TWI245454B - Low sidelobes dual band and broadband flat endfire antenna - Google Patents

Description

1245454 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種端射天線，特別關於一種可操作於 雙頻環境的低旁瓣雙頻暨寬頻平面型端射天線。 【先前技術】 無線傳輸的蓬勃發展帶來各種不同應用於多頻傳輸 的產品與技術，以致於許多新產品具有無線傳輸的性能， Φ 以便滿足消費者之需求。而天線，是在無線傳輸系統中用 來發射與接收電磁波能量的重要元件，若是沒有了天線， 則無線傳輸系統將會無法發射與接收資料。因此，天線的 角色在無線傳輸來說，是不可或缺的一環。選用適當的天 線除了有助於搭配産品的外型以及提升傳輸特性外，還可 以更進一步降低產品成本。由於目前在各種不同的應用産 品中，所使用的天線設計方法與製作材質也不盡相同，另 外，針對每一個國家對所需的使用頻帶不同，在設計天線 • 時亦要相當的考量，目前較通用的對於頻帶的規範有IEEE 802.11、以及目前最熱門的藍牙通訊（802.15.1)等等，其 中藍牙工作於2.4GHz頻帶，802.11又分為802.11a以及 802.11b分別是針對5GHz頻帶以及2.4GHz頻帶作定義。 一般的天線可分為指向性天線（又稱為行進波天線）以 及全向性天線（又稱為共振波天線）。而指向性天線又有多 種變化，例如貼片天線或端射天線等等。 習知的一種指向性天線，請參照圖1所示，係將一貼 1245454 片天線10設置於一介電基板15上，且在相對的表面上分 別形成一接地平面16及一貼片平面17,且接地平面16與 貼片平面17係由複數個具有毫米厚度之金屬薄片所形 成。貼片平面17的側邊長度係為％ (A為無線電波之波 長）。於介電基板15之中間部分形成一洞孔，而同軸電纜 19之蕊心導體20係穿過洞孔且與貼片平面17焊接。再於 一支撐基板22上形成一洞孔23，而同轴電纜19則穿過洞 孔23而設置，另外，同軸電纜19之外側導體則連接至接 φ 地平面16。支撐基板22是一絕緣體，且介電組件27經由 被設置於支撐基板22角落的分隔物26而被固定在支撐基 板22上。 上述的指向性天線僅能於單一頻段中操作，對於現代 科技趨向於多頻的設計實不符實用性。另外，天線的設計 是屬於精密性的，但習知作法的元件較為複雜，任何尺寸 或對位組裝的誤差都將可能會造成天線操作頻段的改 變，而不容易匹配，且元件複雜亦會增加組裝成本。 • 因此如何使指向性天線具有雙頻的功能，又能增加操 作頻寬且可降低組裝成本，以符合現代科技與消費者的要 求，實屬當前課題之一。 【發明内容】 有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能增加操 作頻帶寬度且可同時應用於兩個不同頻帶之低旁瓣雙頻 暨寬頻平面型端射天線。 1245454 緣是，為達上述目的，依本發明之低旁瓣雙頻暨寬頻 平面型端射天線包含一基板、一第一輻射體、一第二輻射 體、一折射部及一導電元件。基板具有一側面、一第一表 面及與第一表面相對之一第二表面。第一輻射體係設置於 基板之第一表面，第一輻射體具有一第一斜部、一第一凹 部及一第一電性連接部，而第一斜部與第一凹部係相對而 設。第二輻射體係設置於基板之第二表面，第二輻射體具 有一第二斜部、一第二凹部及一第二電性連接部，而第二 Φ 斜部與第二凹部係相對而設，另外，第二斜部與第一斜部 係相對而設以形成一夾角。折射部係設置於基板之侧面。 導電元件係具有一導電體及一接地導體，導電體及接地導 體係分別與第一電性連接部及第二電性連接部電連接。 承上所述，因依本發明之低旁瓣雙頻暨寬頻平面型端 射天線係利用相對而設以形成夾角的第一斜部與第二斜 部，以引發各頻率行進波輻射於特定的方向，再搭配第一 凹部與第二凹部的設置使得端射天線可以操作於雙頻模 • 式中，再加上折射部，將端射天線所發射出的旁波瓣折 射，提高主波瓣的功率密度而造成高增益的效果。 【實施方式】 以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之低 旁瓣雙頻暨寬頻平面型端射天線，其中相同的元件將以相 同的參照符號加以說明。 請參照圖2A所示，本發明較佳實施例之低旁瓣雙頻 1245454 暨寬頻平面型端射天線3包含一基板31、一第一輻射體 Ί 弟一幸田射體33、一折射部34及一導電元件35。 基板31具有一第一表面3U、與第一表面311相對之 一第二表面312及一侧面313。基板31之材質係可為BT (Bismaleimide-tdazine )樹脂或FR_4 (玻螭纖維強化環氧 樹脂，Fiberglass reinforced epoxy resin)製成之印刷電路 板，亦可為以聚醯亞胺（p〇lyimide )製成之可撓性薄片基 板（Flexible film substrate )，本實施例中，基板31之材質 φ 係為玻璃纖維強化環氧樹脂(FR-4)。 第一輻射體32係設置於基板31之第一表面311，而 第一輕射體32具有一第一斜部321、與第一斜部321相對 而設之一第一凹部322及一第一電性連接部323。 第二輻射體33係設置於基板31之第二表面312，而 第二輻射體33具有一第二斜部33卜與第二斜部；331相對 而設之一第二凹部332及一第二電性連接部333。第二斜 部331與第一斜部321係相對而設以形成一夾角w，本實 _ 施例中，夾角d係介於20度至30度之間。再者，第一輻 射體32與第二輻射體33之材質係可為金屬，本實施例 中，第一輻射體32與第二輻射體33之材質係為銅。 折射部34係設置於基板31之側面313上，其係可設 置相對於第一凹部322之基板31的側面313上（如圖2A 所示），再請搭配圖2B所示，本實施例中，更包含另一折 射部34’，其係設置於相對於第二凹部332之基板31的另 一侧面313’上。另外，折射部34之材質係可為金屬，本 1245454 實施例中，折射部34之材質係與第一輻射體31及第二輻 射體32之材質相同為銅。 田 折射部34係將低旁瓣雙頻暨寬頻平面型端射天線3， 由第一凹部322與第二凹部332所產生之行進波的旁波瓣 折射至主波瓣以增加主波瓣的功率密度，而造成高增益的 效果。請搭配圖3所示，第一輻射場型圖R1係未設置折 射部34前所量測之圖形，如習知技術，第二輻射場型圖 R2係$又置折射部34後所量測之圖形，如本發明所述的技 • 術，可以觀察到部分的旁波瓣被折射部34折射至主波瓣， 而增加了主波辦的功率密度；由於從圖3中可以明顯辨識 出第二輻射場型圖R2的旁波瓣低於第一輻射場型圖R1的 =波瓣，所以本案發明人將本發明稱為「低旁瓣」雙頻暨 寬頻平面型端射天線。 導電元件35係具有一導電體351及一接地導體352 , 導電體351及接地導體352係分別與第一電性連接部3幻 及第二電性連接部333電連接，本實施例中，導電體351 ♦係與第-電性連接部323電連接，接地導體352係與第二 電性連接部333電連接，另外，導電體351亦可與第二電 性連接部333電連接，而接地導體352係與第一電性連接 部323電連接。於本實施例中，導電元件^係可為一同 軸傳輸線，其中，導電體351係相當於同轴傳輸線之中心 導線’而接地導體352係相#於同軸傳輪線之接地導體。 =，導電元件35與第一輻射體32及第二輕射體Μ之 連接方式，係可依所應用之產品形狀而改變，只需依據導 1245454 電體351及接地導體352係分別與第一電性連接部323及 第二電性連接部333電連接之原則即可。 於本實施例中，第一電性連接部323更包含一第一饋 入點，而第二電性連接部333更包含一第二饋入點42， 導電元件35之導電體351及接地導體352係分別與第一 饋入點41及第二饋入點42電連接。 本發明之低旁瓣雙頻暨寬頻平面型端射天線3係利用 第一斜部321及第二斜部331所形成之由窄漸寬的輻射部 • 來引發各頻率行進波，進而可操作於雙頻段，請參照圖4 所不，第一寬度W1係用以引發高頻段的行進波，而第二 寬度W2係用以引發低頻段的行進波。另外，第一凹部322 的半徑D1與第二凹部332的半徑D2大約相等，本實施例 中，第一凹部322之半徑D1約為5毫米至8毫米之間。 於此類型的端射天線當中，當用以引發行進波的輻射 部寬度越大則越能輕易地將天線操作於低頻段，但為了尺 寸上的考量’若將輻射部的寬度加大則端射天線的尺寸亦 # 會隨之變大，因此本發明利用微調第一凹部322的半徑D1 及第二凹部332的半徑D2來作為阻抗匹配，進而使天線 可同時操作於高頻段與低頻段。請參照圖5所示，其中， 縱軸表示電壓靜態駐波比（VSWR )，橫軸代表頻率 (Frequency)。一般可接受的電壓靜態駐波比約為2，而 在小於2的定義下，本實施例中，低旁瓣雙頻暨寬頻平面 型端射天線係可操作於約2.4GHz頻段以及約5GHz頻 段，也就是可以涵蓋大多數國家所使用的頻段。 1245454 綜上所述，本發明之低旁瓣雙頻暨寬頻平面型端射天 線係利用相對而設以形成夾角的第一斜部與第二斜部，以 引發各頻率行進波輻射於特定的方向，再搭配第一凹部與 第二凹部作為阻抗匹配使得端射天線可以將低頻部分（例 如本實施例中之2.4GHz)涵蓋，以操作於雙頻模式中，再 加上折射部，將端射天線所發射出的旁波瓣折射至主波 瓣，而提高主波瓣的功率密度而造成高增益的效果。與習 知技術相較，本發明利用較簡單的元件來製作指向性天 | 線，因此組裝成本也較習知作法的成本為低，且亦可以較 小的體積使天線操作於雙頻模式又兼具大頻寬的功效，使 得可應用的範圍較廣且亦可符合消費者的需求。 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離 本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均 應包含於後附之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 • 圖1為顯示習知貼片天線之一示意圖； 圖2A及圖2B為顯示依本發明較佳實施例之低旁瓣雙 頻暨寬頻平面型端射天線之示意圖； 圖3為顯示依本發明較佳實施例之低旁瓣雙頻暨寬頻 平面型端射天線之一場型輻射量測圖； 、圖4為顯示依本發明較佳實施例之低旁瓣雙頻暨寬頻 平面型端射天線之使用範圍之一部分示意圖；以及 圖5為顯示依本發明較佳實施例之低旁瓣雙頻暨寬頻 12 1245454 平面型端射天線之使用範圍之一量測圖c 元件符號說明： 10 15 16 17 19 22 23 26 27 3 31 311 312 313

貼片天線 介電基板 接地平面 貼片平面 同軸電纜 支撐基板 洞孔 分隔物 介電組件 低旁瓣雙頻暨寬頻平面型端射天線 基板 第一表面 第二表面 侧面 313’ 另一侧面 32 第一輻射體 321 第一斜部 322 第一凹部 323 第一電性連接部 33 第二輻射體 331 第二斜部 13 1245454 ^ 第二凹部 333 第二電性連接部 34 折射部 34, 另一折射部 35 導電元件 351 導電體 352 接地導體 41 第一饋入點 42 第二饋入點 W1 第一寬度 W2 第二寬度 D1、D2 半徑 θ\ 夾角 R1 第一輻射場型圖 R2 第二輻射場型圖

Claims (1)

1245454 、申請專利範圍： 一種低旁瓣雙頻暨寬頻平面型端射天線，包含： m有：側面、一第一表面及與該第-表面相 對之一第二表面； 卜輕射體，係設置於該基板之該第—表面， -輻射體具有一第一斜部、一第一凹部及一第一電 ^連接部’其中該第—斜部與該第—凹部係相對而 設！

第二輕射體’係設置於該基板之該第二表面，該第 二輻射體具有一第二斜部、一第二凹部及一第二電 性連接部’其中該第二斜部與該第二凹部係相對而 設，該第二斜部與該第一斜部係相對而設以形成— 夾角； 一折射部，其係設置於該基板之該侧面；以及 一導電兀件，其係具有一導電體及一接地導體，該導 電體及該接地導體係分別與該第—電性連接部及該 第二電性連接部電連接。 X 2、如申請專利範圍第丨項所述之低旁瓣雙頻暨寬頻平面 型端射天線，其中該折射部係設置於相對於該第一凹 部之該基板的該側面。 、如申清專利範圍第2項所述之低旁瓣雙頻暨寬頻平面 型端射天線，更包含： 15 1245454

一折射部，其係設置 的另一側面。 於相對於該第二 凹部之該基板 4 如申請專利範圍第1項所述之低㈣雙 型端射天線，其中該第一斜部與該第二 火角係介於20度至3〇度之間。 頻暨寬頻平面 斜部所形成之 () =請專利範圍第1項所述之低旁瓣雙頻暨寬頻平面 ^射天線，其係可操作於約2.4GHz紐與約5GHz 士:叫專利feu第1項所述之低旁瓣雙頻暨寬頻平面 型^射天線’其中該第-輻射體與該第二輻射體之材 質係為金屬。 如申睛專利範圍第8項所述之低旁瓣雙頻暨寬頻平面 1245454 型端射天線 質係為銅。 其中該第一輻射體與該第二輻射體之材 1〇、如申請專利範圍第1項所述之低旁瓣雙頻暨寬頻平面 3L端射天線’其中該折射部之材質係為金屬。 士申明專利範圍第1〇項所述之低旁瓣雙頻暨寬頻平 _ ®型端射天線’其中該折射部之材質係為銅。 12、 如中請專·㈣！項所述之低旁瓣雙缝寬頻平面 型端射天線，其中該導電元件係為—同軸傳輸線。 13、 如申請專利範圍第i項所述之低旁瓣雙頻暨寬頻平面 型端射天線，其中該基板之材質係為玻璃纖維強化環 氧樹脂。 4如申請專利範圍第1項所述之低旁瓣雙頻暨寬頻平面 型端射天線，更包含： 弟一饋入點，係設置於該第一電性連接部上，該第 一饋入點係與該導電元件之該導電體或該接地導 體電連接；以及 弟一饋入點，係設置於該第二電性連接部上，該第 二饋入點係與該導電元件之該導電體或該接地導 體電連接。 17