CN101459278A

CN101459278A - 圆极化天线

Info

Publication number: CN101459278A
Application number: CNA2007101984972A
Authority: CN
Inventors: 朱芳贤; 陈华明; 王洋凯; 王敬顺
Original assignee: Advanced Connectek Inc
Current assignee: Advanced Connectek Inc
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2009-06-17

Abstract

本发明公开了一种圆极化天线，包括一具有相反的一第一面及一第二面的基板，一设于该基板的第一面的环形辐射部，一设于该基板的第二面的接地面，以及一设于该环形辐射部所围绕的空间中的微带辐射部，该微带辐射部包括一第一线段及一第二线段，该二线段的一端相邻近以馈入讯号，另一端相远离并概呈垂直地分别连接该环形辐射部，且第一线段与第二线段的总长相差四分之一波长，借此天线构造，可有效缩小圆极化天线尺寸，提高天线与无线通讯产品的兼容性。

Description

圆极化天线

技术领域

本发明是有关于一种圆极化天线，特别是指一种缩小化的圆极化天线。

背景技术

随着无线射频辨识系统技术(RFID)应用的逐渐普及，使得物件辨识更快速也更安全。且为方便使用者携带或使用，轻薄短小成为电子产品的主要设计趋势，因此当圆极化天线应用在该等电子产品上时，天线的尺寸大小成为设计天线时的重要考量之一。

一般圆极化平面天线的设计可分为单馈入与双馈入两种方式。单馈入的圆极化天线可利用截角、挖槽孔或植入窄槽缝等微扰方式，使原本正交的模态激发出两个等振幅且相位差90度的相邻垂直模态。但此种天线虽然只需单层基板即可，但其缺点是操作频宽非常狭窄，通常不超过其线性极化辐射频宽的三分之一，且设计限制条件较多，不容易调整天线圆极化特性及阻抗匹配，所以设计困难。至于双馈入的圆极化天线则通常是使用Wilkinson功率分配器或支路耦合器(branch-line coupler)来提供振幅相等且相位相差90度的激发电流，且两个馈入点需分别位于互相垂直的方向。此种天线具有较单馈入的天线频宽大且天线圆极化特性良好等优点，但由于需要使用两层以上的基板，以致天线体积变得过于庞大。

发明内容

本发明的目的，是在提供一种在不影响天线辐射效能情况下有效缩小天线尺寸的圆极化天线。

于是，本发明的圆极化天线，包括一基板、一环形辐射部、一微带辐射部及一接地面。该基板具有相反的一第一面及一第二面。该环形辐射部设于该基板的第一面。该微带辐射部设于该环形辐射部所围绕的空间中，并包括一第一线段及一第二线段，该二线段的一端相邻近以馈入讯号，另一端相远离且分别连接该环形辐射部。该接地面，设于该基板的第二面。

较佳地，该圆极化天线更包括一用以平均分配馈入讯号功率的馈入单元，其包括设于该环形辐射部所围绕的空间中的一馈入部及一电阻，该馈入部包括一馈入线段及二由该馈入线段一端向外延伸的转阻线段，该二转阻线段分别终止于该第一线段及第二线段相邻近的一端并各别连接该第一线段及第二线段，且该电阻两端连接该二转阻线段的邻近该第一线段及第二线段的一端。

较佳地，其中该馈入线段的另一端更设有一贯穿该基板的第一面和第二面的贯孔，供一SMA接头连接以馈入讯号，以使该SMA接头的中心馈入线与该馈入线段电连接，并使该SMA接头的一接地端经由该贯孔与设于基板第二面的接地面电连接。

可替换地，该馈入单元可以是一功率分配器，其连接该第一线段及第二线段相邻近的一端，用以分配馈入讯号功率使平均馈入该第一线段及第二线段。

较佳地，该环形辐射部可以是圆环形、方环形、三角环形或椭圆环形的环形结构金属线。

较佳地，该第一线段及第二线段可以是L形弯折或圆弧形的金属线段，且第一线段及第二线段概呈垂直地以其相远离的另一端各别连接该环形辐射部。

较佳地，该第一线段与第二线段的总长相差四分之一波长。

较佳地，该接地面可以是一矩形、圆形、三角形或与该基板近似形状的金属平面。

较佳地，该馈入线段可以是长条形、L形或圆盘形的金属线段。

较佳地，该转阻线段可以是圆弧形、矩形或L形弯折的金属线段。

较佳地，该基板可以是玻璃纤维基板或陶瓷基板。

较佳地，该基板可以是矩形或圆盘形。

本发明的圆极化天线具有结构简单、尺寸短小、圆极化轴比频宽大、收发角度广且增益高等优点，因此十分适合应用于无线通讯系统的天线设计上，尤其适合轻薄短小的电子通讯产品，具有极高的产业价值。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明圆极化天线的一较佳实施例进行详细说明：

图1为本发明圆极化天线的一较佳实施例的立体图。

图2为本实施例圆极化天线的平面图。

图3为本实施例圆极化天线的反射损失实测数据图。

图4为本实施例圆极化天线的实验结果史密斯图。

图5为本实施例圆极化天线在X-Z平面的辐射场型实验结果。

图6为本实施例圆极化天线在Y-Z平面的辐射场型实验结果。

图7为本实施例圆极化天线在操作频带内的天线轴比实验结果。

图8为本实施例圆极化天线在操作频带内的天线增益实验结果。

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

参见图1及图2，是本发明圆极化天线的一较佳实施例，本实施例的圆极化天线1应用在920MHz的操作频率，其包括一基板11、一接地面12、一环形辐射部13、一微带辐射部14及一馈入单元15。

基板11具有相反的一第一面111及一第二面112，在本实施例中，基板11是一矩形的玻璃纤维板(FR4)，其尺寸为95×95mm²，环形辐射部13及微带辐射面14设于基板11的第一面111，接地面12设于基板11的第二面112。接地面11在本实施例中是一设于基板11第二面112中央的矩形金属平面，其尺寸为64×64mm²。

值得一提的是，本实施例的基板11并不以矩形为限，它也可以是圆盘形或其它相似形状，且其材质除了玻璃纤维板(FR4)外，也可以使用陶瓷基板或其它可用的介质材料。而接地面12亦不以矩形为限，它也可以是圆形、三角形或与基板11近似形状的金属平面。

环形辐射部13是一封闭路径金属线段，在本实施例中，该封闭路径金属线段为一环绕基板11第一面111周边的方环形金属线段，其内环边长为76mm，外环边长为95mm。然环形辐射部13并不以方环形为限，它也可以是圆环形、三角环形、椭圆形或其它相似的环形结构。

微带辐射部14设于环形辐射部13所环绕的空间中，并包括一第一线段141及一第二线段142，且两线段141、142的总长相差四分之一波长，在本实施例中，该二线段141、142为一呈L形弯折的金属线段，其一端143、144相邻近以馈入讯号，另一端相远离且概呈互相垂直地分别连接于环形辐射部13相邻的两边131、132的内环边长中点，第一线段141的总长为59mm，第二线段142的总长为104mm。且第一线段141及第二线段142除了L形弯折结构外，也可以是圆弧形的金属线段。

馈入单元15设在环形辐射部13所环绕的空间中，其包括一馈入部151及一电阻152。

馈入部151包括一馈入线段153及二转阻线段154、155。馈入线段153位于第一线段141及第二线段142所圈围的空间中，是一长度为10.3mm，宽度为3mm的长条形金属线段，其一端150设有一贯穿基板11第一面111和第二面112的贯孔156，其孔径直径为1.3mm，供一SMA接头(图未示)连接以馈入讯号，使SMA接头的中心馈入线与馈入线段153一端150电连接，而SMA接头的接地端则经由贯孔156与第二面112的接地面12电连接。

该二转阻线段154、155由馈入线段153的另一端向外延伸且分别终止于第一线段141及第二线段142相邻近的一端143、144并分别连接该端143、144，在本实施例中，该二转阻线段154、155是一弧长为48.07mm、宽为1.6mm的圆弧形金属线段。

电阻152的两端连接在该二转阻线段154、155的连接第一线段141及第二线段142的一端之间，其阻抗值为100欧姆。

上述馈入单元15的作用在于使馈入讯号的输入功率可以平均分配给第一线段141及第二线段142。其中馈入线段153除了长条形外，也可以是L形或圆盘形的金属线段，而转阻线段154、155除了圆弧形外，也可以是矩形、L形弯折或其它相似形状的金属线段。当然馈入单元15并不限于使用上述微带线结构，它也可以用其它可将馈入讯号能量平均分配成多个输出的传统功率分配器来实现。

参见图3至图8，为本实施例圆极化天线1的实作量测结果，由图3的反射损失结果可得到天线的阻抗频宽，即以Y轴10dB为准横切过去，对应曲线所得的频宽为762～1175MHz，即1175-762＝413MHz。

图4所示为本实施例圆极化天线的史密斯图的实验结果，图5及图6为天线在操作频率920MHz的辐射场型量测结果，在涟波约在0～3Db的情况下，圆极化天线1接收的半功率波束角度可达90度。图7则为操作频带内的圆极化天线轴比的实验结果，本实施例的圆极化天线1的轴比频宽以Y轴3dB为准横切过去，对应曲线所得的频宽为866～982MHz，即982-866＝116MHz。图8则为操作频带内的圆极化天线1的增益实验量测结果，本实施例的圆极化天线1在操作频带内的增益在4.5～6.2dBi之间。

由上述说明可知，本实施例的圆极化天线1的结构十分简单，其由一正方形的玻璃纤维板当作基板11，并于此基板11的第一面111上设置一环形辐射部13、一微带辐射部14及一馈入单元15，且在第二面112设置一接地面12，并将微带辐射部14及馈入单元15设于环形辐射单13中，由馈入单元15将馈入讯号的输入功率平均分配为等振幅且相位相差90度的两个输出能量，并经由微带辐射部14的总长相差四分之一波长的第一线段141及第二线段142以概呈相互垂直方式连接至环形辐射部13，以激发出天线的圆极化特性，并作电磁波辐射与接收，而且借由改变第一线段141或第二线段142在环形辐射部13中的连接位置，可以轻易地改变天线圆极化波的特性，亦即当第一线段141连接环形辐射部13的左边，第二线段142连接环形辐射部13的下边时，可得到一右旋圆极化波(RHCP)，反之若将第一线段141连接环形辐射部13的右边，第二线段142连接环形辐射部13的下边时，可得到一左旋圆极化波(LHCP)。

综上所述，本实施例的圆极化天线1具有结构简单、尺寸短小、圆极化轴比频宽大、收发角度广且增益高等优点，因此十分适合应用于无线通讯系统的天线设计上，尤其适合轻薄短小的电子通讯产品，具有极高的产业价值。

Claims

1、一种圆极化天线，其特征在于：

该圆极化天线，包括：

一基板，具有相反的一第一面及一第二面；

一环形辐射部，设于该基板的第一面；

一微带辐射部，设于该环形辐射部所围绕的空间中，并包括一第一线段及一第二线段，该二线段的一端相邻近以馈入讯号，另一端相远离且分别连接该环形辐射部；及

一接地面，设于该基板的第二面。

2、如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于：该圆极化天线更包括一用以平均分配馈入讯号功率的馈入单元，其包括设于该环形辐射部所围绕的空间中的一馈入部及一电阻，该馈入部包括一馈入线段及二由该馈入线段一端向外延伸的转阻线段，该二转阻线段分别终止于该第一线段及第二线段相邻近的一端并各别连接该第一线段及第二线段，且该电阻两端连接该二转阻线段的邻近该第一线段及第二线段的一端。

3、如权利要求2所述的圆极化天线，其特征在于：该馈入线段的另一端更设有一贯穿该基板的第一面和第二面的贯孔，供一SMA接头连接以馈入讯号，以使该SMA接头的中心馈入线与该馈入线段电连接，并使该SMA接头的一接地端经由该贯孔与设于基板第二面的接地面电连接。

4、如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于：该圆极化天线更包括一功率分配器，其连接该第一线段及第二线段相邻近的一端，用以分配馈入讯号功率使平均馈入该第一线段及第二线段。

5、如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于：该环形辐射部可以是圆环形、方环形、三角环形或椭圆环形的环形结构金属线。

6、如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于：该第一线段及第二线段可以是L形弯折或圆弧形的金属线段，且第一线段及第二线段概呈垂直地以其相远离的另一端各别连接该环形辐射部。

7、如权利要求6所述的圆极化天线，其特征在于：该第一线段与第二线段的总长相差四分之一波长。

8、如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于：该接地面可以是一矩形、圆形、三角形或与该基板近似形状的金属平面。

9、如权利要求2所述的圆极化天线，其特征在于：该馈入线段可以是长条形、L形或圆盘形的金属线段。

10、如权利要求2所述的圆极化天线，其特征在于：该转阻线段可以是圆弧形、矩形或L形弯折的金属线段。

11、如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于：该基板可以是玻璃纤维基板或陶瓷基板。

12、如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于：该基板可以是矩形或圆盘形。