TWI383537B - 圓極化耦合裝置 - Google Patents

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TWI383537B TW097103044A TW97103044A TWI383537B TW I383537 B TWI383537 B TW I383537B TW 097103044 A TW097103044 A TW 097103044A TW 97103044 A TW97103044 A TW 97103044A TW I383537 B TWI383537 B TW I383537B
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Kuo Fong Hung
Yi Cheng Lin
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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Description

圓極化耦合裝置
本發明係有關於一種耦合裝置，特別係有關於一種用於傳輸圓極化電磁波訊號的耦合裝置。
參照第1a以及1b圖，其係顯示習知用於傳輸圓極化電磁波訊號的耦合裝置1，包括一基板10、一輻射體20以及一接地層30。該基板10包括一第一表面以及一第二表面，該第一表面相反於該第二表面，該輻射體20設於該第一表面之上，該接地層30設於該第二表面之上。該輻射體20呈矩形，並包括一缺角21。參照第1b圖，其係顯示第1a圖中的I－I方向截面圖，同軸纜線40耦接該耦合裝置1，其中，訊號線41穿過該基板10耦接該輻射體20。
習知之耦合裝置1所提供的軸比頻寬(axial ratio bandwidth)僅為3~5%，因此並無法有效傳輸各種共振方向的無線訊號。
本發明即為了欲解決習知技術之問題而提供之一種耦合裝置，用以傳輸一無線訊號，包括一基板、一接地層以及一饋入導體。基板包括一第一表面以及一第二表面，該第一表面相反於該第二表面。接地層設於該第二表面，該接地層包括一圓形開口，該圓形開口包括一開口邊緣以及一開口圓心。饋入導體延伸於該第一表面，該饋入導體包括一傳導部以及一饋入部，該傳導部連接該饋入部，該饋入部對應該圓形開口，其中，該開口邊緣與該饋入部之間具有一徑向間距，該開口圓心位於一基準線之上，該基準線平行於該傳導部的延伸方向，該開口圓心與該開口邊緣之間具有一徑向線，該徑向間距的長度隨著該徑向線與該基準線之間的夾角而逐漸變化。
本發明所提供之軸比頻寬(axial ratio bandwidth)約為15%。因此，相較於習知技術，本發明可有效傳輸各種不同頻率的無線訊號。同時，本發明之有效頻段(反射損耗低於－10dB的部分)約介於9GHz至11GHz之間。因此，本發明之耦合裝置可提供較大的頻寬。
第2a圖係顯示本發明之耦合裝置100的俯視圖，第2b圖係顯示本發明之耦合裝置100的側視圖。參照第2a以及2b圖，耦合裝置100包括一基板110、一接地層120、一饋入導體130以及一腔體140。基板110包括一第一表面111以及一第二表面112，該第一表面111相反於該第二表面112。接地層120設於該第二表面112，該接地層120包括一圓形開口121，該圓形開口121包括一開口邊緣1211以及一開口圓心1212。饋入導體130延伸於該第一表面111，該饋入導體130包括一傳導部132以及一饋入部131，該傳導部132連接該饋入部131，該饋入部131對應該圓形開口121，其中，該開口邊緣1211與該饋入部131之間具有一徑向間距ρg ，該開口圓心1212位於一基準線101之上，該開口圓心1212與該開口邊緣1211之間具有一徑向線102，該徑向間距ρg 的長度隨著該徑向線102與該基準線101之間的夾角ψ而逐漸變化。
基板110更包括一第一邊緣113以及一第二邊緣114。該第一邊緣113垂直該第二邊緣114。該傳導部132從該第一邊緣113朝該圓形開口121延伸，該基準線101平行於該傳導部132的延伸方向以及該第二邊緣114。
耦合裝置100用於傳輸一圓極化無線訊號。
當該徑向線102與該基準線101之間的夾角ψ沿逆時鐘方向而逐漸變化時，該徑向間距ρg 逐漸增加。
該饋入部131包括一第一邊緣曲線C1 以及一第二邊緣曲線C2 ，該第一邊緣曲線C1 以及該第二邊緣曲線C2 滿足下列公式：
a代表該第一邊緣曲線C1 的旋轉率係數(spiral rate coefficient)，b代表該第二邊緣曲線C2 的旋轉率係數(spiral rate coefficient)，t代表該饋入部的初始厚度。
該第一邊緣曲線C1 以及該第二邊緣曲線C2 包括一終端角度ψe ，該終端角度ψe 小於2 π。
搭配參照第3圖，在本發明的實施例中，由於該徑向間距ρg 的長度隨著該徑向線102與該基準線101之間的夾角ψ而逐漸變化，因此在圓形開口121中定義了一特定形狀的共振區域A。在傳輸無線訊號時，該饋入部131耦合該圓形開口121，並透過該共振區域A傳輸該圓極化無線訊號。
在本發明的實施例中，各參數的數值如下：t＝0.5公釐、D＝20公釐、a＝0.5、b＝0.7、ψe ＝1.5 π。
在上述實施例中，該第一邊緣曲線C1 以及該第二邊緣曲線C2 滿足公式(1)、(2)，然其並未限制本發明。應用本發明，當該徑向間距ρg 的長度隨著該徑向線102與該基準線101之間的夾角ψ而逐漸變化時(例如，當該徑向線102與該基準線101之間的夾角ψ沿逆時鐘方向而逐漸變化時，該徑向間距ρg 逐漸增加)，其均有可能達到傳輸圓極化無線訊號的效果。
再參照第2a以及2b圖，該腔體140包括一腔體開口141，該腔體開口141重疊對應該圓形開口121，藉此，該腔體140屏閉該圓形開口121，藉此增加訊號強度，增進訊號傳輸的效果。該腔體140耦接該接地層120，其形狀為圓柱形，材質為金屬。該腔體140包括一腔體高度Hc ，該腔體高度Hc 約等於該無線訊號之波長λ的四分之一。在一實施例中，該腔體高度Hc 亦可小於該無線訊號之波長λ的四分之一，只要能滿足訊號傳輸需求即可。
在上述實施例中，透過該腔體140增加訊號強度並增進訊號傳輸效果。然此並未限制本發明，在一變形例中，亦可省略該腔體140，而單純以該基板110、該接地層120以及該饋入導體130傳輸該無線訊號。
第4圖係顯示本發明中在耦合裝置頂端測得之輻射增益以及軸比的頻率響應(frequency response of radiation gain and axial ratio observed at zenith)。參照第4圖，本發明所提供之軸比頻寬(axial ratio bandwidth)約為15%。因此，相較於習知技術，本發明可有效傳輸各種不同頻率的無線訊號。
第5圖係顯示本發明之耦合裝置的反射損耗。參照第5圖，本發明之有效頻段(反射損耗低於－10dB的部分)約介於9GHz至11GHz之間。因此，本發明之耦合裝置可提供較大的頻寬。
本發明之耦合裝置可以應用於圓極化天線之饋入組合結構，或導波管的傳輸器(Transducer)。
雖然本發明已以具體之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．耦合裝置
10．．．基板
20．．．輻射體
21．．．缺角
30．．．接地層
40．．．同軸纜線
41．．．訊號線
100．．．耦合裝置
101．．．基準線
102．．．徑向線
110．．．基板
111．．．第一表面
112．．．第二表面
113．．．第一邊緣
114．．．第二邊緣
120．．．接地層
121．．．圓形開口
1211．．．開口邊緣
1212．．．開口圓心
130．．．饋入導體
131．．．饋入部
132．．．傳導部
140．．．腔體
141．．．腔體開口
A．．．共振區域
C1 ．．．第一邊緣曲線
C2 ．．．第二邊緣曲線
D．．．開口直徑
ρg ．．．徑向間距
第1a圖係顯示習知之耦合裝置；第1b圖係顯示第1a圖中的I－I方向截面圖；第2a圖係顯示本發明之耦合裝置的俯視圖；第2b圖係顯示本發明之耦合裝置的側視圖；第3圖係顯示本發明之耦合裝置的共振區域；第4圖係顯示本發明中在耦合裝置頂端測得之輻射增益以及軸比的頻率響應；以及第5圖係顯示本發明之耦合裝置的反射損耗。
100．．．耦合裝置
101．．．基準線
102．．．徑向線
110．．．基板
111．．．第一表面
112．．．第二表面
113．．．第一邊緣
114．．．第二邊緣
120．．．接地層
121．．．圓形開口
1211．．．開口邊緣
1212．．．開口圓心
130．．．饋入導體
131．．．饋入部
132．．．傳導部
140．．．腔體
C1 ．．．第一邊緣曲線
C2 ．．．第二邊緣曲線
D．．．開口直徑
ρg ．．．徑向間距

Claims (14)

  1. 一種耦合裝置，用以傳輸一圓極化無線訊號，包括：一基板，包括一第一表面以及一第二表面，該第一表面相反於該第二表面；一接地層，設於該第二表面，該接地層包括一圓形開口，該圓形開口包括一開口邊緣以及一開口圓心；以及一饋入導體，延伸於該第一表面，該饋入導體包括一傳導部以及一饋入部，該傳導部連接該饋入部，該饋入部對應該圓形開口，其中，該開口圓心位於一基準線之上，該基準線平行於該傳導部的延伸方向，該開口圓心與該開口邊緣之間具有一徑向線，一徑向間距形成於該徑向線之上並位於該開口邊緣與該饋入部之間，該徑向間距的長度隨著該徑向線與該基準線之間的夾角而逐漸變化，其中，當該徑向線與該基準線之間的夾角沿逆時鐘方向而逐漸變化時，該徑向間距逐漸增加，其中，該饋入部包括一第一邊緣曲線C1 以及一第二邊緣曲線C2 ，該第一邊緣曲線C1 以及該第二邊緣曲線C2 滿足下列公式： D代表該圓形開口的開口直徑，a代表該第一邊緣曲線C1 的旋轉率係數(spiral rate coefficient)，b代表該第二邊緣曲線C2 的旋轉率係數(spiral rate coefficient)，t代表該饋入部的初始厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之耦合裝置，其中，該第一邊緣曲線C1 以及該第二邊緣曲線C2 包括一終端角度 ψe ，該終端角度ψe 小於2 π。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之耦合裝置，其更包括一腔體，設於該接地層之上，該腔體包括一腔體開口，該腔體開口對應該圓形開口，該腔體屏閉該圓形開口。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之耦合裝置，其中，該腔體包括一腔體高度Hc ，該腔體高度Hc 約等於該圓極化無線訊號之波長的四分之一。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之耦合裝置，其中，該腔體為圓柱形。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之耦合裝置，其中，該腔體的材質為金屬。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之耦合裝置，其中，該腔體耦接該接地層。
  8. 一種耦合裝置，用以傳輸一圓極化無線訊號，包括：一基板，包括一第一邊緣、一第二邊緣、一第一表面以及一第二表面，該第一表面相反於該第二表面，該第一邊緣垂直該第二邊緣；一接地層，設於該第二表面，該接地層包括一圓形開口，該圓形開口包括一開口邊緣以及一開口圓心；以及一饋入導體，延伸於該第一表面，該饋入導體包括一傳導部以及一饋入部，該傳導部連接該饋入部，該饋入部對應該圓形開口，該傳導部從該第一邊緣朝該圓形開口延伸，其中，該開口圓心位於一基準線之上，該基準線平行於該第二邊緣，該開口圓心與該開口邊緣之間具有一徑向線，一徑向間距形成於該徑向線之上並位於該開口邊緣與該饋入部之間，該徑向間距的長度隨著該徑向線與該基準 線之間的夾角而逐漸變化，其中，當該徑向線與該基準線之間的夾角沿逆時鐘方向而逐漸變化時，該徑向間距逐漸增加，其中，該饋入部包括一第一邊緣曲線C1 以及一第二邊緣曲線C2 ，該第一邊緣曲線C1 以及該第二邊緣曲線C2 滿足下列公式： D代表該圓形開口的開口直徑，a代表該第一邊緣曲線C1 的旋轉率係數(spiral rate coefficient)，b代表該第二邊緣曲線C2 的旋轉率係數(spiral rate coefficient)，t代表該饋入部的初始厚度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之耦合裝置，其中，該第一邊緣曲線C1 以及該第二邊緣曲線C2 包括一終端角度ψe ，該終端角度ψe 小於2 π。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之耦合裝置，其更包括一腔體，設於該接地層之上，該腔體包括一腔體開口，該腔體開口對應該圓形開口，該腔體屏閉該圓形開口。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之耦合裝置，其中，該腔體包括一腔體高度Hc ，該腔體高度Hc 約等於該圓極化無線訊號之波長的四分之一。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之耦合裝置，其中，該腔體為圓柱形。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之耦合裝置，其中，該腔體的材質為金屬。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之耦合裝置，其中，該腔體耦接該接地層。
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