TWI789298B - 共面波導超寬頻天線 - Google Patents

Abstract

本案提供一種共面波導超寬頻天線，包括一基板、一共面波導單元及一接地面。該共面波導單元設於該基板上，並包括一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一穿透部以及一饋入點。該接地面設於該基板上，並具有一U形形狀，以圍繞的該共面波導單元的一部分，且該接地面包括一第一槽部、一第二槽部、一第三槽部以及一接地點。透過該共面波導單元及該接地面的特殊結構設計，該共面波導超寬頻天可在維持小巧體積的條件下接收五個頻段的無線訊號。

Description

共面波導超寬頻天線

本案係關於一種共面波導超寬頻天線，尤指一種適用於外置式天線的共面波導超寬頻天線。

近年來，對於無線通訊的需求越來越多。而正如所知，無論是無線網路（WIFI）或是行動通訊（2G、3G、4G、5G等），天線係為進行無線通訊不可或缺的要件，其對無線通訊的傳輸速度及頻段等皆有一定的影響。

在消費者端，為了強化無線訊號的接收能力，通常會藉由設置外置式天線來達成目的。惟，大多數的外置式天線在設計時多僅考量無線傳輸能力，而未注重外觀。然，若消費者欲設置的場合為室內時，除了無線連接能力外，外觀亦常為購買時的考量點之一。因此，若可在提供相同、甚至更好之無線連接能力的前提下提供外觀改善的天線，例如長度縮短、厚度變薄等，將能為消費者提供更好的選擇。

因此，實有必要開發一種共面波導超寬頻天線，可在提供良好無線傳輸能力的同時亦具有小巧的體積，以利於改善外置式天線的外觀。

本案之目的在於提供一種共面波導超寬頻天線，其係藉由設計波導單元、接地面及孔槽部的形狀及位置而可有效涵蓋大範圍的頻寬。

本案之另一目的在於提供一種共面波導超寬頻天線，適用於製造外置式天線，以有效縮小外置式天線的體積，並增加設計上的彈性，有助於提升消費者的購買意願。

為達上述目的，本案提供一種共面波導超寬頻天線，包括一基板、一共面波導單元以及一接地面。該共面波導單元設於該基板上，包括一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一穿透部以及一饋入點，其中該共面波導單元具有一類划槳形狀，且該類划槳形狀包括一槳葉部分及一槳桿部分，該第一輻射部大致為該槳葉部分，該第二輻射部具有一第一矩形形狀並設於該槳桿部分上，該第三輻射部具有一第二矩形形狀並設於該槳桿部分上，且該第二輻射部位於該第一輻射部與該第三輻射部之間，該穿透部設置於該第一輻射部並穿透該第一輻射部及下方之該基板，以及該饋入點設置於該槳桿部分的一自由端。設於該基板上，具有一U形形狀，並圍繞的該槳桿部分，其中該接地面包括一第一槽部、一第二槽部、一第三槽部以及一接地點，該第一槽部與該第三槽部位於該U形形狀的二個端部並於該槳桿部分的兩側對稱地彼此相對，以及該第二槽部分別鄰接該第一槽部及該第三槽部並圍繞該槳桿部分的該自由端，進而對稱地分設於該槳桿部分的兩側，並將該第二輻射部及該第三輻射部夾置於其間。其中該共面波導單元係整體對應一第一頻段之無線傳輸，該第一輻射部係對應一第二頻段之無線傳輸，該第一輻射部中該穿透部與該槳葉部分及該槳桿部分交接處之間的部分係對應一第三頻段之無線傳輸，該第二輻射部係對應一第四頻段之無線傳輸，以及該第三輻射部係對應一第五頻段之無線傳輸。

在一實施例中，該槳葉部分由一矩形部分以及一梯形部分組成，該梯形部分連接於該矩形部分與該槳桿部分之間，以及該穿透部係大致位於該梯形部分，並具有一膠囊狀形狀。

在一實施例中，該第一矩形形狀係為該槳桿部分上的一第一突出區段，且該第二矩形形狀係為該槳桿部分上的一第二突出區段。

在一實施例中，該第一矩形形狀與該第二矩形形狀係形狀相同。

在一實施例中，該第二槽部對應該第二輻射部處之寬度小於對應該第三輻射部處之寬度。

在一實施例中，該第二槽部分別鄰接該第一槽部及該第三槽部的二端具有最大的寬度。

在一實施例中，該饋入點係設置於該槳桿部分之該自由端的末端，以及該接地點係設置於該接地面之該U形形狀的底部，且該饋入點與該接地點彼此相鄰、但相間隔

在一實施例中，該第一頻段之頻率介於700 MHz至960 MHz之間，該第二頻段之頻率介於1400 MHz至2100 MHz之間，該第三頻段之頻率介於2300 MHz至2700 MHz之間，該第四頻段之頻率介於3200 MHz至4200 MHz之間，以及該第五頻段之頻率介於5150 MHz至5840 MHz之間。

在一實施例中，該基板具有一寬度，約介於13.0 mm至14.0 mm之間，以及一長度，約介於94.5 mm至95.5 mm之間。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的態樣上具有各種的變化，然其皆不脫離本發明的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本發明。

為了有效縮小外置式天線的體積，本案係以片狀形式的共面波導天線為基礎而進行設計，以有效減少厚度，再透過形狀、槽部之改變而在達到小型化的同時亦能涵蓋大範圍頻段的天線設計。

請參閱第1圖，其顯示本案實施例之共面波導超寬頻天線的示意圖。一共面波導超寬頻天線1包括一基板11、一共面波導單元12及一接地面13，其中該共面波導單元12及該接地面13皆設於該基板11上。如圖所示，該共面波導單元12具有一類划槳形狀，且該類划槳形狀包括一槳葉部分121及一槳桿部分122。該槳葉部分121大致由一矩形部分與一梯形部分組成，且該梯形部分連接於該矩形部分與該槳桿部分122之間。在一實施例中，該矩形部分及該梯形部分於該槳葉部分121中所佔之長度比列約為1：3，但不以此為限。該槳桿部分122具有二端，一端與該槳葉部分121連接，另一端為一自由端。在一實施例中，該槳桿部分122之長度約為該槳葉部分121之長度的2~2.2倍，但不以此為限。

該共面波導單元12包括一第一輻射部121、一第二輻射部123、一第三輻射部124、一饋入點125以及一穿透部126。其中該第一輻射部係大致為該槳葉部分，故於接下來的敘述中，該第一輻射部及該槳葉部分係共用同一元件符號121。該第二輻射部123及該第三輻射部124皆設置於該槳桿部分122上，該第二輻射部123具有一第一矩形形狀，且該第三輻射部124具有一第二矩形形狀。該饋入點125設置於該槳桿部分122之該自由端的末端，並鄰接該第三輻射部124。該穿透部126穿設於該第一輻射部121中，並同時穿透下方的該基板11。

該第一矩形形狀及該第二矩形形狀係分別為該槳桿部分122上的一第一突出區段及一第二突出區段，且該第一突出區段與該第二突出區段係藉由部分縮減該槳桿部分122之寬度所形成。因此，該槳桿部分122進一步包括一第一內縮區段1221，設置於該槳葉部分121及該第二輻射部123之間、且與該槳桿部分122與該槳葉部分121之交界處間隔一距離，以及一第二內縮區段1222，設置於該第二輻射部123與該第三輻射部124之間。在此架構下，係可形成該第一突出區段及該第二突出區段，並同時定義出該第二內縮區段與該槳桿部分122及該槳葉部分121交界處之間的一第三突出區段1223。其中該第一內縮段1221的長度係大於該第二內縮段1222的長度，例如，約為5.5倍，因此，該第二輻射部123與該第三輻射部124之間的距離係遠小與該第二輻射部123與該第一輻射部121之間的距離。

在一實施例中，該第一矩形形狀及該第二矩形形狀係具有大致相同的形狀，亦即該第二輻射部123及該第三輻射部124大致等長及等寬，且該第二內縮段1222的長度係小於該第一突出區段的長度（亦即，亦小於該第二突出區段的長度），例如約為0.6倍。在另一實施例中，該第三突出區段1223之長度係略大於該第一突出區段的長度（亦即，亦略大於該第二突出區段的長度），例如，約1.1-1.2倍。

該穿透部126係大致設置於該槳葉部分121之該梯形部分的範圍內，其位置接近該梯形形狀與該矩形形狀交界的位置，且作為實施上的選擇，亦可小部分設於該矩形形狀內，沒有限制。在一實施例中，該穿透部126具有一膠囊狀形狀，其寬度略大於該槳桿部分122之寬度，長度約為該槳葉部分121長度的四分之一，且長軸方向大致對齊該槳桿部分122的長軸方向。

另一方面，該接地面13係具有一U形形狀，並設置為圍繞該共面波導單元12的該槳桿部分122，且形狀係以該槳桿部分122為對稱線而大致兩側對稱。該接地面13包括一第一槽部131、一第二槽部132、一第三槽部133以及一接地點134。該接地點134設置於該U形形狀的內側底部，並與該共面波導單元12的該饋入點125相鄰、但彼此相間隔。

該第一槽部131及該第三槽部133分別位於該U形形狀的二個端部，並於該槳桿部分122的兩側對稱地彼此相對，亦即，該第一槽部131與該第三槽部133具有鏡像對稱的相同形狀。在一實施例中，該第一槽部131具有一類「7」形形狀，因此該第三槽部133的形狀即為鏡像的一類「反7」形形狀。在另一實施例中，該第一槽部131與該第三槽部133分別之「7」與「反7」的上部橫線部分係隔著該第三突出區段1223接近該第一內縮段1221的部分而彼此相對，且「7」與「反7」的下部斜線部分係隔著該第一內縮區段1221接近該第三突出區段1223的部分而彼此相對。

該第二槽部132圍繞該槳桿部分122的該自由端，並對稱地分設於該槳桿部分122的兩側，亦即，該第二槽部132亦具有一U形形狀，且該第二輻射部123及該第三輻射部124係夾置於該第二槽部132之間，而該第一槽部131及該第三槽部133則分別鄰接於該第二槽部132之該U形形狀的兩端部。

該第二槽部132包括兩個第一槽段1321、兩個第二槽段1322及一個第三槽段1323，且各槽段間相互連通。兩個該第一槽段1321係位於該第二槽部132之U形形狀的兩端部，亦即係分別鄰接該第一槽部131及該第三槽部133，且兩個該第一槽段1321係分設於該第一內縮段1221的兩側，並具有彼此鏡像對稱的形狀。在一實施例中，兩個該第一槽段1321之寬度為該第二槽部132中最大者。另，兩個該第二槽段1322分別鄰接兩個該第一槽段1321，並大致分設於該第二輻射部123（亦即該第一突出區段）的兩側，且兩者具有彼此鏡像對稱的形狀。在一實施例中，該第二槽部132於兩個該第二槽段1322處之寬度為最小，且該寬度小於該第一突出區段（亦即該第二輻射部123）的寬度。又，該第三槽段1323具有一U形形狀，其兩端部係分別鄰接兩個該第二槽段1322，且該第三槽段1323係大致圍繞該第二內縮區段1222、該第三輻射部124、該饋入點125及該接地點134，以及該第三槽段1323之U形形狀係以該槳桿部分122為對稱線而相互對稱。在一實施例中，該第三槽段1323之U形形狀之底部的寬度大於該U形形狀之兩延伸段的寬度。

請參閱第2圖，其為本案共面波導超寬頻天線1之模擬反射損失分析圖。根據第2圖可知，如第1圖之共面波導超寬頻天線1可涵蓋極大範圍的頻帶，包括頻率介於700 MHz至960 MHz之間的一第一頻段、頻率介於1400 MHz至2100 MHz之間的一第二頻段、頻率介於2300 MHz至2700 MHz之間的一第三頻段、頻率介於3200 MHz至4200 MHz之間的一第四頻段以及頻率介於5150 MHz至5840 MHz之間的一第五頻段，具有良好的全向性。且根據實驗數據亦可知，本案共面波導超寬頻天線1於全面頻帶的增益可控制在相當低的值，例如低於3dB，此則有利於全面地符合不同國家有關電波法的不同規定，尤其每個國家的規定不同，但低於3dB之增益係為可符合大多數國家規定的數值，相當具有優勢。

透過進一步的實驗可知，與上述各頻段相對應之本案共面波導超寬頻天線1的各部分。其中該共面波導單元12整體，亦即該槳葉部分121加上該槳桿部分122，係對應至該第一頻段700 MHz至960 MHz的無線傳輸，該第一輻射部121係對應至該第二頻段1400 MHz至2100 MHz之無線傳輸，該第一輻射部121中該穿透部126與該槳葉部分121及該槳桿部分122交接處之間的部分1211係對應至該第三頻段2300 MHz至2700 MHz之無線傳輸，該第二輻射部123係對應至該第四頻段3200 MHz至4200 MHz之無線傳輸，以及該第三輻射部124係對應至該第五頻段5150 MHz至5840 MHz之無線傳輸。

由上述的實驗數據可知，與習知技術中之微帶線不同，本案共面波導單元12的微帶線，亦即該槳桿部分122，係具有天線的功能，可用以執行無線傳輸。這是因為，本案於該槳桿部分122上設置了該第一內縮區段1221、該第一突出區段123、該第二內縮區段1222、該第二突出區段124及該第三突出區段1223，透過形狀的改變，使得該槳桿部分122亦成為天線的一部份。

另，藉由設置該第一孔槽131、該第二孔槽132及該第三孔槽133及對各個孔槽之設置位置及/或形狀的調整，以及藉由設置該穿透部126及對該穿透部126之設置位置及/或形狀的調整，可綜合地有效增加天線所涵蓋的頻寬範圍，例如可藉以調配耦合量，並達成頻段微調的效果。

而上述的結構，則可在該基板11之尺寸相當小巧的前提下實現。在一實施例中，該基板11的寬度介於約13.0 mm至14.0 mm之間，且長度介於約94.5 mm至95.5 mm之間，厚度則僅介於約0.8 mm至2.2 mm之間。且由於此結構適用於印刷電路板技術，可大量生產，有助於商業化。

請參閱第3A-3B圖，第3A圖顯示本案實施例之採用該共面波導超寬頻天線1之外置式天線的側視圖，以及第3B圖顯示本案實施例之採用該共面波導超寬頻天線1之外置式天線的正視圖。如圖所示，一用以容置該共面波導超寬頻天線1的外置式天線2的長度介於約155 mm至165 mm之間、寬度介於約16.5 mm至18.5 mm之間、及厚度介於約6.5 mm至8.5 mm之間。此與習知的外置式天線相較，無論是長度或厚度皆有大幅的減少，且基於該基板11為片狀形式，在設計外觀時，能有更多變化與選擇，有助於提升消費者的購買慾望。

綜上所述，本案之共面波導超寬頻天線透過特殊的波導單元、接地面及孔槽部的形狀及位置設計，可有效達成尺寸縮小但仍能涵蓋五個頻段的超寬頻天線，有助於製造及設置同時擁有強大無線傳輸能力及美觀外型的外置式天線。

須注意，上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例，本案不限於所述之實施例，本案之範圍由如附專利申請範圍決定。且本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附專利申請範圍所欲保護者。

1:共面波導超寬頻天線 11:基板 12:共面波導單元 121:槳葉部分、第一輻射部 1211:部分 122:槳桿部分 1221:第一內縮區段 1222:第二內縮區段 1223:第三突出區段 123:第二輻射部 124:第三輻射部 125:饋入點 126:穿透部 13:接地面 131:第一槽部 132:第二槽部 1321:第一槽段 1322:第二槽段 1323:第三槽段 133:第三槽部 134:接地點 2:外置式天線

第1圖顯示本案實施例之共面波導超寬頻天線的示意圖。 第2圖為本案共面波導超寬頻天線1之模擬反射損失分析圖。 第3A圖顯示本案實施例之採用共面波導超寬頻天線之外置式天線的側視圖。 第3B圖顯示本案實施例之採用共面波導超寬頻天線之外置式天線的正視圖。

1:共面波導超寬頻天線

11:基板

12:共面波導單元

121:槳葉部分、第一輻射部

1211:部分

122:槳桿部分

1221:第一內縮區段

1222:第二內縮區段

1223:第三突出區段

123:第二輻射部

124:第三輻射部

125:饋入點

126:穿透部

13:接地面

131:第一槽部

132:第二槽部

1321:第一槽段

1322:第二槽段

1323:第三槽段

133:第三槽部

134:接地點

2:外置式天線

Claims (9)

1. 一種共面波導超寬頻天線，包括： 一基板； 一共面波導單元，設於該基板上，包括一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一穿透部以及一饋入點，其中該共面波導單元具有一類划槳形狀，且該類划槳形狀包括一槳葉部分及一槳桿部分，該第一輻射部大致為該槳葉部分，該第二輻射部具有一第一矩形形狀並設於該槳桿部分上，該第三輻射部具有一第二矩形形狀並設於該槳桿部分上，且該第二輻射部位於該第一輻射部與該第三輻射部之間，該穿透部設置於該第一輻射部並穿透該第一輻射部及下方之該基板，以及該饋入點設置於該槳桿部分的一自由端；以及 一接地面，設於該基板上，具有一U形形狀，並圍繞的該槳桿部分，其中該接地面包括一第一槽部、一第二槽部、一第三槽部以及一接地點，該第一槽部與該第三槽部位於該U形形狀的二個端部並於該槳桿部分的兩側對稱地彼此相對，以及該第二槽部分別鄰接該第一槽部及該第三槽部並圍繞該槳桿部分的該自由端，進而對稱地分設於該槳桿部分的兩側，並將該第二輻射部及該第三輻射部夾置於其間， 其中該共面波導單元係整體對應一第一頻段之無線傳輸，該第一輻射部係對應一第二頻段之無線傳輸，該第一輻射部中該穿透部與該槳葉部分及該槳桿部分交接處之間的部分係對應一第三頻段之無線傳輸，該第二輻射部係對應一第四頻段之無線傳輸，以及該第三輻射部係對應一第五頻段之無線傳輸。
2. 如請求項1所述之共面波導超寬頻天線，其中該槳葉部分由一矩形部分以及一梯形部分組成，該梯形部分連接於該矩形部分與該槳桿部分之間，以及該穿透部係大致位於該梯形部分，並具有一膠囊狀形狀。
3. 如請求項1所述之共面波導超寬頻天線，其中該第一矩形形狀係為該槳桿部分上的一第一突出區段，且該第二矩形形狀係為該槳桿部分上的一第二突出區段。
4. 如請求項1所述之共面波導超寬頻天線，其中該第一矩形形狀與該第二矩形形狀係形狀相同。
5. 如請求項1所述之共面波導超寬頻天線，其中該第二槽部對應該第二輻射部處之寬度係小於對應該第三輻射部處之寬度。
6. 如請求項1所述之共面波導超寬頻天線，其中該第二槽部分別鄰接該第一槽部及該第三槽部的二端係具有最大的寬度。
7. 如請求項1所述之共面波導超寬頻天線，其中該饋入點係設置於該槳桿部分之該自由端的末端，以及該接地點係設置於該接地面之該U形形狀的底部，且該饋入點與該接地點彼此相鄰、但相間隔。
8. 如請求項1所述之共面波導超寬頻天線，其中該第一頻段之頻率介於700 MHz至960 MHz之間，該第二頻段之頻率介於1400 MHz至2100 MHz之間，該第三頻段之頻率介於2300 MHz至2700 MHz之間，該第四頻段之頻率介於3200 MHz至4200 MHz之間，以及該第五頻段之頻率介於5150 MHz至5840 MHz之間。
9. 如請求項1所述之共面波導超寬頻天線，其中該基板具有一寬度，約介於13.0 mm至14.0 mm之間，以及一長度，約介於94.5 mm至95.5 mm之間。

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