CN101394018B - 宽频共面波导馈入圆形极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种宽频共面波导馈入圆形极化天线，尤指一种可缩减其本身的厚度并可一信号处理单元一同被封装于一印刷电路板中的宽频共面波导馈入圆形极化天线。此天线包括：一具有一表面的基板；一设置于此表面并包含一馈送条、一匹配部、一第一延伸部及一第二延伸部的信号馈送单元；一设置于此表面并包含一第一接地条的第一接地单元；以及一设置于此表面并包含一第二接地条的第二接地单元。其中，第一延伸部及第二延伸部是分别自匹配部延伸而出并与匹配部电性连接，馈送条则与匹配部电性连接，且位于第一接地条与第二接地条之间。

Description

宽频共面波导馈入圆形极化天线

技术领域

本发明是关于一种宽频共面波导馈入圆形极化天线，此宽频共面波导馈入圆形极化天线可在无背覆金属导体(接地板)的情况下做为一“双向辐射单元”使用，其亦可在具有背覆金属导体的情况下作为一“单向辐射单元”使用。而当本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线作为一“单向辐射单元”使用时，其背覆金属导体(接地板)与其天线本体之间之间隔可缩短至其所发射或接收的信号的波长的八分之一，而此一距离远小于已知天线的背覆金属导体与天线本体间之间的间隔(约为信号的波长的四分之一)。由于具有此一特性，当本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线做为单向辐射使用且运用于毫米波频段时，其尺寸可进一步缩小而可与一信号处理单元一同被封装于一印刷电路板中。

背景技术

图1A是已知宽频孔洞天线的立体示意图，其包括一基板11、一导电板12及一接地板13。其中，导电板12位于基板11的一侧并与基板11相距一特定距离，接地板13则位于基板11的相对于导电板12的另一侧并与基板11结合。此外，导电板12挖设有一孔洞121，且一馈送线14将一信号馈送至位于孔洞121的周缘的导电板12的上表面122。而如图1B所示，其是沿着图1A的II’联线所得的已知宽频孔洞天线的剖面示意图。其中，基板11于其上表面111设置有多数个导电部112，而前述的接地板13则与基板11的下表面113相结合。此外，每一前述的导电部112均与一导通部114电性连接，再经由导通部114而与接地板13电性连接。

另一方面，如图1B所示，导电板12与基板11之间相距一特定距离D。虽然此特定距离D可小于已知宽频孔洞天线所发射或接收的信号波长的四分之一，但达成此目的，已知宽频孔洞天线却需要增加结构复杂的多数个导电部112及相对应的多数个导通部114。而且，除了图1A所示的矩形孔洞121以外，已知宽频孔洞天线的导电板亦可具有其它形状的孔洞，如图2A至图2F所示。在图2A至图2F中，导电板21可具有各种形状的孔洞22，如纺锤形或哑铃形等。但是，不论其导电板挖设有何种形状的孔洞，亦仅能发射或接收一线性极化的信号。

如此，作为单向幅射使用的上述宽频孔洞天线的厚度便无法进一步缩减，造成已知宽频孔洞天线的应用领域受到限制。况且，在无线通讯的领域中，一般均使用圆形极化的信号来传输信息，以避免因天线摆放的方式而影响到天线接收或发射一信号的效率。因此，前述的仅能发射或接收的线性极化信号的已知宽频孔洞天线并无法轻易地应用在无线通讯的领域中，造成其应用领域受到更进一步的限制。

因此，业界需要一种可缩减其本身的厚度并可与一信号处理单元一同被封装于一印刷电路板中的宽频共面波导馈入圆形极化天线。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种宽频共面波导馈入圆形极化天线，可做为双向辐射单元及单向辐射单元使用。当作为单向辐射单元使用时，其仅需要增加一接地板，且此接地板与天线本体之间的距离可较其所发射或接收的高频信号的四分之一波长为短。

本发明的另一目的是在提供一种宽频共面波导馈入圆形极化天线，以使得宽频共面波导馈入圆形极化天线可与一信号处理单元一同被封装于一印刷电路板中。

为达成上述目的，本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线，包括：一基板，具有一表面；一信号馈送单元，设置于此表面并包含一馈送条、一匹配部、一第一延伸部及一第二延伸部；一第一接地单元，设置于此表面并包含一第一接地条；以及一第二接地单元，设置于此表面并包含一第二接地条；其中，此第一延伸部及此第二延伸部分别自此匹配部延伸而出，且此匹配部电性连接至此馈送条、此第一延伸部及此第二延伸部，此馈送条则位于此第一接地条与此第二接地条之间。

因此，当本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线作为一“单向辐射单元”使用时，即被应用于单方向发射或接收信号的情况时，其基板(天线本体)与其接地板(背覆金属导体)之间的距离可以缩减至其所接收及发射的圆形极化高频信号的中心频率信号波长的十分之一倍，小于已知的宽频共面波导馈入圆形极化天线的四分之一倍。因此，于毫米波频段的应用中，本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线的厚度便可约略等于一信号处理单元的厚度，使得本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线可与一信号处理单元一同被封装于一印刷电路板中。此外，本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线经过适度调整便可分别在两个频段范围内接收及发射一圆形极化的高频信号，而此两个频段范围分别介于5.2GHz及5.8GHz之间(即现今的无线通讯频段)，以及介于59GHz及64GHz之间(即未来的无线通讯频段)。也就是说，本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线无需大幅改变其天线结构，便可分别在现今的无线通讯频段以及未来的无线通讯频段(毫米波频段)中操作。

本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线可还包括一围绕信号馈送单元、第一接地单元及第二接地单元于其内侧的环状部，此环状部可具有任何型式，其较佳为一具有一开口的矩形环、一具有一开口的正方形环或一具有一开口的多边形环。本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线的第一延伸部及第二延伸部可分别为一垂直延伸部及一水平延伸部，其中此垂直延伸部的形状较佳为矩形或正方形，此水平延伸部的形状则较佳为矩形或正方形。本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线的第一延伸部及第二延伸部亦可分别均为一垂直或均为一水平延伸部，其中此垂直或水平延伸部的形状较佳为矩形或正方形。本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线可具有任何材质的基板，其较佳为一FR-4材质的微波基板、一Duroid材质的微波基板、一Teflon材质的微波基板、一Rohacell材质的微波基板、一GaAs材质的微波基板、一陶瓷材质的微波基板或一硅基板。本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线的信号馈送单元、第一接地单元及第二接地单元的材质可为任何种类的金属，其较佳为铜、铝或金。本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线的接地板的材质可为任何种类的金属，其较佳为铜、铝或金。本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线可于一第一频段范围接收及发射一高频信号，此第一频段范围较佳介于5.2GHz及5.8GHz之间。本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线可于一第二频段范围接收及发射一高频信号，此第二频段范围较佳介于59GHz及64GHz之间。本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线的接地板与基板可相距任何距离，两者之间的距离较佳可小于其操作频段范围内中心频率波长的四分之一。

附图说明

为了详细说明本发明的具体结构、特征及功效所在，以下结合较佳实施例并配合附图详细说明如后，其中：

图1A是已知宽频孔洞天线的立体示意图。

图1B是沿着图1A的II’联线所得的已知宽频孔洞天线的剖面示意图。

图2A至图2F是已知宽频孔洞天线的导电板的上视示意图。

图3A是本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的立体示意图。

图3B是显示图3A的宽频共面波导馈入圆形极化天线与一接地板的结合方式的示意图。

图4A是本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的上视示意图。

图4B是本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的上视示意图。

图5A是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线与本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的返回损耗与天线操作频率之间关系的示意图。

图5B是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线与本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的轴化比率与天线操作频率之间关系的示意图。

图5C是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线与本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的增益与天线操作频率之间关系的示意图。

图5D是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线(具有环状部)与本发明第三实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线(未具有环状部)的增益与天线操作频率之间关系的示意图。

图6A是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的返回损耗与天线操作频率之间关系的示意图。

图6B是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的轴化比率与天线操作频率之间关系的示意图。

图6C是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的增益与天线操作频率之间关系的示意图。

图6D是实际量测本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线而得的圆形极化图案的示意图。

图7是本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线与一信号处理单元一同被封装于一印刷电路板的示意图。

图8A是本发明第四实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的上视示意图。

图8B是本发明第五实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的上视示意图。

图8C是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线、本发明第四实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线与本发明第五实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的轴化比率与天线操作频率之间关系的示意图。

图9A是本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的立体示意图。

图9B是显示图9A的宽频共面波导馈入圆形极化天线与一接地板的结合方式的示意图

图9C是显示本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的返回损耗与天线操作频率之间关系的示意图。

图9D是显示本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的轴化比率与天线操作频率之间关系的示意图。

图9E是显示本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的增益与天线操作频率之间关系的示意图。

具体实施方式

如图3A所示，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线，包括：一基板31、一信号馈送单元32、一第一接地单元33以及一第二接地单元34。其中，基板31具有一表面311，信号馈送单元32、第一接地单元33以及第二接地单元34则分别设置于表面311上。在本发明第一实施例中，基板31为一FR-4材质的微波基板，其介质常数(dielectric constant，ε)为4.4，其厚度为1.6mm。但在不同的应用情况中，基板31亦可为一Duroid材质的微波基板、一Teflon材质的微波基板、一Rohacell材质的微波基板、一GaAs材质的微波基板、一陶瓷材质的微波基板或一硅基板。

此外，信号馈送单元32包含一馈送条321、一匹配部322、一第一延伸部323及一第二延伸部324，且第一延伸部323与第二延伸部324并分别自匹配部322延伸而出。其中，匹配部322电性连接至馈送条321、第一延伸部323及第二延伸部324，馈送条321则再与一信号处理单元(图中未示)电性连接。另一方面，第一延伸部323为一垂直延伸部，第二延伸部324则为一水平延伸部。虽然在本发明第一实施例中，第一延伸部323与第二延伸部324的形状均为矩形，但在不同的应用情况中，它们亦可具有不同的形状，如多边形或正方形。

再如图3A所示，前述的第一接地单元33包含一第一接地条331，第一接地条331的一端还延伸出一第一接地延伸部332，且第一接地延伸部332是邻近第一延伸部323而设置于表面311。前述的第二接地单元34则包含一第二接地条341，第二接地条341的一端还延伸出一第二接地延伸部342，且第二接地延伸部342与第一接地延伸部332的形状相同。此外，在本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线中，馈送条321是位于第一接地条331与第二接地条341之间，形成所谓的“共面馈入”结构。至于匹配部322、第一延伸部323及第二延伸部324，则位于第一接地延伸部332与第二接地延伸部342之间。也就是说，信号馈送单元32被夹置于第一接地单元33与第二接地单元34之间。需注意的是，虽然在本发明第一实施例中，信号馈送单元32、第一接地单元33及第二接地单元34的材质为铜，但在不同的应用情况中，信号馈送单元32、第一接地单元33及第二接地单元34的材质亦可为铝或金。

最后，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线还包括一环状部35，且环状部35将前述的信号馈送单元32、第一接地单元33及第二接地单元34围绕于其内侧。虽然在本发明第一实施例中，环状部35为一具有一开口的矩形环，但在不同的应用情况中，环状部35亦可为一具有一开口的正方形环或一具有一开口的多边形环。

除了图3A所示的结构外，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线可还包括一接地板36，而使得前述的信号馈送单元32、第一接地单元33及第二接地单元34被夹置于基板31与接地板36之间，如图3B所示。如此，原本可作为“双向辐射单元”的本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线便仅能作为“单向辐射单元”，即仅能单方向地发射或接收信号。此外，虽然本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线于毫米波频段操作下，基板31与接地板36之间的距离为0.5mm，即约略为本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线所能接收及发射的一高频信号(其中心频率约为60GHz)的波长(5mm)的0.1倍。但需注意的是，在不同的应用情况中，基板31与接地板36亦可相距不同的距离，如前述的位于毫米波范围内的高频信号的波长的0.05倍至0.2倍之间的距离。最后，虽然在本发明第一实施例中，接地板36的材质为铜，但在不同的应用情况中，接地板36的材质亦可为铝或金。

图4A是本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的上视示意图，图4B则为本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的上视示意图。其中，图4A中用于显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的尺寸的各项标号的数值，分别如下表l所示：

表1

标号	尺寸(mm)	标号	尺寸(mm)	标号	尺寸(mm)
						W1	6.64	L1	15.64	W2	11.16
L2	3.64	D	1.35	D1	1.88
						D2	3	D3	0.5	D4	3
D5	1	Wf	2.5	wg	3.8
						L	62	W	62

此外，图4A中用于显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的形状的各项标号的位置坐标，则分别如下表2所示：

表2

标号	坐标	标号	坐标
				A	(-8.52mm，0mm)	B	(5.52mm，0mm)
C	(5.52mm，-6.59mm)	D	(-8.52mm，-6.59mm)
				E	(-1.25mm，-14.83mm)	F	(1.25mm，-14.83mm)

另一方面，由于图4B所示的本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线是由将图4A所示的本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的第一接地单元33、第二接地单元34与环状部35之间的空隙填满的方式形成，所以，图4B所示的本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的信号馈送单元42与互相对应的本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的信号馈送单元32相同。

图5A是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线与本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的返回损耗(return loss)与天线操作频率(operation frequency)之间关系的示意图。其中，图5A是利用IE3D仿真软件仿真而出，而图5A中的曲线A是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的返回损耗(return loss)随着天线操作频率而变化的曲线，曲线B则显示本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的返回损耗随着天线操作频率而变化的曲线。从图5A中可看出，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的返回损耗的10-dB频宽较本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的返回损耗的10-dB频宽为宽。

图5B是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线与本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的轴化比率(axial ratio)与天线操作频率之间关系的示意图。其中，图5B是利用IE3D仿真软件仿真而出，而图5B中的曲线C是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的轴化比率随着天线操作频率而变化的曲线，曲线D则显示本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的轴化比率随着天线操作频率而变化的曲线。从图5B中可看出，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的轴化比率的3-dB频宽亦宽于本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的轴化比率的3-dB频宽。也就是说，相较于本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线可在较宽的频段范围内发射一圆形极化高频信号。

图5C是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线与本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的增益(gain)与天线操作频率之间关系的示意图。其中，图5C是利用IE3D仿真软件仿真而出，而图5C中的曲线E是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的增益随着天线操作频率而变化的曲线，曲线F则显示本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的增益随着天线操作频率而变化的曲线。从图5C中可看出，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的增益较本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的增益为高，尤其在4GHz至5.5GHz的范围内。也就是说，在4GHz至5.5GHz的频段范围内，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线发射高频信号的效能较本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线为佳。

从上述图5A、图5B及图5C可看出，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线确实可于一介于5.2GHz及5.8GHz之间的频段范围内接收及发射一圆形极化的高频信号。况且，经过进一步运算后，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的天线效率(antenna efficiency)为73％，高于本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的天线效率(65％)。即便如此，本发明第二实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的表现仍显著优于已知的仅能发射或接收一线性极化的信号的宽频共面波导馈入圆形极化天线。

图5D是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线(具有环状部)与本发明第三实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线(未具有环状部)的增益与天线操作频率之间关系的示意图。其中，本发明第三实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线除了未具有环状部以外，其余各部分(如信号馈送单元、第一接地单元及第二接地单元)的形状及尺寸，均与对应的本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的信号馈送单元、第一接地单元及第二接地单元相同。

此外，图5D是利用IE3D仿真软件仿真而出，而图5D中的曲线G是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的增益随着天线操作频率而变化的曲线，曲线H则显示本发明第三实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的增益随着天线操作频率而变化的曲线。从图5D中可以看出，由于具有环状部，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的增益较本发明第三实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的增益为高，显示出本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线发射高频信号的效能较本发明第三实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线为佳。即便如此，本发明第三实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的表现仍显著优于已知的仅能发射或接收一线性极化的信号的宽频共面波导馈入圆形极化天线。

图6A是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的返回损耗与天线操作频率之间关系的示意图，其中，曲线I是由IE3D仿真软件仿真而得的曲线，曲线J则为实际量测本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线而得的曲线。从图6A中可看出，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线约略在4.6GHz至6GHz之间的频段范围内，其返回损耗均低于-10-dB。也就是说，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的返回损耗的10-dB频宽约略为1.4GHz。

图6B是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的轴化比率与天线操作频率之间关系的示意图，其中，曲线K是由IE3D仿真软件仿真而得的曲线，曲线L则为实际量测本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线而得的曲线。从图6B中可看出，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线约略在4.8GHz至5.7GHz之间的频段范围内，其主波束方向上的轴化比率均低于3-dB。也就是说，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的轴化比率的3-dB频宽约略为0.9GHz。

图6C是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的增益与天线操作频率之间关系的示意图，其中，曲线M是由IE3D仿真软件仿真而得的曲线，曲线N则为实际量测本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线而得的曲线。从图6C中可看出，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线约略在4.5GHz至6GHz之间的频段范围内具有大于2dB的增益。

图6D是实际量测本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线而得的圆形极化图案(CPpattern)的示意图，此图案是在操作频率为5.2GHz时量测所得。从图6D中可以看出，本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线确实可以接收及发射一圆形极化的高频信号。

图7是本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线与一信号处理单元一同被封装于一印刷电路板的示意图。其中，为了简化图式，原本应覆盖于本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线71与一信号处理单元72上及两者所位于的印刷电路板73的表面的封装材料，如封装胶层，在此省略而未绘出。

如图8A所示，本发明第四实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的结构与图3A所示的本发明一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线大致相同，其亦包括：一基板81、一信号馈送单元82、一第一接地单元83以及一第二接地单元84。其中，基板81具有一表面811，信号馈送单元82、第一接地单元83以及第二接地单元84则分别设置于表面811上。在本发明第四实施例中，基板81为一FR-4微波基板，其介质常数(dielectric constant，ε)为4.4，其厚度为1.6mm。但在不同的应用情况中，基板81亦可为一Duroid微波基板、一Teflon微波基板、一Rohacell微波基板、一GaAs微波基板、一陶瓷微波基板或一硅基板。

此外，信号馈送单元82包含一馈送条821、一匹配部822、一第一延伸部823及一第二延伸部824，且第一延伸部823与第二延伸部824并分别自匹配部822延伸而出。其中，匹配部822电性连接至馈送条821、第一延伸部823及第二延伸部824，馈送条821则再与一信号处理单元(图中未示)电性连接。另一方面，第一延伸部823为一垂直延伸部，第二延伸部824为一水平延伸部。虽然在本发明第四实施例中，第一延伸部823与第二延伸部824的形状均为矩形，但在不同的应用情况中，它们亦可具有不同的形状，如多边形或正方形。

再如图8A所示，前述的第一接地单元83包含一第一接地条831，第二接地单元84则包含一第二接地条841，第二接地条841的一端还延伸出一第二接地延伸部842，且第二接地延伸部842邻近第二延伸部824而设置于表面811。此外，在本发明第四实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线中，馈送条821是位于第一接地条831与第二接地条841之间，形成所谓的“共面馈入”结构。也就是说，信号馈送单元82被夹置于第一接地单元83与第二接地单元84之间。需注意的是，虽然在本发明第四实施例中，信号馈送单元82、第一接地单元83及第二接地单元84的材质为铜，但在不同的应用情况中，信号馈送单元82、第一接地单元83及第二接地单元84的材质亦可为铝或金。

最后，本发明第四实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线还包括一环状部85，且环状部85将前述的信号馈送单元82、第一接地单元83及第二接地单元84围绕于其内侧。虽然在本发明第四实施例中，环状部85为一具有一开口的矩形环，但在不同的应用情况中，环状部85亦可为一具有一开口的正方形环或一具有一开口的多边形环。

如图8B所示，本发明第五实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的结构与图8A所示的本发明第四实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线大致相同，两者之间的差别仅在于：第一接地单元83及第二接地单元84的形状。相较于图8A所示的本发明第四实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线，本发明第五实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的第一接地单元83的第一接地条831的一端还延伸出一第一接地延伸部832，而其第二接地单元84则仅包含一第二接地条841。此外，第一接地延伸部832邻近第一延伸部823而设置于表面811。

图8C是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线(如图3A所示)、本发明第四实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线(如图8A所示)与本发明第五实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线(如图8B所示)在主波束方向上的轴化比率与天线操作频率之间关系的示意图。其中，图8C是利用IE3D仿真软件仿真而出，而图8C中的曲线0是显示本发明第一实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线(如图3A所示)的轴化比率随着天线操作频率而变化的曲线，曲线P是显示本发明第四实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线(如图8A所示)的轴化比率随着天线操作频率而变化的曲线，曲线Q则显示本发明第五实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线(如图8B所示)的轴化比率随着天线操作频率而变化的曲线。

从图8C中可看出，虽然这三种宽频共面波导馈入圆形极化天线分别具有相同形状及尺寸的信号馈送单元，虽然它们具有不同型式的第一接地单元及第二接地单元，但由于它们均具有相同形状及尺寸的信号馈送单元，所以此三种宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的轴化比率的3-dB频宽仅略有不相同。也就是说，本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线仅需稍微调整其结构，便能应用于不同类型的需求。就原理而言，本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线的轴化比率与天线操作频率之间的关系主要是由调整信号馈送单元的“第一延伸部”及“第二延伸部”的形状及尺寸的方式达成。

如图9A所示，本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线，包括：一基板91、一信号馈送单元92、一第一接地单元93以及一第二接地单元94。其中，基板91具有一表面911，信号馈送单元92、第一接地单元93以及第二接地单元94则分别设置于表面911上。在本发明第六实施例中，基板91为一硅基板，其介质常数(dielectricconstant，ε)为3.8，其厚度为0.025mm。但在不同的应用情况中，基板91亦可为一FR-4微波基板、一Duroid微波基板、一Teflon微波基板、一Rohacell微波基板、一GaAs微波基板或一陶瓷微波基板。

此外，信号馈送单元92包含一馈送条921、一匹配部922、一第一延伸部923及一第二延伸部924，且第一延伸部923与第二延伸部924并分别自匹配部922延伸而出。其中，匹配部922电性连接至馈送条921、第一延伸部923及第二延伸部924，馈送条921则再与一信号处理单元(图中未示)电性连接。另一方面，第一延伸部923为一垂直延伸部，第二延伸部9-2-4亦为一垂直延伸部。虽然在本发明第六实施例中，第一延伸部923与第二延伸部924的形状均为矩形，但在不同的应用情况中，它们亦可具有不同的形状，如多边形或正方形。

另一方面，如图9A所示，前述的第一接地单元93包含一第一接地条931，第一接地条931的一端还延伸出一第一接地延伸部932，且第一接地延伸部932是邻近第一延伸部923而设置于表面911。前述的第二接地单元94则包含一第二接地条941，第二接地条941的一端还延伸出一第二接地延伸部942。其中，第二接地延伸部942具有三种不同大小的宽度，如图9A中的标号“k”、“y”及“l”所示。

此外，在本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线中，馈送条921是位于第一接地条931与第二接地条941之间，形成所谓的“共面馈入”结构。至于匹配部922、第一延伸部923及第二延伸部924，则位于第一接地延伸部932与第二接地延伸部942之间。也就是说，信号馈送单元92被夹置于第一接地单元93与第二接地单元94之间。需注意的是，虽然在本发明第六实施例中，信号馈送单元92、第一接地单元93及第二接地单元94的材质为铜，但在不同的应用情况中，信号馈送单元92、第一接地单元93及第二接地单元94的材质亦可为铝或金。

此外，图9A中用于显示本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的尺寸的各项标号的数值，分别如下表3所示：

表3

标号	尺寸(μm)	标号	尺寸(μm)	标号	尺寸(μm)
						A	150	b	110	c	811.7
D	1497	e	40	f	70
						G	1178.5	h	298.8	i	565.3
J	477	k	455.7	l	65.5
						M	1808	n	1407.8	o	820.3
p	85.9	q	190.1	r	611.8
						s	645.4	t	144.8	u	292.3
v	529.5	w	945.9	x	1172.8
						y	411.4	z	1203	aa	1369.2
ab	2157	ac	680.3

最后，除了图9A所示的结构外，本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线可还包括一接地板95，使得前述的信号馈送单元92、第一接地单元93及第二接地单元94被夹置于基板91与接地板95之间，如图9B所示。如此，原本可作为“双向辐射单元”的本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线便仅能作为，即仅能单方向地发射或接收信号。

此外，虽然在本发明第六实施例中，基板91与接地板95之间的距离为0.5mm，即约略为本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线所能接收及发射的一位于毫米波范围内的高频信号(其中心频率约为60GHz)的波长(5mm)的0.1倍。但需注意的是，在不同的应用情况中，基板91与接地板95亦可相距不同的距离，如前述的位于毫米波范围内的高频信号的波长的0.05倍至0.2倍之间的距离。最后，虽然在本发明第六实施例中，接地板95的材质为铜。但在不同的应用情况中，接地板95的材质亦可为铝或金。

图9C是显示当本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线运作时，如图9B所示的情况，其在主波束方向上的返回损耗与天线操作频率之间关系的示意图，其中，曲线R是由IE3D仿真软件仿真而得的曲线。从图9C中可看出，本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线约略在57GHz至65.5GHz之间的频段范围内，其返回损耗均低于-10-dB的频宽。也就是说，本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的返回损耗的10-dB频宽约略为8.5GHz。

图9D是显示本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的轴化比率与天线操作频率之间关系的示意图，其中，曲线S是由IE3D仿真软件仿真而得的曲线。从图9D中可看出，本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线约略在57.5GHz至64.5GHz之间的频段范围内，其主波束方向上的轴化比率均低于3-dB的频宽。也就是说，本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线的轴化比率的3-dB频宽约略为7GHz。

图9E是显示本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线在主波束方向上的增益与天线操作频率之间关系的示意图，其中，曲线T是由IE3D仿真软件仿真而得的曲线。从图9E中可看出，本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线约略在57GHz至68GHz之间的频段范围内具有大于2dB的增益。

从上述图9C、图9D及图9E可看出，本发明第六实施例的宽频共面波导馈入圆形极化天线确实可于一介于59GHz及64GHz之间的频段范围内接收及发射一圆形极化的高频信号。

综上所述，当本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线作为一“单向辐射单元”使用时，即被应用于单方向发射或接收信号的情况时，其基板(天线本体)与其接地板(背覆金属导体)之间的距离可以缩减至其所接收及发射的圆形极化高频信号的中心频率信号波长的十分之一倍，小于已知的宽频共面波导馈入圆形极化天线的四分之一倍。因此，于毫米波频段的应用中，本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线的厚度便可约略等于一信号处理单元的厚度，使得本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线可与一信号处理单元一同被封装于一印刷电路板中。此外，本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线经过适度调整便可分别在两个频段范围内接收及发射一圆形极化的高频信号，而此两个频段范围分别介于5.2GHz及5.8GHz之间(即现今的无线通讯频段)，以及介于59GHz及64GHz之间(即未来的无线通讯频段)。也就是说，本发明的宽频共面波导馈入圆形极化天线无需大幅改变其天线结构，便可分别在现今的无线通讯频段以及未来的无线通讯频段(毫米波频段)中操作。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (19)

1.一种宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，包括：

一基板，具有一表面；

一信号馈送单元，设置于该表面并包含一馈送条、一匹配部、一第一延伸部及一第二延伸部；

一第一接地单元，设置于该表面并包含一第一接地条；

一第二接地单元，设置于该表面并包含一第二接地条；以及

一环状部，设置于该表面并将该信号馈送单元、该第一接地单元及该第二接地单元围绕于其内侧；

其中，该第一延伸部及该第二延伸部分别自该匹配部延伸而出，且该匹配部电性连接至该馈送条、该第一延伸部及该第二延伸部，该馈送条则位于该第一接地条与该第二接地条之间。

2.如权利要求1所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中还包括一接地板，且该基板及该接地板将该信号馈送单元、该第一接地单元及该第二接地单元夹置于两者之间。

3.如权利要求1所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该环状部是为一具有一开口的矩形环。

4.如权利要求1所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该第一延伸部为一垂直延伸部，该第二延伸部为一水平延伸部。

5.如权利要求4所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该垂直延伸部的形状是为矩形。

6.如权利要求4所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该水平延伸部的形状是为矩形。

7.如权利要求4所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该第一接地条的一端还延伸出一第一接地延伸部。

8.如权利要求7所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该第一接地延伸部是邻近于该垂直延伸部而设置于该表面。

9.如权利要求7所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该第一接地延伸部是邻近于该水平延伸部而设置于该表面。

10.如权利要求7所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该第二接地条的一端还延伸出一第二接地延伸部，且该第二接地延伸部与该第一接地延伸部具有相同的形状。

11.如权利要求1所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该第一延伸部及该第二延伸部分别为一垂直延伸部，且该第一延伸部及该第二延伸部的形状均为矩形。

12.如权利要求11所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该第一接地条的一端还延伸出一第一接地延伸部，该第二接地条的一端还延伸出一第二接地延伸部。

13.如权利要求12所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该第二接地延伸部具有至少两种宽度。

14.如权利要求1所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该基板是为一FR-4材质的微波基板。

15.如权利要求1所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该信号馈送单元、该第一接地单元及该第二接地单元的材质为金属。

16.如权利要求2所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该接地板的材质是为金属。

17.如权利要求2所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该共面馈入圆形极化天线是于一第一频段范围接收及发射一高频信号，且该第一频段范围是介于5.2GHz及5.8GHz之间。

18.如权利要求2所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该共面馈入圆形极化天线是于一第二频段范围接收及发射一高频信号，且该第二频段范围是介于59GHz及64GHz之间。

19.如权利要求18所述的宽频共面波导馈入圆形极化天线，其特征在于，其中该接地板与该基板之间的距离是介于该高频信号的波长的0.05倍至0.2倍之间。

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