TWI557996B

TWI557996B - 寬頻天線

Info

Publication number: TWI557996B
Application number: TW103100056A
Authority: TW
Inventors: 周震宇
Original assignee: 緯創資通股份有限公司
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2016-11-11
Also published as: TW201528610A; CN104767025A; CN104767025B; US9425514B2; US20150188235A1

Description

寬頻天線

本發明是有關於一種天線，且特別是有關於一種寬頻天線。

隨著行動通訊裝置之多功能與輕薄化的發展，新開發出的天線(亦即，待測天線)必須在近距離測試環境中進行校驗測試或是產品驗證測試，以確保天線的輻射場型符合行動通訊裝置的應用需求。在近距離測試環境中，待測天線會被放置在小型的隔離室，並利用隔離室中的校正天線來對待測天線進行校驗測試或是產品驗證測試。

一般而言，由於號角天線(horn antenna)具有寬頻帶的特性，因此現行隔離室大多是利用號角天線來作為待測天線在校驗測試或是產品驗證測試上的校正天線。然而，號角天線往往體積過大，而無法應用在小型的隔離室中。因此，如何在有限的空間中設計出寬頻天線以作為小型隔離室的校正天線，已是待測天線在校驗測試或是產品驗證測試上所面臨的一大課題。

本發明提供一種寬頻天線，具有寬頻帶的特性以及微型化的優勢，故可用以作為小型隔離室中的校正天線，並也可應用在各種類型的行動通訊裝置中。

本發明的寬頻天線，包括輻射件、第一延伸件、第二延伸件、第一反射件、第二反射件與饋入件。輻射件對稱於參考方向，並具有頂邊、底邊、第一側邊與第二側邊。此外，輻射件的寬度沿著參考方向依序遞增。第一延伸件與第二延伸件分別從頂邊的兩端朝向參考方向延伸，並相對於參考方向呈鏡像對稱。此外，第一延伸件的寬度與第二延伸件的寬度分別沿著參考方向依序遞減。第一反射件與第二反射件分別相對於第一側邊與第二側邊，並相對於參考方向呈鏡像對稱。饋入件電性連接底邊，並具有饋入點。

基於上述，本發明的寬頻天線具有寬度會沿著參考方向依序遞增的輻射件，並從輻射件之頂邊的兩端延伸出寬度會沿著參考方向依序遞減的兩延伸件。此外，輻射件的兩側邊分別設有兩反射件。藉此，寬頻天線將具有寬頻帶的特性以及微型化的優勢，故寬頻天線可用以作為小型隔離室中的校正天線，並也可應用在各種類型的行動通訊裝置中。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、700‧‧‧寬頻天線

110、710‧‧‧輻射件

111、711‧‧‧頂邊

112‧‧‧底邊

113‧‧‧第一側邊

114‧‧‧第二側邊

120‧‧‧第一延伸件

121‧‧‧第一斜邊

122‧‧‧第二斜邊

130‧‧‧第二延伸件

131‧‧‧第三斜邊

132‧‧‧第四斜邊

140‧‧‧第一反射件

150‧‧‧第二反射件

141、151‧‧‧凹槽

160‧‧‧饋入件

θ1‧‧‧角度

L1‧‧‧總長度

L11‧‧‧第一長度

L12‧‧‧第二長度

W1‧‧‧總寬度

101‧‧‧第一基板

102‧‧‧第二基板

170‧‧‧訊號走線

180‧‧‧接地面

190‧‧‧天線接頭

191、192‧‧‧貫孔

510、520‧‧‧曲線

711a‧‧‧中間區段

圖1為依據本發明一實施例之寬頻天線的結構示意圖。

圖2為依據本發明一實施例之寬頻天線的電壓駐波比圖。

圖3與圖4分別為依據本發明一實施例之寬頻天線的增益與輻射效率圖。

圖5為依據本發明一實施例之寬頻天線的輻射場型圖。

圖6為依據本發明一實施例之寬頻天線的組合示意圖。

圖7為依據本發明另一實施例之寬頻天線的結構示意圖。

圖1為依據本發明一實施例之寬頻天線的結構示意圖。如圖1所示，寬頻天線100包括輻射件110、第一延伸件120、第二延伸件130、第一反射件140、第二反射件150以及饋入件160。其中，輻射件110對稱於一參考方向，例如：Z軸方向。此外，輻射件110具有頂邊111、底邊112、第一側邊113與第二側邊114。

輻射件110的頂邊111相對於底邊112，且輻射件110的第一側邊113相對於第二側邊114。此外，第一側邊113與第二側邊114用以界定輻射件110的寬度。例如，第一側邊113與第二側邊114之間在X軸方向上的多個間距即為輻射件110的寬度。更進一步來看，輻射件110的寬度會沿著參考方向(例如，Z軸方向)依序遞增，且輻射件110的第一側邊113與第二側邊114向內凹陷。因此，第一側邊113與第二側邊114的形狀皆呈弧狀，且輻射件110的形狀相當於扇形。

第一延伸件120與第二延伸件130分別從輻射件110之頂邊111的兩端朝向參考方向(例如，Z軸方向)延伸。此外，第一延伸件120與第二延伸件130相對於參考方向(例如，Z軸方向)呈鏡像對稱。換言之，第一延伸件120與第二延伸件130的外形實質上相同。

舉例來說，第一延伸件120具有第一斜邊121與第二斜邊122。其中，第一斜邊121與第二斜邊122相交，並用以界定第一延伸件120的寬度。例如，第一斜邊121與第二斜邊122之間在X軸方向上的多個間距即為第一延伸件120的寬度。相似地，第二延伸件130具有第三斜邊131與第四斜邊132。其中，第三斜邊131與第四斜邊132相交，並用以界定第二延伸件130的寬度。例如，第三斜邊131與第四斜邊132之間在X軸方向上的多個間距即為第二延伸件130的寬度。

更進一步來看，第一延伸件120的寬度與第二延伸件130的寬度分別沿著參考方向(例如，Z軸方向)依序遞減。此外，第一延伸件120的第一斜邊121與第二延伸件130的第三斜邊131為直線狀。第一延伸件120的第二斜邊122與第二延伸件130的第四斜邊132為弧狀。再者，第二斜邊122的延伸方向與第四斜邊132的延伸方向相交一角度θ1，且所述角度θ1可例如是17度。

第一反射件140相對於輻射件110的第一側邊113。第二反射件150相對於輻射件110的第二側邊114。此外，第一反射件140與第二反射件150相對於參考方向(例如，Z軸方向)呈鏡像對稱。換言之，第一反射件140與第二反射件150的外形實質上相同。舉例來說，第一反射件140具有一凹槽141，且凹槽141的開口背對輻射件110的第一側邊113。相似地，第二反射件150具有一凹槽151，且凹槽151的開口背對輻射件110的第二側邊114。

從另一角度來看，圖1中的第一反射件140與第二反射件150的形狀大致為C字形。雖然圖1實施例列舉了第一反射件140與第二反射件150的實施型態，但其並非用以限定本發明。例如，所屬技術領域中具有通常知識者可依設計所需，將第一反射件140與第二反射件150的形狀調整為矩形、正方形、橢圓形或是任意的幾何形狀。

饋入件160電性連接輻射件110的底邊112，並具有一饋入點。此外，寬頻天線100本質上為一單極天線(monopole antenna)。在操作上，寬頻天線100可透過饋入件160的饋入點接收一饋入訊號。在饋入訊號的激發下，寬頻天線100可透過輻射件110所形成的多個電流路徑產生共振模態，進而可操作在第一頻帶(例如，中頻頻帶)。此外，寬頻天線100還可透過第一延伸件120與第二延伸件130延長輻射件110中的部分電流路徑，進而可操作在第二頻帶(例如，低頻頻帶)。再者，寬頻天線100還可利用在共振模態下的二次諧波而操作在第三頻帶(例如，高頻頻帶)。

舉例來說，圖2為依據本發明一實施例之寬頻天線的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖。如圖2所示，在一實施例中，寬頻天線100的第一頻帶(例如，中頻頻帶)可例如是涵蓋1.5GHz~3.6GHz，進而致使寬頻天線100可應用在GPS、GSM與LTE等應用頻帶。再者，寬頻天線100的第二頻帶(例如，低頻頻帶)可例如是涵蓋500MHz~960MHz，且寬頻天線100的第三頻帶(例如，高頻頻帶)可例如是涵蓋4.8GHz~5.8GHz，進而致使寬頻天線100在應用上可符合802.11a的應用頻帶。此外，圖3與圖4分別為依據本發明一實施例之寬頻天線的增益與輻射效率圖。如圖3與圖4所示，寬頻天線100在低頻、中頻與高頻頻帶下皆具有良好特性。

換言之，寬頻天線100所操作的頻帶可廣泛地涵蓋各個應用頻帶，且寬頻天線100在各個頻帶下皆具有良好的特性。再者，寬頻天線100除了具有寬頻帶的特性以外，寬頻天線100的結構還具有微型化的優勢。因此，寬頻天線100可用以作為小型隔離室中的校正天線，並可針對待測天線在各個應用頻帶下的輻射場型進行測試。具體而言，寬頻天線100可置放在待測天線的上方或是下方，進而有助於增加待測天線在校驗測試或是產品驗證測試上的便利性。再者，寬頻天線100也可應用在各種類型的行動通訊裝置中。

除此之外，如圖1所示，寬頻天線100可透過第一反射件140與第二反射件150來反射或是導引所輻射出的電磁能量。藉此，寬頻天線100在第一頻帶(例如，中頻頻帶)下所輻射出的電磁能量將可朝向寬頻天線100的前後兩側洩漏出來，進而致使寬頻天線100相當於一寬頻指向性天線。舉例來說，圖5為依據本發明一實施例之寬頻天線的輻射場型圖。在圖5實施例中，寬頻天線100操作在2.5GHz，曲線510為寬頻天線100於X-Z平面的輻射場型，且曲線520為寬頻天線100於X-Y平面的輻射場型。如曲線510所示，寬頻天線100的電磁能量可朝向前後兩側集中。

值得一提的是，在一實施例中，寬頻天線100的總寬度W1可例如是第一頻帶之最高頻率(例如，3.6GHz)的1/4波長，且寬頻天線100的總長度L1可例如是第一頻帶之最低頻率(例如，1.5GHz)的1/4波長。此外，以輻射件110之頂邊111的一端為分界點來看的話，寬頻天線100在參考方向(例如，Z軸方向)上具有第一長度L11與第二長度L12，且第一長度L11相對於第二長度L12的比率為2：1。

請繼續參照圖1。寬頻天線100更包括第一基板101與第二基板102。其中，輻射件110、第一延伸件120、第二延伸件130、第一反射件140、第二反射件150與饋入件160皆設置在第一基板101的一表面上。再者，第二基板102主要是用以作為寬頻天線100的固定座。其中，第二基板102的一表面設有訊號走線170與接地面180，且第二基板102的另一表面設有天線接頭190，例如：SMA接頭。此外，多個貫孔(例如，貫孔191與192)貫穿第二基板102。

具體而言，圖6為依據本發明一實施例之寬頻天線的組合示意圖。如圖6所示，第二基板102垂直於第一基板101。此外，天線接頭190的訊號接腳透過貫孔191電性連接訊號走線170，且天線接頭190的多個定位接腳透過至少一貫孔(例如，貫孔192)電性連接至接地面180。另一方面，饋入件160電性連接第二基板102上的訊號走線170，且第一反射件140與第二反射件150電性連接第二基板102上的接地面180。藉此，寬頻天線100將可透過設置在第二基板102上的天線接頭190來接收饋入訊號。

雖然圖6實施例列舉了第二基板102與第一基板101的組合型態，但其並非用以限定本發明。舉例來說，在另一實施例中，第二基板102與第一基板101相互平行。此時，第二基板102上的接地面180將有助於提升寬頻天線100操作在第二頻帶(例如，低頻頻帶)時的特性。

值得注意的是，在操作上，寬頻天線100中的第一延伸件120與第二延伸件130會分別形成電感效應，且第一延伸件120與第二延伸件130之間會形成電容效應。此外，所述的電感效應與電容效應取決於輻射件110、第一延伸件120與第二延伸件130的形狀。因此，可透過輻射件110、第一延伸件120與第二延伸件130之形狀的改變，來調整寬頻天線100的特性參數，例如：頻寬、增益、輻射效率或是指向性等。

舉例來說，圖7為依據本發明另一實施例之寬頻天線的結構示意圖。其中，圖7所列舉的寬頻天線700基本上與圖1所列舉的寬頻天線100相似。此外，兩實施例的主要不同之處在於，圖1中輻射件110的頂邊111為平滑的圓弧狀，而圖7中輻射件710的頂邊711包括一中間區段711a。具體而言，中間區段711a位在第一延伸件120與第二延伸件130之間。此外，中間區段711a向外凸出，且中間區段711a的形狀為弧形。在另一實施例中，中間區段711a的形狀也可例如是三角形、曲線形或是任意的幾何形狀。藉此，寬頻天線700將可透過中間區段711a來調整操作在第一頻帶時的指向性。至於寬頻天線700的細部結構已包含在上述各實施例，故在此不予贅述。

綜上所述，本發明的寬頻天線具有寬度會沿著參考方向依序遞增的輻射件，並從輻射件之頂邊的兩端延伸出寬度會沿著參考方向依序遞減的兩延伸件。此外，輻射件的兩側邊分別設有兩反射件。藉此，寬頻天線將具有寬頻帶的特性以及微型化的優勢。特別是，寬頻天線所操作的第一頻帶具有寬廣的頻寬，且在第一頻帶下寬頻天線還具有良好的指向性。因此，寬頻天線可用以作為小型隔離室中的校正天線，並也可應用在各種類型的行動通訊裝置中。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧寬頻天線

110‧‧‧輻射件

111‧‧‧頂邊