TWI458177B - 具有兩鏈結環形槽孔之圓形極化天線 - Google Patents

Description

具有兩鏈結環形槽孔之圓形極化天線

本發明係關於一種圓形極化天線，尤指一種具有雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線。

目前圓形極化天線係廣泛使用於行動通訊領域中，其中，對於寬頻需求來說，環形槽孔天線(slot-ring antenna)較微帶貼片天線(microstrip patch antenna)更為適用，而環形槽孔天線可視為雙重的微帶環形天線(microstrip ring antenna)，雖然已有許多技術可應用於微帶貼片天線及環形槽孔天線以產生圓形極化，然環形槽孔天線一般較微帶貼片天線具有較高的軸比頻寬(Axial ratio bandwidth)。

槽孔天線具有體積小、質量輕、低姿態、製造簡單、成本低、易於與其他電路進行整合等優點，因此已成為現有行動通訊裝置的主要配備之一，而如何提供多個工作頻段及維持高軸比頻寬，遂成為槽孔天線亟待改善之重點，發明人本於積極發明之精神，亟思一種可提供多個工作頻段之「雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線」，幾經研究實驗終至完成此項嘉惠世人之發明。

本發明之目的係在提供一種經雙鏈結環狀槽孔將能量耦合至接地元件，以產生多個工作頻段之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線。

依據本發明之一特色，本發明係提出一種雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線，包括：一絕緣介質層，具有一上表面、以及一下表面；一接地元件，係設置於絕緣介質層之該上表面上，其上具有一第一多邊形環狀槽孔、以及一第二多邊形環狀槽孔，其中第一多邊形環狀槽孔以及第二多邊形環狀槽孔係部分重疊；以及一饋入元件，係設置於絕緣介質層之該下表面上，其中，饋入元件係經第一多邊形環狀槽孔以及第二多邊形環狀槽孔將能量耦合至接地元件，以使雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線提供多個工作頻段。

在本發明之一實施例中，雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線係提供一第一工作頻段、一第二工作頻段、以及一第三工作頻段，其中第一工作頻段、以及第三工作頻段係可由改變第一環狀槽孔之尺寸而進行調整，第二工作頻段係由改變第二環狀槽孔之尺寸而進行調整。

請參照圖1，圖1係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之示意圖。如圖1所示，雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線包括：一接地元件1、一饋入元件2、以及一絕緣介質層9，絕緣介質層9係由不導電材料所構成，可為一印刷電路板基板，其具有一上表面91、以及一下表面92；接地元件1、以及饋入元件2均為薄層金屬，並分別設置於絕緣介質層9的上表面91、以及下表面92上，接地元件1上具有一第一多邊形環狀槽孔11、以及一第二多邊形環狀槽孔12，其係分別可為例如圓形、或矩形等，饋入元件2經第一多邊形環狀槽孔11、以及第二多邊形環狀槽孔12將能量耦合至接地元件1，以使雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線提供多個工作頻段。

請參照圖2A及圖2B，圖2A係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之絕緣介質層9之上表面91之示意圖，圖2B係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之絕緣介質層9之下表面92之示意圖。如圖2A所示，上表面91上設置有接地元件1，接地元件1上具有一第一多邊形環狀槽孔11、以及一第二多邊形環狀槽孔12，其係皆為矩形，且第一多邊形環狀槽孔11與第二多邊形環狀槽孔12係部分重疊而產生兩L型區塊131、132、以及一矩形區塊133。如圖2B所示，下表面92上設置有饋入元件2，其係為一微帶線，且其路徑係自矩形基板的板邊走至矩形區塊133於下表面92上的平行對應位置，饋入以將能量耦合至接地元件1。

請參照圖3A及圖3B，圖3A係本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之反射係數之頻率響應圖，圖3B係本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之軸比之頻率響應圖，其皆係為實際測試而得。在本實施例中，設定絕緣介質層9係為一FR4材質的矩形印刷電路板基板，其長寬皆為50mm，厚度為1.6mm；第一環狀槽孔11的外圍長寬皆為19.5mm、環寬2.5mm；第二環狀槽孔12的外圍長寬皆為18mm、環寬2.5mm；矩形區塊133的長寬皆為6mm；饋入元件2係為一微帶線，其長度為33mm，寬3mm。

如圖3A所示，若接地元件1上僅具有一第一環狀槽孔11，即習知的環形槽孔天線，則僅提供中心頻率為5.2GHz之一工作頻段；若接地元件上具有部分重疊的第一環狀槽孔11以及第二環狀槽孔12，即本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線，則可提供三個工作頻段，分別為一第一工作頻段、一第二工作頻段、以及一第三工作頻段，第一工作頻段的第一中心頻率較佳係介於2.65至3GHz，第二工作頻段的第二中心頻率較佳係介於3.5至4.4GHz，第三工作頻段的第三中心頻率較佳係介於5至5.3GHz。並且，藉由調整第一環狀槽孔11的尺寸，可對第一工作頻段、以及第三工作頻段進行調整，而藉由調整第二環狀槽孔12的尺寸，可對第二工作頻段進行調整。

如圖3B所示，本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線係可於2.5至3.7GHz實現4.5dB的軸比頻寬，並且在2.5至3.7GHz中，圓形極化天線的反射耗損皆大於10dB；因此，本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線可有效滿足2.5至3.7GHz的工作頻段。

請參照圖4A、圖4B及圖4C，圖4A係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之反射係數之頻率響應圖，圖4B係本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之軸比之頻率響應圖，圖4C係本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之增益之頻率響應圖，其皆係為實際測試而得。在本實施例中，設定絕緣介質層9係為一FR4材質的矩形印刷電路板基板，其長寬皆為50mm，厚度為1.6mm；第一環狀槽孔11的外圍長寬皆為19.5mm、環寬2.5mm；第二環狀槽孔12的外圍長寬皆為18mm、環寬2.5mm；矩形區塊133的長寬皆為6mm；饋入元件2係為一微帶線，其長度為33mm，寬3mm。

由圖4A至圖4C可知，本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線在2.65至3.7GHz頻段可提供大於10dB的反射耗損、大於3dB的軸比、以及大於2dBic的增益，即，本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線係可於2.65至3.7GHz頻段下運作。

請參照圖5A至圖5F，圖5A係本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於2.75GHz頻段之XZ平面輻射場型圖，圖5B係本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於3.1GHz頻段之XZ平面輻射場型圖，圖5C係本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於3.6GHz頻段之XZ平面輻射場型圖，圖5D係本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於2.75GHz頻段之YZ平面輻射場型圖，圖5E係本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於3.1GHz頻段之YZ平面輻射場型圖，圖5F係本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於3.6GHz頻段之YZ平面輻射場型圖，其皆係為實際測試而得。

綜上所述，本發明之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線係以微帶線進行饋入，經部分重疊的兩個環狀槽孔將能量耦合至接地元件係可提供多個工作頻段，不需其他匹配網路；並且，其所提供的工作頻段係依兩個環狀槽孔的尺寸、以及重疊區塊的大小而改變，因此藉由調整第一環狀槽孔的尺寸、第二環狀槽孔的尺寸、或重疊區塊的大小，即可對其所提供的多個工作頻段分別進行調整。

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。

1．．．接地元件

11．．．第一多邊形環狀槽孔

12．．．第二多邊形環狀槽孔

131,132．．．L型區塊

133．．．矩形區塊

2．．．饋入元件

9．．．絕緣介質層

91．．．上表面

92．．．下表面

圖1係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之示意圖。

圖2A係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之絕緣介質層之上表面之示意圖。

圖2B係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之絕緣介質層之下表面之示意圖。

圖3A係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之反射係數之頻率響應圖。

圖3B係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之軸比之頻率響應圖。

圖4A係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之反射係數之頻率響應圖。

圖4B係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之軸比之頻率響應圖。

圖4C係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線之增益之頻率響應圖。

圖5A係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於2.75GHz頻段之XZ平面輻射場型圖。

圖5B係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於3.1GHz頻段之XZ平面輻射場型圖。

圖5C係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於3.6GHz頻段之XZ平面輻射場型圖。

圖5D係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於2.75GHz頻段之YZ平面輻射場型圖。

圖5E係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於3.1GHz頻段之YZ平面輻射場型圖。

圖5F係本發明一較佳實施例之雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線於3.6GHz頻段之YZ平面輻射場型圖。

1．．．接地元件

11．．．第一多邊形環狀槽孔

12．．．第二多邊形環狀槽孔

2．．．饋入元件

9．．．絕緣介質層

91．．．上表面

92．．．下表面

Claims (10)

1. 一種雙鏈結環狀槽孔之圓形極化天線，包括：一絕緣介質層，具有一上表面、以及一下表面；一接地元件，係設置於該絕緣介質層之該上表面上，其上具有一第一多邊形環狀槽孔、以及一第二多邊形環狀槽孔，其中該第一多邊形環狀槽孔以及該第二多邊形環狀槽孔係部分重疊；以及一饋入元件，係設置於該絕緣介質層之該下表面上，其中，該饋入元件係經該第一多邊形環狀槽孔以及該第二多邊形環狀槽孔將能量耦合至該接地元件，以使該圓形極化天線提供多個工作頻段。
2. 如申請專利範圍第1項所述之圓形極化天線，其中該第一多邊形環狀槽孔、以及該第二多邊形環狀槽孔係為圓形、或矩形。
3. 如申請專利範圍第1項所述之圓形極化天線，其中該絕緣介質層係為一印刷電路板基板。
4. 如申請專利範圍第3項所述之圓形極化天線，其中該絕緣介質層係為一FR4材質之矩形基板。
5. 如申請專利範圍第1項所述之圓形極化天線，其中該接地元件、以及該饋入元件均為薄層金屬。
6. 如申請專利範圍第1項所述之圓形極化天線，其中該饋入元件係為一微帶線。
7. 如申請專利範圍第1項所述之圓形極化天線，其係提供一第一工作頻段、一第二工作頻段、以及一第三工作頻段。
8. 如申請專利範圍第7項所述之圓形極化天線，其中，藉由調整該第一環狀槽孔之尺寸，可對該第一工作頻段、以及該第三工作頻段進行調整。
9. 如申請專利範圍第7項所述之圓形極化天線，其中，藉由調整該第二環狀槽孔之尺寸，可對該第二工作頻段進行調整。
10. 如申請專利範圍第7項所述之圓形極化天線，其中該第一工作頻段之一第一中心頻率係介於2.65至3GHz，該第二工作頻段之一第二中心頻率係介於3.5至4.4GHz，該第三工作頻段之一第三中心頻率係介於5至5.3GHz。