TWI459634B - 環狀槽孔天線 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種槽孔天線，尤指一種其上包含一或二個短截線、或背面有一L型微帶線之之環狀槽孔天線。
由於環狀槽孔天線(slot-ring antenna)具有低姿態、重量輕、尺寸小、製造容易、成本低等特性，並且符合操作頻寬之需求，目前係廣泛應用於行動通訊領域中。請參照圖1，圖1係習知之一環狀槽孔天線之示意圖，如圖1所示，習知以微帶線饋入之環狀槽孔天線9係包括一絕緣介質層90、一接地元件91、以及一饋入元件92；其中，接地元件91係設置於絕緣介質層90之一表面，接地元件91上具有一多邊形環狀槽孔911，其係將接地元件91分割為一例如為圓形之多邊形區塊912、以及一外圍區塊913，饋入元件92係為一微帶線，其饋入至多邊形區塊912以經多邊形環狀槽孔911將能量耦合至接地元件91，進而使環狀槽孔天線9提供一工作頻段。習知之環狀槽孔天線，係藉由結構上的不對稱性產生共振，以提供線性極化雙頻之工作頻段、或產生單頻段之圓極化天線，但並無利用簡單結構，僅由單一天線同時提供線性極化雙頻工作頻段，同時產生另一單頻段圓極化工作頻段，由此可知，習知環狀槽孔天線仍有諸多缺失而有予以改進之必要。此外，單就獨立產生線性極化雙頻之工作頻段而言，例如使用雙環、或以L型開路微帶線饋入短路之一方型槽孔環狀天線等習知手段，仍嫌複雜；而單就獨立產生單頻圓形極化之工作頻段而言，習知技術多以微帶線偶合一具短路截線之槽孔環，通常其所需環之尺寸會大於一個波長，因此亦有可改進之處。
本發明之一目的係在提供一種藉由槽孔的不對稱性，達成單一平面結構之雙工作頻段環狀槽孔天線。
本發明之另一目的係在提供一種可提供圓形極化之工作頻段之環狀槽孔天線，其係於多邊形環狀槽孔正下方設置一L型微帶元件以產生圓形極化工作頻段。
依據本發明之一特色，本發明係提出一種環狀槽孔天線，包括：一絕緣介質層，具有一表面；一接地元件，係設置於絕緣介質層之表面上，其上具有一多邊形環狀槽孔，其係將接地元件分割為一多邊形區塊、以及一外圍區塊，多邊形區塊係包括一饋入點；一第一短截線，其為導電材質，係設置於多邊形環狀槽孔上，並連接於多邊形區塊及外圍區塊之間；以及一饋入元件，其係饋入至饋入點以經多邊形環狀槽孔將能量耦合至接地元件，以使環狀槽孔天線提供一工作頻段，其中，第一短截線之連接點、以及饋入點係分別位於多邊形區塊之上下緣。
依據本發明之另一特色，本發明係提出一種環狀槽孔天線，包括：一絕緣介質層，具有一上表面及一下表面；一接地元件，係設置於絕緣介質層之該上表面，其上具有一多邊形環狀槽孔，其係將接地元件分割為一多邊形區塊、以及一外圍區塊，多邊形區塊係包括一饋入點，其係位於多邊形區塊之下緣；一L型微帶元件，係設置於絕緣介質層之下表面，其中L型微帶區塊之轉折角係重疊至多邊形環狀槽孔中央之下方，且其中一邊係穿過多邊形環狀槽孔上緣之下方形成一相交區段；以及一饋入元件，其係饋入至饋入點以經多邊形環狀槽孔將能量耦合至接地元件，以使環狀槽孔天線提供圓形極化之一第一工作頻段。
請參照圖2，圖2係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線1之示意圖。如圖2所示，環狀槽孔天線1包括一絕緣介質層10、一接地元件11、一第一短截線12、以及一饋入元件13，其中，絕緣介質層10可為一印刷電路板基板，接地元件11及饋入元件13可為薄層金屬，而在本實施例中，饋入元件13係為一微帶線。
接地元件11係設置於絕緣介質層10的一表面上，其上具有一多邊形環狀槽孔111，多邊形環狀槽孔111的形狀可為例如圓形或矩形，其係將接地元件11分割為一多邊形區塊112、以及一外圍區塊113，多邊形區塊112上包括一饋入點114，其係位於多邊形區塊112的下緣。第一短截線12係為導電材質，設置於多邊形環狀槽孔111上，並連接於多邊形區塊112及外圍區塊113之間，第一短截線12的連接點係位於多邊形區塊112的上緣。饋入元件13係饋入至饋入點114以經多邊形環狀槽孔111將能量耦合至接地元件11，以使環狀槽孔天線1提供一工作頻段。
請參照圖3，圖3係本發明之第二實施例之環狀槽孔天線2之示意圖。如圖3所示，環狀槽孔天線2包括一絕緣介質層20、一接地元件21、一第一短截線221、一第二短截線222、以及一饋入元件23，其中，絕緣介質層20可為一印刷電路板基板，接地元件21及饋入元件23可為薄層金屬，而在本實施例中，饋入元件23係為一微帶線。
接地元件21係設置於絕緣介質層20的一表面上，其上具有一多邊形環狀槽孔211，多邊形環狀槽孔211的形狀可為例如圓形或矩形，其係將接地元件21分割為一多邊形區塊212、以及一外圍區塊213，多邊形區塊212上包括一饋入點214，其係位於多邊形區塊212的下緣。第一短截線221、以及第二短截線222皆為導電材質，係設置於多邊形環狀槽孔211上，並連接於多邊形區塊212及外圍區塊213之間，第一短截線221的連接點係位於多邊形區塊212的上緣，第二短截線222的連接點係位於多邊形區塊212的左緣或右緣。饋入元件23係饋入至饋入點214以經由多邊形環狀槽孔211將能量耦合至接地元件21，以使環狀槽孔天線2提供一工作頻段，其可藉由調整多邊形環狀槽孔211的尺寸而進行調整。
上述兩實施例中，環狀槽孔天線1及2所能提供之工作頻段較佳係2.4至4.5GHz，其係包括無線通訊寬頻所使用之2.5GHz及3.5GHz二頻段。
請參照圖4A至圖4C，圖4A係本發明之第三實施例之環狀槽孔天線3之示意圖，圖4B係本發明之第三實施例之環狀槽孔天線3之絕緣介質層30之上表面之示意圖，圖4C係本發明之第三實施例之環狀槽孔天線3之絕緣介質層30之下表面之示意圖。如圖所示，環狀槽孔天線3包括一絕緣介質層30、一接地元件31、一L型微帶元件32、以及一饋入元件33，其中，絕緣介質層30可為一印刷電路板基板，接地元件31及饋入元件33可為薄層金屬，而在本實施例中，饋入元件33係為一微帶線。
絕緣介質層30具有一上表面及一下表面。接地元件31係設置於絕緣介質層30的上表面，且其上具有一多邊形環狀槽孔311，多邊形環狀槽孔311的形狀可為例如圓形或矩形，其係將接地元件31分割為一多邊形區塊312、以及一外圍區塊313，多邊形區塊312上包括一饋入點314，其係位於多邊形區塊312的下緣。L型微帶元件32係設置於絕緣介質層30的下表面，其轉折角係重疊至多邊形環狀槽孔311中央的下方，且L型微帶元件32的其中一邊係穿過多邊形環狀槽孔311上緣的下方形成相交區段。饋入元件33係饋入至饋入點314以經多邊形環狀槽孔311將能量耦合至接地元件31，以使環狀槽孔天線3提供圓形極化的一第一工作頻段。
請參照圖5A至圖5C，圖5A係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線4之示意圖，圖5B係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線4之絕緣介質層40之上表面之示意圖，圖5C係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線4之絕緣介質層40之下表面之示意圖。
如圖所示，環狀槽孔天線4包括一絕緣介質層40、一接地元件41、一L型微帶元件42、一短截線43、以及一饋入元件44，其中，絕緣介質層40可為一印刷電路板基板，接地元件41及饋入元件44可為薄層金屬，而在本實施例中，饋入元件44係為一微帶線。
絕緣介質層40具有一上表面及一下表面。接地元件41係設置於絕緣介質層40的上表面，且其上具有一多邊形環狀槽孔411，多邊形環狀槽孔411的形狀可為例如圓形或矩形，其係將接地元件41分割為一多邊形區塊412、以及一外圍區塊413，多邊形區塊412上包括一饋入點414，其係位於多邊形區塊412的下緣。L型微帶元件42係設置於絕緣介質層40的下表面，其轉折角係重疊至多邊形環狀槽孔411中央的下方，且L型微帶元件42的其中一邊係穿過多邊形環狀槽孔411上緣的下方形成相交區段。短截線43係為導電材質，設置於多邊形環狀槽孔411上，並連接於多邊形區塊412及外圍區塊413之間，並重疊於相交區段之上方。饋入元件44係饋入至饋入點414以經多邊形環狀槽孔411將能量耦合至接地元件41，以使環狀槽孔天線4提供圓形極化的一第一工作頻段、以及線性之一第二工作頻段，其中第二工作頻段可藉由調整多邊形環狀槽孔411的尺寸而進行調整。
上述兩實施例中，環狀槽孔天線3及4所能提供之圓形極化之第一工作頻段較佳係2.45GHz，環狀槽孔天線4所能提供之線性之第二工作頻段較佳係為2.4至4.5GHz，其係包括無線通訊寬頻所使用之2.5GHz及3.5GHz二頻段。
圖6A至圖12係分別針對本發明之第一實施例至第四實施例進行模擬及實際測試，在第一實施例至第四實施例中，絕緣介質層10、20、30、40係為厚度1.6mm的FR4基板，多邊形環狀槽孔111、211、311、411係為圓形，且內外半徑分別為13.5mm及20.3mm；饋入元件13、23、33、44係為長度為14.5mm之一微帶線，且其與左右接地面之間的距離為0.75mm，並具有一長5.9mm寬1.25mm之電容耦合槽孔；第一短截線12、221、第二短截線222、以及短截線43之長度及寬度分別為7.3mm以及2.5mm；L型微帶元件32、42的兩邊長的長度皆為26mm，寬度為2mm。
請參照圖6A及圖6B，圖6A係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線1之反射耗損之頻率響應圖，圖6B係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線1之增益之頻率響應圖，其皆係由模擬而得。由圖6A可知，環狀槽孔天線1之共振頻率係為4GHz、以及5.5GHz；由圖6B可知，環狀槽孔天線1在2.8-4.9GHz頻段之增益達2dBi。
請參照圖7A至圖7C，圖7A係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線1於2.5GHz頻段之XZ平面輻射場型圖，圖7B係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線1於4.0GHz頻段之XZ平面輻射場型圖，圖7C係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線1於5.5GHz頻段之XZ平面輻射場型圖，其皆係由模擬而得。由圖7A可知，環狀槽孔天線1於2.5GHz頻段可提供ψ極化場型；由圖7B可知，環狀槽孔天線1於4.0GHz頻段可提供ψ極化場型；由圖7C可知，環狀槽孔天線1於5.5GHz頻段可提供θ極化場型。
請參照圖8，圖8係本發明之第二實施例之環狀槽孔天線2之反射耗損之頻率響應圖，其係由模擬而得。由圖8可知，環狀槽孔天線2之共振頻率係為2.7GHz以及3.7GHz。
請參照圖9A及圖9B，圖9A係本發明之第二實施例之環狀槽孔天線2於2.7GHz頻段於XZ平面之水平及垂直極化輻射場型圖，圖9B係本發明之第二實施例之之環狀槽孔天線2於3.7GHz頻段於XZ平面之水平及垂直極化之水平及垂直極化輻射場型圖，其皆係由實驗而得。環狀槽孔天線2的第一短截線221、以及第二短截線222係使得環狀槽孔天線2具有不對稱性，因而可提供2.7及3.7GHz之雙寬頻工作頻段。
請參照圖10A至圖10C，圖10A係本發明之第一、第三及第四實施例之環狀槽孔天線之反射耗損之頻率響應圖，圖10B係本發明之第一、第三及第四實施例之環狀槽孔天線之軸比之頻率響應圖，圖10C係本發明之第一、第三及第四實施例之環狀槽孔天線之增益之頻率響應圖，其皆係由模擬而得。由圖10A可知，環狀槽孔天線4在3.5GHz頻段的反射耗損可達10dB；由圖10C可知，環狀槽孔天線3及4皆可提供2.5GHz之工作頻段，環狀槽孔天線4可提供3.5GHz之工作頻段。
請參照圖11A至圖11C，圖11A係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線4之反射耗損之頻率響應圖，圖11B係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線4之軸比之頻率響應圖，圖11C係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線4之增益之頻率響應圖，其皆係由實際量測而得。由圖11A可知，環狀槽孔天線4的反射耗損在2.4-4.5 GHz之工作頻段皆達10dB。由圖11C可知，環狀槽孔天線4的增益在2.4-4.5GHz之工作頻段皆大於2 dBi。
請參照圖12，圖12係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線4於2.45GHz頻段XZ平面之水平及垂直極化輻射場型圖，其係實際量測而得。由圖12可知，環狀槽孔天線4在2.45GHz頻段，在±30°皆有良好的圓形極化表現。
綜上所述，本發明之環狀槽孔天線，係於單一平面結構上以至少一短截線造成環狀槽孔之不對稱，而可提供線性之寬頻工作頻段；若於其背面設置一L型微帶區塊，由於L型微帶被多邊形環狀槽孔耦合，因而更可提供圓形極化之工作頻段。
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。
1,2,3,4,9．．．環狀槽孔天線
10,20,30,40,90．．．絕緣介質層
11,21,31,41,91．．．接地元件
111,211,311,411,911．．．多邊形環狀槽孔
112,212,312,412,912．．．多邊形區塊
113,213,313,413,913．．．外圍區塊
114,214,314,414‧‧‧饋入點
12,221‧‧‧第一短截線
13,23,33,44,92‧‧‧饋入元件
222‧‧‧第二短截線
32,42‧‧‧L型微帶元件
43‧‧‧短截線
圖1係習知之一環狀槽孔天線之示意圖。
圖2係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線之示意圖。
圖3係本發明之第二實施例之環狀槽孔天線之示意圖。
圖4A係本發明之第三實施例之環狀槽孔天線之示意圖。
圖4B係本發明之第三實施例之環狀槽孔天線之絕緣介質層之上表面之示意圖。
圖4C係本發明之第三實施例之環狀槽孔天線之絕緣介質層之下表面之示意圖。
圖5A係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線之示意圖。
圖5B係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線之絕緣介質層之上表面之示意圖。
圖5C係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線之絕緣介質層之下表面之示意圖。
圖6A係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線之反射耗損之頻率響應圖。
圖6B係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線之增益之頻率響應圖。
圖7A係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線於2.5GHz頻段之XZ平面輻射場型圖。
圖7B係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線於4.0GHz頻段之XZ平面輻射場型圖。
圖7C係本發明之第一實施例之環狀槽孔天線於5.5GHz頻段之XZ平面輻射場型圖。
圖8係本發明之第二實施例之環狀槽孔天線之反射耗損之頻率響應圖。
圖9A係本發明之第二實施例之之環狀槽孔天線於2.7GHz頻段之水平及垂直平面輻射場型圖。
圖9B係本發明之第二實施例之之環狀槽孔天線於3.7GHz頻段之水平及垂直平面輻射場型圖。
圖10A係本發明之第一、第三及第四實施例之環狀槽孔天線之反射耗損之頻率響應圖。
圖10B係本發明之第一、第三及第四實施例之環狀槽孔天線之軸比之頻率響應圖。
圖10C係本發明之第一、第三及第四實施例之環狀槽孔天線之增益之頻率響應圖。
圖11A係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線之反射耗損之頻率響應圖。
圖11B係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線之軸比之頻率響應圖。
圖11C係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線之增益之頻率響應圖。
圖12係本發明之第四實施例之環狀槽孔天線於2.5GHz頻段之水平及垂直平面輻射場型圖。
4．．．環狀槽孔天線
40．．．絕緣介質層
41．．．接地元件
411．．．多邊形環狀槽孔
412．．．多邊形區塊
413．．．外圍區塊
414．．．饋入點
42．．．L型微帶元件
43．．．短截線
44．．．饋入元件
Claims (9)
- 一種環狀槽孔天線，包括：一絕緣介質層，具有一上表面及一下表面；一接地元件，係設置於該絕緣介質層之該上表面，其上具有一多邊形環狀槽孔，其係將該接地元件分割為一多邊形區塊、以及一外圍區塊，該多邊形區塊係包括一饋入點，其係位於該多邊形區塊之下緣；一L型微帶元件，係設置於該絕緣介質層之該下表面，其中該L型微帶元件之轉折角係重疊至該多邊形環狀槽孔中央之下方，且其中一邊係穿過該多邊形環狀槽孔上緣之下方形成一相交區段；以及一饋入元件，其係饋入至該饋入點以經該多邊形環狀槽孔將能量耦合至該接地元件，以使該環狀槽孔天線提供圓形極化之一第一工作頻段。
- 如申請專利範圍第1項所述之環狀槽孔天線，其中該第一工作頻段係為一圓形極化之中心頻率係為2.45GHz。
- 如申請專利範圍第1項所述之環狀槽孔天線，其更包括一短截線，其為導電材質，係設置於該多邊形環狀槽孔上，連接於該多邊形區塊及該外圍區塊之間，並重疊於該相交區段之上方；該環狀槽孔天線更提供一第二工作頻段。
- 如申請專利範圍第3項所述之環狀槽孔天線，其中該第二工作頻段係2.4至4.5GHz，
- 如申請專利範圍第3項所述之環狀槽孔天線，其中，藉由調整該多邊形環狀槽孔之尺寸，可對該第二工作頻段進行調整。
- 如申請專利範圍第1項所述之環狀槽孔天線，其中該多邊形環狀槽孔係為圓形、或矩形。
- 如申請專利範圍第1項所述之環狀槽孔天線，其中該絕緣介質層係為一印刷電路板基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之環狀槽孔天線，其中該接地元件、以及該饋入元件均為薄層金屬。
- 如申請專利範圍第1項所述之環狀槽孔天線，其中該饋入元件係為一微帶線。
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| TW100108281A TWI459634B (zh) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | 環狀槽孔天線 |
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2011
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