TWI540791B - 平板雙極化天線及複合天線 - Google Patents

平板雙極化天線及複合天線 Download PDF

Info

Publication number
TWI540791B
TWI540791B TW103138387A TW103138387A TWI540791B TW I540791 B TWI540791 B TW I540791B TW 103138387 A TW103138387 A TW 103138387A TW 103138387 A TW103138387 A TW 103138387A TW I540791 B TWI540791 B TW I540791B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
block
antenna
shape
microstrip metal
dual
Prior art date
Application number
TW103138387A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201618378A (zh
Inventor
詹長庚
徐杰聖
Original Assignee
啟碁科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 啟碁科技股份有限公司 filed Critical 啟碁科技股份有限公司
Priority to TW103138387A priority Critical patent/TWI540791B/zh
Priority to US14/824,053 priority patent/US9972899B2/en
Publication of TW201618378A publication Critical patent/TW201618378A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI540791B publication Critical patent/TWI540791B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H01Q9/0435—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave using two feed points

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

平板雙極化天線及複合天線
本發明係指一種平板雙極化天線及複合天線，尤指一種具寬頻、較寬波束、高天線增益、高同極化對正交極化(Co/Cx)值、較小天線尺寸且可產生傾斜45度正交雙極化天線場型之平板雙極化天線及複合天線。
具有無線通訊功能的電子產品，如筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant)等，係透過天線來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號，進而存取無線網路。因此，為了讓使用者能更方便地存取無線通訊網路，理想天線的頻寬應在許可範圍內儘可能地增加，而尺寸則應儘量減小，以配合電子產品體積縮小之趨勢。此外，隨著無線通訊技術不斷演進，電子產品所配置的天線數量可能增加。舉例來說，長期演進(Long Term Evolution，LTE)無線通訊系統支援多輸入多輸出(Multi-input Multi-output，MIMO)通訊技術，亦即相關電子產品可透過多重(或多組)天線同步收發無線訊號，以在不增加頻寬或總發射功率耗損(Transmit Power Expenditure)的情況下，大幅地增加系統的資料吞吐量(Throughput)及傳送距離，進而有效提升無線通訊系統之頻譜效率及傳輸速率，改善通訊品質。此外，多輸入多輸出通訊技術可搭配空間分工(Spatial Multiplexing)、波束成型(Beam forming)、空間分集(Spatial Diversity)、預編碼(Precoding)等技術，進一步減少訊號干擾及增加通道容量。
此外，長期演進無線通訊系統共採用44個頻段，涵蓋的頻率從最低的698MHz，到最高的3800MHz。由於頻段的分散和雜亂，即使在同一國家或地區，系統業者仍可能同時使用多個頻段。在此情形下，如何設計符合 傳輸需求的天線，同時兼顧尺寸及功能，已成為業界所努力的目標之一。
因此，本發明主要提供一種平板雙極化天線，以有效增加天線波束寬。
本發明揭露一種平板雙極化天線，用來收發至少一無線電訊號，包含有一接地金屬板，該接地金屬板沿一第一方向及一第二方向分別具有一寬度及一長度；以及一上微帶金屬片，該上微帶金屬片之一形狀大致呈一十字形，該形狀沿該第一方向及該第二方向分別具有一第一對稱軸及一第二對稱軸，該第一對稱軸將該上微帶金屬片區分為一第一區塊及一第三區塊，該第二對稱軸將該上微帶金屬片區分為一第二區塊及一第四區塊；其中，該形狀之一對稱中心點與該接地金屬板之一中心點對齊，該第一區塊之一第一幾何中心與該對稱中心點相隔一第一距離，該第二區塊之一第二幾何中心與該對稱中心點相隔一第二距離，該第一距離與該第二距離不相等。
本發明另揭露一種複合天線，用來收發至少一無線電訊號，包含有一接地金屬板，包含有複數個矩形區塊，該複數個矩形區塊之每一矩形區塊沿一第一方向及一第二方向分別具有一寬度及一長度；以及一上平板雙極化天線層，包含有複數個上微帶金屬片分別對應該複數個矩形區塊之一矩形區塊設置，其中，該複數個上微帶金屬片之每一上微帶金屬片之一形狀大致呈一十字形，該形狀沿該第一方向及該第二方向分別具有一第一對稱軸及一第二對稱軸，該第一對稱軸將該上微帶金屬片區分為一第一區塊及一第三區塊，該第二對稱軸將該上微帶金屬片區分為一第二區塊及一第四區塊；其中，該形狀之一對稱中心點與對應之該矩形區塊之一中心點對齊，該第一區塊之一第一幾何中心與該對稱中心點相隔一第一距離，該第二區塊之一第二幾何中心與該對稱中心點相隔一第二距離，該第一距離與該第二距離不相等。
10、30、40、50‧‧‧平板雙極化天線
20、21‧‧‧十字方形
60、70、80‧‧‧複合天線
100、600‧‧‧饋入傳輸線層
102a、102b、FTL_1a、FTL_1b、FTL_2a、FTL_2b‧‧‧饋入傳輸線
110、130、150‧‧‧介質層
120、620、820‧‧‧接地金屬板
122a、122b、SL_1a、SL_1b、SL_2a、SL_2b‧‧‧槽孔
140、DPP_1、DPP_2‧‧‧下微帶金屬片
160、360、460、560、UPP_1、UPP_2、UPP_3、UPP_4、UPP_8、UPP_9‧‧‧上微帶金屬片
162、362、462、562‧‧‧十字區塊
164、364、464、564‧‧‧四邊形區塊
364a、364b、564a、564b‧‧‧突出部分
464c、464d、564c、564d‧‧‧缺口
SEC_U、SEC_D、SEC_R、SEC_L‧‧‧區塊
G_U2、G_R2、G_U3、G_R3、G_U4、G_R4、G_U5、G_R5、G_U6、G_R6、G_U7、G_R7、G_U8、G_R8‧‧‧幾何中心
DIS_U2、DIS_R2、DIS_U3、DIS_R3、DIS_U4、DIS_R4、DIS_U5、DIS_R5、DIS_U6、DIS_R6、DIS_U7、DIS_R7、DIS_U8、DIS_R8‧‧‧距離
L‧‧‧總長度
L1、L8‧‧‧長度
W1、W8‧‧‧寬度
Lmax、Lmax8‧‧‧最大長度
Wmax、Wmax8‧‧‧最大寬度
D‧‧‧基準尺寸
Ax、Ay‧‧‧比例值
x、y、z‧‧‧方向
axis_x、axis_y、axis_x1、axis_x2‧‧‧對稱軸
SCEN、SCEN6‧‧‧對稱中心點
CEN‧‧‧中心點
SC1、SC2、SC8、SC9‧‧‧矩形區塊
640‧‧‧下平板雙極化天線層
660、760、860‧‧‧上平板雙極化天線層
第1A圖為本發明實施例一平板雙極化天線之上視示意圖。
第1B圖為平板雙極化天線沿第1A圖之剖線A-A’之截面示意圖。
第2A圖為本發明實施例十字方形20之示意圖。
第2B、2C圖分別為本發明實施例第2A圖的十字方形與另一十字方形之比較示意圖。
第3圖為本發明實施例一平板雙極化天線之上視示意圖。
第4圖為本發明實施例一平板雙極化天線之上視示意圖。
第5圖為本發明實施例一平板雙極化天線之上視示意圖。
第6圖為本發明實施例一複合天線之上視示意圖。
第7圖為本發明實施例一複合天線之上視示意圖。
第8A圖為第7圖之複合天線在比例值Ax為1.02，比例值Ay為1時之天線共振模擬結果示意圖。
第8B至8E圖為第7圖之複合天線在比例值Ax為1.02，比例值Ay為1時應用於長期演進無線通訊系統而分別操作於2.3GHz、2.4GHz、2.496GHz、2.69GHz時之天線場型特性模擬結果示意圖。
第9A圖為第7圖之複合天線在比例值Ax為1，比例值Ay為0.97時之天線共振模擬結果示意圖。
第9B至9E圖為第7圖之複合天線在比例值Ax為1，比例值Ay為0.97時應用於長期演進無線通訊系統而分別操作於2.3GHz、2.4GHz、2.496GHz、2.69GHz時之天線場型特性模擬結果示意圖。
第10A圖為第7圖之複合天線在比例值Ax為1.01，比例值Ay為0.99時之天線共振模擬結果示意圖。
第10B至10E圖為第7圖之複合天線在比例值Ax為1.01，比例值Ay為0.99時應用於長期演進無線通訊系統而分別操作於2.3GHz、2.4GHz、2.496GHz、2.69GHz時之天線場型特性模擬結果示意圖。
第11圖為本發明實施例一複合天線之上視示意圖。
請參考第1A、1B圖，第1A圖為本發明實施例一平板雙極化天線10之上視示意圖，第1B圖為平板雙極化天線10沿第1A圖之剖線A-A’之截面示意圖。平板雙極化天線10可用來收發寬頻或多個頻段之無線電訊號，如長期演進無線通訊系統中Band 40與41之訊號(其頻段大致介於2.3GHz~2.4GHz及2.496GHz~2.690GHz)。如第1A、1B圖所示，平板雙極化天線10大致為一七層架構，且分別相對(沿x、y方向的)對稱軸axis_x、axis_y具有一軸對稱結構，其中，平板雙極化天線10包含有一饋入傳輸線層100、介質層110、130、150、一接地金屬板120、下微帶金屬片140及上微帶金屬片160，且下微帶金屬片140之對稱中心點及上微帶金屬片160之對稱中心點SCEN對齊接地金屬板120之中心點CEN。饋入傳輸線層100包含有饋入傳輸線102a、102b，其對稱於對稱軸axis_y設置且相互正交，以饋入兩種無線電訊號(如不同極化方向)。接地金屬板120用來提供接地，並包含有槽孔122a、122b，槽孔122a、122b分別與饋入傳輸線102a、102b正交且對稱於對稱軸axis_y，以產生正交之雙極化天線場型。下微帶金屬片140為主要輻射體，其形狀大致呈十字形，以產生線性極化並避免產生圓極化的電磁波。上微帶金屬片160用來增加天線共振的頻寬，其係藉由介質層150而不與下微帶金屬片140直接接觸。此外，在此實施例中，由於介質層110、130使饋入傳輸線層100、接地金屬板120及下微帶金屬片140彼此隔離且平行設置，因此，無線電訊號係由饋入傳輸線(如102a)耦合至槽孔(如122a)，並藉由槽孔(如122a)產生共振，再耦合至下微帶金屬片140，以增加天線頻寬。並且，十字形之下微帶金屬片140之共振方向相對接地金屬板120傾斜，因此可有效減小天線尺寸，並同時符合極化傾斜45度的需求。
簡單來說，接地金屬板120沿對稱軸axis_y之長度L1大於接地金屬板120沿x方向之寬度W1，因此可增加波束寬(3dB beamwidth)。同時，上微帶金屬片160的面積傾向沿x方向分布，以平衡長度L1與寬度W1的不 對稱性，而能改善同極化對正交極化(Co/Cx)值。
詳細而言，為了增加水平切面(xz平面)中的波束寬，需縮短接地金屬板120沿x方向之寬度W1，以使水平方向的輻射場形更為發散，因此，適當設計平板雙極化天線10後，接地金屬板120沿對稱軸axis_y之長度L1大於接地金屬板120沿x方向之寬度W1。由於長度L1與寬度W1不相等將使得垂直方向與水平方向的等效共振長度不同，因此可透過上微帶金屬片160的形狀來平衡長度L1大於寬度W1帶來的不對稱性。其中，上微帶金屬片160的形狀大致呈一十字形，並且，依據通常知識(如維基百科)，十字形包含有十字方形(cross quadrate)20等結構。請參考第2A至2C圖，第2A圖為本發明實施例一十字方形20之示意圖，第2B、2C圖分別為本發明實施例十字方形20與另一十字方形21之比較示意圖。十字方形20、21均屬於十字形，其中，十字方形20由疊合的一十字區塊162與一四邊形區塊164組成，並沿x、y方向分別具有一最大寬度Wmax及一最大長度Lmax，而十字方形21則由疊合的一十字區塊與一正方形區塊組成，並沿x、y方向的尺寸最大值均為對應共振頻寬之一基準尺寸D，因此十字方形21的尺寸係相關於天線的操作頻段。換言之，相較十字方形21，十字方形20向x方向伸長，意即面積傾向沿x方向分布，且，因此十字方形20的尺寸不僅相關於天線的操作頻段，且依據接地金屬板120在長度L1與寬度W1上的不對稱性而調整，其中，比例值Ax、Ay分別代表依據接地金屬板120的不對稱性，而對應基準尺寸D調整十字方形20尺寸的程度。值得注意的是，比例值Ax、Ay較佳為接近1或等於1之數值，因而可避免形狀的縮放影響共振頻寬。
更進一步來看，如第2B圖所示，十字方形20的對稱軸axis_x將十字方形20區分為區塊SEC_U、SEC_D，而區塊SEC_U具有一幾何中心G_U2；類似地，如第2C圖所示，十字方形20的對稱軸axis_y將十字方形20區分為區塊SEC_R、SEC_L，而區塊SEC_R具有一幾何中心G_R2。若使十字方形20之對稱中心點SCEN的座標符合(x,y)=(0,0)，則幾何中心G_U2、 G_R2的座標分別符合、，其中，f(x,y)於空間中十字方形20存在處符合f(x,y)=1，並於空間中其他地方符合f(x,y)=0。在此情況下，幾何中心G_U2與對稱中心點SCEN相隔一距離DIS_U2且，幾何中心G_R2與對稱中心點SCEN相隔一距離DIS_R2且，並且，距離DIS_U2小於距離DIS_R2，意即面積傾向沿x方向分布。
需注意的是，第1A、1B圖之平板雙極化天線10係為本發明之實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾，而不限於此。舉例來說，亦可進一步調整上微帶金屬片160的形狀，意即面積傾向沿x方向分布。請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一平板雙極化天線30之上視示意圖。平板雙極化天線30之架構大致與平板雙極化天線10相似，故相同元件以相同符號表示，以求簡潔。不同的是，平板雙極化天線30之上微帶金屬片360之十字區塊362沿x、y方向的尺寸均分別對應共振頻寬之基準尺寸，換言之，比例值Ax、Ay均等於1。並且，上微帶金屬片360之四邊形區塊364包含有突出部分364a、364b，因此，幾何中心G_U3與對稱中心點SCEN相隔的距離DIS_U3小於幾何中心G_R3與對稱中心點SCEN相隔的距離DIS_R3，意即面積傾向沿x方向分布。
此外，請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一平板雙極化天線40之上視示意圖。平板雙極化天線40之架構大致與平板雙極化天線10相似，故相同元件以相同符號表示，以求簡潔。不同的是，平板雙極化天線40之上微帶金屬片460之十字區塊462沿x、y方向的尺寸均分別對應共振頻寬之基準尺寸，換言之，比例值Ax、Ay均等於1。並且，上微帶金屬片460之四邊形區塊464包含有缺口464c、464d，因此，幾何中心G_U4與對稱中心點SCEN 相隔的距離DIS_U4小於幾何中心G_R4與對稱中心點SCEN相隔的距離DIS_R4，意即面積傾向沿x方向分布。類似地，請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一平板雙極化天線50之上視示意圖。平板雙極化天線50之架構大致與平板雙極化天線40相似，故相同元件以相同符號表示，以求簡潔。不同的是，上微帶金屬片560之四邊形區塊564包含有突出部分564a、564b及缺口564c、564d。如此一來，幾何中心G_U5與對稱中心點SCEN相隔的距離DIS_U5小於幾何中心G_R5與對稱中心點SCEN相隔的距離DIS_R5，意即面積傾向沿x方向分布。
由上述可知，在比例值Ax、Ay均等於1的情況下，上微帶金屬片的形狀未向x方向或y方向縮放，但可藉由上微帶金屬片之四邊形區塊的突出部分或缺口，而使(沿x、y方向的對稱軸對上微帶金屬片所劃分的)不同區塊的幾何中心與(上微帶金屬片之)對稱中心點相隔不同的距離，以使面積傾向沿x方向分布。
另一方面，為提高天線增益，可進一步利用平板雙極化天線10組成陣列天線。請參考第6圖，第6圖為本發明實施例一複合天線60之上視示意圖。類似於平板雙極化天線10，複合天線60也大致為七層架構，包含有一饋入傳輸線層600、三層介質層(圖未示)、一接地金屬板620、下平板雙極化天線層640及上平板雙極化天線層660。不同之處在於，接地金屬板620可分為矩形區塊SC1、SC2，且矩形區塊SC1、SC2上分別包含有槽孔SL_1a、SL_1b及SL_2a、SL_2b。饋入傳輸線層600的饋入傳輸線FTL_1a、FTL_1b、FTL_2a、FTL_2b分別對應槽孔SL_1a、SL_1b、SL_2a、SL_2b設置，以饋入(兩種極化之)無線電訊號。下平板雙極化天線層640包含有十字形之下微帶金屬片DPP_1、DPP_2，對應矩形區塊SC1、SC2設置，上平板雙極化天線層660則包含有十字方形之上微帶金屬片UPP_1、UPP_2分別對應下微帶金屬片DPP_1、DPP_2設置。此外，上微帶金屬片UPP_1、UPP_2沿x、y方向的尺寸最大值均為對應共振頻寬之基準尺寸D，換言之，上微帶金屬片 UPP_1、UPP_2的形狀沒有向x方向或y方向縮放，而使比例值Ax、Ay均等於1，因而上微帶金屬片UPP_1、UPP_2的尺寸直接與天線的操作頻段相關。在此情況下，幾何中心與對稱中心點相隔相等的距離，例如，上微帶金屬片UPP_1之幾何中心G_U6與上微帶金屬片UPP_1之對稱中心點SCEN6相隔距離DIS_U6，上微帶金屬片UPP_1之幾何中心G_R6與對稱中心點SCEN6相隔的距離DIS_R6，而距離DIS_U6等於距離DIS_R6。
詳細而言，由於長期演進無線通訊系統的基地站大致位於地表附近，並且基於基地站和接收者的距離，較佳地應將複合天線60之輻射能量集中於垂直切面(yz平面)中相對水平線(z軸)上正負10度的仰角範圍內，因此可藉由上下垂直排列下微帶金屬片DPP_1、DPP_2來形成1x2陣列天線，以達到系統需求之天線增益值。並且，藉由使矩形區塊SC1、SC2沿對稱軸axis_y之長度L1大於矩形區塊SC1、SC2沿x方向之寬度W1，可增加水平切面(xz平面)中的波束寬。表一為複合天線60之天線特性表，由表一可知，複合天線60仍可大致滿足長期演進無線通訊系統對最大增益值、前後場型比(F/B)之要求，並且，當接地金屬板620的寬度W1由100mm縮減為70mm時，水平方向的波束寬可增加至69.5°-73.0°。
為進一步提高複合天線60之同極化對正交極化(Co/Cx)值，可適當調整上微帶金屬片的形狀，以平衡接地金屬板在長度與寬度上的不對稱性。請參考第7圖，第7圖為本發明實施例一複合天線70之上視示意圖。複合天線70之架構大致與複合天線60相似，故相同元件以相同符號表示，以求簡潔。不同的是，上平板雙極化天線層760之上微帶金屬片UPP_3、UPP_4沿x方向的最大寬度Wmax大於沿y方向的最大長度Lmax，以平衡接地金屬板620的長度L1大於寬度W1帶來的不對稱性。換言之，依據寬度W1及長度L1的不對稱性，上微帶金屬片UPP_3、UPP_4的形狀相較複合天線60的基準尺寸D向x方向或y方向縮放，而使比例值Ax大於比例值Ay，且幾何中心與對稱中心點相隔不同的距離，例如，上微帶金屬片UPP_3之幾何中心G_U7與上微帶金屬片UPP_3之對稱中心點SCEN相隔距離DIS_U7，上微帶金屬片UPP_3之幾何中心G_R7與對稱中心點SCEN相隔的距離DIS_R7，而距離DIS_U7小於距離DIS_R7。在此情況下，複合天線70為類似平板雙極化天線10組成的陣列天線，但本發明不以此為限，而可利用平板雙極化天線30、40、50組成陣列天線來形成複合天線。
換句話說，複合天線70藉由陣列天線結構而能增加天線增益值，並藉由縮短矩形區塊SC1、SC2之寬度W1，以增加波束寬。而為了平衡長度L1與寬度W1的不對稱性，上微帶金屬片UPP_3、UPP_4的形狀向x方向伸長，以改善同極化對正交極化(Co/Cx)值。由於本發明係調整上微帶金屬片UPP_3、UPP_4的形狀，相較在接地金屬板配置圖案槽孔的作法，本發明之接地金屬板620具有封閉性，因此主動電路可設置於接地金屬板620提供的屏蔽區域內，以隔離複合天線70與主動電路。
透過模擬及量測可進一步判斷複合天線70是否符合系統需求。詳細來說，請參考表二、表三及第8A至10E圖。表二及表三為複合天線70對應不同尺寸1~15的上微帶金屬片之模擬天線特性表，其中，接地金屬板620 的總長度L為200mm，寬度W1為70mm。如表二及表三所示，藉由適當調整複合天線70的上微帶金屬片之尺寸，可調整天線特性。其中，當比例值Ax增加至1.02時，或當比例值Ay減少至0.97時，或當比例值Ax增加至1.01且比例值Ay減少至0.99時，能有效改善±30°之同極化對正交極化(Co/Cx)值。其中，由於比例值Ax、Ay均為接近1之數值，因此可避免形狀的縮放使共振頻率偏移而影響共振頻寬。
(表三)
此外，第8A圖為複合天線70對應尺寸5(比例值Ax為1.02，比例值Ay為1)之天線共振模擬結果示意圖，其中，最大寬度Wmax及最大長度Lmax分別為52.89mm及51.85mm。第9A圖為複合天線70對應尺寸13(比例值Ax為1，比例值Ay為0.97)之天線共振模擬結果示意圖，其中，最大寬度Wmax及最大長度Lmax分別為51.85mm及50.30mm。第10A圖為複合天線70對應尺寸15(比例值Ax為1.01，比例值Ay為0.99)之天線共振模擬結果示意圖，其中，最大寬度Wmax及最大長度Lmax分別為52.37mm及51.34mm。在第8A、9A、10A圖中，點線代表複合天線70之45度極化傾斜之天線共振模擬結果，實線代表複合天線70之135度極化傾斜之天線共振模 擬結果，虛線代表複合天線70之45度極化傾斜與135度極化傾斜之天線隔離度模擬結果。
另外，第8B至8E圖為複合天線70對應尺寸5應用於長期演進無線通訊系統而分別操作於2.3GHz、2.4GHz、2.496GHz、2.69GHz時之天線場型特性模擬結果示意圖，第9B至9E圖為複合天線70對應尺寸13應用於長期演進無線通訊系統而分別操作於2.3GHz、2.4GHz、2.496GHz、2.69GHz時之天線場型特性模擬結果示意圖，第10B至10E圖為複合天線70對應尺寸15應用於長期演進無線通訊系統而分別操作於2.3GHz、2.4GHz、2.496GHz、2.69GHz時之天線場型特性模擬結果示意圖，其中，實線代表複合天線70之同極化在水平切面(Phi=0度角)之輻射場型，點線代表複合天線70之同極化在垂直切面(Phi=90度角)之輻射場型，長虛線代表複合天線70之正交極化在水平切面(Phi=0度角)之輻射場型，短虛線代表複合天線70之正交極化在垂直切面(Phi=90度角)之輻射場型。由第8A至10E圖可知，複合天線70不但在水平方向具有較寬之波束寬，並可滿足長期演進無線通訊系統對最大增益值、前後場型比(F/B)之要求，而且可改善同極化對正交極化(Co/Cx)值。
值得注意的是，平板雙極化天線10、30、40、50及複合天線60、70係為本發明之實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之變化。舉例來說，饋入傳輸線102a、102b、FTL_1a、FTL_1b、FTL_2a、FTL_2b與槽孔122a、122b、SL_1a、SL_1b、SL_2a、SL_2b之分段折彎情形可視不同設計考量而適當變化，如調整角度而形成鈍角或銳角，或調整各分段之間的長度比例關係以及寬度比例關係，或調整分段的形狀與分段段數。此外，「大致呈十字形」係指下微帶金屬片140、DPP_1、DPP_2及上微帶金屬片160、360、460、560、UPP_1、UPP_2、UPP_3、UPP_4之外觀係由兩個四邊形微帶金屬片重疊且交錯所組成，但不限於此，例如，微帶金屬片可另延伸出四邊形側板、鋸齒狀側板或弧形側板，或者，微帶金屬片之邊緣為圓弧狀。四邊形區塊364、464、564的突出部分364a、364b、564a、564b及缺口464c、464d、 564c、564d可為四邊形，但不以此為限，而可為其他幾何圖形。介質層110、130、150可為各種電性隔離材料，如空氣，並且，介質層150可視頻寬要求而選擇性設置。此外，複合天線60、70為1x2陣列天線，但不限於此，亦可為1x3、2x4或mxn陣列天線。
此外，若欲減少水平切面(xz平面)中的波束寬，則可加長接地金屬板沿x方向之寬度。請參考第11圖，第11圖為本發明實施例一複合天線80之上視示意圖。複合天線80之架構大致與複合天線70相似，故相同元件以相同符號表示，以求簡潔。不同的是，接地金屬板820沿x方向之寬度W8經適當設計而加長，以使水平方向的輻射場形更為集中，因此，接地金屬板820之矩形區塊SC8、SC9沿對稱軸axis_y之長度L8小於矩形區塊SC8、SC9沿x方向之寬度W8。並且，上平板雙極化天線層860之上微帶金屬片UPP_8、UPP_9沿x方向的最大寬度Wmax8小於沿y方向的最大長度Lmax8，以平衡長度L8小於寬度W8帶來的不對稱性。換言之，上微帶金屬片UPP_8、UPP_9的形狀向x方向或y方向縮放，而使比例值Ax小於比例值Ay，且幾何中心與對稱中心點相隔不同的距離，例如，上微帶金屬片UPP_8之幾何中心G_U8與上微帶金屬片UPP_8之對稱中心點SCEN相隔距離DIS_U8，上微帶金屬片UPP_8之幾何中心G_R8與對稱中心點SCEN相隔的距離DIS_R8，而距離DIS_U8大於距離DIS_R8。
綜上所述，本發明藉由調整上微帶金屬片對應接地金屬板之區塊的長寬比例，來增加波束寬。並且，藉由調整上微帶金屬片的形狀而使面積沿特定方向分布，以平衡長度與寬度的不對稱性，而能改善同極化對正交極化(Co/Cx)值。在此情況下，相較於在接地金屬板配置圖案槽孔的作法，本發明之接地金屬板具有封閉性，因此主動電路可設置於接地金屬板提供的屏蔽區域內，以有效隔離天線與主動電路。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧平板雙極化天線
100‧‧‧饋入傳輸線層
102a、102b‧‧‧饋入傳輸線
120‧‧‧接地金屬板
122a、122b‧‧‧槽孔
140‧‧‧下微帶金屬片
160‧‧‧上微帶金屬片
L1‧‧‧長度
W1‧‧‧寬度
x、y、z‧‧‧方向
axis_x、axis_y‧‧‧對稱軸
SCEN‧‧‧對稱中心點
CEN‧‧‧中心點

Claims (18)

  1. 一種平板雙極化天線，用來收發至少一無線電訊號，包含有：一接地金屬板，該接地金屬板沿一第一方向及一第二方向分別具有一寬度及一長度；以及一上微帶金屬片，該上微帶金屬片之一形狀沿該第一方向及該第二方向分別具有一第一對稱軸及一第二對稱軸，該第一對稱軸將該上微帶金屬片區分為一第一區塊及一第三區塊，該第二對稱軸將該上微帶金屬片區分為一第二區塊及一第四區塊；其中，該形狀之一對稱中心點與該接地金屬板之一中心點對齊，該第一區塊之一第一幾何中心與該對稱中心點相隔一第一距離，該第二區塊之一第二幾何中心與該對稱中心點相隔一第二距離，該第一距離與該第二距離不相等。
  2. 如請求項1所述之平板雙極化天線，其中該接地金屬板之該長度與該接地金屬板之該寬度不相等，以調整波束寬。
  3. 如請求項1所述之平板雙極化天線，其中該形狀符合： 其中，Wmax及Ax分別為該形狀沿該第一方向之一最大寬度及一第一比例值，Lmax及Ay分別為該形狀沿該第二方向之一最大長度及一第二比例值，D為該上微帶金屬片對應共振頻寬之一基準尺寸，該第一比例值與該第二比例值分別為依據該接地金屬板的該寬度及該長度，而對應該基準尺寸調整該最大寬度及該最大長度的程度。
  4. 如請求項1所述之平板雙極化天線，其中該上微帶金屬片之該形狀係由疊合的一十字區塊與一四邊形區塊組成，或該形狀係由一十字區塊組成。
  5. 如請求項4所述之平板雙極化天線，其中該四邊形區塊包含有複數個突 出部分或複數個缺口。
  6. 如請求項1所述之平板雙極化天線，另包含有：一饋入傳輸線層，包含有一第一饋入傳輸線及一第二饋入傳輸線，該第一饋入傳輸線與該第二饋入傳輸線對稱；一第一介質層，設置於該饋入傳輸線層與該接地金屬板之間；一第二介質層，設置於該接地金屬板之上；以及一下微帶金屬片，設置於該第二介質層與該上微帶金屬片之間。
  7. 如請求項6所述之平板雙極化天線，其中該接地金屬板包含有一第一槽孔及一第二槽孔，該第一槽孔與該第二槽孔對稱，該第一槽孔與該第一饋入傳輸線產生耦合作用，該第二槽孔與該第二饋入傳輸線產生耦合作用，以增加該平板雙極化天線之頻寬。
  8. 如請求項6所述之平板雙極化天線，其中該下微帶金屬片之該形狀係由疊合的一十字區塊與一四邊形區塊組成，或該形狀係由一十字區塊組成。
  9. 如請求項1所述之平板雙極化天線，其中該第一距離DIS_U符合： 而該第二距離DIS_R符合： 其中，x方向為該第一方向，y方向為該第二方向，該對稱中心點的座標(x,y)符合(x,y)=(0,0)，且f(x,y)於該上微帶金屬片處符合f(x,y)=1，f(x,y)於空間中其他地方符合f(x,y)=0。
  10. 一種複合天線，用來收發至少一無線電訊號，包含有：一接地金屬板，包含有複數個矩形區塊，該複數個矩形區塊之每一矩形區塊沿一第一方向及一第二方向分別具有一寬度及一長度；以及一上平板雙極化天線層，包含有複數個上微帶金屬片分別對應該複數個 矩形區塊之一矩形區塊設置，其中，該複數個上微帶金屬片之每一上微帶金屬片之一形狀沿該第一方向及該第二方向分別具有一第一對稱軸及一第二對稱軸，該第一對稱軸將該上微帶金屬片區分為一第一區塊及一第三區塊，該第二對稱軸將該上微帶金屬片區分為一第二區塊及一第四區塊；其中，該形狀之一對稱中心點與對應之該矩形區塊之一中心點對齊，該第一區塊之一第一幾何中心與該對稱中心點相隔一第一距離，該第二區塊之一第二幾何中心與該對稱中心點相隔一第二距離，該第一距離與該第二距離不相等。
  11. 如請求項10所述之複合天線，其中該長度與該寬度不相等，以調整波束寬。
  12. 如請求項10所述之複合天線，其中該複數個上微帶金屬片之每一上微帶金屬片之該形狀符合： 其中，Wmax及Ax分別為該形狀沿該第一方向之一最大寬度及一第一比例值，Lmax及Ay分別為該形狀沿該第二方向之一最大長度及一第二比例值，D為該上微帶金屬片對應共振頻寬之一基準尺寸，該第一比例值與該第二比例值分別為依據該接地金屬板的該寬度及該長度，而對應該基準尺寸調整該最大寬度及該最大長度的程度。
  13. 如請求項10所述之複合天線，其中該複數個上微帶金屬片之每一上微帶金屬片之該形狀係由疊合的一十字區塊與一四邊形區塊組成，或該形狀係由一十字區塊組成。
  14. 如請求項13所述之複合天線，其中該四邊形區塊包含有複數個突出部分或複數個缺口。
  15. 如請求項10所述之複合天線，另包含有：一饋入傳輸線層，包含有複數個第一饋入傳輸線及複數個第二饋入傳輸 線，每一第一饋入傳輸線與每一第二饋入傳輸線分別對應該複數個上微帶金屬片之一上微帶金屬片設置，該第一饋入傳輸線與該第二饋入傳輸線對稱；一第一介質層，設置於該饋入傳輸線層與該接地金屬板之間；一第二介質層，設置於該接地金屬板之上；以及一下平板雙極化天線層，設置於該第二介質層與該上平板雙極化天線層之間，包含有複數個下微帶金屬片，該複數個下微帶金屬片分別對應該複數個上微帶金屬片設置。
  16. 如請求項15所述之複合天線，其中該接地金屬板包含有複數個第一槽孔及複數個第二槽孔，該複數個第一槽孔與該複數個第二槽孔分別對稱，每一第一槽孔與對應的該第一饋入傳輸線產生耦合作用，每一第二槽孔與對應的該第二饋入傳輸線產生耦合作用，以增加該複合天線之頻寬。
  17. 如請求項15所述之複合天線，其中該下微帶金屬片之該形狀係由疊合的一十字區塊與一四邊形區塊組成，或該形狀係由一十字區塊組成。
  18. 如請求項10所述之複合天線，其中該複數個上微帶金屬片之每一上微帶金屬片之該第一距離DIS_U符合： 而該第二距離DIS_R符合： 其中，x方向為該第一方向，y方向為該第二方向，該對稱中心點的座標(x,y)符合(x,y)=(0,0)，且f(x,y)於該上微帶金屬片處符合f(x,y)=1，f(x,y)於空間中其他地方符合f(x,y)=0。
TW103138387A 2014-11-05 2014-11-05 平板雙極化天線及複合天線 TWI540791B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103138387A TWI540791B (zh) 2014-11-05 2014-11-05 平板雙極化天線及複合天線
US14/824,053 US9972899B2 (en) 2014-11-05 2015-08-11 Planar dual polarization antenna and complex antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103138387A TWI540791B (zh) 2014-11-05 2014-11-05 平板雙極化天線及複合天線

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201618378A TW201618378A (zh) 2016-05-16
TWI540791B true TWI540791B (zh) 2016-07-01

Family

ID=55853675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103138387A TWI540791B (zh) 2014-11-05 2014-11-05 平板雙極化天線及複合天線

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9972899B2 (zh)
TW (1) TWI540791B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI634700B (zh) * 2016-12-22 2018-09-01 啓碁科技股份有限公司 通訊裝置
US11652301B2 (en) 2018-04-11 2023-05-16 Qualcomm Incorporated Patch antenna array

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10971806B2 (en) 2017-08-22 2021-04-06 The Boeing Company Broadband conformal antenna
US11233310B2 (en) * 2018-01-29 2022-01-25 The Boeing Company Low-profile conformal antenna
US10923831B2 (en) 2018-08-24 2021-02-16 The Boeing Company Waveguide-fed planar antenna array with enhanced circular polarization
US10938082B2 (en) 2018-08-24 2021-03-02 The Boeing Company Aperture-coupled microstrip-to-waveguide transitions
US10916853B2 (en) 2018-08-24 2021-02-09 The Boeing Company Conformal antenna with enhanced circular polarization
US10931014B2 (en) * 2018-08-29 2021-02-23 Samsung Electronics Co., Ltd. High gain and large bandwidth antenna incorporating a built-in differential feeding scheme
CN109546326A (zh) * 2018-12-14 2019-03-29 维沃移动通信有限公司 一种天线及终端设备
CN109950691A (zh) * 2018-12-28 2019-06-28 瑞声科技(新加坡)有限公司 毫米波阵列天线和移动终端
US11276933B2 (en) 2019-11-06 2022-03-15 The Boeing Company High-gain antenna with cavity between feed line and ground plane
CN111162380B (zh) * 2019-12-31 2022-06-10 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 双极化宽带高增益宽波束天线
CN111653869B (zh) * 2020-06-15 2022-09-13 广东工业大学 一种贴片加载的宽带双极化基站天线
TWI825703B (zh) * 2022-05-06 2023-12-11 耀登科技股份有限公司 天線結構

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4903033A (en) 1988-04-01 1990-02-20 Ford Aerospace Corporation Planar dual polarization antenna
JPH05129825A (ja) 1991-11-07 1993-05-25 Mitsubishi Electric Corp マイクロストリツプアンテナ
GB9410994D0 (en) 1994-06-01 1994-07-20 Alan Dick & Company Limited Antennae
EP0740361B1 (de) 1995-04-20 1998-03-04 FUBA Automotive GmbH Flachantennen-Anordnung
SE515453C2 (sv) 1999-10-29 2001-08-06 Ericsson Telefon Ab L M Dubbelpolariserad antennelement förfarande för att mata ström till två ortogonala polarisationer i ett dylikt antennelement samt förfarande för att uppnå nämnda element
US6335703B1 (en) 2000-02-29 2002-01-01 Lucent Technologies Inc. Patch antenna with finite ground plane
CN1973404B (zh) 2004-06-23 2011-06-08 胡贝尔和茹纳股份公司 宽带贴片天线
US7253770B2 (en) 2004-11-10 2007-08-07 Delphi Technologies, Inc. Integrated GPS and SDARS antenna
FI20055637A0 (fi) 2005-12-02 2005-12-02 Nokia Corp Kaksipolarisaatio-mikroliuska-patch-antennirakenne
US7277056B1 (en) 2006-09-15 2007-10-02 Laird Technologies, Inc. Stacked patch antennas
US7825867B2 (en) 2007-04-26 2010-11-02 Round Rock Research, Llc Methods and systems of changing antenna polarization
TWI473347B (zh) 2011-02-22 2015-02-11 Wistron Neweb Corp 平板雙極化天線
US8890750B2 (en) * 2011-09-09 2014-11-18 Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co., Ltd. Symmetrical partially coupled microstrip slot feed patch antenna element
CN202363587U (zh) 2011-12-05 2012-08-01 上海海积信息科技有限公司 用于接收gps、glonass和北斗二代等多频段的卫星微带接收天线
TWI547014B (zh) 2014-07-31 2016-08-21 啟碁科技股份有限公司 平板雙極化天線及複合天線
CN105406190B (zh) 2014-08-06 2018-03-30 启碁科技股份有限公司 平板双极化天线及复合天线

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI634700B (zh) * 2016-12-22 2018-09-01 啓碁科技股份有限公司 通訊裝置
US11652301B2 (en) 2018-04-11 2023-05-16 Qualcomm Incorporated Patch antenna array
TWI818975B (zh) * 2018-04-11 2023-10-21 美商高通公司 貼片天線陣列

Also Published As

Publication number Publication date
US20160126617A1 (en) 2016-05-05
TW201618378A (zh) 2016-05-16
US9972899B2 (en) 2018-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI540791B (zh) 平板雙極化天線及複合天線
TWI473347B (zh) 平板雙極化天線
US9590313B2 (en) Planar dual polarization antenna
TWI547014B (zh) 平板雙極化天線及複合天線
WO2020233477A1 (zh) 天线单元及终端设备
US10256552B2 (en) Radio-frequency transceiver system
US10950945B2 (en) Antenna element, antenna module, and communication apparatus
US10044111B2 (en) Wideband dual-polarized patch antenna
EP2117078B1 (en) Patch antenna element array
US20090278746A1 (en) Wideband or multiband various polarized antenna
EP3686991B1 (en) Compact omnidirectional antennas having stacked reflector structures
US20160006132A1 (en) Dual-feed dual-polarization high directivity array antenna system
KR20220002694A (ko) 안테나 유닛 및 단말 장비
CN206225539U (zh) 一种全平面双极化天线
EP3297094B1 (en) Device for wireless access
US9548526B2 (en) Small-size antenna system with adjustable polarization
Chattha Compact high isolation wideband 4G and 5G multi‐input multi‐output antenna system for handheld and internet of things applications
US20200212555A1 (en) Double-frequency antenna structure with high isolation
CN105633564B (zh) 平板双极化天线及复合天线
CN106992802B (zh) 用于用户终端的信号收发装置、用户终端和信号传输方法
RU169151U1 (ru) Широкополосная направленная антенна с двойной поляризацией
CN105406190A (zh) 平板双极化天线及复合天线
KR20120033234A (ko) 디스플레이 장치
Das et al. Dual-band Four Port MIMO Dielectric Resonator Antenna for WLAN/WiMAX Applications
KR101309505B1 (ko) 다중 입출력 안테나