TWI549366B - Microstrip antenna structure - Google Patents

Description

微帶天線結構

本發明係有關於一種微帶天線結構，尤其是指一種配合不同需求，容易於調整微帶天線結構內的結構之發明。

現今，無線通訊的環境下，微帶天線的使用非常重要。不同的微帶天線結構影響其不同的訊號傳輸表現（Transmission performances）。請參閱圖7A所示，現有技術的微帶天線結構12包括有一饋入線14及一微帶天線單元（unit）16，該饋入線14係電連接於該微帶天線單元16之一端。參閱圖7B，複數個微帶天線結構12可串連而形成一微帶天線陣列，於該微帶天線陣列之底部連接一控制IC 10，該控制IC 10係將發射的訊號由該微帶天線陣列發射出去；或是由微帶天線陣列接收訊號。其中饋入線14的長度係任意長度，微帶天線單元16的長度為λ/2，λ為波長。

詳細而言，當複數個微帶天線結構12串成一列，形成一微帶天線陣列時，由於微帶天線陣列具有複數個微帶天線單元16，當微帶天線單元16自控制IC 10經由饋入線14接收增益訊號，以使微帶天線單元16發射出電磁波時，各微帶天線單元16將各自具有個微帶天線單元16之電磁波，而各電磁波具有各自的輻射範圍，致使電磁波間的輻射範圍將產生疊加之效果，據此，將使此微帶天線結構在單一軸向上具有較強的電磁波輻射範圍。

然而，受限於現有技術的微帶天線結構，致使微帶天線陣列在與微帶天線陣列的垂直平面上產生電磁波的輻射範圍廣度不足，僅能產生約60°至90°之輻射範圍，如此一來，將使微帶天線之應用範圍受限，據此，現有技術有待加以改善。

本發明之主要目的在於提供一種微帶天線結構，藉由微帶天線結構設置有兩個微帶天線單元，能夠依據使用上的需求，調整該兩微帶天線單元之面積大小以及饋入線之長度或寬度，俾改善電磁波之發射或接收的輻射範圍。

本發明之一種微帶天線結構，係包括複數個第一微帶天線結構串接而形成一微帶天線陣列，各該第一微帶天線結構係包括有：

一第一微帶天線單元及一第二微帶天線單元，該第一微帶天線單元與該第二微帶天線單元相互平行；

一第一饋入線及一第二饋入線，係個別連接於該第一微帶天線單元與該第二微帶天線單元之間；

一饋入線係設置於該第一微帶天線單元之一端；

其中，複數個相同之該第一微帶天線結構之串接，係以各該第一微帶天線結構中之各該饋入線連接下一個第一微帶天線結構中之各該第一微帶天線單元。

所述之微帶天線結構，其中該第一微帶天線單元、該第二微帶天線單元以及該饋入線之長度係為λ/2的奇數倍，λ為波長。

所述之微帶天線結構，其中該第一微帶天線單元之面積大於該第二微帶天線單元之面積。

所述之微帶天線結構，其中該第一微帶天線單元之面積等於該第二微帶天線單元之面積。

所述之微帶天線結構，其中該第一微帶天線單元之面積小於該第二微帶天線單元之面積。

所述之微帶天線結構，係包括有一第二微帶天線結構串接於該微帶天線陣列之一端，該第二微帶天線結構係包括：

一第一微帶天線單元及一第二微帶天線單元，係相互平行；

一第一饋入線及一第二饋入線，係個別連接於該第二微帶天線結構中之第一微帶天線單元與第二微帶天線單元之間；

一差分饋入線，該差分饋入線具有一第三饋入線及一第四饋入線，而該第三饋入線以及該第四饋入線係個別連接於該第二微帶天線結構中之第一微帶天線單元；以及

其中該微帶天線陣列係連接於該第二微帶天線結構中之第一微帶天線單元。

藉由上述微帶天線結構，本發明可運用在包括但不限定於汽車之車用微帶天線，可貼附於汽車車頂、汽車前保險桿、汽車後保險桿以及汽車車門上，作為發射或接收訊號之微帶天線使用，並能有效地解決習用技術之電磁波範圍廣角不足的問題。

本發明係有關於一種微帶天線結構，尤其是指一種藉由改變微帶天線結構，使微帶天線所發射或接收的電磁波訊號具有較為廣角的輻射範圍。

請參閱圖1A所示，係為一微帶天線結構20，包括有一第一微帶天線單元（unit）22、一第二微帶天線單元（unit）24、一第一饋入線23、一第二饋入線25以及一饋入線26。微帶天線結構20中所揭示的結構例如：第一微帶天線單元22、第二微帶天線單元24、第一饋入線23、第二饋入線25以及饋入線26等元件的材質，係可包括但不限定為銅箔。第一微帶天線單元22之面積係大於第二微帶天線單元24之面積。

圖1A中，第一微帶天線單元22與第二微帶天線單元24係相互平行，第一微帶天線單元22中包括有一第一接點P1及一第二接點P2，第二微帶天線單元24中包括有一第三接點Q1及一第四接點Q2。第一微帶天線單元22與第二微帶天線單元24之間係以第一饋入線23與第二饋入線25相連接，其中第一饋入線23係由第一微帶天線單元22中的第一接點P1連接到第二微帶天線單元24中的第三接點Q1；第二饋入線25係由第一微帶天線單元22中的第二接點P2連接到第二微帶天線單元24中第四接點Q2；第一接點P1及第二接點P2之設置係對稱於第一微帶天線單元22與第二微帶天線單元24之間橫軸之中心線，且第三接點Q1以及第四接點Q2之設置亦對稱於第一微帶天線單元22與第二微帶天線單元24之間橫軸之中心線，因此，第一饋入線23與第二饋入線25兩者之設置係對稱於第一微帶天線單元22與第二微帶天線單元24之間橫軸之中心線。

第一饋入線23與第二饋入線25係可以採取相互平行的方式。第一微帶天線單元22下端連接有該饋入線26，饋入線26之軸向係垂直於第一饋入線23之軸向。第一微帶天線單元22以及第二微帶天線單元24二者之長度係為λ/2的奇數倍，如λ/2、3λ/2、5λ/2…，λ為波長，而饋入線26之長度係為λ/2的奇數倍，如λ/2、3λ/2、5λ/2…，λ為波長。

圖1A所示，由第一微帶天線單元22、第一饋入線23、第二微帶天線單元24再到第二饋入線25，係形成一迴路。由於第一饋入線23、第二饋入線25係依據第一接點P1及第二接點P2之設置、第三接點Q1以及第四接點Q2之設置，而調整第一饋入線23以及第二饋入線25之位置，因此，藉由調整第一接點P1、第二接點P2、第三接點Q1以及第四接點Q2分別於第一微帶天線單元22以及第二微帶天線單元24之設置位置，以調整第一饋入線23以及第二饋入線25之長度，俾可使得微帶天線結構20具有良好的阻抗匹配（Impedance matching）、及調整第一微帶天線單元22與第二微帶天線單元24之相位分佈以及調整功率分佈。

更者，本發明可藉由調整第一饋入線23、第二饋入線25的寬度而調整第一微帶天線單元22與第二微帶天線單元24之功率分佈及提供良好的阻抗匹配，使電磁波之發射或接收之效果為最佳，且為一廣角之傳送或接收輻射範圍。

再者，本發明可藉由調整第一微帶天線單元22以及第二微帶天線單元24之面積比（或寬度比），以調整第一微帶天線單元22與第二微帶天線單元24之功率分佈。

參閱圖1B，與圖1A的差異在於第一饋入線23a以及第二饋入線25a兩者為採取不平行的實施方式，且第一饋入線23a及第二饋入線25a系對稱於該第一微帶天線單元22及第二微帶天線單元24之橫軸中心線（圖1B中的虛線所示）。

有關微帶天線訊號之發射/接收原理為習用技術，在此不予贅述。

參閱圖2所示，係為微帶天線結構30第二實施例之結構，包括有一第一微帶天線單元32、一第二微帶天線單元34、一連接饋入線35以及一饋入線36。各元件的材質係可為銅箔。第一微帶天線單元32之面積係大於第二微帶天線單元34之面積。其中第一微帶天線單元32與第二微帶天線單元34之間係以連接饋入線35相連接，第一微帶天線單元32下端連接有該饋入線36，饋入線36之軸向係垂直於連接饋入線35之軸向。第一微帶天線單元32以及第二微帶天線單元34二者之長度係為λ/2的奇數倍，如λ/2、3λ/2、5λ/2…，λ為波長，而饋入線36之長度係可為任意長度。

圖2中由第一微帶天線單元32、連接饋入線35以及第二微帶天線單元34，三者係可形成一迴路，意即連接饋入線35本身即具備訊號往返之作用。其中，連接饋入線35是設置於該第一微帶天線單元32及第二微帶天線單元34之間的橫軸線上之外者，由於連接饋入線35係依據第一接點P1以及第三接點Q1之設置，而調整連接饋入線35之位置，因此，藉由調整第一接點P1以及第三接點Q1分別於第一微帶天線單元32以及第二微帶天線單元34之設置位置，以調整連接饋入線35之長度，可使得第一微帶天線單元32與第二微帶天線單元34為阻抗匹配、調整第一微帶天線單元32與第二微帶天線單元34之相位分佈以及調整功率分佈，以及本發明可藉由調整連接饋入線35的寬度，而調整第一微帶天線單元32與第二微帶天線單元34之功率分佈，使電磁波之發射或接收之效果為最佳，且為一廣角之傳送或接收輻射範圍。本發明可藉由調整第一微帶天線單元32以及第二微帶天線單元34之面積比（或寬度比），以調整第一微帶天線單元32與第二微帶天線單元34之功率分佈。

參閱圖3所示，係為微帶天線結構40第三實施例之結構，該微帶天線結構40相較於圖1之微帶天線結構20係可為一第二微帶天線結構，微帶天線結構40係包括有一第一微帶天線單元42、一第二微帶天線單元44、一第一饋入線43、一第二饋入線45、一差分饋入線之一第三饋入線46以及一差分饋入線之一第四饋入線48。各元件的材質係可為銅箔。第一微帶天線單元42之面積係大於第二微帶天線單元44之面積。第一微帶天線單元42及第二微帶天線單元44之長度係為λ/2的奇數倍，如λ/2、3λ/2、5λ/2…，λ為波長。

其中，第一微帶天線單元42與第二微帶天線單元44之間係以第一饋入線43與第二饋入線45相連接，並形成一迴路。差分饋入線（differential feed line）具有第三饋入線46及第四饋入線48，而第三饋入線46及第四饋入線48之一端係個別連接至第一微帶天線單元42。

由於第一饋入線43與第二饋入線45係依據第一接點P1、第二接點P2、第三接點Q1以及第四接點Q2之設置，而調整第一饋入線43與第二饋入線45之位置，因此，藉由調整第一接點P1、第二接點P2、第三接點Q1以及第四接點Q2分別於第一微帶天線單元32以及第二微帶天線單元34之設置位置，以調整第一饋入線43與第二饋入線45之長度，可使得第一微帶天線單元42與第二微帶天線單元44為阻抗匹配、調整第一微帶天線單元42與第二微帶天線單元44之相位分佈以及調整功率分佈，以及本發明可藉由調整饋入線43、45的寬度而調整電磁波之功率分佈，使電磁波之發射或接收之效果為最佳，且為一廣角之傳送或接收輻射範圍。本發明可藉由調整第一微帶天線單元42以及第二微帶天線單元44之面積比（或寬度比），以調整第一微帶天線單元42與第二微帶天線單元44之功率分佈。

請參閱圖4A，係為微帶天線結構50a第四實施例之結構，包括有一第一微帶天線單元52a、一第二微帶天線單元54a、一第一饋入線53a、一第二饋入線55a以及一饋入線56a。其所不同於圖1之第一實施例，在於該第一微帶天線單元52a之面積與該第二微帶天線單元54a之面積為相同，其作用在於提供使用者具有更廣泛範圍的電磁波訊號時使用。

請參閱圖4B，係為微帶天線結構50b第五實施例之結構，包括有一第一微帶天線單元52b、一第二微帶天線單元54b、一第一饋入線53b、一第二饋入線55b以及一饋入線56b。其所不同於圖1之第一實施例，在於該第一微帶天線單元52b之面積小於該第二微帶天線單元54b之面積，其作用在於提供使用者具有較為偏向第二微帶天線單元54b的電磁波訊號時使用。

請參閱圖4C，係為微帶天線結構50c第六實施例之結構，包括有一第一微帶天線單元52c、一第二微帶天線單元54c、一第一饋入線53c、一第二饋入線55c以及一饋入線56c。其所不同於圖1之第一實施例，在於該第一微帶天線單元52c之面積相較於該第二微帶天線單元54c之面積更小，其作用在於提供使用者具有更為廣泛偏向第二微帶天線單元54b的電磁波訊號使用。

參閱圖5所示，本發明第七實施例係將複數個微帶天線結構20串接，形成一微帶天線陣列。主要係將上一個微帶天線結構20中的饋入線26連接至下一個微帶天線結構20中的第一微帶天線單元22上，以同樣地連接方式，串接多個微帶天線結構12形成如圖5所示之串列。較佳者，以並連方式連接複數個微帶天線陣列，係可以形成一微帶天線矩陣者。

參閱圖6所示，本發明第七實施例係將複數個微帶天線結構20串接，以上一個微帶天線結構20中的饋入線26連接至下一個微帶天線結構20中的第一微帶天線單元22上，以同樣地連接方式，串接多個微帶天線結構12形成一微帶天線陣列。所不同於圖5實施例，在於微帶天線陣列之底部是連接圖3第三實施例所示之微帶天線結構40。較佳者，以並連方式連接複數個微帶天線陣列，係可以形成一微帶天線矩陣者。

藉由圖5、圖6所述之結構，本發明電磁波的水平輻射範圍可以達到160°以上的角度，相較於習用技術之60°~90°角度，本發明的輻射範圍所產生之廣角效果極佳，本發明可運用在包括但不限定於汽車之車用微帶天線。於實際實施上，可採用片狀之方式，貼附於汽車車頂、汽車前保險桿、汽車後保險桿以及汽車車門上，作為發射或接收訊號之微帶天線使用。

綜上所述，本發明有效地解決習用技術之結構限制問題。實具備申請專利之要件。本發明說明內容所述，僅為較佳實施例之舉例說明，當不能以之限定本發明所保護之範圍，任何局部變動、修正或增加之技術，仍不脫離本發明所保護之範圍中。

10‧‧‧驅動IC
12‧‧‧微帶天線結構
14‧‧‧饋入線
16‧‧‧微帶天線單元
20、20a、30、40、50a、50b、50c‧‧‧微帶天線結構
22、32、42、52a、52b、52c‧‧‧第一微帶天線單元
24、34、44、54a、54b、54c‧‧‧第二微帶天線單元
23、23a、43、53a、53b、53c‧‧‧第一饋入線
35‧‧‧連接饋入線
25、25a、45、55a、55b、55c‧‧‧第二饋入線
26、36、56a、56b、56c‧‧‧饋入線
46‧‧‧第三饋入線
48‧‧‧第四饋入線
P1、Q1‧‧‧第一接點
P2、Q2‧‧‧第二接點

圖1A為本發明第一較佳實施例平面圖。 圖1B為本發明相對於圖1A之饋入線不平行之實施例平面圖。 圖2為本發明第二較佳實施例平面圖。 圖3為本發明第三較佳實施例平面圖。 圖4A為本發明第四較佳實施例平面圖。 圖4B為本發明第五較佳實施例平面圖。 圖4C為本發明第六較佳實施例平面圖。 圖5為本發明第七較佳實施例平面圖。 圖6為本發明第八較佳實施例平面圖。 圖7A為習用微帶天線結構平面示意圖。 圖7B為習用微帶天線結構平面示意圖。

20‧‧‧微帶天線結構

22‧‧‧第一微帶天線單元

23‧‧‧第一饋入線

24‧‧‧第二微帶天線單元

25‧‧‧第二饋入線

26‧‧‧饋入線

Claims (10)

1. 一種微帶天線結構，係包括有複數個相同之第一微帶天線結構串接而形成一微帶天線陣列，各該第一該微帶天線結構係包括有： 一第一微帶天線單元及一第二微帶天線單元，該第一微帶天線單元與該第二微帶天線單元相互平行；該第一微帶天線單元包括有一第一接點及一第二接點；該第二天線單元包括有一第三接點及一第四接點； 一第一饋入線，係連接於該第一微帶天線單元之該第一接點以及該第二天線單元之該第三接點之間； 一第二饋入線，係連接於該第一微帶天線單元之該第二接點與該第二微帶天線單元之該第四接點之間； 一饋入線係設置於該第一微帶天線單元之一端； 其中，複數個相同之該第一微帶天線結構之串接，係以各該第一微帶天線結構中之各該饋入線連接下一個第一微帶天線結構中之各該第一微帶天線單元。
2. 如請求項1所述之微帶天線結構，其中該第一微帶天線單元及該第二微帶天線單元之長度係為λ/2的奇數倍，λ為波長。
3. 如請求項1或2所述之微帶天線結構，其中該第一微帶天線單元之面積大於該第二微帶天線單元之面積。
4. 如請求項1或2所述之微帶天線結構，其中該第一微帶天線單元之面積等於該第二微帶天線單元之面積。
5. 如請求項1或2所述之微帶天線結構，其中該第一微帶天線單元之面積小於該第二微帶天線單元之面積。
6. 如請求項1或2所述之微帶天線結構，係包括有一第二微帶天線結構串接於該微帶天線陣列之一端，該第二微帶天線結構係包括： 一第一微帶天線單元及一第二微帶天線單元，係相互平行； 一第一饋入線及一第二饋入線，且係個別連接於該第二微帶天線結構中之第一微帶天線單元與第二微帶天線單元之間； 一差分饋入線，該差分饋入線具有一第三饋入線及一第四饋入線，且該第三饋入線以及該第四饋入線係個別連接於該第二微帶天線結構中之第一微帶天線單元；以及 其中該微帶天線陣列係連接於該第二微帶天線結構中之第一微帶天線單元。
7. 如請求項6所述之微帶天線結構，其中該第二微帶天線結構中之第一微帶天線單元及第二微帶天線單元之長度係為λ/2的波長的奇數倍，λ為波長。
8. 一種微帶天線結構，係包括有複數個相同之第一微帶天線結構串接而形成一微帶天線陣列，各該第一微帶天線結構係包括有： 一第一微帶天線單元及一第二微帶天線單元，該第一微帶天線單元與該第二微帶天線單元相互平行； 一連接饋入線，係連接於該第一微帶天線單元與該第二微帶天線單元之間； 一饋入線，係設置於該第一微帶天線單元之一端； 其中，複數個相同之該第一微帶天線結構之串接，係以各該第一微帶天線結構中之各該饋入線連接下一個第一微帶天線結構中之各該第一微帶天線單元。
9. 如請求項8所述之微帶天線結構，其中該第一微帶天線單元及該第二微帶天線單元之長度係為λ/2的波長的奇數倍，λ為波長。
10. 如請求項8或9所述之微帶天線結構，係包括有一第二微帶天線結構串接於該微帶天線陣列之一端，該第二微帶天線結構之中係包括： 一第一微帶天線單元及一第二微帶天線單元，係相互平行； 一第一饋入線及一第二饋入線，係個別連接於該第二微帶天線結構中之第一微帶天線單元與第二微帶天線單元之間； 一差分饋入線，該差分饋入線具有一第三饋入線及一第四饋入線，而該第三饋入線以及該第四饋入線係個別連接於該第二微帶天線結構中之第一微帶天線單元；以及 其中該微帶天線陣列之末端，係連接於該第二微帶天線結構中之第一微帶天線單元。