TW201605121A - 雙頻天線 - Google Patents

Abstract

一種雙頻天線，包括接地元件、輻射元件與至少一開槽孔。輻射元件具有一彎折以形成第一輻射部與第二輻射部。第一輻射部具有鄰近接地元件的饋入點。第一輻射部的寬度沿著遠離接地元件的方向依序遞增。第二輻射部於接地元件上形成一正投影。所述至少一開槽孔貫穿第二輻射部。

Description

雙頻天線

本發明是有關於一種天線，且特別是有關於一種雙頻天線。

就進階電視標準委員會(Advanced Television Systems Committee，簡稱ATSC)標準下的數位電視系統而言，其傳送端的發射天線是用以傳送垂直極化(vertical polarization)的電磁波，且發射天線的能量集中在水平切面上。因此，為了獲得良好的接收效果，接收端的接收天線也必須採用垂直極化的傳送方式，且接收天線的能量也必須集中在水平切面上。

一般而言，如圖1所示，傳統的雙極天線(dipole antenna)110與單極天線(monopole antenna)120具有垂直極化與能量集中在水平切面的輻射特性，故可應用在數位電視系統中。然而，傳統的雙極天線110與單極天線120無法提供良好的雙頻操作，因此無法同時支援數位電視系統所使用的特高頻(Very High Frequency，簡稱VHF)頻段與超高頻(Ultra High Frequency，簡稱UHF)頻段。

本發明提供一種雙頻天線，可達到雙頻操作，並還具有垂直極化與能量集中在水平切面的輻射特性。

本發明的雙頻天線，包括接地元件、輻射元件與至少一開槽孔。輻射元件具有一彎折(bending)以形成第一輻射部與第二輻射部。其中，第一輻射部具有鄰近接地元件的饋入點。此外，第一輻射部的寬度沿著遠離接地元件的方向依序遞增。第二輻射部於接地元件上形成一正投影。所述至少一開槽孔貫穿第二輻射部。

在本發明的一實施例中，上述的第一輻射部對稱於第一基準線。接地元件對稱於第二基準線。此外，第一基準線與第二基準線彼此相交而形成一交錯點。

在本發明的一實施例中，上述的雙頻天線更包括第一延伸元件。第一延伸元件電性連接第一輻射部，並與第一輻射部相交於第一基準線。此外，第一延伸元件的寬度沿著遠離接地元件的方向依序遞增。

基於上述，本發明之雙頻天線中的輻射元件利用一彎折形成第一輻射部與第二輻射部。此外，第一輻射部具有上寬下窄的形狀，且第二輻射部透過至少一開槽孔形成一蜿蜒(meandering)結構。藉此，雙頻天線將可達到雙頻操作，並還具有垂直極化與能量集中在水平切面的輻射特性。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

110‧‧‧傳統的雙極天線

120‧‧‧傳統的單極天線

200、300、500、700、800、1100‧‧‧雙頻天線

210‧‧‧接地元件

220、1110‧‧‧輻射元件

231~233‧‧‧開槽孔

240、1120‧‧‧第一輻射部

241‧‧‧短邊

242‧‧‧長邊

243‧‧‧第一側邊

244‧‧‧第二側邊

250‧‧‧第二輻射部

251‧‧‧第一邊緣

252‧‧‧第二邊緣

253‧‧‧第三邊緣

201‧‧‧彎折

θ1‧‧‧夾角

FP‧‧‧饋入點

310、510‧‧‧第一延伸元件

520‧‧‧第二延伸元件

710、810‧‧‧閉槽孔

θ2‧‧‧預設角度

圖1為傳統之雙極天線與單極天線的示意圖。

圖2為依據本發明一實施例之雙頻天線的示意圖。

圖3為依據本發明另一實施例之雙頻天線的示意圖。

圖4為圖3之雙頻天線的剖面示意圖。

圖5為依據本發明又一實施例之雙頻天線的示意圖。

圖6為圖5之雙頻天線的剖面示意圖。

圖7為依據本發明另一實施例之雙頻天線的示意圖。

圖8為依據本發明又一實施例之雙頻天線的示意圖。

圖9A與9B分別為依據本發明一實施例之雙頻天線操作在第二頻段的場型圖。

圖10A與10B分別為依據本發明一實施例之雙頻天線操作在第一頻段的場型圖。

圖11為依據本發明另一實施例之雙頻天線的示意圖。

圖12為圖11之雙頻天線的剖面示意圖。

圖2為依據本發明一實施例之雙頻天線的示意圖。如圖2所示，雙頻天線200包括接地元件210、輻射元件220與多個開槽孔231~233。其中，輻射元件220具有一彎折201以形成第一輻射 部240與第二輻射部250。

第一輻射部240站立在接地元件210上，且第二輻射部250於接地元件210上形成一正投影。從另一角度來看，第一輻射部240與第二輻射部250之間具有一夾角θ1，且夾角θ1大於0度並小於180度。舉例來說，在圖2實施例中，第一輻射部240與第二輻射部250之間的夾角θ1為90度，進而致使輻射元件220具有一L型結構。

第一輻射部240具有鄰近接地元件210的饋入點FP。此外，第一輻射部240的寬度沿著遠離接地元件210的方向(例如，Z軸方向)依序遞增。亦即，第一輻射部240具有上寬下窄的形狀。因此，第一輻射部240的形狀可例如是蝶結狀(bowtie-shaped)或梯形。開槽孔231~233貫穿第二輻射部250。此外，第二輻射部250中的開槽孔231~233交錯設置，進而致使第二輻射部250具有一蜿蜒(meandering)結構。藉此，第二輻射部250將可增加雙頻天線200的有效長度(effective length)。

在操作上，雙頻天線200透過饋入點FP接收一饋入訊號。在饋入訊號的激發下，雙頻天線200可透過第一輻射部240操作在第一頻段(例如，UHF頻段)。此外，第二輻射部250可延長雙頻天線200的有效長度，進而致使雙頻天線200更可操作在第二頻段(例如，VHF頻段)。除此之外，輻射元件220的彎折201、第一輻射部240之上寬下窄的形狀以及第二輻射部250上的開槽孔231~233都將有助於雙頻天線200的微型化，進而致使雙頻天 線200具有小巧的尺寸。

再者，雙頻天線200本質上為一單極天線(monopole antenna)。因此，雙頻天線200除了可達到雙頻操作以外，還具有垂直極化與能量集中在水平切面的輻射特性。此外，雙頻天線200在水平切面上更具有近似於均向性(omni-directional)的輻射場型，進而致使雙頻天線200能更加地符合在實際應用上的需求。

更進一步來看，第一輻射部240具有一短邊241、一長邊242、一第一側邊243與一第二側邊244。其中，第一輻射部240的短邊241具有饋入點FP。第一輻射部240的長邊242電性連接第二輻射部250。第一輻射部240的第一側邊243與第二側邊244用以界定第一輻射部240的寬度。

第二輻射部250具有一第一邊緣251、一第二邊緣252與一第三邊緣253。其中，第二邊緣252與第三邊緣253相鄰於第一邊緣251，且第一邊緣251電性連接第一輻射部240。此外，開槽孔231與開槽孔233的開口位在第二邊緣252，且開槽孔232的開口位在第三邊緣253。換言之，第二輻射部250中的開槽孔231~233交錯設置，且兩相鄰之開槽孔的開口分別設置在相對的兩邊緣252與253，進而致使第二輻射部250形成蜿蜒(meandering)結構。

雖然圖2實施例列舉了第二輻射部250中之開槽孔的實施型態，但其並非用以限定本發明。舉例來說，在另一實施例中，雙頻天線200僅包括單一的開槽孔(例如，開槽孔231~233之其 一)，且雙頻天線200利用單一的開槽孔來形成第二輻射部250的蜿蜒結構。此外，在另一實施例中，雙頻天線200也可例如是包括兩開槽孔(例如，開槽孔231與232)。換言之，雙頻天線200包括至少一開槽孔，並利用所述至少一開槽孔來形成第二輻射部250的蜿蜒結構。

請繼續參照圖2。第一輻射部240對稱於第一基準線(例如，Z軸)，且接地元件210對稱於第二基準線(例如，X軸)。此外，第一基準線與第二基準線彼此相交而形成一交錯點(例如，座標軸的原點)。值得一提的是，本領域具有通常知識者可依設計所需調整兩基準線之交錯點的位置，並藉此增加雙頻天線200的有效長度。舉例來說，在圖2實施例中，第一基準線與第二基準的交錯點鄰近接地元件210的一邊緣。藉此，將可進一步地增加雙頻天線200的有效長度，進而提升雙頻天線200在第二頻段(例如，VHF頻段)的輻射特性。

值得注意的是，上述的雙頻天線200更可利用延伸元件來提高其輻射場型的對稱性，進而致使輻射場型更加地趨近於均向性的輻射場型。舉例來說，圖3為依據本發明另一實施例之雙頻天線的示意圖，且圖4為圖3之雙頻天線的剖面示意圖。其中，圖3-4所列舉的雙頻天線300與圖2所列舉的雙頻天線200相似，且兩者主要不同之處在於，圖3-4的雙頻天線300更包括第一延伸元件310。

具體而言，第一延伸元件310電性連接第一輻射部 240。此外，第一輻射部240對稱於第一基準線(例如，Z軸)，且第一延伸元件310與第一輻射部240相交於第一基準線(例如，Z軸)。再者，第一延伸元件310的寬度沿著遠離接地元件210的方向(例如，Z軸方向)依序遞增。藉此，雙頻天線300將可利用第一延伸元件310來提升輻射場型的對稱性。特別是，雙頻天線300操作在第一頻段(例如，UHF頻段)的輻射場型會響應於第一延伸元件310的設置而更加地趨近於均向性輻射場型。至於圖3-4實例中各元件的細部配置與操作已包含在上述實施例中，故在此不予贅述。

圖5為依據本發明又一實施例之雙頻天線的示意圖，且圖6為圖5之雙頻天線的剖面示意圖。其中，圖5-6所列舉的雙頻天線500與圖2所列舉的雙頻天線200相似，且兩者主要不同之處在於，圖5-6的雙頻天線500更包括第一延伸元件510與第二延伸元件520。

具體而言，第一延伸元件510與第二延伸元件520電性連接第一輻射部240，且第一延伸元件510與第二延伸元件520位在第一輻射部240的兩側。此外，第一輻射部240對稱於第一基準線(例如，Z軸)，且第一延伸元件510、第二延伸元件520與第一輻射部240相交於第一基準線(例如，Z軸)。藉此，雙頻天線500將可利用第一延伸元件510與第二延伸元件520來提升輻射場型的對稱性。至於圖5-6實例中各元件的細部配置與操作已包含在上述實施例中，故在此不予贅述。

值得注意的是，上述的雙頻天線200、300與500更可在接地元件210上設置閉槽孔，以進一步降低天線的高度或是提升天線的輻射效能。舉例來說，圖7為依據本發明另一實施例之雙頻天線的示意圖。其中，圖7所列舉的雙頻天線700與圖3所列舉的雙頻天線300相似，且兩者主要不同之處在於，圖7的雙頻天線700更包括閉槽孔710。

具體而言，閉槽孔710貫穿接地元件210。此外，接地元件210與閉槽孔710皆對稱於第二基準線(例如，X軸)。在操作上，閉槽孔710可以改變電磁波在接地元件210上的反射相位，進而致使反射相位小於180度。如此一來，將可降低雙頻天線700的高度或是提高雙頻天線700的輻射效能。特別是，在雙頻天線700之高度固定的情況下，閉槽孔710的設置將可更進一步地增加雙頻天線700操作操作在第二頻段(例如，VHF頻段)的輻射效能。

雖然圖7實施例列舉了接地元件210中之閉槽孔710的實施型態，但其並非用以限定本發明。本領域具有通常知識者可依設計所需以對稱於第二基準線的幾何圖形來實現接地元件210中的閉槽孔710。舉例來說，圖8為依據本發明又一實施例之雙頻天線的示意圖。相較於圖3實施例，圖8的雙頻天線800更包括閉槽孔810。其中，閉槽孔810貫穿接地元件210，且閉槽孔810對稱於第二基準線(例如，X軸)。此外，閉槽孔810的長度，亦即閉槽孔810兩端之間的距離，為第二頻段(例如，VHF頻段)之中心頻率的1/2波長。

總而言之，圖7之雙頻天線700可利用第一延伸元件310來提升輻射場型的對稱性，並可透過接地元件210上的閉槽孔710來進一步地提升輻射效能。舉例來說，圖9A與9B分別為依據本發明一實施例之雙頻天線操作在第二頻段的場型圖。其中，圖9A與9B分別為在VHF頻段內，例如：操作頻率0.174GHz、0.195GHz與0.216GHz，雙頻天線700在水平切面與垂直切面上的輻射場型。

此外，圖10A與10B分別為依據本發明一實施例之雙頻天線操作在第一頻段的場型圖。其中，圖10A與10B分別為在UHF頻段內，例如：操作頻率0.47GHz、0.546GHz、0.622GHz與0.698GHz，雙頻天線700在水平切面與垂直切面上的輻射場型。如圖9A、9B、10A與10B所示，在VHF頻段與UHF頻段內，雙頻天線700的能量都集中在水平切面上，並具有良好的均向性輻射場型。至於圖7-8實例中各元件的細部配置與操作已包含在上述各實施例中，故在此不予贅述。

另一方面，為了符合產品在實際應用上之外觀設計的需求，上述雙頻天線200、300、500、700與800中的輻射元件220也可利用傾斜的方式固定在接地元件210的上方。舉例來說，圖11為依據本發明另一實施例之雙頻天線的示意圖，且圖12為圖11之雙頻天線的剖面示意圖。其中，圖11-12所列舉的雙頻天線1100與圖7所列舉的雙頻天線700相似，且兩者主要不同之處在於，圖11-12之雙頻天線1100中的輻射元件1110包括第一輻射部1120與第二輻射部250，且第一輻射部1120相對於Z軸傾斜一預 設角度θ2。其中，所述預設角度θ2可例如是5度。藉此，將可致使雙頻天線1100的外觀具有更加流暢的曲線結構。

綜上所述，本發明之雙頻天線中的輻射元件利用一彎折形成第一輻射部與第二輻射部。此外，第一輻射部具有上寬下窄的形狀，且第二輻射部透過至少一開槽孔形成一蜿蜒結構。藉此，雙頻天線將可達到雙頻操作，並還具有垂直極化與能量集中在水平切面的輻射特性。此外，輻射元件的彎折、第一輻射部之上寬下窄的形狀以及第二輻射部上的開槽孔還有助於雙頻天線的微型化。再者，雙頻天線還可利用延伸元件來提升輻射場型的對稱性，並還可透過接地元件上的閉槽孔來進一步地提升輻射效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧雙頻天線

210‧‧‧接地元件

220‧‧‧輻射元件

231~233‧‧‧開槽孔

240‧‧‧第一輻射部

241‧‧‧短邊

242‧‧‧長邊

243‧‧‧第一側邊

244‧‧‧第二側邊

250‧‧‧第二輻射

251‧‧‧第一邊緣

252‧‧‧第二邊緣

253‧‧‧第三邊緣

201‧‧‧彎折

θ1‧‧‧夾角

FP‧‧‧饋入點

Claims (11)

1. 一種雙頻天線，包括：一接地元件；一輻射元件，具有一彎折以形成一第一輻射部與一第二輻射部，其中該第一輻射部具有鄰近該接地元件的一饋入點，該第一輻射部的寬度沿著遠離該接地元件的方向依序遞增，該第二輻射部於該接地元件上形成一正投影；以及至少一開槽孔，貫穿該第二輻射部。
2. 如申請專利範圍第1項所述的雙頻天線，其中該第一輻射部具有一短邊、一長邊、一第一側邊與一第二側邊，該短邊具有該饋入點，該長邊電性連接該第二輻射部，該第一側邊與該第二側邊用以界定該第一輻射部的寬度。
3. 如申請專利範圍第1項所述的雙頻天線，其中該第二輻射部具有一第一邊緣、一第二邊緣與一第三邊緣，該第一邊緣電性連接該第一輻射部，該第二邊緣與該第三邊緣相鄰於該第一邊緣，且該至少一開槽孔包括：一第一開槽孔，貫穿該第二輻射部，且該第一開槽孔的開口位在該第二邊緣。
4. 如申請專利範圍第3項所述的雙頻天線，其中該至少一開槽孔更包括：一第二開槽孔，貫穿該第二輻射部，且該第二開槽孔的開口位在該第三邊緣。
5. 如申請專利範圍第1項所述的雙頻天線，其中該第一輻射部對稱於一第一基準線，該接地元件對稱於一第二基準線，且該第一基準線與該第二基準線彼此相交而形成一交錯點。
6. 如申請專利範圍第5項所述的雙頻天線，其中該交錯點鄰近該接地元件的一邊緣。
7. 如申請專利範圍第5項所述的雙頻天線，更包括：一第一延伸元件，電性連接該第一輻射部，並與該第一輻射部相交於該第一基準線，其中該第一延伸元件的寬度沿著遠離該接地元件的方向依序遞增。
8. 如申請專利範圍第7項所述的雙頻天線，更包括：一第二延伸元件，電性連接該第一輻射部，並與該第一輻射部相交於該第一基準線，其中該第二延伸元件與該第一延伸元件位在該第一輻射部的兩側，且該第二延伸元件的寬度沿著遠離該接地元件的方向依序遞增。
9. 如申請專利範圍第5項所述的雙頻天線，更包括：一閉槽孔，貫穿該接地元件，且該閉槽孔對稱於該第二基準線。
10. 如申請專利範圍第9項所述的雙頻天線，其中該雙頻天線操作在一第一頻段與一第二頻段，該第一頻段高於該第二頻段，且該閉槽孔的長度為該第二頻段之中心頻率的1/2波長。
11. 如申請專利範圍第1項所述的雙頻天線，其中該第一輻射部的形狀為蝶結狀或是梯形。