CN1905270B - 高增益环形天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高增益循环天线，包含一导体接地面、一馈入信号线、一辐射元件、以及一介质元件；此介质元件配置于导体接地面与辐射元件之间；此辐射元件包含两匹配段与一导体线圈，此两匹配段连接馈入信号线与导体线圈，以达成二者之间的阻抗匹配；调整此两匹配段之间距离与长度都可改变导体线圈的输入阻抗；此导体线圈作为电流通过时激发天线操作模态；因而本实用新型不但可以使得辐射场型在水平面上为最大，还可简化制作时的困扰；同时其频率调整机制明确。

Description

高增益环形天线

技术领域

本发明涉及一种天线(antenna)，尤其一种具有高增益(high gain)环形(loop)天线。

背景技术

随着无线局域网制造成本的降低，许多制造商将无线局域网络设备如无线网卡内建于笔记本电脑，但是笔记本电脑空间上的局限性使得无线局域网设备的天线设计成为一项困难的工作。

美国专利第3,344,823号“天线结构及其制作安装方法(structure of anantenna and method for manufacturing the same)”公开了适用于无线局域网设备的一种倒F形平板(planar inverted F)天线，此种天线相对于常见的单极天线的优点为可内藏于机构内，在使用及外观上具有极佳的便利性。

美国专利第US 6,724,348号“内建天线计算机(computer with anembedded antenna)”公开了使用在笔记本电脑上的倒F形平板天线，可以适当地利用液晶屏幕作为设置的环境。

但是常见的倒F形平板天线辐射增益大多为2dBi左右，对于传输距离常受限于空间的复杂性而减少。

环形天线大多应用于高频(high frequency，HF)频带的通信，因其受限于高输入阻抗，甚少应用于小型通信设备。美国专利第6,236,368号“用于通信设备的环形天线装置(loop antenna assembly for telecommunication devices)”公开了可将环形天线使用于小型通信设备的概念，但是其缺点为其天线结构与导体接地面(ground plane)之间需保留0.05至0.3操作频率(operatingfrequency)波长的距离。

而美国专利第6,525,694号“高增益印刷环形天线(high gain printed loopantenna)”公开了利用馈入网络设计，可以有效解决匹配(matching)上的困扰，但是其缺点是匹配电路需加上两个环形电路并联操作，设计过于复杂，并且其天线结构与金属反射面(reflector)之间需保留0.11～0.16操作频率波长的距离。

另一篇美国专利第6,697,025号“天线装置(antenna apparatus)”公开了一种制于便携式收音元件的折迭成长方形天线。可以近距离接近接地面，但是其缺点为必须多次折迭辐射元件，且将天线接地或是使用匹配元件。

发明内容

本发明提供一种高增益环形天线，此环形天线主要包含一导体接地面(conductor ground plane)、一馈入信号线(feeding signal line)、一辐射元件(radiation element)以及一介质元件(dielectric element)。其中，所述辐射元件包含一匹配元件(matching element)与一导体线圈(conductor loop)，所述介质元件配置于所述导体接地面与所述辐射元件之间。

本发明所述高增益环形天线，其中，所述第一匹配段、所述第二匹配段、所述导体线圈和所述馈入信号线各具有两端，所述第一匹配段的一端电气连接所述馈入信号线的一端，所述第二匹配段的一端电气连接所述馈入信号线的另一端，所述导体线圈的一端电气连接所述第一匹配段的另一端，所述导体线圈的另一端电气连接所述第二匹配段的另一端。

本方面所述高增益环形天线，其中，所述导体接地面弯折成L形。

本发明所述高增益环形天线，其中，所述导体线圈与所述介质元件的边缘切直，并且对齐该导体接地面的边缘。

本发明所述高增益环形天线，其中，所述导体线圈与所述介质元件的边缘外突于该导体接地面的边缘。

本发明所述高增益环形天线，其中，所述导体线圈与所述介质元件的边缘内缩于该导体接地面的边缘。

本发明所述高增益环形天线，其中，所述第一匹配段与所述第二匹配段互相平行。

本发明所述高增益环形天线，其中，所述第一匹配段与所述第二匹配段之间有一小于30度之夹角。

本发明所述高增益环形天线，其中，所述第一匹配段与所述第二匹配段的长度相等。

本发明所述高增益环形天线，其中，所述第一匹配段与所述第二匹配段的长度不相等。

本发明所述高增益环形天线，其中，所述辐射元件与所述导体接地面所需的保留距离小于0.045倍操作频率波长。

本发明所述高增益环形天线，其中，所述导体接地面为一液晶屏幕。

本发明相比现有技术具有如下优点：本发明的所述馈入信号线用以馈入信号。所述馈入信号线电气连接所述匹配元件，且所述匹配元件与所述导体线圈电气连接。所述匹配元件具有一第一匹配段及一第二匹配段。所述匹配元件连接所述馈入信号线与所述导体线圈，以达到所述馈入信号线与所述导体线圈之间的阻抗匹配。所述导体线圈作为电流流通时激发天线操作模态，因而本实用新型不但可以使得辐射场型在水平面上为最大，还可简化制作时的困扰；同时其频率调整机制明确。

现配合下列附图、实施例的详细说明及权利要求范围，来阐述上述及本发明的其它目的与优点。

附图说明

图1A为本发明的高增益环形天线第一实施例结构图；

图1B说明第一实施例中，元件电气连接的一个范例；

图2(a)-2(c)举出本发明两匹配段的相对空间结构的三种例子；

图3为本发明第二实施例的结构图；

图4说明本发明辐射元件的导体线圈与介质元件外突于导体接地面的边缘；

图5说明本发明辐射元件的导体线圈与介质元件内缩于导体接地面的边缘；

图6为本发明第一实施例操作在2450MHz时辐射场型测量结果图。

其中，附图标记说明如下：

100  高增益环形天线

110  导体接地面    120  馈入信号线

121   馈入信号线一端      122    馈入信号线另一端

130   辐射元件            131    匹配元件

1311  第一匹配段          1312   第二匹配段

1311a 第一匹配段第一端    1311b  第一匹配段第二端

1312a 第二匹配段第一端    1312b  第二匹配段第二端

133   导体线圈            33a    导体线圈第一端

133b  导体线圈第二端      140    介质元件

300   高增益环形天线

310   导体接地面

400   高增益环形天线

430   辐射元件            433    导体线圈

440   介质元件

500   高增益环形天线

530   辐射元件            533    导体线圈

540   介质元件

具体实施方式

图1是本发明第一实施例的结构图。参考图1A，此高增益环形天线100包含一导体接地面110、一馈入信号线120、一辐射元件130以及一介质元件140。馈入信号线120用以馈入信号。辐射元件130包含一匹配元件131以及一导体线圈133，匹配元件131包含一第一匹配段1311及一第二匹配段1312。馈入信号线120电气连接匹配元件131，且匹配元件131与导体线圈133电气连接。介质元件140配置于导体接地面110与辐射元件130之间。

图1B给出第一实施例中元件电气连接的一个范例。参考图1B，馈入信号线120包含两端，分别为121及122。每一匹配段各具有两端。第一匹配段1311的两端分别为第一端1311a及第二端1311b。第二匹配段1312的两端分别为第一端1312a及第二端1312b。第一匹配段1311的第一端1311a电气连接该馈入信号线120的一端121。第二匹配段1312的第一端1312a电气连接该馈入信号线120的另一端122。

导体线圈133具有两端，分别为第一端133a及第二端133b。导体线圈133作为电流流通时激发天线操作模态，导体线圈133的第一端133a与第一匹配段1311的第二端1311b电气连接，导体线圈133的第二端133b与该第二匹配段1312的第二端1312b电气连接。

根据本发明实施例，通过调整匹配元件131长度以及该第一匹配段1311与第二匹配段1312之间的距离，都可改变导体线圈133的输入阻抗，如此，得以降低天线中导体线圈133与导体接地面110之间所需的保留距离。在天线中心操作频率2.4GHz的条件下，导体线圈133与导体接地面110之间的距离可小于0.045倍操作频率波长λ。此外，调整导体线圈133的外径长度也可以改变天线中心操作频率。

由本发明实施例可见：(a)在小于0.045λ的天线高度下可操作在频率2.4GHz，并且不需要与接地面相连接，在产业应用上有很大的方便。(b)不需同时并联两个环形元件及两个匹配元件，才能达到天线的低位置。(c)不需额外的阻抗匹配电路。

根据本发明的实施例，导体接地面可为液晶屏幕。第一匹配段与第二匹配段之间可互相平行也可有一夹角，两匹配段的长度可相同或不相同。图2举出两匹配段的相对空间结构的三个例子。图2(a)说明两匹配段201长度相同且互相平行。图2(b)说明两匹配段202之间有一小于30度的夹角。图2(c)说明两匹配段203的长度不同。

图3为本发明之第二实施例的一个结构图，其中与第一实施例的不同之处为导体接地面310弯折成L形。

在第一实施例里，环形天线100中辐射元件130的导体线圈133与介质元件140的边缘切直并且对齐于该导体接地面的边缘。根据本发明的实施例，环形天线中辐射元件的导体线圈与介质元件也可以外突或内缩于导体接地面的边缘，分别如图4和图5所示。参考图4，环形天线400中辐射元件430的导体线圈433与介质元件440外突于导体接地面110的边缘。参考图5，环形天线500中辐射元件530的导体线圈533与介质元件540内缩于导体接地面110的边缘。

图6为本发明环形天线的第一实施例在2450MHz天线辐射场型的测量结果。其中，在测量图中得到辐射场型最大量为4.2dBi，如箭头所指处。因此，可大幅延伸信号接收的距离。并且其3dBi束径宽达135度，如箭头所指的束径宽的地方。因此可有效扩大信号接收的角度。

本发明实施例的辐射元件可利用金属切割、印刷式电路板或是软性电路板(flexible circuit board)等导体成形过程制作。辐射元件与导体接地面之间所需的保留距离短，可应用于小型通信设备。

综上所述，本发明的高增益环形天线的结构制作容易，频率调整机制明确，因此本发明极具高度产业应用价值。

但是，以上所述仅为本发明的例举实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围。即大凡依本发明权利要求范围所作的均等变化与修饰，都应仍属本发明专利所涵盖的范围之内。

Claims (11)

1.一种高增益环形天线，包含：

一导体接地面；

一馈入信号线；

一辐射元件，由一匹配元件与一导体线圈组成，该匹配元件具有一第一匹配段及一第二匹配段，该馈入信号线电连接该匹配元件，且该匹配元件与该导体线圈电连接；以及

一介质元件，配置于该导体接地面与该辐射元件之间；

其中，该第一匹配段、该第二匹配段、该导体线圈和该馈入信号线各具有两端，该第一匹配段的一端电气连接该馈入信号线的一端，该第二匹配段的一端电气连接该馈入信号线的另一端，该导体线圈的一端电气连接该第一匹配段的另一端，该导体线圈的另一端电气连接该第二匹配段的另一端。

2.如权利要求1所述高增益环形天线，其特征在于，该导体接地面弯折成L形。

3.如权利要求1所述高增益环形天线，其特征在于，该导体线圈与该介质元件的边缘切直，并且对齐该导体接地面的边缘。

4.如权利要求1所述高增益环形天线，其特征在于，该导体线圈与该介质元件的边缘外突于该导体接地面的边缘。

5.如权利要求1所述高增益环形天线，其特征在于，该导体线圈与该介质元件的边缘内缩于该导体接地面的边缘。

6.如权利要求1所述高增益环形天线，其特征在于，该第一匹配段与该第二匹配段互相平行。

7.如权利要求1所述高增益环形天线，其特征在于，该第一匹配段与该第二匹配段之间有一小于30度之夹角。

8.如权利要求1所述高增益环形天线，其特征在于，该第一匹配段与该第二匹配段的长度相等。

9.如权利要求1所述高增益环形天线，其特征在于，该第一匹配段与该第二匹配段的长度不相等。

10.如权利要求1所述高增益环形天线，其特征在于，该辐射元件与该导体接地面所需的保留距离小于0.045倍操作频率波长。

11.如权利要求1所述高增益环形天线，其特征在于，该导体接地面为一液晶屏幕。

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