CN217983696U - 测向天线 - Google Patents

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Abstract

一种测向天线，包含一载板、一反射圈与多个辐射元件，其中，载板具有一表面；反射圈设置于载板的表面，反射圈由多个边线所连接而成且呈封闭的多边形；每一个边线形成一反射器；辐射元件设置于载板的表面且分别位于边线的外侧，且每一个辐射元件对应一边线。每一个边线与对应的辐射元件组成一天线结构，且天线结构朝向不同的方位。从而，对不同方位均提供所需测向精度。

Description

测向天线
技术领域
本实用新型与天线有关；特别是指一种测向天线。
背景技术
随着无线通信的蓬勃发展，行动电子装置的应用也与日俱增。由于行动电子装置具有可移动的特性，为了能够了在空间中定位行动装置，已有多种技术推出，例如使用接收讯号强度指针(RSSI)估算行动装置与一定位装置之间的距离。
然而，仅得到行动装置的距离在某些定位的应用上仍不够精确。以资产管理为例，一般而言会在一物品上放置一蓝牙行动装置，例如智能标签。定位装置仅得到蓝牙行动装置的距离时，对于使用者而言，只能得知物品的距离，并无法得知物品的方位。
为此，目前已发展出测向(Direction Finding)的技术，例如借由多个天线接收目标行动装置的无线讯号，由各天线所接收的讯号判断出目标行动装置的方位。或者，由多个天线发送无线讯号至行动装置，由行动装置判断相对于各个天线的位置。由于测向技术需使用多个天线，因此，各天线的指向性要求较高，各天线的结构也较复杂，导致多个天线所占的空间也较多。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种测向天线，具有良好的测向精度。
本实用新型的另一目的在于提供一种测向天线，有利于小型化。
缘以达成上述目的，本实用新型提供的一种测向天线，包含一载板、一反射圈与多个辐射元件，其中，载板具有一表面；反射圈设置于载板的表面，反射圈由多个边线所连接而成且呈封闭的多边形；所述多个辐射元件设置于载板的表面且分别对应位于所述多个边线的外侧，且每一个辐射元件对应一边线。
本实用新型另提供的一种测向天线，包含一载板与多个天线结构，其中，载板具有一表面；天线结构布置于载板的表面且分别朝向不同的方位，各天线结构是由一反射器与一辐射元件所组成，其中，所述多个反射器连接成封闭的多边形，辐射元件分别对应位于反射器的外侧。
本实用新型的效果在于，借由反射圈具有连续的封闭的多边形的结构，且每个边线作为反射器反射各辐射元件发射的讯号，可增加的各天线的指向性，改善测向(Direction Finding)精度。并且本实用新型的测向天线结构简单有利于小型化。
附图说明
图1为本实用新型第一优选实施例的测向天线的立体图。
图2为本实用新型第一优选实施例的测向天线的俯视图。
图3A为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT1的示意图。
图3B为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT1的示意图。
图4A为第一优选实施例的测向天线的天线结构ANT1～ANT4的返回损失曲线图。
图4B为第一优选实施例的测向天线的天线结构ANT5～ANT8的返回损失曲线图。
图5为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT1操作于2.45GHz的场型图。
图6为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT2操作于2.45GHz的场型图。
图7为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT3操作于2.45GHz的场型图。
图8为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT4操作于2.45GHz的场型图。
图9为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT5操作于2.45GHz的场型图。
图10为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT6操作于2.45GHz的场型图。
图11为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT7操作于2.45GHz的场型图。
图12为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT8操作于2.45GHz的场型图。
图13为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT1～ANT8的电流分布图。
图14为本实用新型第一比较例的测向天线的俯视图。
图15为本实用新型第一比较例的天线结构ANT1’操作于2.45GHz的场型图。
图16为本实用新型第一优选实施例的天线结构ANT8与第一比较例的天线结构ANT8’的电流分布图。
图17为本实用新型第二优选实施例的测向天线的俯视图。
图18为本实用新型第二比较例的测向天线的俯视图。
图19为本实用新型第二优选实施例的天线结构ANT1与第二比较例的天线结构ANT1’操作于2.45GHz的场型图。
图20为本实用新型第二优选实施例的天线结构ANT6与第二比较例的天线结构ANT6’的电流分布图。
图21为本实用新型第三优选实施例的测向天线的俯视图。
附图标记说明
[本实用新型]
1：测向天线
10：载板
12：表面
14：边缘
20：反射圈
22：边线
30：辐射元件
32：第一辐射体
322：第一主段
322a：第一端
322b：第二端
324：第一侧段
326：第三侧段
328：延伸段
34：第二辐射体
342：第二主段
342a：第一端
342b：第二端
344：第二侧段
2：测向天线
20a：反射圈
22a：边线
3：测向天线
20b：反射圈
22b：边线
100：测向天线
101：边线
200：测向天线
201：边线
ANT1～ANT8：天线结构
ANT1'～ANT8'：天线结构
D1,D2：间距
D3：距离
i：轴线
L1,L2,L3,L4,L5：长度
W1,W2,W3,W4,W5：线宽
具体实施方式
为能更清楚地说明本实用新型，兹举优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图1至图3A与图3B所示，为本实用新型第一优选实施例的测向天线1，其是贴片天线的结构，包含一载板10、一反射圈20与多个辐射元件30。
载板10具有一表面12。于本实施例中，载板10为正方形板体，长、宽分别为180mm，但不以此为限。载板10的材质可例如选用玻璃纤维填充的EPOXY积层板、陶瓷填充的PTFE积层板、碳氢化合物/陶瓷积层板、电木、或玻璃纤维，但不以此为限。
反射圈20设置于载板的表面，为金属导线布置于载板10的表面12。反射圈20由多个边线22所连接而成且呈封闭的多边形，亦即，由多个边线22连接成封闭的多边形的反射圈20。每个边线22的长度相同，且每个边线22在延伸轴向上的两端分别与另外两个边线22连接。各边线22形成一反射器(Reflector)，反射器用以反射无线讯号，从而，能够在有限的空间中尽可能地增加边线22的长度，以增强反射效果。于本实施例中，反射圈20为八边形，但不以此为限，亦可为三边形、四边形、或五边形以上。优选地，反射圈20为封闭的正多边形。
本实施例中各边线22的线宽W1以3mm为例，各边线22的外侧缘的长度L1以6.1mm为例，但不以此为限。
辐射元件30设置于载板10的表面12且分别对应位于边线22的外侧，例如为金属导线形式布置于载板10的表面12。每一个辐射元件30对应一个边线22且用以对应一个方位发射和/或接收无线讯号。各辐射元件30亦可称为驱动器(Driver)。于本实施例中，各辐射元件30是采用双极天线的结构。
本实施例的测向天线1的各边线22与各辐射元件分别共同形成多组天线结构ANT1～ANT8。这些天线结构ANT1～ANT8分别朝向不同的方位。因各天线结构ANT1～ANT8的结构相同，故于后文仅以一组天线结构ANT1的辐射元件30与边线22为例说明。
请配合图3A与图3B，辐射元件30包括相间隔的一第一辐射体32与一第二辐射体34，其中，第一辐射体32具有一第一主段322与一第一侧段324，第二辐射体34具有一第二主段342与一第二侧段344。第一主段322为与第二主段342呈长形且线宽W2以2mm为例，长度L2以18.5mm为例。第一主段322与第二主段342的长轴向位于同一轴线i，且轴线i与反射圈20的对应边线22的延伸轴向平行。第一主段322在长轴向上具有一第一端322a与一第二端322b，第二主段342在其长轴向上具有一第一端342a与一第二端342b。第一主段322的第一端322a与第二主段342的第一端342a相邻但不接触且具有一间距D1，本实施例中，间距D1以1mm为例。第一侧段324连接于第一主段322的第二端322b，第二侧段344连接于第二主段342的第二端342b。第一侧段324与第二侧段344往偏离轴线i的方向弯折延伸，弯折可以实现等效天线长度。本实施例中，第一侧段324与第二侧段344的延伸方向与轴线i呈垂直或实质上垂直，且往对应的边线22延伸，换言之，第一辐射体32与第二辐射体34的外端往边线22的方向弯折，外端往内弯折更能够兼顾缩小测向天线的目的。第一侧段324与第二侧段344的线宽W3以1.5mm为例，长度L3以3.25mm为例，第一侧段324与第二侧段344用以增加第一辐射体32与第二辐射体34的长度，以增加电流的路径的长度。
在本实施例中，第一辐射体32还包括一第三侧段326，第三侧段326连接于其第一端322a且往边线22延伸，第三侧段326的线宽W4以1.5mm为例(同第一侧段与第二侧段的线宽)，长度L4以4mm为例。此外，第一辐射体32还可包括一延伸段328，延伸段328连接于第三侧段326且延伸至对应的第二主段342的第一端342a与边线22之间。延伸段328的线宽W5以2mm为例(同第一主段与第二主段的线宽W2)，长度L5以4mm为例。在平行于轴线的方向上，延伸段328的部分与第一主段322的部分重叠，重叠长度约为3mm且彼此相隔的间距D2为2mm。
边线22外侧缘至第一主段322内侧缘与第二主段342内侧缘的距离D3约为13mm。
载板10的表面12于辐射元件30远离边线22的一侧，亦即第一主段322与第二主段342的外侧缘到载板10的边缘14之间，未设置有其它的功能性的天线元件，例如不具有八木天线中的导向器(Director)。传统的八木天线是由反射器、驱动器与导向器所组成，而本实施例的测向天线1在各个方位不具有导向器。使得本实施例的测向天线1可以更紧凑，有利于小型化。此外，由于第一辐射体32与第二辐射体34的外端往边线22的方向弯折，因此可以让各天线结构ANT1～ANT8更为紧凑。在其它实施例中，不排除第一主段322与第二主段342的外侧缘到载板10的边缘14之间设置有其它功能性的天线元件，更加强天线结构ANT1～ANT8的指向性。
第一辐射体32的延伸段328的一端与第二辐射体34的第一端342a可连接至一无线讯号控制装置(图未示)，无线讯号控制装置分别驱动所述多个辐射元件30发射无线讯号，亦即由第一辐射体32的延伸段328的一端与第二辐射体34的第一端342a馈入讯号，由第一主段322与第一侧段324以及第二主段342与第二侧段344发射无线讯号。反射圈20连接到接地电位(Ground)，辐射元件30所发射的无线讯号一部分被边线22所形成的反射器往对应的方位发射。此外，亦可由辐射元件30接收来自外部电子装置(图未示)的无线讯号且传送至无线讯号控制装置，以作为判断外部电子装置的方位及距离的依据。
在一实施例中，第一辐射体32与第二辐射体34亦可为对称的结构，亦即不设置第三侧段326与延伸段328，而由第一辐射体32的第一端322a与第二辐射体34的第一端342a连接至无线讯号控制装置，亦即由第一辐射体32的第一端322a与第二辐射体34的第一端342a直接馈入讯号。
在一实施例中，第一辐射体32与第二辐射体34的外端(即第一侧段324与第二侧段344)亦可设计为往背离边线22的方向弯折，同样可以实现等效天线长度的目的。
请参图4A与图4B，在本实施例的测向天线1的各天线结构ANT1～ANT8的返回损失(return loss)曲线图中，在2.4GHz频段中，各天线结构ANT1～ANT8的返回损失皆小于-13dB。
另外，本实施例的测向天线在频率2～6GHz之间，所述多个天线结构彼此之间的隔离度(isolation)亦小于-20dB。
图5至图12所示分别为天线结构ANT1～ANT8操作在2.45GHz的场型图。表一为基于上述场型图的分析表，由表一可得知，所述多个天线结构ANT1～ANT8的主波瓣增益界于5.54～5.68dBi，3dB波束宽界于51.7～54.6度。由于3dB波束宽皆小于54.6度，故可以提供优选的测向精度，使得测向天线1可具有优选的视角(field of view)与到达角(angle ofarrival)。
表一各天线结构的场型图分析表
Figure BDA0003764611030000061
图13为所述多个天线结构ANT1～ANT8的电流分布图，由各电流分布图可清楚看出在反射圈20电流分布为连续性，即便在最远离各天线结构的边线22上仍有明显的电流分布。
图14所示为本实用新型所提供的一第一比较例的测向天线100，其与本实施例的测向天线1的差异在于，第一比较例的测向天线100不具有封闭的反射圈，而是具有离散或不连续的多个边线101，各边线101形成各天线结构ANT1～ANT8的反射器。
图15为第一比较例的天线结构ANT1’的场型图，由图15可知，第一比较例的天线结构的3dB波束宽为93度，相较于图5的本实施例的天线结构ANT1的3dB波束宽为51.7度，由此可知本实施例的测向天线1比第一比较例的测线天线100，能够提供更好的测向精度。
图16为本实施例的天线结构ANT8与第一比较例的天线结构ANT8’的电流分布图的比较，由图16可知，本实施例的反射圈20的所述多个边线22都有明显连续的电流分布，而第一比较例的所述多个边线101的电流分布为非连续，越远离发射无线讯号的天线结构ANT8’的边线101上的电流分布越不明显。
由前述比较可知，本实施例的测向天线1借由封闭的反射圈20形成连续的电流分布，亦有利于增加各天线结构的测向精度。换言之，即便本实施例的测向天线1不使用导向器，仍能有优选的测向精度。
图17所示为本实用新型第二优选实施例的测向天线2，其具有大致相同于第一实施例的结构，不同的是，本实施例中天线结构ANT1～ANT6的数量为六个，反射圈20a为正六边形，具有六个边线22a。边线22a外侧缘的长度可略长于或等于第一实施例的边线22外侧缘的长度L1。
图18所示为本实用新型所提供的一第二比较例的测向天线200，其与本实施例的测向天线2的差异在于，第二比较例的测向天线200不具有封闭的反射圈，而是具有离散或不连续的多个边线201，各边线201形成各天线结构ANT1’～ANT6’的反射器。
图19为本实施例的天线结构ANT1与第二比较例的天线结构ANT1’的场型图，本实施例的天线结构ANT1的3dB波束宽为48度，第二比较例的天线结构ANT1’的3dB波束宽为67度，故本实施例的测向天线2相较于第二比较例的测线天线200，能够提供更好的测向精度。
图20为本实施例的天线结构ANT6与第二比较例的天线结构ANT6’的电流分布图的比较，由图20可知，本实施例的反射圈20a的所述多个边线22a都有明显连续的电流分布，而第二比较例的所述多个边线201的电流分布为非连续，越远离发射无线讯号的天线结构ANT6’的边线201上的电流分布越不明显。
本实施例的测向天线2借由封闭的反射圈20a形成电流分布，同样有利于增加各天线结构ANT1～ANT6的测向精度。
图21所示为本实用新型第三优选实施例的测向天线3，其具有大致相同于第一实施例的结构，不同的是，本实施例中天线结构ANT1～ANT4的数量为四个，反射圈20b为正四边形，具有四个边线22b。天线结构ANT1～ANT4朝向四个不同的方位。本实施例的测向天线3所具有的优点与前述各实施例相同，不再赘述。
据上所述，本实用新型的测向天线借由封闭状的反射圈，可以有效提升测向精度，并且本实用新型的测向天线结构简单有利于测向天线小型化。
以上所述仅为本实用新型优选可行实施例而已，举凡应用本实用新型说明书及申请专利范围所为的等效变化，理应包含在本实用新型的专利范围内。

Claims (10)

1.一种测向天线，其特征在于，包含：
一载板，具有一表面；
一反射圈，设置于所述载板的表面，所述反射圈由多个边线所连接而成且呈封闭的多边形；以及
多个辐射元件，设置于所述载板的所述表面且分别对应位于所述多个边线的外侧。
2.如权利要求1所述的测向天线，其中，所述反射圈的所述多个边线的长度相同且所述反射圈形成封闭的正多边形。
3.如权利要求1所述的测向天线，其中，所述反射圈的边线的数量为四个以上。
4.如权利要求1所述的测向天线，其中，各所述辐射元件为双极天线且包括相间隔的一第一辐射体与一第二辐射体，所述第一辐射体具有一第一主段与一第一侧段，所述第二辐射体具有一第二主段与一第二侧段，其中，所述第一主段与所述第二主段呈长形，且所述第一主段与所述第二主段沿一轴线延伸且与对应的所述边线平行；所述第一主段在其长轴向上具有一第一端与一第二端，所述第二主段在其长轴向上具有一第一端与一第二端，所述第一主段的所述第一端与所述第二主段的所述第一端相邻且具有一间距；所述第一侧段连接于所述第一主段的所述第二端，所述第二侧段连接于所述第二主段的所述第二端；各所述辐射元件的各所述第一侧段与各所述第二侧段往对应的各所述边线延伸。
5.如权利要求4所述的测向天线，其中，各所述第一辐射体还包括一第三侧段与一延伸段，所述第三侧段连接于对应的所述第一主段的第一端且往对应的各所述边线延伸，所述延伸段连接于所述第三侧段且延伸至对应的所述第二主段的第一端与对应的所述边线之间。
6.一种测向天线，其特征在于，包含：
一载板，具有一表面；
多个天线结构，布置于所述载板的表面且分别朝向不同的方位，各所述天线结构是由一反射器与一辐射元件所组成，其中，所述多个反射器连接成封闭的多边形，所述多个辐射元件分别对应位于所述多个反射器的外侧。
7.如权利要求6所述的测向天线，其中，所述多个反射器形成封闭的正多边形。
8.如权利要求7所述的测向天线，其中，所述多个反射器的数量为四个以上。
9.如权利要求7所述的测向天线，其中，各所述辐射元件为双极天线且包括相间隔的一第一辐射体与一第二辐射体，所述第一辐射体具有一第一主段与一第一侧段，所述第二辐射体具有一第二主段与一第二侧段，其中，所述第一主段与所述第二主段呈长形，且所述第一主段与所述第二主段沿一轴线延伸且与对应的所述反射器平行；所述第一主段在其长轴向上具有一第一端与一第二端，所述第二主段在其长轴向上具有一第一端与一第二端，所述第一主段的第一端与所述第二主段的第一端相邻且具有一间距；所述第一侧段连接于所述第一主段的第二端，所述第二侧段连接于所述第二主段的第二端；其中各所述辐射元件的各所述第一侧段与各所述第二侧段往对应的各所述反射器延伸。
10.如权利要求9所述的测向天线，其中，各所述第一辐射体还包括一第三侧段与一延伸段，所述第三侧段连接于对应的所述第一主段的第一端且往对应的各所述反射器延伸，所述延伸段连接于所述第三侧段且延伸至对应的所述第二主段的第一端与对应的所述反射器之间。
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