CN1825695B - 可调整增益的天线 - Google Patents

Abstract

一种可调整增益的天线，至少包括一第一天线单体以及一第二天线单体，其中第一天线单体具有一第一辐射单元，第二天线单体具有一第二辐射单元以可拆装的方式与第一天线单体连接，借由连接第一天线单体的第一辐射单元和第二天线单体的第二辐射单元，以形成数组天线调整上述天线的增益值与辐射图形。

Description

可调整增益的天线

技术领域

本发明是关于一种天线，特别是关于一种可调整增益的天线。

背景技术

天线的主要功能是将原本在传输线中传递的能量，利用天线形成的电磁场将能量转换至空气中，或反之将空气中的能量接收至传输线中。

天线的种类依辐射的方向可分为指向性(directional)与全向性(omni-directional)，指向性天线会限制某些范围的使用者才能收到讯号，全向性天线则能够使四周的使用者都能收到讯号。天线的重要参数有频段(frequency range)、辐射图型(pattern)、电压驻波比(VSWR)、增益(gain)等等，其中天线的增益与讯号的传输范围有关，在相同的发射功率或使用相同的接收放大器下，使用较高增益的天线可以获得较远的传输距离，因此在架设天线时，常要更换不同增益的天线，以获得最适当的通讯质量。

然而，由于各种天线的增益不同，且多为固定值，无法提供使用者一个较为弹性的天线增益值，符合各种传输的环境。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可调整增益的天线，让使用者可以自由组合个别的天线单体，来达到控制整支天线的方向性增益，适用于不同场所及用途。可依客户选择，当需要高增益时，只要使用加装第二段天线即可。

根据本发明，提供一种可调整增益的天线，其包括一第一天线单体，具有一第一辐射单元；以及一第二天线单体，具有一第二辐射单元，该第二天线单体以可拆装的方式与该第一天线单体连接，借由该第一辐射单元和该第二辐射单元的组合以形成一数组天线，调整上述天线的增益值。在一优选实施例中，第一天线单体具有一母接头，而第二天线单体具有一公接头，借由公接头与母接头结合，使第二天线单体与第一天线单体电性连接。

在另一优选实施例中，第一天线单体还包括一第一基板、第一辐射单元设于该第一基板的第一面，以及一第一导体层设于该第一基板的第二面；其中，母接头具有一第一连接件，用以与第一辐射单元耦接；第一辐射单元用以提供接地及辐射的作用；第一导体层用以提供传递信号的作用，其包括一阻抗匹配电路部份和一传输线路，其中阻抗匹配电路将整支天线的电路阻抗转换到接近50欧姆，而传输线路连接阻抗匹配电路和一外部电路。

在另一优选实施例中，第二天线单体还包括一第二基板、第二辐射单元设于该第二基板的第一面，以及一第二导体层设于该第二基板的第二面；其中，公接头具有一第二连接件，用以与第二辐射单元耦接；第二辐射单元用以提供接地及辐射的作用；第二导体层用以与提供传递信号的作用。

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明：

图1为本发明的可调整增益的天线的一实施例示意图；

图2为图1中的第一天线单体的示意图；

图3为图2的部份放大图；

图4为连接导电层电连接至辐射单元的示意图；

图5为图2中的第一导体层的示意图；

图6为图2中的第一辐射单元的示意图；

图7为图1中的第二天线单体的示意图；

图8为图7中的第二辐射单元的示意图；

图9至图12分别显示可调整增益的天线，在不同的天线单体所组合的实施例下，其垂直平面(vertical plane)的辐射图型。

符号说明：

10天线

11第一天线单体

110母接头

11a母接头壳体

11a’第一连接件

11a”绝缘部

11b第一辐射单元

11c第一导体层

11c’阻抗匹配电路

11c”传输线路

12第二天线单体

12a公接头

12a’第二连接件

12b第二辐射单元

12c第二导体层

12d母接头

13天线单体

20外部电路

31第一基板

32第二基板

41连接导电层

42信号端子

43连接导电层

b10第一部分

b20第二部分

b30第三部分

b40第四部分

R1～R4第一至第四辐射区

b101～b102第一、第二接地部分

b201～b202第三、第四接地部分

b301～b302第五、第六接地部分

b401～b402第七、第八接地部分

具体实施方式

本发明的可调整增益的天线系由一至多个天线单体所构成，以可互相拆解及构装的方式进行连接，并且通过选取所要构装的天线单体的数目，而决定该天线的增益，因此，通过增加或减少天线单体的个数，即可对整支天线的增益进行调整。

参考图1，本发明的可调整增益的天线10，其可包括多个天线单体11、12、13，耦接至一外部电路20(例如为一信号源)；以下的说明中，仅以两天线单体来做说明，其中符号11代表第一天线单体，而符号12代表第二天线单体。

如图2和图3所示，第一天线单体11包括一第一基板31，例如为一印刷电路板；一第一辐射单元11b设于第一基板31的正面(第一面)，以提供接地及辐射的作用；以及，一第一导体层11c，设于第一基板31的反面(第二面)，以提供传递信号的作用。假定该天线所要传送和接收的电波波长为λ，则每一辐射单元的长度可为λ/4或λ/2，而第一辐射单元11b与第一导体层11c可由铜箔等导体或是微带线(microstrip)所构成。

第一天线单体11还具有一接头，在此以母接头110为例，其具有第一连接件11a’，通过设于上述第一基板31的连接导电层(铜箔)41而使母接头110的壳体11a耦接上述第一辐射单元11b；而母接头110的信号端子42如图3所示，借由母接头110的绝缘部11a”与壳体11a电性隔离，并且耦接上述第一导体层11c。如图2、图4所示上述连接导电层41，例如设于该第一基板31的反面，且通过设置第一基板31中的贯穿孔51而电连接至设于第一基板31正面的第一辐射单元11b。

如图5所示，第一导体层11c包括一阻抗匹配电路11c’和传输线路11c”，其中阻抗匹配电路11c’的主要目的是使整支天线的电路阻抗能达到天线使用上要求的规格(例如，整支天线的电路阻抗达到实质上接近50欧姆及电压驻波比小于2.0)，而传输线路11c”连接阻抗匹配电路11c’和一外部电路20。

图6显示第一天线单体11的辐射单元11b的结构图。图中，辐射单元11b，其长度L1可为λ/4或λ/2，包括第一部分b10及第二部分b20两者相距一既定距离D1。上述第一部分包括第一接地区b101；第二接地区b102，由上述第一接地区b101延伸而出；以及两个第一辐射区R1，由上述第二接地区b102延伸出。上述第二部分包括第三接地区b201；第四接地区b202，由上述第三接地区b201延伸而出；以及两个第二辐射区R2，由上述第四接地区b202延伸出。在此实施例中，上述第一接地区b101实质上与上述第一辐射区R1平行；上述第三接地区b201实质上与上述第二辐射区R2平行；上述第二接地区b102实质上与上述第四接地区b202平行且实质上与上述第一接地区b101垂直。

如图7所示般，第二天线单体12包括一第二基板32，例如为一印刷电路板；一第二辐射单元12b，设于第二基板32的正面(第一面)，以提供接地及辐射的作用；以及，一第二导体层12c，设于第二基板32的反面(第二面)，以提供传递信号的作用。第二辐射单元12b与第二导体层12c可由铜箔等导体或是微带线所构成。

第二天线单体12还具有公接头12a和母接头12d。公接头具有第二连接件12a’，通过设于上述第二基板31的连接导电层(铜箔)43而使公接头12a的壳体耦接上述第二辐射单元12b；而母接头12a的信号端子12a”则耦接上述第二导体层11c。参照图4、图7所示上述连接导电层43相同于上述连接导电层41的设计，例如设于该第二基板32的反面，且通过设于第二基板32中的贯穿孔51而连接至设于第二基板32正面的第二辐射单元12b。公接头12a用以连接母接头11a以使第一天线单体11和第二天线单体12连接。第二天线单体12中的母接头12d，连接方式同公接头12a，用以连接所需额外的天线单体。

如图7、图8所示，第二天线单体12的第二辐射单元12b，其长度L2可为λ/4或λ/2，包括第三部分b30及第四部分b40两者相距一既定距离D2。上述第三部分包括第五接地区b301；第六接地区b302，由上述第五接地区b301延伸而出；以及两个第三辐射区R3，由上述第六接地区b302延伸而出。上述第四部分b40包括第七接地区b401；第八接地区b402，由上述第七接地区b401延伸而出；以及两个第四辐射区R4，由上述第八接地区b402延伸而出。在此实施例中，上述第五接地区b301实质上与上述第三辐射区R3平行；上述第七接地区b401实质上与上述第四辐射区R4平行；上述第六接地区b302实质上与上述第八接地区b402平行且实质上与上述第五接地区b301垂直。另外第二天线单体12的第二导体层12c的传递讯号构造是与第一导体层11c的传输线路11c”(见图4)实质上具有相同的结构。

需注意的是上述第一辐射单元与第二辐射单元中的既定距离D1和D2均为0.001λ～0.1λ，λ为上述天线传送的电波波长。以第一辐射单元11b为例，当第一导体层11c所流通的电荷，经过第二、第四接地区时，由于第二、第四接地区两者间有距离D1的空隙，故会因为接地的不连续，形成辐射的现像而由上述第一辐射区R1和第二辐射区R2发射出电波，没有辐射出去的能量会继续利用传输线的结构继续传到下一个不连续的接地而辐射。同理，第二辐射单元12b的特性与第一辐射单元11b相同，故不再予以赘述。由此可知，本发明的精神为柔性连接多个天线单体，使该多个天线单体形成一数组天线，通过增加或减少整支天线的辐射单元，达成调整整支天线的增益与辐射图形，进一步说明当弹性连接多个天线单体时，整支天线的电路阻抗仍然趋近于上述阻抗匹配电路的设定值，即整支天线的电路阻抗依然能达到天线使用上的要求。

图9至图12分别显示本发明的可调整增益的天线，在不同的天线单体组合下，其垂直平面(vertical plane)的辐射图型。在此实施例中，上述既定距离D1和D2例如为0.004λ。

图9中，可调整增益的天线系单独使用上述第一天线单体11，发射电波的频率例如为2400MHz，可得到3.47dBi的方向性增益(directivity)。图10中，可调整增益的天线单独使用上述第二天线单体12外接一额外的阻抗匹配电路(未图示)，上述阻抗匹配电路例如提供实质上接近50欧姆的阻抗，发射电波的频率例如为2400MHz，可得到3.52dBi的方向性增益。第一和第二天线单体结构类似，因此所得的增益也相差不大，但是天线设计者仍可借由改变第一和第二天线单体中导体层的几何结构或是阻抗，而获致所需的方向性增益。

图11中，可调整增益的天线包括两个天线单体，例如由上述第一天线单体11和第二天线单体12组合而得，发射电波的频率例如为2400MHz，可得到5.88dBi的方向性增益。图12中，可调整增益的天线包括三个天线单体，例如由上述第一天线单体11和两个第二天线单体12组合而得，发射电波的频率例如为2400MHz，可得到7.06dBi的方向性增益。

如上述般，本案能很有弹性的将各个天线单体连接，利用连接的天线单体的数量，来达到控制整支天线的方向性增益，以解决在各种不同的通讯环境下，常要使用不同增益天线的困扰。

另外，本案利用增加或减少一个天线单体柔性地增加或减少整支天线增益，进而帮助天线的使用者在不同的通讯环境下，都能够得到一最合适的天线增益值，以达到一个最佳的通讯质量。

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (19)

1.一种可调整增益的天线，包括：

一第一天线单体，具有一第一辐射单元，一第一基板，一第一导体层，以及一第一接头，该第一辐射单元设于该第一基板的一第一面用以提供上述天线的辐射及接地，该第一导体层设于该第一基板的一第二面用以提供上述天线的信号传输，该第一接头具有一第一连接件耦接该第一辐射单元，该第一接头具有一第一信号件耦接该第一导体层；以及

一第二天线单体，具有一第二辐射单元，一第二基板，一第二导体层，以及一第二接头，该第二辐射单元设于该第二基板的一第一面用以提供上述天线的辐射及接地，该第二导体层设于该第二基板的一第二面用以提供上述天线的信号传输，该第二接头具有一第二连接件耦接该第二辐射单元，该第二接头具有一第二信号件耦接该第二导体层，

其中，该第二天线单体以可拆装的方式与该第一天线单体组合连接，其中该第一接头的第一连接件耦接该第二接头的该第二连接件，且该第一接头的该第一信号件耦接该第二接头的该第二信号件，其中该第一辐射单元还包括一第一部分及一第二部分；上述第一部分与上述第二部分沿天线的纵向延伸方向互相分隔一既定距离。

2.如权利要求1所述的可调整增益的天线，其中上述第一部分包括：

一第一接地区；

一第二接地区，由上述第一接地区延伸而出；以及

一第一辐射区，由上述第二接地区延伸出；

且上述第二部分包括：

一第三接地区；

一第四接地区，由上述第三接地区延伸而出；以及

一第二辐射区，由上述第四接地区延伸出。

3.如权利要求2所述的可调整增益的天线，其中上述第一接地区与上述第一辐射区平行；上述第三接地区与上述第二辐射区平行；上述第二接地区与上述第四接地区平行且与上述第一接地区垂直。

4.如权利要求3所述的可调整增益的天线，其中上述既定距离为0.001λ～0.1λ，λ为上述天线传送的电波波长。

5.如权利要求2所述的可调整增益的天线，其中上述第一接头的第一连接件耦接上述第一接地区。

6.如权利要求5所述的可调整增益的天线，其中上述第一天线单体还具有连接导电层设于上述第一基板的第二面，上述第一基板设有贯穿孔，用以使上述第一接头的第一连接件与上述第一接地区连接。

7.如权利要求2所述的可调整增益的天线，其中该第一导体层还包括一阻抗匹配电路，使该可调整增益的天线的整体电路阻抗约为50欧姆。

8.如权利要求7所述的可调整增益的天线，其中该第一导体层还包括一传输线路，连接上述阻抗匹配电路和一外部电路。

9.如权利要求1所述的可调整增益的天线，其中该第二辐射单元还包括一第三部分及一第四部分；上述第三部分与上述第四部分互相分隔一既定距离。

10.如权利要求9所述的可调整增益的天线，其中上述第三部分包括：

一第五接地区；

一第六接地区，由上述第五接地区延伸而出；以及

一第三辐射区，由上述第六接地区延伸出；

且上述第四部分包括：

一第七接地区；

一第八接地区，由上述第七接地区延伸而出；以及

一第四辐射区，由上述第八接地区延伸出。

11.如权利要求10所述的可调整增益的天线，其中上述第五接地区与上述第三辐射区平行；上述第七接地区与上述第四辐射区平行；上述第六接地区与上述第八接地区平行且与上述第五接地区垂直。

12.如权利要求11所述的可调整增益的天线，其中上述既定距离为0.001λ～0.1λ，λ为上述天线传送的电波波长。

13.如权利要求10所述的可调整增益的天线，其中上述第二接头的第二连接件耦接上述第五接地区。

14.如权利要求13所述的可调整增益的天线，其中上述第二天线单体还具有连接导电层设于上述第二基板的第二面，上述第二基板设有贯穿孔，用以使上述第二接头的第二连接件与上述第五接地区连接。

15.如权利要求1所述的可调整增益的天线，其中该第二导体层还包括一阻抗匹配电路，使该可调整增益的天线的整体电路阻抗约为50欧姆。

16.如权利要求15所述的可调整增益的天线，其中该第二导体层包括一传输线路，连接该第一天线单体以传递信号。

17.如权利要求1所述的可调整增益的天线，其中上述第一天线单体的第一接头为一母接头，而上述第二天线单体的第二接头为一公接头，借由上述公接头与该母接头结合使上述第二天线单体与第一天线单体电性连接。

18.如权利要求1所述的可调整增益的天线，其中相邻的该第一辐射区与第二辐射区的长度和，可为上述天线所要传送或接收的电波波长的1/4或1/2。

19.一种可调整增益的天线，包括一至多个天线单体，以可互相拆解及构装的方式进行连接，并且通过选取所要构装的该等天线单体的数目，而决定该天线的增益，天线单体，具有一辐射单元，一基板，一导体层，以及一接头，该辐射单元设于该基板的一第一面用以提供上述天线的辐射及接地，该导体层设于该基板的一第二面用以提供上述天线的信号传输，该接头具有一连接件耦接该辐射单元，该接头具有一信号件耦接该导体层，

该辐射单元还包括一第一部分及一第二部分；上述第一部分与上述第二部分沿天线的纵向延伸方向互相分隔一既定距离。

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