TWI418094B - 雙面反向指數型領結天線 - Google Patents

Description

雙面反向指數型領結天線

一種「領結天線」，尤指一種以雙面反向指數型之結構設計，且具有寬頻、高天線增益、體積小、結構簡單及成本低之雙面反向指數型領結天線

現今人們對於無線通訊產品有著愈來愈高的要求與期盼，而在此無線通訊時代中，為了達到訊號有效地接收與發射且提高資訊的傳輸量，“一個有效率的天線”無疑扮演著不可或缺的關鍵性元件。由於印刷電路與微波集成技術的發展以及各種微波低損耗介電材料的出現，多種實用的微帶天線結構陸續被設計出來，這些微帶天線(microstrip antenna)設計都具有一些共同優點，如：簡單平面結構、重量輕、體積小、製作容易且成本低、可與後級電路整合在一起並易與實體共形等特性，這些優點在近年來毫米波電路蓬勃發展的情況下更為突出，因為毫米波電路的發展帶動整個通訊產品體積縮小化，天線尺寸也跟著縮小，因此本身就屬於縮小化天線的微帶天線自然成為通訊業者爭相研發的關鍵性零組件。

在典型的領結天線，在介質上是以共平面波導(CPS)方式饋入，天線輻射體是由微帶線往左右二端呈三角形之型狀延伸，天線波長約為二分之一波長長度，由於饋入方式是採用共平面波導方式饋入，因此天線的微帶線之金屬導體必需分為左右兩條金屬導體及中間的縫隙，導致天線的尺寸無法有效縮小，再與電子設備結合時，仍會佔據一定的面積，若強制作為小型化，則導致頻寬與增益下降。

有鑑於上述的需求，本發明人爰精心研究，並積個人從事該項事業的多年經驗，終設計出一種嶄新的「雙面反向指數型領結天線」。

本發明之一目的，旨在提供一種小尺寸高增益之雙面反向指數型領結天線。

本發明之一目的，旨在提供一種小尺寸極寬頻之雙面反向指數型領結天線。

本發明之一目的，旨在提供一種成本低適合大量生產製作之雙面反向指數型領結天線。

本發明之一目的，旨在提供一種適用於水平全向性天線場型之雙面反向指數型領結天線。

本發明之一目的，旨在提供一種適用於陣列天線之雙面反向指數型領結天線。

為達上述目的，本發明「雙面反向指數型領結天線」，為包含：一層介質及上下兩層金屬導體。饋入方式為堆疊方式，微帶線金屬導體分為上下二層，一信號由第一微帶線金屬導體饋入，第二微帶線金屬導體為接地面，微帶線金屬導體寬度及介質高度則用以調整饋入阻抗值及與天線輻射導體做匹配；第一指數型輻射導體是第一微帶線金屬導體之延伸，第二指數型輻射導體是第二微帶線金屬導體接地面之延伸，其指數型為上下相對稱之曲線，在尾端則是將上下相對稱之曲線連為一直線，形成一個有曲線之三角形，上下兩層指數型輻射導體之長度用以調整天線之操作頻率，指數之曲線則可調整天線之阻抗匹配；饋入方式是使用接頭或是同軸電鑬線。整體結構為上下兩層金屬導體呈上下微帶線金屬導體堆疊，延伸之指數型輻射導體左右對稱，來達到天線輻射之目的。

本發明之雙面反向指數型領結天線就是要將典型之領結天線之大尺寸縮小，且也不改變原領結天線之極寬頻、高增益之特性，並且也能將本發明之雙面反向指數型領結天線運用在陣列天線上。

為使　貴審查委員能清楚了解本發明之內容，僅以下列說明搭配圖式，敬請參閱。

請參閱「第1、2圖」所示，為本發明較佳實施例之結構圖與側面結構圖，如圖所示，本發明「雙面反向指數型領結天線」包含：一層基板40、60及上下兩層金屬導體所構成；第一微帶線之金屬導體10、61，具有寬度11用於信號饋入；第二微帶線之金屬導體12、62，用於微帶線接地面，饋入微帶線採用堆疊式以使指數型領結天線輻射導體為上下二層，將已知之典型領結天線原共平面波導饋入方式中間之間隙的所使用空間精簡為上下堆疊式，以縮小天線整體長度；第一指數型輻射金屬導體20與第二指數型接地面輻射金屬導體30，其天線長度約小於二分之一波長，用於形成天線的操作頻率，其結構具有指數形狀之輻射體21、31，輻射體之寬度22、32為上下指數形狀相連接，其指數型用於調整天線之阻抗匹配及操作頻率之調整且縮小天線之長度；饋入接頭為50歐姆SMA接頭50。本實施例為設計頻率為ISM頻段2.4~2.5GHz，基板40採用FR4 1.0mm基板，指數導體金屬21、31之指數約為e ^{0.2 x} ~e ^{0.9 x} ，上下兩層指數型輻射金屬導體22、32之寬度為45mm，指數型領結天線之總長度為24mm。測量所得之S11如「第3圖」中心頻率2.45GHz為-34dB，「第4圖」為本發明天線實施例之測量之場型2.45GHz X-Y plane近啞鈴型，Y-Z plane則是全向輻射，「第5圖」為本發明天線實施例之增益實驗量測結果，操作頻帶2.4~2.5GHz的天線增益約為3.8~4.0dBi。

唯，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

綜上所述，本發明之「專利名稱」，係具有專利之發明性，及對產業的利用價值；申請人爰依專利法之規定，向　鈞局提起發明專利之申請。

10．．．第一微帶線之金屬導體

11．．．微帶線之寬度

12．．．第二微帶線之接地金屬導體

20．．．第一指數型輻射金屬導體

21．．．第一指數型輻射金屬導體之指數形狀

22．．．第一指數型輻射金屬導體之寬度

30．．．第二指數型接地面輻射金屬導體

31．．．第二指數型接地面輻射金屬導體之指數形狀

32．．．第二指數型接地面輻射金屬導體之寬度

40．．．FR4基板

41．．．FR4基板之長度

42．．．FR4基板之寬度

50．．．SMA接頭

60．．．FR4基板

61．．．第一微帶線金屬導體

62．．．第二微帶線金屬導體

第1圖本發明較佳實施例之結構圖。

第2圖本發明較佳實施例之側面結構圖。

第3圖本發明較佳實施例之反射損失量測結果。

第4圖本發明較佳實施例於2.45GHz之天線輻射場型量測結果。

第5圖本發明較佳實施例於2.4~2.5GHz之天線增益量測結果

10．．．第一微帶線之金屬導體

11．．．微帶線之寬度

12．．．第二微帶線之接地金屬導體

20．．．第一指數型輻射金屬導體

21．．．第一指數型輻射金屬導體之指數形狀

22．．．第一指數型輻射金屬導體之寬度

30．．．第二指數型接地面輻射金屬導體

31．．．第二指數型接地面輻射金屬導體之指數形狀

32．．．第二指數型接地面輻射金屬導體之寬度

40．．．FR4基板

50．．．SMA接頭

Claims (6)

1. 一種「雙面反向指數型領結天線」，包含：一介質體40、60，為絕緣之介質構成；一微帶線金屬導體，為具有一設於該介質體40、60第一面之第一微帶線金屬導體10、61，一設於該介質體40、60第二面之第二微帶線金屬導體12、62，該微帶線金屬導體一端供一信號饋入；複數之指數型導體金屬，其分別由該第一微帶線金屬導體、該第二微帶線金屬導體延伸為一第一指數型輻射金屬導體、一第二指數型接地面輻射金屬導體30，其中，該指數型導體金屬之寬度為約45mm，該雙面反向指數型領結天線之總長度為約24mm。
2. 如申請專利範圍第1項之雙面反向指數型領結天線，其中介質體40、60具有一介電係數。
3. 如申請專利範圍第1項之雙面反向指數型領結天線，其中該第一微帶線金屬導體10、61為稍寬或等寬於該第二微帶線接地面金屬導體層12、62。
4. 如申請專利範圍第1項之雙面反向指數型領結天線，其中該等指數型導體金屬20、30之形狀為維持天線全長二分之一波長。
5. 如申請專利範圍第1項之雙面反向指數型領結天線，其中該等指數型導體金屬20、30之形狀為三角形、梯形、扇形、圓形、弧形或多邊形其中之一者。
6. 如申請專利範圍第1項之雙面反向指數型領結天線，其中該雙面反向指數型領結天線進一步以一功率分配器作矩陣式或陣列式連接。