TWI460925B - 雙寬頻偶極天線 - Google Patents

Description

雙寬頻偶極天線

　　本發明係有關於一種雙寬頻偶極天線，尤其是指一種可供作為無線通訊與接收電磁訊號之雙寬頻偶極天線。

　　隨著無線通訊產業的快速發展，無線通訊技術已給人類生活上革命性的突破，其除了縮短人與人之間的距離之外，更帶給一般民眾許多的便利，因此人手一機更是隨處可見的景象。而在行動電話的設計上除了輕、薄、短、小這些特點之外，針對通訊頻帶的需求也從原本的雙頻操作演變成多頻操作。

　　此外，隨著環保意識的抬頭，對於綠能科技的開發與研究是未來的趨勢，但以目前現有的太陽能與風力發電仍然存在眾多缺點而有待改善，例如：遇到陰天或者是沒有風的天氣，太陽能與風力發電裝置就無法產生電力；尤其設置太陽能與風力發電裝置之設備所需的花費負擔相當昂貴。

　　因此，若能將生活週遭使用無線通訊設備產生的電磁能量進一步收集且轉換成所需之電能，將有助於綠色能源的開發，並改善傳統以太陽能與風力發電所需要的龐大硬體設置費用。

　　今，本發明即是為提供一種使用在ＧＳＭ８５０／９００／１８００／１９００等頻帶之通訊天線，且能饋入在ＧＳＭ８５０／９００／１８００／１９００等頻帶所產生之電磁能量，供後續將該些電磁能量收集起來轉換成人類所需要之電能。

　　本發明之主要目的，係提供一種雙寬頻偶極天線，該天線能激發出０﹒８５ＧＨｚ、１﹒１３ＧＨｚ、１﹒６８ＧＨｚ、１﹒９３ＧＨｚ與２﹒２９ＧＨｚ共振頻率點，且涵蓋ＧＳＭ８５０／９００／１８００／１９００等操作頻段，而可供作為無線通訊與接收電磁訊號之雙寬頻偶極天線。

　　上述本發明之主要目的與功效，是由以下之具體技術手段所達成：

　　一種雙寬頻偶極天線，主要包括一介質基板、二金屬輻射部以及一饋入傳輸線；其中：

　　該二金屬輻射部彼此對應設置在介質基板上，該金屬輻射部包含一金屬片、一Ｌ形金屬片與一矩形金屬片，該金屬片的起始端具饋入點，該金屬片在中段處往起始端方向彎折延伸形成一調控段，該金屬片的終端往第一方向轉折形成凸出段；該Ｌ形金屬片被配置在金屬片的終端與調控段之間，該Ｌ形金屬片在終端處往第二方向轉折形成轉角段；而矩形金屬片則配置在金屬片終端至另一金屬片調控段末端之間；

　　該饋入傳輸線同時連接於二金屬輻射部之金屬片的饋入點；

　　據此，令該天線透過矩形金屬片激發出０﹒８５ＧＨｚ，金屬片激發出１﹒１３ＧＨｚ與２﹒２９ＧＨｚ，Ｌ形金屬片、轉角段、凸出段得以激發出１﹒６８ＧＨｚ，而調控段則激發出１﹒９３ＧＨｚ共振頻率點，使該天線涵蓋ＧＳＭ８５０／９００／１８００／１９００等操作頻段，並可作為在ＧＳＭ８５０／９００／１８００／１９００等操作頻段之無線通訊與接收電磁訊號之天線。

　　如上所述之雙寬頻偶極天線，其中，在金屬片之饋入點的一側形成一狹縫，以作為中頻匹配之用。

　　如上所述之雙寬頻偶極天線，其中，在金屬片之饋入點的另一側形成一缺口，以作為中頻匹配之用。

　　如上所述之雙寬頻偶極天線，其中，該介質基板（１）係採用相對介電常數εｒ＝４﹒４，損耗正切（ｌｏｓｓ　ｔａｎｇｅｎｔ）為０﹒０２４５，厚度為０﹒８ｍｍ及面積２０×２００ｍｍ^２ 的ＦＲ４之基板。

　　為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

　　請參看第一圖所示，其係本發明之雙寬頻偶極天線的結構平面示意圖。本發明之雙寬頻偶極天線主要包括有：一介質基板（１）、二金屬輻射部（２）以及一饋入傳輸線（３）；其中：

　　該介質基板（１），其係採用相對介電常數εｒ＝４﹒４，損耗正切（ｌｏｓｓ　ｔａｎｇｅｎｔ）為０﹒０２４５，厚度為０﹒８ｍｍ及面積２０×２００ｍｍ^２ 的ＦＲ４之基板；

　　該二金屬輻射部（２），係彼此對應設置在該介質基板（１）上；該金屬輻射部（２）包含一金屬片（２１）、一Ｌ形金屬片（２２）與一矩形金屬片（２３）；該金屬片（２１）具有一起始端（２１１）及一相對於起始端（２１１）的終端（２１２），於起始端（２１１）具有一饋入點（２１３），該金屬片（２１）在中段處往起始端（２１１）方向彎折延伸形成一調控段（２１４），該金屬片（２１）的終端（２１２）往介質基板（１）之第一方向Ｄ１轉折形成凸出段（２１５）；該Ｌ形金屬片（２２）係為了增加中頻的頻寬，該Ｌ形金屬片（２２）被配置在金屬片（２１）的終端（２１２）與調控段（２１４）之間，該Ｌ形金屬片（２２）具有一起始端（２２１）及一終端（２２２），該起始端（２２１）係朝向介質基板（１）的第二方向Ｄ２〔其中第二方向Ｄ２與第一方向Ｄ１為相反方向〕，其終端（２２２）則位於介質基板（１）的第一方向Ｄ１，且Ｌ形金屬片（２２）在終端（２２２）處往第二方向Ｄ２轉折形成轉角段（２２３）；而矩形金屬片（２３）則配置在第二方向Ｄ２處，且位於金屬片（２１）之終端（２１２）至另一金屬片（２１）之調控段（２１４）末端之間；

　　該饋入傳輸線（３）係同時連接於二金屬輻射部（２）之金屬片（２１）的饋入點（２１３）。

　　其中，在上述之雙寬頻偶極天線中，於金屬片（２１）之饋入點（２１３）的一側進一步形成一狹縫（２１６），並可再進一步於該饋入點（２１３）的另一側形成一缺口（２１７），該狹縫（２１６）與該缺口（２１７）均是作為中頻匹配之用，其可在金屬片（２１）之饋入點（２１３）側同時設置或僅選擇其一設置。

　　以上述結構設置之天線，其能透過矩形金屬片（２３）激發出０﹒８５ＧＨｚ，金屬片（２１）激發出１﹒１３ＧＨｚ與２﹒２９ＧＨｚ，以Ｌ形金屬片（２２）本身及轉角段（２２３）、凸出段（２１５）激發出１﹒６８ＧＨｚ，而以調控段（２１４）激發出１﹒９３ＧＨｚ共振頻率點，使該天線涵蓋ＧＳＭ８５０（８２４－８９４ＧＨｚ）／９００（８９０－９６０ＧＨｚ）／１８００（１７１０－１８８０ＧＨｚ）／１９００（１８５０－１９９０ＧＨｚ）等操作頻段，並可作為在ＧＳＭ８５０／９００／１８００／１９００等操作頻段之無線通訊與接收電磁訊號之天線。

　　請參第二圖（ａ）、（ｂ）、（ｃ）所示，其係顯示當改變矩形金屬片（２３）之長度時之返回損失、與輸入阻抗圖；從阻抗來看，原來在低頻模態０﹒８５ＧＨｚ隨著路徑的縮短模態漸漸的往高頻動，其低頻部份為對稱的上下偶合二金屬片（２１）長度約四分之ㄧ波長共振，總長為二分之ㄧ波長共振。

　　請參看第三圖（ａ）、（ｂ）、（ｃ），係改變兩邊耦合之二Ｌ形金屬片（２２）的長度，並觀察返回損失圖與阻抗圖的變化圖。當將二Ｌ形金屬片（２２）的長度同時減短，在１﹒６８ＧＨｚ的模態逐漸的向高頻做移動，而此模態路徑分別為四分之ㄧ波長共振，所以總路徑為二分之ㄧ波長共振。

　　請參看第四圖（ａ）、（ｂ）、（ｃ），其係針對轉角段（２２３）存在與否對返回損失與阻抗所做之探討。其中，當將二轉角段（２２３）去除，從第四圖（ａ）返回損失圖及第四圖（ｂ）、（ｃ）阻抗圖來看，其轉角段（２２３）只對１﹒６８ＧＨｚ有影響，因為此轉角段（２２３）是１﹒６８ＧＨｚ的路徑之ㄧ。

　　請參看第五圖（ａ）、（ｂ）、（ｃ），係顯示修改金屬片（２１）共振路徑的返回損失圖與阻抗圖。其中，從左右兩邊饋入二金屬片（２１）之路徑共振出１﹒１３ＧＨｚ、２﹒２９ＧＨｚ兩個模態，而其一金屬片（２１）共振路徑為四分之ㄧ波長與其二金屬片（２１）共振路徑也是四分之ㄧ波長，所以總長度為二分之ㄧ波長所共振。從第五圖（ｂ）、（ｃ）阻抗圖來看，除了修改此路徑會讓原有的１﹒１３ＧＨｚ、２﹒２９ＧＨｚ兩個模態往高頻移動外，另外在１﹒６８ＧＨｚ的模態會移動，是因為此模態係利用二金屬片（２１）分別耦合到二Ｌ形金屬片（２２），所以當改變二金屬片（２１）時也會影響到１﹒６８ＧＨｚ的模態。

　　請參看第六圖（ａ）、（ｂ）、（ｃ），其係當改變調控段（２１４）之長度時的返回損失圖與阻抗圖。該二調控段（２１４）是為要了包含到操作頻帶所產生出來的新路徑，此路徑最主要在１﹒９２ＧＨｚ由其一調控段（２１４）路徑長為四分之ㄧ波長與其二調控段（２１４）路徑四分之ㄧ波長，總路徑為二分之ㄧ波長所產生出的模態。

　　請參看第七圖（ａ）、（ｂ）、（ｃ），係針對有無凸出段（２１５）所做之探討。其中，其一凸出段（２１５）、其二凸出段（２１５）最主要影響耦合至其一Ｌ形金屬片（２２）、其二Ｌ形金屬片（２２），所以從第七圖（ａ）返回損失圖與第七圖（ｂ）、（ｃ）阻抗圖來看，將其一凸出段（２１５）、其二凸出段（２１５）去除時，只對於１﹒６８ＧＨｚ的模態有影響，因為將其一凸出段（２１５）、其二凸出段（２１５）去除後改變了路徑，使共振路徑變短，造成１﹒６８ＧＨｚ的模態往高頻移動。

　　請參看第八圖（ａ）、（ｂ）、（ｃ），係針對是否在饋入點（２１３）側邊挖設有狹縫（２１６）進行探討。對於其一狹縫（２１６）與其二狹縫（２１６）逐漸向內挖，在第八圖（ａ）返回損失圖上，可以很明顯的看出在中頻的部份造成匹配不良，若從第八圖（ｂ）、（ｃ）阻抗圖虛部來看，１﹒９２ＧＨｚ模態的虛部會漸漸的往正的方向移動，造成在１﹒９２ＧＨｚ的模態不匹配，所以狹縫（２１６）最主要在改變中頻的匹配。

　　除了狹縫（２１６）可以作為中頻匹配，該缺口（２１７）也是做為匹配中頻頻寬用的。如第九圖（ａ）、（ｂ）、（ｃ），係針對是否在饋入點（２１３）側邊挖設有缺口（２１７）之返回損失圖與阻抗圖。當將其一缺口（２１７）與其二缺口（２１７）向內延伸，在第九圖（ａ）返回損失圖與第九圖（ｂ）、（ｃ）阻抗圖可以看出，該缺口（２１７）的改變也會影響到中頻的匹配，尤其主要是用來微調中頻的匹配。

　　以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。

　　綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體技術手段，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(1)．．．介質基板

(2)．．．金屬輻射部

(21)．．．金屬片

(211)．．．起始端

(212)．．．終端

(213)．．．饋入點

(214)．．．調控段

(215)．．．凸出段

(216)．．．狹縫

(217)．．．缺口

(22)．．．L形金屬片

(221)．．．起始端

(222)．．．終端

(223)．．．轉角段

(23)．．．矩形金屬片

(3)．．．饋入傳輸線

第一圖：本發明天線的結構平面圖

第二圖（ａ）：本發明天線之矩形金屬片的返回損失圖

第二圖（ｂ）：本發明天線之矩形金屬片的輸入阻抗圖（一）

第二圖（ｃ）：本發明天線之矩形金屬片的輸入阻抗圖（二）

第三圖（ａ）：本發明天線之Ｌ形金屬片的返回損失圖

第三圖（ｂ）：本發明天線之Ｌ形金屬片的輸入阻抗圖（一）

第三圖（ｃ）：本發明天線之Ｌ形金屬片的輸入阻抗圖（二）

第四圖（ａ）：本發明天線之轉角段的返回損失圖

第四圖（ｂ）：本發明天線之轉角段的輸入阻抗圖（一）

第四圖（ｃ）：本發明天線之轉角段的輸入阻抗圖（二）

第五圖（ａ）：本發明天線之金屬片的返回損失圖

第五圖（ｂ）：本發明天線之金屬片的輸入阻抗圖（一）

第五圖（ｃ）：本發明天線之金屬片的輸入阻抗圖（二）

第六圖（ａ）：本發明天線之調控段的返回損失圖

第六圖（ｂ）：本發明天線之調控段的輸入阻抗圖（一）

第六圖（ｃ）：本發明天線之調控段的輸入阻抗圖（二）

第七圖（ａ）：本發明天線之凸出段的返回損失圖

第七圖（ｂ）：本發明天線之凸出段的輸入阻抗圖（一）

第七圖（ｃ）：本發明天線之凸出段的輸入阻抗圖（二）

第八圖（ａ）：本發明天線之狹縫的返回損失圖

第八圖（ｂ）：本發明天線之狹縫的輸入阻抗圖（一）

第八圖（ｃ）：本發明天線之狹縫的輸入阻抗圖（二）

第九圖（ａ）：本發明天線之缺口的返回損失圖

第九圖（ｂ）：本發明天線之缺口的輸入阻抗圖（一）

第九圖（ｃ）：本發明天線之缺口的輸入阻抗圖（二）

(1)．．．介質基板

(2)．．．金屬輻射部

(21)．．．金屬片

(211)．．．起始端

(212)．．．終端

(213)．．．饋入點

(214)．．．調控段

(215)．．．凸出段

(216)．．．狹縫

(217)．．．缺口

(22)．．．L形金屬片

(221)．．．起始端

(222)．．．終端

(223)．．．轉角段

(23)．．．矩形金屬片

(3)．．．饋入傳輸線

Claims (7)

1. 一種雙寬頻偶極天線，主要包括一介質基板、二彼此對應設置在介質基板上金屬輻射部以及一連接二金屬輻射部之饋入點的饋入傳輸線；其中：
   　　該金屬輻射部包含一金屬片、一L形金屬片與一矩形金屬片，該金屬片的起始端具饋入點，該金屬片在中段處往起始端方向彎折延伸形成一調控段，該金屬片的終端往第一方向轉折形成凸出段；該L形金屬片被配置在金屬片的終端與調控段之間，該L形金屬片在終端處往第二方向轉折形成轉角段；而矩形金屬片則配置在金屬片終端至另一金屬片調控段末端之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙寬頻偶極天線，其中，在金屬片之饋入點的一側形成一作為中頻匹配之用的狹縫。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之雙寬頻偶極天線，其中，在金屬片之饋入點的另一側形成一作為中頻匹配之用的缺口。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雙寬頻偶極天線，其中，該介質基板係採用相對介電常數εｒ＝４﹒４，損耗正切（ｌｏｓｓ　ｔａｎｇｅｎｔ）為０﹒０２４５之基板。
5. 如申請專利範圍第4項所述之雙寬頻偶極天線，其中，該介質基板係選用厚度為０﹒８ｍｍ及面積２０×２００ｍｍ^２ 的ＦＲ4之基板。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之雙寬頻偶極天線，其中，該介質基板係採用相對介電常數εｒ＝４﹒４，損耗正切（ｌｏｓｓ　ｔａｎｇｅｎｔ）為０﹒０２４５之基板。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雙寬頻偶極天線，其中，該介質基板係選用厚度為０﹒８ｍｍ及面積２０×２００ｍｍ^２ 的FR4之基板。