TW416168B - A broadband circular microstrip antenna with integrated reactive loading - Google Patents

Description

A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明說明（1) 寬頻微帶天線的設計是微帶天線研究上的重要課題。 相關的研究也相當多’包含使用堆疊式微帶天線(stacked microstrip antennas)設計、微帶天線加上寄生金屬片 (parasiticpatches)設計等等。這些設計通常使得天線的 尺寸增大’製作上也較不方便。在本發明中，我們提出一 種具有集成電抗性負載（integrated reactive loading) 的宽頻圓形微帶天線設計「參閱圖式中第1圖所示」，其 操作頻寬可以達到一般傳統圓形微帶天線的三倍以上。同 時，此設計中之電抗性負載可以與圓形微帶金屬片 (microstrip patch)集成合一，保留微帶天線低姿式（1〇w profile)的優點，同時不增加微帶天線的尺寸，節省空間， 且製作上相當方便，極具有產業利用性之實用目的，故提 出專利申請。 本項天線設計主要是利用所植入之電抗性負載被設計 在原先一般圓形微▼天線之主模態共振頻率下產生共振。 此時，此電抗性負載在較共振頻率高的頻率下將呈現電感 性，而在較共振頻率低的頻率下則為電容性，這與一般圓 形微帶天線在其域態下的輸人阻抗於較共振頻率高的頻 率下呈現電容性，而在較共振頻率低的頻率下為電感性的 特性相反。這項特性可以使得具有一適當設計的電抗性負 載的圓形微帶天線的主由單—共振變成_共振模態 (:_ant modes) ’而使得圓形微帶天線的操作頻帶變 寬’可以為-般傳統圓職帶天線頻寬的三倍以上。另外

I 事 訂 線 巧張尺度適用t圏國家標準（CNS ) A4規格〔------ 416168 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明說明（2) ，本項天線設計中的電抗性負載可以為一個微帶結構 (microstrip structure)來達成。此微帶結構可以由兩個 或兩個以上不同寬度的微帶線線段（microstrip-line section)串接而成，且此微帶結構可以植入圓形微片金屬 片内的一個近似矩形之槽孔，微帶結構的一端開路，一端 短路至圓形微片金屬片「參閱圖式中第1圖所示」。這項 設計使得圓形微帶天線的總尺寸不變，同時在實際製作時 可以一次钱刻完成，相當方便。 本發明之相關實驗結果於圖式中第2至第4圖中表 示。第2圖中所示為本項天線設計的返回損失（return loss)實驗測量結果。天線的設計參數列於圖2之圖式說 明。由10dB返回損失所定義之操作頻寬，我們可以得到 116MHz 的頻寬（1858MHz 至 1974MHz),或者是 6· 05%[對應 於 1916MHz= (1858MHz+1974MHz)/2 之中心頻率]。而由於 在相同天線參數下’-個不具有集成電抗性負載的一般圓 形微帶天線的操作頻寬大約僅為9%，這表示本項天線設 計的操作頻寬大幅增加為—般_微帶天線的3·2倍左 右。在第3时所賴為本項天線設計㈣射場型 (ndiati〇npatteni)實驗量·果。而第4騎示則為本 項天線时的天線增益(gain)料量騎果。由這些實驗 結果可知本項天線料_作職_細躲相當好， 天線增益在整個頻寬内的變化也在2 5仙以内。 說明的是，在這些實驗結果中， τ杈供電抗性負載的微帶結 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 裝 訂 線 416168 A7 -------B7 五、發明說明（3 ) 構並/又有作最佳化的尺寸料，因此，在其它近似的微帶 結構下’更高的操錢寬及更好_射特性應該還可以再 獲得。 [圖式說明] 第1圖為本發明之一種具有集成電抗性負載的寬頻圓形微 帶天線之結構圖，在其圓形微片金屬片（1)内具有一個近似 矩形之槽孔（2)，而槽孔内有一個微帶結構的電抗性負載 (3);圓形微片金屬片（circuiar microstrip patch)及電 抗性負載(reactive loading)均製作在一個接地基底層 (grounded substrate layer)上面，同軸線饋入(4)穿過接 地金屬片（5)及基底層（6)與圓形微片金屬片連接。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第2圖為第1圖天線的返回損失（return loss)實驗測量結 果。圓形微片金屬片半控為2.19公分，基底層厚度、相對 介電常數及大小分別為0· 16公分、4. 4及7. 5公分X 7. 5公 分’饋入點離圓心1. 22公分，近似矩形槽孔寬〇. 8公分長1, 5 公分，電抗性負載短路至圓形微片金屬片之微帶線線段寬 0.2公分長0.9公分，而電抗性負載開路一端之微帶線線段 寬0,6公分長0.2公分，中間連接短路端及開路端之微帶線 線段長度〇. 4公分。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21加297公釐） 416168 A7 B7 五、發明說明（4) 第3圖為第1圖天線的輻射場型（radiation pattern)實驗 重測結果。粗線代表主極化(co-polarization)測量結果， 細線代表交叉極化（cross-p〇larizati〇n\u量結果；（1) 為天線操作在1885MHz之兩垂直平面測量結果，（2)為天線 操作在1947MHz之兩垂直平面測量結果。天線參數如圖2說 明中所示。 第4圖為第1圖天線於垂向方向（broadside direction)的 天線增益實驗量測結果。天線參數如圖2說明中所示。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

^OJ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐）

Claims (1)

1. 416168 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種具有集成電抗性負載的寬頻圓形微帶天線，其圓形微 片金屬片上具有一個近似矩形之槽孔，槽孔内有一個電抗 性負載。 2·如申請專利範圍第丨項所述之具有集成電抗性負載的寬頻 圓形微帶天線’其中圓形微片金屬片及電抗性負載均製作 在^個接地的基底層上〇 3. 如申請專利範圍第1項所述之具有集成電抗性負載的寬頻 圓形微帶天線，其中電抗性負載為一個微帶結構由兩個或 兩個以上不同寬度的微帶線線段串接而成，且微帶結構的 一端開路，一端短路至圓形微片金屬片。 4. 如申請專利範圍第1項所述之具有集成電抗性負载的寬頻 圓形微帶天線，其中天線的饋入方式為同軸線饋入。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 -線 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公*)