TW201201454A - Double-Vee dual-band antenna - Google Patents

Description

201201454 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種雙頻天線，特別是指一種外接型式 的雙v型雙頻天線。 【先前技術】 外接天線主要用於輔助無線裝置，以增加其訊號接收能 力，因此，外接天線須具備高增益的特點，但在增加天線增

益的同時，又往往要犠牲天線輻射場型的全向性，因此一般 全向性天線的增益都不高。 參見圖1及圖2，是習知一種 高增益全向性天線1〇〇的 正面圖與反面圖，為了提高增益，其以串接的方式串接開路 式偶極天線’並具有設於天線基板丨正面的訊號饋入部1〇、 金屬線路u與輻射單S 2〇，以及設於天線基板i反面的訊 號饋入部10、金屬線路12與輻射單元3(^

且為了讓串接的輻射單元2〇、3〇能阻抗匹配，因此製 作車乂寬的金屬線路U、12來傳遞訊號，但較寬的金屬線路 U、12會縮短金屬線路1卜12與輻射單元2Q、3()之間的 間距，導致金屬線路1卜12上傳遞的訊_合到輻射單元 20、30 ’而影響到輻射單元2Q、3Q之間的阻抗匹配，並使 頻帶的寬度受到限制。然而，若為了避免金屬線路u、i2 與輕射單7L 2G、3G m的编合效應，而增加金屬線路u、 12與輻射單元20、如夕时π 川之間的間距’卻又容易造成天線的指 向性過高。 因 何°又°十一種兼具高增益和全向性輻射場型的天 201201454 線’成為本發明主要研發的課題。 【發明内容】 因此’本發明之目的’即在提供一種兼具高增益和全 向性輻射場型的雙v型雙頻天線。 為達到上述目的，本發明之雙V型雙頻天線，包括一 基板、一第一導體臂、一第二導體臂、一第一鏡射導體臂 及一第二鏡射導體臂。 第一導體臂斜向設置於基板上並具有一接地端；第二 導體臂设置於基板上並包含第一輻射段及第二輻射段，第 一輻射段一端與第一導體臂連接’第二輻射段一端與第一 輻射段另一端連接，並與第一導體臂平行地位於第一導體 臂側，第一鏡射導體臂與第一導體臂等長且相間隔地對 稱"X置於基板上，其具有一與接地端相鄰之饋入端，並與 第導體臂之間具有一張角θ;第二鏡射導體臂與第二導體 臂等長且相間隔地對稱設置於基板上，並包含第三輕射段 &第Ε9 “射段’第三_段—端與第—鏡射導體臂連接， 絲第-輻射段相鄰且平行，第吨射段—端與第三輕射 又另端連接’並與第—鏡射導體臂平行地位於第一鏡射 導體臂-側，而與第二輻射段相對稱。 較佳地，第-導體臂的長度大於第二導體臂之第二輕 射段’且第一導體臂與第-鏡射導體臂所組成之一 V型丘 振路徑可共振於一第一镅 弟頻奴，第二導體臂與該第二鏡射導 體臂所組成之另一 V也丨杜掂玫/- 共振路復可共振於一高於第一頻段 〈弟一頻段。且較佳;hfr，访楚 ^ 以第一頻段為2.5日1^〜2,7(}112， 201201454 該第二頻段為3.4GHz~3.6GHz。 其中’第一輻射段與第三輻射段之間具有一第一間 距’第一導體臂與第二導體臂之第二輻射段之間具有一第 一間距，改變第一間距可調整第二頻段的頻寬及增益，改 隻第一間距可調整第一頻段和第二踴段的阻抗匹配並微調 第一頻段的共振頻率，且第二間距介於1/3〇、〇〜1/5；^ ,其 中λρ為第二頻段真空波長。 較佳地，第一導體臂與第一鏡射導體臂具有一第一寬 度’第二導體臂與第二鏡射導體臂具有一第二寬度，改變 第一寬度可微調第—頻段的頻寬’改變第二寬度可微調第 二頻段的頻寬。 較佳地，本發明之雙V型雙頻天線更包括一同轴傳輪 線’同軸傳輸線的-訊號正端電氣連接該饋人端，同轴傳 輸線的一訊號負端電氣連接該接地端。 較佳地，本發明之雙ν型雙頻天線更包括一平衡非平 ，轉換器’平衡非平衡轉換器的—端連接第—鏡射導體 臂，其另一端連接該同軸傳輸線的訊號負端。 較佳地，本發明之雙ν型雙頻天線的第一導體臂的此 振長度約為第一頻段的中心頻率的15倍波長，第二導體： 的第一ϋ射段的共振長度約為第二頻段的中心、頻率的1 倍波長。 ’5 較佳地，本發明之雙ν型雙頻天線可藉由下列 得張角Θ之近似值，以得到最佳阻抗匹配： 4 5λ，其中卜是第 201201454 二導體臂的第二輻射段長度。 較佳地，本發明之雙v型雙頻天線也可設計成第一導 體臂與第二導體臂之第二輻射段不等長，且第一導體臂與 第一鏡射導體臂共同組成之一 v型共振路徑可共振於一第 頻段，第二導體臂與第二鏡射導體臂所組成之另一 V型 共振路徑可共振於一不同於該第一頻段之第二頻段。 本發明的功效在於：藉由V型天線具有高增益及全向 !生場型的特性，並聯饋入兩共振路徑，使天線可以工作在 兩個不同頻段，並同時兼具高增益及全向性場型。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在以 下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚 的呈現。 參閱圖3，是本發明雙v型雙頻天線的一較佳實施例， 其包括一基板4、一第一導體臂5、一第二導體臂6、一第 一鏡射導體臂7及一第二鏡射導體臂g。 基板4概呈長方形，且在本實施例是使用一微波基板， 但並不以此為限》 第一導體臂5於基板4的中央，由基板4的一長邊41 往一短邊42斜向延伸設置於基板4的一表面4〇上，並具有 一鄰近長邊41的接地端51’在本實施例中第一導體臂5是 一長直導線並具有一第一長度L1和一第一寬度W1。 第二導體臂6設置於基板4的表面40上，並包含一第 201201454 第一輪射段61是· ·**長直 二寬度W2，其與基板4 一輻射段61及一第二輻射段62。 導線並具有一第二長度L2和一第 的長邊4丨概呈垂直，且其一端與第一導體臂5連接，並靠 近接地端51。第二輻射段62是一長直導線並具有一第三長 度L3和第二寬度W2。第二輻射段62的一端與第一輕射段 61另一端連接，並與第一導體臂5平行地位於第一導體臂5 之遠離基板長邊41的一側。在本實施例中第一長度[丨大

於第二長度L2及第三長度L3,且第三長度UA於第二長 度L2。 第一鏡射導體臂7是一長直導線，並與第一導體臂5等 長且相間隔地對稱設置於基板4的表面4〇上，其具有一與 接地端51相鄰之饋入端71，並與第一導體臂5之間具有二 張角Θ。第-鏡射導體臂7同樣具有第一長度u和第一寬度 W1。 又 第二鏡射導體臂8與第二導體臂6等長且相間隔地對稱 設置於基板4的表面40上，並包含一第三輻射段81及—第 四輻射段82。第三輻射段81垂直於基板長邊41並與第—輻 射段61等長且等寬，其一端與第一鏡射導體臂7連接，並 與第一輻射段61相鄰且平行；第四輻射段82是一長直導線 並與第二輻射段62等長且等寬，其一端與第三輻射段81另 一端連接，並與第一鏡射導體臂7平行地位於第一鏡射導體 臂7之遠離基板長邊41的一側，而與第二輻射段“相對稱。 藉由上述天線結構，第一導體臂5與第一鏡射導體臂7 共同組成一 V型共振路徑可共振於一低頻頻段，其工作模式 201201454 與偶極天線類似，且在本實施例中低頻頻段為 2.5GHz〜2.7GHz’故V型共振路徑的共振長度約為該頻段之 中心頻率2. 6GHz的1. 5倍波長》 第二導體臂6與第二鏡射導體臂8共同組成另一 v型共 振路徑可共振於一高頻頻段，其工作模式與偶極天線類似， 且在本實施例中高頻頻段為3.4GHz〜3.6GHz，故v型共振路 徑的共振長度約為該頻段之中心頻率3 5GHz的丨.5倍波長。 而在上述共振長度決定後，本實施例可利用如下公式來 求得可以得到最佳阻抗匹配的張角0的近似角度： 0 = 152(#_388(|)+324，〇 5又 Sh$15A，其中 h 是第 二導體臂6的第二輻射段62長度L3。 由上述說明可知，本實施例藉由V型天線具有高增益及 全向性場型的特性，並聯饋入兩共振路徑，使天線可以工作 在W i MAX的兩個不同頻段。 此外，第一輻射段61與第三輻射段81之間具有一第一 間距gl，第一導體臂5與第二導體臂6之第二輻射段62之 間具有一第二間距g2(第一鏡射導體臂7與第二鏡射導體臂 8同）’藉由改變第一間距gl可調整高頻頻段的頻寬及增益， 例如縮小第一間距gl(即第一輻射段61往接地端移動且第三 輻射段往饋入端移動），可增加高頻頻段的增益及頻寬。較 也第一間距g2最好介於i/3(Uh0〜l/51h。，其中為高頻 頻段的真空波長。 再者，本實施例也可藉由改變第一寬度W1來微調低頻 201201454 頻段的頻寬，並藉由改變第二寬度W2來微調高頻頻段的頻 寬。 因此先由該等導體臂的長度決定共振頻率，再藉由調整 張角Θ、第一間距gl及第二間距g2來達到最佳的阻抗匹配 及頻寬。 本實施例雙V型雙頻天線之詳細尺寸如下表1所示》 單位：mm L1 L2 Θ W1 W2 gl g2 72 48.5 113° 2.5 2.5 4.5 3

表1 再參見圖3所示，本實施例的雙V型雙頻天線更包括一 同軸傳輸線9和一平衡非平衡轉換器（Balun)3,同軸傳輸線 9的一訊號正端（内導體）91電氣連接饋入端71，同軸傳輸線 9的一訊號負端（外導體）92電氣連接接地端51。而平衡非平 衡轉換器3的一端連接第一鏡射導體臂7並靠近饋入端71， 其另一端連接同軸傳輸線g的訊號負端92，使同軸傳輸線9 的訊號負端（外導體）92上的靜電流為零，以降低同軸傳輸線 9對天線輻射的影響。較佳地，平衡非平衡轉換器（Balun)3 的長度約為高低兩頻段的中心點頻率3GHz的丨/4波長。 參見圖4，是本實施例之電壓駐波比（VSWR),由圖中所 不可知，本實施例的雙v型雙頻天線在低頻頻段2 5〜2 7 GHz以及在高頻頻段3 4〜3 6 GHz的電壓駐波比皆可小於 2.5:1 ;且如下表2所示，本實施例的雙v型雙頻天線在低頻 和高頻兩頻段内的效率均大於5〇%，且最大增益分別為7 2 201201454dBi尽6.6 dBi >而頻段内的增益均大於5 dBi »

WiMAX 頻率（MHz) 效率（dB) 增益（dBi) 2.5 ~ 2.7 GHz 2500 -1.0 5.9 2550 -0.4 6.7 2600 -0.0 7.2 2650 -1.0 6.1 2700 -1.5 5.6 3.4 ~ 3.6 GHz 3400 -1.8 5.6 3500 —0.5 6.6 3600 — ---- -2.0 5.7

表2 再如下表3所示’係顯示本實施例雙V型雙頻天線輻射 全向1±特的參數·峰谷比與前後向輻射比。高頻與低頻兩 頻羊又的峰合比分別小於u 5 dB及1〇 5此前後向輕射 小於7 dB。

10 201201454 3.4 ~ 3.6 GHz 2700 11.2 5.8 3400 8.9 3.7 3500 9.4 6,3 3600 10.2 6.6 ~ - 表3 參見圖5至圖1〇,是本實施例雙V型雙頻天線的輻射場 型圖，從其中可以看到其在頻段内水平面（X-Y平面）的輻射 • 場型相當地圓，亦即全向性相當高。 綜上說明可知，本實施例雙V型雙頻天線至少具有如下 優點： 1 ·具有尚增益且低峰谷比之特性，亦即天線場型之全 向性較一般高增益天線為佳； 2. 頻帶涵蓋雙頻段，且雙頻段之特性一致，應用較廣 泛； 3. 天線結構簡單，設計參數單純，因此易於設計製作 • 及最佳化； 4. 天線主體設置在基板4的同一表面4〇(單面），可降 低天線設計成本。 综上所述，本實施例可操作在雙頻帶並具有高增益、 尚全向性及結構簡單等優點，相當適合做為無線通訊裝置 的外接天線而達到本發明的功效與目的。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能 以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍 201201454 及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發 明專利涵蓋之範圍内。 .【圖式簡單說明】 圖1是習知一種高增益全向性天線的正面圖； 圖2是習知一種高增益全向性天線的反面圖； 圖3是本發明雙v型雙頻天線的一較佳實施例的構造 示意圖； 圖4是本實施例之電壓駐波比圖； 圖5至圖7是本實施例操作在低頻頻段的輻射場型圖； 及 · 圖8至圖10是本實施例操作在低頻頻段的輻射場型圖。

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【主要元件符號說明】 3 平衡非平衡轉換器 5 第一導體臂 7 第一鏡射導體臂 9 同軸傳輸線 40表面 42短邊 61第一輻射段 71饋入端 82第四輻射段 92訊號負端（外導體） L1第一長度 L3第三長度 W2第二寬度 g2第二間距 4 基板 6 第二導體臂 8 第二鏡射導體臂 41長邊 51接地端 62第二輻射段 81第三輻射段 91訊號正端（内導體） 0張角 L2第二長度 W1第一寬度 gl第一間距

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Claims (1)

1. 201201454 七、申請專利範圍： 1、一種雙v型雙頻天線，包括： 一基板； 一第一導體臂，斜向設置於該基板上並具有一接地 端； 一第二導體臂，設置於該基板上並包含一第一輻射段 及一第二輻射段，該第—輻射段一端與該第一導體臂連 接，該第二輻射段一端與該第一輻射段另一端連接，並與 該第一導體臂平行地位於該第一導體臂一側；

   一第一鏡射導體臂，與該第一導體臂等長且相間隔地 對稱設置於該基板上，其具有一與該接地端相鄰之饋入 端，並與第一導體臂之間具有一張角θ;及

   -第二鏡射導體臂，與該第二導體臂等長且相間隔地 對稱設置於該基板上’並包含一第三輻射段及一第四輻射 段’該第三輻射段-端與該第__鏡射導體臂連接，並盘該 第-賴射段相鄰^平行，該第四輻射段—端與該第三輕射 段另-端連#，並與該第一鏡射導體臂平行地位於該第一 鏡射導體臂一侧，而與該第二輻射段相對稱。 、依據申請專利範圍第1項所述之雙V型雙頻天線，其中士 第一導體臂的長度大於該第二導體臂之第二輻射段，且言 第一導體臂與該第一鏡射導體臂所組成之一 V型共振j 徑可共振於-第-頻段，該第二導體f與該第二鏡射導旁 臂所組成之另-V型共振路徑可共振於—高於該第—涉 段之第二頻段。 14 201201454 3依據申叫專利範圍第2項所述之雙v型雙頻天線，其中該 第一輕射段與該第三輕射段之間具有一第一間距，該第一 導體臂與該第二導體臂之第二輻射段之間具有一第二間 距’改變該第-間距可調整該第二頻段的頻寬及增益改 變該第二間距可調整該第一頻段和該第二頻段的阻抗匹 配並微調該第二頻段的共振頻率，且第二間距介於 l/3(Rh0〜1/5‘ ’其中^為第二頻段真空波長。 4、 依據巾請專㈣圍第2項所述之雙v型雙頻天線，其中該 第一導體臂與該第-鏡射導體臂具有一第一宽度，該第二 導體’與„玄第—鏡射導體臂具有—第二寬度，改變該第一 寬度可微調該第-頻段的頻寬，改變該第二寬度可微調該 第二頻段的頻寬。 5、 依據巾請專利範圍第1項或第2項所狀雙v型雙頻天 線更匕括@軸傳輸線，該同轴傳輸線的一訊號正端電 氣連接該饋入端，該同軸傳輸線的一訊號負端電氣連接該 接地端。 6、 依射請專利範圍第5項所述之雙v型雙頻天線，更包括 一平衡非平衡轉換器，該平衡非平衡轉換器的-端連接第 鏡射導體# ’其另—端連接該同軸傳輸線的訊號負端。 7、 依财請專利範圍第2項所述之雙V型雙頻天線，其中該 第一導體臂的共振長声约A筮 长度約為第—頻段的中心頻率的1.5倍 波長’該第二導體臂的第二輕射段的共振長度約為第二頻 段的中心頻率的i.5倍波長。 8、 依射請專利範圍第7項所述之雙v型雙頻天線其中該 15 201201454 張角Q係根據下列公式求得’以得到最佳阻抗匹配： bmg)2 - 388(|) + 324，0.5 λ ShSl.SA，其中 h 是第 二導體臂的第二輻射段長度。 9、 依據申請專利範圍第丨項或第2項所述之雙v型雙頻天 線’其中該基板是一微波基板。 10、 依據申請專利範圍第3項所述之雙v型雙頻天線，其中 該第-頻段為2.5GHz〜2.7GHz，該第二頻段為 3.4GHz~3.6GHz。 Π、依據申請專利範圍第 1項所述之雙V型雙頻天線，

   之第二頻段。 天線，其中 等長，且該 一 V型共振路徑 β亥第一鏡射導體臂 不同於該第一頻段 16