TWM561337U

TWM561337U - 雙極化天線

Info

Publication number: TWM561337U
Application number: TW107200135U
Authority: TW
Inventors: hong-yuan Xie; Rui-Zhan Xu
Original assignee: Master Wave Technology Co Ltd
Priority date: 2018-01-04
Filing date: 2018-01-04
Publication date: 2018-06-01

Abstract

一種雙極化天線，其包含一基板、一第一天線和一第二天線。因此本創作藉低頻路徑與高頻路徑的各自獨立，在阻抗匹配調整上有極大的便利之處，亦即相互影響極小。又低頻路徑有彎折部，可以縮小天線的設置面積，而高頻路徑設置於整體天線架構之內，故可不需另外延伸路徑來激發頻段，便可藉此來縮小面積。較佳的，藉匹配路徑的設置，以調整整體匹配機制，改善阻抗匹配。且其第二天線中，設置空乏區與第一至第三溝槽，為有效製造多重路徑寬頻的效果，藉以達成功效。

Description

雙極化天線

本創作係一種雙極化天線，尤指一種寬頻、可有效縮小天線尺寸，以及符合水平和垂直極化之需求的雙極化天線。

雙極化天線(dual-polarization antenna)是一種較新型的天線技術，例如組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線，同時工作在收發雙工模式下。當然，隨著通訊技術的演變，雙極化天線的設計更佳的講求應用廣泛實用性以及易結合性。常見習知的單一極化天線僅能接收或發射單一方向的訊號，而無法接收或發射其它方向的訊號，因此，在使用上具有限制性。故為了使天線的應用更加的廣泛，開始出現所謂的雙極化天線，亦即可接收或發射二個方向訊號的天線，但此類雙極化天線諸多常有隔離度不好的問題。

此外，近年來無線通訊技術快速的發展，長期演進(Long Term Evolution，LTE)通訊技術應運而生。由於LTE的700/2300/2500的頻段涵蓋了704~960MHz以及1710~2690MHz，因此涵蓋了無線廣域網路(Wireless Wide Area Network，WWAN)的五頻操作，相較於傳統的無線區域網路(Wireless Local Area Network，WLAN)的2.4G、5G天線，該LTE天線涵蓋了較低頻及更大的頻寬。因此，如何兼顧天線多頻操作與收訊品質，其為天線設計時需要留意之處。

故在雙極化天線中，請參閱第一圖和第二圖所示，其中包含了一基板1，該基板1具有第一表面和相反於第一表面之第二表面，並於第一表面上成型設有兩相對稱之第一輻射體11和第二輻射體12，及於第一表面上相交於第一輻射體11和第二輻射體12成型設有兩相對稱之第三輻射體13和第四輻射體14，該第一輻射體11和第二輻射體12之間透過兩第一導電路徑15於第一表面直接電性相接設，該第三輻射體13和第四輻射體14於第二表面且透過第二導電路徑16和第三導電路徑17而相互電性接設，此一雙極化天線輻射體的細部結構如第一圖和第二圖所呈現，並不再贅述。

但此一技術方案中，具有無線通訊功能的電子產品，例如筆記型電腦、智慧型手機、個人數位助理(Personal Digital Assistant)等等，係透過天線來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號，進而存取無線網路。因此，為了讓使用者能更加方便的存取無線通訊網路，理想天線的頻寬應在許可的範圍內儘可能的增加，而尺寸則應儘量縮小，以配合電子產品體積縮小的趨勢。此外，隨著無線通訊技術不斷演進，電子產品所配置的天線數量可能增加。如前述的長期演進(Long Term Evolution，LTE)無線通訊系統可支援多輸入多輸出(Multi-input Multi-output，MIMO)通訊技術，亦即相關電子產品可透過多重或多組天線同步收發無線訊號，以在盡量不影響頻寬或總發射功率耗損的情形下，大幅的增加系統資料傳輸量及傳送距離，進而有效提升無線通訊系統之頻譜效率及傳輸速率，藉以改善通訊品質，是為必須改善的課題。

是故，如何針對以上所論述之缺失加以改進，即為本案申請人所欲解決之技術困難點所在。

有鑑於習用之缺失，因此本創作在於解決及改善習用所存在的問題與缺失為目的。

為了達成以上之目的，本創作提供一種雙極化天線，其包含：一基板；一第一天線，係成型設於該基板上，該第一天線設有兩輻射部，該每一輻射部設有一第一饋入端，該每一第一饋入端由兩側分別延伸設有一第一饋入線路和一第二饋入線路，該每一輻射部之該第一饋入線路和第二饋入線路由個別相同之一側分別延伸設有一第一高頻路徑和一第二高頻路徑，該每一輻射部之該第一饋入線路和第二饋入線路由個別相同之另一側分別延伸設有一第一匹配路徑和一第二匹配路徑，且該每一輻射部之該第一饋入線路由該每一輻射部之該第一高頻路徑與第一匹配路徑相同之一側分別延伸設有一第一低頻路徑，該每一輻射部之該第二饋入線路由該每一輻射部之該第二高頻路徑與第二匹配路徑相同之一側分別延伸設有一第二低頻路徑；一第二天線，係成型設於該基板上，該第二天線設有一饋入路徑、一第三輻射部和一接地部，該饋入路徑與第三輻射部相連接，該第三輻射部設有一空乏區，該第三輻射部之該空乏區分別延伸設有一第一溝槽和一第二溝槽，且該第三輻射部上設有至少一開放形式的第三溝槽。

其中該其中一輻射部成型設於該基板具有之一第一表面上，且該其中另一輻射部成型設於該基板具有之一第二表面上，該第二表面以相反面之相反於第一表面的方式設置。又該其中一輻射部之第一低頻路徑和第二低頻路徑上分別設有一第一彎折部和一第二彎折部，且該其中另一輻射部之第一低頻路徑和第二低頻路徑上分別設有一第三彎折部和一第四彎折部。較佳的，該其中一輻射部之第一低頻路徑和第二低頻路徑上分別設有一第一L形線段和一第二L形線段，該其中另一輻射部之第一低頻路徑和第二低頻路徑上分別設有一第三L形線段和一第四L形線段。該饋入路徑、第三輻射部和接地部成型設於該基板具有之第一表面上。

此外，該空乏區為矩形。且該第三輻射部上的周圍設有一第一斜邊和一第二斜邊。較佳的，該接地部上的周圍設有複數第三斜邊。該其中一輻射部之該第一高頻路徑和第二高頻路徑的形狀為L形。

因此本創作藉低頻路徑與高頻路徑的各自獨立，在阻抗匹配調整上有極大的便利之處，亦即相互影響極小。又低頻路徑有彎折部，可以縮小天線的設置面積，而高頻路徑設置於整體天線架構之內，故可不需另外延伸路徑來激發頻段，便可藉此來縮小面積。較佳的，藉匹配路徑的設置，以調整整體匹配機制，改善阻抗匹配。且其第二天線中，設置空乏區與第一至第三溝槽，為有效製造多重路徑寬頻的效果，藉以達成功效。

〔習用〕

1‧‧‧基板

11‧‧‧第一輻射體

12‧‧‧第二輻射體

13‧‧‧第三輻射體

14‧‧‧第四輻射體

15‧‧‧第一導電路徑

16‧‧‧第二導電路徑

17‧‧‧第三導電路徑

〔本創作〕

1‧‧‧基板

11‧‧‧第一表面

12‧‧‧第二表面

2‧‧‧第一天線

21‧‧‧輻射部

210‧‧‧第一饋入端

211‧‧‧第一饋入線路

212‧‧‧第二饋入線路

213‧‧‧第一高頻路徑

214‧‧‧第二高頻路徑

215‧‧‧第一匹配路徑

216‧‧‧第二匹配路徑

217‧‧‧第一低頻路徑

218‧‧‧第二低頻路徑

22‧‧‧輻射部

221‧‧‧第一饋入線路

222‧‧‧第二饋入線路

223‧‧‧第一高頻路徑

224‧‧‧第二高頻路徑

225‧‧‧第一匹配路徑

226‧‧‧第二匹配路徑

227‧‧‧第一低頻路徑

228‧‧‧第二低頻路徑

3‧‧‧第二天線

31‧‧‧饋入路徑

32‧‧‧第三輻射部

320‧‧‧空乏區

321‧‧‧第一溝槽

322‧‧‧第二溝槽

323‧‧‧第三溝槽

324‧‧‧第一斜邊

325‧‧‧第二斜邊

33‧‧‧接地部

331‧‧‧第三斜邊

40‧‧‧第一彎折部

41‧‧‧第三彎折部

50‧‧‧第二彎折部

51‧‧‧第四彎折部

60‧‧‧第一L形線段

61‧‧‧第三L形線段

70‧‧‧第二L形線段

71‧‧‧第四L形線段

220‧‧‧第一饋入端

第一圖係習用之雙極化天線的結構及其部分透視圖。

第二圖係習用之第一圖的第二表面其結構圖。

第三圖係本創作較佳實施例之雙極化天線及其基板的平面(第一表面)結構示意圖。

第四圖係本創作較佳實施例之雙極化天線及其基板的平面(第二表面)結構示意圖。

第五圖係本創作較佳實施例之雙極化天線及其基板的平面(第一表面)結構及透視示意圖。

第六圖係本創作較佳實施例之第一天線的反射損失(Return Loss)及其頻率圖。

第六之A圖係本創作較佳實施例之對照於第六圖的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)及其頻率圖。

第七圖係本創作較佳實施例之第二天線的反射損失及其頻率圖。

第七之A圖係本創作較佳實施例之對照於第七圖的電壓駐波比及其頻率圖。

第八圖係本創作較佳實施例之第一天線與第二天線之間的饋入損失(insertion loss)及其頻率圖，饋入損失的絕對值可稱為隔離度。

第九圖係本創作較佳實施例之第一天線共振於704~960MHz頻段之天線特性數據說明。

第十圖係本創作較佳實施例之第一天線共振於1710~2690MHz頻段之天線特性數據說明。

第十一圖係本創作較佳實施例之第二天線共振於704~960MHz頻段之天線特性數據說明。

第十二圖係本創作較佳實施例之第二天線共振於1710~2690MHz頻段之天線特性數據說明。

為了使貴審查委員能清楚了解本創作之內容，係以下列實施例搭配圖式及符號加以說明，敬請參閱之。

請參閱第三圖至第五圖所示，本創作提供一種雙極化天線，其包含：一基板1、一第一天線2和一第二天線3。

該第一天線2成型設於該基板1上，該第一天線2設有兩輻射部21、22，該每一輻射部21、22設有一第一饋入端210、220，該每一第一饋入端210、220由兩側分別延伸設有一第一饋入線路211、221和一第二饋入線路212、222，該每一輻射部21、22之該第一饋入線路211、221和第二饋入線路212、222由個別相同之一側分別延伸設有一第一高頻路徑213、223和一第二高頻路徑214、224，該每一輻射部21、22之該第一饋入線路211、221和第二饋入線路212、222由個別相同之另一側分別延伸設有一第一匹配路徑215、225和一第二匹配路徑216、226，且該每一輻射部21、22之該第一饋入線路211、221由該每一輻射部21、22之該第一高頻路徑213、223與第一匹配路徑215、225相同之一側分別延伸設有一第一低頻路徑217、227，該每一輻射部21、22之該第二饋入線路212、222由該每一輻射部21、22之該第二高頻路徑214、224與第二匹配路徑216、226相同之一側分別延伸設有一第二低頻路徑218、228。

於本實施例中，該第一天線2可形成水平極化。此外，該其中一輻射部21成型設於該基板1具有之一第一表面11上，且該其中另一輻射部22成型設於該基板1具有之一第二表面12上，藉以達成縮小天線的設置面積，該第二表面12以相反面之相反於第一表面11的方式設置。

又該其中一輻射部21之第一低頻路徑217和第二低頻路徑218上分別設有一第一彎折部40和一第二彎折部50，且該其中另一輻射部22之第一低頻路徑227和第二低頻路徑228上分別設有一第三彎折部41和一第四彎折部51。因此本創作除了藉低頻路徑與高頻路徑的各自獨立，在阻抗匹配調整上有極大的便利之處，亦即相互影響極小。又低頻路徑設有彎折部，可以縮小天線的設置面積，而高頻路徑設置於整體天線(第一天線2)架構之內，故可不需另外延伸路徑來激發頻段，便可藉此來縮小天線面積。

當然，該其中一輻射部21之第一低頻路徑217和第二低頻路徑218上分別設有一第一L形線段60和一第二L形線段70，該其中另一輻射部22之第一低頻路徑227和第二低頻路徑228上分別設有一第三L形線段61和一第四L形線段71。同理，此設置方式更可進一步的縮小天線面積，實為本創作之特點。較佳的，藉第一匹配路徑215、225和第二匹配路徑216、226的設置，增加天線路徑，以調整整體匹配機制，可改善第一天線2阻抗匹配。

另外，該第二天線3成型設於該基板1上，該第二天線3設有一饋入路徑31、一第三輻射部32和一接地部33，該饋入路徑31與第三輻射部32相連接，該第三輻射部32設有一空乏區320，該第三輻射部32之該空乏區320分別延伸設有一第一溝槽321和一第二溝槽322，且該第三輻射部32上設有多個開放形式的第三溝槽323(可為三個)。即，該等第三溝槽323的個別一端設置於該第三輻射部32的邊緣。

於本實施例中，該饋入路徑31、第三輻射部32和接地部33成型設於該基板1具有之第一表面11上。因此，該第二天線3可形成為垂直極化，且相較於第一天線2其為偶極天線，該第二天線3為單極天線形式。故第二天線3中，設置空乏區320與第一溝槽321、第二溝槽322和該等第三溝槽323，其為有效製造多重路徑寬頻的效果，藉以達成功效。

較佳的，該空乏區320為矩形，寬頻的效果最佳。且該第三輻射部32上的周圍(邊緣)設有一第一斜邊324和一第二斜邊325，以產生斜向電流，進而達到一穩定的寬頻效果。此外，該接地部33上的周圍(邊緣)設有複數第三斜邊331，同理，予以改善頻寬的匹配。又該其中一輻射部22之該第一高頻路徑223和第二高頻路徑224的形狀為L形，藉以增加路徑，改善高頻阻抗匹配，實為本創作之特點。

為了更明確的說明本創作，且足以支持本創作之創作特點，故進一步的以天線特性圖及數據表格茲以說明。因此，請繼續參閱第五圖、第六圖和第六之A圖所示，其中代表其第一天線2工作於LTE頻段的反射損失及對照的電壓駐波比波形圖。較佳的，反射損失於高頻段2.7GHz為-19.879dB且對照的電壓駐波比值可達1.2257之低值，足以證明予以明顯改善高頻的頻寬響應，實為本創作之特點。

另外，請再參閱第五圖、第七圖和第七之A圖所示，其中代表其第二天線3工作於LTE頻段的反射損失及對照的電壓駐波比波形圖。較佳的，反射損失於高頻段2.5GHz為-31.866dB且對照的電壓駐波比值可達1.0524之低值，趨近於理想值，足以證明予以明顯改善高頻的頻寬響應，且其它頻段的反射損失均可小於10dB，又對照的電壓駐波比值均可不超過2，實為本創作之特點。

進一步的，請繼續參閱第五圖和第八圖所示，其中該第一天線2與第二天線3之間的饋入損失，其絕對值可稱為隔離度。於本實施例中，該饋入損失除了960MHz頻段以外，其餘均具有較優異的表現，代表第一天線2與第二天線3彼此運作時，兩者的相互干擾程度低，亦即藉以達到提升隔離度的效果，並達到寬頻隔離度的目標。

另外可配合參酌第九圖和第十圖所示，其為第一天線2的天線特性數據說明；以及可配合參酌第十一圖和第十二圖所示，其為第二天線3的天線特性數據說明，並於此不再贅述。

以上所論述者，僅為本創作較佳實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍；故在不脫離本創作之精神與範疇內所作之等效形狀、構造或組合之變換，皆應涵蓋於本創作的申請專利範圍內。

Claims

一種雙極化天線，其包含：一基板；一第一天線，係成型設於該基板上，該第一天線設有兩輻射部，該每一輻射部設有一第一饋入端，該每一第一饋入端由兩側分別延伸設有一第一饋入線路和一第二饋入線路，該每一輻射部之該第一饋入線路和第二饋入線路由個別相同之一側分別延伸設有一第一高頻路徑和一第二高頻路徑，該每一輻射部之該第一饋入線路和第二饋入線路由個別相同之另一側分別延伸設有一第一匹配路徑和一第二匹配路徑，且該每一輻射部之該第一饋入線路由該每一輻射部之該第一高頻路徑與第一匹配路徑相同之一側分別延伸設有一第一低頻路徑，該每一輻射部之該第二饋入線路由該每一輻射部之該第二高頻路徑與第二匹配路徑相同之一側分別延伸設有一第二低頻路徑；一第二天線，係成型設於該基板上，該第二天線設有一饋入路徑、一第三輻射部和一接地部，該饋入路徑與第三輻射部相連接，該第三輻射部設有一空乏區，該第三輻射部之該空乏區分別延伸設有一第一溝槽和一第二溝槽，且該第三輻射部上設有至少一開放形式的第三溝槽。
如申請專利範圍第1項所述之雙極化天線，其中該其中一輻射部成型設於該基板具有之一第一表面上，且該其中另一輻射部成型設於該基板具有之一第二表面上，該第二表面以相反面之相反於第一表面的方式設置。
如申請專利範圍第1項所述之雙極化天線，其中該其中一輻射部之第一低頻路徑和第二低頻路徑上分別設有一第一彎折部和一第二彎折部，且該其中另一輻射部之第一低頻路徑和第二低頻路徑上分別設有一第三彎折部和一第四彎折部。
如申請專利範圍第3項所述之雙極化天線，其中該其中一輻射部之第一低頻路徑和第二低頻路徑上分別設有一第一L形線段和一第二L形線段，該其中另一輻射部之第一低頻路徑和第二低頻路徑上分別設有一第三L形線段和一第四L形線段。
如申請專利範圍第1項所述之雙極化天線，其中該空乏區為矩形。
如申請專利範圍第1項所述之雙極化天線，其中該第三輻射部上的周圍設有一第一斜邊和一第二斜邊。
如申請專利範圍第1項所述之雙極化天線，其中該接地部上的周圍設有複數第三斜邊。
如申請專利範圍第2項所述之雙極化天線，其中該饋入路徑、第三輻射部和接地部成型設於該基板具有之第一表面上。
如申請專利範圍第1項所述之雙極化天線，其中該其中一輻射部之該第一高頻路徑和第二高頻路徑的形狀為L形。