TW202021189A - 天線結構 - Google Patents

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Abstract

一種天線結構，包括天線圖案、接地層及兩微帶線。天線圖案包括第一部分及第二部分。第一部分為矩形，其包括第一邊、第二邊、第三邊及第四邊，第二部分從第一邊與第二邊構成的一角向外延伸凸出。接地層配置於天線圖案的下方且包括兩槽孔，兩槽孔對天線圖案的投影分別靠近於第三邊與第四邊。兩微帶線配置於接地層下方，兩微帶線對天線圖案的投影垂直於第三邊與第四邊，且對接地層的投影橫跨兩槽孔。各微帶線分為第一段與第二段，第二段對天線圖案的投影比第一段對天線圖案的投影接近第一部分的中心，且第一段的寬度大於第二段的寬度。

Description

天線結構
本發明是有關於一種天線結構，且特別是有關於一種具有寬頻與良好返回損失的天線結構。
傳統的槽孔耦合微帶線補丁天線共有三層金屬層，中間金屬層是接地面（ground plane），上層金屬層是補丁(Patch)天線，下層金屬層是饋入的微帶線，金屬層之間利用介質板隔開。中間金屬層開一個槽孔，使位於下方的微帶線能將輸入訊號透過槽孔將電場耦合饋入到補釘天線上。
傳統的槽孔耦合微帶線補丁天線不易調整阻抗匹配（impedance matching），其頻寬亦受限於上層的補釘天線之尺寸所能激發出來之模態。因此，傳統的補釘天線設計有具有頻寬窄的缺點，比如，在RFID之美規(0.902GHz-0.928GHz)頻段這樣寬頻之設計上，不易達成20 dB這樣高返回損失之要求。
本發明提供一種天線結構，具有寬頻與良好的返回損失。
本發明的一種天線結構，包括一天線圖案、一接地層及兩微帶線。天線圖案包括一第一部分及一第二部分，第一部分為一矩形，其包括依序相連的一第一邊、一第二邊、一第三邊及一第四邊，第二部分從第一邊與第二邊所構成的一角向外延伸凸出。接地層配置於天線圖案的下方，且包括兩槽孔，兩槽孔對天線圖案的投影分別靠近於第三邊與第四邊。兩微帶線配置於接地層下方，兩微帶線對天線圖案的投影垂直於第三邊與第四邊，且對接地層的投影橫跨兩槽孔，各微帶線沿著延伸方向區分為一第一段與一第二段，第二段對天線圖案的投影比第一段對天線圖案的投影更接近第一部分的中心，且第一段的寬度大於第二段的寬度。
在本發明的一實施例中，上述的天線結構更包括一第一電路板及一第二電路板。天線圖案配置在第一電路板的一上表面。第二電路板配置於第一電路板下方，接地層配置在第二電路板的一上表面，兩微帶線配置在第二電路板的一下表面。
在本發明的一實施例中，上述的天線結構更包括一間隔件，配置於第一電路板與第二電路板之間。
在本發明的一實施例中，上述的天線結構適於共振出一頻段，第一電路板與第二電路板之間的一間距為頻段的0.1倍波長。
在本發明的一實施例中，上述的第二部分呈L形。
在本發明的一實施例中，上述的第二部分凸出於第一邊的長度介於第四邊的長度的0.05倍至0.1倍之間，且凸出於第二邊的長度介於第三邊的長度的0.05倍至0.1倍之間。。
在本發明的一實施例中，上述的天線結構適於共振出一頻段，各微帶線的長度介於頻段的0.2倍波長至0.3倍波長之間。
在本發明的一實施例中，上述的各微帶線的第一段的寬度介於第二段的寬度的1.1倍至2倍之間。
在本發明的一實施例中，上述的各槽孔的延伸方向垂直於對應的微帶線的延伸方向。
在本發明的一實施例中，上述的其中一個微帶線的延伸方向垂直於另一個微帶線的延伸方向。
基於上述，本發明的天線結構藉由微帶線的第一段的寬度大於第二段的寬度的設計，而可調整阻抗匹配，搭配本發明的天線結構的天線圖案藉由將第二部分從第一邊與第二邊所構成的一角向外延伸凸出，而使得本發明的天線結構為寬頻且高返回損失的天線。
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。
圖1是依照本發明的一實施例的一種天線結構的俯視示意圖。圖2是圖1的天線結構的剖面示意圖。要說明的是，在圖1中，接地層120與微帶線130均位於天線圖案110的下方，因此以虛線表示。此外，圖2的剖面是沿著圖1中有彎折的虛線來剖面的示意圖。
請參閱圖1與圖2，本實施例的天線結構100以雙饋入槽孔耦合微帶線補釘天線為例，但天線結構100的種類不以此為限制。在本實施例中，天線結構100具有寬頻及高返回損失的效果，適用於多種不同形式的RFID讀取器的應用。天線結構100的應用頻段例如為0.902GHz至0.928GHz。當然，天線結構100的應用與頻段不限於此。
由圖2可見，本實施例的天線結構100包括由上至下的一天線圖案110、一接地層120及兩微帶線130。圖3是圖1的天線結構100的第一電路板的俯視示意圖。請搭配圖1與圖3，在本實施例中，天線圖案110例如是補丁天線。如圖1所示，天線圖案110包括一第一部分112及一第二部分118，第一部分112為一矩形，例如是長方形或是正方形。第一部分112包括依序相連的一第一邊113、一第二邊114、一第三邊115及一第四邊116，第二部分118從第一邊113與第二邊114所構成的一角向外延伸凸出。
天線圖案110的第二部分118可用來使第一部分112所共振出的頻段稍微偏向低頻，而使得整體頻段加寬。在本實施例中，第二部分118例如是呈L形。當然，第二部分118的形狀不以此為限制，在其他實施例中，第二部分118也可以是3/4個圓形、鋸齒形、弧形或不規則形。如圖3所示，在本實施例中，第二部分118凸出於第一邊113的長度L2介於第四邊116的長度L1的0.05倍至0.1倍之間，且第二部分118凸出於第二邊114的長度L4介於第三邊115的長度L3的0.05倍至0.1倍之間。經實驗，上述的長度關係可以使得天線結構100具有更佳的阻抗匹配。當然，長度L1、L2的關係不限於此。
圖4是圖1的天線結構的第二電路板的俯視示意圖。請搭配圖1與圖4，接地層120配置於天線圖案110的下方。接地層120為金屬層且包括兩槽孔122。在圖1中可見，兩槽孔122對天線圖案110的投影分別靠近於第三邊115與第四邊116。
如圖2所示，兩微帶線130配置於接地層120下方。圖5是圖1的天線結構的第二電路板的仰視示意圖。請搭配圖1與圖5，兩微帶線130對天線圖案110的投影垂直於第三邊115與第四邊116，且兩微帶線130對接地層120的投影橫跨兩槽孔122。在本實施例中，各微帶線130沿著延伸方向區分為一第一段132與一第二段134，第二段134對天線圖案110的投影比第一段132對天線圖案110的投影更接近第一部分112的中心，且第一段132的寬度大於第二段134的寬度。
本實施例的天線結構100藉由微帶線130配置在對天線圖案110的投影橫跨第三邊115與第四邊116的位置，且微帶線130的第一段132的寬度大於第二段134的寬度的設計，而可調整阻抗匹配。上述設計搭配天線圖案110藉由將第二部分118從第一邊113與第二邊114所構成的一角向外延伸凸出，而使得天線結構100為寬頻且高返回損失的天線。
在本實施例中，其中一個微帶線130的延伸方向垂直於另一個微帶線130的延伸方向，且各槽孔122的延伸方向垂直於對應的微帶線130的延伸方向。當然，在其他實施例中，兩微帶線130的延伸方向並不以此為限制，且各槽孔122的延伸方向與對應的微帶線130的延伸方向之間的關係並不以此為限制。
請回到圖2，在本實施例中，天線結構100更包括一第一電路板140、一第二電路板150及一間隔件160。天線圖案110配置在第一電路板140的一上表面142。第二電路板150配置於第一電路板140下方。接地層120配置在第二電路板150的一上表面152，兩微帶線130配置在第二電路板150的一下表面154。間隔件160配置於第一電路板140與第二電路板150之間，以隔開第一電路板140與第二電路板150，且使天線圖案110與接地層120保持特定的距離。在本實施例中，間隔件160例如是塑膠柱，但間隔件160的種類不以此為限制。
在本實施例中，天線結構100適於共振出一頻段(例如是0.902GHz至0.928GHz)，第一電路板140與第二電路板150之間的一間距約為此頻段的0.1倍波長，約為5公厘至10公厘。
值得一提的是，在其他實施例中，天線結構100也可以是單一電路板的設計。也就是說，天線圖案110、接地層120及兩微帶線130分別是在同一塊電路板的不同層，天線圖案110與接地層120之間以及接地層120與兩微帶線130之間透過兩介電層隔開。天線圖案110與接地層120之間的介電層的厚度可以約為天線結構100所共振出的頻段的0.1倍波長。
此外，由圖5可見，在本實施例中，各微帶線130的長度介於頻段的0.2倍波長至0.3倍波長之間，例如是0.25倍波長，且各微帶線130的第一段132的寬度介於第二段134的寬度的1.1倍至2倍之間。經測試，微帶線130在上述範圍之中時，天線結構100具有較佳的返回損失。
圖6是圖1的天線結構的頻率-返回損失(Return Loss)的示意圖。請參閱圖6，在本實施例中，天線結構100由微帶線130在第二電路板150的邊緣的部位饋入，由於有兩條微帶線130，因此，天線結構100具有兩個饋入端。在圖1中位於下方的餽入端(也就是從下方的微帶線130在第二電路板150的邊緣的部位)所得到的共振模態用粗線表示，天線結構100在圖1中位於左方的餽入端(也就是從左方的微帶線130在第二電路板150的邊緣的部位)所得到的共振模態用細線表示。由圖6可見，在0.902GHz至0.928GHz此區段中兩饋入端所得共振模態的返回損失均大於等於20dB，而具有良好的表現。
綜上所述，本發明的天線結構藉由微帶線的第一段的寬度大於第二段的寬度的設計，而可調整阻抗匹配，搭配本發明的天線結構的天線圖案藉由將第二部分從第一邊與第二邊所構成的一角向外延伸凸出，而使得本發明的天線結構為寬頻且高返回損失的天線。
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。
I:間距L1、L2、L3、L4、L5:長度W1、W2:寬度100:天線結構110:天線圖案112:第一部分113:第一邊114:第二邊115:第三邊116:第四邊118:第二部分120:接地層122:槽孔130:微帶線132:第一段134:第二段140:第一電路板142:上表面150:第二電路板152:上表面154:下表面160:間隔件
圖1是依照本發明的一實施例的一種天線結構的俯視示意圖。 圖2是圖1的天線結構的剖面示意圖。 圖3是圖1的天線結構的第一電路板的俯視示意圖。 圖4是圖1的天線結構的第二電路板的俯視示意圖。 圖5是圖1的天線結構的第二電路板的仰視示意圖。 圖6是圖1的天線結構的頻率-返回損失(Return Loss)的示意圖。
100:天線結構
110:天線圖案
112:第一部分
113:第一邊
114:第二邊
115:第三邊
116:第四邊
118:第二部分
122:槽孔
130:微帶線
132:第一段
134:第二段
140:第一電路板
142:上表面

Claims (10)

  1. 一種天線結構，包括： 一天線圖案，包括一第一部分及一第二部分，該第一部分為一矩形，其包括依序相連的一第一邊、一第二邊、一第三邊及一第四邊，該第二部分從該第一邊與該第二邊所構成的一角向外延伸凸出； 一接地層，配置於該天線圖案的下方，且包括兩槽孔，該兩槽孔對該天線圖案的投影分別靠近於該第三邊與該第四邊；以及 兩微帶線，配置於該接地層下方，該兩微帶線對該天線圖案的投影垂直於該第三邊與該第四邊，且對該接地層的投影橫跨該兩槽孔，各該微帶線沿著延伸方向區分為一第一段與一第二段，該第二段對該天線圖案的投影比該第一段對該天線圖案的投影更接近該第一部分的中心，且該第一段的寬度大於該第二段的寬度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，更包括： 一第一電路板，該天線圖案配置在該第一電路板的一上表面；以及 一第二電路板，配置於該第一電路板下方，該接地層配置在該第二電路板的一上表面，該兩微帶線配置在該第二電路板的一下表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的天線結構，更包括： 一間隔件，配置於該第一電路板與該第二電路板之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的天線結構，其中該天線結構適於共振出一頻段，該第一電路板與該第二電路板之間的一間距為該頻段的0.1倍波長。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中該第二部分呈L形。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中該第二部分凸出於該第一邊的長度介於該第四邊的長度的0.05倍至0.1倍之間以及凸出於該第二邊的長度介於該第三邊的長度的0.05倍至0.1倍之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中該天線結構適於共振出一頻段，各該微帶線的長度介於該頻段的0.2倍波長至0.3倍波長之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中各該微帶線的該第一段的寬度介於該第二段的寬度的1.1倍至2倍之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中各該槽孔的延伸方向垂直於對應的該微帶線的延伸方向。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中，其中一個該微帶線的延伸方向垂直於另一個該微帶線的延伸方向。
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