TW201306383A - 雙頻圓極化天線 - Google Patents

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Abstract

雙頻圓極化天線，包含有一接地金屬板；一介質基板，形成於該接地金屬板之上；一第一微帶輻射部，形成於該介質基板之上，且具有至少一對稱截角對；以及一第二微帶輻射部，形成於該介質基板之上，其中該第二微帶輻射部包含有複數個輻射單元，每一輻射單元延伸自該第一微帶輻射部並朝向一第一方向。

Description

雙頻圓極化天線
本發明係指一種天線，尤指一種可於同一介質基板上實現單一平面雙頻圓極化之雙頻圓極化天線。
隨著無線通訊的蓬勃發展，各種無線通訊應用已經成為社會大眾交換語音或文字訊息、數據、資料、影音檔案的最重要途徑之一。同時，為了因應行動裝置的可攜性與多元化功能的趨勢，目前在行動裝置的設計上，除了逐漸朝向「輕、薄、短、小」之外，將多樣化的功能整合於同一行動裝置已是必然的發展趨勢。因此，小型化與多頻段天線是未來天線設計上重要的研究課題。
舉例來說，目前常見的車用衛星通訊裝置通常會整合包括全球定位系統(Global Positioning System，GPS)與衛星數位音訊廣播服務(Satellite Digital Audio Radio Service，SDARS)的功能。由於兩者的操作頻段不同，而且GPS衛星傳送的訊號為右旋圓極化電磁波，所以接收天線之輻射場型也必需為右旋圓極化朝上分佈才能順利接收到GPS訊號，SDARS衛星所傳送之訊號為左旋圓極化波，故接收天線輻射場型亦需設計為左旋圓極化波才能接收到SDARS訊號。在此情況下，通常需要設計兩個不同的專用天線來提供使用。請參考第1圖，第1圖為傳統車用衛星通訊裝置之一微帶天線(Patch antenna)10之示意圖。微帶天線10包含一天線A_GPS、一天線A_SDARS與訊號饋入部106。天線A_GPS用來發射與接收GPS訊號，天線A_SDARS用來發射與接收SDARS訊號。為了達到雙頻圓極化之特性天線，微帶天線10通常需要使用多層疊構的架構來實現，如第1圖所示，由一介質基板102與一微帶輻射部108所組成的天線A_GPS會與由一介質基板104與一微帶輻射部110所組成的天線A_SDARS堆疊在一起。然而，採用微帶結構之微帶輻射部的體積雖然很小，但是介質基板的體積通常仍佔有一定的空間大小。再者，介質基板的製造成本也非常昂貴。因此，如何能縮小多頻天線的尺寸以及節省製造作成本，即成為目前天線設計上亟需解決的課題之一。
因此，本發明主要提供一種雙頻圓極化天線。
本發明揭露一種雙頻圓極化天線，包含有一接地金屬板；一介質基板，形成於該接地金屬板之上；一第一微帶輻射部，形成於該介質基板之上，且具有至少一對稱截角對；以及一第二微帶輻射部，形成於該介質基板之上，其中該第二微帶輻射部包含有複數個輻射單元，每一輻射單元延伸自該第一微帶輻射部並朝向一第一方向。
請參考第2圖至第4圖，第2圖為本發明實施例之一雙頻圓極化天線20之立體示意圖。第3圖與第4圖分別為第2圖之雙頻圓極化天線20之俯視示意圖與側視示意圖。雙頻圓極化天線20包含有一介質基板200、一接地金屬板202、一第一微帶輻射部204、一第二微帶輻射部206及一訊號饋入部208。接地金屬板202係用來提供接地。介質基板200形成於接地金屬板202之上。第一微帶輻射部204與第二微帶輻射部206係形成於介質基板200之上，並可用來發射與接收訊號。簡言之，第一微帶輻射部204係操作於一第一頻段並具有一第一輻射場型，而且第二微帶輻射部206係操作於一第二頻段，並具有一第二輻射場型，如此一來，雙頻圓極化天線20可實現雙頻天線的效果。舉例來說，以車用衛星通訊裝置為例，第一微帶輻射部204可應用於SDARS頻段的SDARS訊號，第二微帶輻射部206可應用於GPS頻段的GPS訊號，但不限於此。
詳細來說，第一微帶輻射部204具有截角210與212，截角210與212係為相對稱之截角對，其可分別設置於第一微帶輻射部204邊緣之一斜對角處，用以加強第一微帶輻射部204的圓極化特性。截角的設置位置係對應於第一微帶輻射部204之極化特性。例如，如第2圖所示，截角210與212分別設置於第一微帶輻射部204之左上方及右下方，則第一微帶輻射部204可應用於左旋圓極化的訊號。至於第一微帶輻射部204上的截角設置位置，則端視整體系統的需求而定，例如，若將截角210與212分別設置於第一微帶輻射部204之左下方及右上方，則第一微帶輻射部204可應用於右旋圓極化的訊號。
第二微帶輻射部206包含有複數個輻射單元206_R，其中每一個輻射單元206_R延伸自第一微帶輻射部204並朝向一特定方向延伸，例如順時鐘方向、逆時鐘方向、遠離第一微帶輻射部204或其他特定方向，如此一來，每一輻射單元206_R會有至少部分圍繞著第一微帶輻射部204。較佳地，所有輻射單元206_R會對稱地分佈於第一微帶輻射部204之周圍。另一方面，每一個輻射單元206_R會包含有至少一個彎折區段，且每一彎折區段係朝向同一特定方向彎折，使得該每一輻射單元朝向特定方向延伸。如第2圖所示，第二微帶輻射部206包含有4個輻射單元206_R。每一個輻射單元206_R耦接至第一微帶輻射部204並朝向順時鐘方向延伸，而且第2圖中之每一輻射單元206_R皆包含有2個彎折區段，分別為彎折區段214與彎折區段216，彎折區段214與彎折區段216皆朝向順時鐘方向彎折，如此一來，將使得輻射單元206_R朝向順時鐘方向延伸。此外，每一個輻射單元206_R所延伸出去的方向會相對應於第二微帶輻射部206的極化方向。例如，如第2圖所示，所有輻射單元206_R係朝向順時鐘方向延伸，則第二微帶輻射部206可應用於右旋圓極化的訊號。此外，由於每一輻射單元206_R係由第一微帶輻射部204延伸出去，在兩者的連接處，輻射單元206_R可以垂直地耦接至第一微帶輻射部204或是以其他角度來耦接至第一微帶輻射部204。至於訊號饋入部208之位置係與第一微帶輻射部204所應用的通訊系統有關，此為本技術領域之技術人員所熟知，不再贅述。
相較於傳統採用多層堆疊架構的多頻微帶天線，本發明之雙頻圓極化天線可於同一介質基板上實現單一平面雙頻圓極化的架構，以提供雙頻效果的天線。如此一來，本發明之雙頻圓極化天線不僅可以有效地縮小天線外觀的體積而達到小型化的目的，更可以大幅節省介質基板的厚度與面積而有效達到降低製造成本與天線整體的重量。
在本發明中，每一輻射單元206_R大致上可朝向同一方向延伸，以加強第二微帶輻射部206的圓極化特性。此外，第二微帶輻射部206亦可透過截角的設置來提升第二微帶輻射部206的圓極化特性，舉例來說，可於兩輻射單元206_R之相對稱處設置一截角對。請參考第5圖，第5圖為具有截角之第二微帶輻射部206之示意圖。第二微帶輻射部206分別於兩輻射單元206_R之彎折區段設置截角502、504。
進一步地，請參考第6圖，第6圖為具有環型輻射單元之第二微帶輻射部206之示意圖。第二微帶輻射部206另包含一環型輻射單元602，其係形成於介質基板200之上，且環繞所有輻射單元206_R。在此情況下，透過環型輻射單元602的設置將可進一步增加第二微帶輻射部206之電流路徑，以強化第二微帶輻射部206的工作效能。另一方面，為了加強第二微帶輻射部206的圓極化特性，如第6圖所示，環型輻射單元602也包含了截角604、606。
值得注意的是，雙頻圓極化天線20僅為本發明之一實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾。舉例來說，可以經由調整第一微帶輻射部204的面積大小來改變第一微帶輻射部204的操作頻率，或是可經由調整第二微帶輻射部206中之各輻射單元206_R的線段長度與寬度來改變第二微帶輻射部206的操作頻率。關於第一微帶輻射部204之形狀不拘。例如，在第2圖中，第一微帶輻射部204呈現一矩形。關於第二微帶輻射部206中之每一輻射單元206_R中之彎折區段的設置數量不拘，例如，如第7圖所示，每一輻射單元206_R僅具有彎折區段214。至於輻射單元206_R中的彎折區段可以任何的彎折方式來實現，例如使用L形彎折、圓弧形彎折或是其他可能的彎折方式。此外，第二微帶輻射部206中之輻射單元的數量也不拘，只要所有輻射單元可以對稱地分佈於第一微帶輻射部204之周圍。例如，如第8圖所示，第二微帶輻射部206包含有2個輻射單元206_R。另一方面，前述截角的設置位置係對應於天線之極化特性，換言之，截角的位置可依據所應用的系統而作相對應的設置。
以下以應用於GPS系統與SDARS系統為例來說明，當第一微帶輻射部204應用於頻段為2.33GHz的SDARS訊號，第二微帶輻射部206應用於頻段為1.57GHz的GPS訊號時，雙頻圓極化天線20之模擬結果分別如第9圖至第11圖所示，其中，第9圖為第2圖中雙頻圓極化天線20之反射係數之示意圖。在第9圖中，顯示了當雙頻圓極化天線20操作於頻段為1.57GHz與2.33GHz時的反射係數(S11參數)。第10圖為當雙頻圓極化天線20操作於頻段1.57GHz時之輻射場型之示意圖，第11圖為當雙頻圓極化天線20操作於頻段2.33GHz時之輻射場型之示意圖，其中線段L表示左旋極化的輻射場型，線段R表示右旋極化的輻射場型。由第10圖可知，線段R係處於外圈且也較平滑，也就表示當操作於GPS頻段(1.57GHz)時，應用於GPS系統的右旋極化場型的確激發了較大的增益而可符合所需。由第11圖可知，線段L係處於外圈且也較平滑，也就表示當操作於SDARS頻段(2.33GHz)時，應用於SDARS系統的左旋極化場型的確激發了較大的增益而可符合所需。
綜上所述，相較於傳統採用多層堆疊架構的多頻微帶天線，本發明之雙頻圓極化天線可於同一介質基板上實現單一平面雙頻圓極化的架構，以提供雙頻效果的天線。如此一來，本發明之雙頻圓極化天線不僅可以有效地縮小天線外觀的體積而達到小型化的目的，更可以大幅節省介質基板的厚度與面積而有效達到降低製造成本與天線整體的重量。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10．．．微帶天線
102、104、200．．．介質基板
106、208．．．訊號饋入部
108、110．．．微帶輻射部
20．．．雙頻圓極化天線
202．．．接地金屬板
204．．．第一微帶輻射部
206．．．第二微帶輻射部
206_R．．．輻射單元
210、212、502、504、604、606．．．截角
214、216．．．彎折區段
602．．．環型輻射單元
A_GPS、A_SDARS．．．天線
第1圖為傳統車用衛星通訊裝置之一微帶天線之示意圖。
第2圖為本發明實施例之一雙頻圓極化天線之立體示意圖。
第3圖與第4圖分別為第2圖之雙頻圓極化天線之俯視示意圖與側視示意圖。
第5圖至第8圖為第2圖中之雙頻圓極化天線之變化實施例示意圖。
第9圖為第2圖中雙頻圓極化天線之反射係數之示意圖。
第10圖與第11圖為第2圖中之雙頻圓極化天線之輻射場型之示意圖。
20．．．雙頻圓極化天線
200．．．介質基板
202．．．接地金屬板
204．．．第一微帶輻射部
206．．．第二微帶輻射部
206_R．．．輻射單元
208．．．訊號饋入部
210、212．．．截角
214、216．．．彎折區段

Claims (12)

  1. 一種雙頻圓極化天線，包含有：一接地金屬板；一介質基板，形成於該接地金屬板之上；一第一微帶輻射部，形成於該介質基板之上，且具有至少一對稱截角對；以及一第二微帶輻射部，形成於該介質基板之上，其中該第二微帶輻射部包含有複數個輻射單元，每一輻射單元延伸自該第一微帶輻射部並朝向一第一方向。
  2. 如請求項1所述之雙頻圓極化天線，其中該第一微帶輻射部之該至少一對稱截角對係設置於該第一微帶輻射部邊緣之一斜對角處。
  3. 如請求項1所述之雙頻圓極化天線，其中該每一輻射單元包含有至少一彎折區段，且該至少一彎折區段係朝向該第一方向彎折，使得該每一輻射單元朝向該第一方向延伸。
  4. 如請求項3所述之雙頻圓極化天線，其中該至少一彎折區段係呈現一L形。
  5. 如請求項3所述之雙頻圓極化天線，其中該至少一彎折區段具有一截角。
  6. 如請求項1所述之雙頻圓極化天線，其中該每一輻射單元係至少部分圍繞著該第一微帶輻射部。
  7. 如請求項1所述之雙頻圓極化天線，其中該複數個輻射單元係對稱分佈於該第一微帶輻射部之周圍。
  8. 如請求項1所述之雙頻圓極化天線，其中該第二微帶輻射部另包含一環型輻射單元，形成於該介質基板之上，且環繞該複數個輻射單元。
  9. 如請求項1所述之雙頻圓極化天線，其中該環型輻射單元具有至少一對稱截角對。
  10. 如請求項1所述之雙頻圓極化天線，其中該第一微帶輻射部為一矩形。
  11. 如請求項1所述之雙頻圓極化天線，其中該第一微帶輻射部操作於一第一頻段，且該第二微帶輻射部操作於一第二頻段。
  12. 如請求項1所述之雙頻圓極化天線，其中該第一方向為一順時針方向或一逆時針方向。
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