TWI409991B

TWI409991B - 槽孔天線

Info

Publication number: TWI409991B
Application number: TW98120414A
Authority: TW
Inventors: Hsin Lung Tu
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2013-09-21
Also published as: TW201101585A

Description

槽孔天線

本發明涉及天線，尤其涉及一種槽孔天線。

無線通信領域中，微波存取全球互通(World Interoperability for Microwave Access，WiMAX)標準所覆蓋的頻段有2.3GHz~2.4GHz，2.496GHz~2.690GHz，3.4GHz~3.6GHz及3.6GHz~3.8GHz。在習知技術中，一種結構的槽孔天線輻射出的頻率往往只能夠覆蓋WiMAX標準下的某一單一頻段，且其迴波損耗-10dB的阻抗頻寬比較窄。如果要擴展迴波損耗-10dB的阻抗頻寬，就必須使用多種結構不同的槽孔天線來覆蓋多個頻段。這樣就對用戶的多頻段需求帶來極大不便，同時也給用戶帶來增加成本的壓力。所以，在滿足無線通信標準之頻段範圍下，如何以低成本來實現一種能夠覆蓋多頻段且能擴展迴波損耗-10dB的阻抗頻寬的天線是一大挑戰。

有鑒於此，需要提供一種天線，可實現多頻段覆蓋與擴展阻抗頻寬。

一種槽孔天線，設置於基板上，該基板包括第一表面與該第一表面相對的第二表面，該槽孔天線包括饋入部、接地部及輻射體。饋入部設置於該基板的第一表面，用於饋入電磁波訊號。接地部呈矩形，設置於該基板的第二表面，其中心部位有一圓形槽孔。輻射體設置於該基板的第二表面，包括至少一個長條形微帶線，連接於該圓形槽孔的圓周處，且向該圓形槽孔的圓心延伸，其中，該饋入部與該輻射體相互耦合以輻射電磁波訊號，該輻射體包括第一輻射部、第二輻射部與第三輻射部。第一輻射部連接於該第二表面的圓形槽孔的圓周上並向該圓形槽孔的圓心延伸，且與該饋入部平行。第二輻射部與第三輻射部連接於該第二表面的圓形槽孔的圓周上並向該圓形槽孔的圓心延伸，其中該第二輻射部與該第三輻射部以該饋入部在該第二表面的投影為對稱軸呈對稱結構，該第一輻射部與該饋入部在該第二表面的投影相對。

藉由以下對具體實施方式詳細的描述結合附圖，將可輕易的瞭解上述內容及此項發明之諸多優點。

10‧‧‧槽孔天線

102‧‧‧基板第一表面

104‧‧‧基板第二表面

20‧‧‧饋入部

30‧‧‧輻射體

302‧‧‧第一輻射部

304‧‧‧第二輻射部

306‧‧‧第三輻射部

40‧‧‧接地部

圖1A與圖1B為本發明實施方式中槽孔天線10之正面及反面示意圖。

圖2為本發明實施方式中槽孔天線10之尺寸圖。

圖3為圖1A與圖1B中的槽孔天線10沒有設置第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306時，不同半徑R所對應的迴波損耗測試對比圖。

圖4為圖1A與圖1B中的槽孔天線10沒有設置第二輻射部304與第三輻射部306時，第一輻射部302具不同長度時所對應的迴波損耗測試對比圖。

圖5為圖1A和圖1B中所示槽孔天線10的第二輻射部304與第三輻射部306的長度、寬度以及與饋入部20的夾角Ψ改變後的迴波損耗測試對比圖。

圖6為本發明實施方式中的槽孔天線10同時具有第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306和沒有設置第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306時的迴波損耗測試對比圖。

請參閱圖1A與圖1B，所示為本發明實施方式中槽孔天線10之正面及反面示意圖。在本實施方式中，槽孔天線10設置於基板上，該基板包括第一表面102及該第一表面102相對的第二表面104。槽孔天線10包括饋入部20、輻射體30及接地部40。

饋入部20設置於基板的第一表面102，呈長條形，用於饋入電磁波訊號。在本實施方式中，該饋入部20延伸至該圓形槽孔的圓心在該第一表面102的投影處。

輻射體30設置於基板的第二表面104，包括至少一長條形微帶線。在本實施方式中，輻射體30包括第一輻射部302、第二輻射部304及第三輻射部306。其中，第一輻射部302呈長條形，連接於該第二表面104的圓形槽孔的圓周處，向該圓形槽孔的圓心延伸，且與該饋入部20平行，而且該第一輻射部302與該饋入部20在第二表面104的投影相對。第二輻射部304及第三輻射部306都呈長條形，連接於該第二表面104的圓形槽孔的圓周處，向該圓形槽孔的圓心延伸，而且第二輻射部304與第三輻射部306以該饋入部20在第二表面104的投影為對稱軸呈對稱結構，並與該對稱軸的夾角Ψ小於90°。在本實施方式中，該饋入部20與該輻射體30相互耦合以輻射電磁波訊號。

接地部40呈矩形，設置於該基板的第二表面104，與輻射體30電性連接，其中心部位有一圓形槽孔。在本實施方式中，接地部40為基板的第二表面104上除去圓形槽孔之外的區域，並且該接地部40在該第一表面102上的投影與該饋入部20部分重合。

請參閱圖2，為圖1A與圖1B所示的槽孔天線10的尺寸圖。在本實施方式中，若槽孔天線10所要覆蓋的低頻段對應的波長為λ₁，則該圓形槽孔的周長2πR為2λ₁，若槽孔天線10所要覆蓋的高頻段對應的波長為λ₂，則第一輻射部302的長度為λ₂的四分之一，同時若槽孔天線10所要覆蓋的低頻段對應的頻率為f₁，高頻段對應的頻率為f₂，則還要滿足f₂小於2f₁。

在本實施方式中，基板為FR4電路板，長度為60mm，寬度為40mm。圓形槽孔的半徑R為15mm，第一輻射部302的長度為 8.43mm，寬度為3mm。饋入部20的長度為20mm，寬度為2.5mm。在其他實施方式中，基板若為其他類型電路板，根據上述設計理論，基板之尺寸可以有所不同。

請參閱圖3，所示為圖1A與圖1B中的槽孔天線10沒有設置第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306時，不同半徑R所對應的迴波損耗測試對比圖。如圖所示，圓形槽孔的半徑R越大，其迴波損耗在小於-10dB所覆蓋的頻段就會越靠近低頻段。

請參閱圖4，所示為圖1A與圖1B中的槽孔天線10沒有設置第二輻射部304與第三輻射部306時，第一輻射部302具不同長度時所對應的迴波損耗測試對比圖。如圖所示，當第一輻射部302的長度等於11.40mm時，其迴波損耗在小於-10dB所覆蓋的頻段為2.25GHz~2.42GHz和3.42GHz~3.76GHz，當第一輻射部302的長度等於8.42mm時，其迴波損耗在小於-10dB所覆蓋的頻段為2.46GHz~4.04GHz，當第一輻射部302的長度等於5.43mm時，其迴波損耗在小於-10dB所覆蓋的頻段為2.53GHz~3.42GHz。從圖中可知，本實施方式中藉由設置第一輻射部302並且改變其長度可以使得該天線在滿足行業標準的前提下能覆蓋到不同頻段，從而可以極大地滿足用戶對不同頻段的靈活性需求。

請參閱圖5，為在圖1A和圖1B所示的槽孔天線10中同時設置第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306時，在圖2所示的尺寸圖的基礎上藉由改變第二輻射部304與第三輻射部306的長度、寬度以及與饋入部20的夾角Ψ後的迴波損耗測試對比圖。在其他實施方式中，基板若為其他類型電路板，根據上述設計理論，基板之尺寸會有所不同。

當第二輻射部304與第三輻射部306的長度為0mm、寬度為0mm以及與饋入部20的夾角Ψ=0°時，槽孔天線10的迴波損耗測試圖如本圖中的曲線a所示；當第二輻射部304與第三輻射部306的長度為3.43mm、寬度為3.0mm以及與饋入部20的夾角Ψ=60°時，槽孔天線10的迴波損耗測試圖如本圖中的曲線b所示；當第二輻射部304與第三輻射部306的長度為3.47mm、寬度為2.0mm以及與饋入部20的夾角Ψ=30°時，槽孔天線10的迴波損耗測試圖如本圖中的曲線c所示；當第二輻射部304與第三輻射部306的長度為6.47mm、寬度為2.0mm以及與饋入部20的夾角Ψ=30°時，槽孔天線10的迴波損耗測試圖如本圖中的曲線d所示。

如圖所示，在設置第二輻射部304與第三輻射部306後所測得的迴波損耗(如曲線b，c，d所示)均比在沒有設置第二輻射部304與第三輻射部306所測得的迴波損耗(如曲線a所示)低，也即，藉由設置第二輻射部304可以進一步降低迴波損耗。對比曲線c和曲線d可知，在其他參數都不變的情況下，藉由增加第二輻射部304的長度可以大大降低迴波損耗。所以本實施方式藉由設置第二輻射部304與第三輻射部306並且增加其長度等方式均可以大大降低其迴波損耗，從而滿足對迴波損耗有嚴格要求之用戶的需求。

請參閱圖6，所示為本發明實施方式中的槽孔天線10同時設置第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306和沒有設置第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306時的迴波損耗測試對比圖。如圖所示，曲線e是根據圖5中曲線b(同時設置第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306)的參數所測得的迴波損耗圖，其迴波損耗在小於-10dB所覆蓋的頻段為2.46GHz~4.04GHz，即f_H=4.04GHz，f_L=2.46GHz，所以其中心頻率f_c=f_L+(f_H-f_L)/2=3.25GHz，從而可以得出，其迴波損耗-10dB的阻抗頻寬BW=(f_H-f_L)/f_c=48.6%。如圖所示，曲線f是沒有設置第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306所測得的迴波損耗圖(其他參數與圖5中曲線b的其他參數相同)，由圖可知其迴波損耗在小於-10dB所覆蓋的頻段為2.76GHz~3.39GHz，即f_H′=3.39GHz，f_L′=2.76GHz，所以其中心頻率f_c′=f_L′+(f_H′-f_L′)/2=3.08GHz，從而可以得出，其迴波損耗-10dB的阻抗頻寬BW′=(f_H′-f_L′)/f_c′=20.4%。藉由對比BW與BW′的值可以看出，在本實施方式中，藉由同時設置第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306可以極大的擴展該槽孔天線10的迴波損耗-10dB阻抗頻寬，從而滿足對迴波損耗-10dB阻抗頻寬有特殊要求之用戶的需求。

本發明實施方式中藉由在圓形槽孔內同時設置第一輻射部302、第二輻射部304與第三輻射部306，改變第一輻射部302或第二輻射部304與第三輻射部306的長度，不僅可以實現利用一種結構的天線覆蓋複數頻段，而且還可以大大降低其迴波損耗，同時還能極大的擴展該槽孔天線的迴波損耗-10dB阻抗頻寬，滿足不同用戶的需求。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。