有貫穿基底之貫孔134。該輻射部14，有一本體141，形成於第一表面131且具有一開孔142，其環繞並包圍該貫孔134，及與該本體141連接之四個可調支臂143、144、145、146。該接地部15，形成於該基底13之第二表面132，而靠近該貫孔134處具有一非導通區塊151。該饋入電極16，位於該第一表面131之貫孔134處，同時該饋入電極16與該輻射部之本體141之間具有一小於5 mm之環狀非導通區間161，而該環狀區間161即為電容性饋入之耦合間隙。該饋入埠17，大致配置於該貫孔134中，具有一起始端171及一末端172，該起始端171連接至一訊號源173，而該末端172電氣連接至該饋入電極16，同時該饋入埠17與該接地部15呈不導通狀態。

請參閱第二A、B圖，係本發明之圓極化平板天線上視及側視示意圖。如圖所示：從圖示中該圓極化平板天線基底13上該輻射部之本體141的開孔142環繞該饋入電極16呈一環狀非導通區間161，且該輻射部之本體141的邊緣延伸出四個可調支臂143、144、145、146。而藉由 調整該可調支臂143、144、145、146之長度，可有效增加共振路徑而降低共振頻率之分佈。

請參閱第三、四圖，係本發明之圓極化平板天線量測返回損失圖(Return Loss)與量測史密斯圖(Smith Chart)。由上述返回損失量測結果顯示本發明天線適用於全球衛星定位系統(GPS)中心頻率約為1575 MHz且以電壓駐波比2：1所定義之阻抗頻寬約從1566 MHz至1581 MHz，而由量測史密斯圖可以發現阻抗呈現圓極化雙共振的現象。

請參閱第五、六及七圖，係本發明之圓極化平板天線量測軸比圖(Axial Ratio)及圓極化平板天線二維量測場型圖。從實驗結果得知全球衛星定位系統(GPS)1575 MHz之模態落於3 dB軸比頻寬內，且由量測圓極化場型得知本發明天線具有良好的半功率束徑寬。因此本發明圓極化平板天線具有良好之圓極化輻射特性。

請參閱第八、九圖，為本發明圓極化平板天線之其他實施例示意圖。在圖八中，該輻射部之本體141為方形，並具有一狹縫88，該狹縫88由輻射部之本體141邊緣向內延伸。藉由加入該狹縫88可調整圓極化波之共振頻率，使得全球衛星定位系統(GPS)1575 MHz之模態阻抗匹配落於史密斯圖之2：1 VSWR的等阻抗圓內。在圖九中，該輻射部之本體141為方形，且具有兩截角99。藉由加入該截角99可調整圓極化波之水平與垂直極化之振幅以及相位，使得本發明天線於全球衛星定位系統(GPS)1575 MHz獲得更良好的 軸比頻寬。上述之其他實施例樣式均可得到較佳之圓極化輻射場型。

13‧‧‧基底

131‧‧‧第一表面

132‧‧‧第二表面

133‧‧‧側面

134‧‧‧貫孔

14‧‧‧輻射部

141‧‧‧本體

142‧‧‧開孔

143、144、145、146‧‧‧可調支臂

15‧‧‧接地部

151‧‧‧非導通區塊

16‧‧‧饋入電極

161‧‧‧環狀非導通區間

17‧‧‧饋入埠

171‧‧‧起始端

172‧‧‧末端

173‧‧‧訊號源

88‧‧‧狹縫

99‧‧‧截角

第一圖係本發明之圓極化平板天線外觀立體示意圖。

第二A、B圖係本發明之圓極化平板天線上視及側視示意圖。

第三圖係本發明之圓極化平板天線量測返回損失圖(Return Loss)。

第四圖係本發明之圓極化平板天線量測史密斯圖(Smith Chart)。

第五圖係本發明之圓極化平板天線量測軸比圖(Axial Ratio)。

第六圖係本發明之圓極化平板天線在XZ平面之二維量測場型圖。

第七圖係本發明之圓極化平板天線在YZ平面之二維量測場型圖。

第八圖係本發明之圓極化平板天線之第一其它實施例示意圖。

第九圖係本發明之圓極化平板天線之第二其它實施例示意圖。

13‧‧‧基底

131‧‧‧第一表面

132‧‧‧第二表面

133‧‧‧側面

134‧‧‧貫孔

14‧‧‧輻射部

141‧‧‧本體

142‧‧‧開孔

143、144、145、146‧‧‧可調支臂

15‧‧‧接地部

151‧‧‧非導通區塊

16‧‧‧饋入電極

161‧‧‧環狀非導通區間

17‧‧‧饋入埠

171‧‧‧起始端

172‧‧‧末端

173‧‧‧訊號源

Claims (3)

1. 一種具有電容性饋入之圓極化平板天線，包含：一基底，為介電材料，具有一第一表面，一相對於該第一表面之第二表面及大致垂直於該第一表面與該第二表面之一側面，同時具有一貫穿基底之貫孔；一輻射部，包含有一本體及複數個可調支臂與該本體相互連接，其中該本體形成於第一表面並具有一開孔，而該開孔環繞並包圍該基底之貫孔，且該等可調支臂形成於該基底之第一表面及該基底之側面；一接地部，形成於該基底之第二表面，而在靠近該貫孔處具有一非導通區塊；一饋入電極，位於該第一表面之貫孔處，同時該饋入電極與該輻射部之間具有一小於5 mm之環狀非導通區間，而該環狀區間即為電容性饋入之耦合間隙；及一饋入埠，大致配置於該貫孔中，具有一起始端及一末端，該起使端連接至一訊號源，而該末端電氣連接至該饋入電極，同時該饋入埠與該接地面呈不導通狀態。
2. 如申請專利範圍第1項之圓極化平板天線，該輻射部之本體具有一個以上之狹縫結構。
3. 如申請專利範圍第1項之圓極化平板天線，該輻射部之本體於對角線之邊緣處具有一個以上之截角。