CN105762496B - 用于提高天线增益的天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于提高天线增益的天线结构，包括第一基板、第二基板、辐射单元、接地单元及反射单元。第一基板具有彼此相反设置的第一板面及第二板面。第二基板具有面向第二板面的第三板面。辐射单元具有馈入接脚、短路接脚及设置于第一板面上的辐射本体。设置于第二板面上的接地单元具有两个正反配置的挖空部。馈入接脚自辐射本体的馈入点往第二板面的方向延伸且连接至接地单元，短路接脚自辐射本体的第一侧边往第二板面的方向延伸且连接至接地单元。反射单元设置于第三板面上，反射单元的形状与接地单元的形状彼此对应。接地单元的两个挖空部以馈入接脚与接地单元连接处为中心呈正反配置，可提高天线结构的增益，也可提高天线结构的指向性。

Description

用于提高天线增益的天线结构

技术领域

本发明涉及一种天线结构，特别涉及一种用于提高天线增益的天线结构。

背景技术

天线为无线通信领域中不可缺少的元件。倘若用于接收或发射信号的天线其增益(Gain)不足，则很容易造成通信品质下降。因此，如何设计出高增益的天线元件，对天线设计者而言是一项重要课题。

此外，由于目前的无线网络产品多以轻薄短小方便为诉求，因此，如何在有限的空间配置下，维持应有的天线性能表现，已成为目前无线网络装置是否得以有效缩小体积的关键。

发明内容

本发明实施例提供一种用于提高天线增益的天线结构，其可工作在特高频段，并且在特高频段具有高增益辐射场型的特性，以应用于无线射频辨识标签。

本发明实施例提供一种用于提高天线增益的天线结构，所述天线结构包括一第一基板、一第二基板、一辐射单元、一接地单元以及一反射单元。所述第一基板具有一第一板面及一第二板面，所述第一板面与所述第一板面彼此相反设置。所述第二基板具有一第三板面，所述第三板面面向所述第二板面，且所述第三板面与所述第二板面之间具有一间隙。所述接地单元设置于所述第二板面上，其中所述接地单元具有两个挖空部。所述辐射单元设置于所述第一基板上，其中所述辐射单元具有一辐射本体、一馈入接脚及一短路接脚。所述辐射本体设置于所述第一板面上，所述馈入接脚自所述辐射本体的一馈入点往所述第二板面的方向延伸且连接至所述接地单元，所述短路接脚自所述辐射本体的一第一侧边往所述第二板面的方向延伸且连接至所述接地单元。两个所述挖空部以所述馈入接脚与所述接地单元的一连接处为中心呈正反配置。所述反射单元设置于所述第三板面上，所述反射单元的形状与所述接地单元的形状彼此对应。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与附图说明书附图仅是用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。

附图说明

图1为本发明一实施例的天线结构的立体示意图。

图2为本发明一实施例的天线结构的辐射场型示意图。

图3为本发明一实施例的天线结构在不同频率下所得到的反射损耗(ReturnLoss)的曲线图。

图4为本发明一实施例的天线结构在不同频率下所得到的辐射效率(radiationefficiency)的曲线图。

图5为本发明一实施例的天线结构在不同频率下所得到的天线增益(antennagain)的曲线图。

附图标记说明：

第一基板 1

穿孔 11

第一板面 S1

第二板面 S2

第三板面 S3

第一侧面 F1

第二基板 2

辐射单元 3

辐射本体 31

馈入点 311

开槽 312

馈入接脚 32

短路接脚 33

第一侧边 E1

第二侧边 E2

第三侧边 E3

第四侧边 E4

接地单元 4

挖空部 41

弯折部 42

连接部 43

凸出部 44

连接处 45

反射单元 5

宽度 W1、W2、W3

间隙 D1

厚度 H1

轴 X、Y、Z

标记点 P1、P2

具体实施方式

请参阅图1所示，图1为本发明一实施例的天线结构的立体示意图。本实施例提供一种天线结构，所述天线结构包括第一基板1、第二基板2、辐射单元3、接地单元4及反射单元5。第一基板1具有第一板面S1及第二板面S2，第一板面S1与第二板面S2彼此相对设置。第二基板2具有第三板面S3，第三板面S3面向第二板面S2，且第三板面S3与第二板面S2之间具有间隙D1。辐射单元3设置于第一板面S1上，接地单元4设置于第二板面S2上，反射单元5设置于第三板面S3上。

详细而言，辐射单元3具有辐射本体31、馈入接脚32及短路接脚33。辐射本体31设置于第一板面S1上，馈入接脚32自辐射本体31的馈入点311往第二板面S2的方向延伸且连接至接地单元4，短路接脚33自辐射本体31的第一侧边E1往第二板面S2的方向延伸且连接至接地单元4。接地单元4具有两个挖空部41，两个挖空部41是以馈入接脚32与接地单元4的连接处45为中心呈正反配置。反射单元5的形状与接地单元4的形状彼此对应。

例如：以本发明附图中所举的实施例而言，第一基板1和第二基板2皆是由介电材料制成，第一基板1可叠置于第二基板2上方，且第一基板1与第二基板2之间具有间隙D1。第一板面S1为第一基板1的上表面，第二板面S2为第一基板1的下表面，而第三板面S3为第二基板2的上表面。此外，第一板面S1与第二板面S2彼此平行，且第二板面S2与第三板面S3彼此平行。

辐射单元3、接地单元4及反射单元5都是由导电材料所制成。辐射本体31例如是形成于第一板面S1上的导电层，接地单元4例如是形成于第二板面S2上的导电层，而反射单元5例如是形成于第三板面S3上的导电层。

此外，在本发明一实施例中，所述天线结构的馈线路径长度是对应于特高频段的波长，故所述天线结构可工作在特高频段。具体而言，所述天线结构可工作在902MHz至928MHz的特高频段，且可应用于无线射频辨识标签。

请参阅图2所示，图2为本发明一实施例的天线结构的辐射场型示意图。依据图1中所界定的坐标方向(X轴方向、Y轴方向及Z轴方向)，图2显示本实施例的天线结构的辐射场型的量测结果。如图2所示，本实施例的天线结构在第一基板1正上方的辐射最强、能量也最大。

再者，依据不同的设计需求，辐射单元3、接地单元4及反射单元5是具有下列不同的设计方式：

一、辐射单元3的辐射本体31具有第一侧边E1、第二侧边E2、第三侧边E3及第四侧边E4。第一侧边E1与第二侧边E2彼此相对设置，且第三侧边E3连接于第一侧边E1与第二侧边E2之间。辐射本体31的形状例如是狭长矩形，第一侧边E1和第二侧边E2例如是矩形的两个短边，而第三侧边E3和第四侧边E4例如是矩形的两个长边。辐射本体31还进一步具有一个开槽312，所述开槽312是自第三侧边E3先往第四侧边E4的方向延伸，再往第二侧边E2的方向延伸。以本发明附图中所举的实施例而言，开槽312例如是呈L形。

二、辐射本体31的馈入点311是位于开槽312与第二侧边E2之间，并且，该馈入点311也是位于开槽312与第三侧边E3之间。以本发明附图中所举的实施例而言，馈入点311同时是位于辐射本体31的中间位置。换言之，馈入点311至第一侧边E1的垂直距离是大致等于馈入点311至第二侧边E2的垂直距离。

三、第一基板1具有连接于第一板面S1与第二板面S2之间的第一侧面F1。辐射单元3的短路接脚33可沿着第一基板1的第一侧面F1自辐射本体31的第一侧边E1向下延伸而连接至接地单元4。具体而言，短路接脚33例如是形成于第一侧面F1上的导电层。短路接脚33的延伸方向与第一板面S1的法线方向(例如图1中所示的Z轴方向)可大致相同。

四、第一基板1可具有穿孔11，穿孔11是贯穿于第一板面S1和第二板面S2之间。辐射单元3的馈入接脚32可穿过所述穿孔11，以自辐射本体31的馈入点311向下延伸而到达第二板面S2，且连接至接地单元4。馈入接脚32例如是同轴导线。馈入接脚32的延伸方向与第一板面S1的法线方向可大致相同。

五、接地单元4的形状为大致S形。具体而言，接地单元4包括两个弯折部42及连接于两个弯折部42之间的连接部43。以本发明附图中所举的实施例而言，每一个弯折部42的形状例如是L形，每一个弯折部42的一个区段的延伸方向(例如图1中所示的Y轴方向)与辐射本体31的延伸方向大致相同，每一个弯折部42的另一个区段的延伸方向(例如图1中所示的X轴方向)与辐射本体31的延伸方向(例如图1中所示的Y轴方向)大致垂直。两个弯折部42分别对应两个挖空部41，所以，两个弯折部42也是以馈入接脚32与接地单元4的连接处45为中心呈正反配置。连接部43的形状与辐射本体31的形状彼此对应，连接部43的形状例如也是狭长矩形。连接部43在第二板面S2的设置位置与辐射本体31在第一板面S1的设置位置彼此对应。再者，由图1观察可以认为：连接部43沿着第二板面S2的法线方向(例如图1中所示的Z轴方向)在第一板面S1上的投影，可完全覆盖辐射本体31。

六、在本发明一实施例中，接地单元4是以馈入接脚32与接地单元4的连接处45为中心而呈镜像对称。详细而言，接地单元4的两个弯折部42是以馈入接脚32与接地单元4的连接处45为中心呈镜像对称。此外，接地单元4的对称中心可对准馈入点311的位置。也就是说，接地单元4的对称中心及辐射本体31的馈入点311可皆位于一条共同参考线上(图未示出)，所述共同参考线是一个虚拟的参考线，且所述共同参考线是位于第一板面S1的法线方向上。另，接地单元4还可进一步包括凸出部44。凸出部44连接于连接部43的一端，且对应于短路接脚33的设置位置而延伸至第一基板1的第一侧面F1，以连接至短路接脚33。

七、接地单元4的形状与反射单元5的形状彼此对应，反射单元5的形状例如也是大致S形。反射单元5在第三板面S3的设置位置与接地单元4在第二板面S2的设置位置彼此对应。再者，由图1观察可以认为：反射单元5沿着第三板面S3的法线方向(例如图1中所示的Z轴方向)在第二板面S2上的投影，可完全覆盖接地单元4的两个弯折部42及连接部43。

八、辐射本体31的宽度W1(也就是第一侧边E1的尺寸)可小于或大致等于接地单元4的宽度W2。详细而言，辐射本体31的宽度W1可小于或大致等于接地单元4的连接部43的宽度W2，且辐射本体31的宽度W1可小于或大致等于接地单元4的凸出部44的宽度W2。此外，接地单元4的宽度W2可等于反射单元5的宽度W3。

九、第一基板1与第二基板2的间隙D1例如约为28毫米(millimeter，mm)。也就是，第二板面S2与第三板面S3的垂直距离例如约为28毫米。第一基板1的厚度H1例如约为1.6毫米。也就是，第一板面S1与第二板面S2的垂直距离例如约为1.6毫米。

十、第一板面S1的尺寸、第二板面S2的尺寸和第三板面S3的尺寸彼此大致相同，其中第一板面S1的长度和宽度例如皆为60毫米。

然而，上述“依据不同的设计需求所界定出的该等辐射单元3、接地单元4及反射单元5的结构”只是用来举例而已，本发明实施例并不以此为限。

请参阅图3所示，图3为本发明一实施例的天线结构在不同频率下所得到的反射损耗(Return Loss)的曲线图。反射损耗显示前进波功率与反射波功率的比值，反射损耗愈低表示天线反射愈小，天线辐射功率愈大。对于本实施例的天线结构来进行测试，而结果显示出本实施例的天线结构在不同频率(MHz)下所得到的反射损耗(dB)。如图3所示，本实施例的天线结构在特高频段(例如适用于无线射频辨识标签的902MHz至928MHz的频带)所表现的反射损耗符合一定的需求，显示本实施例的天线结构可在特高频段(Ultra-HighFrequency，UHF)操作。详细而言，在包含902MHz至928MHz的频段内，本实施例的天线结构的反射损耗皆小于-10dB。如图3中的各个标记点(标记点P1、P2)所示，本实施例的天线结构在902MHz及928MHz两个特定频率下所得到的反射损耗值，分别约是-10.386dB及-12.488dB。

请参阅图4所示，图4为本发明一实施例的天线结构在不同频率下所得到的辐射效率(radiation efficiency)的曲线图。对于本实施例的天线结构来进行测试，而结果显示出本实施例的天线结构在不同频率(MHz)下所得到的辐射效率(％)。如图4所示，在包含902MHz至928MHz的频段内，本实施例的天线结构的辐射效率平均约为60％。

请参阅图5所示，图5为本发明一实施例的天线结构在不同频率下所得到的天线增益(antenna gain)的曲线图。对于本实施例的天线结构来进行测试，而结果显示出本实施例的天线结构在不同频率(MHz)下所得到的天线增益(dBi)。如图5所示，在包含902MHz至928MHz的频段内，本实施例的天线结构所得到的最大增益可达4.4dBi。

综上所述，在本发明所举的实施例中，所述天线结构是利用设置于第一基板1的下板面的接地单元4和设置于第二基板2的上板面的反射单元5，来提升天线增益。详细而言，两层上下相邻的接地单元4和反射单元5，其形状彼此对应，皆具有类似双极天线的对称形式，其中接地单元4的两个挖空部41以馈入接脚32与接地单元4的连接处45为中心呈正反配置，可提高所述天线结构的增益，也可提高所述天线结构的指向性。再者，利用两个对称的挖空部41正反配置的巧妙设计，所述天线结构能将大部分的辐射能量集中在第一基板1的上方，且可省略复杂的馈入网络。

值得注意的是，设置于第一基板1的下板面的接地单元4和设置于第二基板2的上板面的反射单元5，两者之间具有间隙D1而没有电性导通。因此，接地单元4与反射单元5可上下相互耦合，以提升天线增益。

此外，设置于第一基板1的上板面的辐射本体31可通过导电金属层形成连接导通，其中辐射单元3的馈入点311位于辐射本体31的中间位置，使得辐射单元3的走线可位于中间位置附近，辐射单元3的短路接脚33自辐射本体31的第一侧边E1往下延伸且连接至接地单元4，使得辐射单元3在辐射本体31的支路末端完成接地。辐射本体31、馈入接脚32和短路接脚33所形成的辐射单元3可架构出具有大致倒F形状的辐射组件。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以限定本发明的专利保护范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神与范围内，所作的变动及润饰的等效替换，仍为本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于提高天线增益的天线结构，其特征在于，所述天线结构包括：

一第一基板，所述第一基板具有一第一板面及与所述第一板面彼此相反设置的一第二板面；

一第二基板，所述第二基板具有一第三板面，所述第三板面面向所述第二板面，且所述第三板面与所述第二板面之间具有一间隙；

一辐射单元，所述辐射单元设置于所述第一基板上，其中所述辐射单元具有一辐射本体、一馈入接脚及一短路接脚，所述辐射本体设置于所述第一板面上，所述辐射本体的形状是一矩形；

一接地单元，所述接地单元设置于所述第二板面上，其中所述接地单元具有两个挖空部，所述馈入接脚自所述辐射本体的一馈入点往所述第二板面的方向延伸且连接至所述接地单元，所述短路接脚自所述矩形的一第一侧边往所述第二板面的方向延伸且连接至所述接地单元，且两个所述挖空部以所述馈入接脚与所述接地单元的一连接处为中心呈正反配置；以及

一反射单元，所述反射单元设置于所述第三板面上，所述反射单元的形状与所述接地单元的形状彼此对应。

2.如权利要求1所述的天线结构，其中所述馈入点位于所述辐射本体的中间位置。

3.如权利要求2所述的天线结构，其中所述辐射本体还进一步具有一第二侧边、一第三侧边及一第四侧边，所述第二侧边与所述第一侧边彼此相对设置，所述第三侧边连接于所述第一侧边与所述第二侧边之间，所述辐射本体还进一步具有一开槽，所述开槽自所述第三侧边先往所述第四侧边的方向延伸，再往所述第二侧边的方向延伸，所述馈入点位于所述开槽与所述第二侧边之间，且所述馈入点位于所述开槽与所述第三侧边之间。

4.如权利要求1所述的天线结构，其中所述第一基板具有一穿孔，所述馈入接脚穿过所述穿孔以自所述馈入点往所述第二板面的方向延伸且连接至所述接地单元。

5.如权利要求1所述的天线结构，其中所述短路接脚沿着所述第一基板的一第一侧面自所述第一侧边往所述第二板面的方向延伸且连接至所述接地单元，所述第一侧面连接于所述第一板面与所述第二板面之间。

6.如权利要求5所述的天线结构，其中所述接地单元的形状及所述反射单元的形状都为S形，所述接地单元包括两个弯折部及连接于两个所述弯折部之间的一连接部，所述连接部的形状与所述辐射本体的形状彼此对应。

7.如权利要求6所述的天线结构，其中所述接地单元还进一步包括一凸出部，所述凸出部自所述连接部延伸至所述第一基板的所述第一侧面，以连接至所述短路接脚。

8.如权利要求6所述的天线结构，其中所述辐射本体的宽度不大于所述接地单元的宽度。

9.如权利要求1所述的天线结构，其中所述辐射本体的形状为狭长矩形。

10.如权利要求1所述的天线结构，其中所述接地单元以所述馈入接脚与所述接地单元的所述连接处为中心呈镜像对称。