CN103779652B

CN103779652B - 指向性天线

Info

Publication number: CN103779652B
Application number: CN201310334918.5A
Authority: CN
Inventors: 林庭毅; 谢宗勋; 邱纪宪; 张佑嘉
Original assignee: Asustek Computer Inc
Current assignee: Asustek Computer Inc
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2017-06-06
Anticipated expiration: 2033-08-02
Also published as: CN103779652A

Abstract

本案揭示一种指向性天线，包括接地面、馈入件以及辐射件。馈入件邻近接地面，并具有一馈入点。辐射件与馈入件相隔一耦合间距，并具有一耦合点。其中，辐射件的耦合点与馈入件的馈入点皆位在垂直于接地面的垂直线。此外，耦合点至辐射件的一开路端的距离小于指向性天线的共振频率的波长的0.16倍。

Description

指向性天线

技术领域

本案是有关于一种天线，且特别是有关于一种指向性天线。

背景技术

本案揭示天线是通讯装置或是手持式装置中一重要的电子组件。随着通讯装置或是手持式装置的轻、薄、短、小的设计趋势，天线的配置空间往往也不断地被压缩。因此，如何在通讯装置或是手持式装置的有限空间内设计出符合实际通讯需求的天线，已是目前有待解决的一重要课题。

而现有技术使用的天线多为平面倒F天线(PIFA Antenna)与单极天线(MonopoleAntenna)，此两种天线型式的辐射特性均为非指向性，并难以改变其辐射场型。为了满足指向特性需求，往往必须反复调整天线的结构，进而增加天线在设计上所耗费的时间。

发明内容

本案提供一种指向性天线，其辐射特性具有指向一特定方向且均匀的辐射场型。此外，指向性天线也兼具微型化及简易设计的优势。因此，可缩减天线在设计上所耗费的时间与制作成本。

本案的指向性天线，包括接地面、馈入件以及辐射件。馈入件邻近接地面，并具有一馈入点。辐射件与馈入件相隔一耦合间距，并具有一耦合点。其中，辐射件的耦合点与馈入件的馈入点皆位在垂直于接地面的垂直线上。此外，耦合点至辐射件的一开路端的距离小于指向性天线的共振频率的波长的0.16倍。

基于上述，本案是透过一耦合间距将来自馈入件的馈入信号耦合至辐射件，且辐射件的耦合点至其一开路端的距离小于指向性天线的共振频率的波长的0.16倍。由此，指向性天线将具有指向一特定方向且均匀的辐射场型、微型化及简易设计的优势。此外，本案有助于缩减天线在设计上所耗费的时间与制作成本。

为让本案的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为依据本案第一实施例的指向性天线的结构示意图。

图2为依据本案一实施例的用以说明图1的指向性天线的辐射场型图。

图3为依据本案第二实施例的指向性天线的结构示意图。

图4为依据本案第三实施例的指向性天线的结构示意图。

图5为依据本案第四实施例的指向性天线的结构示意图。

图6为依据本案第五实施例的指向性天线的结构示意图。

图7为依据本案第六实施例的指向性天线的结构示意图。

具体实施方式

图1为依据本案一实施例的指向性天线的结构示意图。参照图1，指向性天线100包括一接地面110、一馈入件120以及一辐射件130。馈入件120邻近接地面110，并具有一馈入点P11。辐射件130与馈入件120相隔一耦合间距101。在操作上，馈入件120透过馈入点P11接收一馈入信号。此外，所述馈入信号会透过耦合间距101耦合至辐射件130，并由此激发辐射件130。如此一来，指向性天线100将可以产生一共振模态，以操作在一共振频率下。

值得注意的，辐射件130具有一耦合点P12。其中，辐射件130的耦合点P12是相关于馈入件120的馈入点P11。例如，辐射件130的耦合点P12是与馈入件120的馈入点P11位在同一垂直线L1上，且所述垂直线L1垂直于接地面110。换言之，从馈入点P11沿着垂直于接地面110的方向所延伸出的垂直线L1，其与辐射件130的交错处即为耦合点P12。此外，辐射件130具有一开路端131与一开路端132，且耦合点P12邻近开路端131并远离开路端132。

再者，在图1第一实施例中，辐射件130的耦合点P12至其开路端131的距离D1小于指向性天线100的共振频率的波长的0.16倍。由此，指向性天线100具有类似平板式天线(patch antenna)操作在二分之一波长时的辐射特性。因此，指向性天线100具有良好的辐射场型，且指向性天线100的辐射电场均匀分布在垂直于接地面110的方向上。举例来说，图2为依据本案一实施例的用以说明图1的指向性天线的场型图。如图2所示，指向性天线100的辐射场型集中在正Z轴方向，并均匀地涵盖在接地面110的上半部。

此外，在此结构下，辐射件130的长度约为指向性天线100的共振频率的波长的三分之一倍，进而有助于缩减指向性天线100的尺寸。再者，指向性天线100的辐射特性不易受到接地面110的尺寸或是其周遭环境的影响。此外，只要辐射件130的耦合点P12至开路端131的距离D1小于指向性天线100的共振频率的波长的0.16倍，指向性天线100即可具有良好指向性的辐射场型。再者，透过馈入件120的形状、长度以及耦合间距101的调整，可使指向性天线100达到良好的阻抗匹配。因此，与现有的天线设计方式相较之下，图1所列举的指向性天线100可透过简易设计使天线具有指向特定方向的特性以符合通讯应用，并大幅缩减天线在设计上所耗费的时间。

除此之外，如图1所示，馈入件120与辐射件130沿着垂直于接地面110的方向(例如，Z轴方向)排列在接地面110的一侧边。此外，馈入件120包括一区段，且所述区段大致平行于辐射件130并与辐射件130相隔耦合间距101。再者，馈入件120与辐射件130位在同一水平面(例如，X-Z平面)上。亦即，指向性天线100具有一平面结构，进而有助于降低指向性天线100的制作成本，并有助于指向性天线100与装置中的弧面结构的整合。另一方面，也可因应指向性天线100的应用环境，适应性地弯折接地面110、馈入件120与辐射件130，以致使指向性天线100可透过所述多个弯折形成符合所需的硬件空间所需的立体结构。

更进一步来看，由于辐射件130上的耦合点P12是相关于馈入件120的馈入点P11，因此耦合点P12是会随着馈入点P11的配置位置的不同而产生相对应地移动。亦即，当馈入件120沿着+X或是-X轴方向相对于辐射件130移动时，辐射件130的耦合点P12也会沿着+X或是-X轴方向移动。因此，在实际应用上，本领域具有通常知识者可依据设计所需调整馈入件120与整辐射件130的相对位置，并由此调整辐射件130的耦合点P12的配置位置。

举例来说，当图1的馈入件120的配置位置沿着-X轴方向相对于辐射件130移动时，如图3所示，辐射件130上的耦合点将如标号P12’所示。此外，随着馈入件120的配置位置的改变，辐射件130的耦合点P12’至开路端131的距离将如标号D1’所示。值得注意的是，图1与图3中的距离D1与D1’皆小于指向性天线100的共振频率的波长的0.16倍，使指向性天线100具有指向特定方向特性的辐射场型。换言之，在实际应用上，可在耦合点至开路端的距离不超出共振频率的波长的0.16倍的情况下，调整馈入件120与整辐射件130的相对位置。

值得一提的是，图1实施例所列举的馈入件120为一T形金属片金属导体，但其并非用以限定本案。亦即，馈入件120的形状可为T形、L形、三角形、矩形、或是任意几何形状。举例来说，图4为依据本案又一实施例的指向性天线的结构示意图。其中，图4所列举的指向性天线400的辐射特性基本上与图1所列举的指向性天线100的辐射特性相似。

具体而言，与图1主要不同之处在于，图4中的馈入件420为一L形金属片金属导体。此外，馈入件420包括一区段，且所述区段平行于辐射件130，并与辐射件130相隔耦合间距101。再者，当图4的馈入件420的配置位置沿着-X轴方向相对于辐射件130移动时，如图5所示，辐射件130上的耦合点将如标号P12”所示。此外，随着馈入件420的配置位置的改变，辐射件130的耦合点P12”至开路端131的距离将趋近于零。至于图4-5的指向性天线400的其余细部结构已包含在上述实施例中，故在此不予赘述。

更进一步来看，上述各实施例所列举的辐射件130形状为一长条形金属导体金属片，但其并非用以限定本案。例如，本领域具有通常知识者可依设计所需，在辐射件130中设置至少一弯折结构。由此，辐射件130将可透过至少一弯折结构变化成不同的几何图形。

举例来说，图6为依据本案第五实施例的指向性天线的结构示意图。如图6所示，指向性天线600包括一接地面610、一馈入件620以及一辐射件630。其中，馈入件620邻近接地面610，并具有一馈入点P61。辐射件630与馈入件620相隔一耦合间距601，并具有一开路端631与一开路端632。

此外，辐射件630更具有一耦合点P62。其中，耦合点P62邻近开路端632并远离开路端631。此外，耦合点P62与馈入点P61皆位在垂直于接地面610的一垂直线L6上，且耦合点P62至辐射件630的开路端632的距离D6小于指向性天线600的共振频率的波长的0.16倍。此外，辐射件630的长度约为指向性天线600的共振频率的波长的三分之一倍。

再者，馈入件620与辐射件630沿着垂直于接地面610的方向(例如，Z轴方向)排列在接地面610的一侧边。此外，馈入件620与辐射件630位在同一水平面(例如，X-Z平面)上。另一方面，也可适应性地弯折接地面610、馈入件620与辐射件630，以致使指向性天线600可透过所述多个弯折形成符合所需的硬件空间所需的立体结构。在操作上，馈入件620会透过馈入点P61接收一馈入信号。此外，所述馈入信号会透过耦合间距601耦合至辐射件630。由此，指向性天线600将可操作在共振频率下，且指向性天线600的辐射场型将可均匀分布在垂直于接地面610的方向上。

更进一步来看，馈入件620可例如是一T形金属导体，且辐射件630可例如是一长条形金属导体。此外，辐射件630包括多个弯折结构，以环绕在馈入件620的周围。虽然图6实施例列举了馈入件620与辐射件630的实施型态，但其并非用以限定本案。例如，馈入件620的形状也可为L形、三角形、矩形、或是任意几何形状，且辐射件630也可透过至少一弯折结构变化成不同的几何图形。

举例来说，图7为依据本案第六实施例的指向性天线的结构示意图。其中，与图6实施例相似的，馈入件720与辐射件730相隔一耦合间距601，且辐射件730具有一开路端731与一开路端732。此外，馈入件720的馈入点P61与辐射件730的耦合点P62皆位在垂直线L6上，且耦合点P62至辐射件730的开路端732的距离D7小于指向性天线600的共振频率的波长的0.16倍。

另一方面，与图6实施例主要不同之处在于，图7中的馈入件720为一L形金属导体。此外，以辐射件730的开路端732为起点来看，辐射件730透过多个弯折结构沿着一顺时针方向弯折，以致使辐射件730环绕在馈入件720的上方与右侧。至于图6-7的指向性天线600的其余细部结构已包含在上述各实施例中，故在此不予赘述。

综上所述，本案是透过耦合的方式将来自馈入件的馈入信号耦合至辐射件，且辐射件的耦合点至其一开路端的距离小于指向性天线的共振频率的波长的0.16倍。由此，指向性天线将具有较佳的辐射特性，例如：类似平板式天线(patch antenna)操作在二分之一波长时的辐射特性，且指向性天线可产生均匀涵盖在接地面的上半部的辐射场型。此外，本案的指向性天线具有微型化的优势，并有助于缩减天线在设计上所耗费的时间与制作成本。再者，指向性天线还有助于天线与装置中的弧面结构或立体结构的整合。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种指向性天线，其特征是，包括：

接地面；

馈入件，邻近上述接地面，并具有馈入点；以及

辐射件，与上述馈入件相隔耦合间距，并具有耦合点，其中上述馈入件与上述辐射件位在同一水平面上，沿着垂直于上述接地面的方向排列在上述接地面的侧边，上述耦合点与上述馈入点皆位在垂直于上述接地面的垂直线，且上述耦合点至上述辐射件的开路端的距离小于上述指向性天线的共振频率的波长的0.16倍，上述指向性天线的辐射场型集中在垂直于上述接地面的方向上。

2.根据权利要求1所述的指向性天线，其特征是，其中上述馈入件透过上述馈入点接收馈入信号，且上述馈入信号透过上述耦合间距耦合至上述辐射件。

3.根据权利要求1所述的指向性天线，其特征是，其中上述辐射件为长条形金属导体，或是上述辐射件为具有至少一弯折结构的金属导体。

4.根据权利要求1所述的指向性天线，其特征是，其中上述馈入件包括一区段，且上述区段平行于上述辐射件并与上述辐射件相隔上述耦合间距。

5.根据权利要求1所述的指向性天线，其特征是，其中上述辐射件的长度为上述指向性天线的上述共振频率的波长的三分之一倍。