CN102651504B

CN102651504B - 平板双极化天线

Info

Publication number: CN102651504B
Application number: CN201110044372.0A
Authority: CN
Inventors: 詹长庚; 黄章修; 徐杰圣
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: CN102651504A

Abstract

一种平板双极化天线。该平板双极化天线用来收发无线电信号，该平板双极化天线包含有一接地金属板；一第一介质板，该第一介质板形成于该接地金属板之上；以及一第一微带金属片，该第一微带金属片形成于该第一介质板之上，该第一微带金属片的形状大体上呈十字形。本发明可将天线大小缩小为原来的0.7倍，同时符合极化倾斜45度的需求，以产生线性极化的电磁波，并提供两个对称的馈入点，以产生正交的双极化天线场型。

Description

平板双极化天线

技术领域

本发明涉及一种平板双极化天线，尤指一种宽带、可有效缩小天线尺寸、符合极化倾斜45度的需求、可产生线性极化的电磁波，并提供两个对称的馈入点，以产生正交双极化天线场型的平板双极化天线。

背景技术

具有无线通信功能的电子产品，如笔记本型计算机、个人数字助理(Personal DigitalAssistant)等，是通过天线来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号，进而访问无线网络。因此，为了让使用者能更方便地访问无线通信网络，理想天线的带宽应在许可范围内尽可能地增加，而尺寸则应尽量减小，以配合电子产品体积缩小的趋势。除此之外，随着无线通信技术不断演进，电子产品所配置的天线数量可能增加。举例来说，长期演进(Long Term Evolution，LTE)无线通信系统及无线局域网络标准IEEE 802.11n支持多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)通信技术，亦即相关电子产品可通过多重(或多组)天线同步收发无线信号，以在不增加带宽或总发射功率耗损(Transmit PowerExpenditure)的情况下，大幅地增加系统的数据吞吐量(Throughput)及传送距离，进而有效提升无线通信系统的频谱效率及传输速率，改善通信质量。此外，多输入多输出通信技术可搭配空间多工(Spatial Multiplexing)、波束成形(Beam forming)、空间分集(SpatialDiversity)、预编码(Precoding)等技术，进一步减少信号干扰及增加信道容量。

由上述可知，要实现多输入多输出功能中空间多工、多样技术，先决条件必需搭配多组天线，以将空间分成许多通道，进而提供多个天线场型。因此，如何设计符合传输需求的天线，同时兼顾尺寸及功能，已成为业界所努力的目标之一。

发明内容

因此，本发明主要提供一种平板双极化天线。

本发明公开一种平板双极化天线，用来收发无线电信号，该平板双极化天线包含有一接地金属板；一第一介质板，该第一介质板形成于该接地金属板之上；以及一第一微带金属片，该第一微带金属片形成于该第一介质板之上，该第一微带金属片的形状大体上呈十字形。

本发明利用大体呈十字形的微带金属片，可使共振方向改变为沿着正方形的对角线，以将天线大小缩小为原来的0.7倍，同时符合极化倾斜45度的需求，以产生线性极化的电磁波，并提供两个对称的馈入点，以产生正交的双极化天线场型。另外，本发明在十字形的微带金属片上增加额外的微带金属片，以进一步增加共振带宽。

附图说明

图1A、图1B以及图1C为一双极化微带天线的示意图。

图2A为本发明实施例的一平板双极化天线的示意图。

图2B至图2F以及图3A至图3H为图2A的平板双极化天线的不同实施例的示意图。

图4为本发明的平板双极化天线应用于长期演进无线通信系统时的天线共振模拟结果示意图。

图5为本发明的平板双极化天线应用于长期演进无线通信系统时的天线场型特性模拟结果示意图。

图6A为本发明的平板双极化天线的45度极化倾斜的天线共振测试结果图。

图6B为本发明的平板双极化天线的135度极化倾斜的天线共振测试结果图。

图7为本发明的平板双极化天线的45度极化倾斜与135度极化倾斜的天线隔离度测试结果图。

图8A为本发明的平板双极化天线的45度极化倾斜天线在垂直面的同极化场型测试结果图。

图8B为本发明的平板双极化天线的45度极化倾斜天线在垂直面的正交极化场型测试结果图。

图8C为本发明的平板双极化天线的45度极化倾斜天线在垂直面的场型测试统计表。

图9A为本发明的平板双极化天线的45度极化倾斜天线在水平面的同极化场型测试结果图。

图9B为本发明的平板双极化天线的45度极化倾斜天线在水平面的正交极化场型测试结果图。

图9C为本发明的平板双极化天线的45度极化倾斜天线在水平面的场型测试统计表。

图10A为本发明的平板双极化天线的135度极化倾斜天线在垂直面的同极化场型测试结果图。

图10B为本发明的平板双极化天线的135度极化倾斜天线在垂直面的正交极化场型测试结果图。

图10C为本发明的平板双极化天线的135度极化倾斜天线在垂直面的场型测试统计表。

图11A为本发明的平板双极化天线的135度极化倾斜天线在水平面的同极化场型测试结果图。

图11B为本发明的平板双极化天线的135度极化倾斜天线在水平面的正交极化场型测试结果图。

图11C为本发明的平板双极化天线的135度极化倾斜天线在水平面的场型测试统计表。

主要组件符号说明：

10 双极化微带天线

100、200 接地金属板

102、202 介质板

104、204、212、214、300、302、304、306 微带金属片

D_V、D_H、D_45、D_135 方向

FP_V、FP_H、FP_45、FP_135、FP_R、FP_L 馈入点

20 平板双极化天线

206、208、210 侧板

BAR 柱状体

具体实施方式

针对二入二出的长期演进无线通信系统，其通过两个天线波束进行无线信号收发，且天线极化被倾斜45度来使用。因此，两个互为正交的双极化天线在倾斜45度之后，一个极化变成45度倾斜而另一个极化变成135度倾斜。这天线在满足系统电子特性的条件下，必需在外观尺寸上尽量的小。在此情形下，可以平板微带天线结构为基础，设计一极化倾斜45度的多层平板双极化微带天线。

请参考图1A，图1A为一双极化微带天线10的示意图。双极化微带天线10包含有一接地金属板100、一介质板102以及一微带金属片104，其为一正方形三层架构。接地金属板100用来提供接地，微带金属片104为主要辐射体，而介质板102则介于接地金属板100与微带金属片104之间。由于微带金属片104为正方形，因此垂直极化的共振沿着垂直边界的方向D_V，水平极化的共振则沿着水平边界的方向D_H，而垂直极化及水平极化的馈入点分别为FP_V、FP_H。在此情形下，最简易使双极化微带天线10的极化倾斜45度和135度的方法，就是将天线本体旋转45度，即如图1B所示。此时，水平极化和垂直极化分别变成为一个倾斜45度而另一个倾斜135度，天线外观由正方形变成菱形，天线的共振方向依然沿着边界的方向，即D_45、D_135，而垂直极化及水平极化馈入点的相对位置维持固定，即FP_45、FP_135。

为了让天线的尺寸缩小，若能将双极化微带天线10的共振方向改变为沿着正方形的对角线，则双极化微带天线10的大小可以缩小为原来的0.7倍。再加上极化倾斜45度的需求，理论上，只需对双极化微带天线10馈入点位置旋转45度，即为图1C中FP_R、FP_L。然而，45度旋转馈入点后的天线变成圆极化天线，一个成为右旋天线而另一个成为左旋天线，且天线共振方向依然沿着边界的方向，即D_V、D_H，且天线的大小不会减小。换言之，将馈入点旋转45度后的极化结果不符合需求，且天线大小不会减小。

为了解决上述问题，本发明进一步提供一平板双极化天线20，如图2A所示。平板双极化天线20包含有一接地金属板200、一介质板202以及一微带金属片204。平板双极化天线20的架构与双极化微带天线10相似，同为三层结构，接地金属板200用来提供接地，微带金属片204为主要辐射体，而介质板202则介于接地金属板200与微带金属片204之间。不同的是，微带金属片204的形状大体上呈十字形，藉此，可产生线性极化而不会产生圆极化的电磁波，同时可有效减小天线尺寸。

详细来说，在平板双极化天线20中，接地金属板200及介质板202维持正方形，但微带金属片204则呈十字形，如此可使共振方向沿着对角线，即D_45、D135所示的方向，且天线的大小变成原来(图1A的双极化微带天线10)的0.7倍而缩小。再者，如图2A的馈入点FP_45、FP_135所示，十字形的微带金属片204可提供两个对称的馈入点，而产生正交的双极化天线场型。

简单来说，本发明利用大体呈十字形的微带金属片204，使共振方向改变为沿着正方形的对角线，以将天线大小缩小为原来的0.7倍，同时符合极化倾斜45度的需求，以产生线性极化的电磁波，并提供两个对称的馈入点，以产生正交的双极化天线场型。

需注意的是，在本发明中，所谓“大体呈十字形”是指微带金属片204的外观由两个长方形微带金属片重叠且交错所构成。然而，不限于此，任何可“大体呈十字形”的微带金属片皆可适用本发明。例如，如图2B所示，微带金属片204另延伸出正方形侧板206；如图2C所示，微带金属片204另延伸出锯齿状侧板208；如图2D所示，微带金属片204另延伸出弧形侧板210；如图2E所示，微带金属片204被置换为边缘为圆弧状的一微带金属片212；以及，如图2F所示，微带金属片204被置换为叶片形的一微带金属片214。图2B至图2F皆符合本发明的“大体呈十字形”的特征，但不限于此，本领域普通技术人员应当可据以作不同的修饰。

另一方面，平板双极化天线20相对于共振频率的共振带宽约3％。对于长期演进无线通信系统的应用而言，天线的共振频率中心在766.5MHz，带宽为41MHz，所以相对于共振频率中心的共振带宽约5.3％。因此，如图3A所示，本发明可进一步地在平板双极化天线20的微带金属片204上，另增加一微带金属片300，用以增加天线共振的带宽。微带金属片300不与微带金属片204接触，其形状不限于图3A所示的正方形，亦可如同微带金属片204一样，大体呈十字形。例如，在图3B中，微带金属片300被置换为一大体呈十字形的微带金属片302。另外，微带金属片204为主要辐射体，故新增的微带金属片300或302不与其接触，而要维持微带金属片300或302不接触微带金属片204的方法有许多种；例如，在图3C及图3D中，以四个柱状体BAR所形成的支撑件固定微带金属片300或302，使其维持不接触微带金属片204。另外，如图3E及图3F所示，微带金属片302的四边增加了弯折而成为微带金属片304、306，其利用增加的弯折，使其接触介质板202但不接触微带金属片204。除此之外，如图3G及图3H所示，可进一步利用介质层308或310，维持微带金属片306(或300、302、304等)与不接触微带金属片204。

需注意的是，图3A至图3H说明本发明可行的变化方式，但不限于此，其他依循本发明的概念且符合系统需求的变化皆可应用于本发明中。而要判断是否符合系统需求，可通过模拟及量测。举例来说，图4为图3G的平板双极化天线20应用于长期演进无线通信系统时的天线共振(电压驻波比)模拟结果示意图。在图4中，45度极化倾斜和135度极化倾斜的天线共振模拟结果分别为虚线及实线曲线，可知从746MHz到787MHz的S11值都在-10dB以下，共振带宽相当宽，且45度极化倾斜和135度极化倾斜天线之间的隔离度都至少20dB以上。另外，图5为图3G的平板双极化天线20应用于长期演进无线通信系统时的天线场型特性模拟结果示意图。由图5可知，最大增益值约6.6dBi，前后场型比(F/B)至少12dB，同极化(Common Polarization)对正交极化(Cross Polarization)比值Co/Cx至少22dB。因此，由图4及图5可以证明本发明的平板双极化天线20能满足长期演进无线通信系统的需求。

更进一步地，关于平板双极化天线20的测试结果，若以图3G的实施例为测试标的，可得：图6A的45度极化倾斜的天线共振测试结果图，图6B的135度极化倾斜的天线共振测试结果图，图7的45度极化倾斜与135度极化倾斜的天线隔离度测试结果图，图8A的45度极化倾斜天线在垂直面的同极化场型测试结果图，图8B的45度极化倾斜天线在垂直面的正交极化场型测试结果图，图8C的45度极化倾斜天线在垂直面的场型测试统计表，图9A的45度极化倾斜天线在水平面的同极化场型测试结果图，图9B的45度极化倾斜天线在水平面的正交极化场型测试结果图，图9C的45度极化倾斜天线在水平面的场型测试统计表，图10A的135度极化倾斜天线在垂直面的同极化场型测试结果图，图10B的135度极化倾斜天线在垂直面的正交极化场型测试结果图，图10C的135度极化倾斜天线在垂直面的场型测试统计表，图11A的135度极化倾斜天线在水平面的同极化场型测试结果图，图11B的135度极化倾斜天线在水平面的正交极化场型测试结果图，图11C的135度极化倾斜天线在水平面的场型测试统计表。

由上述测试结果可知，本发明的平板双极化天线20确实能满足长期演进无线通信系统的需求。

综上所述，本发明利用大体呈十字形的微带金属片，使共振方向改变为沿着正方形的对角线，以将天线大小缩小为原来的0.7倍，同时符合极化倾斜45度的需求，以产生线性极化的电磁波，并提供两个对称的馈入点，以产生正交的双极化天线场型。另外，本发明在十字形的微带金属片上增加额外的微带金属片，以进一步增加共振带宽。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种平板双极化天线，用来收发无线电信号，平板双极化天线包括：

一接地金属板；

一第一介质板，该第一介质板形成于该接地金属板之上；以及

一第一微带金属片，该第一微带金属片形成于该第一介质板之上，该第一微带金属片的形状大体上呈十字形；

其中，该第一微带金属片为倾斜45度的第一微带金属片；

其中，该第一微带金属片提供两个对称的馈入点；

其中，该平板双极化天线还包括一第二微带金属片，该第二微带金属片形成于该第一微带金属片之上，且未接触该第一微带金属片。

2.如权利要求1所述的平板双极化天线，该平板双极化天线还包括一支撑件，该支撑件设置于该第二微带金属片与该第一微带金属片或该第一介质板之间，用来支撑该第二微带金属片使该第二微带金属片不接触该第一微带金属片。

3.如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第二微带金属片包括至少一弯折，该至少一弯折用来支撑该第二微带金属片，使该第二微带金属片接触该第一介质板但不接触该第一微带金属片。

4.如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第二微带金属片的形状相关于该第一微带金属片的形状。

5.如权利要求1所述的平板双极化天线，该平板双极化天线还包括一第二介质板，该第二介质板形成于该第二微带金属片与该第一微带金属片之间，用来间隔该第二微带金属片与该第一微带金属片。