CN101577370B - 平面天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线传输/接收单元，其包含：一馈入连接线；一第一辐射线段；一第二辐射线段；一第三辐射线段；以及一第四辐射线段，其中该第二辐射线段的长度小于该第一辐射线段，且该第一辐射线段的长度小于该第三辐射线段用以造不同的电流路径以加宽使用频宽。该第一、第二以及第三辐射线段为平行并排连结，用以加强发射/接收一第一方向电波的场型，该第一方向电波垂直于该三辐射线段，且在第一与第三辐射线段间形成一串联电容；第四辐射线段则垂直连接第三辐射线段与下地线以形成一下地电容。利用此二电容的作用以缩小无线传输/接收单元的使用面积。利用加强方向性的场型及缩小使用面积与其它无线传输/接收单元达成较佳的隔离度。

Description

平面天线

技术领域

本发明是有关于一种平面天线，尤其是指用于多天线无线传输装置的平面天线。

背景技术

在无线传输的产品的前端都需要配戴天线以进行传输与接收的工作。在一般无线传输装置前端天线的使用上，往往需视其空间的大小、特性以及成本而决定。目前所使用的无线传输装置所使用的天线依照频率的不同可以分为单频、双频、多频以及宽带天线等种类。另外依照构造的不同则可以分为两大类，一是芯片天线，另一为印刷天线；其中芯片天线具有所需面积小、成本高以及频宽较窄等特点。而印刷天线依结构来分又分为单极天线、双偶极天线、平面倒F形天线以及环形天线等，其特征为所需面积大、成本低以及频宽较宽，正好与芯片天线相反。

目前，越来越多的无线传输装置使用多天线的作业模式，在有限的空间中要置入多个天线并且兼顾成本、频宽以及天线之间的隔离度(isolation)的问题。目前所有的芯片天线以及印刷天线都有无法满足多天线作业模式的缺陷：芯片天线面积小，但是频宽窄且成本高；而印刷天线的频宽大、成本低，但是面积大且隔离度差。

现行的处理方式是于无线传输装置所连接的信息处理装置，如个人计算机中，以软件分析的方式作讯号区隔，以处理讯号回授的问题。但是，如此的处理方法，并没有真正解决问题，只是使问题不表现而已，而且所需要的成本也很高。

发明内容

本发明是提供一种平面天线，用以缩小天线的使用面积、增加传送/接收的频宽区段以及在多天线同时使用时加强单方向的辐射场型以增加天线间的隔离度。根据本发明的主要目的，提供一种无线传输/接收单元，包括：一第一辐射线段，用以发射/接收一第一方向电波，该第一方向电波垂直于该第一辐射线段；一第二辐射线段，与该第一辐射线段相连，用以发射/接收该第一方向电波；以及一第三辐射线段，与该第二辐射线段相连，用以发射/接收该第一方向电波，其中该第二辐射线段的长度小于该第一辐射线段，且该第一辐射线段的长度小于该第三辐射线段。

依据上述构想的无线传输/接收单元，更包括一馈入连接线，与该第一辐射线段垂直相连，用以传输一馈入信号。

依据上述构想的无线传输/接收单元，其中该第一、第二及第三辐射线段彼此平行。

依据上述构想的无线传输/接收单元，其中该第二辐射线段更提供该第一与第三辐射线段间的不同电流路径以及一第一间隙，该不同的电流路径用以增加发射/接收的频宽，该第一间隙用于产生一串联电容造成一低频以减少该辐射线段所需的长度。

依据上述构想的无线传输/接收单元，更包括一第四辐射线段，垂直连接于该第三辐射线段与一下地线，用以发射/接收一第二方向电波及提供该第三辐射线段与该下地线间的一第二间隙，该第二方向电波垂直于该第四辐射线段，该第二间隙用于产生一下地电容造成一低频以减少该辐射线段所需的长度。

根据本发明的主要目的，还提供一种多重输入输出的天线，包含：一电路基版，包含：至少一传输/接收单元组，各组具有相同的两个传输/接收单元，对称设置于该电路基版的两侧，其中各传输/接收单元包含：一第一辐射线段，用以发射/接收一第一方向电波，该第一方向电波垂直于该第一辐射线段；一第二辐射线段，与该第一辐射线段相连，用以发射/接收该第一方向电波；以及一第三辐射线段，与该第二辐射线段相连，用以发射/接收该第一方向电波，其中该第二辐射线段之长度小于该第一辐射线段，且该第一辐射线段之长度小于该第三辐射线段。

依据上述构想的多重输入输出的天线，其中该电路基板为一FR-4基板。

依据上述构想的多重输入输出的天线，其中该传输/接收单元总数为奇数时，更具有一全向式传输/接收单元设置于该电路基板的前端。

依据上述构想的多重输入输出的天线，其中该传输/接收单元总数为偶数。

依据上述构想的多重输入输出的天线，其中该第一、第二及第三辐射线段彼此平行。

依据上述构想的多重输入输出的天线，更包括一馈入连接线，与该第一辐射线段垂直相连，用以传输一馈入信号。

依据上述构想的多重输入输出的天线，其中该第二辐射线段更提供该第一与第三辐射线段间的不同电流路径以及一第一间隙，该不同的电流路径用以增加发射/接收的频宽，该第一间隙用于产生一串联电容造成一低频以减少该辐射线段所需的长度。

依据上述构想的多重输入输出的天线，更包括一第四辐射线段，垂直连接于该第三辐射线段与一下地线，用以发射/接收一第二方向电波及提供该第三辐射线段与该下地线间的一第二间隙，该第二方向电波垂直于该第四辐射线段，该第二间隙用于产生一下地电容造成一低频以减少该辐射线段所需的长度。

依据上述构想的多重输入输出的天线，其中该第二辐射线段的长度造成不同的电流路径以增加发射/接收的频宽。

根据本发明的主要目的，还提供一种无线传输装置，包含上述构想的多重输入输出的天线。

根据本发明的主要目的，还提供一种具方向性的天线，包括：一第一辐射线段，具有一第一表面及一第二表面，用以发射/接收一第一方向电波，该第一方向电波垂直于该第一辐射线段；一第二辐射线段，具有一第三表面及一第四表面，用以发射/接收该第一方向电波；以及一连接装置，设置于该第一与第二辐射线段之间，且与该第二及第三表面相连，其中该第二辐射线段之长度大于该第一辐射线段。

依据上述构想的天线，更包括一馈入连接线，与该第一表面垂直相连，用以传输一馈入信号。

依据上述构想的天线，其中该第一、第二、第三及第四表面彼此平行。

依据上述构想的天线，其中该连接装置为一第三辐射线段，其长度小于该第一辐射线段。

依据上述构想的天线，其中该第三辐射线段用以提供该第一与第二辐射线段间的不同电流路径以及一第一间隙，该不同的电流路径用以增加发射/接收的频宽，该第一间隙用以产生一串联电容造成一低频以减少该辐射线段所需的长度。

依据上述构想的天线，更包括一第四辐射线段，垂直连接于该第二辐射线段与一下地线，用以发射/接收一第二方向电波，该第二方向电波垂直于该第四辐射线段及提供该第二辐射线段与该下地线间的一第二间隙，该第二间隙用于产生一下地电容造成一低频以减少该辐射线段所需的长度。

附图说明

图1为本发明的平面天线的装置示意图。

图2为图1的侧天线构造的放大图。

图3为本发明的平面天线的第一侧天线的场型图。

图4为本发明的平面天线的第一侧天线13与全向式天线11隔离度(S_O-1)实际测试结果的曲线图。

图5为本发明的平面天线的第二侧天线14与全向式天线11隔离度(S_O-2)实际测试结果的曲线图。

图6为本发明的平面天线的第一侧天线13与第二侧天线14之间的隔离度(S_1-2)实际测试结果的曲线图。

图7为本发明的平面天线中全向式天线11经实际测量产生的返回损耗(Return Loss)图显示的测量结果(S_O-O)。

图8为本发明的平面天线中第一侧天线13经实际测量产生的返回损耗图显示的测量结果(S_1-1)。

图9为本发明的平面天线的第二侧天线14经实际测量产生的返回损耗图显示的测量结果(S_2-2)。

具体实施方式

本发明将可由以下的实施例说明而得到充分了解，使得熟悉本领域技术人员可以据以完成之，然而本发明的实施并非可由下列实例而被限制其实施型态。

请参阅图1，其是本发明印刷天线的一实施例示意图。本实施例是以一应用于使用三天线平面天线的无线网络卡作为说明，其结构包括电路基版1，是由玻璃纤维材料FR4所构成的长方形电路板，其介电系数ε₁是介于4.2～4.7之间，具有一前端用以发射/接收信号与一后端作为电路及连接接口。在电路基板1的前端上设置有全向式天线11，以及在全向式天线11的左右两侧对称地设置了侧天线组12。全向式天线11可以做全方向式的共振电波的发送与接收。侧天线组12包含构造相同的第一侧天线13与第二侧天线14，各侧天线13、14的结构包含了馈入连接线21、第一辐射线段22、第二辐射线段23、第三辐射线段24、第四辐射线段25以及下地线26，其中各辐射线段的功能为发射/接收其垂直方向的电波信号，馈入连接线21可由电路基板1的馈入线传送欲馈入的信号，下地线26则为接地之用。请参阅图2，其是本发明印刷天线中侧天线13、14构造的放大图，其中第一辐射线段22、第二辐射线段23及第三辐射线段24为平行重迭相连接的。

除此之外本发明更进一步设计使该三辐射线段22、23、24的长度为：第三辐射线段24＞第一辐射线段22＞第二辐射线段23。由于电流会沿着金属的边缘流动，因此透过上述不同长短的辐射线段的设计，可以造成一长、一短的不同电流路径，长的电流路径可产生低频的共振电波，而短的电流路径可产生高频的共振电波，如此高、低频的共振电波加成的结果则可以得到较宽的共振频率区段。另外，经由最短的第二辐射线段23的设计更可以在第一辐射线段22与第三辐射线段24之间产生第一间隙H1，并利用此第一间隙H1可以在第一辐射线段22与第三辐射线段24之间产生一个串联电容。

由以下公式，可以算出在特定介质和特定的共振电波频率下该天线的共振波长λa与其接收的共振波电波长λ₀的关系。

C＝λ□f(c＝3□10⁸m/s，电波波速＝光速)

在共振波电波频率＝2.45 GHz时，λ₀＝3□10⁸/2.45□10⁹＝12.24cm(1G＝10⁹)

$\mathrm{\λa}={\mathrm{\λ}}_0/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}\mathrm{eff}$ (ε_reff取0.75+0.25εr，因为其场的分布free space∶FR4≈75％∶25％)

通常对已知的偶极天线而言，因为天线长度＝1/2λa时天线两端形成断路，而形成驻波以达到共振；故天线长度取1/2λa≈1/4λ₀。

本发明的设计则是利用电容的作用降低相同天线长度的共振频率，也就是可以经由此项设计使用较短的天线长度来接收较低频率的共振电波，因此在设计天线时可以使用较短的辐射线段来达到所需的共振频率，也可以利用此作用设计出更小面积的天线。

另外第四辐射线段25垂直连接于第三辐射线段24与下地线26之间造成第二间隙H2，并利用此第一间隙H1可以在第三辐射线段24与之下地线26间产生一个下地电容，此下地电容也可以经由上述的电容作用而达到使用较短的天线长度来接收较低频率的共振电波以减少辐射线段所需长度及缩小天线面积的目的。

请参阅图3，其为本发明的平面印刷天线的侧天线经实际测量所产生的共振电波场型。利用该侧天线作为接收天线，并将其水平旋转以水平的各种角度接收一固定发射源(Horn Antenna)的水平极化波信号而得到一水平极化增益值的曲线变化。再将固定发射源做垂直旋转，此时其发射垂直极化波，且利用该侧天线作为接收天线并水平旋转以水平的各种角度接收垂直极化波得到一垂直极化增益值的曲线变化。将水平极化增益值与垂直极化增益值加总后得到一总增益值的曲线，即为该侧天线的场型。由于本发明的设计是将第一、第二及第三辐射线段22、23、24做成平行重迭的连接方式，加强了该三辐射线段垂直方向的电波场型，也使得其所产生的场型会偏向该三辐射线段垂直的方向，而具有方向性。

请再参阅图1，综合上述的所有特征可知，本发明平面印刷天线的第一侧天线13与第二侧天线14由于其设置是在电路基板1的X轴两边的侧向，加上其第一、第二以及第三辐射线段22、23、24的设计，使其所产生的天线场型为偏向X轴的两边侧向，同时因其中电容而缩小面积的设计可以使第一侧天线13与第二侧天线14在设置空间上以及场型偏向都减少与全向式天线11所产生的场型重迭的范围，以达到增加天线间隔离度的目的。

请参阅图4，其为本发明平面印刷天线的第一侧天线13与全向式天线11隔离度实际测试结果的曲线图。由此可以得知，第一侧天线13与全向式天线11在2.4GH_Z～2.5GH_Z的频率区段中的隔离度(S_O-1)为-10.01dB～-13.1dB。图5为第二侧天线与全向式天线之间的隔离度实际测试结果的曲线图，其中第二侧天线14与全向式天线11在2.4GH_Z～2.5GH_Z的频率区段中的隔离度(S_O-2)为-10.8dB～-11.1dB。图6为第一侧天线13与第二侧天线14之间的隔离度实际测试结果的曲线图，其中第一侧天线13与第二侧天线14在2.4GH_Z～2.5GH_Z的频率区段中的隔离度(S_1-2)为-17.9dB～22.7dB。上述的各天线之间的隔离度的确远较已知使用单极天线，隔离度约为-6～-8dB，的多天线平面印刷天线好。

请参阅图7，其本发明平面印刷天线中全向式天线11经实际测量产生的返回损耗(Return Loss)图显示的测量结果(S_O-O)，其返回损耗小于-10dB的频率区段为2.3GH_Z～2.58GH_Z。图8为第一侧天线13经实际测量产生的返回损耗图显示的测量结果(S_1-1)，其返回损耗小于-10dB的频率区段为2.38GH_Z～2.75GH_Z。图9为第二侧天线14经实际测量产生的返回损耗图显示的测量结果(S_2-2)，其返回损耗小于-10dB的频率区段为2.2GH_Z～3GH_Z。由上述实际的测量结果可以得知，本发明平面印刷天线的设计确实可以增加了可使用的频率宽度。

综上所述，本发明的设计可以使平面印刷天线不仅可以缩小了天线所使用的面积以及加强了各天线之间的隔离度，而且更进一步可以增加可用的频率宽度，达到比已知技术更佳的通讯效果，大幅增进使用效能。实属难能的创新设计，深具产业价值。

虽然本发明所揭露之实施方式如上，但所述之内容并非用以直接限定本发明之专利保护范围。任何本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明所揭露之精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作些许的更动。本发明之专利保护范围，仍须以所附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (15)

1.一种无线传输/接收单元，包括： 

一第一辐射线段，用以发射/接收一第一方向电波，所述第一方向垂直于所述第一辐射线段的长度方向； 

一第二辐射线段，与所述第一辐射线段相连，用以发射/接收所述第一方向电波； 

一第三辐射线段，与所述第二辐射线段相连，用以发射/接收所述第一方向电波；以及 

一第四辐射线段，垂直连接于所述第三辐射线段与一下地线， 

其特征在于，所述第二辐射线段的长度小于所述第一辐射线段，且所述第一辐射线段的长度小于所述第三辐射线段，该第一、第二及第三辐射线段做成平行重迭的连接方式。 

2.如权利要求1所述的无线传输/接收单元，其特征在于，更包括一馈入连接线，与所述第一辐射线段垂直相连，用以传输一馈入信号。 

3.如权利要求1所述的无线传输/接收单元，其特征在于，所述第一、第二及第三辐射线段彼此平行。 

4.如权利要求1所述的无线传输/接收单元，其特征在于，所述第二辐射线段更提供所述第一与第三辐射线段间的不同电流路径以及一第一间隙，所述不同的电流路径用以增加发射/接收的频宽，所述第一间隙用于产生一串联电容造成一低频以减少所述辐射线段所需的长度。 

5.如权利要求1所述的无线传输/接收单元，其特征在于，所述第四辐射线段用以发射/接收一第二方向电波及提供所述第三辐射线段与所述下地线间的一第二间隙，所述第二方向垂直于所述第四辐射线段的长度方向，所述第二间隙用于产生一下地电容造成一低频以减少所述辐射线段所需的长度。 

6.一种多重输入输出的天线，包含： 

一电路基板，包含： 

至少一传输/接收单元组，各组具有相同的两个传输/接收单元，对称设置于所述电路基板的两侧，其中各传输/接收单元包含： 

一第一辐射线段，用以发射/接收一第一方向电波，所述第一方向垂直于所述第一辐射线段的长度方向； 

一第二辐射线段，与所述第一辐射线段相连，用以发射/接收所述第一方向电波；以及 

一第三辐射线段，与所述第二辐射线段相连，用以发射/接收所述第一方向电波， 

其特征在于，所述第二辐射线段的长度小于所述第一辐射线段，且所述第一辐射线段的长度小于所述第三辐射线段，该第一、第二及第三辐射线段做成平行重迭的连接方式。 

7.如权利要求6所述的多重输入输出的天线，其特征在于， 

所述电路基板为一FR-4基板； 

所述传输/接收单元总数为奇数时，更具有一全向式传输/接收单元设置于所述电路基板的前端；或 

所述传输/接收单元总数为偶数。 

8.如权利要求6所述的多重输入输出的天线，其特征在于，所述第二辐射线段更提供所述第一与第三辐射线段间的不同电流路径以及一第一间隙，所述不同的电流路径用以增加发射/接收的频宽，所述第一间隙用于产生一串联电容造成一低频以减少所述辐射线段所需的长度。 

9.如权利要求6所述的多重输入输出的天线，其特征在于，更包括一第四辐射线段，垂直连接于所述第三辐射线段与一下地线，用以发射/接收一第二方向电波及提供所述第三辐射线段与所述下地线间的一第二间隙，所述第二方向垂直于所述第四辐射线段的长度方向，所述第二间隙用于产生一下地电容造成一低频以减少所述辐射线段所需的长度。 

10.如权利要求6所述的多重输入输出的天线，其特征在于，所述第二辐射线段的长度造成不同的电流路径以增加发射/接收的频宽。 

11.一种无线传输装置，其特征在于，包含如权利要求6至10中任一项的所述多重输入输出的天线。 

12.一种具方向性的天线，包括： 

一第一辐射线段，具有一第一表面及一第二表面，用以发射/接收一第一方向电波，所述第一方向垂直于所述第一辐射线段的长度方向； 

一第二辐射线段，具有一第三表面及一第四表面，用以发射/接收所述第一方向电波； 

一连接装置，其是与所述第一辐射线段的所述第二表面及所述第二辐射线段的所述第三表面相连；以及 

一第三辐射线段，垂直连接于所述第二辐射线段与一下地线， 

其特征在于，所述第二辐射线段的长度大于所述第一辐射线段，该第一、第二及第三辐射线段做成平行重迭的连接方式。 

13.如权利要求12所述的天线，其特征在于，更包括一馈入连接线，与所述第一表面垂直相连，用以传输一馈入信号。 

14.如权利要求12所述的天线，其特征在于， 

所述第一、第二、第三及第四表面彼此平行；或 

所述连接装置为一第四辐射线段，其长度小于所述第一辐射线段，其中所述第四辐射线段用以提供所述第一与第二辐射线段间的不同电流路径以及一第一间隙，所述不同的电流路径用以增加发射/接收的频宽，所述第一间隙用以产生一串联电容造成一低频以减少所述辐射线段所需的长度。 

15.如权利要求12所述的天线，其特征在于，所述第三辐射线段用以发射/接收一第二方向电波，所述第二方向垂直于所述第三辐射线段的长度方向及提供所述第二辐射线段与所述下地线间的一第二间隙，所述第二间隙用于产生一下地电容造成一低频以减少所述辐射线段所需的长度。 

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