CN1881689A - 具有槽孔结构的微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有槽孔结构的微带天线，通过提供足够频宽，来满足天线需求，该微带天线包括基板和具有槽孔结构的微片辐射体，其中微片辐射体是形成于基板上，而槽孔结构是由L字形槽孔与倒反L字形槽孔所组成，其中L字形槽孔与倒反L字形槽孔互为点对称镜射，且其一端分别连接有一延伸槽孔。本发明可大幅地缩小天线体积，并减少制作成本；有效地提供足够频宽，而可满足超宽频的频宽要求。

Description

具有槽孔结构的微带天线

技术领域

本发明涉及一种具有槽孔(Slot)结构的微带天线，特别是涉及一种可提供足够频宽的具有对称槽孔结构的微带天线。

背景技术

随着通信科技的蓬勃发展，各式的通信产品与技术也如雨后春笋般地出现。加上集成电路的技术日益成熟，使得产品的体积也逐渐倾向于轻薄短小。对于在通信产品中用来传送与接收信号的天线，其体积的大小更是攸关通信产品能否达到轻薄短小的目标。

天线是用以辐射或接收电磁波的一种元件，一般可从操作频率、辐射场型(Radiation Pattern)、回波损耗(Return Loss)和天线增益(Antenna Gain)等参数来获知天线的特性。现今的无线产品所使用的天线必须具有体积小、性能佳和成本低等特点，才能得到市场的广泛接受与肯定。由于不同的通信产品，其所需的功能都不尽相同，故用以辐射或接收信号的天线设计更是多样化，例如菱形天线(Rhombic Antenna)、正交叉式天线(Turnstile Antenna)、微带天线、倒F型天线等。其中，微带天线具有体积小、重量轻、制造容易、可沿着弯曲表面安装、以及可与其它电路元件制作在同一电路等优点。现有的微带板状(Patch)天线的微片(Microstrip Patch)尺寸约为二分之一波长的长度，因此，如何进一步缩小微带天线的体积便成为一重要的课题。

另一方面，由于高传输速率的无线通信的需求不断增多，因此许多新的技术不断地被运用在现实生活中，其中超宽频(Ultra Wide-Band，UWB)便是一个正在蓬勃发展的技术。UWB是一种无线传输的格式，其使用了相当宽频率的范围，美国联邦通信委员会(FCC)规定UWB的使用频率范围为低于1GHz与3.1GHz～10.6GHz的频段；频宽范围高达500MHz。然而，由于现有微带天线的频宽过窄，故无法符合UWB的要求。

因此，非常需要发展出一种微带天线，借以进一步缩小天线体积，并提供足够频宽来克服现有技术的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有槽孔结构的微带天线，以缩小天线体积，并减少制作成本。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种具有槽孔结构的微带天线，以提供足够频宽，满足UWB的频宽要求。

为了解决上述目的，本发明提出一种具有槽孔结构的微带天线，具有一槽孔结构，该微带天线至少包括：一基板，具有相互平行的一第一表面和一第二表面；以及一微片辐射体，位于该基板的该第一表面中，该微片辐射体有相互平行的一第一侧边和一第二侧边，该微片辐射体具有该槽孔结构，以暴露出部分的该基板，该槽孔结构具有：一L字形槽孔，该L字形槽孔的一端垂直地连接至该第一侧边的一第一位置，该第一位置位于该第一侧边的中点与该微片辐射体的一端之间，该L字形槽孔的开口方向面向该微片辐射体的该端；一第一延伸槽孔，连接于该L字形槽孔的另一端，并位于该L字形槽孔的开口方向中；一倒反L字形槽孔，该倒反L字形槽孔的一端垂直地连接至该第二侧边的一第二位置，该第二位置位于该第二侧边的中点与该微片辐射体的另一端之间，该倒反L字形槽孔的开口方向面向该微片辐射体的该另一端；以及一第二延伸槽孔，连接于该倒反L字形槽孔的另一端，并位于该倒反L字形槽孔的开口方向之中。

上述微带天线，其特点在于，还具有：一接地面，位于该基板的该第二表面上；一馈入点，位于该第二延伸槽孔的下方，且相邻于该微片辐射体的该另一端；以及一短路点，位于该倒反L字形槽孔或该L字形槽孔的开口内，其中该短路点是穿过该基板而电性连接至该接地面。

上述微带天线，其特点在于，该微片辐射体的形状为一长方形，该微片辐射体的该第一侧边和该第二侧边为该长方形的长边。

上述微带天线，其特点在于，该L字形槽孔的宽度对该长方形的长边长度的比值介于0.1至0.3之间，该倒反L字形槽孔的宽度对该微片辐射体的长边长度的比值介于0.1至0.3之间。

上述微带天线，其特点在于，该L字形槽孔的长度对该长方形的短边长度的比值介于0.5至0.8之间，该倒反L字形槽孔的长度对该长方形的短边长度的比值介于0.5至0.8之间。

上述微带天线，其特点在于，该L字形槽孔与该倒反L字形槽孔是互为点对称镜射。

上述微带天线，其特点在于，该第一延伸槽孔的长度对该L字形槽孔的长度的比值介于0.2至0.6之间，该第二延伸槽孔的长度对该倒反L字形槽孔的长度的比值介于0.2至0.6之间。

上述微带天线，其特点在于，该槽孔结构的宽度介于0.3mm至1.1mm之间。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供一种微带天线，具有一槽孔结构，该微带天线至少包括：一基板，具有实质上相互平行的一第一表面和一第二表面；以及具有一弧线形状的一微片辐射体，位于该基板的该第一表面中，该微片辐射体有相互平行的一第一侧边和一第二侧边，该微片辐射体具有该槽孔结构，以暴露出部分的该基板，该槽孔结构具有：一第一弧钩形槽孔，该第一弧钩形槽孔的一端垂直地连接至该第一侧边的一第一位置，该第一位置位于该第一侧边的中点与该微片辐射体的一端之间，该第一弧钩形槽孔的开口方向面向该微片辐射体的该端；一第一延伸槽孔，连接于该第一弧钩形槽孔的另一端，并位于该第一弧钩形槽孔的开口方向之中；一第二弧钩形槽孔，其中该第二弧钩形槽孔的一端垂直地连接至该第二侧边的一第二位置，该第二位置位于该第二侧边的中点与该微片辐射体的另一端之间，该第二弧钩形槽孔的开口方向面向该微片辐射体的该另一端；以及一第二延伸槽孔，连接于该第二弧钩形槽孔的另一端，并位于该第二弧钩形槽孔的开口方向之中。

上述微带天线，其特点在于，还具有：一接地面，位于该基板的该第二表面上；一馈入点，位于该第二延伸槽孔的下方，且相邻于该微片辐射体的该另一端；以及一短路点，位于该第一弧钩形槽孔或该第二弧钩形槽孔的开口内，该短路点是穿过该基板而电性连接至该接地面。

本发明的功效，在于可大幅地缩小天线体积，并减少制作成本；有效地提供足够频宽，而可满足UWB的频宽要求。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A为本发明第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的侧视示意图；

图1B为本发明第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的俯视示意图；

图2为本发明第二较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的俯视示意图；

图3为本发明第三较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的俯视示意图；

图4A为本发明第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线关于驻波比的测量数据图；

图4B为本发明第二较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线关于驻波比的测量数据图；

图5A为本发明第一较佳实施例操作于9.5GHz时的垂直面辐射场型在Φ＝0°时的数据图；

图5B为本发明第一较佳实施例操作于9.5GHz时的垂直面辐射场型在Φ＝90°时的数据图；

图5C为本发明第一较佳实施例操作于9.5GHz时的水平面辐射场型在θ＝0°时的数据图；

图6A为本发明第二较佳实施例操作于9.42GHz时的垂直面辐射场型在Φ＝0°时的数据图；

图6B为本发明第二较佳实施例操作于9.42GHz时的垂直面辐射场型在Φ＝90°时的数据图；

图6C为本发明第二较佳实施例操作于9.42GHz时的水平面辐射场型在θ＝0°时的数据图。

其中，附图标记：

100：微片辐射体                110a：L字形槽孔

110b：倒反L字形槽孔            120a：延伸槽孔

120b：延伸槽孔                 200：基板

202：第一表面                  204：第二表面

300：接地面                    400：微片辐射体

410a：弧钩形槽孔               410b：弧钩形槽孔

420a：延伸槽孔            420b：延伸槽孔

F：馈入点                 L1：微片长度

L2：距离                  L3：宽度

D1：槽孔宽度              S：短路点

T1、T2、T3：厚度

W1：微片宽度              W2：距离

W3：距离

具体实施方式

请参照图1A和图1B，其分别为本发明第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的侧视和俯视示意图。如图1A所示，基板200(例如：印刷电路板)具有相互平行的第一表面202和第二表面204，微片辐射体100(例如：长方形)形成于基板200的第一表面202中，接地面300形成于基板200的第二表面204上，其中接地面300可覆盖部分或全部的第二表面204。基板200可由例如：玻璃纤维(FR4)材料或其它材料所制成的印刷电路板，而微片辐射体100和接地面300由金属材料所制成。

如图1B所示，微片辐射体100具有一槽孔结构(未标示)，此槽孔结构暴露出部分基板200的第一表面202。槽孔结构由L字形槽孔110a(至虚线为止)、延伸槽孔120a、倒反L字形槽孔110b(至虚线为止)和延伸槽孔120b所组成，其中L字形槽孔110a与倒反L字形槽孔110b互为点对称镜射(mirror-reflected)。微片辐射体100具有相互平行的两侧边(例如：长方形的长边)，而L字形槽孔110a的一端垂直地连接至微片辐射体100的一侧边(如图1B所示的标示有L1的上侧边)的一位置，此位置位于此上侧边的中点与微片辐射体100的一端(如图1B所示的右端)之间，L字形槽孔110a的开口方向面向微片辐射体100的右端。延伸槽孔120a连接于L字形槽孔110a的另一端(靠近微片辐射体100的右端)，并位于L字形槽孔110a的开口方向之中。并且，倒反L字形槽孔110b的一端垂直地连接至微片辐射体100的另一侧边(如图1B所示的下侧边)的一位置，此位置位于此下侧边的中点与微片辐射体100的另一端(如图1B所示的左端)之间，倒反L字形槽孔110b的开口方向面向微片辐射体100的左端，延伸槽孔120b连接于倒反L字形槽孔110b的另一端(靠近微片辐射体100的左端)，并位于倒反L字形槽孔110b的开口方向之中。短路点(short point)S位于倒反L字形槽孔110b的开口内，并相邻于倒反L字形槽孔110b与延伸槽孔120b连接的一边，其中短路点S穿过基板200而电性连接至接地面300(如图1A所示)。馈入点(feed point)F位于延伸槽孔120b的下方，且相邻于微片辐射体100的左端。当然，短路点也可位于L字形槽孔110a的开口内。

本发明的馈入方式可采用直接馈入至微片辐射体100上的馈入点F的方式；以圆柱体探针(Probe)自馈入点F连接至位于接地面300上的同轴连接器的方式；以圆柱体探针自馈入点F连接至位于接地面300上的共面波导(Coplanar Waveguide；CPW)的方式等。

另外，如图1A所示，本第一较佳实施例的微片辐射体100的厚度T1为约0.043mm，基板200的厚度T2为约1.524mm，接地面300的厚度T3为约0.043mm。如图1B所示，微片辐射体100的微片长度L1为约10mm；微片宽度W1为约6mm。延伸槽孔120b(120a)与微片辐射体100的左端(右端)的距离L2为约1.75mm。延伸槽孔120b(120a)与倒反L字形槽孔110b(L字形槽孔110a)的顶边(底边)的距离W2为约2.5mm，延伸槽孔120b(120a)的底边(顶边)与微片辐射体100的下侧边(上侧边)的距离W3为约2.0mm，而槽孔宽度D1为约0.5mm，故延伸槽孔120b(120a)的长度(W2-D1)为约2mm。倒反L字形槽孔110b(L字形槽孔110a)的宽度L3为约2.5mm，倒反L字形槽孔110b(L字形槽孔110a)的长度(W2+W3)为约4.5mm，而短路点S与延伸槽孔120b(120a)的距离为约0.75mm，馈入点F与微片辐射体100的下侧边(与倒反L字形槽孔110b连接的侧边)的距离为约1mm。

本发明的具有槽孔结构的微带天线可直接制作如图1B所示的直线性反S形微带幅射元件而成，也可在一长方形微片辐射体上，分别设置L字形槽孔、倒反L字形槽孔、和延伸槽孔而成。由以上的规格、制作材料与方式可知，本第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线确实具有体积小，制作成本低的优点。

以上所述的短路点S与馈入点F的位置，以及微带天线的尺寸与形状仅为举例说明，并不作为对本发明的限制。

请参照图2，其为本发明第二较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的俯视示意图。其中，本第二较佳实施例的短路点S与馈入点F的位置、以及微带天线的尺寸与前述的第一较佳实施例不同。本第二较佳实施例的馈入点F相邻于微片辐射体100的左侧边(标示有W3的侧边)，且与微片辐射体100连接于倒反L字形槽孔110b的侧边相距约2mm；短路点S相邻于前述的侧边，且与微片辐射体100的左侧边相距约2mm。

本第二较佳实施例的微片辐射体100的微片长度L1为约12mm；微片宽度W1为约8mm。延伸槽孔120b(120a)与微片辐射体100的左端(右端)的距离L2为约2.75mm。延伸槽孔120b(120a)与倒反L字形槽孔110b(L字形槽孔110a)的顶边(底边)的距离W2为约1.0mm，延伸槽孔120b(120a)的底边(顶边)与微片辐射体100的下侧边(上侧边)的距离W3为约3.75mm，而槽孔宽度D1为约0.5mm，故延伸槽孔120b(120a)的长度(W2-D1)为约0.5mm。倒反L字形槽孔110b(L字形槽孔110a)的宽度L3为约1.5mm，倒反L字形槽孔110b(L字形槽孔110a)的长度(W2+W3)为约4.75mm。由以上规格可知，本第二较佳实施例确实为小体积的微带天线。

综上所述，本发明的倒反L字形槽孔110b(L字形槽孔110a)的宽度对微片辐射体100的长边长度的比值介于约0.1至约0.3之间；倒反L字形槽孔110b(L字形槽孔110a)的长度(W2+W3-D1)对微片辐射体100的短边长度的比值介于约0.5至约0.8之间；延伸槽孔120b(120a)的长度对倒反L字形槽孔110b(L字形槽孔110a)的长度的比值介于约0.2至约0.6之间；槽孔结构的宽度D1介于约0.3mm至约1.1mm之间。

再者，请参照图3，其为本发明第三较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的俯视示意图。本第三较佳实施例的微带天线呈现出如意形云雷纹状(由弧线所构成的拉丁S字形)，即槽孔结构与微片辐射体均由弧线所构成。其中位于第一表面202中的微片辐射体400具有一弧线形状，其槽孔结构由弧钩形槽孔410a、弧钩形槽孔410b、延伸槽孔420a和延伸槽孔420b所组成，其中弧钩形槽孔410a的一端垂直地连接至微片辐射体100的上侧边的一位置，该位置位于微片辐射体100的上侧边的中点与微片辐射体100的右端之间，弧钩形槽孔410a的开口方向面向微片辐射体100的右端。延伸槽孔420a连接于弧钩形槽孔410a的另一端，并位于弧钩形槽孔410a的开口方向之中。弧钩形槽孔410b的一端垂直地连接至微片辐射体100的下侧边的一位置，该位置位于微片辐射体100的下侧边的中点与该微片辐射体的左端之间，弧钩形槽孔410b的开口方向面向微片辐射体100的左端，延伸槽孔420b连接于弧钩形槽孔410b的另一端，并位于弧钩形槽孔410b的开口方向之中。并且，本实施例的短路点S可位于弧钩形槽孔410a或弧钩形槽孔410b的开口内。馈入点F位于延伸槽孔420b的下方，且相邻于微片辐射体400的左端。如同第一较佳实施例，本实施例的接地面(未示出)形成于与基板(未示出)的第一表面202相对的第二表面(未示出)上，其中短路点S穿过基板而电性连接至接地面。

此外，本发明的宽频微带天线具有相当优良的天线特性。请参照图4A，其为图示本发明的第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线关于驻波比的测量数据图。其中当天线操作于频率约9.5GHz时，驻波比为约1∶1.112，若以驻波比等于约1∶1.8为基准，中心频率约9.4GHz时，本第一较佳实施例的微带天线可提供约2000MHz的频宽，足以满足UWB的要求。请参照图4B，其为本发明第二较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线关于驻波比的测量数据图。其中当天线操作于频率约9.42GHz时，驻波比为约1∶1.133，若以驻波比等于约1∶1.8为基准，中心频率约9.41GHz时，本第二较佳实施例的微带天线可提供约800MHz的频宽，足以满足UWB的要求。

请参照图5A至图5C，图5A为本发明第一较佳实施例操作于9.5GHz时的垂直面辐射场型的数据图，其中Φ＝0°；图5B为本发明第一较佳实施例操作于9.5GHz时的垂直面辐射场型的数据图，其中Φ＝90°；图5C为本发明第一较佳实施例操作于9.5GHz时的水平面辐射场型的数据图，其中θ＝0°。从图5A至图5C可得知，本第一较佳实施例的辐射场型呈现相当优良的指向性辐射场型，足以满足使用者的需求。请参照图6A至图6C，图6A为本发明第二较佳实施例操作于9.42GHz时的垂直面辐射场型的数据图，其中Φ＝0°；图6B为本发明第二较佳实施例操作于9.42GHz时的垂直面辐射场型的数据图，其中Φ＝90°；图6C为本发明第二较佳实施例操作于9.42GHz时的水平面辐射场型的数据图，其中θ＝0°。从图6A至图6C可得知，本第二较佳实施例的辐射场型呈现相当优良的指向性辐射场型，足以满足使用者的需求。

由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明的优点为：可大幅地缩小天线体积，并减少制作成本；有效地提供足够频宽，而可满足UWB的频宽要求。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种微带天线，其特征在于，具有一槽孔结构，该微带天线至少包括：

一基板，具有相互平行的一第一表面和一第二表面；以及

一微片辐射体，位于该基板的该第一表面中，该微片辐射体有相互平行的一第一侧边和一第二侧边，该微片辐射体具有该槽孔结构，以暴露出部分的该基板，该槽孔结构具有：

一L字形槽孔，该L字形槽孔的一端垂直地连接至该第一侧边的一第一位置，该第一位置位于该第一侧边的中点与该微片辐射体的一端之间，该L字形槽孔的开口方向面向该微片辐射体的该端；

一第一延伸槽孔，连接于该L字形槽孔的另一端，并位于该L字形槽孔的开口方向中；

一倒反L字形槽孔，该倒反L字形槽孔的一端垂直地连接至该第二侧边的一第二位置，该第二位置位于该第二侧边的中点与该微片辐射体的另一端之间，该倒反L字形槽孔的开口方向面向该微片辐射体的该另一端；以及

一第二延伸槽孔，连接于该倒反L字形槽孔的另一端，并位于该倒反L字形槽孔的开口方向之中。

2、根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，还具有：

一接地面，位于该基板的该第二表面上；

一馈入点，位于该第二延伸槽孔的下方，且相邻于该微片辐射体的该另一端；以及

一短路点，位于该倒反L字形槽孔或该L字形槽孔的开口内，其中该短路点是穿过该基板而电性连接至该接地面。

3、根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，该微片辐射体的形状为一长方形，该微片辐射体的该第一侧边和该第二侧边为该长方形的长边。

4、根据权利要求3所述的微带天线，其特征在于，该L字形槽孔的宽度对该长方形的长边长度的比值介于0.1至0.3之间，该倒反L字形槽孔的宽度对该微片辐射体的长边长度的比值介于0.1至0.3之间。

5、根据权利要求3所述的微带天线，其特征在于，该L字形槽孔的长度对该长方形的短边长度的比值介于0.5至0.8之间，该倒反L字形槽孔的长度对该长方形的短边长度的比值介于0.5至0.8之间。

6、根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，该L字形槽孔与该倒反L字形槽孔是互为点对称镜射。

7、根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，该第一延伸槽孔的长度对该L字形槽孔的长度的比值介于0.2至0.6之间，该第二延伸槽孔的长度对该倒反L字形槽孔的长度的比值介于0.2至0.6之间。

8、根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，该槽孔结构的宽度介于0.3mm至1.1mm之间。

9、一种微带天线，其特征在于，具有一槽孔结构，该微带天线至少包括：

一基板，具有实质上相互平行的一第一表面和一第二表面；以及

具有一弧线形状的一微片辐射体，位于该基板的该第一表面中，该微片辐射体有相互平行的一第一侧边和一第二侧边，该微片辐射体具有该槽孔结构，以暴露出部分的该基板，该槽孔结构具有：

一第一弧钩形槽孔，该第一弧钩形槽孔的一端垂直地连接至该第一侧边的一第一位置，该第一位置位于该第一侧边的中点与该微片辐射体的一端之间，该第一弧钩形槽孔的开口方向面向该微片辐射体的该端；

一第一延伸槽孔，连接于该第一弧钩形槽孔的另一端，并位于该第一弧钩形槽孔的开口方向之中；

一第二弧钩形槽孔，其中该第二弧钩形槽孔的一端垂直地连接至该第二侧边的一第二位置，该第二位置位于该第二侧边的中点与该微片辐射体的另一端之间，该第二弧钩形槽孔的开口方向面向该微片辐射体的该另一端；以及

一第二延伸槽孔，连接于该第二弧钩形槽孔的另一端，并位于该第二弧钩形槽孔的开口方向之中。

10、根据权利要求9所述的微带天线，其特征在于，还具有：

一接地面，位于该基板的该第二表面上；

一馈入点，位于该第二延伸槽孔的下方，且相邻于该微片辐射体的该另一端；以及

一短路点，位于该第一弧钩形槽孔或该第二弧钩形槽孔的开口内，该短路点是穿过该基板而电性连接至该接地面。

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