TW541764B - Microstrip antenna with improved low angle performance - Google Patents

Description

羚41764 五、發明說明（1) [優先權] 本申請案所請求之優先權為基於2 0 0 1年4月12曰申 . 請、案號6 0 / 2 8 3，4 6 8、受讓至與本發明相同之受讓人之名 稱"具有改良的低角度性能之微條狀天線”之臨時申請 · 案，其在此完全合併供作參考。 [發明概述] < 本發明係關於微條狀天線，特別是指，一種能夠在頂 點及接近於水平線的低角度以提供高輻射增益的微條狀天 線。 、 Γ 微條狀天線所提供的優點是桿狀的天線所不能夠達到 的。因為微條狀天線基本上係使用導電層的嵌板來傳送及 ® 接收電磁波，因具有低輪廓（高度），能容易製造，亦能與 利用微條狀組態之電子裝置相容。 圖1 Α所示為習知微條狀天線5 0之平面圖，圖1 Β係沿圖 _ 1 Α之線1 Β - 1 Β所切開天線5 0之橫向剖面圖。如圖1 Α及圖1 Β -所示，習知微條狀天線5 0包含··平坦的π接地π面1 0 ;絕緣 基板1 1 ，係設置於前述接地面1 0上；天線元件或π嵌板 ” 1 2，係設置於前述絕緣基板1 1 土；及至少一饋送接腳 1 4，係設置於穿過前述嵌板1 2、絕緣基板1 1及接地面1 0所 界定的洞孔中。前述接地面1 0為導電層，例如，係可由銅 或鋁構成。前述嵌板1 2為薄導電層，可由任何導電材料例 _ 如銅形成。前述天線5 0係用於自前述傳送器接收電磁波 (如衛星、地面基地台），並藉由前述饋送接腳14將電磁波 輸入到接收器，及/或根據藉由前述饋送接腳1 4而從傳送

第5頁 541764 五、發明說明（2) 器所接收的信號傳播電磁波，所以可由其它接收器所接 收。前述饋送接腳1 4之底端，係穿過到前述接地面1 0，並 電氣連接到電子裝置，例如放大器、濾波器、調變器等， 基本上在無線通訊系統中係需要結合天線來傳輸及/或接 收。 雖然習知的微條狀嵌板天線，如天線5 0，係相對的接 收從位於或接近前述天線頂點（例如從水平線起算9 0度）之 位置所傳送的信號，這些天線會接收到較少從位在或接近 低角度Γ例如從水平辕起算1 〇度至3 0度）之位置所傳送的信 號。然而，在許多應用中，係需要可同時於前述頂點及低 角度做接收的天線。在系統中，例如，全球定位系統 (Global Positioning System，GPS)及衛星數位音訊無線 系統（Satellite Digital Audio Radio System ， S D A R S )，需要可同時用於高仰角及低仰角角度而與傳送器 相通訊的天線。因此，前述習用的微條狀嵌板天線並不適 合使用於在前述頂點及低角度處需要高增益的應用中。 因此，需要有一種改良的微條狀天線，能夠同時在前 述頂點及低角度處提供高的增益，而不會改變其薄形狀的 優點，所以前述微條狀天線可自此位置來傳送及接收信 號。 本發明提供一種改良的微條狀天線，能夠同時在前述 頂點及低角度處提供高的增益，可克服習知微條狀天線之 相關問題。特別是，本發明之微條狀天線包含：絕緣透 鏡，係用以完全或部份地包覆前述天線之嵌板；及升高接

541764 五、發明說明（3) 地面，係用以支撐位於平坦接地面上 鏡可將電磁波朝前述嵌板折射並自前 加在低角度（例如從水平線起算3 0度） 高接地面進一步增進前述折射效果， 述低角度之輻射增益。因此，本發明 於低角度提供增大的增益，而且可於 益。 因此，本發明係關於一種微條狀 地面；寇緣基板，詨置於前述接地面 述絕緣基板上；饋送裝置，用於電氣 絕緣透鏡，係用於包覆前述嵌板至少 度之輻射增益。 本發明具有改良的低角度性能之 點與特徵，將從下列詳細說明及圖式 解，其中，在圖式中，相同的參考編 元件。 [主要元件符號對照說明] 的嵌板。前述絕緣透 述嵌板離開，藉以增 之輻射增益。前述升 藉此進一步增加在前 之微條狀天線不但可 前述頂點提供高的增 導電接 置於前 板；及 部份，以增加低角 天線，包含： 上；嵌板，設 饋送至前述嵌 微條狀天線及諸多優 中，得到進一步的瞭 號係用來代表相同的 10 -11 -12 14 -20 -22 -24 - 接地面 絕緣基板 礙板 饋送接腳 絕緣透鏡 空間 升高接地面

第7頁 541764 五、發明說明（4) 第一零件 第二零件 單極天線元件 絕緣蓋 空氣隙 微調狀天線 2 4a--- 24b---30 一 3 2 -34 - 1 00、2 0 0、3 0 0 - [發明詳細說明] 圖2 A所示為根據本發明之第一具體實施例所揭露的典 型微條狀天線1 0 0的「平面圖，而圖2 B所示為沿著圖2 A之線 2 B - 2 B切開的微條狀天線1 0 0之橫向剖面圖。如圖2 A及圖2 B 所示，前述微條狀天線1 0 0包含平坦接地面1 0 ;升高接地 面2 4，係設置於前述平坦接地面上；絕緣基板1 1 ，係設置 於前述升高接地面2 4上；嵌板1 2，係設置於前述絕緣基板 上；至少一饋送接腳1 4 ;及絕緣透鏡2 0，係完全包覆前述 嵌板1 2及絕緣基板1 1。 前述饋送接腳1 4係設置於穿過由前述嵌板1 2、絕緣基 板1 1及升高接地面2 4所界定之洞孔中。對於前述饋送接腳 1 4之另一個選擇，係可使用任何其它的機制用以饋送至前 述嵌板1 2。前述升高接地面2 4為導電基板，係由導電材料 例如銅、鋁等所形成。前述絕緣透鏡2 0可由任何已知技藝 之絕緣材料所形成，例如塑膠、玻璃纖維等。 由於前述絕緣透鏡2 0的運作係與前述升高接地面2 4相 結合，本發明的微條狀天線1 0 0可同時在前述頂點（從水平 線起算9 0度）及低角度（例如從前述水平線起算小於4 5度）

541764 五、發明說明（5) 提供高接收性或高輻射增益。特別是，前述絕緣透鏡2 0係 用以折射藉由前述嵌板1 2所傳送或接收的電磁波。由於前 述折射的電磁波，造成在低角度（即在前述低角度方向）會 有更多的電磁波藉由前述嵌板1 2所接收或傳送。前述升高 接地面2 4在平坦接地面1 0之上藉由升高前述嵌板及前述絕 緣基板1 1進一步增進此效果，所以會發生更多向下折射的 電磁波。前述升高接地面2 4亦可做為耦合器到前述平坦接 地面1 0。 前述升高接地面2 4可使得在前述平坦接地面1 0及前述 升高接地面2 4之間形成有空隙或空間2 2。基本上前述天線 的適當運作係需要電子設備及其它電路系統，像是放大 器、濾波器、電纜線等，可設置於選擇性的空間2 2中。因 此，其可提供更為小型及有效空間的微條狀天線。 圖3所示為根據本發明第二具體實施例之微條狀天線 2 0 0之範例的橫向剖面圖。如圖3所示，前述微條狀天線 2 0 0係相同於圖2 A及圖2 B中所示的微條狀天線1 0 0 ，除了在 前述微條狀天線2 0 0中缺少前述升高接地面2 4。換言之， 前述絕緣基板1 1及絕緣透鏡2 0係直接設置於前述平坦接地 面1 0上。如上所述，前述絕緣透鏡2 0係用於折射電磁波， 使得在前述頂點及低角度可同時達到高增益。雖然前述微 條狀天線2 0 0的低角度增益不如由微條狀天線1 0 0所提供的 低角度增益一樣高，但前述增益仍高於習知不具有絕緣透 鏡之微條狀天線所提供的低角度增益。 根據其它具體實施例，除了上述之微條狀天線組件

541764 五、發明說明（6) 外 别述微條狀天線可包含額外的嵌板層與絕緣基板，係 彼此堆叠，或可包含已知技藝中天線元件之其它形式（如 單極，雙極等）。圖4所示為根據本發明第三具體實施例之 具有額外天線元件的微條狀天線3 0 0之橫向剖面圖。如圖4 所示’所述微條狀天線3 0 0包含··平坦接地面1 0 ;由第一 及第一零件2 4 a、2 4 b組成的升高接地面2 4 ;絕緣基板1 1 ， 係設置於前述升高接地面24上；嵌板12，係設置於前述絕 緣基板1 1上；饋送接腳1 4，係設置於穿過前遂散板1 2、絕 緣基板1 1及升高接地面2 4 ;及絕緣透鏡2 〇，係用以覆蓋前 述鼓板12與絕緣基板U ，並於其間具有空氣隙34。 前述微條狀天線3 0 〇進一步包含額外的單極天線元件 3〇及絕緣蓋32。前述單極天線元件3〇係U穿過前高 接地面24、絕緣基板"、喪板12及絕，J J J2: ’亚； 2 : : : I述絕緣蓋32環繞：與之常用元件，例如使 】i i:與絕緣蓋32為習知ϋ隙34，在此處視需要 ^私動電話或行動電話。前述：；述天線的製造過程。 如仪二亦為已知技藝，係用來增，以地面24係區分為第一 及第” t體實施例中’前述ΐ %上所㉛，例如用於前 ΐί及24b。舉例而：愛於前述空間22中。在此 ，天線之前置放大器電路，可k置 路板（PCB)，1安 J體貫施例中，零件24b可包含印別空間22中面朝下： 地面朝上’而前述電路1在 B所述的升高接地 :基本上係相似於配合圖2A電基板，例如銅，鋁 面2 4 ’係可為由導電材料所形成的

541764 五、發明說明（7) 等。 升高接地面2 4可包含任何數量的部份，及任何數量的 材料。基本上，所需求的升高接地面2 4，係作為電氣接地 面，並能形成於平坦接地面10上。前述第一及第二零件 2 4 a及2 4 b僅為範例，用於說明前述升高接地面2 4如何能夠 具有不同的形狀、尺寸及組態，前提為其耦合於前述平坦 接地面10，並升高前述嵌板12於前述平坦接地面10之上。 其它的範例亦可能視為本發明之部份。圖4亦說明本發明 的其它外觀，係可在'不同的具體實施例中變化。特別是， 在圖4的具體實施例中，前述平坦接地面1 0大致與前述升 高接地面部份2 4 b之尺寸相同，而小於前述升高接地面部 份24a。前述平坦接地面與前述升高接地面之相對尺寸實 際上並無限制。 此外，絕緣透鏡2 0及絕緣蓋3 2可相互一體成型，例如 藉由單片模製一體成型。 因為前述微條狀天線3 0 0其中同時包含嵌板1 2及單極 天線元件3 0，係為雙重功能的天線封裝，以最佳化於兩個 分開的頻率上傳送與接收，因此，可配合使用於兩種通訊 系統中，例如G P S (全球定位衛星，其係運作於1 5 7 5 MHz)，及PCS(個人通訊系統，其係運作於1 8 5 0 - 1 9 9 0 MHz) ° 在本發明的所有這些具體實施例中，前述絕緣透鏡2 0 如圖所示係完全覆蓋嵌板1 2及絕緣基板1 1。但是，如果需 要的話，亦有可能使絕緣透鏡2 0只覆蓋或包覆前述嵌板1 2

541764 五、發明說明（8) 及/或絕緣基板1 1之一部份。在這種情況下，前述低角度 增益係無法達到完整包覆實施例之高增益；然而，前述增 益仍會高於先前技藝中不具有任何絕緣透鏡之微條狀天線 的低角度增益。 再者，技藝專業人士將可立即瞭解到，前述絕緣透鏡 2 0可具有任何形狀、尺寸或組態。前述升高接地面2 4之高 度，以及前述絕緣透鏡2 0之折射係數、材料、形狀、尺寸 及組態，皆可變化以控制位於前述頂點與低角度之增益， 所以藉*本發明之破條狀天線可以達到所要的性能特性。 此外，前述嵌板1 2、絕緣基板1 1及升高接地面2 4之不同形 狀、尺寸及組態亦可視為本發明之部份。 同時，在本發明之微條狀天線中，在前述絕緣透鏡與 嵌板之間係具有空氣隙，例如圖4所示的空氣隙3 4，視需 求而便利於前述天線的製造過程。舉例而言，空氣比大多 數（並非全部）可能形成絕緣透鏡2 0之材料具有較低的絕緣 常數。因此，加入空氣隙可增進前述裝置的製造性。如習 知技藝所知，要藉由空氣隙來控制前述絕緣負載，要比利 用像是絕緣透鏡2 0之固體重量絕緣體要容易地多。 為了說明本發明在低角度所達到之增加增益，在此提 供圖5 A、圖5 B、圖6 A及圖6 B加以說明。圖5 A及圖5 B係顯 示高度及捲動圖，用以各別說明圖1之習知微條狀天線之 輻射圖案。圖6 A及圖6 B係顯示高度及捲動圖，係各別用以 說明圖2之本發明微條狀天線之輻射圖案。高度及捲動圖 係代表前述輻射圖案的不同平面，且係典型用於評估前述

第12頁 541764 五、發明說明（9) 天線的性能特性。 藉由比較圖5 A所示之習用微條狀天線（不具有任何絕 _ 緣透鏡或升高接地面）之高度圖與圖6 A所示之微條狀天線 1 0 0 (具有絕緣透鏡及升高接地面）之高度圖，可清楚地看 · 出本發明在低角度的輻射增益有顯著的增加。舉例而言， 在距離水平線2 4度之低角度處，由前述習用微條狀天線可 ' 達到0 D a i之增益，如圖5 A所示。此增益於使用本發明之 微條狀天線時約增加6 d B，如圖6 A所示。此為增益之顯著 增加，因為增加3 d B (對數比例）即相當於線性比例上的數 目加倍。這些圖形亦顯示出在藉由使用本發明之微條狀天 線時，前述頂點（離前述水平線9 0度）處的增益可維持在3 ® dB。 同樣地，前述捲動圖係說明當使用本發明的微條狀天 線時，低角度的增益能有顯著的增加。舉例而言，如圖5 B 所示，藉由習知微條狀天線在距離前述水平線2 4 °之低角 -度處可達到3 d B之增益。而如圖6 B所示，當使用本發明之 微條狀天線時，前述增益可顯著地增加到5 . 5 d B (約增加 2 . 5 d B)。這些圖形亦顯示出藉由使用本發明之微條狀天 線時，位於前述頂點處之增益可維持在3 d B。 因此，本發明提供改進的微條狀天線，係藉由使用包 覆前述嵌板的絕緣透鏡配合升高接地面以同時在前述頂點 與低角度提供高的增益。本發明之天線可用於任何的通訊 系統、裝置或環境。再者，在前述升高接地面與平坦接地 面之間產生的間隔，可於其中用來緊密地加入前述微條狀

第13頁 541764 五、發明說明（ίο) 天線或使用微條狀天線之系統所需要的其它電子裝置或元 件。 本發明具有諸多特徵及優點，且在詳細說明本發明的 較佳實施例之後，熟悉前述項技術人士可清楚的瞭解，並 在不脫離下述申請專利範圍與精神下可進行各種變化與改 變，而且本發明亦不受限於說明書之實施例的實施方式。

第14頁 541764 圖式簡單說明 [圖式簡單說明] 圖1 A為習知微條狀天線之平面圖。 _ 圖1 B為沿著圖1 A之線1 B - 1 B所切開之習用微條狀天線 之橫向剖面圖。 - 圖2 A為根據本發明微條狀天線之第一具體實施例平面 圖。 ： 圖2 B為沿著圖2 A之線2 B - 2 B所切開之微條狀天線之橫 向剖面圖。 圖3'為根據本發明微條狀天線之第二具體實施例之橫 向剖面圖。 圖4為根據本發明微條狀天線第之三具體實施例之橫 _ 向剖面圖。 圖5 Α及圖5 Β為圖1之習知微條狀天線之座標圖解範例 的輪射圖案。 圖6 A及6 B為根據本發明之圖2 A的微條狀天線之座標圖 - 解範例的輻射圖案。

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Claims (1)

1. 541764 六、申請專利範圍 1. 一種微條狀天線包含： 第一導電接地面； 絕緣基板，係設置於前述接地面上； 嵌板，係設置於前述絕緣基板上； 饋送裝置，係用於電氣饋送至前述嵌板；及 絕緣透鏡，係用於包覆前述嵌板的至少一部份，以 增加低角度之輻射增益。 2 .如申請專利範圍第1項之微條狀天線，進一步包含：第 二接地面，形成於前述絕緣基板與第一接地面之間，用 於升高前述嵌板，並進一步增加在低角度之輻射增益。 3. 如申請專利範圍第2項之微條狀天線，其中前述第一及 第二接地面之配置使得在前述第一及第二接地面之間形 成空間，係用以在前述空間中提供額外的元件。 4. 如申請專利範圍第2項之微條狀天線，其中前述絕緣透 鏡係完全覆蓋前述嵌板及絕緣基板。 5 .如申請專利範圍第2項之微條狀天線，進一步包含：空 氣隙，係設置於前述嵌板及絕緣透鏡之間。 6 .如申請專利範圍第2項之微條狀天線，其中前述第二接 地面係至少包含一個傾斜部份，及平坦部份，係用於將 前述嵌板設置在其上方，而其中前述第一接地面係為完 全平坦。 7. 如申請專利範圍第2項之微條狀天線，其中前述絕緣透 鏡具有半球形組態。 8 .如申請專利範圍第1項之微條狀天線，其中前述第一接

   第16頁 541764 六、申請專利範圍 地面為平坦，而前述絕緣基板係直接配置在前述第一接 地面上。 進一步包含 絕緣基板、 額 接地 9 .如申請專利範圍第1項之微條狀天線， 外的天線元件，係設置穿過前述嵌板 面及絕緣透鏡。 其中前述額外的 ，進一步包含： 進一步包含：單 第二接地面及絕 1 0 .如申請專利範圍第9項之微條狀天線 天線元件係為單極。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之微條狀天線 絕緣蓋，係環繞詨置於前述單極。 1 2 .如申請專利範圍第2項之微條狀天線 極，係設置穿過前述嵌板、絕緣基板 緣透鏡；及絕緣蓋，係環繞設置於前述單極，藉此提供 雙重功能的天線。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之微條狀天線，進一步包含： 空氣隙，係設置於前述嵌板及絕緣透鏡之間。 1 4.如申請專利範圍第1項之微條狀天線，其中前述饋送裝 置包含饋送接腳，其係設置穿過前述嵌板、絕緣基板及 接地面。 1 5 . —種提供微條狀天線之方法，至少包含以下步驟： 提供第一導電接地面； 在前述接地面上提供絕緣基板； 在前述絕緣基板上提供嵌板； 提供饋送裝置饋送前述嵌板；及 提供絕緣透鏡，用以包覆前述嵌板至少一部份，以

   第17頁 541764 六、申請專利範圍 增加在低角度之輻射 1 6 .如申請專利範圍第1 一步包含以下步驟： 於前述絕緣基板 地面，用以升高前述 增益。 1 7 .如申請專利範圍第1 中前述第二接地面至 份，係用以將前述篏 接地面為完全平坦。 1 8 .如申請專利範圍第1 中前述第一接地面為 在前述第一接地面上 1 9 .如申請專利範圍第1 一步包含以下步驟： 提供額外的天線 基板、第二接地面及 2 0 .如申請專利範圍第1 中前述額外的天線元 2 1 .如申請專利範圍第1 一步包含以下步驟： 提供絕緣蓋，係 2 2 .如申請專利範圍第1 一步包含以下步驟·· 增益。 5項之提供微條狀天線之方法，進 與第一接地面之間提供第二導電接 嵌板並進一步增加於低角度之輻射 6項之提供微條狀天線之方法，其 少包含一個傾斜部份，及平坦部 板配置在其上方，而其中前述第一 5項之提供微條狀天線之方法，其 平坦，且前述絕緣基板係直接配置 〇 6項之提供微條狀天線之方法，進 元件，係設置穿過前述嵌板、絕緣 絕緣透鏡。 9項之提供微條狀天線之方法，其 件為單極。 9項之提供微條狀天線之方法，進 環繞設置於前述單極。 9項之提供微條狀天線之方法，進 Φ

   第18頁 541764 六、申請專利範圍 於前述嵌板及絕緣透鏡之間提供空氣隙。 2 3 .如申請專利範圍第1 5項之提供微條狀天線之方法，其 中在提供前述饋送裝置的步驟中，前述饋送裝置包含饋 送接腳，係設置穿過前述嵌板、絕緣基板及接地面。

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