TWM322073U - High-directivity microstrip antenna - Google Patents

Description

M322073 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本新型係有關微帶天線（Microstrip antenna)，尤其是有關 具有高增益的微帶天線。 【先前技術】 台灣發明專利第1223909號，揭示一種具有電容性饋入之圓 極化微帶天線，包括：一基底，該基底具有一第一表面及與之相對 之一第二表面，且其材料為高介電常數之陶瓷基底；一饋入埠； 一饋入金屬電極，形成於該基底之該第一表面，該饋入金屬電極 與該饋入埠電氣連接；一輻射金屬電極，形成於該基底之該第一 表面，且環繞於該饋入金屬電極外圍，該饋入金屬電極與該輻射 金屬電極間界定一環形區域；一接地金屬電極，形成於該基底之 該第一表面，其中該基底具有一中空孔，貫穿該基底之第一表面 及第一表面，用以提供該饋入金屬電極與該饋入埠之電氣連接。 美國專利US6879292,亦揭示微帶天線的介電基材具有一貫穿 孔以容置一饋入釘（Feed pin)的設計。 另美國專利US7030815，揭示天線貼片藉由穿過介電層的鍍 金屬的貫穿孔（Plated through hole)耦合一連接件的設計。 一般來說，低介電係數的微波板材較貴，譬如，鐵弗龍（Tefl〇n) 板材；而較高介電係數的微波板材較便宜，譬如，R〇4〇〇3板材， 或疋陶究板材。傳統的微帶天線’當使用較低的介電係數的基材 時’天線面積會較大並且有較大的天線方向性；而使用較高介電係數 ;M322073 的基材時，天線面積會較小並且有較小的天線方向性。 【新型内容】 為了使天線使用較大介電係數較便宜的板材時，也有一樣高的天 線增益，以降低成本，而提出新的微帶天線架構。 本新型的主要目的，在提供一種高增益的微帶天線，在固定 天線大小的情況下，使天線具有較高的增益。 本新型的另一目的，在提供一種高增益的微帶天線，可降低 天線的製造成本。 本新型的高增益的微帶天線，係用以使天線具有較高的增益 及可節省成本者，包括： -介電材料層，具有相對的第—表面及第二表面， 一金屬貼片結合於該第一表面，用以接收輻射電磁波； 一接地金屬層結合於該第二表面，用以接地； 其特徵在於：該介電材料層具有連通該第—表面及該第二表面的 貫穿孔’且该貫穿孔内具有金屬件；該金屬件的兩端分另電連接 該金屬貼片及該接地金屬層；在固定天線大小的情況下，使天線 具有較㈣增益及可翻不同介電係數的介電材料層，可節省成 〇 本新型的其他目的、功效，請參閱圖式及實施例，詳細說明 如下。 【實施方式】 6 M322073 請參閱圖1、2所示。本新型高增益的微帶天線，係用以使天 線在頻寬/頻率/面積相同大小的情況下，具有較高的增益及可節 省成本者。本新型第一實施例的天線1〇，包括一介電材料層η , 具有相對的第一表面111及第二表面112，一金屬貼片12結合於第 一表面111，用以接收輻射電磁波；一接地金屬層13結合於第二表 面112，用以接地。金屬貼片12具有一饋入點121。一導線14電連 接饋入點12。介電材料層11及接地金屬層13相對於饋入點121的位 置，分別具有第一貫穿孔113及第二貫穿孔131以容置導線14，供 導線14伸出接地金屬層13的外部。 本新型的特徵在於：介電材料層11具有連通第一表面ln及第 二表面112的貫穿孔114，且貫穿孔113内具有金屬件15 ,例如於貫 穿孔113的孔壁鍵金屬膜。金屬件15的兩端分另電連接金屬貼片12 及接地金屬層13，使金屬貼片12及接地金屬層13相對於貫穿孔H4 的位置呈電導通的狀態。貫穿孔114夠大時，可進一步容置如晶片 的電子零件16。接地金屬層13對應於貫穿孔114的位置，可設有第 二貫穿孔132，其孔徑亦可與貫穿孔Π4相同，以供容置連接電子 零件16的導線17伸出接地金屬層13外部。 為了証明本新型的天線可提高增益的效果，發明人利用高頻 模擬軟體（HFSS，Ansoft公司販售的軟體）進行模擬分折。當採 用介電係數為9· 2的圓形陶瓷板為介電材料層，其半徑為25 5mm (公厘），厚度為3mm;貫穿孔的半徑為15· 42mm;金屬貼片亦為 圓形’其半徑為24· 9 mm ;圓形的接地金屬層，其半徑為π 5刪， 7 M322073 且作支設連接於汽車的車頂，故接地金屬材料的面積大小接近無窮 大的情況下，本新型的天線結構獲得在〇度方向的總能量方向度的 峰值（Total peak Directivity)為8dBi，如圖3所示。假設舊有 天線結構使用相同材質、大小的陶瓷板為介電材料層，但無貫穿 孔及金屬件的設計，也使用相同大小的接地金屬層，且假設接地 金屬層連接於汽車的車頂，故接地金屬材料的面積接近無窮大。 但為了使比對的售有天線結構具有與本新型天線接近的共振頻 率’故採用半徑為12· 09min的金屬貼片，進行模擬分析，獲得舊有 天線結構在0度方向的總能量方向度的峰值為5· 8dBi，如圖4所 示。經由高頻模擬軟體的分析顯示，本新型的天線較舊有的天線， 在總能量方向度的峰值的比較，具有較高的增益。 請參閱圖5所示。發明人進一步以不同介電係數（介電係數介 於2· 2至9· 2之間）的介電材料，介電材料具有不同的貫穿孔，貫 穿孔的半徑於1· 0麵至15· 3麵之間，介電材料的介電系數愈大其貫 穿孔的半徑愈大；配合相同半徑（半徑24· 9mm間）的金屬貼片及 相同的接地材料層，且假設金屬材料層放置在無狀的金屬平面 上，以兩頻模擬軟體分析時，可得出各天線總能量方向度的峰值 均約為8· _i。此-結果顯示，不f天線使用任何介電係數的介 電材料層’只要適當的調整貫穿孔；^的大小及調整金屬貼片的大 】都可以使天線獲得相同的天線增益值。 八請參M®卜6所示。本新型第二實施例的天線2()，亦包括一 7丨電材料層2卜介電材料層21_對的第—表面及第二表面分別 M322073 結合金屬貼片22及接地金屬層23，其結構與第一實施例的天線1〇 大致相同。但天線20的介電材料層21具有複數呈環狀排列的貫穿 孔211。貫穿孔211孔内容置一實心的金屬件25 ,例如一實心的金 屬柱，金屬件25的兩端分別電性連接介電材料層21及接地金屬層 23。亦能達成第一實施例的效果。該金屬件25可以是空心的環， ^ 也可以是結合貫穿孔211的壁的金屬膜。 請參閱圖1、7所示。本新型第三實施例的天線3〇 ,亦包括一 > 介電材料層31，介電材料層31的相對的第一表面及第二表面分別 結合金屬貼片32及接地金屬層33 ;介電材料層31具有貫穿孔3H， 且貫穿孔311内具有金屬件34，其結構與第一實施例的天線1〇大致 相同。但天線30的金屬貼片32及接地金屬層33封閉貫穿孔311的兩 端。亦能達成第一實施例的效果。 請參閱圖1、8所示。本新型第四實施例的天線4〇，亦包括一 介電材料層41，介電材料層41的相對的第一表面及第二表面分別 丨 結合金屬貼片42及接地金屬層43;介電材料層41具有貫穿孔411， 且貫穿孔411内具有金屬件44，其結構與第一實施例的天線丨〇大致 相同。但天線40的金屬貼片42具有與貫穿孔411相通的孔421。亦 能達成第一實施例的效果。 請參閱圖1、9所示。本新型第五實施例的天線5〇，亦包括一 介電材料層5卜介電材料層51的相對的第—表面及第二表面分別 結合金屬貼片52及接地金屬層53 ;介電材料層51具有貫穿孔511， 且貫穿孔511内具有金屬件54，其結構與第一實施例的天線1〇大致 M322073 相同。但天線50的接地金屬層53具有與貫穿孔mi相通的孔531。 亦能達成第一實施例的效果。 請參閱圖卜10所示。本新型第六實施例的天線60，亦包括一 介電材料層6卜介電材料層61的相對的第—表面及第二表面分別 結合金屬貼片62及接地金屬層63 ;介電材料層μ具有貫穿孔611， 且貫穿孔611内具有金屬件64，其結構與第一實施例的天線1〇大致 相同。但天線60的金屬貼片62及接地金屬層63分別具有與貫穿孔 > 611相通的孔621、631。亦能達成第一實施例的效果。 本新型的特點在於使天線的金屬貼片及接地金屬層之間的介 電材料層具有貫穿孔，該貫穿孔内設置有金屬件，該金屬件的兩 端分別電連接金屬貼片及接地金屬層，該金屬件可以是空心的 環’也可以是實々雜子或結合貫穿孔_的金屬膜。本新型的 介電材料層、金屬貼片、接地金屬層及介電材料層的貫穿孔可以 分別是圓形、方形、橢圓或是任意形狀。 本新型的天線可獲得下列功效： 1·介電材料層可以使用於任何介電係數的板材，如微波基板、一 般的PCB、或陶瓷介質板、pe板、pp板等。 2·可以在固定的天線大小之下，讓天線有最高的增益。 3·為了達成降低成本的目的，可以選擇較便宜而介電係數較大的 介質來設計天線，而有一樣好的特性。 4·介電材料層可以使用高介電係數的陶瓷材料，打破陶瓷材料天 線低方向性的限制。 M322073 5·本新型的微帶天線使天線設計增加了一項自由度，而可以輕易 的控制天線的輻射特性。 6·介電材料層的貫穿孔大小可以任意改變，使天線的設計可靈活 的變化。 7·介電材料層的貫穿孔可以是實心的金屬柱子或是空心的金屬 環，也可以由許多小貫穿孔繞成環狀來取代。 8·可使空心的貫穿孔擴大至其他的電子件可放入貫穿孔的空間 内。 以上所記載，僅為利用本新型技術内容之實施例，任何熟悉 本項技藝者運用本新型所為之修飾、變化，皆屬本新型主張之專 利範圍，而不限於實施例所揭示者。 M322073 【圖式簡單說明】 圖1為本新型微帶天線第一實施例的外觀示意圖。 圖2為圖1沿a-A線的剖面示意圖。 圖3為本新型微帶天線第一實施例的總能量方向度的分軒圖。 圖4為與本新型微帶天線第一實施例相對應的習知天線的總能量 方向度的分析圖。 圖5為本新型各種微帶天線的總能量方向度的分析圖表。 _ 圖6為本新型微帶天線第二實施例的外觀示意圖。 圖7為本新型微帶天線第三實施例的剖面示意圖。 圖8為本新型微帶天線第四實施例的剖面示意圖。 圖9為本新型微帶天線第五實施例的剖面示意圖。 圖10為本新型微帶天線第六實施例的剖面示意圖。 【主要元件符號說明】 10、20、30、40、50、60 微帶型天線 # 11、21、31、41、51、61 介電材料層 111第一表面 112第二表面 113第一貫穿孔 114、211、31 卜 4U、5U、611 貫穿孔 12、 22、32、42、52、62金屬貼片 121饋入點 13、 23、33、43、53、63 接地金屬層 131第二貫穿孔 12 M322073 132第三貫穿孔 14、17導線 15、25、34、44、54、64 金屬件 16電子零件 42卜 531、62卜 631 孔

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Claims (1)

1. • M322073 九、申請專利範園： L 一種高增益的微帶天線，贿天線具有較高的增益及可節省成 本者，包括： 一介電材料層，具有相對的第-表面及第二表面； •-金屬貼片結合於該第—表面，用以接收輻射電磁波； -一接地金屬層結合於該第二表面，用以接地； 其特徵在於：該介電材料層具有連通該第-表面及該第二表面的 •貫穿孔，且該貫穿孔内具有金屬件；該金屬件的兩端分另電連接 該金屬貼片及該接地金屬層。 2.如申請專利範圍第！項所述的高增益的微帶天線，其中該金屬件係 空心的環、實心的柱子及結合該貫穿孔的㈣金屬膜其巾之一者。 3·如申請專利範圍第2項所述的高增益的微帶天線，其中該介電材料 層及該金屬貼片均呈圓形。 4·如申請專利範圍第2項所述的高增益的微帶天線，其中該金屬貼片 ® S有無孔相賴孔。 • 5·如申請專利範圍第4項所述的高增益的微帶天線，其中該介電材料 . 層的貫穿孔内容置一電子零件。 6·如申請專利範圍第2項所述的高增益的微帶天線，其中該接地金屬 層對應於該貫穿孔的位置，設有第三貫穿孔。 7·如申請專利範圍第6項所述的高增益的微帶天線，其中該介電材料 層的貫穿孔内容置一電子零件。 8·如申請專利範圍第6項所述的高增益的微帶天線，其中該金屬貼片 M322073 具有與該貫穿孔相通的孔。 9. 如申請專利範圍第2項所述的高增益的微帶天線，其中該金屬貼片 及該接地金屬層封閉該貫穿孔的兩端。 10. 如申請專利範圍第1至9項中任一項所述的高增益的微帶天線，其 ， 中該金屬貼片具有一饋入點；一導線電連接該饋入點；該介電材料 層及該接地金屬層分別具有第一貫穿孔及第二貫穿孔以容置該導 線，供該導線伸出該接地金屬層的外部。 15