TWI416797B - Wide - frequency circularly polarized circular slot antenna - Google Patents

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TWI416797B TW098141856A TW98141856A TWI416797B TW I416797 B TWI416797 B TW I416797B TW 098141856 A TW098141856 A TW 098141856A TW 98141856 A TW98141856 A TW 98141856A TW I416797 B TWI416797 B TW I416797B
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support

Description

寬頻圓極化圓環形槽孔天線
本發明係關於一種寬頻圓極化圓環形槽孔天線，尤指一種可在不增加天線尺寸的情況下，增加其圓極化頻帶的頻寬並可應用於一全球導航衛星系統中的寬頻圓極化圓環形槽孔天線。
近年來，覆蓋全球並可用於定位(Positioning)、導航(Navigation)、同步(Synchronization)、偵測(Detection)及地面、空中、水中與太空中物件之防護(Security)的全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)已經被廣泛地使用，例如美國的全球定位系統(GPS)、俄羅斯的全球導航衛星系統(GLONASS)，以及歐洲的伽利略定位系統(Galileo Positioning System)，而這三種全球導航衛星系統的操作頻帶係分別介於1164MHz至1300MHz之間以及1563MHz至1610MHz之間。而根據研究顯示，為了能同時應用於上述三種全球導航衛星系統，且能減少極化不匹配並抑制多重路徑干擾的狀況，一具有優質圓極化操作特性，且其操作頻帶涵蓋前述之頻帶(1164MHz至1610MHz)並具有大於32.2%之圓極化頻寬的寬頻圓極化天線，是較佳的選擇。此外，由於印刷槽孔天線(Printed Slot Antennas)具有較大的阻抗頻寬、低剖面(Low Profile)以及易於主動裝置或MMIC整合設計在一起的特徵，適用於做為全球導航衛星系統的收發天線。
如圖1A及圖1B所示，昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線係包括：一基板11、一環形槽孔天線部12及一微帶饋入部13，其中環形槽孔天線部12係設置於基板11之上表面111，微帶饋入部13則設置於基板11之下表面112。此外，如圖1A所示，環形槽孔天線部12包含一接地單元121、一環形槽孔單元122、一中央金屬單元123及一條狀槽孔單元124。其中，條狀槽孔單元124係自環形槽孔單元122的一側延伸而出，且接地單元121係將環形槽孔單元122及條狀槽孔單元124圍繞於其中，環形槽孔單元122則將中央金屬單元123圍繞於其中。
再如圖1A所示，微帶饋入部13包含一第一垂直饋入單元131、一第二垂直饋入單元132及一矩形微帶單元133。其中，矩形微帶單元133係分別與第一垂直饋入單元131及第二垂直饋入單元132互相結合。此外，第一垂直饋入單元131係自矩形微帶單元133延伸至基板11的一側邊113，第二垂直饋入單元132則自矩形微帶單元133，以遠離第一垂直饋入單元131的方向延伸。除此之外，微帶饋入部13之矩形微帶單元133係與環形槽孔天線部12之條狀槽孔單元124互相對應。
然而，經過實際量測，此昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的圓極化頻寬僅約介於3.5%至11%之間，遠小於前述之標準(大於32.2%)，即此昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之與圓極化相關的天線特性仍有極大的提升空間。但是，若要提升昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的圓極化頻寬，不僅其環形槽孔單元及接地單元的尺寸必須增大，其環形槽孔單元之環形槽孔的槽孔寬度也需同步增寬，以形成所謂的寬槽孔型環形槽孔單元。如此，昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的整體尺寸便不可避免地大幅增大。
本發明之主要目的係在提供一種寬頻圓極化圓環形槽孔天線，俾能在不增加天線尺寸的情況下，增加其圓極化頻帶的頻寬。
本發明之另一目的係在提供一種寬頻圓極化圓環形槽孔天線，俾能同時應用於三種全球導航衛星系統中。
為達成上述目的，本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線，包括：一基板，係具有一上表面及一下表面；一環形槽孔天線部，係設置於此上表面並包含一接地單元、一環形槽孔單元、一中央金屬單元、一第一擾動金屬單元及一第二擾動金屬單元，此接地單元係將此環形槽孔單元圍繞於其中，此環形槽孔單元則將此中央金屬單元圍繞於其中；一微帶饋入部，係設置於此下表面並包含一垂直饋入單元、一轉折饋入單元及一矩形微帶單元，此矩形微帶單元係分別與此轉折饋入單元及此垂直饋入單元互相結合，且此垂直饋入單元係自此轉折饋入單元延伸至此基板的一側邊，此轉折饋入單元則自此垂直饋入單元朝向此基板的另一側邊延伸。其中，此環形槽孔天線部之第一擾動金屬單元及此第二擾動金屬單元係分別自此接地單元，以朝向此中央金屬單元之方向延伸而出，且此第一擾動金屬單元及此第二擾動金屬單元係隔著此中央金屬單元而互相對應；此微帶饋入部之矩形微帶單元係連結於此垂直饋入單元，且與此環形槽孔天線部之環形槽孔單元互相對應。
因此，由於本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之環形槽孔天線部具有一第一擾動金屬單元及一第二擾動金屬單元，且第一擾動金屬單元及第二擾動金屬單元係隔著中央金屬單元而互相對應，而且本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之微帶饋入部包含一轉折饋入單元、一垂直饋入單元及一分別與轉折饋入單元及垂直饋入單元互相結合之矩形微帶單元，故本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線可具有遠大於昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的圓極化頻寬(大於40%)。況且，也由於前述之第一擾動金屬單元及一第二擾動金屬單元，本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線無需像昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線一般，為了增加圓極化頻寬而大幅增大其尺寸。此外，藉由適當調整基板材質及各組成元件的尺寸(但各組成元件之形狀與相對關係仍維持固定)的方式，本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線即可操作於三種全球導航衛星系統的頻率範圍(1164MHz至1610MHz)內，因此可做為小尺寸的全球導航衛星系統的收發天線。
如圖2A及圖2B所示，本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線係包括：一基板21、一環形槽孔天線部22及一微帶饋入部23，其中環形槽孔天線部22係設置於基板21之上表面211，微帶饋入部23則設置於基板21之下表面212。此外，如圖2A所示，環形槽孔天線部22包含一接地單元221、一環形槽孔單元222、一中央金屬單元223、一第一擾動金屬單元224及一第二擾動金屬單元225。其中，接地單元221係將環形槽孔單元222圍繞於其中，環形槽孔單元222則將中央金屬單元223圍繞於其中。除此之外，環形槽孔天線部22之第一擾動金屬單元224及第二擾動金屬單元225係分別自接地單元221，以朝向中央金屬單元223之方向延伸而出。而且，第一擾動金屬單元224及第二擾動金屬單元225係隔著中央金屬單元223而互相對應。
再如圖2A所示，微帶饋入部23包含一垂直饋入單元231、一轉折饋入單元232及一矩形微帶單元233。其中，矩形微帶單元233係分別與轉折饋入單元232及垂直饋入單元231互相結合。此外，垂直饋入單元231係自轉折饋入單元232延伸至基板21的一側邊213，轉折饋入單元232則自垂直饋入單元231朝向基板21的另一側邊214延伸。除此之外，微帶饋入部23之矩形微帶單元233係連結於垂直饋入單元231與轉折饋入單元232，並與環形槽孔天線部22之環形槽孔單元222互相對應。
在本實施例中，基板21係為一FR4材質之矩形基板，環形槽孔天線部22之接地單元221、中央金屬單元223、第一擾動金屬單元224及第二擾動金屬單元225均為厚度0.02mm之銅箔，但亦可為其他材質的薄層金屬，金箔、銀箔或鋁箔等。此外，環形槽孔天線部22之環形槽孔單元222之形狀係為圓環形，中央金屬單元223之形狀則為圓形，兩者的中心並相重合。除此之外，第一擾動金屬單元224及第二擾動金屬單元225係分別設置於基板21的一對角線(圖中未示)上，且第一擾動金屬單元224及第二擾動金屬單元225分別為一矩形區塊。另一方面，如圖2A所示，由於微帶饋入部23之垂直饋入單元231係垂直於基板21的側邊213，且環形槽孔天線部22之第一擾動金屬單元224及第二擾動金屬單元225係分別設置於基板21的對角線(圖中未示)上，所以環形槽孔天線部22之第一擾動金屬單元224及第二擾動金屬單元225係自基板21的對角線(其係與垂直饋入單元231之延伸方向呈45度夾角)與接地單元221的交會處，分別以朝向中央金屬單元223之方向延伸而出，且第一擾動金屬單元224及第二擾動金屬單元225並隔著中央金屬單元223而互相對應。
再如圖2A所示，環形槽孔單元222具有一外環半徑(R1 )、一內環半徑(R2 )、一槽孔寬度(Ws )及一平均半徑，且槽孔寬度(Ws )係為外環半徑(R1 )與內環半徑(R2 )之差值，平均半徑則為外環半徑(R1 )與內環半徑(R2 )之平均值。至於那些在圖2A中用於顯示本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之基板21、環形槽孔天線部22及微帶饋入部23之尺寸的各標號所分別代表之數值，則如下列表1所示：
如圖3A及圖3B所示，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線係包括：一基板31、一環形槽孔天線部32及一微帶饋入部33，其中環形槽孔天線部32係設置於基板31之上表面311，微帶饋入部33則設置於基板31之下表面312。此外，如圖3A所示，環形槽孔天線部32包含一接地單元321、一環形槽孔單元322、一中央金屬單元323、一第一擾動金屬單元324及一第二擾動金屬單元325。其中，接地單元321係將環形槽孔單元322圍繞於其中，環形槽孔單元322則將中央金屬單元323圍繞於其中。除此之外，環形槽孔天線部32之第一擾動金屬單元324及第二擾動金屬單元325係分別自接地單元321，以朝向中央金屬單元323之方向延伸而出。而且，第一擾動金屬單元324及第二擾動金屬單元325係隔著中央金屬單元323而互相對應。
再如圖3A所示，微帶饋入部33包含一垂直饋入單元331、一轉折饋入單元332及一矩形微帶單元333。其中，矩形微帶單元333互係分別與轉折饋入單元332及垂直饋入單元331相結合。此外,垂直饋入單元331係自轉折饋入單元332延伸至基板31的一側邊313，轉折饋入單元332則自垂直饋入單元331朝向基板31的另一側邊314延伸。除此之外，微帶饋入部33之矩形微帶單元333係連結於垂直饋入單元331與轉折饋入單元332，並與環形槽孔天線部32之環形槽孔單元322互相對應。
在本實施例中，基板31係為一FR4材質之矩形基板，環形槽孔天線部32之接地單元321、中央金屬單元323、第一擾動金屬單元324及第二擾動金屬單元325均為厚度0.02mm之銅箔，但亦可為其他材質的薄層金屬，金箔、銀箔或鋁箔等。此外，環形槽孔天線部32之環形槽孔單元322之形狀係為圓環形，中央金屬單元323之形狀則為圓形，兩者的中心並相重合。除此之外，第一擾動金屬單元324及第二擾動金屬單元325係分別設置於基板31的一對角線(圖中未示)上。
如圖3A所示，第一擾動金屬單元324係由一第一矩形區塊3241及一第一半橢圓區塊3242構成，且第一半橢圓區塊3242係自第一矩形區塊3241，以朝向中央金屬單元323之方向延伸而出。其中，第一矩形區塊3241之長度及寬度係分別為Wp 及0.5d，第一半橢圓區塊3242之長軸及短軸則分別Wp 及d。另一方面，第二擾動金屬單元325係由一第二矩形區塊3251及一第二半橢圓區塊3252構成，且第二半橢圓區塊3252係自第二矩形區塊3251，以朝向中央金屬單元323之方向延伸而出。其中，第二矩形區塊3251之長度及寬度係分別為Wp 及0.5d，第二半橢圓區塊3252之長軸及短軸則分別Wp 及d。
再如圖3A所示，由於微帶饋入部33之垂直饋入單元331係垂直於基板31的側邊313，且環形槽孔天線部32之第一擾動金屬單元324及第二擾動金屬單元325係分別設置於基板31的對角線(圖中未示)上，所以環形槽孔天線部32之第一擾動金屬單元324及第二擾動金屬單元325係自基板31的對角線(其係與垂直饋入單元331之延伸方向呈45度夾角)與接地單元321的交會處，分別以朝向中央金屬單元323之方向延伸而出，且第一擾動金屬單元324及第二擾動金屬單元325並隔著中央金屬單元323而互相對應。
另一方面，如圖3A所示，環形槽孔單元322具有一外環半徑(R1 )、一內環半徑(R2 )、一槽孔寬度(Ws )及一平均半徑，且槽孔寬度(Ws )係為外環半徑(R1 )與內環半徑(R2 )之差值，平均半徑則為外環半徑(R1 )與內環半徑(R2 )之平均值。至於那些在圖3A中用於顯示本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之基板31、環形槽孔天線部32及微帶饋入部33之尺寸的各標號所分別代表之數值，則如下列表2所示：
請參閱圖4A至圖4D，其中，圖4A係顯示模擬所得之本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「返回損耗」隨著工作頻率變化的示意圖，圖4B係顯示模擬所得之本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「軸化率」隨著工作頻率變化的示意圖，圖4C係顯示模擬所得之本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「EX /EY 振幅比」隨著工作頻率變化的示意圖，圖4D則顯示模擬所得之本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「EX /EY 相位差」隨著工作頻率變化的示意圖。
此外，前述之圖4A至圖4D係藉由美商恩碩公司發展的高頻結構模擬器(Ansoft High Frequency Structure Simulator)模擬而得，且在圖4A中，曲線A係代表本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之返回損耗，曲線B則代表本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之返回損耗。在圖4B中，曲線C係代表本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之軸化率，曲線D則代表本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之軸化率。在圖4C中，曲線E係代表本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線在遠場處之兩正交電場EX 與EY 的振幅比，曲線F則代表本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線在遠場處之兩正交電場EX 與EY 的振幅比。在圖4D中，曲線G係代表本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線在遠場處之兩正交電場EX 與EY 的相位差，曲線H則代表本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之在遠場處之兩正交電場EX 與EY 的相位差。
而從圖4A及圖4B中可看出，本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的圓極化操作頻帶係介於2460MHz至3740MHz之間，即具有41.3%的圓極化頻寬。本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的圓極化頻帶則介於2100MHz至3740MHz之間，即具有56.2%的圓極化頻寬。意即，本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線及本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線均具有大於40%的圓極化頻寬。
另一方面，從圖4C及圖4D中則可看出，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線較本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線具有較大之圓極化頻帶(56.2%>41.3%)的主要原因係在於：本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所具之第一擾動金屬單元324及第二擾動金屬單元325的組成係與本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之第一擾動金屬單元224及第二擾動金屬單元225的組成不同。即從原本的矩形區塊，改成由一矩形區塊與一半橢圓區塊構成。也因此，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線在2100MHz至3740MHz之間的EX /EY 相位差可從原先的-100度以下提升至-90度附近，且EX /EY 振福比接近於0dB之頻率範圍也向下延展至2100MHz附近。
請參閱圖5A及圖5B，其中，圖5A係顯示當改變本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之環形槽孔天線部之環形槽孔單元的槽孔寬度時，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的「返回損耗」隨著工作頻率變化的示意圖，圖5B則顯示當改變本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之環形槽孔天線部之環形槽孔單元的槽孔寬度時，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的「軸化率」隨著工作頻率變化的示意圖。
在圖5A中，曲線I係代表環形槽孔單元的槽孔寬度為9mm時，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的返回損耗。曲線J係代表環形槽孔單元的槽孔寬度為7mm時(即原本之槽孔寬度)，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的返回損耗。曲線K係代表環形槽孔單元的槽孔寬度為5mm時，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的返回損耗。
而在圖5B中，曲線L係代表環形槽孔單元的槽孔寬度為9mm時，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的軸化率。曲線M係代表環形槽孔單元的槽孔寬度為7mm時(即原本之槽孔寬度)，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的軸化率。曲線N係代表環形槽孔單元的槽孔寬度為5mm時，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的軸化率。
而這三種分別具有不同槽孔寬度之環形槽孔單元之本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的尺寸及天線特性則如下列表3所示：
至於在這三種分別具有不同槽孔寬度(它們均介於平均半徑14mm的0.36倍至0.64倍之間)之環形槽孔單元之本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線中，數值均相同的參數，則如下所述：
ε r =4.4，tanδ =0.02，h=0.8mm，G=45mm，w f =1.5mm，L1 =1mm，L3 =2mm，w t =23mm，w p =10mm
從表3中可看出，在相同的平均半徑(14mm)的前提下，這三種分別具有不同槽孔寬度之環形槽孔單元之本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的圓極化頻寬均大於40%。而且，當環形槽孔單元的槽孔寬度越寬時，圓極化頻帶寬度則越寬，最高可達56.8%。
為了應用於全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)中，另提出本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線，以操作於全球導航衛星系統的頻率範圍(1164MHz至1610MHz)內。其中，本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之各組成元件之形狀與相對關係均與圖3所示之本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線相同，但各組成元件的尺寸及基板材質則與圖3所示之本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線不同。
此外，在本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線中，基板係為一FR4材質之矩形基板(具有ε r =4.4，tanδ =0.02，h=0.8mm等特性參數)，而用於顯示本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之各組成元件(基板、環形槽孔天線部及微帶饋入部)之尺寸的各標號所代表的數值則如下列表4所示：
另一方面，在本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線中，基板係為一RT5880材質之矩形基板(具有ε r =2.2，tanδ=0.0009，h=0.6mm等特性參數)，而用於顯示本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之各組成元件(基板、環形槽孔天線部及微帶饋入部)之尺寸的各標號所代表的數值則如下列表5所示：
請參閱圖6A至圖6D，其中，圖6A係顯示模擬及實際量測所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與模擬及實際量測所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「返回損耗」隨著工作頻率變化的示意圖，圖6B係顯示模擬及實際量測所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與模擬及實際量測所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「軸化率」隨著工作頻率變化的示意圖，圖6C係顯示模擬所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與模擬所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「輻射效率」(radiation efficiency)隨著工作頻率變化的示意圖，圖6D則顯示模擬及實際量測所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與模擬及實際量測所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「天線增益」(antenna gain)隨著工作頻率變化的示意圖。
此外，前述之圖6A至圖6D係藉由美商恩碩公司發展的高頻結構模擬器(Ansoft High Frequency Structure Simulator)模擬而得，且在圖6A中，曲線O係代表模擬所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之返回損耗，曲線P係代表模擬所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之返回損耗，曲線Q係代表實際量測所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之返回損耗，曲線R則代表實際量測所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之返回損耗。
在圖6B中，曲線S係代表模擬所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之軸化率，曲線T係代表模擬所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之軸化率，曲線U係代表實際量測所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之軸化率，曲線V則代表實際量測所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之軸化率。
在圖6C中，曲線W係代表模擬所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之輻射效率，曲線X則代表模擬所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之輻射效率。
在圖6D中，曲線Y係代表模擬所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之天線增益，曲線Z係代表模擬所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之天線增益，曲線AA係代表實際量測所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之天線增益，曲線AB則代表實際量測所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之天線增益。
從圖6A及圖6B中可看出，本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的圓極化操作頻帶係介於1125MHz至1800MHz之間，即46.2%的圓極化頻寬。本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的圓極化頻帶則介於1100MHz至2175MHz之間，即65.6%的圓極化頻寬。而從圖6C中可看出，本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的輻射效率係介於82%至85%之間，本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的輻射效率則介於88%至91%之間。此外，從圖6D中可看出，本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的天線增益係介於2.7dBic至4.1dBic之間，本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的天線增益則介於3.3dBic至5.1dBic之間。
綜合圖6A至圖6D，本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線及本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線不僅均可應用於一全球導航衛星系統中，且均具有極佳的天線特性，如大於40%的圓極化頻寬、高於80%的輻射效率及大於2.5dBic的天線增益。
綜上所述，由於本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之環形槽孔天線部具有一第一擾動金屬單元及一第二擾動金屬單元，且第一擾動金屬單元及第二擾動金屬單元係隔著中央金屬單元而互相對應，而且本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之微帶饋入部包含一轉折饋入單元、一垂直饋入單元及一分別與轉折饋入單元及垂直饋入單元互相結合之矩形微帶單元，故本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線可具有遠大於昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的圓極化頻寬(大於40%)。況且，也由於前述之第一擾動金屬單元及一第二擾動金屬單元，本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線無需像昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線一般，為了增加圓極化頻寬而大幅增大其尺寸。此外，藉由適當調整基板材質及各組成元件的尺寸(但各組成元件之形狀與相對關係仍維持固定)的方式，本發明之寬頻圓極化圓環形槽孔天線即可操作於三種全球導航衛星系統的頻率範圍(1164MHz至1610MHz)內，因此可做為小尺寸的全球導航衛星系統的收發天線。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
11、21、31．．．基板
12、22、32．．．環形槽孔天線部
13、23、33．．．微帶饋入部
111、211、311．．．上表面
112、212、312．．．下表面
113、213、214、313、314．．．側邊
121、221、321．．．接地單元
122、222、322．．．環形槽孔單元
124．．．條狀槽孔單元
123、223、323．．．中央金屬單元
131．．．第一垂直饋入單元
132．．．第二垂直饋入單元
133．．．矩形微帶單元
224、324．．．第一擾動金屬單元
231、331．．．垂直饋入單元
225、325．．．第二擾動金屬單元
232、332．．．轉折饋入單元
233、333．．．矩形微帶單元
3241．．．第一矩形區塊
3242．．．第一半橢圓區塊
3251．．．第二矩形區塊
3252．．．第二半橢圓區塊
圖1A係顯示昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之環形槽孔天線部的示意圖。
圖1B係昔知之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的側視圖。
圖2A係顯示本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之環形槽孔天線部的示意圖。
圖2B係本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的側視圖。
圖3A係顯示本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之環形槽孔天線部的示意圖。
圖3B係本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的側視圖。
圖4A係顯示模擬所得之本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「返回損耗」隨著工作頻率變化的示意圖。
圖4B係顯示模擬所得之本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「軸化率」隨著工作頻率變化的示意圖。
圖4C係顯示模擬所得之本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之兩遠場正交電場EX 與EY 的振幅比隨著工作頻率變化的示意圖。
圖4D係顯示模擬所得之本發明一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之兩遠場正交電場EX 與EY 的相位差隨著工作頻率變化的示意圖。
圖5A係顯示當改變本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之環形槽孔天線部之環形槽孔單元的槽孔寬度時，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的「返回損耗」隨著工作頻率變化的示意圖。
圖5B係顯示當改變本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線之環形槽孔天線部之環形槽孔單元的槽孔寬度時，本發明另一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線的「軸化率」隨著工作頻率變化的示意圖。
圖6A係顯示模擬及實際量測所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與模擬及實際量測所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「返回損耗」隨著工作頻率變化的示意圖。
圖6B係顯示模擬及實際量測所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與模擬及實際量測所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「軸化率」隨著工作頻率變化的示意圖。
圖6C係顯示模擬所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與模擬所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「輻射效率」隨著工作頻率變化的示意圖。
圖6D係顯示模擬及實際量測所得之本發明又一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線與模擬及實際量測所得之本發明再一實施例之寬頻圓極化圓環形槽孔天線所分別具有之「天線增益」隨著工作頻率變化的示意圖。
23．．．微帶饋入部
213、214．．．側邊
221．．．接地單元
222．．．環形槽孔單元
223．．．中央金屬單元
224．．．第一擾動金屬單元
225．．．第二擾動金屬單元
231．．．垂直饋入單元
232．．．轉折饋入單元
233．．．矩形微帶單元

Claims (7)

  1. 一種寬頻圓極化圓環形槽孔天線，包括：一基板，係具有一上表面及一下表面；一環形槽孔天線部，係設置於該上表面並包含一接地單元、一環形槽孔單元、一中央金屬單元、一第一擾動金屬單元及一第二擾動金屬單元，該接地單元係將該環形槽孔單元圍繞於其中，該環形槽孔單元則將該中央金屬單元圍繞於其中；一微帶饋入部，係設置於該下表面並包含一垂直饋入單元、一轉折饋入單元及一矩形微帶單元，該矩形微帶單元係分別與該轉折饋入單元及該垂直饋入單元互相結合，且該垂直饋入單元係自該轉折饋入單元延伸至該基板的一側邊，該轉折饋入單元則自該垂直饋入單元朝向該基板的另一側邊延伸；其中，該環形槽孔天線部之第一擾動金屬單元及該第二擾動金屬單元係分別自該接地單元，以朝向該中央金屬單元之方向延伸而出，且該第一擾動金屬單元及該第二擾動金屬單元係隔著該中央金屬單元而互相對應；該微帶饋入部之矩形微帶單元係連結於該垂直饋入單元與該轉折饋入單元，且與該環形槽孔天線部之環形槽孔單元互相對應；其中，該第一擾動金屬單元係由一第一矩形區塊及一第一半橢圓區塊構成，且該第一半橢圓區塊係自該第一矩形區塊，以朝向該中央金屬單元之方向延伸而出； 其中，該第二擾動金屬單元係由一第二矩形區塊及一第二半橢圓區塊構成，且該第二半橢圓區塊係自該第二矩形區塊，以朝向該中央金屬單元之方向延伸而出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻圓極化圓環形槽孔天線，其中該基板係為一FR4材質之矩形基板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻圓極化圓環形槽孔天線，其中該接地單元、該中央金屬單元、該第一擾動金屬單元及該第二擾動金屬單元均為薄層金屬。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻圓極化圓環形槽孔天線，其中該環形槽孔單元之形狀係為圓環形。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻圓極化圓環形槽孔天線，其中該環形槽孔單元係具有一外環半徑、一內環半徑、一槽孔寬度及一平均半徑，且該外環半徑係大於該內環半徑，該槽孔寬度則為該外環半徑及該內環半徑之差值，該平均半徑並為該外環半徑及該內環半徑之平均值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之寬頻圓極化圓環形槽孔天線，其中該環形槽孔單元之槽孔寬度係介於該平均半徑的0.36倍至0.64倍之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻圓極化圓環形槽孔天線，其中該第一擾動金屬單元及該第二擾動金屬單元係分別設置於該基板的一對角線上，且該對角線係與該垂直饋入單元之延伸方向呈45度夾角。
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