CN102340051A

CN102340051A - 双v型双频天线

Info

Publication number: CN102340051A
Application number: CN2010102296596A
Authority: CN
Inventors: 邱建评; 翁丰仁; 颜一平; 吴晓薇
Original assignee: Quanta Computer Inc
Current assignee: Quanta Computer Inc
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2012-02-01

Abstract

本发明公开一种双V型双频天线，其包括基板，斜向设置于基板一表面上并具有接地端的第一导体臂，与第一导体臂不等长的第二导体臂，其以一端与第一导体臂连接并平行地位于该第一导体臂一侧，与第一导体臂等长且相间隔地对称设置于该基板上的一镜射导体臂，其具有与该接地端相邻的馈入端，并与第一导体臂之间具有一张角θ，以及与第二导体臂等长且相间隔地对称设置于基板上的第二镜射导体臂，由此，第一导体臂与第一镜射导体臂共同组成V型共振路径可共振于一第一频段，且第二导体臂与第二镜射导体臂共同组成另一V型共振路径可共振于一不同于该第一频段的第二频段。

Description

双V型双频天线

技术领域

本发明涉及一种双频天线，特别是涉及一种外接型式的双V型双频天线。

背景技术

外接天线主要用于辅助无线装置，以增加其信号接收能力，因此，外接天线须具备高增益的特点，但在增加天线增益的同时，又往往要牺牲天线辐射场型的全向性，因此一般全向性天线的增益都不高。

参见图1及图2，是现有一种高增益全向性天线100的正面图与反面图，为了提高增益，其以串接的方式串接开路式偶极天线，并具有设于天线基板1正面的信号馈入部10、金属线路11与辐射单元20，以及设于天线基板1反面的信号馈入部10、金属线路12与辐射单元30。

且为了让串接的辐射单元20、30能阻抗匹配，因此制作较宽的金属线路11、12来传递信号，但较宽的金属线路11、12会缩短金属线路11、12与辐射单元20、30之间的间距，导致金属线路11、12上传递的信号耦合到辐射单元20、30，而影响到辐射单元20、30之间的阻抗匹配，并使频带的宽度受到限制。然而，若为了避免金属线路11、12与辐射单元20、30之间的耦合效应，而增加金属线路11、12与辐射单元20、30之间的间距，却又容易造成天线的指向性过高。

因此，如何设计一种兼具高增益和全向性辐射场型的天线，成为本发明主要研发的课题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种兼具高增益和全向性辐射场型的双V型双频天线。

为达到上述目的，本发明提供一种双V型双频天线，其包括一基板、一第一导体臂、一第二导体臂、一第一镜射导体臂及一第二镜射导体臂。

第一导体臂斜向设置于基板上并具有一接地端；第二导体臂设置于基板上并包含第一辐射段及第二辐射段，第一辐射段一端与第一导体臂连接，第二辐射段一端与第一辐射段另一端连接，并与第一导体臂平行地位于第一导体臂一侧；第一镜射导体臂与第一导体臂等长且相间隔地对称设置于基板上，其具有一与接地端相邻的馈入端，并与第一导体臂之间具有一张角θ；第二镜射导体臂与第二导体臂等长且相间隔地对称设置于基板上，并包含第三辐射段及第四辐射段，第三辐射段一端与第一镜射导体臂连接，并与第一辐射段相邻且平行，第四辐射段一端与第三辐射段另一端连接，并与第一镜射导体臂平行地位于第一镜射导体臂一侧，而与第二辐射段相对称。

较佳地，第一导体臂的长度大于第二导体臂的第二辐射段，且第一导体臂与第一镜射导体臂所组成的一V型共振路径可共振于一第一频段，第二导体臂与该第二镜射导体臂所组成的另一V型共振路径可共振于一高于第一频段的第二频段。且较佳地，该第一频段为2.5GHz～2.7GHz，该第二频段为3.4GHz～3.6GHz。

其中，第一辐射段与第三辐射段之间具有一第一间距，第一导体臂与第二导体臂的第二辐射段之间具有一第二间距，改变第一间距可调整第二频段的频宽及增益，改变第二间距可调整第一频段和第二频段的阻抗匹配并微调第二频段的共振频率，且第二间距介于1/30λh0～1/5λh0，其中λh0为第二频段真空波长。

较佳地，第一导体臂与第一镜射导体臂具有一第一寬度，第二导体臂与第二镜射导体臂具有一第二宽度，改变第一宽度可微调第一频段的频宽，改变第二宽度可微调第二频段的频宽。

较佳地，本发明的双V型双频天线更包括一同轴传输线，同轴传输线的一信号正端电气连接该馈入端，同轴传输线的一信号负端电气连接该接地端。

较佳地，本发明的双V型双频天线更包括一平衡非平衡转换器，平衡非平衡转换器的一端连接第一镜射导体臂，其另一端连接该同轴传输线的信号负端。

较佳地，本发明的双V型双频天线的第一导体臂的共振长度约为第一频段的中心频率的1.5倍波长，第二导体臂的第二辐射段的共振长度约为第二频段的中心频率的1.5倍波长。

较佳地，本发明的双V型双频天线可通过下列公式求得张角θ的近似值，以得到最佳阻抗匹配：

0.5λ≤h≤1.5λ，其中h是第二导体臂的第二辐射段长度。

较佳地，本发明的双V型双频天线也可设计成第一导体臂与第二导体臂的第二辐射段不等长，且第一导体臂与第一镜射导体臂共同组成的一V型共振路径可共振于一第一频段，第二导体臂与第二镜射导体臂所组成的另一V型共振路径可共振于一不同于该第一频段的第二频段。

本发明的功效在于：通过V型天线具有高增益及全向性场型的特性，并联馈入两共振路径，使天线可以工作在两个不同频段，并同时兼具高增益及全向性场型。

附图说明

图1是现有一种高增益全向性天线的正面图；

图2是现有一种高增益全向性天线的反面图；

图3是本发明双V型双频天线的一较佳实施例的构造示意图；

图4是本实施例的电压驻波比图；

图5至图7是本实施例操作在低频频段的辐射场型图；及

图8至图10是本实施例操作在低频频段的辐射场型图。

主要元件符号说明

3平衡非平衡转换器 4基板

5第一导体臂 6第二导体臂

7第一镜射导体臂 8第二镜射导体臂

9同轴传输线

40表面 41长边

42短边 51接地端

61第一辐射段 62第二辐射段

71馈入端 81第三辐射段

82第四辐射段 91信号正端(内导体)

92信号负端(外导体) θ张角

L1第一长度 L2第二长度

L3第三长度 W1第一宽度

W2第二宽度 g1第一间距

g2第二间距

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

参阅图3，是本发明双V型双频天线的一较佳实施例，其包括一基板4、一第一导体臂5、一第二导体臂6、一第一镜射导体臂7及一第二镜射导体臂8。

基板4大概呈长方形，且在本实施例是使用一微波基板，但并不以此为限。

第一导体臂5在基板4的中央，由基板4的一长边41往一短边42斜向延伸设置于基板4的一表面40上，并具有一邻近长边41的接地端51，在本实施例中第一导体臂5是一长直导线并具有一第一长度L1和一第一宽度W1。

第二导体臂6设置于基板4的表面40上，并包含一第一辐射段61及一第二辐射段62。第一辐射段61是一长直导线并具有一第二长度L2和一第二宽度W2，其与基板4的长边41大概呈垂直，且其一端与第一导体臂5连接，并靠近接地端51。第二辐射段62是一长直导线并具有一第三长度L3和第二宽度W2。第二辐射段62的一端与第一辐射段61另一端连接，并与第一导体臂5平行地位于第一导体臂5的远离基板长边41的一侧。在本实施例中第一长度L1大于第二长度L2及第三长度L3，且第三长度L3大于第二长度L2。

第一镜射导体臂7是一长直导线，并与第一导体臂5等长且相间隔地对称设置于基板4的表面40上，其具有一与接地端51相邻的馈入端71，并与第一导体臂5之间具有一张角θ。第一镜射导体臂7同样具有第一长度L1和第一宽度W1。

第二镜射导体臂8与第二导体臂6等长且相间隔地对称设置于基板4的表面40上，并包含一第三辐射段81及一第四辐射段82。第三辐射段81垂直于基板长边41并与第一辐射段61等长且等宽，其一端与第一镜射导体臂7连接，并与第一辐射段61相邻且平行；第四辐射段82是一长直导线并与第二辐射段62等长且等宽，其一端与第三辐射段81另一端连接，并与第一镜射导体臂7平行地位于第一镜射导体臂7的远离基板长边41的一侧，而与第二辐射段62相对称。

通过上述天线结构，第一导体臂5与第一镜射导体臂7共同组成一V型共振路径可共振于一低频频段，其工作模式与偶极天线类似，且在本实施例中低频频段为2.5GHz～2.7GHz，故V型共振路径的共振长度约为该频段的中心频率2.6GHz的1.5倍波长。

第二导体臂6与第二镜射导体臂8共同组成另一V型共振路径可共振于一高频频段，其工作模式与偶极天线类似，且在本实施例中高频频段为3.4GHz～3.6GHz，故V型共振路径的共振长度约为该频段的中心频率3.5GHz的1.5倍波长。

而在上述共振长度决定后，本实施例可利用如下公式来求得可以得到最佳阻抗匹配的张角0的近似角度：

0.5λ≤h≤1.5λ，其中h是第二导体臂6的第二辐射段62长度L3。

由上述说明可知，本实施例通过V型天线具有高增益及全向性场型的特性，并联馈入两共振路径，使天线可以工作在WiMAx的两个不同频段。

此外，第一辐射段61与第三辐射段81之间具有一第一间距g1，第一导体臂5与第二导体臂6的第二辐射段62之间具有一第二间距g2(第一镜射导体臂7与第二镜射导体臂8同)，通过改变第一间距g1可调整高频频段的频宽及增益，例如缩小第一间距g1(即第一辐射段61往接地端移动且第三辐射段往馈入端移动)，可增加高频频段的增益及频宽。较佳地，第二间距g2最好介于1/30λ_h0～1/5λ_h0，其中λ_h0为高频频段的真空波长。

再者，本实施例也可通过改变第一宽度W1来微调低频频段的频宽，并通过改变第二宽度W2来微调高频频段的频宽。

因此先由该多个导体臂的长度决定共振频率，再通过调整张角θ、第一间距g1及第二间距g2来达到最佳的阻抗匹配及频宽。本实施例双V型双频天线的详细尺寸如下表1所示。

表1

再参见图3所示，本实施例的双V型双频天线更包括一同轴传输线9和一平衡非平衡转换器(Balun)3，同轴传输线9的一信号正端(内导体)91电气连接馈入端71，同轴传输线9的一信号负端(外导体)92电气连接接地端51。而平衡非平衡转换器3的一端连接第一镜射导体臂7并靠近馈入端71，其另一端连接同轴传输线9的信号负端92，使同轴传输线9的信号负端(外导体)92上的静电流为零，以降低同轴传输线9对天线辐射的影响。较佳地，平衡非平衡转换器(Balun)3的长度约为高低两频段的中心点频率3GHz的1/4波长。

参见图4，是本实施例的电压驻波比(VSWR)，由图中所示可知，本实施例的双V型双频天线在低频频段2.5～2.7GHz以及在高频频段3.4～3.6GHz的电压驻波比皆可小于2.5∶1；且如下表2所示，本实施例的双V型双频天线在低频和高频两频段内的效率均大于50％，且最大增益分别为7.2dBi及6.6dBi，而频段内的增益均大于5dBi。

表2

再如下表3所示，是显示本实施例双V型双频天线辐射全向性特性的参数：峰谷比与前后向辐射比。高频与低频两频段的峰谷比分别小于11.5dB及10.5dB；前后向辐射比均小于7dB。

表3

参见图5至图10，是本实施例双V型双频天线的辐射场型图，从其中可以看到其在频段内水平面(X-Y平面)的辐射场型相当地圆，亦即全向性相当高。

综上说明可知，本实施例双V型双频天线至少具有如下优点：

1、具有高增益且低峰谷比的特性，亦即天线场型的全向性较一般高增益天线为佳；

2、频带涵盖双频段，且双频段的特性一致，应用较广泛；

3、天线结构简单，设计参数单纯，因此易于设计制作及最佳化；

4、天线主体设置在基板4的同一表面40(单面)，可降低天线设计成本。

综上所述，本实施例可操作在双频带并具有高增益、高全向性及结构简单等优点，相当适合做为无线通讯装置的外接天线而达到本发明的功效与目的。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种双V型双频天线，包括：

基板；

第一导体臂，斜向设置于该基板上并具有一接地端；

第二导体臂，设置于该基板上并包含第一辐射段及第二辐射段，该第一辐射段一端与该第一导体臂连接，该第二辐射段一端与该第一辐射段另一端连接，并与该第一导体臂平行地位于该第一导体臂一侧；

第一镜射导体臂，与该第一导体臂等长且相间隔地对称设置于该基板上，其具有一与该接地端相邻的馈入端，并与第一导体臂之间具有一张角θ；及

第二镜射导体臂，与该第二导体臂等长且相间隔地对称设置于该基板上，并包含第三辐射段及第四辐射段，该第三辐射段一端与该第一镜射导体臂连接，并与该第一辐射段相邻且平行，该第四辐射段一端与该第三辐射段另一端连接，并与该第一镜射导体臂平行地位于该第一镜射导体臂一侧，而与该第二辐射段相对称。

2.依据权利要求1所述的双V型双频天线，其中该第一导体臂的长度大于该第二导体臂的第二辐射段，且该第一导体臂与该第一镜射导体臂所组成的一V型共振路径可共振于一第一频段，该第二导体臂与该第二镜射导体臂所组成的另一V型共振路径可共振于一高于该第一频段的第二频段。

3.依据权利要求2所述的双V型双频天线，其中该第一辐射段与该第三辐射段之间具有一第一间距，该第一导体臂与该第二导体臂的第二辐射段之间具有一第二间距，改变该第一间距可调整该第二频段的频宽及增益，改变该第二间距可调整该第一频段和该第二频段的阻抗匹配并微调该第二频段的共振频率，且第二间距介于1/30λ_h0～1/5λ_h0，其中λ_h0为第二频段真空波长。

4.依据权利要求2所述的双V型双频天线，其中该第一导体臂与该第一镜射导体臂具有一第一宽度，该第二导体臂与该第二镜射导体臂具有一第二宽度，改变该第一宽度可微调该第一频段的频宽，改变该第二宽度可微调该第二频段的频宽。

5.依据权利要求1或2所述的双V型双频天线，还包括同轴传输线，该同轴传输线的一信号正端电气连接该馈入端，该同轴传输线的一信号负端电气连接该接地端。

6.依据权利要求5所述的双V型双频天线，还包括平衡非平衡转换器，该平衡非平衡转换器的一端连接第一镜射导体臂，其另一端连接该同轴传输线的信号负端。

7.依据权利要求2所述的双V型双频天线，其中该第一导体臂的共振长度约为第一频段的中心频率的1.5倍波长，该第二导体臂的第二辐射段的共振长度约为第二频段的中心频率的1.5倍波长。

8.依据权利要求7所述的双V型双频天线，其中该张角θ根据下列公式求得，以得到最佳阻抗匹配：

0.5λ≤h≤1.5λ，其中h是第二导体臂的第二辐射段长度。

9.依据权利要求1或2所述的双V型双频天线，其中该基板是一微波基板。

10.依据权利要求3所述的双V型双频天线，其中该第一频段为2.5GHz～2.7GHz，该第二频段为3.4GHz～3.6GHz。

11.依据权利要求1所述的双V型双频天线，其中该第一导体臂与该第二导体臂的第二辐射段不等长，且该第一导体臂与该第一镜射导体臂所组成的一V型共振路径可共振于一第一频段，该第二导体臂与该第二镜射导体臂所组成的另一V型共振路径可共振于一不同于该第一频段的第二频段。