TWI478440B - 超寬頻天線及應用該超寬頻天線之無線通訊裝置 - Google Patents

Description

超寬頻天線及應用該超寬頻天線之無線通訊裝置

本發明涉及一種天線，尤其涉及一種超寬頻天線及應用該超寬頻天線之無線通訊裝置。

隨著筆記本電腦、無線路由器等無線家庭網路設備之普及，無線家庭網路設備之間之資訊傳輸量亦不斷之增加，現階段已經有多種短距離無線通訊技術例如藍牙(Bluetooth)技術與IEEE802.11/a/g協議等，但這些先前技術之訊號傳輸功率較低，抗干擾能力一般較差，傳輸速率會因障礙物而有所降低，而越來越無法滿足用戶對傳輸品質之要求。於此情形下，同樣主要用於短距離傳輸之超寬頻(UWB，Ultra Wide Band)通訊技術應運而生。超寬頻通訊系統利用發射低強度之窄脈衝訊號而不是載波來實現高速度、高品質之傳輸，因此頻寬非常大，抗干擾能力強，並具有可降低發射訊號功率以達到低功率、低耗電之優點。由於超寬頻無線通訊之工作頻段一般至少需要涵蓋3.1GHz~10.6GHz之頻段，因此就需要一種於3.1GHz~10.6GHz頻段內性能良好。

有鑒於此，有必要提供一種體積小，且可工作於3.1GHz~10.6GH頻段之超寬頻天線。

另，還有必要提供一種應用該超寬頻天線之無線通訊裝置。

一種超寬頻天線，其設置於一基板上，該基板包括一第一表面及一第二表面，該超寬頻天線包括一輻射單元、二連接部、一微帶傳輸線及一接地單元；該輻射單元包括二個分別設置於第一表面及第二表面之輻射體；該微帶傳輸線設置於第一表面上，通過其中一連接部與設置於第一表面上之輻射體相連；該接地單元設置於第二表面上，通過另一連接部與設置於第二表面上之輻射體相連；該二輻射體於基板上之投影以連接部為軸對稱分佈。

一種無線通訊裝置，包括一基板及設置於項所述之基板上之超寬頻天線，該基板包括一第一表面及一第二表面，該超寬頻天線包括一輻射單元、二連接部、一微帶傳輸線及一接地單元；該輻射單元包括二個分別設置於第一表面及第二表面之輻射體；該微帶傳輸線設置於第一表面上，通過其中一連接部與設置於第一表面上之輻射體相連；該接地單元設置於第二表面上，通過另一連接部與設置於第二表面上之輻射體相連；該二輻射體於基板上之投影以連接部為軸對稱分佈。

本發明之超寬頻天線直接設置於基板，體積小，佔用空間少；同時，利用分別設置於基板之第一表面與第二表面上之二輻射體耦合產生寬頻輻射效果，可工作於3.1GHz~10.6GHz頻段，滿足超寬頻通訊技術之使用要求。

30‧‧‧基板

31‧‧‧第一表面

32‧‧‧第二表面

10‧‧‧超寬頻天線

11‧‧‧輻射單元

111‧‧‧輻射體

1111‧‧‧矩形輻射部

1112‧‧‧三角形輻射部

12‧‧‧連接部

121‧‧‧主體

1211‧‧‧短邊

122‧‧‧連接端

123‧‧‧傳輸端

13‧‧‧微帶傳輸線

14‧‧‧接地單元

141‧‧‧主接地部

1411‧‧‧長邊

1412‧‧‧短邊

142‧‧‧第一輔接地部

143‧‧‧第二輔接地部

15‧‧‧孔槽

圖1為本發明超寬頻天線較佳實施例設置於基板上之正面示意圖。

圖2為本發明超寬頻天線較佳實施例設置於基板上之反面示意圖。

圖3為本發明超寬頻天線較佳實施例之模擬與測量之回波損耗示意圖。

圖4為本發明超寬頻天線較佳實施例工作於3.65GHz頻率時之電磁輻射場圖。

圖5為本發明超寬頻天線較佳實施例工作於10.18GHz頻率時之電磁輻射場圖。

圖6為本發明超寬頻天線較佳實施例工作於10.6GHz頻率時之電磁輻射場圖。

圖7為本發明超寬頻天線較佳實施例之增益示意圖。

請參閱圖1及圖2，本發明之超寬頻天線10為一雙面印刷天線，其佈設於移動電話、個人數位助理(personal digital assistant，PDA)等無線通訊裝置內之一基板30上，用以發射、接收無線電波以收發無線電訊號。

該基板30大致為一矩形之印刷電路板，其包括一第一表面31及一與該第一表面31相對之第二表面32。於本實施方式中，該基板30之相對介電常數(relatively permittivity)約為3.38、正切損耗常數(loss tangent)約為0.0025，厚度約為0.06英寸。

該超寬頻天線10包括一輻射單元11、二連接部12、一微帶傳輸線13及接地單元14。

該輻射單元11包括分別設置於基板30之第一表面31與第二表面32上之二輻射體111。每一該輻射體111包括一矩形輻射部1111及一三角形輻射部1112。該三角形輻射部1112大致為一呈等腰三角形之片體，其底邊與矩形輻射部1111相連。該二輻射體111於基板30上之投影相對設置，其中，兩個三角形輻射部1112投影之底邊相互平行，頂角具有重合之頂點，從而使該投影形成一近似領結之形狀。如此，該輻射單元11分別處於第一表面31與第二表面32之二輻射體111可形成陣列效應，通過二輻射體111耦合產生寬頻輻射效果。

該連接部12大致呈長條狀，其包括一主體121、一連接端122、及一傳輸端123。該主體121大致為一矩形片體，其具二短邊1211。該連接端122及該傳輸端123均為矩形片體，分別從該主體121之二短邊1211延伸形成，且二者之寬度均略小於該主體121。該超寬頻天線10之二連接部12對稱佈設於基板30之第一表面31及第二表面32上，二連接部12於基板30上之投影重合。該二連接部12之連接端122分別與兩個輻射體111之三角形輻射部1112重合之頂點處相連，傳輸端123分別與該微帶傳輸線13及接地單元14相連，從而使該二輻射體111於基板30上之投影以該連接部12為軸線軸對稱。

該微帶傳輸線13為一矩形片狀體，其設置於基板30之第一表面31上，與傳輸端123相連，其用於傳輸能量，為獲得與饋電線匹配之性能，其寬度尺寸應使得該微帶傳輸線13獲得50歐姆左右之特性阻抗。

該接地單元14設置於基板30之第二表面32上，其包括一主接地部 141、二第一輔接地部142及二第二輔接地部143。該主接地部141為一矩形片體，其包括二長邊1411及二短邊1412。該第一輔接地部142為一矩形片體。該二第一輔接地部142由該主接地部141靠近輻射單元11一側之長邊1411之兩端對稱延伸而成。該第二輔接地部143為一半圓形片體。該二第二輔接地部143分別設置於該第一輔接地部142。該第一輔接地部142、第二輔接地部143與微帶傳輸線13及主接地部141一同圍設形成一孔槽15，通過設定該孔槽15之尺寸即可調整該超寬頻天線10之低頻之諧振頻率，同時還可使該超寬頻天線10之電流分佈更加均勻。

請參閱圖3，其為本發明超寬頻天線10較佳實施例之模擬與測量之回波損耗示意圖。由圖可知，該超寬頻天線10於3.1GHz~10.6GHz頻段內符合於現有之無線通訊網路內進行超寬頻資料傳輸之使用要求。

請參閱圖4、圖5及圖6，所示分別為經電磁模擬所得實施例中超寬頻天線工作於3.1GHz、10.18GHz、10.6GHz頻率之輻射場方向圖，由圖可知，本實施方式之超寬頻天線符合於現有之無線通訊網路內進行超寬頻資料傳輸之使用要求。

請參閱圖7，所示為超寬頻天線之增益示意圖，由圖可知，本實施方式之超寬頻天線於3.1GHz~10.6GHz頻段時，具有良好之增益平坦度，具體值約為±3dB。

30‧‧‧基板

31‧‧‧第一表面

10‧‧‧超寬頻天線

11‧‧‧輻射單元

111‧‧‧輻射體

1111‧‧‧矩形輻射部

1112‧‧‧三角形輻射部

12‧‧‧連接部

121‧‧‧主體

1211‧‧‧短邊

122‧‧‧連接端

123‧‧‧傳輸端

13‧‧‧微帶傳輸線

Claims (10)

1. 一種超寬頻天線，其設置於一基板上，該基板包括一第一表面及一第二表面，其改良在於：該超寬頻天線包括一輻射單元、二連接部、一微帶傳輸線及一接地單元；該輻射單元包括二個分別設置於第一表面及第二表面之輻射體；該微帶傳輸線設置於第一表面上，通過其中一連接部與設置於第一表面上之輻射體相連；該接地單元設置於第二表面上，通過另一連接部與設置於第二表面上之輻射體相連；該二輻射體於基板上之投影以連接部為軸對稱分佈；該接地單元包括一主接地部，該接地單元還包括二矩形之第一輔接地部及二設置第一輔接地部之半圓形之第二輔接地部，該第一輔接地部、第二輔接地部、主接地部共同形成一孔槽。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超寬頻天線，其中每一輻射體包括一矩形輻射部及一與該矩形輻射部相連之三角形輻射部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之超寬頻天線，其中該二輻射體於基板上之投影相對設置，該二三角形輻射部投影之底邊相互平行。
4. 如申請專利範圍第1項所述之超寬頻天線，其中該主接地部為矩形，設置於基板之第二表面上。
5. 一種無線通訊裝置，包括一基板及設置於項所述之基板上之超寬頻天線，該基板包括一第一表面及一第二表面，其改良在於：該超寬頻天線包括一輻射單元、二連接部、一微帶傳輸線及一接地單元；該輻射單元包括二個分別設置於第一表面及第二表面之輻射體；該微帶傳輸線設置於第一表面上，通過其中一連接部與設置於第一表面上之輻射體相連；該接地單元設置於第二表面上，通過另一連接部與設置於第二表面上之輻射體相連；該二輻射體於基板上之投影以連接部為軸對稱分佈；該接地 單元包括一主接地部，該接地單元還包括二矩形之第一輔接地部及二設置第一輔接地部之半圓形之第二輔接地部，該第一輔接地部、第二輔接地部、主接地部共同形成一孔槽。
6. 如申請專利範圍第5項所述之無線通訊裝置，其中該輻射體包括相連之一矩形輻射部及一三角形輻射部。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊裝置，其中該二輻射體於基板上之投影相對設置，該二三角形輻射部投影之底邊相互平行。
8. 如申請專利範圍第5項所述之無線通訊裝置，其中該接地單元括一主接地部，該主接地部為矩形，設置於基板之第二表面上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之無線通訊裝置，其中該接地單元還包括二矩形之第一輔接地部及二設置第一輔接地部之半圓形之第二輔接地部，該第一輔接地部、二輔接地部、主接地部共同形成一孔槽。
10. 如申請專利範圍第5項所述之無線通訊裝置，其中該基板厚度為0.06英寸，其相對介電常數為3.38，正切損耗常數為0.0025。