TWI314372B - Coupled feed-in butterfly shaped left/right hand circularly polarized thin sheet antenna - Google Patents

Description

1314372 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種耦合饋入圓極化微帶天線之技術領域， 具體而言係指-種可調整阻抗頻寬，以獲得較寬之阻抗及轴比 頻寬的圓極化微帶天線。 【先前技術】 近幾年來，無限通訊的產品、硬體技術及軟體技術之研究 白有相田大的進展’尤其無線通訊產品的應用及其他固定式無 線通訊系統的應用，均有應用到大量音訊傳送與大量影像傳 运，更由於通訊量的大增，傳送品質及速度的提升，無線通訊 的硬體技術及軟體技術都有進—步需要改善的空間。 現今社會隨著網際網路的蓬勃發展，使得大眾對寬頻的需 夂連贡大巾田提昇’京尤以無線寬頻的區域多點資訊傳輸設備 (曰LMDS’Local Multipoint Distribution Service)來說，一種 提供整合性互動性寬頻傳㈣介，*僅整合提供聲音及影像傳 '未來也有機會發展成無線室内電話機制，進而取代傳統家 用的有線電話。 由於微π天線所需尺寸極薄，相對於其他種類天線而言是 «電製作’且具備了體積小、重量輕、厚度薄以及低 製造成本等優點’而現有之無線通訊或是全球位置測定系統 (GPS)等應用’往往是需要低成本、厚度薄及能用於多頻操作下 的天線’於疋變頻微帶天線的特性及應用層面，隨著通訊技術 1314372 的進步，日益突顯其重要性。 在傳統的微帶天線中，天線的設計其所具有的窄頻特性是 必需考慮的，此外微帶天線除了單—饋人的圓極化之外，它的 =寬限制常常受到輸人阻抗的共振作用所影響，故如何增加微 =天線頻寬或是如何設計變頻微帶天線，寬頻阻抗匹配的改變 是—個常常想到的解決方法！

【發明内容】 本發明之目的即在於提供一種圓形連接柱，經由長度改變 或直徑改變而可調整阻抗頻寬之叙合饋人蝴蝶型左手/右手圓 極化微帶天線。 本發明之次一目的係在於提供一種耗合饋入蝴蝶型左号 右手圓極化微帶天線，其天線形狀與尺寸構成單—性，再匹I 不同財之圓形連接柱，以具備變頻微帶天線的特性。 可達成上述發明目的之麵合饋人蝴蝶型左手/右手圓極4 微帶天線，係於筮—人μ # t )丨貝土板、第二介質基板及第三介質基4 於空間上互相平行堆疊設置，包括有： 三角諧振器，係以導電金屬_，並構成於第—介質基本 之上表面； 蝴蝶型輻射器 板之下表面，龙- 角與後翼角均為— 係以導電金屬姑刻，並構成於第一介質基 側係對稱設置有前翼角與後翼角，且該前翼 銳角，其中該二相對之後翼角間，至少形成 1314372 有-圓孔’該_型輻射器更於内周側形成有三角狀之莫空 部，而該簍空部之前側區域更形成有一頂角； 長矩形镇線，係以導電金屬钮刻，並構成於第二介質基板 之上表面，其一端部形成有連接端點與連結孔， 形成有信號感應點； 而另一端部則

連接片’係位於該長矩形饋線之連接端點處，並連接至該 蝴蝶型輻射器； 圓形連接柱，係構成於長矩形饋線之連結孔，且圓形連接 柱頂端並對應蝴蝶型輻射器之圓孔相互保持有—間隔空間，以 供蝴蝶型輻射器調整阻抗頻寬； 饋入接頭，係貫穿構成於第三介質基板，並與第三介質基 板上表面卿叙信㈣合w連接，使信號㈣感應方式耗 合饋入長矩形饋線之信號感應點。 【實施方式】 請參閱圖-與圖二’本發明所提供之耦合饋人蝴蝶型左手/ 右手圓極化微帶天線，係於第—介f基板、第二介質基板及第 三介質基板於s間上互相平行堆疊設置構成，，主要包括有：— 三角错振器⑴、一蝴蝶型轄射器⑵、一長矩形饋線⑶、一連 接片（4)、-圓形連接柱⑸、—饋人接頭⑹以及信號麵合貼片 (61)所構成。 如圖三所示，該三角错振器⑴係以㈣技術形成導電金屬 1314372 “片ι構成於第-介質基板之上表面，該三角諧振器⑴之造 型與夹角係與後述蝴蝶型㈣器⑵之#空部⑽相同或近 似’且該三角譜振器⑴儀與蝴蝶型輕射器⑵呈相互平行構成； 該蝴蝶型輻射器（2)係以導電金屬蝕刻 基板之下表面，其二側係對稱設置有前翼角 ，且該前翼角（21)與後翼角（22)均為一銳 如圖四與圖五所示 並構成於第一介質 (21)與後翼角（22) 角，该二相對之後翼角（22)間， 孔（23)可供對應圓形連接柱（5) 側形成有三角狀之簍空部（24)， 形成有一頂角（25); 至少形成有一圓孔（23)，該圓 ，其蝴蝶型輻射器（2 )更於内周 而該簍空部（24)之前側區域則 如圖六所示，該長矩形饋線⑶係以導電金屬㈣，並構成 於第二介質基板之上表面’其―端部形成有連接端點⑻與連 結孔⑽’而另—端部則形成有信號感應點（33)，以提供蝴蝶 型輻射器（2)與長矩形饋線形成電氣連結； 如圖七所不，該連接片⑷其1係位於該長矩形饋線⑶ 之連接端點（31)處，而另—端則連接至該蝴蝶_射器⑵；其 中該連接片⑷與長矩形饋線⑶能共同組成—微波阻抗轉換 器’兩者之總長小於四分之—波長’以有別於傳統阻抗轉換器 採用四分之一波長之設計，此為本發明之另一特點； 如圖八所示，該圓形連接柱⑸，其—端係構成於長矩形饋 線⑶之連結孔⑽，且圓形連接柱⑸頂端對應_型輕射器 1314372 (2)之圓孔（23)，並相互保持有一間隔空間，其圓形連接柱（5) 直徑或長度的調整改變’均能提供蝴蝶型輻射器⑵調整阻抗頻 寬，此為本發明之一特點； 該饋入接頭⑻，係貫穿構成於第三介質基板，並與第三介 質基板上表面所形成之信號耦合貼片⑽連接，以提供信號輸 入時，信號是以感應方式㉝合饋人長矩形饋線⑶之信號感應點 ⑽’此為本發明之再-特點；本發明係以饋入接頭⑻作為接 收該電波tfL號之輸人或輸出用，其餽人接頭係選自⑽接頭或 Type-N等接頭。 如圖九所示，為本發明搞合饋入蝴蝶型右手圓極化微帶天 線之側面架構示意圖，其與左手圓極化微帶天線結構上之差異 在於長矩形饋線（3)、連接片⑷、圓形連接柱⑸、饋人接頭⑻ 以及信號_合貼片⑽所設置之方向不同，其餘皆相同， 本無明各層之介質基板係以印刷電路板（pcB)、剛印刷電 板 '及R0印刷電路板為主，並以多層堆疊而成，以增加阻抗 及軸比頻寬’ s亥介質基板基本均以導體薄片、導體金屬或導體 金屬溥片採用黏貼或_方式設置於其上表面，當訊號由5〇歐 姆之餽入接頭輸入（或輸出）時，其信號會再藉由輛合感應方式 感£'至上層之長矩形饋線（3)傀入，不同於傳統信號直接餽入方 式因此明顯克服傳統微帶天線窄頻帶寬之缺點，故而能使本 發明之阻抗頻寬明顯獲得增大。 1314372 本發明主要是為克服習用之圓極化微帶天線之轴比頻寬， ®目刖之圓極化微帶天線之軸比頻寬一般都相當窄，即使如國 • 内外相關文獻記載或有某些技術獲致稍寬之軸比頻寬，但其增 益通常不高，同時其波束未必維持在波傳播方向（即所謂之準星 方向），纟實天線圓極化之軸比與其信號魏人角度有相關性，故 信號通常易受餽線長度及擺置位置影響；因此，本發明的主要 功能為該信號由50歐姆之餽入接頭輸入（或輸出）時，其能使阻 抗匹配電路不文四分之一波長限制，因而可以明顯緊縮匹配電 路尺寸，故天線之大小相對可以縮小，而達到縮減天線體積減 輕天線重量之設計目標。 •當信號進入餽入接頭後，該饋入接頭（6)則以感應方式將信 號輕合傳送至長矩形饋線⑶，因長矩形饋線⑶受到電場或磁 場的作用，而於接收信號後，能直接將信號經由連接片（〇傳送 _至蝴蝶型輻射器（2) ’並使蝴蝶型輻射器（2)與三角諧振器（丨）間 形成波束並向外輕射。 由於本發明圓形連接柱（5)其頂端不直接與蝶形輻射器連 接，此間隔空間不僅為一間隔空間，更預留圓形連接柱（5)調整 長紐之空間，而該圓形連接柱（5)不僅可調整長度，相對的也可 调整其直徑的徑向大小，以達在不破壞波束及不改變相關元件 關係的條件下，能將已經被調變過的波束信號調整到頻譜的新 位置，如此可明顯調整圓極化軸比頻寬，同時更使三角諧振器 1314372 (1)與蝴蝶型輻射器（2)間波束能維持於波傳播方向，故當波束 • 通過蝴蝶型輕射器⑵向外輕射，進而能再有效減少信號傳輸之 . 反射損耗，因而獲得比較大的阻抗頻寬。 本發明之微帶天線為獲得比較大的阻抗頻寬和緊縮匹配電 路尺寸，其以不同厚度或相同厚度之介質基板堆疊而成，以增 加厚度來展寬頻帶。 m 請參閱圖十，為本發明耦合饋入蝴蝶型左手/右手圓極化微 帶天線模擬與量測之返回損失圖，係以21GHz為設計操作頻率 在R.L=-l〇dB以下之阻抗頻寬約33%之示意圖。 圖十一為本發明耦合饋入蝴蝶型左手/右手圓極化微帶天 線杈擬與置測之圓極化軸比圖，在中心頻率2· 1GHz的百分之五 十五的範圍内’其軸比值都小於3dB以下。 再者圖十二為本發明耦合饋入蝴蝶型左手/右手圓極化微 |帶天線實作成品經由微波暗室近場量測系統所量測之圓極化轴 比場圖。 而圖十二為該耦合饋入蝴蝶型左手/右手圓極化微帶天線 之圓極化增益圖。 綜上所述，可以理解到本發明不但在空間型態上確屬創 新，並能有效解決習用物品所面臨的問題，同時大幅增進其功 效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品發明或公開 使用，同時具有功效的增進，本發明應已符合發明專利有關「新 12

1314372 穎性」與「進步性」的法定要件，乃依法提出發明專利申請， 祈請早日賜准本發明專利，至感德便。 【圖式簡單說明】 圖一為本發明耦合饋入蝴蝶型左手圓極化微帶天線之立體 示意圖，用以說明本發明之構成及其相對關係。 圖二為本發明耦合饋入蝴蝶型左手圓極化微帶天線之架構 示意圖。 圖二為本發明三角諧振器之平面示意圖。 圖四為本發明蝴蝶型輻射器之平面示意圖。 圖五為本發明耦合饋入蝴蝶型右手圓極化微帶天線之立體 示意圖。 圖六為本發明長矩形饋線之平面示意圖。 圖七為本發明連接片之平面示意圖。 圖八為本發明圓形連接柱之外觀示意圖。 圖九為本發明耦合饋入蝴蝶型右手圓極化微帶天線之側面 架構示意圖。 圖十為該圓極化微帶天線之返回損失圖。 圖十一為該圓極化微帶天線之圓極化軸比圖。 圖十一為該圓極化微帶天線由微波暗室近場量測系統所量 測之圓極化軸比場圖。 13 1314372 圖十三為該圓極化微帶天線之圓極化增益圖。 【主要元件符號說明】 1三角諧振器 2蝴蝶型輻射器 21前翼角 22後翼角

23圓孔 24簍空部 25頂角 3長矩形饋線 31連接端點 32連結孔 33信號感應點 4連接片 5圓形連接柱 6饋入接頭 61信號耦合貼片 14

Claims (1)

1314372 申請專利範圍： i分吟月，曰修<更)正替換義 一種耦合饋入蝴蝶型左手/右手圓極化微帶天線，包括： 三角諧振器； 蝴蝶型輻射器，係於二侧對稱設置有前翼角與後翼角，且 該前翼角與後翼角均為一銳角’其中該二相對之後翼角 間’至少形成有一圓孔’該蝴蝶型輻射器更於内周側形成

有三角狀之簍空部’而該簍空部之前侧區域更形成有一頂 角； 長矩形饋線，其一端部形成有連接端點與連結孔，而另一 端部則形成有信號感應點； 連接片，係位於該長矩形饋線之連接端點處，並連接至該 蝴蝶型輻射器； 圓形連接柱，係構成於長矩形饋線之連結孔，且圓形連接 % 柱頂端並對應蝴蝶型輻射器之圓孔，與蝴蝶型輻射器相互 保持有一間隙； 饋入接頭，係將信號接到信號耦合貼片再以感應方式耦合 饋入至上層長矩形饋線之信號感應點。 2.如申請專利範圍第1項所述之一種耦合饋入蝴蝶型左手/右 手圓極化微帶天線，其中該三角諧振器係構成於第一介質 基板之上表面。 3_如申請專利範圍第1項所述之一種耦合饋入蝴蝶型左手/右 15 1314372 ‘手圓極化微帶天線，其中該蝴蝶型輻射器係構成於第一介 質基板之下表面。 4,如申請專利範圍第1項所述之一種耦合饋入蝴蝶型左手/右 手圓極化微帶天線，其中該長矩形饋線係構成於第二介質 基板之上表面。 丨5_如申請專利範圍第1項所述之一種耦合饋入蝴蝶型左手/右 手圓極化微帶天線，其中該饋入接頭係貫穿構成於第三介 質基板，並與第三介質基板上表面所形成之信號耗合貼片 連接。 6* 一種耦合饋入蝴蝶型左手/右手圓極化微帶天線，係於第一 介質基板、第二介質基板及第三介質基板於空間上互相平 行堆疊設置，包括： 三角諧振器，係構成於第一介質基板之上表面； 蝴蝶型輻射器，係構成於第一介質基板之下表面，其二側 係對稱設置有前翼角與後翼角，且該前翼角與後翼角均為 -銳角’其中該二相對之後翼角間’至少形成有一圓孔， 該蝴蝶型賴射器更於内周侧形成有三角狀之莫空部，而該 簍空部之前侧區域更形成有一頂角； 長矩形饋線’係構成於第二介質基板之上表面，其一端部 形成有連接端點與連結孔，而另一端部則形成有信號感應 16 1314372 點；

連接片，係位於該長矩形饋線之連接端點處，並連接至該 蝴蝶型輻射器； 圓形連接柱，係構成於長矩形饋線之連結孔，且圓形連接 柱頂端並對應蝴蝶型輻射器之圓孔，與蝴蝶型輻射器相互 保持有一間隙，以供蝴蝶型輻射器調整阻抗頻寬； 饋入接頭，係貫穿構成於第三介質基板，並與第三介質基 板上表面所形成之信號耦合貼片連接，係將信號接到信號 耦合貼另再以感應方式饋入至上層長矩形饋線之信號感應

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