TWI459640B - 一種ＷＬＡＮ／ＷｉＭＡＸ系統用平面Ｔ型多頻單極天線 - Google Patents

一種ＷＬＡＮ／ＷｉＭＡＸ系統用平面Ｔ型多頻單極天線 Download PDF

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Jui Han Lu
Ying Hwei Li
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Univ Nat Kaohsiung Marine
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Description

一種WLAN/WiMAX系統用平面T型多頻單極天線
本發明係涉及將天線輻射結構提出一T型輻射金屬片及其底端嵌入一對稱式L型金屬片之設計，其T型金屬片之表面電流路徑可控制低頻及高頻模態，而其底端嵌入一對稱式L型金屬片可激發中頻段模態，以符合WLAN/WiMAX系統所需要之頻寬要求，在其操作頻率範圍均具有良好的等方向性輻射場型與平穩的峰值增益特性。
在任何無線通訊系統中，天線佔有非常重要的地位，而在 近十幾年來天線發展中最快速的應屬於平面天線(planar antenna)，其因具備低姿勢(low profile)、體積小(small size)、質量輕(light weight)、低成本(low cost)、製作容易及可信度高的特性，同時可附著於任何物體之表面上，使得平面天線被大量應用，而應用在WiMAX系統的天線雖已有多項設計方法被提出但大多僅限於單頻操作且其體積較大，對於小型化多頻或寬頻平面天線之研發成果則付之闕如，在行動裝置越來越小的趨勢下，個人通訊產品的要求越來越嚴苛，輕薄短小、價廉物美已經為設計上的基本要求，要在有限空間設計出適合的天線，天線本身的形式與尺寸大小便成為第一要件，另外，天線的操作頻寬(Bandwidth)、增益(Gain)、效率(Efficiency)與輻射場型(Radiation Pattern)等，都是可深入研究的方向。
我們提出一種WLAN/WiMAX系統用平面T型多頻單極天線，本天線藉由微帶線饋入方式可激發2.45/3.5/5.5GHz WLAN/WiMAX系統用操作模態，其頻寬分別為200/1130/2700MHz，天線峰值增益與輻射效率分別為3/3.5/5dBi及70/97/96%，且在XY-plane具有近似等方向性的輻射場型。
第1圖是本發明天線之一實施例，包括：一介質基板10，該介質基板10具有兩金屬表面，該金屬表面包含：一接地金屬面11及一輻射金屬面19，其中，該輻射金屬面19包括一訊號饋入微帶金屬片12，一訊號饋入位置13，一T型輻射金屬片14及一L型輻射金屬片15。該T型輻射金屬片14包含：一起始端141，一中間臂142，一末端143，該L型輻射金屬片15包含：一起始端151，及一末端152。
該訊號饋入微帶金屬片12與該T型輻射金屬片之起始端141電連接，且該T型輻射金屬片之末端143與該T型輻射金屬片之中間臂142相互垂直設置，該L型輻射金屬片之起始端151與該T型輻射金屬片之起始端141電連接，且與該T型輻射金屬片之末端143平行相間隔設置之，該L型輻射金屬片之末端152與該L型輻射金屬片之起始端151相互垂直設置之，且其朝向該T型輻射金屬片之末端143方向延伸之，值得說明的是，該L型輻射金屬片之末端152長度小於該T型輻射金屬片之中間臂142之長度。
第2圖是本發明天線之一實施例之返回損失實驗量測結果圖，縱軸表示返回損失(dB)，橫軸表示操作頻率(GHz)；如第2圖所示，由所得的測試結果，在返回損失值大於等於10dB為標準，其頻寬分別為200/1130/2700MHz，可符合WLAN/WiMAX 2.45/3.5/5.5GHz系統之頻寬要求，表示本發明天線之實施例在各頻段上具有良好的操作特性。
第3圖、第4圖與第5圖為本發明天線之一實施例分別於2.45GHz、3.5GHz及5.5GHz之輻射場型量測結果。其中，在X-Y平面均為良好的等方向性輻射場型，而在X-Z平面及Y-Z平面得到垂向性輻射場型(Broadside Radiation)，為一典型之單極天線輻射場型。
第6圖為本發明天線之一實施例分別於低頻、中頻與高頻段之天線峰值增益實驗量測結果，縱軸表示增益值(dBi)，橫軸表示操作頻率(GHz)，由實驗結果得知，本天線在三個操作頻段之天線增益分別為3/3.5/5dBi。
第7圖為本發明天線之一實施例分別於低頻、中頻與高頻段之天線輻射效率實驗量測結果，縱軸表示輻射效率(%)，橫軸表示操作頻率(GHz)，由實驗結果得知，本天線在三個操作頻段之天線輻射效率分別為70/97/96%，具有良好之操作特性，亦即，表示本發明天線之實施例可以產生良好的收發效果
綜合上述說明，本發明之一種WLAN/WiMAX系統用平面T型多頻單極天線具有三頻操作及近似等方向性輻射場型之特性；此外，不僅製作簡單、成本低、體積小，證明本發明天線之產業應用價值極高，足以符合發明之範疇。
在上述說明中所敘述之實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
10‧‧‧介質基板
11‧‧‧接地金屬面
12‧‧‧訊號饋入微帶金屬線
13‧‧‧訊號饋入位置
14‧‧‧T型輻射金屬片
15‧‧‧L型輻射金屬片
141‧‧‧起始端
142‧‧‧中間臂
143‧‧‧末端
151‧‧‧起始端
152‧‧‧末端
19‧‧‧輻射金屬面
第1圖為本發明之平面T型多頻單極天線之一實施例結構圖。
第2圖為本發明天線一實施例之實測返回損失量測結果。
第3圖為本發明天線一實施例操作於2.45GHz、3.5GHz及5.5GHz在X-Y平面之輻射場型量測結果。
第4圖為本發明天線一實施例操作於2.45GHz、3.5GHz及5.5GHz在X-Z平面之輻射場型量測結果。
第5圖為本發明天線一實施例操作於2.45GHz、3.5GHz及5.5GHz在Y-Z平面之輻射場型量測結果。。
第5圖為本發明天線一實施例在各頻段之天線峰值增益量測結果。
第7圖為本發明天線一實施例在各頻段之天線輻射效率量測結果。
10‧‧‧介質基板
11‧‧‧接地金屬面
12‧‧‧訊號饋入微帶金屬線
13‧‧‧訊號饋入位置
14‧‧‧T型輻射金屬片
15‧‧‧L型輻射金屬片
141‧‧‧起始端
142‧‧‧中間臂
143‧‧‧末端
151‧‧‧起始端
152‧‧‧末端
19‧‧‧輻射金屬面

Claims (6)

  1. 一種WLAN/WiMAX系統用平面T型多頻單極天線，包含：一介質基板，包括：一接地金屬面及一輻射金屬面；該輻射金屬面，包括：一訊號饋入微帶金屬片、一訊號饋入位置、一T型輻射金屬片，及一L型輻射金屬片；該T型輻射金屬片，包含：一起始端、一中間臂，及一末端；該L型輻射金屬片，包含：一起始端，及一末端；其中，該訊號饋入微帶金屬片與該T型輻射金屬片之起始端電連接，且該T型輻射金屬片之末端與該T型輻射金屬片之中間臂相互垂直設置，該L型輻射金屬片之起始端與該T型輻射金屬片之起始端電連接，且與該T型輻射金屬片之末端平行相間隔設置之，該L型輻射金屬片之末端與該L型輻射金屬片之起始端相互垂直設置之，且其朝向該T型輻射金屬片之末端方向延伸之，該L型輻射金屬片之末端長度小於該T型輻射金屬片之中間臂之長度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之WLAN/WiMAX系統用平面T型多頻單極天線，其T型輻射金屬片之長度實質相等於該天線之第一操作頻帶中心頻率之1/4波長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之WLAN/WiMAX系統用平面T型多頻單極天線，其對稱式L型輻射金屬片之長度實質相等於該天線之第二操作頻帶中心頻率之1/4波長。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之WLAN/WiMAX系統用平面T型多頻單極天線，其該饋入點位於該天線下方，位於微帶金屬線與接地金屬面之位置，作為訊號饋入。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之WLAN/WiMAX系統用平面T型多頻單極天線，該T型輻射金屬片之起始臂連接至微帶金屬線一端連接至訊號正端。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之WLAN/WiMAX系統用平面T型多頻單極天線，該對稱式L型輻射金屬片之起始臂與該T型輻射金屬片之起始臂連接以傳遞電磁波訊號。
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