CN101752654B - 双频指向性天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双频指向性天线，其包含一正面基板、一背面基板和一隔离基板。该隔离基板用以隔离该正面基板和该背面基板。该正面基板包含一第一辐射元件、一第二辐射元件和一连接部。该第一辐射元件的结构对称于该第二辐射元件。该第一辐射元件的局部面积挖空以形成一形状约呈直角三角形的挖空部。本发明的双频指向性天线相比于传统900MHz的天线具有相当的面积优势，而依然能在902至928MHz以及2.45GHz两频段具有良好的发射效率。并且，本发明的双频指向性天线相当适合应用于射频辨识系统。

Description

双频指向性天线

技术领域

本发明涉及一种天线，特别是涉及一种双频指向性天线。

背景技术

目前射频辨识(radio-frequency identification)天线的相关技术多半朝向如何容纳较大频宽的方向研究。然而，若一射频辨识天线具有一过大的频宽，其不只会接收到过多杂讯，也会接收到不同系统或不同通讯技术的电磁波而造成辨识困难。若仅针对单一频率设计天线，又易造成制造成本过高以及天线使用效率不佳的问题。

另一方面，一般天线的辐射场型是在其发射端形成前后对称而方向相反的球型。然而对于已知待测物方向的射频辨识系统而言，此种天线的辐射场型易造成可侦测距离过短且效率不佳的问题。

因此，有必要设计一种天线，其不仅具备双频的接收能力且具有指向性而增加其发射效率和侦测距离。

发明内容

本申请说明书中所称的第几中点，并不表示其即为某线段的中间点。

本发明的目的是提供一种适合应用于射频辨识系统且在两频段具有良好的发射效率的双频指向性天线。

为达到上述目的，本发明提供的双频指向性天线，包含一正面基板、一背面基板和一隔离基板。该隔离基板用以隔离该正面基板和该背面基板。该正面基板包含一第一辐射元件、一第二辐射元件和一连接部。该第一辐射元件具有第一边至第四边，其中该第一边至第三边的形状约呈矩形。该第四边的两端点分别为一第一顶点和一第二顶点，该第四边先自该第一顶点向内延伸至一第一中点，再自该第一中点向该第二顶点的方向延伸至一第二中点，并由该第二顶点向外延伸至一第三中点，再由该第三中点延伸至该第二顶点，其中由该第二中点向第二顶点的延伸方向形成一挖空部，该挖空部的形状约呈直角三角形。该第二辐射元件相邻于该第一辐射元件，且其结构和该第一辐射元件相对称。该连接部用以连接该第一辐射元件的该第一顶点至位于该第二辐射元件相对应该第一顶点的一顶点。

本发明的双频指向性天线相比于传统900MHz的天线具有相当的面积优势，而依然能在902至928MHz以及2.45GHz两频段具有良好的发射效率。并且，本发明的双频指向性天线相当适合应用于射频辨识系统。

附图说明

图1是显示本发明的一实施例的双频指向性天线的示意图；

图2是显示本发明的一实施例的正面基板的示意图；

图3A及图3B是显示本发明的一实施例的双频指向性天线以及一现有的射频辨识天线的回波损失图；

图4A及图4B是显示本发明的一实施例的双频指向性天线以及一现有的射频辨识天线的辐射场型图。

主要元件符号说明：

100       双频指向性天线       102    正面基板

104       背面基板             106    隔离基板

202       第一辐射元件         204    第二辐射元件

206       连接部               208    挖空部

210       挖空部               212    挖空部

A～C      端点                 O～Q   中点

L1～L6    长度                 E1～E4 边

E1′～E4′边

具体实施方式

图1是显示本发明一实施例的双频指向性天线100的示意图。如图1所示，该双频指向性天线100包含一正面基板102、背面基板104和一隔离基板106。该正面基板102和该背面基板104是以铜箔构成。该隔离基板106为一印刷电路板，用以隔离该正面基板102和该背面基板104。

图2显示该正面基板102的示意图。如图2所示，该正面基板102包含一第一辐射元件202、一第二辐射元件204和一连接部206。该第一辐射元件202和该第二辐射元件204彼此相邻且结构对称。该连接部206是用以连接该第一辐射元件202和该第二辐射元件204，及调整该双频指向性天线100的阻抗匹配，并使该连接部206的中央作为馈入点。

该第一辐射元件202的初始形状为矩形，具有初始的第一边至第四边E1～E4，并经由一切割及挖除过程形成的。该切割及挖除过程是自一第一顶点A处沿一斜线切割至一第一中点O。该第一中点O续往一第二顶点B处沿一斜线切割至一第二中点P。该第二中点P续往连接该第一顶点A和该第二顶点B的该初始第四边E4垂直切割至一第三中点Q以局部去除该第一辐射元件202并增加该第一辐射元件202的边长，其中该局部去除部分包含一第一直角三角形208和一梯形210。该第一辐射元件202并在该第二顶点B靠近该初始第四边E4的内侧局部挖空以形成一第二直角三角形212，其中该第二直角三角形212的斜边位于该梯形210由中点O和中点P所形成的斜边延长所形成的斜线上。第二直角三角形212的形状亦可为约呈直角的三角形。如图2所示，经过该切割及挖除过程后，该第一辐射元件202具有第一边至第四边E1′～E4′，其中该第一边至第三边E1′～E3′和该初始第一边至第三边E1～E3相同，而该第四边E4′的长度大于该初始第四边E4的长度。

该第二辐射元件204的结构对称于该第一辐射元件202。该连接部206连接该第一辐射元件202的第一顶点A和该第二辐射元件204相应的一第三顶点C。此边缘端点馈入的设计简化了该双频指向性天线100的阻抗转换电路，而边缘电流路径的扰动可产生多频段的谐振及协助阻抗匹配。在本实施例中，由第一顶点A测量该第一辐射元件202所得的阻抗约为100欧姆，而由第三顶点C测量该第二辐射元件204所得的阻抗亦约为100欧姆。又，该连接部206是以并联方式连接该第一辐射元件202和该第二辐射元件204。因此，由该连接部206中央的馈入点测量所得的阻抗约为50欧姆。

较佳的，该第一直角三角形208的高不超过该第一辐射元件202的宽的一半，该第一辐射元件202的长宽比约为1.1，而该背面基板104的面积大于该正面基板102的面积。在本实施例的该双频指向性天线100，该第一辐射元件的长约为90毫米，宽约为83毫米。该第一直角三角形208的高，即L1，约为27毫米。该第一直角三角形208的底边长，即L2，约为41毫米。该第二直角三角形212的高，即L3，约为10毫米。该第二直角三角形212的底边长，即L4，约为15毫米。该梯形210的高，即L5，约为8毫米。该梯形210的上底长，即L6，约为20毫米。该第一中点O和该第二中点P的距离约为10.6毫米。该隔离基板106的厚度约为5至7毫米。该背面基板104的长约为210毫米，宽约为84毫米。该连接部206的长约为21毫米。

如上所述，本实施例的辐射元件202和204的长度约为90毫米，即对应2.45GHz的发射频段。又，本实施例的辐射元件202和204是在该第一边侧形成该第一直角三角形208和该梯形210以增加该第一边的长度，即对应900MHz附近的发射频段。因此，相比于传统900MHz的天线需要40公分以上的长，本实施例的双频指向性天线100长度仅约为18.8公分。此外，该挖空的第二直角三角形212可加强该辐射元件202的阻抗匹配及加强该辐射元件202的双频甚至多频的谐振频段。又，本实施例的双频指向性天线100是应用于射频辨识系统，其对于辐射增益有特定的要求。因此，该第一辐射元件202和该第二辐射元件204的间距设定约为8毫米使其辐射增益小于6dBi。

图3A及图3B显示该双频指向性天线100以及一现有的射频辨识天线的回波损失图(return loss)。图3A为该双频指向性天线100的回波损失图，而图3B为一现有的射频辨识天线的回波损失图。

图4A及图4B显示该双频指向性天线100以及一现有的射频辨识天线的辐射场型图。图4A为该双频指向性天线100的辐射场型图，而图4B为一现有的射频辨识天线的辐射场型图。

如图3A、图3B及图4A、图4B所示，该双频指向性天线100相比于现有的射频辨识天线具有较高的指向性及较好的效率。此外，该双频指向性天线100相比于传统900MHz的天线具有相当的面积优势，而依然能在902至928MHz以及2.45GHz两频段具有良好的发射效率。本发明的双频指向性天线相当适合应用于射频辨识系统。

此外，本申请说明书中所称的第几中点，并不表示其即为某线段的中间点。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示而做种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所公开的，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为权利要求书的范围所涵盖。

Claims (23)

1.一种双频指向性天线，其特征在于，包含：

一正面基板；

一背面基板；以及

一隔离基板，用以隔离该正面基板和该背面基板；

其中该正面基板包含：

一第一辐射元件，该第一辐射元件的初始形状为矩形，具有初始的第一边至第四边，并经由一切割及挖除过程形成；该切割及挖除过程是自一第一顶点处沿一斜线切割至一第一中点；该第一中点续往一第二顶点处沿一斜线切割至一第二中点；该第二中点续往连接该第一顶点和该第二顶点的该初始第四边垂直切割至一第三中点以局部去除该第一辐射元件并增加该第一辐射元件的边长，其中该局部去除部分包含一第一直角三角形和一梯形；该第一辐射元件并在该第二顶点靠近该初始第四边的内侧局部挖空以形成一第二直角三角形，其中该第二直角三角形的斜边位于该梯形由第一中点和第二中点所形成的斜边延长所形成的斜线上；经过该切割及挖除过程后，该第一辐射元件具有第一边至第四边，其中该第一边至第三边和该初始第一边至第三边相同，而该第四边的长度大于该初始第四边的长度；该第四边的两端点分别为第一顶点和第二顶点，该第四边先自该第一顶点向内延伸至第一中点，再自该第一中点向该第二顶点的方向延伸至第二中点，并由该第二中点向外延伸至第三中点，再由该第三中点延伸至该第二顶点；

一第二辐射元件，相邻于该第一辐射元件，且其结构和该第一辐射元件相对称；以及

一连接部，连接该第一辐射元件的第一顶点至该第二辐射元件相应的第一顶点；

其中，上述的中点并不表示其即为某线段的中间点。

2.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第一辐射元件的长度为90毫米。

3.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第一辐射元件的宽度为83毫米。

4.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第一辐射元件和该第二辐射元件的间距为8毫米以上。

5.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第一顶点延伸至第一中点的深度不超过该第一辐射元件的宽度的一半。

6.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第一顶点延伸至第一中点的深度为27毫米。

7.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第一顶点延伸至第一中点的长度为41毫米。

8.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第二直角三角形的高度为10毫米。

9.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第二直角三角形的底边长度为15毫米。

10.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第一中点和第二中点的距离为10毫米。

11.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第二中点至该第三中点垂直延伸的高度为20毫米。

12.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该隔离基板的厚度为5至7毫米。

13.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该第一辐射元件的长宽比为1.1。

14.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该背面基板的长度为210毫米。

15.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该背面基板的宽度为84毫米。

16.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该连接部的长度为21毫米。

17.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该背面基板的面积大于该正面基板的面积。

18.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该正面基板和背面基板是以铜箔制成。

19.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该隔离基板为一印刷电路板。

20.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：该连接部是用以调整该双频指向性天线的阻抗匹配，并以该连接部的中央作为馈入点。

21.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其是应用于902至928MHz及2.45GHz的两频段。

22.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其特征在于：由该连接部中央的一馈入点所测量的阻抗为50欧姆。

23.根据权利要求1所述的双频指向性天线，其是应用于射频辨识系统。

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