TWI279031B - Dual-band patch antenna - Google Patents

Description

1279031 ' 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種雙頻平板天線。特別是有關於一種 由二個實質為長方形之輻射體所結合而成的雙頻平板天線。 【先前技術】 m 隨著通訊科技的精進’通訊技術在科技產品的應用上亦 曰益增加，使得相關的通訊產品日趨多樣化。尤其，近年來 鲁 /肖費者對通訊產品的功能要求越來越高，所以許多具有不同 設計和功能的通訊產品不斷的被提出，具有無線通訊的電腦 網路產品更是近來熱門的趨勢，再加上積體電路的技術曰益 成熟’使得產品的體積也逐漸傾向輕薄短小。 在通訊產品中天線的主要功能係用以傳送與接收訊號， 而現今之無線產品所使用的天線必須具有體積小、性能佳和 成本低等特點，方能得到市場的廣泛接受與肯定。根據不同 的操作需求，通訊產品所具備的功能皆不盡相同，故用以輻 或接收訊5虎的天線設計有許多種，而平板型天線是其中相 λ 田书用的一種。為了要獲得高增益高寬頻的天線，可增加基 板與輻射金屬板的距離，來增加平板型天線的輻射效率及操 =頻寬。一般而言，使用者可從天線元件的操作頻率、輻射 場型（Radiation Pattern)、返回損失㈣㈣l及天線增益 (AntennaGain)等參數來獲知天、線的特性。因A，平板型天線 的設計必須同時考量適當之基板與輻射金屬板的距離和良好 的天線特性等因素。 5 1279031 另方面，習知之平板天線只能涵蓋較小的頻段範圍， 因而只能適用於各個特定區域。例如：日本、歐洲和美國所 使用的頻段不同，因此必須使料㈣雙頻天線於各種不同 的區域。 然而，習知之平板天線，特別是習知之雙頻平板天線， :常難以同時具有寬廣的操作頻率、以及低成本、小尺寸、 ❿ 门天線日益、寬操作頻段及良好的輻射場型等優點，致使習 知之雙頻平板天線受到許多限制。 因此，迫卡刀需要發展一種雙頻平板纟線，以分滿足寬 ^細作頻率、小尺寸、高增益、高寬頻、設計簡單、低成 天線需求’來解決習知之平板天線的缺點。 【發明内容】 於$知之平板天線無法有效地滿足上述之天線需 到件2法應用於頻段不同的區域’致使習知之平板天線受 到許多限制。 本發明之—方面為提供—種雙頻平板天線，以具有寬廣 桑作頻率的天線特徵’來應用於頻段不同的各個區域。 短小方面為提供—種雙頻平板天線，藉以滿足 姐小輕溥的需求。 因此’本發明提出一種雙頻平 線至少包括右笛“雙激十板天線，其中雙頻平板天 長方射趙和第二長方形㈣體。第一 射體具有第―角^部分和第二角“分其中第二 洛口p刀係對角線地相對於第一角落部分。第二長方形輕射 6 1279031 ::有第三角落部分，其中第二角落部分和第三角落部分係 m地重叠而形成重叠部分。根據本發明之較佳實 輻射雜：了形輻㈣之二長邊係分別平行於第二長方形 之或短邊。又’馈入(㈣線係連接至位於前述 :重=的饋入點，·第一短路(Short)片係連接至第一短路 分.第路點係位於第—長方形輻射體之第-角落部 路點：；r係連接至與位於第二長方形轄射體之第二短 述之重點係鄰近於第二長方形轄射趙之遠離前 ϊ落ΐ::::與相鄰於第二長方形輻射體之第三 角洛口ρ刀之短邊相距有預設距離。 第-：接：：：之雙頻平板天線亦可由具有第-角落部分和 連接邊之第一截角長方形輻射體、與具有一第 之第二截角長方形輻射趙所構成，其中第 地相對於第一角落邻八夕# 4 Λ # 接逯係對角線 _截角县… 角落的斜邊，第二連接邊係第 接邊與第二連接邊之結合丄：：線:、連接至位於第-連 :第一=部；中第-短路點係位於第-截角長方形輻射體 77而第一紐路片係連接至與位於第二截角i 方形輻射體之第二短路a ^一戠角長 角長方形輻射體上遠= ^ 長邊因並與相鄰於第二連接邊之短邊相第距—有連一接預t距结離合處的 足短::薄:;r月，涵蓋寬廣的頻率範圍，並可滿 1279031 【實施方式】 本發明之特徵係在於提供包含有多邊形平板之金屬 ，〜 —黑 /ay "u «ju» 的天線，此多邊形平板係由二個長方形輻射體（輻射金屬板） 結合成類似暹羅連體人（The Siamese Twin)的型式，每一片長 方形輻射體均具有短路片，以縮小天線的尺寸。此金屬加工 的天線包含有連接至二個長方形輻射體之重疊部分之單一共 同饋入探針（Pr〇be Feed)。 八 請參照第1A圖至第10圖，其為分別緣示根據本發明之 第-較佳實施例之雙頻平板天線⑽的立體、俯視、正視和 圖。雙頻平板天们。。主要具有由第一長方形輕射 0和第二長方形輻射體12()所組成的金屬㈣元件。如 第二圖：不，第一長方形輻射體110具有第—角落部分、" 和第一角洛部分112，其中第一角落部八η 於第二角落部分心第：對角線地相對 分m η… 射體12具有第三角落部 中第一角洛部分112和第三角落部分122係共平面 且正乂地重疊在—起，而形成重叠部分H 重 150的形狀可為長方形或正方形。 ，、重兄‘刀 另外，雙頻平板天線1〇〇 一 和第，長方形輻射體所組成。所:第^ 二係指自連接it 152截去部份之第二角落部> u j 輻射辦"…. 為邊界之部份的第-長方來 :射體U0,樣地，所謂第二截角長方 長， 邊152為邊界之部份& g _ 體係私以連接 丨伪的第一長方形輻射體120。第一 歡月長方 1279031 形輻射體具有第-角落部分114和第一連接邊（如連接邊i52 所示），而第二截角長方形輻射體具有第二連接邊（如連接邊 152所不）’其中第一連接邊係第一截角長方形輻射體之截角 角落（位於第二角落部分112)的斜邊，第二連接邊係第二截角 長方形輻射體之截角角落（位於第三角落部分122)的斜邊，第 -連接邊係共平面地對齊並連接至第二連接邊。因此，本第 -較佳實施例之金屬輕射元件亦可由直接結合二截角長方形 輻射體而形成。 如第1A圖和帛1B圖所*，第一長方形輕射體ιι〇之二 長邊ma和mb係分別平行於第二長方形輕射體12〇之二短 邊126a和126b;第一長方形輻射體110之二短邊1163和116b 係分別平行於第二長方形輻射體120之二長邊12化和124b。 館入線140係連接至位於重昼部分15〇或前述之二截角長方 形輻射體之結合處（連接邊152)之饋人點F。第—短路片130a 係連接至第-短路點S1’其中第一短路點81係位於第一長方 形輕射體110之第一角落部分114，第二短路片^鳩係連接 至與位於第二長方形輻射體120之第二短路點S2，其中第二 紐路點S2係鄰近於第二長方形輻射體12〇上遠離 重叠部分-或連接邊152之長邊麗，並與相鄰於第：長) 射體m之第三角落部分122之短邊I26a相距有預設 p盥楚。饋入點F與第一短路點S1間的距離可約等於饋入點 :-短路點82間的距離，亦即饋人點F、第—短路點S1 與第-紐路點S2可形成一等腰三角形，藉以増加雙頻平板天 線的頻寬’ S而適用於IE_2.llb/g/a/j或藍芽（細ooth) 1279031 標準。 饋入線14〇可為饋入探針、微帶傳輸線、同軸饋線或其 他電磁訊號傳輸線。本發明之雙頻平板天線的金屬輻射元^ 可由黃鋼所製成，且可使用第一短路片13〇a和第二短路片 ⑽為支持元件而安裝在基板（未繪示）上，其中由導電 所製成之接地面係形成在基板上。第一短路片13〇&和第二短 =片^b係連接至位於基板上之接地面，而第—長方形輕射 :二0和第二長方形輻射體120的結合體與基板之間填充有 作::低"電㊉數之泡沫膠’藉以提升天線的輻射效率與操 又’本第-較佳實施例之雙頻平板天線的尺寸相 小輕薄的需求。例如：第-長方形輻射體110的尺 =第二長方形輕射體120，而第一長方形輕射體110之長 H長度約為8〜15公爱，短邊116a的長度約為6.5〜105 =，第：長方形輕射體120之長邊⑽的長度約為25〜35 二？ 126b的長度約為9〜17公爱。重疊部☆ 150可為 的京二入、線140的連接截面積即可，其中饋入線140之截面 、+徑約為0H.5公釐。第二短 箱 二短路片的長度’而第一短路片130a和第 30b的鬲度約為5〜7公釐。 第-較祛:第2A圖至第2D圖，其為分別繪示根據本發明之 第-較佳實施例之雙頻平板天線2〇。 ：之 側視示意圖。譬裢正此工ώ 菔俯視、正硯和 體21。和第線2〇。主要具有由第-長方形輻射 一長方形輻射體220所組成的金屬輻射元件。如 1279031 第2B圖所示，第一長方形輕射體210具有第一角落部分214 ^二角落部分則中第一角落部分214係對角線地相對 第二角洛部分212。第二長方形輻射體220具有第三角落部 分222,其中第二角落部分212和第三角落部分如係共平面 且正交地重疊在一起，而形成重疊部分25〇,其中重疊部分 250的形狀可為長方形或正方形。如上述之第—較佳實施例所 不’雙頻平板天線200亦可由第一截角長方形輻射體和第一 截角長方形輕射體所組成。如第2A圖和第2B圖所示，第一 較佳實施例和第二較佳實施例主要差異係在於：第一長方形 輻射體21〇之二長邊職和2m係分別平行於第二長方形 輪射體220之二長邊2243和2241>。饋入線24〇係連接至位於 重昼部分250或二截角長方形輻射體之結合處（連接邊抑之 饋入點F。第-短路片23〇a係連接至第一短路點§卜立中第 係位於第一長方形輕_21〇之第一角落部分 川’第二短路片2鳥係連接至與位於第二長方形輻射體22〇 之長邊224b的第二短路點S2，其中第二短路點以係位在與 短邊226a相距有預設距錐τ & # φ 另頂叹距離L的位置。饋入點F與第一短路點 S1間的距離可約等於饋入點F與第二短路點S2間的距離，亦 即饋入點F、第一短路點S1與第二短路點82可形成一等腰三 角形。 一 又^本第二較佳實施例之雙頻平板天線的尺寸相當小， 可滿足輕薄的需求。例如：第-長方形輻射體210的尺 :J於第一長方形輕射體220 ’而第—長方形輕射體210之長 邊·的長度約為8〜15公釐，短邊21“的長度約為7 11 1279031 第二長方形輻射體10 公釐，短邊226b的長声幼炎〇 町長度約為25〜35 可容納饋入線240的連：截面二7公[重疊部分25°的為 δ66 .連接截面積即可，其中饋人線240之# 預-距I Μ 〇 Η〜1 5公釐。第二短路點S2與短邊126a的 約等於短邊126,的長度，較佳是約 二 第一短二片2術和第二短路片機的高度約為Η公羞。而 值Μ意的是，以上所述之第―較佳實施例和第二 實施例之各構件的位置、尺寸和材質，及短路點與饋入點的 立置僅為舉例說明，故本發明並不在此限。 、 由模擬結果可證實本發明之雙頻平板天線具有相當優良 、天線特性，且可涵蓋操作於頻率約2.45GHz和5.4GHZ時 E8〇2’llb/g/a/j或藍芽（Bluetooth)標準所要求的頻寬。 一請參照第3A圖和第3B圖，其分別繪示根據本發明之第 :較佳實施例㈣〔較佳實施例之雙頻m線t關於返回 損失對頻率的模擬結果曲線圖。如第3A圖所示，當操作於頻 率約2.45GHz時，第一較佳實施例之雙頻平板天線天線的 1/ dB頻寬為約138MHz，而最大返回損失為約;當 操作於頻率約54GHz時，第一較佳實施例之雙頻平板天線天 線的ΊΟ-dB頻寬（即返回損失=_10dB時）為約1〇1〇MHz，而最 大返回損失為約13.45dBi(於約5.314GHz)。如第3Β圖所示， 當操作於頻率約2.45GHz時，第二較佳實施例之雙頻平板天 線天線的104B頻寬為約135MHz，而最大返回損失為約 ^•lSdBi(於約2 444GHz);當操作於頻率約5.4GHz時，第二 車父佳實施例之雙頻平板天線天線的i〇-dB頻寬為約 12 1279031 1007MHz ’而最大返回損失為約24dBi(於約5.314GHz)。 請參照第4A圖至第4D圖，第4A圖和第4B圖為分別繪 示本發明之第一較佳實施例之雙頻平板天線操作於2.45GHz 時之垂直面輻射場型的數據圖，其中φ分別為〇。和9〇。；第 4C圖和第4D圖為分別繪示本發明之第一較佳實施例之雙頻 平板天線操作於5.314GHz時之垂直面輻射場型的數據圖，其 中Φ分別為〇。和9〇。。從第4A圖至第4D圖可得知，本第一 較佳實施例之雙頻平板天線操作於2.45GHz和5.314GHz之 中〜頻率時’呈現相當優良的輻射場型，足以滿足使用者的 需求。 請參照第5A圖至第5D圖，第5A圖和第5B圖為分別繪 示本發明之第二較佳實施例之雙頻平板天線操作於2.444GHz 時之垂直面輻射場型的數據圖，其中Φ分別為0。和90。；第 5C圖和第5D圖為分別繪示本發明之第二較佳實施例之雙頻 平板天線操作於5.309GHz時之垂直面輻射場型的數據圖，其 中φ分別為〇。和90。。從第5 A圖至第5D圖可得知，本第一 較佳實施例之雙頻平板天線操作於2.444GHz和5.309GHz之 中心頻率時，呈現相當優良的輻射場型，足以滿足使用者的 需求。 由上述本發明較佳實施例可知，本發明之雙頻平板天線 具有寬頻率範圍、結構簡要、尺寸小以及重量輕的優點。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範 圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當 13 1279031 視後附之申請專利範圍所界定者為準 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的 ^ 更明顯易懂，所附圖式之詳細說明、特徵、優點與實施例能 第1A圖為繪示根據本發明之下· 天線的立體示意圖。 較佳實施例之雙頻平板 第1B圖為繪示根據本發明 天線的俯視示意圖。 第―較佳實施例之雙頻平板 第1C圖為緣示根據本發明 天線的正視示意圖。 之第一較佳實施例之雙頻平板 一較佳實施例之雙頻平板 二較佳實施例之雙頻平板 第1D圖為緣示根據本發明之第 天線的側視示意圖。 第2 A圖為緣示根據本發明之第 天線的立體示意圖。 第2B圖為繪示根據本發明之第二較佳實施例之雙頻平板 天線的俯視示意圖。 第2C圖為繪示根據本發明之第二較佳實施例之雙頻平板 天線的正視示意圖。 第2D圖為繪示根據本發明之第二較佳實施例之雙頻平板 天線的側視示意圖。 第3 A圖為繪示根據本發明之第一較佳實施例之雙頻平板 天線之關於返回損失對頻率的模擬結果曲線圖。 第3B圖為繪示根據本發明之第二較佳實施例之雙頻平板 1279031 天線之關於返回損失對頻率的模擬結果曲線圖。 第4 A圖為繪示本發明之第一較佳實施例之雙頻平板天線 操作於2.45 GHz時之垂直面輻射場型的數據圖，其中φ=〇。。 第4Β圖為繪示本發明之第一較佳實施例之雙頻平板天線 操作於2.45GHz時之垂直面輻射場型的數據圖，其中φ=90。。 第4C圖為緣示本發明之第一較佳實施例之雙頻平板天線 操作於5.314GHz時之垂直面輻射場型的數據圖，其中φ = 〇。。 第4D圖為繪示本發明之第一較佳實施例之雙頻平板天線 操作於5.314GHz時之垂直面輻射場型的數據圖，其中φ=90。。 第5 Α圖為繪示本發明之第二較佳實施例之雙頻平板天線 操作於2.444GHz時之垂直面輻射場型的數據圖，其中φ = 〇。。 第5Β圖為繪示本發明之第二較佳實施例之雙頻平板天線 操作於2.444 GHz時之垂直面輻射場型的數據圖，其中φ=9〇。。 第5C圖為繪示本發明之第二較佳實施例之雙頻平板天線 操作於5.309GHz時之垂直面輻射場型的數據圖，其中φ=1〇。。 第5D圖為繪示本發明之第二較佳實施例之雙頻平板天線 操作於5.309GHz時之垂直面輻射場型的數據圖，其中φ=90。。 【主要元件符號說明】 100雙頻平板天線 U〇第一長方形輻射體 120第二長方形輻射體 112第二角落部分 114第一角落部分 116a、116b 短邊 118a、118b 長邊 122第三角落部分 124a、124b長邊 15 1279031 126a、126b 短邊 130a第一短路片 130b第二短路片 140饋入線 150重疊部分 200雙頻平板天線 152連接邊 210第一長方形輻射體 220第二長方形輻射體 212第二角落部分 214第一角落部分 216a、216b 短邊 218a、218b 長邊 222第三角落部分 226a、226b 短邊 228a、228b 長邊 230a第一短路片 230b第二短路片 240饋入線 250重疊部分 252連接邊 F 饋入點 L預設距離 S1 第一短路點 S2第二短路點 16

Claims (1)

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ii讀專利範圍 1. 一種雙頻平板天線，至少包括： 一基板； 一第一長方形輻射體’具有一第一角落部分和一第二角 . 落部分，其中該第一角落部分係對角線地相對於該第二角落 部分； 一第二長方形輻射體，具有一第三角落部分，其中該第 Φ 二角落部分和該第三角落部分係共平面且正交地重疊而形成 一重疊部分； 一饋入線，連接至位於該重疊部分之一饋入點； 一第一短路片，連接至一第一短路點，其中該第一短路 點係位於該第一長方形輻射體之該第一角落部分；以及 一第二短路片，連接至與位於該第二長方形輻射體之一 第二短路點，其中該第二短路點係鄰近於該第二長方形輻射 體上遠離該重疊部分之一長邊，並與相鄰於該第二長方形輻 除射體之該第三角落部分之一短邊相距有一預設距離； 其中該第一短路片和該第二短路片係連接至位於該基板 上之一接地面。 2.如申請專利範圍第1項所述之雙頻平板天線，其中該第 一長方形輻射體之二長邊係分別平行於該第二長方形輻射體 之二短邊。 17 1279〇3i 3 jl —長方如申/月專利範圍第1項所述之雙頻平板天線，其中該第 形輻射體之二長邊係分別平行於該第二長方形輻射體 〜長邊。 入線传如h專利範圍帛1項所述之雙頻平板天線，其中該饋 族群。，、選自由饋入探針、微帶傳輸線及同軸饋線所組成之一 頻平板天線，其中該饋 •如申凊專利範圍第1項所述之雙 入點與兮货 > 翅路一丑路點間的距離係實質等於該饋入點與該第 a路點間的距離。 力 一善士…申明專利範圍第1項所述之雙頻平板天線，其中該第

長方形輻射體的結合體與該基板之 低介電常數之泡沫膠。 -甚士如中4專利範圍帛1項所述之雙頻平板天線，其中該第 長方形轄射體的尺寸小於該第二長方形輕射體。 叠邻八如中睛專利範圍帛1項所述之雙頻平板天線，其中該重 卩分的形狀為一正方形。 •一種雙頻平板天線，至少包括·· '基板； 9 1279031 一第一截角長方形輻射體，具有一第一角落部分和一第 一連接邊，其中該第一連接邊係對角線地相對於該第一角落 部分之截角角落的斜邊； 一第一截角長方形輻射體，具有一第二連接邊，其中該 第一連接邊係該第二截角長方形輻射體之截角角落的斜邊， 該第一連接邊係共平面地對齊並連接至該第二連接邊； 一饋入線，連接至位於該第一連接邊與該第二連接邊之 結合處的一饋入點； 第短路片’連接至一第一短路點，其中該第一短路 點係位於該第一截角長方形輻射體之該第一角落部分；以及 一第二短路片，連接至與位於該第二截角長方形輻射體 之第一短路點’其中該第二短路點係鄰近於該第二截角長 方形輻射體上遠離該第一連接邊與該第二連接邊之結合處之 一長邊，並與相鄰於該第二連接邊之一短邊相距有一預設距 離； 其中該第一短路片和該第二短路片係連接至位於該基板 上之一接地面。 1 〇·如申凊專利範圍第9項所述之雙頻平板天線，其中該 第截角長方形輻射體之二長邊係分別平行於該第二截角長 方形輻射體之二短邊。 11·如申請專利範圍第9項所述之雙頻平板天線，其中該 第一截角長方形輻射體之二長邊係分別平行於該第二截角長 127903i 方形轉射體之二長邊。 12·如申請專利範圍第9項所述之雙頻平板天線，其中該 饋入線係選自由饋入探針、微帶傳輸線及同軸饋線所組成之 —族群。 - 13.如申請專利範圍第9項所述之雙頻平板天線，其中該 饋入點與該第一短路點間的距離係實質等於該饋入點與該第 二短路點間的距離。 14·如申請專利範圍第9項所述之雙頻平板天線，其中該 第截角長方形輻射體和該截角第二長方形輻射體的結合體 與該基板之間填充有一低介電常數之泡沫膠。 20