CN100345336C - 超宽频偶极天线 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种超宽频偶极天线，其构造包括有第一辐射金属套筒、第二辐射金属套筒、辐射金属线及馈入同轴传输线，其中，该第一与第二辐射金属套筒的形状都大致为具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，而第二辐射金属套筒的延伸方向与该第一辐射金属套筒的延伸方向大致平行且具有与该第一辐射金属套筒相同的开口方向；该辐射金属线具有一起始端及一末端，并包含一馈入点，且该馈入点位于该辐射金属线的该起始端。本发明具有超宽频特性，其频宽可达到4.2GHz(2.385-6.585GHz)，轻易涵盖无线局域网络2.4GHz(2.4-2.5GHz)及5GHz(5.15-5.35GHz，5.725-5.875GHz)频带需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种偶极天线(dipole antenna)，特别是应用于无线通讯产品上的天线。
背景技术
随着近年来无线通讯的快速发展，在天线的性能需求上也逐渐提高，不但要求尺寸的缩小化，且必须具备有整合性与多频带等特性，才具有市场竞争力。在无线局域网络(wireless local area network)产品的天线设计上亦是如此，不但要尽量降低其天线高度，且必须能达到宽频及多频的系统需求。
目前适用于无线局域网络的电子通讯产品，已有一些已知的偶极天线1设计(参考图1)，其包含一辐射金属线13并具有一馈入点131与馈入同轴传输线14的中心导线141相连接，为偶极天线1正端部分；及一中空金属套筒12连接于该馈入同轴传输线的外层接地导体142，为偶极天线1负端部分，而此类设计大多只能单频操作于无线局域网络2.4或5GHz频带，无法达成双频带操作，且其频宽通常亦无法满足在5GHz的宽频需求(包含5.2及5.8GHz频带)。
发明内容
为解决单频使用问题，我们在本发明中提出一种超宽频偶极天线的创新设计，先利用一辐射金属线及一个与馈入同轴传输线的外层接地导体相连接的辐射金属套筒，提供偶极天线的基频共振模态及多个高阶共振模态，再藉由一个或两个外加的辐射金属套筒，产生多个电磁耦合共振模态，并利用该外加辐射金属套筒的半径大小及互相之间的间距来调整其电容效应，使得这些在天线操作频带内的共振模态能够达成阻抗匹配，形成一超宽频特性，其频宽可轻易涵盖无线局域网络2.4及5GHz频带。
本发明的目的在于提供一种超宽频偶极天线的创新设计，可涵盖无线局域网络2.4GHz及5GHz全频带(包含5.2及5.8GHz频带)。
为达成上述的目的，本发明超宽频偶极天线可由以下的实施方式加以达成：
本发明天线包括有第一辐射金属套筒、第二辐射金属套筒、辐射金属线及一馈入同轴传输线，其中第一与第二辐射金属套筒的形状大致都为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，且在该封闭面上具有一开孔；该第二辐射金属套筒的延伸方向与该第一辐射金属套筒的延伸方向大致平行，且其开口方向与该第一辐射金属套筒的开口方向相同，该第二辐射金属套筒的封闭面位于该第一辐射金属套筒内部，并具有一开孔；该辐射金属线具有一起始端及一末端，该起始端位于该第二辐射金属套筒的该封闭面上的该开孔中央，而该末端则穿过该第一辐射金属套筒的该封闭面上的该开孔向外延伸，该辐射金属线并包含一馈入点，且该馈入点位于该辐射金属线的该起始端；该馈入同轴传输线，位于该第二辐射金属套筒内部，用以传输讯号，其结构包含有一中心导线及一外层接地导体，该中心导线连接至辐射金属线的馈入点；该外层接地导体连接至该第二辐射金属套筒的封闭面上的开孔边缘。
在本发明设计中，该辐射金属线及该第二辐射金属套筒所形成的偶极天线可产生一基频共振模态及多个高阶共振模态，并藉由调整该辐射金属线长度及该第二辐射金属套筒半径及长度，即可控制该基频共振模态及该多个高阶共振模态的频率比至所需要的频带。同时，外加于该第二辐射金属套筒上的第一辐射金属套筒，藉由其电磁耦合特性可产生多个共振模态，且利用该第一辐射金属套筒的半径及长度可控制该多个电磁耦合共振模态的频率范围至所需的操作频带内。另外藉由改变该第一辐射金属套筒与该第二辐射金属套筒互相之间距以及该第一辐射金属套筒本身半径大小，可改变所产生的电容效应，经过适当调整可使得在天线操作频带内的共振模态达成良好阻抗匹配，形成一超宽频天线操作。藉由上述特性，即可设计出一适用于无线局域网络2.4GHz及5GHz全频带(包含5.2及5.8GHz频带)的超宽频偶极天线。本发明天线在不改变天线整体高度的情况下，即可大幅增加其操作频宽，是极具有产业应用价值的创新设计。
附图说明
图1为已知偶极天线一实施例结构图。
图2为本发明天线一实施例结构图。
图3为本发明天线一实施例分解结构图。
图4为本发明天线一实施例的返回损失实验结果。
图5为本发明天线的其它实施例结构图。
图6为本发明天线的其它实施例结构图。
图7为本发明天线的其它实施例结构图。
具体实施方式
如图2所示，其为本发明的超宽频偶极天线2的一个实施例，该天线2的结构包括有第一辐射金属套筒20、第二辐射金属套筒22、辐射金属线23及馈入同轴传输线24，该第一辐射金属套筒20的形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，且在该封闭面201上具有一开孔202，该开孔202是供辐射金属线23穿设；该第二辐射金属套筒22的结构大致与第一辐射金属套筒20的结构相当，其形状亦为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，且该封闭面221位于该第一辐射金属套筒20内部并具有一开孔222，而其延伸方向与该第一辐射金属套筒20的延伸方向大致平行且具有与该第一辐射金属套筒20相同的开口方向；该辐射金属线23，具有一起始端及一末端，该起始端位于该第二辐射金属套筒22的封闭面221上的开孔222中央，而该末端则穿过该第一辐射金属套筒20的封闭面201上的开孔202向外延伸，在该辐射金属线23的起始端并包含一馈入点231；而该馈入同轴传输线24，位于该第二辐射金属套筒22内部，用以传输讯号，其包含有一中心导线241及一外层接地导体242，该中心导线241连接至辐射金属线23的馈入点231；该外层接地导体242则连接至该第二辐射金属套筒22的封闭面221上的开孔222边缘。
本发明的第一辐射金属套筒20的直径大于第二辐射金属套筒22的直径，且该第一辐射金属套筒20与该第二辐射金属套筒22为相套合连接。而该第二辐射金属套筒22与该辐射金属线23所形成的偶极天线可产生一基频共振模态及多个高阶共振模态，并利用调整该辐射金属线23的长度及该第二辐射金属套筒22的半径及长度，可控制该基频共振模态及该多个高阶共振模态的频率比至所需要的频带。而外加于该第二辐射金属套筒22上的第一辐射金属套筒20，藉由其电磁耦合特性会产生多个共振模态，并可利用调整该第一辐射金属套筒20的半径及长度来控制该多个电磁耦合共振模态的频率范围至所需的操作频带内。另外藉由改变该第一辐射金属套筒20与该第二辐射金属套筒22互相的间距，亦可适当调整其所产生的电容效应，使得在天线操作频带内的共振模态可达成良好阻抗匹配，形成一超宽频天线特性。
为了更方便了解本发明天线的组成结构，如图3所示的分解图，在图中第一辐射金属套筒20与第二辐射金属套筒22为上下分离；辐射金属线23位于与该第一辐射金属套筒20的相对位置上，馈入同轴传输线24则是位于该第二辐射金属套筒22内部。
图4为本发明天线的实施例的返回损失实验结果；图中曲线41则为该天线的超宽频操作频带，由实验结果可得到此一实施例于2.5∶1VSWR(电压驻波比)阻抗频宽定义下，其频宽可达到4.2GHz(2.385-6.585GHz)，可轻易满足无线局域网络系统于2.4GHz(2.4-2.5GHz)及5GHz(5.15-5.35、5.725-5.875GHz)频带的频宽需求。
图5为本发明天线的另一实施例的结构图，其结构包括了第一辐射金属套筒50，其形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，且在该封闭面501上具有一开孔502；第二辐射金属套筒52，其形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，而其延伸方向与该第一辐射金属套筒50的延伸方向大致平行，且具有与该第一辐射金属套筒50相同的开口方向，该第二辐射金属套筒52的该封闭面521位于该第一辐射金属套筒50内部并具有一开孔522；一辐射金属线53，具有一起始端及一末端，该起始端位于该第二辐射金属套筒52的该封闭面521上的该开孔522中央，而该末端则穿过该第一辐射金属套筒50的该封闭面501上的该开孔502向外延伸，该辐射金属线53并包含一馈入点531，且该馈入点531位于该辐射金属线53的该起始端；及一馈入同轴传输线54，位于该第二辐射金属套筒52内部，用以传输讯号，该馈入同轴传输线54包含了一中心导线541，连接至该辐射金属线53的该馈入点531；及一外层接地导体542，连接至该第二辐射金属套筒52的该封闭面521上的该开孔522边缘。而在本实施例中，第一辐射金属套筒50的长度远长于第二辐射金属套筒52的长度，使第二辐射金属套筒52完全被第一辐射金属套筒50套覆于内并与其相连接。而该第二辐射金属套筒52与该辐射金属线53所形成的偶极天线可产生一基频共振模态及多个高阶共振模态，并利用调整该辐射金属线53的长度及该第二辐射金属套筒52的半径及长度，可控制该基频共振模态及该多个高阶共振模态的频率比至所需要的频带。而外加于该第二辐射金属套筒52上的第一辐射金属套筒50，藉由其电磁耦合特性会产生多个共振模态，并可利用调整该第一辐射金属套筒50的半径及长度来控制该多个电磁耦合共振模态的频率范围至所需的操作频带内。另外藉由改变该第一辐射金属套筒50与该第二辐射金属套筒52互相的间距，可适当调整其所产生的电容效应，使得在天线操作频带内的共振模态可达成良好阻抗匹配，形成一超宽频天线特性。
图6为本发明天线的又一实施例的结构图，其结构包括了第一辐射金属套筒60，其形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，且在该封闭面601上具有一开孔602；第二辐射金属套筒62，其形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，而其延伸方向与该第一辐射金属套筒60的延伸方向大致平行，且具有与该第一辐射金属套筒60相同的开口方向，该第二辐射金属套筒62的该封闭面621位于该第一辐射金属套筒60内部并具有一开孔622；一辐射金属线63，具有一起始端及一末端，该起始端位于该第二辐射金属套筒62的该封闭面621上的该开孔622中央，而该末端则穿过该第一辐射金属套筒60的该封闭面601上的该开孔602向外延伸，该辐射金属线63并包含一馈入点631，且该馈入点631位于该辐射金属线63的该起始端；及一馈入同轴传输线64，位于该第二辐射金属套筒62.内部用以传输讯号，其包含了一中心导线641，连接至该辐射金属线63的该馈入点631；及一外层接地导体642，连接至该第二辐射金属套筒62的该封闭面621上的该开孔622边缘。而在本实施例6中，该第一辐射金属套筒60的直径大于该第二辐射金属套筒62的直径，且该第一辐射金属套筒60与该第二辐射金属套筒62为不连接。而该第二辐射金属套筒62与该辐射金属线63所形成的偶极天线可产生一基频共振模态及多个高阶共振模态，并利用调整该辐射金属线63的长度及该第二辐射金属套筒62的半径及长度，可控制该基频共振模态及该多个高阶共振模态的频率比至所需要的频带。而外加于该第二辐射金属套筒62上的第一辐射金属套筒60，藉由其电磁耦合特性会产生多个共振模态，并可利用调整该第一辐射金属套筒60的半径及长度来控制该多个电磁耦合共振模态的频率范围至所需的操作频带内。另外藉由改变该第一辐射金属套筒60与该第二辐射金属套筒62互相的间距以及该第一辐射金属套筒60的半径大小，可适当调整其所产生的电容效应，使得在天线操作频带内的共振模态可达成良好阻抗匹配，形成一超宽频天线特性。
图7为本发明天线的再一实施例的结构图，其结构包括了第一辐射金属套筒70，其形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，且在该封闭面701上具有一开孔702；第二辐射金属套筒72，其形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，而其延伸方向与该第一辐射金属套筒70的延伸方向大致平行，且具有与该第一辐射金属套筒70相同的开口方向，该第二辐射金属套筒72的该封闭面721位于该第一辐射金属套筒70内部并具有一开孔722；第三辐射金属套筒73，其形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，而其延伸方向与该第二辐射金属套筒72的延伸方向大致平行且其开口方向与该第二辐射金属套筒72的开口方向相同，该第三辐射金属套筒73的该封闭面731位于该第二辐射金属套筒72内部并具有一开孔732；一辐射金属线74，具有一起始端及一末端，该起始端位于该第三辐射金属套筒73的该封闭面731上的该开孔732中央，而该末端则穿过该第二辐射金属套筒72的该封闭面721上的该开孔722及该第一辐射金属套筒70的该封闭面701上的该开孔702向外延伸，该辐射金属线74并包含一馈入点741，且该馈入点741位于该辐射金属线74的该起始端；及一馈入同轴传输线75，位于该第三辐射金属套筒73内部，用以传输讯号，包含了一中心导线751，连接至该辐射金属线74的该馈入点741；及一外层接地导体752，连接至该第三辐射金属套筒73的该封闭面731上的该开孔732边缘。而在本实施例7中，该第一辐射金属套筒70的直径大于该第二辐射金属套筒72的直径，该第二辐射金属套筒72的直径又大于该第三辐射金属套筒73的直径，而该第一辐射金属套筒70与该第二辐射金属套筒72为不连接，该第二辐射金属套筒72与该第三辐射金属套筒73则为相连接。而该第三辐射金属套筒73与该辐射金属线74所形成的偶极天线可产生一基频共振模态及多个高阶共振模态，并利用调整该辐射金属线74的长度及该第三辐射金属套筒73的半径及长度，可控制该基频共振模态及该多个高阶共振模态的频率比至所需要的频带。而外加于该第三辐射金属套筒73上的该第一辐射金属套筒70及该第二辐射金属套筒72，藉由其电磁耦合特性会产生多个共振模态，并可利用调整该第一辐射金属套筒70及该第二辐射金属套筒72的半径及长度来控制该多个电磁耦合共振模态的频率范围至所需的操作频带内。另外藉由改变该第一辐射金属套筒70与该第二辐射金属套筒72互相的间距、该第二辐射金属套筒72与该第三辐射金属套筒73互相的间距以及该第一辐射金属套筒70的半径大小，可适当调整其所产生的电容效应，使得在天线操作频带内的共振模态可达成良好阻抗匹配，形成一超宽频天线特性。本发明天线在不改变天线整体高度的情况下，即可大幅增加其操作频宽，是极具有产业应用价值的创新设计。
在本发明说明中所述的实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非限制本发明。因此，熟悉本技术领域者可在不违背本发明的精神对上述实施例进行修改及变化。本发明的权利范围应如后述的申请专利范围所列。
Claims (8)
1.一种超宽频偶极天线，其特征在于：该天线结构包括有第一辐射金属套筒、第二辐射金属套筒、一辐射金属线及一馈入同轴传输线，其中，
该第一辐射金属套筒的形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，且在该封闭面上具有一开孔；
该第二辐射金属套筒的形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，而其延伸方向与该第一辐射金属套筒的延伸方向大致平行且其开口方向与该第一辐射金属套筒的开口方向相同，且该封闭面位于该第一辐射金属套筒内部并具有一开孔；
该辐射金属线，具有一起始端及一末端，该起始端位于第二辐射金属套筒的封闭面上之开孔中央，而该末端则穿过该第一辐射金属套筒之封闭面上的开孔向外延伸，该辐射金属线包含一馈入点，且该馈入点位于该辐射金属线的该起始端；及
该馈入同轴传输线，位于该第二辐射金属套筒内部用以传输讯号，该传输线包含了一中心导线及一外层接地导体，其中，该中心导线连接至该辐射金属线的馈入点，该外层接地导体连接至该第二辐射金属套筒的封闭面上的开孔边缘。
2.如权利要求1所述的超宽频偶极天线，其特征在于：该第一辐射金属套筒与该第二辐射金属套筒为相连接。
3.如权利要求1所述的超宽频偶极天线，其特征在于：该第一辐射金属套筒与该第二辐射金属套筒为不连接。
4.一种超宽频偶极天线，其特征在于：该天线结构包括第一辐射金属套筒、第二辐射金属套筒、第三辐射金属套筒、一辐射金属线及一馈入同轴传输线，其中，
该第一辐射金属套筒的形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，且在该封闭面上具有一开孔；
该第二辐射金属套筒的形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，而其延伸方向与该第一辐射金属套筒的延伸方向大致平行且其开口方向与该第一辐射金属套筒的开口方向相同，且该封闭面位于该第一辐射金属套筒内部并具有一开孔；
该第三辐射金属套筒其形状大致为一具有一端开放式，另一端为封闭式的中空圆筒，而其延伸方向与该第二辐射金属套筒的延伸方向大致平行且其开口方向与该第二辐射金属套筒的开口方向相同，且该封闭面位于该第二辐射金属套筒内部并具有一开孔；
该辐射金属线，具有一起始端及一末端，该起始端位于该第三辐射金属套筒的封闭面上的开孔中央，而该末端则穿过该第二辐射金属套筒的封闭面上的开孔及该第一辐射金属套筒的封闭面上的开孔向外延伸，该辐射金属线包含一馈入点，且该馈入点位于该辐射金属线的该起始端；及
该馈入同轴传输线，位于该第三辐射金属套筒内部，用以传输讯号，该传输线包含了一中心导线及一外层接地导体，其中，该中心导线连接至该辐射金属线的馈入点，该外层接地导体，连接至该第三辐射金属套筒的封闭面上的开孔边缘。
5.如权利要求4所述的超宽频偶极天线，其特征在于：该第一辐射金属套筒与该第二辐射金属套筒为相连接。
6.如权利要求5所述的超宽频偶极天线，其特征在于：该第二辐射金属套筒与该第三辐射金属套筒为相连接。
7.如权利要求4所述的超宽频偶极天线，其特征在于：该第一辐射金属套筒与该第二辐射金属套筒为不连接。
8.如权利要求7所述的超宽频偶极天线，其特征在于：该第二辐射金属套筒与该第三辐射金属套筒为不相连接。
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Legal Events
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Owner name: LIANZHAN SCIENCE ELECTRONIC ( KUNSHAN ) CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: VIEWTRAN (SHENZHEN) INC. Effective date: 20070622 |
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Effective date of registration: 20070622 Address after: 215321, No. 888, Zhang Pu town, Kunshan, Jiangsu, Huayuan Road Applicant after: Advanced-Connectek (Kunshan) Ltd. Address before: Shenzhen City Guanlan town Baoan District 518110 Guangdong province Songyuan great first Village Road No. 34 Applicant before: Advanced Connectek (Shenzhen) Inc. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20071024 Termination date: 20170423 |