TW201411928A - 介質共振天線 - Google Patents

Abstract

一種介質共振天線包含有一基板、一接地層、一饋入導體、以及一介質共振器；其中，該接地層形成於該基板上，且具有一矩形孔、一導槽以及一穿槽；該導槽連通該矩形孔與該接地層之外部；該穿槽具有相連之一第一槽段以及一第二槽段，該第一槽段連通該導槽，而該第二槽段連通該矩形孔；該饋入導體形成於該基板上，且具有一主體以及自該主體一側延伸出之一延伸部；該主體位於該導槽中，且一端凸伸至該矩形孔中；該延伸部位於該穿槽中；該介質共振器呈柱狀，位於該矩形孔中，且與該饋入導體連接。

Description

介質共振天線

本發明係與天線結構有關，更詳而言之是指一種介質共振天線。

隨著無線科技的進步，如介質共振天線等天線之發展亦日漸受到重視，但習知的介質共振天線常有著頻寬有限之缺點。習知技術中，為了提高介質共振天線的頻寬，通常將不同形狀的共振結構加以結合，以企圖增加頻寬。例如，將多塊大小不同，如三角形截面或方形截面的共振結構相疊合，使其頻帶相連而達到寬頻的效果；或是透過結合數個共振模態以達到寬頻的效果；亦或在其介電共振器內挖數個孔隙，使電場不連續而降低有效介電係數而增加頻寬。

然而，上述之習知技術的手段會提高製程的複雜度及成本，並增加天線整體之高度(體積)，如此一來，便無法適用於日益精簡的可攜式電子裝置之中。而透過結合數個共振模態之方式，天線之輻射場型因受高階模態影響隨頻率變化，而有不穩定之現象。而在介電共振器內挖數個孔隙，使電場不連續之方式，也同樣增加了天線製程複雜度與成本。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種介質共振天 線，不僅可提頻寬，且結構簡單與成本低廉。

緣以達成上述目的，本發明所提供介質共振天線包含有一基板、一接地層、一饋入導體、以及一介質共振器；其中，該接地層形成於該基板上，且具有一矩形孔、一導槽以及一穿槽；該導槽連通該矩形孔與該接地層之外部；該穿槽具有相連之一第一槽段以及一第二槽段，該第一槽段連通該導槽，而該第二槽段連通該矩形孔；該饋入導體形成於該基板上，且具有一主體以及自該主體一側延伸出之一延伸部；該主體位於該導槽中，且一端凸伸至該矩形孔中；該延伸部位於該穿槽中；該介質共振器呈柱狀，位於該矩形孔中，且與該饋入導體連接。

藉此，透過上述之設計，使該介質共振天線產生2.5G赫茲、3.5G赫茲、5.5G赫茲、以及5.8G赫茲的諧振，藉以使該介質共振天線之操作頻段滿足WLAN、WiMAX之頻段需求，且本發明之天線亦具有結構簡單且成本低廉之優點。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後。

請參閱圖1至圖3，本發明較佳實施例之介質共振天線包含有一基板10、一接地層20、一饋入導體30、以及一介質共振器40。其中：於本實施例中，該基板10為介電常數為4.4、厚度為 1.6mm、正切損失(Loss tangent，tan δ)為0.0245、且大小為50mm^＊50mm之FR-4玻璃纖維板，並透過顯影與蝕刻技術將厚度為0.02mm之該接地層20與該饋入導體30形成於其上。當然，在實際實施上，該基板10亦可為鐵氟龍、玻璃纖維、氧化鋁、陶瓷、微波印製板(Duroid)等介電材料製成。

該接地層20具有一矩形孔21、一導槽22、以及一穿槽23。其中，該矩形孔21之長度為2.5G赫茲的二分之一波長。該導槽22連通該矩形孔21與該接地層20之外部，且垂直於該矩形孔21。該穿槽23之槽寬小於該導槽22之槽寬，且其長度為5.5G赫茲的二分之一波長，並具有相連且垂直之一第一槽段231以及一第二槽段232。該第一槽段231連通該導槽22，且垂直該導槽22。該第二槽段232一端與該第一槽段231之側邊連通，而使該第一槽段231之一端凸出於該第二槽段232，且該第二槽段232另一端連通該矩形孔21，且垂直該矩形孔21。另外，該接地層20上設有一接地點24，用以做為該介質共振天線的接地。

該饋入導體30具有一主體31、以及自該主體31一側延伸出之一延伸部32。其中，該主體31位於該導槽22中，且一端凸伸至該矩形孔21中，而另一端上設有一饋入點311，用以傳輸訊號。該延伸部32由該導槽22穿至該穿槽23中，且一端凸伸至該矩形孔21中。請參閱圖3，於本實施例中，該延伸部32之長度為3.5G赫茲的四分之一波長，且包含有依序 連接之一第一延伸段321、一第二延伸段322、一第三延伸段323、以及一第四延伸段324。其中，該第一延伸段321與該主體31連接，且垂直於該主體31，並位於該穿槽23之第一槽段中231。該第二延伸322位於該穿槽23之第二槽段232中，並凸伸至該矩形孔21中。該第三延伸段323位於該矩形孔21中，且往該主體31凸伸至該矩形孔21之一端的方向延伸。該第四延伸段324亦位於該矩形孔21中，且往該穿槽23之第一槽段231方向延伸，而使得該延伸部32之末端形成類似倒鉤之形狀設計。另外，該延伸部32之各該延伸段321~324與其相鄰之延伸段321~324呈相互垂直。

該介質共振器40呈厚度為6mm且半徑為4.08mm的圓柱狀，位於該矩形孔21中，且與該饋入導體30之主體31連接。該介質共振器40為介電質共振結構，是以先添加1.wt%氧化硼(B₂O₃)至0.4Nd(Mg_0.4Zn_0.1Sn_0.5)O₃-0.6Ca_0.8Sr_0.2TiO₃後，再以燒結溫度為1350℃燒結形成之低溫共燒陶瓷所製成，其介電常數為38.6。當然，在實際實施上，該介質共振器40亦可利用其他具有高介電常數之材料所製成。

請配合圖2至圖3，實際實施上，本實施例之該介質共振天線各部位之長、寬數值如表一所示：

藉此，上述數值設計，製作出該介質共振天線後，當訊號由該饋入點311輸入，該介質共振器40產生5.8G赫茲的諧振頻率。另外，呈L型的該穿槽23設計，則可使該介質共振天線產生5.5G赫茲的諧振頻率，且其長度約為5.5G赫茲的1/2波長之設計，更可使其與該介質共振器40所產生之諧振合併，進而提升高頻之頻寬。再者，透過蜿蜒設計之該延伸部32，將使該介質共振天線產生3.5G赫茲的諧振頻率。又，該矩形孔21之設計，將使得該介質共振天線產生2.5G赫茲的諧 振頻率。且由圖4A至圖4H可看出，該介質共振天線具有呈現8字型的訊號涵蓋範圍，而具有類似全向性天線之效果。如此一來，透過上述設計，不僅具有結構簡單且成本低廉之優點，更可使該介質共振天線之操作頻段滿足WLAN、WiMAX之頻段需求。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧基板

20‧‧‧接地層

21‧‧‧矩形孔

22‧‧‧導槽

23‧‧‧穿槽

24‧‧‧接地點

231‧‧‧第一槽段

232‧‧‧第二槽段

30‧‧‧饋入導體

31‧‧‧主體

311‧‧‧饋入點

32‧‧‧延伸部

321‧‧‧第一延伸段

322‧‧‧第二延伸段

323‧‧‧第三延伸段

324‧‧‧第四延伸段

40‧‧‧介質共振器

圖1為本發明一較佳實施例之介質共振天線立體圖；圖2為圖1於X-Y方向之平面圖；圖3為圖2之假想線框處之放大圖；圖4A~D分別為較佳實施例在2.4G、3.51G、5.35G以及5.84G於X-Z方向之輻射場型圖；圖4E~H分別為較佳實施例在2.4G、3.51G、5.35G以及5.84G於Y-Z方向之輻射場型圖。

10‧‧‧基板

20‧‧‧接地層

21‧‧‧矩形孔

22‧‧‧導槽

23‧‧‧穿槽

24‧‧‧接地點

30‧‧‧饋入導體

31‧‧‧主體

311‧‧‧饋入點

32‧‧‧延伸部

40‧‧‧介質共振器

Claims (22)

1. 一種介質共振天線，包含有：一基板；一接地層，形成於該基板上，且具有一矩形孔、一導槽以及一穿槽；該導槽連通該矩形孔與該接地層之外部；該穿槽具有相連之一第一槽段以及一第二槽段，該第一槽段連通該導槽，而該第二槽段連通該矩形孔；一饋入導體，形成於該基板上，且具有一主體以及自該主體一側延伸出之一延伸部；該主體位於該導槽中，且一端凸伸至該矩形孔中；該延伸部位於該穿槽中；以及一介質共振器，呈柱狀，位於該矩形孔中，且與該饋入導體連接。
2. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該介質共振器係以低溫共燒陶瓷所製成。
3. 如請求項2所述介質共振天線，其中，該低溫共燒陶瓷是以添加氧化硼(B₂O₃)至0.4Nd(Mg_0.4Zn_0.1Sn_0.5)O₃-0.6Ca_0.8Sr_0.2TiO₃後，以1350℃燒結製成。
4. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該延伸部之一端凸伸至該矩形孔中。
5. 如請求項4所述介質共振天線，其中，該延伸部具有依序連接之一第一延伸段、一第二延伸段、一第三延伸段、以及一第四延伸段；其中，該第一延伸段與該主體連接，且位於該穿槽之 第一槽段中；該第二延伸段位於該穿槽之第二槽段中，並凸伸至該矩形孔中；該第三延伸段與該第四延伸段則位於該矩形孔中。
6. 如請求項5所述介質共振天線，其中，該第三延伸段往該饋入導體的主體凸伸至該矩形孔中之一端的方向延伸；而該第四延伸段則往該穿槽之第一槽段方向延伸。
7. 如請求項5所述介質共振天線，其中，該延伸部之各該延伸段與其相鄰之延伸段相互垂直。
8. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該矩形孔之長度為2.5G赫茲的二分之一波長。
9. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該延伸部之長度為3.5G赫茲的四分之一波長。
10. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該穿槽之長度為5.5G赫茲的二分之一波長。
11. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該接地層之矩形孔垂直於該導槽。
12. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該穿槽之該第一槽段垂直該第二槽段。
13. 如請求項11或12所述介質共振天線，其中，該第一槽段垂直該導槽；該第二槽段垂直該矩形孔。
14. 如請求項5所述介質共振天線，其中，該第一延伸段垂直該主體。
15. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該介質共振器之介 電係數大於該基板之介電係數。
16. 如請求項15所述介質共振天線，其中，該介質共振器之介電係數為38.6；該基板之介電係數為4.4。
17. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該介質共振器之厚度大於該基板之厚度。
18. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該導槽之槽寬大於該穿槽之槽寬。
19. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該穿槽之第二槽段係與該第一槽段之側邊連通。
20. 如請求項1所述介質共振天線，其中，該介質共振器係呈一圓柱體。
21. 如請求項1所述介質共振天線，更包含一饋入點以及一接地點，其中，該饋入點位於該饋入導體之一端；該接地點位於該接地層上。
22. 一種介質共振天線，包含有：一基板；一接地層，形成於該基板上，用以做為該介質共振天線之接地者；一饋入導體，形成於該基板上，用以做為該介質共振天線之訊號饋入者；以及一介質共振器，係呈柱狀，並以添加氧化硼(B₂O₃)至0.4Nd(Mg_0.4Zn_0.1Sn_0.5)O₃-0.6Ca_0.8Sr_0.2TiO₃後，再以燒結溫度為1350 ℃燒結形成之低溫共燒陶瓷所製成，且與該饋入導體連接。