TWI333715B - - Google Patents

Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領威】 本發明係有關於一種小型化三頻菱形共面波導式天 線’利用菱形輻射金屬和接地面上之缺口製造耦合效應， 達到良好的阻抗匹配；而其主要係在輻射金屬片與接地面 上分別設有對稱的第一槽縫及第二槽縫，即可抑制掉不必 要之頻帶，以達到三頻之效果。 【先前技術】 近年來無線通訊已在生活中成為不可或缺的科技，如 PDA、筆記型電腦、3G手機等，為達到無線傳輸的需求， 通訊頻段必需多頻和寬頻，即未來會大量被應用的WIMAX 和UWB通訊協定，而目前大部份的作法為要増加通訊頻段 和頻寬就必須增加天線的數目或以寬頻天線來涵蓋操作 頻段；而在習知天線設計上’大多的天線體積都較大佔了 電路中很大的面積，對現今輕薄短小的無線通訊產品來 說，無疑是不太適用的，應用於小型化超寬頻天線的體積 僅有34x17x0. 8mm3,而應用於WIMAX規格的三頻天線體積 僅有46x24x0. 8mm3,但寬頻夭線須加入遽波器來抑制掉不 需要的操作頻段，造成了製造程序複雜、成本増加、且重 量增加。 【發明内容】 爰此，習知的收縮膜樺籤於製造使用時具有上述缺 點，故本發明係為一種小熨化三頻菱形共面波導式天線， 1333715 其係在於微波基板，該微波基波上形成有菱形之輻射金屬 片’該輻射金屬片之下端分別設有相對稱之接地面，該二 - 接地面上相對稱設有矩形之缺口，又於輻射金屬片的上端 一側分別設有對稱之倒L形的第一槽縫。 上述該接地面上方平行於缺口之方向，分別設有對稱 之I形的第二槽縫。。 上述該第一槽縫及第二槽縫之寬度均為lmm，又第一槽 修 縫長度設為13mm時，而第二槽缝的長度設為1〇丽時。 上述該第一槽縫其長度為7丽。 本發明具有下列功效： 1·本發明具有小型化、高增益和良好的輻射場型特 性’故對於學術或商業上的考量都有幫助。 2.本發明與習知天線比較，具有較寬的阻抗頻寬及較 小的天線尺寸，且在輻射金屬片中加入兩條槽縫來抑制掉 不需要之頻段’使原本超寬頻天線可節省下濾波器的成本。 魯 3.本發明具有更寬的操作頻帶，可涵蓋更多的無線通 訊應用，且於設計上較容易製造，簡單而不失其功能性。 4.本發明是印刷式構造，具有重量輕、低姿態（1〇w

Profile)、低成本及容易與射頻電路系統做整合等優點。 【實施方式】 首先’請參閱第一圖所示，本發明主要係設有一微波 基板（1)，該微波基板（1)上形成有一菱形之輻射金屬片 (11)，該輻射金屬片（U)之下端分別設有相對稱之接地面 丄 333715 (12) ’該二接地面（12)上的相對稱位置處設有矩形之缺口 (13) ’又於輻射金屬片（η)的上端二側向饋入端分別設有 一個對稱之倒L形的第一槽縫（14)，另由接地面（12)上方平 行於缺口之方向，分別設有對稱之I形的第二槽縫（15)。 本發明係將微波基板（1)、菱形之輻射金屬片（11)及對 稱之接地面（12) ’同時印製在一相對介電常數為= 4· 4,損耗正切（i〇ss tangent)為〇 〇245,厚度為 1〇 = 〇 8賴 φ 及面積為46随X 24mm的FR4板上，同時50歐姆的共面波導 饋入線則從天線主體中央沿著2軸筆直的饋入，饋入的微帶 線寬度為6. 2mm;主要係在於接地面（12)上的兩個對稱矩 形缺口（13)，然後選擇一個適當的尺寸，將會使的特定頻 帶内之阻抗受到影響，再經由調整50歐姆的共面波導饋入 線長度即可達到良好的阻抗匹配，如此即可形成一個寬頻 -操作的天線，此時其頻段涵蓋2· 43〜6fGHz;然後分別在輻 射金屬片（11)和接地面（12)中分別設有兩個對稱的第一槽 φ縫（⑷及第二槽縫（15)，而該第-槽缝（14)及第二槽縫（15) 之寬度均為lmm，由於要抑制掉兩個頻段，所以該第一槽縫 (一 14)及第一槽缝（15)長度也因此不一樣，如此更符合WIMAX 三個頻段的應用，其中倒L形之第—槽縫⑽長度設為13顏 時，則可抑制掉低頻（2· 96〜3· 25GHz)的頻段，而第二槽 缝05)的長度設為1〇賴時’則可抑制掉高頻 (L5· 12GHz)的頻段’第二圖則為此三頻菱形共面波 導式天線的反射損失圖，其中實線代表實驗量測的結果， 1333715 虛線則為軟體模擬分析的結果，此三個頻段（2· 25〜2.97， 3· 25〜3. 92’ 5· 12〜6 t GHz)是非常符合WIMAX技術之操作 ' 頻段’而第二圖、第四圖及第五圖分別為操作頻率在 2. 5GHz、3. 5GHz和5. 5GHz時，X-Z平面和X_Y平面上的同極 化和交差極化遠場輻射場形實驗量測結果，其中實線表示 為CO-POL(同極化）’虛線表示為p〇L(交叉極化）’且從 這些輻射場形的結果顯示本發明所述天線具有不錯的主極 鲁化輻射’且為常用的垂向轄射（broadside radiation)， 又第六圖、第七圖及第八圖分別為三個頻段天線增益圖， 由圖中可知三個頻段的天線最大增益值分別為3. 07、2. 65 及5.56dBi，除了满足WiMAX系統高增益的須求，並且有更 小更輕薄的體積。 本發明另一實施例，如第九圖所示，主要係設有一微 -波基板（1A)，該微波基波（ία)上形成有一菱形之輻射金屬 片（11A) ’該輻射金屬片（ha)之下端分別設有相對稱之接 • 地面（12A)，該二接地面（12A)上的相對稱位置處設有矩形 之缺口（13A)，又於輻射金屬片（11A)的上端二側向饋入端 分別設有一個對稱之倒L形的第一槽縫（14A)，。 本發明係將微波基板（1A)、菱形之輻射金屬片（ηa)及 對稱之接地面（12A)，同時印製在一介電係數為4. 4，板厚 為0.8mm的FR4板’損耗正切（l〇ss tangent)為0.0245， 而其®積31為34mmX17mm ’而其50歐姆共面波導饋入線沿著 -Z轴筆直饋入其寬為3.4mm’而饋入線旁為兩個對稱的接地 12A) ’而產生寬頻操作的料在於接地面⑽）上的矩 官口（13A) ’選擇適當的長度和寬度可達到超寬頻的阻抗 π要求，而最上方為天線減主體菱形之輻射金屬片 ^) ’其為了達到抑制掉腿8〇2 Ua (5 15 5 825gHz) 之已使用到的頻段來降底其之間的干擾，故在菱形之轄射 屬片（11A)上設有二個對稱式的倒[型的第一槽縫 (j4A)，其長度為7mm，可有效的抑制掉5. 25〜5. 88GHz的頻 如第十圖所示，為其反射損失圖，第十—圖則為此增 益隨頻率而變的天線增益圖，其中之實線均表示設有第一 槽縫（14A)，而虛線則表示未設有第一槽縫（14A);而第十 一圖、第十三圖及第十四圖則為其實驗結果的輻射場型圖 於3.1〇此、7.501^和1〇.601^，分別含有1-2平面和义-丫平 面’其中實線表示為C〇-p〇L(同極化），虛線表示為X- p〇L(交 又極化）。 因此本發明在應用於WIMAX的天線中，在韓射金屬片與 接地面上分別設有對稱的第一槽縫及第二槽縫，即可抑制 掉不必要之頻帶，達到三頻之效果，不須要額外加入濾波 器來遽掉不必要之頻段，更可降低成本，而且在UWB應用的 天線中’也以同樣的做法達到抑制頻段的效果，即除了體 積小’重量輕··等等功效外，更有良好的輻射特性，此設 計方法使得菱形天線在多種通訊規格下皆可達到·良好的應 用0 【圖式簡單說明】 1333715 第一圖係為本發明之構造示意圖。 第二圖係為本發明之三頻菱形共面波導式天線的反射損失 圖。 第二圖係為本發明操作頻率在2.5GHz時，X-Z平面和X-Y平 面上的同極化和交差極化遠場輻射場形實驗量測結 果示意圖。 第四圖係為本發明操作頻率在3 5GHz時，χ_ζ平面和χ_γ平 _ 面上的同極化和交差極化遠場輻射場形實驗量測結 果示意圖。 第五圖係為本發明操作頻率在5 5GJJZ時，χ_Ζ平面和χ_γ平 面上的同極化和交差極化遠場輻射場形實驗量測結 .果示意圖。 第六圖係為本發明頻段的天線具有最大增益值為3 〇7dBi 的示意圖。 第七圖係為本發明頻段的天線具有最大增益值為2. 65dBi # 的示意圖。 第八圖係為本發明頻段的天線具有最大增益值為5 56dBi 的示意圖。 第九圖係為本發明另一實施例之構造示意圖。 第十圖係為本發明另一實施例之反射損失圖。 第十一圖係為本發明另一實施例之增益隨頻率而變的天線 增益圖。 '第十二圖係為本發明另一實施例操作頻率在3. 1GHz時，Χ-Ζ 1333715 平面和X-Y平面上的同極化和交差極化遠場輻射 場形實驗量測結果示意圖。 第十三圖係為本發明另一實施例操作頻率在7. 5GHz時，Χ-Ζ 平面和X-Y平面上的同極化和交差極化遠場輻射 場形實驗量測結果示意圖。 第十四圖係為本發明另一實施例操作頻率在10. 6GHz時， X-Z平面和X-Y平面上的同極化和交差極化遠場 輻射場形實驗量測結果示意圖。 【主要元件符號說明】 (1) 微波基板 (11) 輻射金屬片 (12) 接地面 (13) 缺口 (14) 第一槽縫 (15) 第二槽縫 (1A) 微波基板 (11A) 輻射金屬片 (12A) 接地面 (13A) 缺口 (14A) 第一槽縫 11

Claims (1)

1. 333715 I------2iU_9___J 十、申請專利範圍： fn年曰修(史)止#換 丨.—種小型化三頻菱形共面波導式天線，其係設有微一 波基板，該微波基板上形成有菱形之輻射金屬片，該輻射 金屬片之下端分別設有相對稱之接地面，該二接地面上相 對稱設有矩形之缺口，又於輻射金屬片的上端二側分別設 有對％之倒L形的第一槽縫，另設一饋入微帶線係筆直通過 該二相對稱的接地面之間，而連接至該輻射金屬片具有第 一槽縫之另一對角側。 2. 如申請專利範圍第1項所述小型化三頻菱形共面波 導式天線其中该接地面上方平行於缺口之方向，分別設 有對稱之I形的第二槽縫。 3. 如申請專利範圍第2項所述小型化三頻菱形共面波 導式天線’其中該第—槽縫及第二槽縫之寬度均為―，又 第一槽縫長度設為13_’而第二槽缝的長度設為10mm。 4·如申清專利範圍第1項所述小型化三頻菱形共面波 V式天線’其中該第—槽縫其長度為7_。 12