TWI427857B - Ultra wideband antenna structure - Google Patents

Description

超寬頻帶天線結構

本發明關於一種超寬頻帶天線結構，以特殊之形狀設計，使其覆蓋的頻率範圍約為300MHz～9GHz。

於行動裝置必需通過暗室穩定測試(chamber stability tests)。暗室穩定測試在頻率低於3GHz時，以多種偶極天線進行，如第一圖中(A)部份所示偶極天線；但，對於較高頻之頻帶時，則依據選擇的頻帶而以多種喇叭型天線進行，如第一圖中(B)部份所示喇叭型天線。每一天線的造價皆相當的高。

因此傳統的暗室穩定測試，必需花費許多的經費以購置不同頻段之天線，才能完成測試。顯然習知技術是不符合經濟效益的，有待改善。

緣此，本發明提供了一種超寬頻帶天線結構，其覆蓋的頻率範圍約300MHz的～9GHz，在整個頻段內，具有合理的效率為40%以上。實際中，對暗室覆蓋頻率在600MHz～9GHz之間是更為重要的。通過本發明設計的單一支超寬頻帶天線結構，可有多種應用，如暗室穩定性檢驗、或暗室對暗室確認(chamber to chamber verification)，可輕鬆且精確完成。

本發明之超寬頻帶天線結構，雖然天線輻射模式不是完全全向性(omni-directional)的，但是，它仍然產生良好的效益，以覆蓋所需的頻帶寬度，且可以用來作為替代校準(calibration)或暗室穩定檢驗之目的。本發明的主要優點是製造簡單且成本改善。因為相較於傳統的多天線要求，本發明僅需一個天線結構即可，使本發明的容易使用性也是一個重要優點。

本發明所提供的一種超寬頻帶天線結構，係包括：一微波基板，為長方形；一輻射單元，印置於該微波基板表面上方，自該微波基板上緣向下延伸，形成兩收縮階狀部後向下形成一錐狀部，並在該錐狀部邊緣形成兩個突出的耦合部；一共面波導(CPW)單元，印置於該微波基板表面下方，具有一中央微帶線，該中央微帶線以一垂直部及一水平部構成，該垂直部頂端連接至該輻射單元之錐狀部頂點並向下延伸再連接該水平部左端，而該水平部右端延伸至該微波基板右側緣；一第一地面為L型設置於該中央微帶線左及下方，且其上緣自左向右向下斜傾，並在該斜傾側上形成一突出的耦合部；另一第二地面為半梯型設置於該中央微帶線右及上方；及一射頻連接頭，設置於該微波基板右側與該中央微帶線之水平部右端連接以作訊號饋入，並與該第一及第二地面連接。

以下，將依據圖面所示之實施例而詳加說明本發明之結構特點及使用功效。

請參見第二圖所示，本發明提供了一種超寬頻帶天線結構1，主要係以一微波基板11、一輻射單元12、一共面波導(CPW)單元13及一射頻連接頭14所構成。

微波基板11係為長方形，其材質可為FR4，尺寸則長為100mm、寬為60mm及厚為1.8mm。

輻射單元12被印置於微波基板11表面上方。輻射單元12之形狀，係自微波基板11上緣向下延伸成一方形部121，再形成兩收縮階狀部122後向下形成一錐狀部123，並在錐狀部123邊緣形成兩個突出的耦合部124，其中一耦合部124呈水平延伸，而另一耦合部124呈斜向延伸，因此這兩個突出的耦合部124形成不對稱的結構。

共面波導(CPW)單元13被印置於微波基板11表面下方，具有一中央微帶線131，該中央微帶線131以一垂直部131a及一水平部131b構成，該垂直部131a頂端連接至輻射單元12之錐狀部123頂點並向下延伸再連接該水平部131b左端，而水平部131b右端延伸至微波基板11右側緣。一第一地面132為L型設置於該中央微帶線131左及下方，且其上緣自左向右向下斜傾，並在該斜傾側上形成一突出的耦合部133；另一第二地面134為半梯型設置於該中央微帶線131右及上方。由於僅在第一地面132設置耦合部133且耦合部133係斜向延伸，因此耦合部133呈非對稱結構。

射頻連接頭14設置於微波基板11右側，且與中央微帶線131之水平部131b右端連接以作訊號饋入，並與第一及第二地面132及134連接。

在本發明中，耦合部124及133等，係當作耦合元件(coupling element)以對天線本體產生較寬的頻帶寬度，且對較高頻率下較好匹配。本發明包括一單極天線類似的結構(如輻射單元12及中央微帶線131)，具有第一及第二地面132及134圍繞該饋入點，引起一發送線效應。

參見第四圖及第五圖本發明之返回損失(Return loss)及電壓駐波比(VSWR)之測試結果，可知本發明所提供的超寬頻帶天線結構1，其覆蓋頻率範圍為300MHz~9GHz，在整個頻段內，具有合理的效率為40%以上，且返回損失較-5dB更好。附件為天線特性。

另，參見第三圖所示，本發明之超寬頻帶天線結構1，其中微波基板11之背面設有一金屬片15，該金屬片15被設置於中央微帶線131與第一及第二地面132及134交界位置。金屬片15提供了發送線效應(transmission line effect)用以追踪饋入在微波基板11表面的天線本體。此增加的金屬片15之目的係用以增加頻帶寬度，且在一般的頻帶寬度下得到更好的阻抗匹配。

綜上所陳，本發明所提供的超寬頻帶天線結構，完全符合專利新穎性及進步性要件，爰依法提出申請。

1．．．超寬頻帶天線結構

11．．．微波基板

12．．．輻射單元

121．．．方形部

122．．．兩收縮階狀部

123．．．錐狀部

124．．．耦合部

13．．．共面波導(CPW)單元

131．．．中央微帶線

131a．．．垂直部

131b．．．水平部

132．．．第一地面

133．．．耦合部

134．．．第二地面

14．．．射頻連接頭

15．．．金屬片

第一圖代表傳統暗室確認天線，其中(A)為筒狀天線，(B)為喇叭狀天線，

第二圖代表本發明之正面視圖，

第三圖代表本發明之背面視圖，

第四圖代表本發明返回損失測試結果，

第五圖代表本發明電壓駐波比測試結果。

附件為本發明之天線特性。

1．．．超寬頻帶天線結構

11．．．微波基板

12．．．輻射單元

121．．．方形部

122．．．兩收縮階狀部

123．．．錐狀部

124．．．耦合部

13．．．共面波導(CPW)單元

131．．．中央微帶線

131a．．．垂直部

131b．．．水平部

132．．．第一地面

133．．．耦合部

134．．．第二地面

14．．．射頻連接頭

Claims (7)

1. 一種超寬頻帶天線結構，係包括：一微波基板，為長方形；一輻射單元，印置於該微波基板表面上方，自該微波基板上緣向下延伸成一方形部，再形成兩收縮階狀部後向下形成一錐狀部，並在該錐狀部邊緣形成兩個突出的耦合部；一共面波導(CPW)單元，印置於該微波基板表面下方，具有一中央微帶線，該中央微帶線以一垂直部及一水平部構成，該垂直部頂端連接至該輻射單元之錐狀部頂點並向下延伸再連接該水平部左端，而該水平部右端延伸至該微波基板右側緣；一第一地面為L型設置於該中央微帶線左及下方，且其上緣自左向右向下斜傾，並在該斜傾側上形成一突出的耦合部；另一第二地面為半梯型設置於該中央微帶線右及上方；及一射頻連接頭，設置於該微波基板右側與該中央微帶線之水平部右端連接以作訊號饋入，並與該第一及第二地面連接，該輻射單元的該等耦合部以及該共面波導單元的該耦合部皆為非對稱結構。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之超寬頻帶天線結構，其中該微波基板之背面設有一金屬片，該金屬片被設置於該中央微帶線與該第一及第二地面交界位置。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之超寬頻帶天線結構，其中該微波基板為FR4。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之超寬頻帶天線結構，其中該微波基 板之長為100mm、寬為60mm及厚為1.8mm。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之超寬頻帶天線結構，其覆蓋頻率範圍為300MHz~9GHz。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之超寬頻帶天線結構，其中該輻射單元的該等耦合部中，一耦合部朝水平方向延伸，另一耦合部係斜向延伸。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之超寬頻帶天線結構，其中該共面波導單元的該耦合部係斜向延伸。