TWI577083B - 具窄半功率波束寬之微帶天線 - Google Patents

Description

具窄半功率波束寬之微帶天線

本發明是關於一種微帶天線，特別是關於一種具窄半功率波束寬之微帶天線。

一般微帶天線的是以圓形極化的場型分布進行設計，以得到較寬之半功率波束寬(Half power beam width)，而有助於訊號的接收，但相對地，寬半功率波束寬之微帶天線的缺點是指向性較差，在訊號的接收上容易接收到非主訊號之訊號，造成訊號品質的劣化。因此，將微帶天線組成陣列並應用於微波影像的診斷設備中時，若微帶天線的指向性較差，將使得該些微帶天線接收之訊號彼此之間產生建設性或破壞性的干涉，導致影像品質的低劣外，更甚是影響各微帶天線接收之訊號的正確性。

本發明的主要目的在於提供一具窄半功率波束寬之微帶天線，該具窄半功率波束寬藉由設置於輻射部兩側的寄生部可有效地減少其半功率波束寬，而能提高該具窄半功率波束寬之微帶天線的指向性，以使該具窄半功率波束寬之微帶天線能應用於微波影像的診斷設備。

本發明之一種具窄半功率波束寬之微帶天線包含一介質基板、一金屬接地層、一輻射體、一微帶線及一饋入金屬，該介質基板具有一第一表面及一第二表面，該金屬接地層設置於該介質基板之該第二表面，該輻射體設置於該介質基板之該第一表面，該輻射體具有一第一輻射部、一第二輻射部、兩個第一寄生部及兩個第二寄生部，該第一輻射部及該第二輻射部之間具有一設置區域，兩個第一寄生部分別位於該第一輻射部兩側，其中之一該第一寄生部位於該設置區域，且該些第一寄生部與該第一輻射部實質上平行，兩個第二寄生部分別位於該第二輻射部兩側，其中之一該第二寄生部位於該設置區域，且該些第二寄生部與該第二輻射部實質上平行，該微帶線設置於該介質基板之該第一表面，該微帶線具有一第一端部、一第二端部及一第三端部，該第一端部位於該第一表面的一邊緣，該第二端部及該第三端部之一端連接該第一端部，該第二端部之另一端連接該第一輻射部，該第三端部之另一端連接該第二輻射部，該饋入金屬具有一連接段及一饋入點，該連接段連接該金屬接地層，該饋入點位於該第一表面，且該饋入點連接該連接段及該微帶線。

本發明藉由該些第一寄生部及該些第二寄生部分別設置於該第一輻射部及該第二輻射部的兩側，能有效地降低該具窄半功率波束寬之微帶天線的半功率波束寬，以達到具有窄半功率波束寬的特性。

請參閱第1及2圖，為本創作之一實施例，一種具窄半功率波束寬之微帶天線100包含一介質基板110、一金屬接地層120、一輻射體130、一微帶線140及一饋入金屬150。該介質基板110具有一第一表面111及一第二表面112，該介質基板110為Duroid高頻微波電路板，該金屬接地層120設置於該介質基板110之該第二表面112，該金屬接地層120能以印刷或蝕刻製程形成於該第二表面112，或以沖壓、雕刻製程形成該金屬接地層120後再將其設置於該第二表面112，該金屬接地層120作為整體系統之接地面。

請參閱第1及2圖，該輻射體130設置於該介質基板110之該第一表面111，相同地，該輻射體130能以印刷或蝕刻製程形成於該第一表面111，或以沖壓、雕刻製程形成該輻射體130後再將其設置於該第一表面111，其中，該輻射體130具有一第一輻射部131、一第二輻射部132、兩個第一寄生部133及兩個第二寄生部134，該第一輻射部131及該第二輻射部132之間具有一設置區域A，兩個第一寄生部133分別位於該第一輻射部131兩側，其中之一該第一寄生部133位於該設置區域A，且該些第一寄生部133與該第一輻射部131實質上平行，兩個第二寄生部134分別位於該第二輻射部132兩側，其中之一該第二寄生部134位於該設置區域A，且該些第二寄生部134與該第二輻射部132實質上平行。在本實施例中，各該第一寄生部133及各該第二寄生部134大致為一長方形，且該第一輻射部131之一長邊131b、該第二輻射部132之一長邊132a、各該第一寄生部133之一長邊133a及各該第二寄生部134之一長邊134a朝向相同方向延伸，且各該第一寄生部133之該長邊133a的長度不大於該第一輻射部131之該長邊131b的長度，各該第二寄生部134之該長邊134a的長度不大於該第二輻射部132之該長邊132a的長度，較佳的，該第一輻射部131之該長邊131b及該第一輻射部131之一短邊131c的比值介於1.5至3之間，該第二輻射部132之該長邊132b及該第二輻射部132之一短邊132c的比值介於1.5至3之間，該第一寄生部133之該長邊133a及該第一寄生部133之一短邊133b的比值介於1至10之間，該第二寄生部134之該長邊134a及該第二寄生部134之一短邊134b的比值介於1至10之間。

請參閱第1及2圖，在本實施例中，位於該設置區域A中的該第一寄生部133及位於該設置區域A中的該第二寄生部134之間具有一第一間距D1，該第一輻射部131與各該第一寄生部133之間具有一第二間距D2，該第二輻射部132與各該第二寄生部134之間具有一第三間距D3，其中該第二間距D2實質上等於該第三間距D3，且該第一間距D1小於該第二間距D2及該第三間距D3。該第一寄生部133及該第二寄生部134提供電磁耦合路徑，而影響該具窄半功率波束寬之微帶天線100的輻射場型，進而增加具窄半功率波束寬之微帶天線100的指向性。

請參閱第1及2圖，該微帶線140設置於該介質基板110之該第一表面111，在本實施例中，該微帶線140與該輻射體130於相同製程中製成，而與該輻射體130之該第一輻射部131及該第二輻射部132互相連結為一體，其中，該微帶線140具有一第一端部141、一第二端部142及一第三端部143，該第一端部141位於該第一表面111的一邊緣111a，該第二端部142及該第三端部143之一端連接該第一端部141，該第二端部142之另一端連接該第一輻射部131，該第三端部143之另一端連接該第二輻射部132，在本實施例中，該第一輻射部131另具有一第一開口131a，該第二輻射部132另具有一第二開口132a，該第一開口131a及該第二開口132a朝向該微帶線140，且該微帶線之140該第二端部142及該第三端部143分別具有一次彎折，使該微帶線140之該第二端部141延伸至該第一開口131a中並與該第一輻射部131連接，該微帶線140之該第三端部143延伸至該第二開口132a中並與該第二輻射部132連接，或在其他實施例中(圖未繪出)，該第一輻射部131及該第二輻射部132不具有開口，該微帶線之140該第二端部142及該第三端部143是連接至該第一輻射部131及該第二輻射部132的邊緣。

請參閱第1及2圖，在本實施例中，該饋入金屬150設置於該介質基板110的側緣以饋入信號，其中，該饋入金屬150具有一連接段151及一饋入點152，該連接段151連接該金屬接地層120，該饋入點152位於該第一表面111，且該饋入點152連接該連接段151及該微帶線140，本實施例是透過一SMA接頭C連接該饋入金屬150，以接收該具窄半功率波束寬之微帶天線100的信號或傳送信號至該具窄半功率波束寬之微帶天線100中，但本發明並不在此限。

請參閱第1及2圖，在本實施例中，該介質基板110的厚度約為1.27cm，該輻射體130及該金屬接地層120的厚度約為0.018cm，該第一輻射部131及該第二輻射部132的一寬度及一長度分別約為3.2cm及6.3cm，該第一寄生部133及該第二寄生部134的一寬度及一長度分別約為1cm及5.8cm，該第一間距D1約為0.2cm，該第二間距D2及該第三間距D3約為0.6cm，請參閱第3圖，為本實施 例之Y-Z平面的輻射功率場型圖，可以看到本實施例透過該些第一寄生部133及該些第二寄生部134的設置可使該具窄半功率波束寬之微帶天線100之半功率波束寬(Half-Power Beam Width,HPBW)僅約為56度，達到窄波束寬的功效，可減少訊號受到牆壁的反射訊號所產生之相位差異所導致訊號的干擾，而能有效地應用於微波影像的診斷設備中。請參閱第4圖，為本實施例之返迴損失圖，由返迴損失圖可以看到該具窄半功率波束寬之微帶天線100約可涵蓋9.1GHz至9.3GHz之頻率範圍，而能適用於醫學微波成像技術。

請參閱第5圖，為一對比實施例，該對比實施例具有與本案相同的該介質基板110、該金屬接地層120、該第一輻射部131、該第二輻射部132、該微帶線140及該饋入金屬150，惟該比對實施例不具有本案之該第一寄生部133及該第二寄生部134，請參閱第6圖，為該對比實施例之Y-Z平面的輻射功率場型圖，可以看到該對比實施例之半功率波束寬約為80度，相較於本案為寬，可證明本案之該第一寄生部133及該第二寄生部134確實能降低該具窄半功率波束寬之微帶天線100的半功率波束寬，而能使用於需要高指向特性的應用中。

本發明藉由該些第一寄生部133及該些第二寄生部134分別設置於該第一輻射部131及該第二輻射部132的兩側，能有效地降低該具窄半功率波束寬之微帶天線100的半功率波束寬，以達到具有窄半功率波束寬的特性。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100‧‧‧具窄半功率波束寬之微帶天線

110‧‧‧介質基板

111‧‧‧第一表面

111a‧‧‧邊緣

112‧‧‧第二表面

120‧‧‧金屬接地層

130‧‧‧輻射體

131‧‧‧第一輻射部

131a‧‧‧第一開口

131b‧‧‧第一輻射部之長邊

131c‧‧‧第一輻射部之短邊

132‧‧‧第二輻射部

132a‧‧‧第二開口

132b‧‧‧第二輻射部之長邊

132c‧‧‧第二輻射部之短邊

133‧‧‧第一寄生部

133a‧‧‧第一寄生部之長邊

133b‧‧‧第一寄生部之短邊

134‧‧‧第二寄生部

134a‧‧‧第二寄生部之長邊

134b‧‧‧第二寄生部之短邊

140‧‧‧微帶線

141‧‧‧第一端部

142‧‧‧第二端部

143‧‧‧第三端部

150‧‧‧饋入金屬

151‧‧‧連接段

152‧‧‧饋入點

A‧‧‧設置區域

CSMA‧‧‧接頭

D1‧‧‧第一間距

D2‧‧‧第二間距

D3‧‧‧第三間距

第1圖：依據本發明之一實施例，一種具窄半功率波束寬之微帶天線的俯視圖。 第2圖：依據本發明之一實施例，該具窄半功率波束寬之微帶天線的側視圖。 第3圖：依據本發明之一實施例，該具窄半功率波束寬之微帶天線之Y-Z平面之輻射功率場型圖。 第4圖：依據本發明之一實施例，該具窄半功率波束寬之微帶天線之返迴損失圖。 第5圖：一對比實施例的俯視圖。 第6圖：該對比實施例之Y-Z平面之輻射功率場型圖。

100‧‧‧具窄半功率波束寬之微帶天線

110‧‧‧介質基板

111‧‧‧第一表面

111a‧‧‧邊緣

131‧‧‧第一輻射部

131a‧‧‧第一開口

131b‧‧‧第一輻射部之長邊

131c‧‧‧第一輻射部之短邊

132‧‧‧第二輻射部

132a‧‧‧第二開口

132b‧‧‧第二輻射部之長邊

132c‧‧‧第二輻射部之短邊

133‧‧‧第一寄生部

133a‧‧‧第一寄生部之長邊

133b‧‧‧第一寄生部之短邊

134‧‧‧第二寄生部

134a‧‧‧第二寄生部之長邊

134b‧‧‧第二寄生部之短邊

141‧‧‧第一端部

142‧‧‧第二端部

143‧‧‧第三端部

150‧‧‧饋入金屬

A‧‧‧設置區域

C‧‧‧SMA接頭

D1‧‧‧第一間距

D2‧‧‧第二間距

D3‧‧‧第三間距

Claims (10)

1. 一種具窄半功率波束寬之微帶天線，其包含：一介質基板，具有一第一表面及一第二表面；一金屬接地層，設置於該介質基板之該第二表面；一輻射體，設置於該介質基板之該第一表面，該輻射體具有一第一輻射部、一第二輻射部、兩個第一寄生部及兩個第二寄生部，該第一輻射部及該第二輻射部之間具有一設置區域，兩個第一寄生部分別位於該第一輻射部兩側，其中之一該第一寄生部位於該設置區域，且該些第一寄生部與該第一輻射部實質上平行，兩個第二寄生部分別位於該第二輻射部兩側，其中之一該第二寄生部位於該設置區域，且該些第二寄生部與該第二輻射部實質上平行，其中在另一該第一寄生部與另一該第二寄生部之間設置有該第一輻射部及該第二輻射部；一微帶線，設置於該介質基板之該第一表面，該微帶線具有一第一端部、一第二端部及一第三端部，該第一端部位於該第一表面的一邊緣，該第二端部及該第三端部之一端連接該第一端部，該第二端部之另一端連接該第一輻射部，該第三端部之另一端連接該第二輻射部；以及一饋入金屬，具有一連接段及一饋入點，該連接段連接該金屬接地層，該饋入點位於該第一表面，且該饋入點連接該連接段及該微帶線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具窄半功率波束寬之微帶天線，其中該第一輻射部另具有一第一開口，該第二輻射部另具有一第二開口，該第一開口及該第二開口朝向該微帶線，該微帶線之該第二端部延伸至該第一開口中，該微帶線之該第三端部延伸至該第二開口中。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具窄半功率波束寬之微帶天線，其中 該第一輻射部之一長邊及該第一輻射部之一短邊的比值介於1.5至3之間，該第二輻射部之一長邊及該第二輻射部之一短邊的比值介於1.5至3之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具窄半功率波束寬之微帶天線，其中各該第一寄生部大致為一長方形，且各該第一寄生部之一長邊與該第一輻射部之一長邊朝向相同方向延伸。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具窄半功率波束寬之微帶天線，其中各該第一寄生部之該長邊的長度不大於該第一輻射部之該長邊的長度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具窄半功率波束寬之微帶天線，其中該第一寄生部之一長邊及該第一寄生部之一短邊的比值介於1至10之間，該第二寄生部之一長邊及該第二寄生部之一短邊的比值介於1至10之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具窄半功率波束寬之微帶天線，其中各該第二寄生部大致為一長方形，且各該第二寄生部之一長邊與該第二輻射部之一長邊朝向相同方向延伸。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具窄半功率波束寬之微帶天線，其中各該第二寄生部之該長邊的長度不大於該第二輻射部之該長邊的長度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具窄半功率波束寬之微帶天線，其中位於該設置區域中的該第一寄生部及位於該設置區域中的該第二寄生部之間具有一第一間距，該第一輻射部與各該第一寄生部之間具有一第二間距，該第二輻射部與各該第二寄生部之間具有一第三間距，其中該第二間距實質上等於該第三間距，且該第一間距小於該第二間距及該第三間距。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具窄半功率波束寬之微帶天線，其中該微帶線之該第二端部及該第三端部分別具有一次彎折。