CN105870611B - 宽带微带天线 - Google Patents
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Abstract
一种宽带微带天线，包含一个绝缘的基底、一个接地片及一个辐射片，该绝缘的基底具有一个第一面及一个相反于该第一面的第二面，该接地片由导体材料构成并形成于该第一面，该辐射片由导体材料构成并形成于该第二面，且包括一个自该第二面的边缘向内延伸且横跨过该接地片并供电讯号输入的馈入臂、一个自该馈入臂朝远离该接地片方向延伸的辐射本体，及一个自该辐射本体的一侧边朝一第一方向延伸的缺口，该缺口使该辐射本体的侧边呈现蜿蜒形状进而改变该辐射本体表面的电流分布，而具有高操作带宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线，特别是涉及一种高操作带宽的宽带微带天线。
背景技术
参阅图1，现有的微带天线1(patch antenna)包括一个介质基底11、一个形成于该介质基底11的导体接地片12、一个形成于该介质基底11并相反于该导体接地片12的导体辐射贴片13(patch)，及一个自该介质基底11的表面边缘向内延伸至该导体辐射贴片13并供电讯号输入的馈入臂14，当自该馈入臂14馈入电讯号至该导体辐射贴片13，而在该导体辐射贴片13和该导体接地片12间激发出电磁场时，即能经由该导体辐射贴片13周围和该导体接地片12的间隙将电磁场向外辐射至空间中，借此进行无线讯号的传输。
虽然，现有的微带天线1具有许多特点，例如体积小、重量轻、低剖面(profile)、易与后级电路集成等等，但是因为微带天线1本身的导体辐射贴片13和导体接地片12的形状限制了所馈入的电讯号在该导体辐射贴片13的表面电流分布，因而仅会造成特定频率辐射，导致其操作带宽狭窄，从而使其应用范围受到限制。
发明内容
本发明之目的在于提供一种提升操作带宽而能应用在各频段作讯号传输的宽带微带天线。
本发明的宽带微带天线包含一个绝缘的基底、一个接地片及一个辐射片。
该绝缘的基底具有一个第一面，及一个相反于该第一面的第二面。
该接地片由导体材料构成并形成于该第一面。
该辐射片由导体材料构成并形成于该第二面，包括一个自该第二面的边缘向内延伸且横跨过该接地片并供电讯号输入的馈入臂、一个自该馈入臂朝远离该接地片方向延伸的辐射本体，及一个自该辐射本体的一侧边朝一第一方向延伸的缺口。
较佳地，该基底的第二面是矩形，该馈入臂自该第二面的一侧边平行另一侧边延伸且横跨过该接地片，该辐射本体是长方形并具有一个平行该第二面侧边并与该馈入臂连接的第一长边、一个相反于该第一长边的第二长边、一个平行该第二面另一侧边并与该馈入臂连接的第一短边，及一个连接该第一长边和该第二长边的第二短边，该缺口具有一个自该第一短边沿该第二长边远离该第一短边延伸的第一矩形部，及一个自该第一矩形部的中央处并平行于该第一长边向该第二短边延伸的第二矩形部，该第二矩形部的最大宽度小于该第一矩形部的长度。
较佳地，该辐射片还包括一个自该第二短边沿该第一长边向该第一短边延伸的辅助缺口。
较佳地，该接地片包括一个邻近该辐射本体的第一短边并呈矩形的第一接地本体、一个自该第一接地本体向该辐射本体的第二短边方向延伸并呈矩形的第二接地本体、一个自该第二接地本体邻近该辐射本体的第一长边向该第一面边缘形成的第一接地缺口、一个自该第一接地缺口并平行于该辐射本体的第一长边且向该第二短边方向延伸的第二接地缺口，及一个自该第二接地缺口更朝向该第二短边方向延伸的第三接地缺口，该馈入臂向该第一面方向的投影位于该第二接地缺口内。
较佳地，该馈入臂包括一个自该第二面的侧边延伸过该第二接地本体的第一馈入臂部，及一个自该第一馈入臂部延伸过该第二接地缺口并与该辐射本体的第一短边和第一长边连接的第二馈入臂部。
较佳地，该第二馈入臂部的宽度大于该第一馈入臂部的宽度而与该第一馈入臂部、该辐射本体互相阻抗匹配。
本发明的有益效果在于：通过该辐射片的缺口使该辐射本体的侧边呈现蜿蜒形状，改变该辐射本体表面的电流分布，而具有高操作带宽。
附图说明
本发明之其他的特征及功效，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，说明一种现有的微带天线；
图2是一侧视图，说明本发明宽带微带天线的一实施例；
图3是一正视图，说明该实施例的一个辐射片；
图4是一正视图，说明该实施例的一个接地片；
图5是一示意图，说明该实施例的辐射片和接地片的叠合；
图6是一反射损失图，说明该实施例的模拟和量测得到的反射损失特性；
图7是一表面电流分布图，说明该实施例的一表面电流分布情形；及
图8是一表面电流分布图，说明该实施例的另一表面电流分布情形。
具体实施方式
参阅图2，本发明宽带微带天线2的一实施例包含一个绝缘的基底21、一个辐射片23，及一个接地片22，用于馈入电讯号后，将馈入电讯号向外辐射。
该基底21呈矩形态样，并具有一个第一面211，及一个相反于该第一面211的第二面212。
同时参阅图3，该辐射片23由导体材料构成并形成于该第二面212，包括一个自该第二面212的一侧边平行另一侧边延伸且横跨过该接地片22并供电讯号输入的馈入臂231、一个连接于该馈入臂231并呈长方形的辐射本体232、一个自该辐射本体232的一短边沿平行其长边方向延伸的缺口233，及一个自该辐射本体232相反于形成该缺口233的另一短边沿平行其长边方向延伸的辅助缺口234。而且，该馈入臂231具有一个呈长矩形由该第二面212的侧边延伸的第一馈入臂部2311，及一个呈长矩形且自该第一馈入臂部2311延伸跨过该接地片22的第二馈入臂部2312，该第二馈入臂部2312的宽度大于该第一馈入臂部2311使两者成阶梯形状地渐进扩增来与该辐射本体232连接，并且，由于该第二馈入臂部2312使该辐射本体232远离该接地片22，所以该第一面211也提供该辐射本体232向外辐射的净空区域。该辐射本体232则具有一个平行该第二面212侧边并连接该第二馈入臂部2312的第一长边2321、一个相反于该第一长边2321的第二长边2322、一个平行该第二面212的另一侧边且和该第二馈入臂部2312连接的第一短边2323，及一个连接该第一长边2321和该第二长边2322的第二短边2324。该缺口233具有一个自该第一短边2323沿该第二长边2322远离该第一短边2323延伸的第一矩形部2331，及一个自该第一矩形部2331的中央处并平行于该第一长边2321向该第二短边2324延伸的第二矩形部2332，该第一矩形部2331和第二矩形部2332皆为长条形状且彼此的长向互相垂直，并且该第二矩形部2332的最大宽度小于该第一矩形部2331的长度，而使得该缺口233呈倒T字形。此外，该辅助缺口234则是自该第二短边2324沿该第一长边2321向该第一短边2323延伸形成的长矩形。
配合参阅图4及图5，该接地片22由导体材料构成并形成于该第一面211，包括一个邻近该辐射本体232的第一短边2323并呈矩形的第一接地本体221、一个自该第一接地本体221向该辐射本体232的第二短边2324方向延伸并呈矩形的第二接地本体222、一个自该第二接地本体222邻近该辐射本体232的第一长边2321向该第一面211边缘形成的第一接地缺口223、一个自该第一接地缺口223并平行于该辐射本体232的第一长边2321且向该第二短边2324方向延伸的第二接地缺口224，及一个自该第二接地缺口224更朝向该第二短边2324方向延伸的第三接地缺口225，并且该第三接地缺口225的宽度小于该第二接地缺口224而因此二者在该第一接地本体221和该第二接地本体222的邻靠区域呈倒L字形。另，该辐射片23的第二馈入臂部2312向该第一面211方向的投影落入该第二接地缺口224内，因而彼此连通的该第一接地缺口223、该第二接地缺口224和该第三接地缺口225互相配合使该第一接地本体221、该第二接地本体222围绕该第二馈入臂部2312地形成缺陷接地结构。
当自该馈入臂231馈入电讯号，该第一馈入臂部2311和该第二馈入臂部2312彼此配合进行步阶式的阻抗转换(Stepped-impedence transformation)，以使该第一馈入臂部2311、该第二馈入臂部2312和该辐射本体232彼此能达成阻抗匹配来降低电讯号馈进时发生的反射损失，同时，通过该第一接地本体221和该第二接地本体222结合形成的缺陷接地结构，使电讯号在该第二馈入臂部2312与该第一接地本体221间互相耦合并共振组合出让讯号向外辐射所需的高频模态，以致该第二馈入臂部2312可与该辐射本体232同样被视为辐射区域，并进而与第一馈入臂部2311和该辐射本体232结合时达到阻抗匹配，进而更提升阻抗匹配程度，以让电讯号在馈入的过程中保持完整的传递至该辐射本体232。
而且，该辐射本体232借该缺口233和该辅助缺口234，使得该辐射本体232的表面形成蜿蜒形状，借以改变电讯号在其表面所形成的电流分布，因而让表面电流大致沿该第一短边2323、该第二短边2324形成两相异的电流共振路径，而能产生两相异的共振频带。更详细的说，其一为自该馈入臂231沿着该第一短边2323并经过该呈倒T字形状的缺口233周围而形成一个第一电流共振路径，其二则是自该馈入臂231沿着该第一长边2321并朝向该辅助缺口234而形成一个第二电流共振路径，两者并分别对应产生一个第一共振频带及一个第二共振频带，而且该T字形状缺口233增加了该第一电流共振路径的长度，使该第一电流共振路径长于该第二电流共振路径，因此该第一共振频带所在频率会低于该第二共振频带，另外，该第一共振频带的频率还可通过改变该缺口233的第二矩形部2332宽度来些微调整，该第二矩形部2332的宽度与该第一共振频带的频率成反比，而该第二共振频带的频率则可改变该辅助缺口234的长度来将两者成正比关系地作微调，借此，本发明宽带微带天线2因而可经由该第一共振频带和该第二共振频带来共同组成宽带的操作频带，不仅解决现有的微带天线1操作带宽狭窄的缺失，同时更因电讯号馈入时的步阶式的阻抗转换、缺陷接地结构达成阻抗匹配，更具有减少反射损失、共振组合出高频模态而可更提升操作带宽的优点。
将前述宽带微带天线2的实施例的基底21设定成材质为玻璃纤维的矩形基材板，其介电常数为4.4，板厚为0.8毫米，总板长为65毫米、板宽60毫米，且设定该辐射本体232为第一长边2321为13.5毫米、第二长边2322为28毫米，第二短边2324为24毫米的长方形，该缺口233的第二矩形部2332长度12毫米、宽度5毫米，该辅助缺口234的长度为12毫米、宽度4.5毫米，该第一馈入臂部2311的宽度为1.5毫米、长度10毫米，该第二馈入臂部2312的宽度为7毫米、长度26.5毫米，并且，该接地片22为总长度50毫米、总宽度31毫米的矩形，该第一接地本体221为长度11.75毫米、宽度31毫米的矩形，该第二接地缺口224的长度为8.5毫米、宽度为17毫米，该第三接地缺口225的长度为6毫米、宽度为5毫米，并利用如图1所示出的SMA接头焊连于该第一馈入臂部2311并且选择其特性阻抗值为50奥姆的作转接以馈入电讯号，并进行实验验证。
参阅图6，图6是本发明宽带微带天线2的实施例依据上述实际尺寸的模拟与实测的反射损失结果，图中显示其确实产生该第一共振频带和该第二共振频带，当天线的阻抗带宽(操作带宽)以反射损失为10dB来定义时，该第一共振频带和该第二共振频带在1702MHz～2755MHz的频率响应范围反射损失皆在10dB以上，因而两者可组合出带宽为1053MHz的宽带操作频带，验证本发明宽带微带天线确实具有提升操作带宽的功效，且此操作频带可涵盖在DCS1800、PCS1900、CDMA2000、UMTS/WiFi等频段的无线讯号传输操作，而扩展了应用范围。
同时配合参阅图7、图8，图7、图8进一步显示该辐射本体232表面的电流分布情形，由图7可以验证该辐射片23的馈入臂231、第一短边2323与该缺口233的周围电流密度较高，因而经由此第一共振电流路径而有该第一共振频带的产生，图8则验证该辐射片23的馈入臂231、第一长边2321至该辅助缺口234的周围也为较高密度的电流分布区域，而能借此第二共振电流路径形成该第二共振频带，进而由两者组合出宽带操作频带，证实本发明宽带微带天线2可应用在各频段进行无线讯号传输。
要再补充说明的是，本发明宽带微带天线2的基底21可任意的使用于FR4双层印刷电路板(PCB,Printed Circuit Board)甚至是更高阶的电路板，以铺铜的方式铺设该接地片22、该辐射片23来达成上述应用，因此使用的范围会更加广泛而有弹性。
另外，本发明宽带微带天线2也可控制该第一接地本体221的宽度小于该第二接地本体222的宽度，让表面电流多集中于该辐射本体232邻近该第一接地本体221的一侧，而使辐射能量朝此方向集中，进而提升其指向程度。
综上所述，本发明宽带微带天线2利用该辐射片23的缺口233及辅助缺口234来改变表面电流分布，并借以产生两相异共振频带而得到高操作带宽，再加上该接地片22围绕该馈入臂231形成的倒L字形状缺陷结构、搭配该馈入臂231的步阶式馈入结构，进一步达成阻抗匹配同时减少反射损失，更有利于增加操作带宽，所以确实能达成本发明之目的。
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 (5)
1.一种宽带微带天线，其特征在于：包含：
一个绝缘的基底，具有一个第一面，及一个相反于该第一面的第二面，该第二面是矩形；
一个接地片，由导体材料构成并形成于该第一面；及
一个辐射片，由导体材料构成并形成于该第二面，包括一个自该第二面的边缘向内延伸且横跨过该接地片并供电讯号输入的馈入臂、一个自该馈入臂朝远离该接地片方向延伸的辐射本体，及一个自该辐射本体的一侧边朝一第一方向延伸的缺口，该馈入臂自该第二面的一侧边平行另一侧边延伸且横跨过该接地片，该辐射本体是长方形并具有一个平行该第二面侧边并与该馈入臂连接的第一长边、一个相反于该第一长边的第二长边、一个平行该第二面另一侧边并与该馈入臂连接的第一短边，及一个连接该第一长边和该第二长边的第二短边，该缺口具有一个自该第一短边沿该第二长边远离该第一短边延伸的第一矩形部，及一个自该第一矩形部的中央处并平行于该第一长边向该第二短边延伸的第二矩形部，该第二矩形部的最大宽度小于该第一矩形部的长度。
2.根据权利要求1所述的宽带微带天线，其特征在于：该辐射片还包括一个自该第二短边沿该第一长边向该第一短边延伸的辅助缺口。
3.根据权利要求2所述的宽带微带天线，其特征在于：该接地片包括一个邻近该辐射本体的第一短边并呈矩形的第一接地本体、一个自该第一接地本体向该辐射本体的第二短边方向延伸并呈矩形的第二接地本体、一个自该第二接地本体邻近该辐射本体的第一长边向该第一面边缘形成的第一接地缺口、一个自该第一接地缺口并平行于该辐射本体的第一长边且向该第二短边方向延伸的第二接地缺口，及一个自该第二接地缺口更朝向该第二短边方向延伸的第三接地缺口，该馈入臂向该第一面方向的投影位于该第二接地缺口内。
4.根据权利要求3所述的宽带微带天线，其特征在于：该馈入臂包括一个自该第二面的侧边延伸过该第二接地本体的第一馈入臂部，及一个自该第一馈入臂部延伸过该第二接地缺口并与该辐射本体的第一短边和第一长边连接的第二馈入臂部。
5.根据权利要求4所述的宽带微带天线，其特征在于：该第二馈入臂部的宽度大于该第一馈入臂部的宽度而与该第一馈入臂部、该辐射本体互相阻抗匹配。
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