CN105846077A - 双极化天线 - Google Patents

Abstract

一种双极化天线包含一接地层体及二馈入臂，该接地层体包括一中央空缺部、一框围该中央空缺部的外框部、一由该外框部向该中央空缺部的中心延伸的隔离段，及二自该中央空缺部向外穿通过该外框部的缺口，该缺口沿其自该中央空缺部向外延伸的方向的假想联机夹角小于180度，而所述馈入臂分别包括一辐射部、一与该辐射部连接并位于该其中一缺口的主臂部，及一连接于该主臂部远离该辐射部的一端的馈入部，并利用该二馈入臂激发出二方向不同的极化，更通过该隔离段使该二馈入臂不会相互影响，而达到具有良好的隔离特性的双极化天线。

Description

双极化天线

技术领域

本发明涉及一种天线，特别是涉及一种具有不同极化方向的双极化天线。

背景技术

随着通讯技术的演变，天线的设计更佳地讲求应用广泛地实用性及易结合性，现有的单一极化天线仅能接收/发射单一方向的讯号，而无法接收/发射其他方向的讯号，因此在使用上备受限制，因此，为使天线的应用更加地广泛，开始出现所谓的双极化天线，也就是说可接收/发射两个方向讯号的天线，但，此类双极化天线常有隔离度不好的缺失。

此外，天线的馈入方式有很多种，其中最被广泛使用的馈入方式为直接馈入型的微带天线，如图1所示，该微带天线的边缘阻抗约为100Ω～400Ω，但微波量测所使用的系统阻抗大多约为50Ω，因此，为改善阻抗不匹配的问题，常通过如图2的将该微带天线多增加四分之一波长阻抗转换器5的方式，或是如图3所示的使用插入式微带线6的方式使其达到阻抗匹配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能达阻抗匹配又能增加隔离度的双极化天线。

本发明的双极化天线设置于一基板，并包含一接地层体，及二馈入臂。

该接地层体设置于该基板并包括一中央空缺部、一由导电材料构成并框围该中央空缺部的外框部，及二自该中央空缺部向外穿通过该外框部的缺口，该二缺口沿其自该中央空缺部向外延伸的方向的假想联机夹角小于180°。

该二馈入臂由导电材料构成并设置于该基板上且分别包括一位于该中央空缺部的辐射部、一与该辐射部连接并位于该其中一缺口且不接触该外框部的主臂部，及一与该主臂部相反于该辐射部的一端连接并供讯号输入的馈入部。

本发明的双极化天线，该接地层体还包括一由该外框部向该中央空缺部的中心延伸且分隔所述辐射部的隔离段。

本发明的双极化天线，该隔离段的正投影形状是长条形。

本发明的双极化天线，该二缺口沿其自该中央空缺部向外延伸的方向的假想联机夹角是90°。

本发明的双极化天线，该中央空缺部的正投影形状是矩形。

本发明的双极化天线，该外框部的正投影形状是宽度相等的矩形框。

本发明的双极化天线，该外框部的正投影的宽度是60mm。

本发明的双极化天线，每一辐射部与该外框部的距离是2.95mm。

本发明的双极化天线，每一主臂部的一边和邻近该外框部的一边的距离是0.3mm。

本发明的双极化天线，每一辐射部的正投影形状是圆型。

本发明的有益效果在于：提供一种满足阻抗匹配，且能增加隔离特性又能具有两种不同方向的极化特性的双极化天线。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一立体图，说明现有微带天线的一实施例；

图2是一立体图，说明现有微带天线利用增加四分之一波长阻抗转换器来达到阻抗匹配；

图3是一立体图，说明现有微带天线利用插入式微带线来达到阻抗匹配；

图4是一正视图，说明本发明双极化天线的一实施例；

图5是一侧视图，说明本发明双极化天线的该实施例的侧视图；

图6是一正视图，说明本发明双极化天线的该实施例的几何结构；及

图7是一曲线图，说明本发明双极化天线的该实施例的S11和S22模拟与实测反射损失图；

图8是一表面电流分布图，说明本发明双极化天线具有一隔离段的表面电流分布趋势；

图9是一表面电流分布图，说明本发明双极化天线不具有该隔离段的表面电流分布趋势；

图10是一曲线图，说明本发明双极化天线的该实施例具有该隔离段的S21隔离度的反射损失模拟图；及

图11是一曲线图，说明本发明双极化天线的该实施例不具有该隔离段的S21隔离度的反射损失模拟图。

具体实施方式

在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。

参阅图4和图5，本发明双极化天线的一实施例设置于一方形基板1，并包含一接地层体2，及二馈入臂3。

该接地层体2设置于该基板1，并包括一中央空缺部21、一由导电材料构成并框围该中央空缺部21的外框部22、一由该外框部22向该中央空缺部21的中心延伸的隔离段23，及二自该中央空缺部21向外穿通过该外框部22的缺口24，该中央空缺部21的正投影形状是矩形，该外框部22的正投影形状是宽度相等的矩形框，该二缺口24沿其自该中央空缺部21向外延伸的方向的假想联机夹角是90°，该隔离段的正投影形状是长条形，并自该二缺口24所在侧边的夹角处斜向对角方向延伸。

每一馈入臂3由导电材料构成并设置于该基板1上且包括一位于该中央空缺部21的辐射部31、一与该辐射部31连接并位于该其中一缺口24且不接触该外框部22的主臂部32，及一与该主臂部32相反于该辐射部31的一端连接并供讯号输入的馈入部33，每一辐射部31的正投影形状是圆型。

当自该二馈入臂3的馈入部33分别电连接一SMA(Sub-Miniature-A)接头4以接收讯号时，由于每一SMA接头4包括二电连接于该外框部22的第一电位部41，及一电连接于该每一馈入部33的第二电位部42，使得本发明双极化天线的实施例的每一馈入臂3与相邻的该接地层体2形成共平面波导(CPW,Coplanar Waveguide)的馈入结构，因此，本发明双极化天线的实施例能具有较大的阻抗带宽并达到良好的阻抗匹配，而可改善以往的天线必须通过额外增加四分之一波长阻抗转换器或是插入式微带线的方式来达到阻抗匹配的缺点，以及更具有低辐射损失，及易结合的优点。

此外，以往的馈入结构的电气特性易受基板的介质或厚度所影响，因此本发明双极化天线改用较不易受基板的介质或厚度所影响的共平面波导的馈入方式来加以设计，使得本天线结构可任意的使用于FR4双层印刷电路板(PCB,Printed Circuit Board)、更高阶的印刷电路板，也或是铺铜的方式来达成天线的应用而不受限制，使用的范围会更加地广泛。

同时，当讯号分别自该SMA接头4馈入二馈入臂3时，经由每一相对应的主臂部32传送至每一辐射部31，以分别激发出一平行于其中一馈入臂3延伸方向的第一线性极化，和一平行于另一馈入臂3延伸方向的第二线性极化，而使本发明天线能达双极化的特性，特别地，在本实施例中，因为该二馈入臂3延伸方向彼此正交，所以该第一线性极化和该第二线性极化的激发方向彼此也呈正交。

参阅图6，图6是本发明双极化天线的几何结构表示图，在图中，天线整体的宽度及长度分别以W和L来表示，并以W1来表示该馈入部33和该主臂部32的宽度，以W2来代表该外框部22正投影形状的宽度，该隔离段23分别以LS和WS来表示其长度及宽度，同时，令该二馈入臂3分别标示为第一馈入臂34和第二馈入臂35，其辐射部31的正投影形状的半径标示为r，该第一馈入臂34和该第二馈入臂35的辐射部31与该外框部22的距离标示为t，并以gap来表示第一馈入臂34和第二馈入臂35的主臂部32的一边和邻近该外框部22的一边的距离，上述所述的相关参数的规格如下表一所示。

表一

同时参阅图7，是本发明双极化天线的实施例依照上述表一的实际尺寸的模拟与实测结果，S11代表该第一馈入臂34的输入反射损失，而S22代表该第二馈入臂35的输入反射损失，且该天线的阻抗带宽以反射损失10dB来定义时，第一馈入臂34模拟时的阻抗带宽为1.34GHz(5.01GHz～6.35GHz)，实测时的阻抗带宽为1.685GHz(4.955GHz～6.64GHz)，而第二馈入臂35模拟时的阻抗带宽为1.35GHz(5.005GHz～6.355GHz)，实测时的阻抗带宽为1.855GHz(4.8GHz～6.655GHz)，因此，可确实验证本发明双极化天线能达到良好的阻抗匹配而应用于5.8GHz的频段。

为清楚地说明本发明双极化天线的该隔离段23的重要性，以下将分别通过本实施例有无该隔离段23的表面电流分布和S21隔离度来加以解释，S21代表该第一馈入臂34和该第二馈入臂35的隔离度。参阅图8和图9，图8和图9分别为有该隔离段23和没该隔离段23时的表面电流分布图，由图9可清楚地看出该第一馈入臂34上的表面电流有集中于该主臂部32上的趋势，很明显地观察出该第一馈入臂34有被该第二馈入臂35所影响(第一馈入臂34的主臂部32的上半部与第二馈入臂35的主臂部32皆为代表10A/m的色阶)，而由图8可看出加入该隔离段23后的该第一馈入臂34和该第二馈入臂35的表面电流分布皆未受彼此影响(第一馈入臂34的主臂部32的上半部与第二馈入臂35的主臂部32的色阶并不相同)，这是因为本实施例的该隔离段23是由该外框部22向该中央空缺部21的中心延伸并将该第一辐射臂34和该第二辐射臂35分隔开，使得该第一馈入臂34的表面电流密度不会受到该第二馈入臂35的干扰而影响。

再由图10和图11的有该隔离段23和没该隔离段23时的S21隔离度的模拟图可更清楚地比较出本发明双极化天线有该隔离段23时的S21隔离度(-22.39dB)很明显地比没有该隔离段23的S21隔离度(-16.25dB)来的好，因此，通过该隔离段23可使本发明双极化天线的该二馈入臂3具备有较高的隔离特性。

综上所述，本发明双极化天线通过该共平面波导的馈入方式以取代以往的直接馈入方式，因此可具有较大的阻抗带宽，且不受基板1介质和厚度的影响，更通过该隔离段23使该二馈入臂3不会相互影响以达到良好的隔离特性，所以确实能达成本发明的目的。

以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (10)

1.一种双极化天线，设置于一基板，其特征在于：包含：

一层接地层体，设置于该基板并包括一个中央空缺部、一个由导电材料构成并框围该中央空缺部的外框部，及二个自该中央空缺部向外穿通过该外框部的缺口，该二缺口沿其自该中央空缺部向外延伸的方向的假想联机夹角小于180°；及

二个馈入臂，由导电材料构成并设置于该基板上且分别包括一个位于该中央空缺部的辐射部、一个与该辐射部连接并位于该其中一个缺口且不接触该外框部的主臂部，及一个与该主臂部相反于该辐射部的一端连接并供讯号输入的馈入部。

2.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：该接地层体还包括一段由该外框部向该中央空缺部的中心延伸且分隔所述辐射部的隔离段。

3.根据权利要求2所述的双极化天线，其特征在于：该隔离段的正投影形状是长条形。

4.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：该二个缺口沿其自该中央空缺部向外延伸的方向的假想联机夹角是90°。

5.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：该中央空缺部的正投影形状是矩形。

6.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：该外框部的正投影形状是宽度相等的矩形框。

7.根据权利要求6所述的双极化天线，其特征在于：该外框部的正投影的宽度是60mm。

8.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：每一个辐射部与该外框部的距离是2.95mm。

9.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：每一个主臂部的一边和邻近该外框部的一边的距离是0.3mm。

10.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：每一个辐射部的正投影形状是圆型。