CN101685905A - 具有带拒特性的超宽频天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有带拒特性的超宽频天线，尤指一种通过设置两个互相连接的互补式分离环形共振器于其信号馈送单元的方式，抑制其于一特定频带范围内的发射及接受能力的超宽频天线。其包括：一基板；一接地单元，设置于基板并挖设有一第一槽孔及一第一长条孔；一信号馈送单元，设置于基板并包含一水平部及一垂直部，且水平部及垂直部是分别位于第一槽孔及第一长条孔内；一第一互补式分离环形共振器以及一第二互补式分离环形共振器。其中，第一互补式分离环形共振器及第二互补式分离环形共振器是设置于信号馈送单元的水平部并互相连接。

Description

具有带拒特性的超宽频天线

技术领域

本发明涉及一种具有带拒特性的超宽频天线，尤指一种通过设置两个互相连接的互补式分离环形共振器于其信号馈送单元的方式，抑制其于一特定频带范围内的高频信号发射及接受能力的超宽频天线。

背景技术

随着短距离无线传输需求的快速成长、通讯局域网络的无线化以及个人行动通讯产品的多元化，无线通讯数据传输量以及传输速率亦随之增加。有鉴于此，美国联邦通讯委员会(Federal Communication Commissions，FCC)于2002年2月核定超宽频通讯科技为一般商业用通讯系统，并规范超宽频通讯为高传输、低功率及短距离通讯系统。然而超宽频频带的范围内(3.1GHz至10.6GHz)包含着无线局域网络(wireless local area network，WLAN)所使用的频带，如5.150GHz至5.875GHz，所以超宽频通讯及无线局域网络系统之间常会产生通讯信号相互干扰。

因此，为了让超宽频通讯更加实用化，业界对于抑制超宽频通讯于无线局域网络操作频带发射或接收信号提出了不少解决方案，以减低前述的信号干扰现象。以下为三种公知具有带拒特性的超宽频天线，它们均无法在无线局域网络操作频带(5GHz至6GHz)内发射或接收一高频信号。

如图1A所示，第一种公知具有带拒特性的超宽频天线，包括：一基板11、一接地单元12、一信号馈送单元13及一矩形条状槽孔14。其中，基板11较佳为一FR-4材质的微波基板。接地单元12设置于基板11并挖设有一第一槽孔121及一第一长条孔122，且第一长条孔122是与第一槽孔121相连通，第一长条孔122并延伸至基板11的侧边111。此外，信号馈送单元13亦设置于基板11并包含一水平部131及一垂直部132，水平部131是位于第一槽孔121内，垂直部132则位于第一长条孔122内。

如图1A及图1B所示，接地单元12的第一槽孔121是为一矩形条状槽孔，信号馈送单元13的水平部131的形状是为矩形。此外，接地单元12与信号馈送单元13的材质是为金属。另一方面，矩形条状槽孔14是设置于信号馈送单元13的水平部131并具有一开口141，矩形条状槽孔14的开口方向是平行于信号馈送单元13的垂直部132的延伸方向，矩形条状槽孔14的长度为21.4mm。

此外，图1A及图1B中用于显示第一种公知具有带拒特性的超宽频天线的尺寸的各项标号的数值，分别如下表1所示：

表1

标号	尺寸(mm)	标号	尺寸(mm)	标号	尺寸(mm)
						L	35	W	33	Ls	23
Ws	13	t	2	Sf	0.4
						Wf	3.6	AB	10.8	AE	4

因此，在第一种公知具有带拒特性的超宽频天线中，其「频带抑制单元」是由矩形条状槽孔14构成，使得第一种公知具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内无法发射或接收一高频信号。至于详细的特性曲线(如返回损耗及增益)，将与本发明的具有带拒特性的超宽频天线的特性曲线一同显示于后。

如图2A所示，第二种公知具有带拒特性的超宽频天线，包括：一基板21、一接地单元22、一信号馈送单元23及一互补式分离环形共振器24。其中，基板21较佳为一FR-4材质的微波基板。接地单元22设置于基板21并挖设有一第一槽孔221及一第一长条孔222，且第一长条孔222是与第一槽孔221相连通，第一长条孔222并延伸至基板21的侧边211。此外，信号馈送单元23亦设置于基板21并包含一水平部231及一垂直部232，水平部231是位于第一槽孔221内，垂直部232则位于第一长条孔222内。

如图2A及图2B所示，接地单元22的第一槽孔221是为一矩形槽孔，信号馈送单元23的水平部231的形状是为矩形。此外，接地单元22与信号馈送单元23的材质是为金属。另一方面，互补式分离环形共振器24是设置于信号馈送单元23的水平部231，且包含一第一矩形条状槽孔241及一第二矩形条状槽孔242，且第一矩形条状槽孔241是将第二矩形条状槽孔242包围于其中。第一矩形条状槽孔241与第二矩形条状槽孔242分别具有一开口243及244，且第一矩形条状槽孔241的开口方向是与第二矩形条状槽孔242的开口方向相反。此外，第一矩形条状槽孔241的开口方向是平行于信号馈送单元23的垂直部232的延伸方向。

此外，图2A及图2B中用于显示第二种公知具有带拒特性的超宽频天线的尺寸的各项标号的数值，分别如下表2所示：

表2

标号	尺寸(mm)	标号	尺寸(mm)	标号	尺寸(mm)
						L	35	W	33	Ls	23
Ws	13	t	2	Sf	0.4
						Wf	3.6	AB	10.8	AE	4
g	0.1	c	0.2	d	0.4
						r	0.9

因此，在第二种公知具有带拒特性的超宽频天线中，其「频带抑制单元」是由互补式分离环形共振器24构成，使得第二种公知具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内无法发射或接收一高频信号。至于详细的特性曲线(如返回损耗及增益)，将与本发明的具有带拒特性的超宽频天线的特性曲线一同显示于后。

如图3A所示，第三种公知具有带拒特性的超宽频天线，包括：一基板31、一接地单元32、一信号馈送单元33、一第一互补式分离环形共振器34以及一第二互补式分离环形共振器35。其中，基板31较佳为一FR-4材质的微波基板。接地单元32设置于基板31并挖设有一第一槽孔321及一第一长条孔322，且第一长条孔322是与第一槽孔321相连通，第一长条孔322并延伸至基板31的侧边311。此外，信号馈送单元33亦设置于基板31并包含一水平部331及一垂直部332，水平部331是位于第一槽孔321内，垂直部332则位于第一长条孔322内。

如图3A及图3B所示，接地单元32的第一槽孔321是为一矩形槽孔，信号馈送单元33的水平部331的形状是为矩形。此外，接地单元32与信号馈送单元33的材质是为金属。另一方面，第一互补式分离环形共振器34及第二互补式分离环形共振器35是设置于信号馈送单元33的水平部331，且第一互补式分离环形共振器34是与第二互补式分离环形共振器35是相隔一距离S而设置。

如图3B所示，第一互补式分离环形共振器34包含一第一矩形条状槽孔341及一第二矩形条状槽孔342，且第一矩形条状槽孔341是将第二矩形条状槽孔342包围于其中。第一矩形条状槽孔341与第二矩形条状槽孔342分别具有一开口343及344，且第一矩形条状槽孔341的开口方向是与第二矩形条状槽孔342的开口方向相反。此外，第一矩形条状槽孔341的开口方向是平行于信号馈送单元33的垂直部332的延伸方向。除此之外，第二互补式分离环形共振器35包括一第三矩形条状槽孔351及一第四矩形条状槽孔352，且第三矩形条状槽孔351是将第四矩形条状槽孔352包围于其中。第三矩形条状槽孔351与第四矩形条状槽孔352分别具有一开口353及354，且第三矩形条状槽孔351的开口方向是与第四矩形条状槽孔352的开口方向相反。此外，第一矩形条状槽孔341的开口方向是平行于第三矩形条状槽孔351的开口方向。

此外，图3A及图3B中用于显示第三种公知具有带拒特性的超宽频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(mm)	标号	尺寸(mm)	标号	尺寸(mm)
						L	35	W	33	Ls	23
Ws	13	t	2	Sf	0.4
						Wf	3.6	AB	10.8	AE	4
g	0.1	c	0.2	d	0.4
						r	0.9	S	0.2

因此，在第三种公知具有带拒特性的超宽频天线中，第一互补式分离环形共振器34是与第二互补式分离环形共振器35是相隔一距离S而设置，以构成一「频带抑制单元」(band-notched unit)，使得第三种公知具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内无法发射或接收一高频信号。至于详细的特性曲线(如返回损耗及增益)，将与本发明的具有带拒特性的超宽频天线的特性曲线一同显示于后。

如上所述，前述的三种公知具有带拒特性的超宽频天线不是其「频带抑制单元」的抑制能力不足，不然就是其「频带抑制单元」占据较大的基板面积。因此，业界需要一种具有较佳抑制能力并占据较小基板面积的具有带拒特性的超宽频天线。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种具有带拒特性的超宽频天线，能于一特定频带范围内(如无线局域网络信号所使用的频带)抑制其对高频信号的发射及接受的能力。

本发明的另一目的是在提供一种具有带拒特性的超宽频天线，能使其「频带抑制单元」占据较小的基板面积。

为达成上述目的，本发明的具有带拒特性的超宽频天线，包括：一基板；一接地单元，设置于此基板并挖设有一第一槽孔及一第一长条孔，此第一长条孔是与此第一槽孔相连通并延伸至此基板的侧边；一信号馈送单元，设置于此基板并包含一水平部及一垂直部，此水平部是位于此第一槽孔内，此垂直部则位于此第一长条孔内；一第一互补式分离环形共振器以及一第二互补式分离环形共振器。其中，此第一互补式分离环形共振器及此第二互补式分离环形共振器是设置于此信号馈送单元的水平部，且此第一互补式分离环形共振器是与此第二互补式分离环形共振器互相连接。

本发明的优点在于：

由于在本发明的具有带拒特性的超宽频天线在其信号馈送单元的水平部设置有一由一第一互补式分离环形共振器与一第二互补式分离环形共振器互相连接而成的「频带抑制单元」(band-notched unit)，所以本发明的具有带拒特性的超宽频天线并无法在5GHz至6GHz之间的频带范围内发射或接收一高频信号。如此，本发明的具有带拒特性的超宽频天线在运作时并不会与无线局域网络系统互相干扰。况且，由于在本发明的具有带拒特性的超宽频天线中，第一互补式分离环形共振器与第二互补式分离环形共振器两者是互相连接，所以本发明的「频带抑制单元」所占据的基板面积也较公知具有带拒特性的超宽频天线的「频带抑制单元」所占据的基板面积为小。

附图说明

图1A是显示第一种公知具有带拒特性的超宽频天线的示意图；

图1B是显示第一种公知具有带拒特性的超宽频天线所具的频带抑制单元的示意图；

图2A是显示第二种公知具有带拒特性的超宽频天线的示意图；

图2B是显示第二种公知具有带拒特性的超宽频天线所具的频带抑制单元的示意图；

图3A是显示第三种公知具有带拒特性的超宽频天线的示意图；

图3B是显示第三种公知具有带拒特性的超宽频天线所具的频带抑制单元的示意图；

图4A是显示本发明的具有带拒特性的超宽频天线的示意图；

图4B是显示本发明的具有带拒特性的超宽频天线所具的频带抑制单元的示意图；

图5是显示三种公知具有带拒特性的超宽频天线以及本发明的具有带拒特性的超宽频天线在整个频带范围内(2GHz至12GHz)的返回损耗随着频率变化的情形的示意图；

图6是显示三种公知具有带拒特性的超宽频天线以及本发明的具有带拒特性的超宽频天线在整个频带范围内(2GHz至12GHz)的增益随着频率变化的情形的示意图；

图7是显示实际量测以及通过CST软件仿真所得的本发明的具有带拒特性的超宽频天线的返回损耗随着频率变化的情形的示意图。

主要组件符号说明

11、21、31、41基板

111、211、311、411侧边

12、22、32、42接地单元

121、221、321、421第一槽孔

122、222、322、422第一长条孔

13、23、33、43信号馈送单元

131、231、331、431水平部

132、232、332、432垂直部

14矩形条状槽孔

141、243、244、343、344、353、354、443、444、453、454开口

24互补式分离环形共振器

241、341、441第一矩形条状槽孔

242、342、442第二矩形条状槽孔

34、44第一互补式分离环形共振器

35、45第二互补式分离环形共振器

351、451第三矩形条状槽孔

352、452第四矩形条状槽孔

具体实施方式

如图4A所示，本发明的具有带拒特性的超宽频天线，包括：一基板41、一接地单元42、一信号馈送单元43、一第一互补式分离环形共振器44以及一第二互补式分离环形共振器45。其中，基板41较佳为一FR-4材质的微波基板。接地单元42设置于基板41并挖设有一第一槽孔421及一第一长条孔422，且第一长条孔422是与第一槽孔421相连通，第一长条孔422并延伸至基板41的侧边411。此外，信号馈送单元43亦设置于基板41并包含一水平部431及一垂直部432，水平部431是位于第一槽孔421内，垂直部432则位于第一长条孔422内。

如图4A所示，接地单元42的第一槽孔421是为一矩形槽孔，信号馈送单元43的水平部431的形状是为矩形。此外，接地单元42与信号馈送单元43的材质是为金属。另一方面，第一互补式分离环形共振器44及第二互补式分离环形共振器45是设置于信号馈送单元43的水平部431，且第一互补式分离环形共振器44是与第二互补式分离环形共振器45互相连接。

如图4B所示，第一互补式分离环形共振器44包含一第一矩形条状槽孔441及一第二矩形条状槽孔442，且第一矩形条状槽孔441是将第二矩形条状槽孔442包围于其中。第一矩形条状槽孔441与第二矩形条状槽孔442分别具有一开口443及444，且第一矩形条状槽孔441的开口方向是与第二矩形条状槽孔442的开口方向相反。此外，第一矩形条状槽孔441的开口方向是平行于信号馈送单元43的垂直部432的延伸方向。除此之外，第二互补式分离环形共振器45包括一第三矩形条状槽孔451及一第四矩形条状槽孔452，且第三矩形条状槽孔451是将第四矩形条状槽孔452包围于其中。第三矩形条状槽孔451与第四矩形条状槽孔452分别具有一开口453及454，且第三矩形条状槽孔451的开口方向是与第四矩形条状槽孔452的开口方向相反。此外，第一矩形条状槽孔441的开口方向是平行于第三矩形条状槽孔451的开口方向。

此外，图4A及图4B中用于显示本发明的具有带拒特性的超宽频天线的尺寸的各项标号的数值，分别如下表4所示：

表4

标号	尺寸(mm)	标号	尺寸(mm)	标号	尺寸(mm)
						L	35	W	33	Ls	23
Ws	13	t	2	Sf	0.4
						Wf	3.6	AB	10.8	AE	4
g	0.1	c	0.2	d	0.4
						r	1.03

再如图4B所示，第一互补式分离环形共振器44的第一矩形条状槽孔441是与第二互补式分离环形共振器45的第三矩形条状槽孔451相连通。即在本发明的具有带拒特性的超宽频天线中，第一互补式分离环形共振器44是与第二互补式分离环形共振器45整合为一体，构成一「频带抑制单元」(band-notched unit)。

以下，将配合图5、图6及图7，证明本发明的具有带拒特性的超宽频天线的确无法在5GHz至6GHz之间的频带范围内发射或接收一高频信号。

图5是显示三种公知具有带拒特性的超宽频天线以及本发明的具有带拒特性的超宽频天线在整个频带范围内(2GHz至12GHz)的返回损耗随着频率变化的情形的示意图，其是通过CST软件仿真所得。

其中，曲线A是显示图1所示的第一种公知具有带拒特性的超宽频天线的返回损耗随着频率变化的情形；曲线B是显示图2所示的第二种公知具有带拒特性的超宽频天线的返回损耗随着频率变化的情形；曲线C是显示图3所示的第三种公知具有带拒特性的超宽频天线的返回损耗随着频率变化的情形；曲线D是代表图4所示的本发明的具有带拒特性的超宽频天线的返回损耗随着频率变化的情形。

从图5中可以看出，曲线D具有最低的共振频率(约为5.5GHz)，曲线C具有次低的共振频率(约为6.5GHz)。因此，本发明的具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内的返回损耗显著高于其在其它频带范围内的返回损耗。此外，相较于其它三种公知具有带拒特性的超宽频天线，本发明的具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内的返回损耗值最高，且其不匹配损耗(mismatch loss)约为4.3dB显示本发明的具有带拒特性的超宽频天线所具有的由第一互补式分离环形共振器与第二互补式分离环形共振器互相连接而形成的「频带抑制单元」的抑制效果极佳，且可使得本发明的具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内无法发射或接收一高频信号。

图6是显示三种公知具有带拒特性的超宽频天线以及本发明的具有带拒特性的超宽频天线在整个频带范围内(2GHz至12GHz)的增益随着频率变化的情形的示意图，其是通过CST软件仿真所得。

其中，曲线E是显示图1所示的第一种公知具有带拒特性的超宽频天线的增益随着频率变化的情形；曲线F是显示图2所示的第二种公知具有带拒特性的超宽频天线的增益随着频率变化的情形；曲线G是显示图3所示的第三种公知具有带拒特性的超宽频天线的增益随着频率变化的情形；曲线H是代表图4所示的本发明的具有带拒特性的超宽频天线的增益随着频率变化的情形。

从图6中可以看出，曲线H具有最低的增益值(约在5.5GHz)，曲线G具有次低的增益值(约在6.5GHz)。因此，本发明的具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内的增益显著低于其在其它频带范围内的增益。此外，相较于其它三种公知具有带拒特性的超宽频天线，本发明的具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内的增益值最低，显示本发明的具有带拒特性的超宽频天线所具有的由第一互补式分离环形共振器与第二互补式分离环形共振器互相连接而形成的「频带抑制单元」的抑制效果极佳，且可使得本发明的具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内无法发射或接收一高频信号。

图7是显示实际量测以及通过CST软件仿真所得的本发明的具有带拒特性的超宽频天线的返回损耗随着频率变化的情形的示意图。其中，曲线I是显示实际量测本发明的具有带拒特性的超宽频天线所得的返回损耗随着频率变化的情形；曲线J是显示通过CST软件仿真所得的返回损耗随着频率变化的情形。

从图7中可以看出，本发明的具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内的返回损耗值最高，且通过CST软件仿真所得的结果与实际量测所得的结果大致符合。

综上所述，由于在本发明的具有带拒特性的超宽频天线在其信号馈送单元的水平部设置有一由一第一互补式分离环形共振器与一第二互补式分离环形共振器互相连接而成的「频带抑制单元」(band-notched unit)，所以本发明的具有带拒特性的超宽频天线并无法在5GHz至6GHz之间的频带范围内发射或接收一高频信号。如此，本发明的具有带拒特性的超宽频天线在运作时并不会与无线局域网络系统互相干扰。况且，由于在本发明的具有带拒特性的超宽频天线中，第一互补式分离环形共振器与第二互补式分离环形共振器两者是互相连接，所以本发明的「频带抑制单元」所占据的基板面积也较公知具有带拒特性的超宽频天线的「频带抑制单元」所占据的基板面积为小。

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权利要求书的保护范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (13)

1.一种具有带拒特性的超宽频天线，包括：

一基板；

一接地单元，设置于该基板并挖设有一第一槽孔及一第一长条孔，该第一长条孔与该第一槽孔相连通并延伸至该基板的侧边；

一信号馈送单元，设置于该基板并包含一水平部及一垂直部，该水平部位于该第一槽孔内，该垂直部则位于该第一长条孔内；

一第一互补式分离环形共振器；以及

一第二互补式分离环形共振器；

其特征在于，所述第一互补式分离环形共振器及该第二互补式分离环形共振器设置于该信号馈送单元的水平部，且该第一互补式分离环形共振器与该第二互补式分离环形共振器互相连接。

2.如权利要求1所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述第一互补式分离环形共振器包括一第一矩形条状槽孔及一第二矩形条状槽孔，且该第一矩形条状槽孔将该第二矩形条状槽孔包围于其中。

3.如权利要求2所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述第二互补式分离环形共振器包括一第三矩形条状槽孔及一第四矩形条状槽孔，且该第三矩形条状槽孔将该第四矩形条状槽孔包围于其中。

4.如权利要求3所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述第一矩形条状槽孔与该第二矩形条状槽孔分别具有一开口，且该第一矩形条状槽孔的开口方向与该第二矩形条状槽孔的开口方向相反。

5.如权利要求4所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述第一矩形条状槽孔的开口方向平行于该信号馈送单元的垂直部的延伸方向。

6.如权利要求4所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述第三矩形条状槽孔与该第四矩形条状槽孔分别具有一开口，且该第三矩形条状槽孔的开口方向与该第四矩形条状槽孔的开口方向相反。

7.如权利要求6所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述第一互补式分离环形共振器的第一矩形条状槽孔的开口方向平行于该第二互补式分离环形共振器的第三矩形条状槽孔的开口方向。

8.如权利要求3所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述第一互补式分离环形共振器的第一矩形条状槽孔与该第二互补式分离环形共振器的第三矩形条状槽孔相连通。

9.如权利要求1所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述接地单元的第一槽孔为一矩形条状槽孔。

10.如权利要求1所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述信号馈送单元的水平部的形状为矩形。

11.如权利要求1所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述基板为一FR-4材质的微波基板。

12.如权利要求1所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述信号馈送单元及该接地单元的材质为金属。

13.如权利要求1所述的具有带拒特性的超宽频天线，其特征在于，所述具有带拒特性的超宽频天线在5GHz至6GHz之间的频带范围内无法发射或接收一高频信号。

Images