CN117638488A - 微带天线 - Google Patents

Abstract

一种微带天线，包含一基板、一传输线、一阻抗匹配结构与一贴片辐射体，其中，所述基板具有一表面；所述传输线设置于所述表面且沿一第一轴向延伸；所述阻抗匹配结构设置于所述表面，所述阻抗匹配结构在所述第一轴向上具有一第一端与一第二端，所述第一端连接所述传输线，其中所述阻抗匹配结构具有多段的阻抗变化；所述贴片辐射体设置于所述表面，所述贴片辐射体在所述第一轴向上与所述阻抗匹配结构的第二端相邻且具有一间距，且所述阻抗匹配结构的第二端通过所述间距与所述贴片辐射体耦合。借此，可增加微带天线的频宽。

Description

微带天线

技术领域

本发明与天线有关；特别是指一种微带天线。

背景技术

随着科技的发展，无线讯号的应用也越来越多，例如可应用在数据传输、雷达等用途。无论无线讯号的用途为何，无线讯号的频宽主要取决于天线的结构，因此，增加天线的频宽是努力研发创新的方向之一。

以雷达的用途为例，图1为一种现有的嵌入式微带天线100，包括一基板10、一传输线12与一贴片辐射体14。

所述基板10的材质为RO4350。传输线12与贴片辐射体14为一金属层16且设置于基板10的上表面，基板10下表面设置另一金属层18。所述贴片辐射体14靠近传输线12的一侧具有一凹槽142，传输线12馈入到凹槽142中且与贴片辐射体14连接。金属层16、18的厚度为0.05mm。于图1中传输线12与贴片辐射体14各部位的宽度W及长度L1～L5为W＝0.197mm，L1＝1.4mm，L2＝0.2465mm，L3＝0.513mm，L4＝1.9135mm，L5＝1.716mm。

图2所示为现有的嵌入式微带天线100操作于60～64GHz频段的S11返回损失(return loss)曲线图，其中在-10dB的频率为61.63～63.1GHz(即频宽1.47GHz)，其比例频宽(Fractional Bandwidth，FBW)约为2.357％。

图3所示为嵌入式微带天线100操作在60GHz时的Y-Z平面、X-Z平面的场型图，其中峰值增益(peak gain)约为6.8dBi，其中Y-Z平面为第二轴向Y与第三轴向Z构成的平面，X-Z平面为第一轴向X与第三轴向Z构成的平面。

在雷达的应用中，天线的频宽与分辨率是呈正比，频宽越大则分辨率越高，雷达所能侦测的数据越及时。然而，现有的嵌入式微带天线100的传输线12的阻抗为50奥姆，而贴片辐射体14的面积相对较大，因此贴片辐射体14的阻抗远小于传输线12的阻抗。由于传输线12是直接馈入到阻抗较小的贴片辐射体14，阻抗是急遽减少，此将导致急遽的阻抗转换造成能量损耗较大，进而影响频宽。

是以，现有的嵌入式微带天线100的设计仍未臻完善，尚待改进。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微带天线，可以加大频宽。

缘以达成上述目的，本发明提供的一种微带天线，包含一基板、一传输线、一阻抗匹配结构与一贴片辐射体，其中，所述基板具有一表面；所述传输线设置于所述表面且沿一第一轴向延伸；所述阻抗匹配结构设置于所述表面，所述阻抗匹配结构在所述第一轴向上具有一第一端与一第二端，所述第一端连接所述传输线，其中所述阻抗匹配结构在所述第一轴向上包括一第一段、一第二段与一第三段，其中，所述第一段具有所述第一端，所述第三段具有所述第二端，所述第二段位于所述第一段与所述第三段之间；所述第一段、所述第二段与所述第三段在垂直于所述第一轴向的一第二轴向上分别具有一第一宽度、一第二宽度与一第三宽度，其中所述第二宽度小于所述第一宽度与所述第三宽度；所述贴片辐射体设置于所述表面，所述贴片辐射体在所述第一轴向上与所述阻抗匹配结构的第二端相邻且具有一间距，且所述阻抗匹配结构的第二端通过所述间距与所述贴片辐射体耦合。

本发明的效果在于，借由多段的阻抗变化配合所述间距将能量以耦合方式馈入到贴片辐射体，可以减少阻抗转换造成的能量损耗并加大频宽，频宽加大可提供更高的分辨率。

附图说明

图1为现有的嵌入式微带天线的立体图。

图2为现有的嵌入式微带天线操作于60～64GHz的返回损失曲线图。

图3为现有的嵌入式微带天线操作于60GHz的场型图。

图4为本发明第一优选实施例的微带天线的立体图。

图5为本发明第一优选实施例的微带天线的俯视图。

图6为本发明第一优选实施例的微带天线的示意图。

图7为本发明第一优选实施例的微带天线的等效电路。

图8为本发明第一优选实施例的微带天线操作于58～66GHz的返回损失曲线图。

图9为本发明第一优选实施例的微带天线操作于60GHz的场型图。

图10为本发明第二优选实施例的微带天线的俯视图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图4至图6所示，为本发明第一优选实施例的微带天线1，包含一基板20、一传输线22、一阻抗匹配结构24与一贴片辐射体26。本实施例中所述微带天线1是以应用于60GHz频段的雷达的毫米波天线为例，但不以此为限。另为便于说明，定义相垂直的一第一轴向X、一第二轴向Y与一第三轴向Z。

所述基板20具有相背对的两个表面，即位于第三轴向Z上的上表面202与下表面204，所述上表面202与所述下表面204皆平行于所述第一轴向X与所述第二轴向Y。所述上表面202供设置所述传输线22、所述阻抗匹配结构24与所述贴片辐射体26，所述下表面204设置有一金属层28，金属层28的厚度约为0.05mm，但不以此为限。本实施例中，所述基板20的材质以RO4350为例但不以此为限，亦可为RO4835、RO3003、或陶瓷基板。所述基板20在第三轴向上的厚度介于0.127mm～0.2mm之间，于本实施例中以0.17mm为例。

所述传输线22、所述阻抗匹配结构24与所述贴片辐射体26为一金属层30，且沿第一轴向X依序布设(layout)于所述基板20的上表面202。金属层30的厚度约为0.05mm，但不以此为限。

所述传输线22为长矩形的线段，其长轴向沿所述第一轴向X延伸。所述传输线22在所述第二轴向Y上的宽度W为等宽。本实施例中，所述传输线的宽度W以0.24mm为例，长度L为1.25mm，但不以此为限。所述传输线的阻抗为50奥姆。所述传输线22的一端延伸至所述基板20的边缘，以作为讯号的馈入端。

所述阻抗匹配结构24用以调整阻抗，所述阻抗匹配结构24在所述第一轴向X上具有相对的一第一端24a与一第二端24b，所述第一端24a连接所述传输线22，所述第二端24b邻近所述贴片辐射体26但不直接接触。本实施例中，所述阻抗匹配结构24在所述第一轴向X上包括一第一段242、一第二段244与一第三段246，其中，所述第一段242具有所述第一端24a，所述第二段244连接于所述第一段242与所述第三段246之间，所述第三段246具有所述第二端24b。

所述第一段242、所述第二段244与所述第三段246在所述第二轴向Y上分别具有一第一宽度W1、一第二宽度W2与一第三宽度W3。本实施例中，所述第一段242的宽度为等宽，所述第二段244的宽度为等宽，所述第三段246的宽度为等宽。所述第二宽度W2小于所述第一宽度W1与所述第三宽度W3，第三宽度W3小于或等于所述第一宽度W1。具体而言，所述第一宽度W1以0.83mm为例，所述第二宽度W2以0.5252mm为例，所述第三宽度W3以0.7452mm为例，但不以前述数值为限。第一宽度W1约为第二宽度W2的1.580倍，所述第三宽度W3约为所述第二宽度W2的1.419倍。

所述第一段242、所述第二段244与所述第三段246在所述第一轴向X上分别具有一第一长度L1、一第二长度L2与一第三长度L3。所述第二长度L2至少为所述第三长度L3的3倍，所述第一长度L1至少为所述第三长度L3的7倍。具体而言，所述第一长度L1以0.715mm为例，所述第二长度L2以0.372mm为例，所述第三长度L3以0.1mm为例，所述第一长度L1至所述第三长度L3的总合(即第一端至所述第二端的长度)约为1.187mm，但不以前述数值为限。所述第一长度L1为所述第三长度L3的7.15倍，所述第二长度L2为所述第三长度的3.72倍。

所述贴片辐射体26在所述第一轴向X上与所述阻抗匹配结构24的第二端24b相邻且相隔一间距D。所述阻抗匹配结构24的第二端24b通过所述间距D与所述贴片辐射体26耦合。本实施例中，所述间距D介于0.1mm～0.2mm。所述贴片辐射体26是呈矩形，在所述第一轴向X上具有一第四长度L4，在所述第二轴向Y上具有一第四宽度W4。本实施例中所述第四宽度W4大于所述第三宽度W3与所述第一宽度W1。所述第四长度L4可与所述第一长度L1、所述第二长度L2与所述第三长度L3的总合相近或相等，本实施例中，所述第四长度L4略长于所述第一长度L1至所述第三长度L3的总合，但不以此为限，亦可为相等或略短于所述第一长度L1至所述第三长度L3的总合。优选地，所述第四长度L4与在所述第一长度L1至所述第三长度L3的总合的差距的绝对值为0.05mm以内。具体而言，所述间距D为0.1mm，所述第四长度L4以1.143mm为例，所述第四宽度W4以1.168mm为例，但不以前述数值为限。

图7所示为所述微带天线1的等效电路，其中，传输线22等效为电感La，所述阻抗匹配结构24的第一段可等效为电容C1、第二段244可等效为电容C2与电感Lb，第三段246至所述贴片辐射体26之间配合间距D可等效为寄生的电容C3。

所述阻抗匹配结构24的所述第一段242、所述第二段244与所述第三段246形成多段的阻抗变化，而有多段步阶式的阻抗转换，可减少急遽的阻抗转换所造成的能量损耗，并且配合在所述间距D成的寄生的电容C3以耦合方式将能量馈入到贴片辐射体26，更可加大频宽。借由改变所述第三段246的第三宽度W3，可对应改变电容C3的电容值，以获得所需的频宽。

图8所示为微带天线1操作于58～66GHz频段的S11返回损失(return loss)曲线图，其中在-10dB的频率为60.69～62.34GHz(即频宽1.65GHz)，其比例频宽(FractionalBandwidth，FBW)约为2.682％。相较于现有的嵌入式微带天线的频宽1.47GHz，比例频宽为2.375％，本实施例的微带天线1能有效加大频宽，频宽加大则可提供更高的分辨率。

图9所示为本实施例的微带天线1操作在60GHz时的Y-Z平面、X-Z平面的场型图，其中峰值增益(peak gain)约为6.4dBi，其中Y-Z平面为第二轴向Y与第三轴向Z构成的平面，X-Z平面为第一轴向X与第三轴向Z构成的平面。

图10所示为本发明第二优选实施例的微带天线2，其具有大致相同于第一实施例的结构，不同的是，阻抗匹配结构32的第二段324沿着第一轴向X具有宽度的变化，其宽度由第一段322往第三段326的方向先渐缩而后渐扩。本实施例的阻抗匹配结构32同样可以提供多段的阻抗变化，以减少急遽的阻抗转换造成的能量损耗，并且配合耦合方式将能量馈入到贴片辐射体26可加大频宽。

以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效变化，理应包含在本发明的专利范围内。

附图标记说明

[现有]

100：嵌入式微带天线

10：基板

12：传输线

14：贴片辐射体

142：凹槽

16：金属层

18：金属层

L1～L5：长度

W：宽度

X：第一轴向

Y：第二轴向

Z：第三轴向

[本发明]

1：微带天线

20：基板

202：上表面

204：下表面

22：传输线

24：阻抗匹配结构

24a：第一端

24b：第二端

242：第一段

244：第二段

246：第三段

26：贴片辐射体

28：金属层

30：金属层

2：微带天线

32：阻抗匹配结构

322：第一段

324：第二段

326：第三段

C1：电容

C2：电容

C3：电容

D：间距

L：长度

L1：第一长度

L2：第二长度

L3：第三长度

L4：第四长度

La：电感

Lb：电感

W：宽度

W1：第一宽度

W2：第二宽度

W3：第三宽度

W4：第四宽度

X：第一轴向

Y：第二轴向

Z：第三轴向。

Claims (7)

1.一种微带天线，包含：

一基板，具有一表面；

一传输线，设置于所述表面且沿一第一轴向延伸；

一阻抗匹配结构，设置于所述表面，所述阻抗匹配结构在所述第一轴向上具有一第一端与一第二端，所述第一端连接所述传输线，其中所述阻抗匹配结构在所述第一轴向上包括一第一段、一第二段与一第三段，其中，所述第一段具有所述第一端，所述第三段具有所述第二端，所述第二段位于所述第一段与所述第三段之间；所述第一段、所述第二段与所述第三段于垂直于所述第一轴向的一第二轴向上分别具有一第一宽度、一第二宽度与一第三宽度，其中所述第二宽度小于所述第一宽度与所述第三宽度；以及

一贴片辐射体，设置于所述表面，所述贴片辐射体在所述第一轴向上与所述阻抗匹配结构的第二端相邻且具有一间距，且所述阻抗匹配结构的第二端通过所述间距与所述贴片辐射体耦合。

2.如权利要求1所述的微带天线，其中，所述第三宽度小于或等于所述第一宽度。

3.如权利要求1所述的微带天线，其中，所述阻抗匹配结构的所述第一段、所述第二段与所述第三段在所述第一轴向上分别具有一第一长度、一第二长度与一第三长度，所述第三长度小于所述第二长度，所述第二长度小于所述第一长度。

4.如权利要求3所述的微带天线，其中，所述第二长度至少为所述第三长度的3倍。

5.如权利要求4所述的微带天线，其中，所述第一长度至少为所述第三长度的7倍。

6.如权利要求1所述的微带天线，其中，所述贴片辐射体在所述第二轴向上具有一第四宽度，所述第四宽度大于所述第三宽度与所述第一宽度。

7.如权利要求1请求项微带天线，其中，所述间距介于0.1mm～0.2mm。