CN1221058C - 双频单偶极天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双频单偶极天线，能够双频操作，并可轻易调整该天线共振模态的频率，以达到无线局域网络系统所要的频带。根据本发明的天线，该双频单偶极天线包含：一微波基板，具有一第一表面及一第二表面；一第一水平辐射金属线，印制于第一表面；一第二水平辐射金属线，印制于第一表面；一垂直辐射金属线，印制于第一表面，其中该第一水平辐射金属线与第二水平辐射金属线的中端分别相交于该垂直辐射金属线在不同位置；一馈入点，位于该垂直辐射金属线上；以及一接地面，印制于该微波基板的第二表面。

Description

双频单偶极天线

技术领域

本发明有关于一种天线系统，还特别有关一种无线局域网络系统的双频单偶极天线。

背景技术

近年来，由于通讯业的发达，无线局域网络(Wireless LAN)的市场已渐渐形成，而公用技术中已有许多用于无线通讯装置的天线，如2000年12月26日颁予Ying的美国专利第6,166,694号“印刷双螺旋双频天线(Printed twin spiral dual band antenna)”，其公开一种用于无线通讯系统的通讯装置，该装置包含一印刷电路板，一介电基板表面粘着于该印刷电路板，以及一天线印置于该介电基板上。然而，该天线印制于该介电基板上，再以表面粘着方式安装于该印刷电路板，在制作上相当复杂而且成本昂贵，且其所占的空间颇大，并不适用于现今电子产品体积缩小的要求。

而1999年12月28日颁予Wu的美国专利第6,008,774号“用于无线数据通讯的印刷天线构造(Printed antenna structure for wirelessdata communications)”，其公开一种用于无线局域网络的笔记型计算机或其它小型、可携带式无线数据通讯产品的印刷天线，其包含一印刷电路板，一钩状辐射金属线，印制于该印刷电路板的上表面，一馈入点连接于该钩状辐射金属线上，以及一接地面，印制于该印刷电路板的下表面。相较于前者，此发明的特征在于该天线印制于一外围卡(peripheral card)上，可直接与外围卡上的系统电路整合，然而，该天线只限用于在2.4GHz单频带下的无线局域网络系统频宽。

所以，目前各类电子产品所配备的无线网络卡其内部的天线多只拥有单频带操作能力。所以，可以预期的，随着市场的渐渐增大，配置的天线只具有单频操作能力的无线网络卡，其工作能力与市场竞争力将是不足够的，因此发展可双频操作的无线网络卡天线将是相关电子产品的主流趋势。虽然公用的技术已有可用于双频操作的装置，然而，该天线在调整操作频率时，必须考虑该天线各组成组件的相互关系，在使用上相当复杂的。

此外，由于目前的电子产品均朝轻、薄、短、小的设计发展，因此，可预期各类的电子产品所配备的无线网络卡其体积将会有轻、薄、玲珑的特性与外观。在这种情况下，配置在无线网络卡内部的天线其体积也将会被限制在一定的体积之内。

发明内容

有鉴于此，便有需要提供一种天线，可轻易地执行双频操作，并适合应用于无线局域网络系统，以及具有轻、薄、面积小的特性，也得以符合现今电子产品体积缩小的要求。

本发明的主要目的在于提供一双频单偶极天线，能够双频操作，并可轻易调整该天线共振模态的频率，以达到无线局域网络系统所要的频带。

本发明的次要目的在于提供一双频单偶极天线，其中该天线为平面结构，能与该微波基板的系统电路整合在一起。

为了达到上述的目的，本发明的双频单偶极天线包含：一微波基板，具有一第一表面及一第二表面；一第一水平辐射金属线，印制或蚀刻于第一表面；一第二水平辐射金属线，印制或蚀刻于第一表面，且位于该第一水平辐射金属线的下方；一垂直辐射金属线，印制或蚀刻于第一表面，其中该第一水平辐射金属线与第二水平辐射金属线分别相交于该垂直辐射金属线在不同位置；一馈入点，位于该垂直辐射金属线上；以及一接地面，印制或蚀刻于该微波基板的第二表面；

其中，该第一水平辐射金属线中端连接至该垂直辐射金属线的一端或其附近，该端位于该馈入点的相对端，该第二水平辐射金属线的中端连接至该第一水平辐射金属线与该垂直辐射金属线相连接的不同位置，且该两水平辐射金属线的两端朝两方延伸，使该天线形成一堆栈的双T字形。

根据本发明的一特征，从该馈入点经过该垂直辐射金属线至该第一水平辐射金属线其中一端的路径，构成该天线操作的第一共振路径，并决定天线的第一操作频率；从该馈入点经过该垂直辐射金属线至该第二水平辐射金属线其中一端的路径，构成该天线操作的第二共振路径，并决定天线的第二操作频率。

根据本发明的又一特征，该馈入点连接至一馈入微带线，用以传递信号。

根据本发明的又一特征，该馈入微带线印制于第一表面上。

根据本发明，通过调整该第一及该第二水平辐射金属线的长度，可轻易调整天线前二个共振模态的频率，进而调整到所要的频带。此外，由于本发明天线为平面结构，所以与微波电路具有高整合性。本发明天线的一实施例可操作于2.4GHz与5.2GHz双频带的无线局域网络系统，且于操作频带内皆具有不错的天线增益。

附图说明

图1为根据本发明的一实施例的双频单偶极天线的侧视图与立体结构图。

图2为根据本发明的一实施例的双频单偶极天线返回损失量测结果。

图3为根据本发明的一实施例的双频单偶极天线于2450MHz的辐射场型量测结果。

图4为根据本发明的一实施例的双频单偶极天线于5250MHz的辐射场型量测结果。

图5为根据本发明的一实施例的双频单偶极天线于2.4GHz无线局域网络系统频带内天线增益的量测结果。

图6为根据本发明的一实施例的双频单偶极天线于5.2GHz无线局域网络系统频带内天线增益的量测结果。

图7a至图7b为根据本发明的其它实施例的双频单偶极天线的侧视图与立体结构图。

标号说明：

1：双频单偶极天线           13：垂直辐射金属线

11：第一水平辐射金属线       12：第二水平辐射金属线

20：馈入点                   30：馈入金属构件

40：微波基板                 43：接地面

41：第一表面                 42：第二表面

711：第一水平辐射金属线      712：第二水平辐射金属线

713：垂直辐射金属线          740：微波基板

720：馈入点                  730：馈入微带线

741：第一表面                742：第二表面

750：接地面

具体实施方式

虽然本发明可表现为不同形式的实施例，但附图所示者及于下文中说明者为本发明可的较佳实施例，并请了解本文所公开为本发明的一范例，且并非意图用以将本发明限制于图标及/或所描述的特定实施例中。

参考图1，根据本发明的双频单偶极天线1主要包括：一微波基板40，具有一第一表面41及一第二表面42，该第一表面41上有一馈入微带线(microstrip line)30，其具有特性阻抗50欧姆，用以传递信号；一第一水平辐射金属线11，印制于第一表面41上；一第二水平辐射金属线12，印制于第一表面41上且位于该第一水平辐射金属线11下；一垂直辐射金属线13，印制于第一表面41上且大致与该第一水平辐射金属线11和该第二水平辐射金属线12垂直；一馈入点20，位于该垂直辐射金属线13上，该馈入点20用以连接该馈入微带线30与垂直辐射金属线13，借此以传递信号；以及一接地面43，印制于第二表面42，该接地面43可为一无线网络卡的接地面，具有一矩形或接近矩形缺口，而该天线1位在该矩形或接近矩形缺口的正上方。其中，该第一水平辐射金属线11中端连接至该垂直辐射金属线13的一端或其附近，该端位于该馈入点20的相对端，该第二水平辐射金属线12中端连接至该第一水平辐射金属线11与该垂直辐射金属线13相连接的不同位置，且该两水平辐射金属线11、12的两端(开口端)朝两方延伸，使该天线1形成一堆栈的双T字形。

根据本发明，该微波基板40，由一尺寸为45×80mm²的无线网络卡电路板所构成，且一般以玻璃纤维强化BT(bismaleimide-triazine)树脂或FR4玻璃纤维强化环氧树脂(fiberglass reinforced epoxy resin)制成的印刷电路板，也可以聚醯亚胺(polyimide)制成的可挠性薄片基板(flexible film substrate)，也可以是在高频具有良好特性的铁弗龙或，举例来说，氧化铝或钛酸镁的陶瓷基板。而由于此设计结构的平面化特性，借此该天线1与该微波基板40的系统电路具有高度整合性，不但具备轻、薄、面积小的特性，也符合现今电子产品体积缩小的要求。

如前所述，从该馈入点20经过垂直辐射金属线13至该第一水平辐射金属线11其中一端的路径，构成该天线1操作的第一共振路径，并决定该天线1的第一(较低)操作频率，另外，从该馈入点20经过垂直辐射金属线13至该第二水平辐射金属线12其中一端的路径，构成天线1操作的第二共振路径，并决定天线1的第二(较高)操作频率。相较于先前技术在决定双频操作时必须考虑到各使用组件的相互关系，本发明的天线1，通过个别调整该第一水平辐射金属线11及该第二水平辐射金属线12的长度，即可轻易调整该天线1前二个共振模态的频率，达到无线局域网络系统所要的频带。

根据本发明的双频单偶极天线1，天线的实作量测结果示于图2至图6。在使用一相对介电常数4.4，厚度0.8mm的微波基板40，以及一面积为14.5×18mm²的双频单偶极天线1，该第一水平辐射金属线11的长度为14mm、宽度为1.5mm，第二水平辐射金属线12的长度为18mm、宽度为3.5mm，垂直辐射金属线13的长度为14.5mm、宽度为3.5mm，可得图2至图6的实验结果。

图2所公开于10dB返回损失阻抗频宽的定义下，可看出该天线1的第一(较低)操作模态频宽为540MHz(2205-2745MHz)，第二(较高)操作模态频宽为210MHz(5145-5355MHz)，其操作频宽能够含盖2.4GHz(2400-2484MHz)与5.2GHz(5150-5350MHz)双频段的无线局域网络系统频宽需求。

图3及图4中所公开，分别为该实施例操作于2450MHz与5250MHz的辐射场型实验结果；由结果可以看出，由于本发明天线具有左右对称的特性，故其辐射场型具有相当不错的对称性。

图5及图6中所公开为该天线1分别操作于2.4GHz与5.2GHz频带的无线局域网络系统中的增益量测结果。在2.4GHz频带内，天线增益大致在1.3至2.0dBi之间，在5.2GHz频带内，天线增益大致在0.8至1.5dBi之间，显示在第一及第二操作模态内，该天线1均有相当良好的增益。

图7a至图7b所示为根据本发明的其它实施例的双频单偶极天线700的侧视图与立体结构图。如图7a所示，天线700主要包括：一微波基板740，具有一第一表面741及一第二表面742，该第一表面741上有一馈入微带线730，一第一水平辐射金属线711，印制于第一表面741上，一第二水平辐射金属线712，印制于第一表面741上且位于该第一水平辐射金属线711下，一垂直辐射金属线713，印制于第一表面741上且大致与该第一水平辐射金属线711和该第二水平辐射金属线712垂直，一馈入点720，位于该垂直辐射金属线713上，该馈入点720用以连接该馈入微带线730与垂直辐射金属线713，以及一接地面750，印制于第二表面742，该接地面750具有一矩形或接近矩形缺口，而该天线700位在该矩形或接近矩形缺口的正上方。其中，该第一水平辐射金属线711中端连接至该垂直辐射金属线713的一端或其附近，该端位于该馈入点720的相对端，该第二水平辐射金属线712的中端连接至该第一水平辐射金属线711与该垂直辐射金属线713相连接的不同位置，且该两水平辐射金属线711、712的两端(开口端)朝两方延伸；相较于图1所示的天线1，该第一水平辐射金属711线及该第二水平辐射金属线712的两端点可以向下或向上折弯，且也可与其中端具有一折弯角度，而该第一及该第二水平辐射金属线与该垂直辐射金属线的线宽可以均相同或不同；因而使得该第一水平辐射金属线711，第二水平辐射金属线712，以及垂直辐射金属线713三者之间的配置更有弹性，因此该天线700与该微波基板740的系统电路整合度可借此提高；此外，也使得该天线700所占该微波基板740的面积比例得以更小，更能符合电子产品体积电子产品体积缩小的要求。

虽然前述的描述及图标已公开本发明较佳实施例，必须了解到各种增添、许多修改和取代可能使用于本发明较佳实施例，而不会脱离如所权利要求书所界定的本发明原理的精神及范围。熟悉该技术者将可体会本发明可能使用于很多形式、结构、布置、比例、材料、组件和组件的修改。因此，本文于此所公开的实施例于所有观点，应被视为用以说明本发明，而非用以限制本发明。本发明的范围应由权利要求所界定，并涵盖其合法均等物，并不限于先前的描述。

Claims (16)

1、一种双频单偶极天线，其特征在于：其包含：

一微波基板，具有一第一表面及一第二表面；

一第一水平辐射金属线，印制或蚀刻于该微波基板的第一表面；

一第二水平辐射金属线，印制或蚀刻于该微波基板的第一表面，且位于该第一水平辐射金属线的下方；

一垂直辐射金属线，印制或蚀刻于该微波基板的第一表面，其中该第一水平辐射金属线与第二水平辐射金属线分别相交于该垂直辐射金属线在不同位置；

一馈入点，位于该垂直辐射金属线的一端或其附近；

一接地面，印制或蚀刻于该微波基板的第二表面上；

其中该第一水平辐射金属线中端连接至该垂直辐射金属线的一端或其附近，该端位于该馈入点的相对端，该第二水平辐射金属线中端连接至该第一水平辐射金属线与该垂直辐射金属线相连接的不同位置，且该两水平辐射金属线的两端朝两方延伸，使该天线形成一堆栈的双T字形。

2、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中从该馈入点经过该垂直辐射金属线至该第一水平辐射金属线其中一端的路径，构成该天线操作的第一共振路径，并决定该天线的第一操作频率。

3、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中从该馈入点经过该垂直辐射金属线至该第二水平辐射金属线其中一端的路径，构成该天线操作的第二共振路径，并决定该天线的第二操作频率。

4、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该馈入点连接至一馈入金属构件，用以传递信号。

5、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该馈入点连接至一馈入微带线，用以传递信号。

6、如权利要求5所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该馈入微带线印制于第一表面上。

7、如权利要求5所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该馈入微带线的特性阻抗为50欧姆。

8、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该第一及该第二水平辐射金属线以及该垂直辐射金属线，其线宽相同。

9、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该第一及该第二水平辐射金属线以及该垂直辐射金属线，其线宽不同。

10、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该垂直辐射金属线与该第一及该第二水平辐射金属线垂直。

11、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该第一水平辐射金属线的两端点与其中端可以具有一折弯角度。

12、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该第二水平辐射金属线的两端点与其中端可以具有一折弯角度。

13、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该第一水平辐射金属线的两端点可折弯。

14、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该第二水平辐射金属线的两端点可折弯。

15、如权利要求1所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该接地面具有一缺口，且该缺口对应于该微波基板第一表面的一区间，该区间包含该第一水平辐射金属线、第二水平辐射金属线及垂直辐射金属线。

16、如权利要求15所述的双频单偶极天线，其特征在于：其中该缺口为一矩形或接近矩形的缺口。

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