CN102394337A - Bilog宽频天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种Bilog宽频天线结构，其在一主金属管体上设有作为高频天线单元的9～14组的连结天线组以及作为低频天线单元的领结天线组，连结天线组由短至长依序对称设置于主金属管体的第一侧，且一馈入端则设置于主金属管体的第一侧端部，并与主金属管体形成电连接，再配合平衡-非平衡转换器的设置以及金属导电块及亚铁盐扣环的设计，有效提高天线传输效能。再者，本发明在达到相同频带的前提下，使用最少的天线数量，达到缩小体积及减轻重量的目的。

Description

Bilog宽频天线结构

技术领域

本发明有关一种宽频天线结构，特别是关于一种同时结合低频与高频的双对数(Bilog)宽频天线结构。

背景技术

天线是一种可以将接收到的电磁波转换成电流信号或将电流信号转换成电磁波发送出去的装置，并可依据各种射频频率的需求，选择适当频宽的天线装置。其中，Bilog天线为一种同时结合有高频天线单元与低频天线单元的天线结构。

一般而言，上述的高频天线单元通常采用对数周期偶极阵列(LPDA)天线结构，其频率范围为200MHz～2GHz；另外，低频天线单元则可采用双锥形天线或领结天线等，以适用于低频共振，其频率范围为30MHz～200MHz。宽频天线通过结合高频天线和低频天线来提供足够的频率范围，如中国台湾专利公开号201114105，此为本申请人于先前所提出申请的专利前案。此专利前案所揭示的宽频天线结构虽然已可以解决市面上其他宽频天线的功率不足与效能不好的问题，但仍存在有无法具体缩小体积及减轻重量的缺失；且整体宽频天线的传输效能，仍有继续改进的空间；再者，此专利前案在传输线传输信号的过程中，容易会有微小的非平衡电流产生，进而影响到整体天线的效能...等等，此些潜在的问题都是需要再进一步克服改善。

有鉴于此，本发明遂提出一种Bilog宽频天线结构，以有效提升整体天线传输效能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种Bilog宽频天线结构，其利用9～14组的连结天线组搭配领结天线组的设计，即可与市售宽频天线达到相同频率范围的操作频带，故可在达到相同频带的前提下，使用最少的天线数量，进而达到缩小体积及减轻重量的目的。

为达到上述目的，本发明的Bilog宽频天线结构系包括有一主金属管体，其内设有传输线且具有第一侧及第二侧；且9～14组的连结天线组由短至长依序对称设置于主金属管体的第一侧，且每一连结天线组具有两个子天线，分别位于主金属管体的两侧，以作为高频天线单元；在主金属管体的第二侧设有至少一领结天线组，以作为低频天线单元；一馈入端则设置于主金属管体的第一侧端部，并与主金属管体形成电连接；另有一平衡-非平衡转换器设置于主金属管体的第二侧端部且靠近领结天线组，以提高低频效能。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，该主金属管体包括上下间隔设置的一第一金属管体与一第二金属管体，使每一该连结天线组的该两个子天线分别依序以右左及左右对称方式分别对称设置于该第一金属管体与该第二金属管体上，且该领结天线组亦对称设置于该第一金属管体与该第二金属管体上。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，该第一金属管体及该第二金属管体间的间隔间距自该第一侧至该第二侧为由小渐大的渐进式排列。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，两个该传输线分别位于该第一金属管体及该第二金属管体内。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，该馈入端更包括一金属导电块，位于该主金属管体的该第一侧管体端部内，以半包覆该传输线并电连接固定于该主金属管体上。本发明在主金属管体的第一侧管体端部内设有一金属导电块，以半包覆传输线并电连接固定于主金属管体上；而在主金属管体的第二侧管体内部更设有两个金属导电块，其环设于传输线周围并电连接主金属管体，使传输线固定于该主金属管体内部中间。如此，凭借金属导电块的设计，可加强信号传输效能，此为本发明的另一目的。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，在该主金属管体的该第二侧管体内部更设有两个个金属导电块，其环设于该传输线周围并电连接该主金属管体，使该传输线固定于该主金属管体内部中间。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，该传输线为同轴缆线。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，该主金属管体为截面是圆形、正方形或长方形的管体。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，在该主金属管体的该第二侧内部的该传输线的金属层外更装设有至少一亚铁盐扣环。本发明于主金属管体的第二侧内部的传输线的金属层外更装设有至少一个或数个亚铁盐扣环，以抑制微小的非平衡电流产生，提高天线效能，此为本发明的再一目的。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，该平衡-非平衡转换器更包括一圆柱体及环绕在其周围的线圈，该线圈在该圆柱体上下方各形成一第一平衡端及第二平衡端，且于该圆柱体中间部位的线圈则抽设形成一非平衡端，且该第一平衡端分别电连接该第一金属管体及该第二金属管体内的该传输线。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，在该主金属管体、连结天线组、该领结天线组的材质为铝、铜或铁。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，该多组连结天线组的长度与间距根据参数τ及参数σ决定，该连结天线组与其前一组该连结天线组的比率为该参数τ或是该连结天线组至该主金属管体第一侧端部距离与其前一组该连结天线组至该主金属管体第一侧端部距离的比率为该参数τ，且该连结天线组的间距与其长度的比率为该参数σ；且该参数τ的选择区间为0.7～0.9，以及该参数σ的选择区间为0.06～0.08。

所述的Bilog宽频天线结构，其中，该主金属管体的第一侧端部至该多组连结天线组的最长该连结天线组的延伸线形成一等腰三角形，其顶角的夹角介于30度～60度之间。

底下凭借具体实施例配合所附的附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为本发明的宽频天线立体结构示意图；

图2为本发明的宽频天线俯视图；

图3为本发明使用的主金属管体的结构示意图；

图4为本发明于设计连结天线组的示意图；

图5为本发明的馈入端的结构示意图；

图6为图5的线段AA’剖视图，为本发明于主金属管体第一侧内增设一金属导电块的结构剖视图；

图7为本发明于主金属管体第二侧内增设二金属导电块的结构剖视图；

图8为本发明的平衡-非平衡转换器结构示意。

附图标记说明：10-主金属管体；102-第一金属管体；104-第二金属管体；12、12’、12”-连结天线组；122、122’、122”、124、124’、124”-子天线；14-领结天线组；16-馈入端；162-L型导体；164-绝缘体；18-平衡-非平衡转换器；181-圆柱体；182-线圈；183-第一平衡端；184-第二平衡端；185-非平衡端；20-传输线；202-内导线；22、26、28-金属导电块；24-锁固元件。

具体实施方式

图1为本发明的宽频天线立体结构示意图，图2为本发明的宽频天线俯视图，请同时参阅图1及图2所示，一Bilog宽频天线结构至少包括有一主金属管体10、9～14组的连结天线组12、至少一领结天线组14、传输线、馈入端16、一平衡-非平衡转换器18等元件；底下则以14组连结天线组12为最佳实施例来说明本案技术特征，但实际范围当不应此为限。

接续说明各元件的详细结构及连接关系，同样参考图1及图2所示，主金属管体10具有第一侧及第二侧，且主金属管体10包括两个上下间隔设置的第一金属管体102与第二金属管体104，其可为截面是圆形、正方形或长方形的金属管体，在此以金属方形管体为最佳实施例说明，且第一金属管体102及第二金属管体104之间的间隔间距自第一侧至第二侧为由小渐大的渐进式排列，如图3所示，在第一金属管体102及第二金属管体104内则分别设有一传输线20，例如同轴缆线，以传输信号；并在主金属管体10的第一侧端部设有一馈入端16，其与主金属管体10及传输线20形成电连接。14组的连结天线组12自第一侧延第二侧方向，由短至长依序对称设置于主金属管体10的第一侧，且每一连结天线组12具有两个子天线122、124，分别位于主金属管体10的两侧，使每一连结天线组12的两个子天线122、124分别设置于第一金属管体102与第二金属管体104上的右左侧，以利用右左及左右对称方式分别对称设置于第一金属管体102与第二金属管体104上形成对称结构设计，以作为高频天线单元；其中，由于有14组连结天线组12，每一连结天线组12的两个子天线分别依序以右左及左右对称方式分别对称设置于第一金属管体102与第二金属管体104上；亦即当第一组连结天线组12的子天线122位于第一金属管体102的右侧以及子天线124位于第二金属管体104的左侧时，第二组连结天线12’的子天线122’则位于第二金属管体104的右侧以及子天线124’位于第一金属管体102的左侧，第三组连结天线组12”的子天线122”位于第一金属管体102的右侧以及子天线124”位于第二金属管体104的左侧，依此类推，这些连结天线组12成对数交错排列，交错对称连接于金属管体的一侧并由长至短依序排列。在主金属管体10的第二侧上设置有至少一领结天线组14，使此领结天线组14亦对称设置于第一金属管体102与第二金属管体104上，以作为低频天线单元；另在主金属管体10的第二侧端部与领结天线组14之间的主金属管体10上设有一平衡-非平衡转换器18，以强化低频的效能。其中，主金属管体10、连结天线组12、领结天线组14的材质系为铝、铜或铁等金属材质。

请同时参考图2及图4所示，每一组连结天线组12的子天线122、124长度与各连结天线组的间距以一比例关系设计，由参数τ、σ所决定，其中每组连结天线组(Ln)12与其前一组连结天线组(Ln+1)12的比率为参数τ、每组连结天线组12至主金属管体10第一侧端部距离(Rn)与其前一组连结天线组12至主金属管体10第一侧端部距离(Rn+1)的比率为参数τ，则参数τ则定义为如下列式(1)所示：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{R_{n+1}}{R_n}=\frac{L_{n+1}}{L_n}<1---\left(1\right)$

每组连结天线组12的间距(dn)与其连结天线组的长度(2Ln)的比率为参数σ，则参数σ的定义如下列式(2)所示：

$\mathrm{\&sigma;}=\frac{d_n}{2L_n}---\left(2\right)$

举例来说，参数τ的选择区间为0.7～0.9、参数σ的选择区间为0.06～0.08；在决定参数τ、σ之后，即可获得各连结天线组12的长度比与相邻的连结天线组12的间距，再通过主金属管体10的第一侧端部至多根连结天线组12的最长连结天线组12’，以形成一等腰三角形，亦即每组连结天线组12外端的延伸线至主金属管体10的第一侧端部构成一等腰三角形，其顶角的夹角(α)介于30度～60度之间。

馈入端16的详细结构请参阅图5所示，此馈入端16包括一L型导体162以及一绝缘体164，L型导体162可采用铜材质等金属材质，绝缘体164则可采用铁氟龙等；L型导体162的一端连接至第二金属管体104的第一侧端部并与传输线20形成电连接，另一侧则连接绝缘体164，其中在第一金属管体102内的传输线20的内导线202穿过绝缘体164并电连接至L型导体162。再者，请同时参阅图6，其为图5的线段AA’剖视图，如图所示，馈入端16更包括一金属导电块22，其位于主金属管体10的第一金属管体102的第一侧管体端部内，以半包覆传输线20并利用金属材质的锁固元件24电连接并固定于第一金属管体102上。另外，如图7所示，在主金属管体10的第一或第二金属管体102/104的第二侧管体端部内更设有两个金属导电块26、28，此二金属导电块26、28环设于传输线20周围并利用金属材质的锁固元件24电连接并固定于第一或第二金属管体102/104上，使传输线20得以固定于管体内部中间。如此，凭借导电块22、26、28的设计，可加强信号传输效能。

接续，参考图8的平衡-非平衡转换器结构示意图如图所示，此平衡-非平衡转换器18更包括一圆柱体181及环绕在其周围的线圈182，此线圈182在圆柱体181上、下方各形成一第一平衡端183及第二平衡端184，且于圆柱体181中间部位的线圈182则抽设形成一非平衡端185，且第一平衡端183分别连接第一金属管体102及第二金属管体104内的传输线20。由于此平衡-非平衡转换器18位于主金属管体的第二侧端部且靠近领结天线组的频天线单元的位置，主要作用在于提高低频效能。

再者，由于现有技术在传输线传输信号时，会有微小的非平衡电流产生，故本发明更可在主金属管体的第二侧内部传输线的金属层外更装设有至少一个或多个亚铁盐扣环(图中未示)，以抑制微小的非平衡电流产生，进而提高天线效能。

另外，于本发明中所揭示的各元件之间可凭借铆钉、焊接、螺栓等方式互相结合连接的在一起，其目的在于可连接以及支撑多组连结天线组以及领结天线组；但组装方式非本发明的重点，故所有可组接的方式皆适用本发明的宽频天线结构。

本发明凭借上述各种结构设计来提高整个宽频天线的整体效能，且由天线因子(antenna factor)特性得知，天线的辐射电气特性良好，于操作频段中皆无不连续点的产生，将有助于增加在EMC产品量测时的灵敏度、有效降低在EMC产品量测时的不确定度。

另外，本发明以14组连结天线组为实际范例，实际做出来的Bilog宽频天线结构的纵身长度为95公分、重量为2.1公斤，亦可同时涵盖30MHz至2000MHz的操作频段。

综上所述，本发明针对缩小化及轻量化Bilog宽频天线结构，其结合对数偶极周期阵列(LPDA)天线组成的9～14组的连结天线组及领结(bowtie)天线组，以利用领结天线组应用于低频共振以及连结天线组应用于高频共振，亦可兼具使用于高频以及低频的操作频带，故可涵盖30MHz～2000MHz的操作频带，有效克服市售天线的天线因子(Antenna Factor，A.F.)的不连续点。再者，本发明仅需利用此9～14组多个连结天线组的设计，即可与市售宽频天线相同达到相同范围的操作频带，故可在达到相同频带的前提下，使用最少的天线数量，进而达到缩小体积及减轻重量的目的。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的此限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (13)

1.一种Bilog宽频天线结构，其特征在于，包括：

一主金属管体，其具有第一侧及第二侧；

9～14组的连结天线组，其由短至长依序对称设置于该主金属管体的该第一侧，且每一该连结天线组具有两个子天线分别位于该主金属管体的两侧，以作为高频天线单元；

至少一领结天线组，其位于该主金属管体的该第二侧，以作为低频天线单元；

至少一传输线，位于该主金属管体内；

一馈入端，设置于该主金属管体的该第一侧端部，并与该主金属管体形成电连接；以及

一平衡-非平衡转换器，设置于该主金属管体的该第二侧端部。

2.如权利要求1所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，该主金属管体包括上下间隔设置的一第一金属管体与一第二金属管体，使每一该连结天线组的该两个子天线分别依序以右左及左右对称方式分别对称设置于该第一金属管体与该第二金属管体上，且该领结天线组亦对称设置于该第一金属管体与该第二金属管体上。

3.如权利要求2所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，该第一金属管体及该第二金属管体间的间隔间距自该第一侧至该第二侧为由小渐大的渐进式排列。

4.如权利要求2所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，两个该传输线分别位于该第一金属管体及该第二金属管体内。

5.如权利要求1所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，该馈入端更包括一金属导电块，位于该主金属管体的该第一侧管体端部内，以半包覆该传输线并电连接固定于该主金属管体上。

6.如权利要求1所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，在该主金属管体的该第二侧管体内部更设有两个个金属导电块，其环设于该传输线周围并电连接该主金属管体，使该传输线固定于该主金属管体内部中间。

7.如权利要求1所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，该传输线为同轴缆线。

8.如权利要求1所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，该主金属管体为截面是圆形、正方形或长方形的管体。

9.如权利要求1所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，在该主金属管体的该第二侧内部的该传输线的金属层外更装设有至少一亚铁盐扣环。

10.如权利要求4所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，该平衡-非平衡转换器更包括一圆柱体及环绕在其周围的线圈，该线圈在该圆柱体上下方各形成一第一平衡端及第二平衡端，且于该圆柱体中间部位的线圈则抽设形成一非平衡端，且该第一平衡端分别电连接该第一金属管体及该第二金属管体内的该传输线。

11.如权利要求1所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，在该主金属管体、连结天线组、该领结天线组的材质为铝、铜或铁。

12.如权利要求1所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，该多组连结天线组的长度与间距根据参数τ及参数σ决定，该连结天线组与其前一组该连结天线组的比率为该参数τ或是该连结天线组至该主金属管体第一侧端部距离与其前一组该连结天线组至该主金属管体第一侧端部距离的比率为该参数τ，且该连结天线组的间距与其长度的比率为该参数σ；且该参数τ的选择区间为0.7～0.9，以及该参数σ的选择区间为0.06～0.08。

13.如权利要求1所述的Bilog宽频天线结构，其特征在于，该主金属管体的第一侧端部至该多组连结天线组的最长该连结天线组的延伸线形成一等腰三角形，其顶角的夹角介于30度～60度之间。

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