TWM502254U

TWM502254U - 雙極化陣列天線結構

Info

Publication number: TWM502254U
Application number: TW103222980U
Authority: TW
Inventors: Chi-Chuan Chen
Original assignee: Wanshih Electronic Co Ltd
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2015-06-01

Description

雙極化陣列天線結構

【0001】

本創作係有關一種天線，尤指一種可以增加天線增益的雙極化陣列天線。

【0002】

天線的設計係對行動通訊裝置的通話品質、接收訊號能力產生最直接的影響，在行動通訊裝置有限的空間配置下，行動通訊裝置之外觀、PCB、結構、天線彼此之間必須相依相存，以期能夠得到應有的天線性能表現。

【0003】

因此，傳統陣列天線技術中係將相同單個天線輻射導體並列形成陣列結構，如圖1所示，該雙極化的陣列天線包括有一反射面100、複數個輻射導體200、一第一饋入網路300及一第二饋入網路400。該複數個輻射導體200係以呈矩陣排列的方式配置在該反射面100上，每一個輻射導體200係具有兩個網路輸出端201。每一個輻射導體200的兩個網路輸出端201分別與其他的輻射導體200電性連接。該第一、第二饋入網路300、400的饋入點301、401係分別位在各輻射導體200所配置的陣列外側、內側，另於該第一、第二饋入網路300、400上設置有信號的饋入點301、401，以及該第一、第二饋入網路300、400係分別呈橫向及縱向配置。

【0004】

雖然，在圖1的陣列天線的第一、第二饋入網路300、400的天線區段302、402設計成相對應於反射面100垂線正45度及負45度的方向配置，使水平及垂直的訊號收訊效果並非最好，因為此陣列天線的功率的dBi值約在12左右及干擾值約-15~-20(干擾值越低越好)之間，容易造成訊號衰減及訊號互相干擾之缺失。

【0005】

因此，本創作之主要目的，是在改善傳統陣列天線增益的缺失，本創作提出一種可以使天線增益增加方法，使天線的水平及垂直的發射及接收訊號的功率強度增加。

【0006】

為達上述之目的，本創作提供一種雙極化的陣列天線，包括：一基板、複數個輻射金屬面、複數個二分之一波長導線、一第一信號饋入網路、一第二信號饋入網路、一第一信號饋入點及一第二信號饋入點。該複數輻射金屬面以對稱排列形式配置於該基板的表面上，該些輻射金屬面的同一側邊的二彎角上各具有二輸出入端。該些二分之一波長導線係以電性連結於該些輻射金屬面的該些輸出入端上，以作為相位改變。該第一信號饋入網路係位於該些輻射金屬面外側，並與該些二分之一波長導線及該些輸出入端電性連結。該第二信號饋入網路係位於以對稱排列的該些輻射金屬面的內側中間位置，並電性連結在該些輻射金屬面的二斜對角的二輻射金屬面之間。該第一信號饋入點，係設於該第一信號饋入網路中心位置沿線偏移一特定距離。該第二信號饋入點，係設於該第二信號饋入網路位置上。在信號由該第一信號饋入網路饋入後，使信號增加二分之一波長，再經二分之一波長導線轉換，使該些輻射金屬的電流不一致，而相位一致；當信號由該第二號饋入網路饋入後，經二分之一波長導線轉換，使該些輻射金屬的電流不一致，而相位一致，此該天線增益增加。

【0007】

在本創作之一實施例中，該些輻射金屬面中以二斜對應的二輻射金屬面上各設有一短路點，該二短路點降低該第一饋入信號點及該第二信號饋入點之間的干擾。

【0008】

在本創作之一實施例中，該第一信號饋入網路由第一導線、一第二導線及一第三導線組成，該第二導線一端與該第一導線電性連結呈相互垂直，該第二導線的另一端與相鄰的該輻射金屬面的輸出入端及該二分之一波長導線電性連結；另，該第三導線一端與該第一導線電性連結呈相互垂直，該第三導線的另一端與相鄰的該輻射金屬面的輸出入端及該二分之一波長導線電性連結。

【0009】

在本創作之一實施例中，該第一信號饋入點係設於該第一信號饋入網路的第一導線的中心位置沿線偏移一特定距離，該特定距離為四分之一距離。

【0010】

在本創作之一實施例中，該第二信號饋入網路網路由一第一線段、一第二線段及一第三線段組成，該第二線段一端與該第一線段電性連結呈彎折狀，該第二線段的另一端與斜對腳的該輻射金屬面的輸出入端及二分之一波長導線電性連結，該第三線段的一端與該第一線段電性連結呈彎折狀，該第三線段的另一端與斜對角的該輻射金屬面的輸出入端及該二分之一波長導線電性連結。

【0011】

在本創作之一實施例中，該第一信號饋入網路、該第二信號饋入網路、該些二分之一波長導線的線寬粗細均不相同，藉以調整陣列天線的阻抗匹配。

【0036】

習知：

【0037】

100‧‧‧反射面

【0038】

200‧‧‧輻射導體

【0039】

201‧‧‧網路輸出端

【0040】

300‧‧‧第一饋入網路

【0041】

301‧‧‧饋入點

【0042】

400‧‧‧第二饋入網路

【0043】

401‧‧‧饋入點

【0044】

本創作：

【0045】

100~106‧‧‧步驟

【0046】

1‧‧‧基板

【0047】

11‧‧‧表面

【0048】

12‧‧‧背面

【0049】

2a~2d‧‧‧輻射金屬面

【0050】

21a~21d‧‧‧輸出入端

【0051】

22b、22d‧‧‧短路點

【0052】

3‧‧‧二分之一波長導線

【0053】

4‧‧‧第一信號饋入網路

【0054】

41‧‧‧第一導線

【0055】

42‧‧‧第二導線

【0056】

43‧‧‧第三導線

【0057】

5‧‧‧第二信號饋入網路

【0058】

51‧‧‧第一線段

【0059】

52‧‧‧第二線段

【0060】

53‧‧‧第三線段

【0061】

6‧‧‧第一信號饋入點

【0062】

7‧‧‧第二信號饋入點

【0012】

圖1，係傳統的雙極化的陣列天線示意圖。

【0013】

圖2，係本創作之雙極化陣列天線的增益方法流程示意圖。

【0014】

圖3，係本創作之雙極化陣列天線結構示意圖。

【0015】

圖4，係本創作之雙極化陣列天線的第一信號饋入點的信號饋入示意圖。

【0016】

圖5，係本創作之雙極化陣列天線的第二信號饋入點的信號饋入示意圖。

【0017】

茲有關本創作之技術內容及詳細說明，現在配合圖式說明如下：

【0018】

請參閱圖2及圖3，係本創作之雙極化陣列天線的增益方法流程及結構示意圖。如圖所示：本創作之雙極化陣列天線的增益方法，首先，如步驟100，備有一雙極化的陣列天線，該陣列天線具有以對稱排列形式配置的複數輻射金屬面2a~2d，該些輻射金屬面2a~2d之間連結有複數個二分之一波長導線3，該些輻射金屬面2a~2d的外側具有一第一信號饋入網路4及一位於該些輻射金屬面2a~2d內側的第二信號饋入網路。

【0019】

步驟102，決定第一信號饋入點6及該第二信號饋入點7的位置
，將該第一信號饋入點6位於該第一信號饋入網路4的第一導線41中心位置沿線偏移有一1/4距離的特定距離，該第二信號饋入點7位於該行進距離短的第二信號饋入網路5上。

【0020】

步驟104，在信號饋入第一個信號饋入點6，該信號會增加1/2波長後分兩方向流入該些輻射金屬面2a~2d中，在信號流入該些輻射金屬面2a~2d後，該輻射金屬面2a、2d的相位不變，而流入該輻射金屬面2b、2c的信號相位因經過1/2波長導線3的轉換使相位旋轉180度後，與該輻射金屬面2a、2d的相位一致，但該些輻射金屬面2a~2d的電流不一致。

【0021】

步驟106，在信號饋入第二信號饋入點7，信號分多方向流入該些輻射金屬面2a~2d中，在信號流入該些輻射金屬面2a~2d後，該輻射金屬面2c、2d的相位不變，而流入該輻射金屬面2a、2b的信號相位因經過1/2波長導線3的轉換使相位旋轉180度後，與該輻射金屬面2c、2d的相位一致，但該些輻射金屬面2a~2d的電流不一致。

【0022】

由於上述天線的改良後，使天線的dBi值平均13左右(因為縮短了行近距離)，干擾值約-20~-30，讓天線的水平及垂直的發射及接收訊號的功率強度增加。

【0023】

請參閱圖3，係本創作之雙極化陣列天線結構示意圖。如圖所示：本創作之雙極化的陣列天線結構，包括：一基板1、複數個輻射金屬面2、複數個二分之一(1/2)波長導線3、一第一信號饋入網路4、一第二信號饋入網路5、一第一信號饋入點6及一第二信號饋入點7。

【0024】

該基板1，其上一表面11及一背面12，以提供該複數個輻射金屬面2設置，該背面12以設有一接地金屬面(圖中未示)。在本圖式中，基板1為印刷電路板。

【0025】

該複數輻射金屬面2a~2d，係以對稱排列形式配置於該基板1的表面11上，該些輻射金屬面2a~2d的同一側邊的二彎角上各具有二輸出入端21a~21d，該二輸出入端21以作為信號輸入。另，於該二斜對應的二輻射金屬面2b、2d上各設有一短路點22b、22d，該二短路點22b、22d以避免該第一饋入信號點6及該第二信號饋入點7彼此之間的干擾。

【0026】

該複數1/2波長導線3，係以電性連結於該些輻射金屬面的二輸出入端21a~21d上，以作為相位改變，在接收信時使該流入該些輻射金屬面2a~2d的電流不會一致，讓該些輻射金屬面2a~2d相位一致。在本圖式中，該些1/2波長導線3之線寬粗細均不相同，藉以調整陣列天線系統之阻抗匹配。

【0027】

該第一信號饋入網路4，係位於該些輻射金屬面2a、2a外側，並由第一導線41、一第二導線42及一第三導線43組成。該第二導線42一端與該第一導線41電性連結呈相互垂直，該第二導線42的另一端與相鄰的該輻射金屬面2a的輸出入端21a及該1/2波長導線3電性連結。另，該第三導線43一端與該第一導線41電性連結呈相互垂直，該第三導線43的另一端與相鄰的該輻射金屬面2c的輸出入端21c及該1/2波長導線3電性連結。在本圖式中，該第一信號饋入網路4的該導線之線寬粗細均不相同，藉以調整陣列天線系統之阻抗匹配。

【0028】

該第二信號饋入網路5，係位於以對稱排列的該些輻射金屬面2a~2d的內側中間位置，並電性連結在該些輻射金屬面2a~2d的二斜對角的二輻射金屬面2a、2c之間。該第二信號饋入網路5由一第一線段51、一第二線段52及一第三線段53組成。該第二線段52一端與該第一線段51電性連結呈彎折狀，該第二線段52的另一端與該輻射金屬面2a的輸出入端21a及1/2波長導線3電性連結，該第三線段53的一端與該第一線段51電性連結呈彎折狀，該第三線段53的另一端與輻射金屬面2c的輸出入端21c及該1/2波長導線3電性連結。在本圖式中，該第一信號饋入網路4的該導線之線寬粗細均不相同，藉以調整陣列天線系統之阻抗匹配。

【0029】

該第一信號饋入點6，係設於該第一信號饋入網路4的第一導線41的中心位置沿線偏移一特定距離(較接近第二導線42)，該特定距離為四分之一(1/4)距離，在信號饋入時，使饋入的信號增加了1/2波長。該第一信號饋入點6以作為第一天線的信號饋入點。

【0030】

該第二信號饋入點7，係設於該第二信號饋入網路5的第三線段53與該1/2波長導線3的電性連結，以作為第二天線的信號饋入點。

【0031】

請參閱圖4，係本創作之雙極化陣列天線的第一信號饋入點的信號饋入示意圖。如圖所示：在此圖中，實線箭頭為原相位方向，虛線箭頭為轉180度後的相位方向。由於該第一信號饋入點6位於該第一信號饋入網路4的第一導線41的中心位置沿線偏移有一1/4距離的特定距離後，在信號饋入於第一信號饋入點6時，信號會增加1/2波長後分兩方向流入該些輻射金屬面2a~2d中，在信號流入該些輻射金屬面2a~2d後，該輻射金屬面2a、2d的相位不變，而流入該輻射金屬面2b、2c的信號相位因經過1/2波長導線3的轉換使相位旋轉180度後，與該輻射金屬面2a、2d的相位一致，但該些輻射金屬面2a~2d的電流不一致。

【0032】

請參閱圖5，係本創作之雙極化的陣列天線的第二信號饋入點的信號饋入示意圖。如圖所示：在此圖中，實線箭頭為原相位方向，虛線箭頭為轉180度後的相位方向。當第二信號饋入點7的信號饋入時，信號分多方向流入該些輻射金屬面2a~2d中，在信號流入該些輻射金屬面2a~2d後，該輻射金屬面2c、2d的相位不變，而流入該輻射金屬面2a、2b的信號相位因經過1/2波長導線3的轉換使相位旋轉180度後，與該輻射金屬面2c、2d的相位一致，但該些輻射金屬面2a~2d的電流不一致。

【0033】

在上述的圖3及圖4的說後，可知在該第一信號饋入點6或該第二信號饋入點7的信號饋入後，利用1/2波長導線3及第二信號饋入點7行進距離變短的設計，使該該些輻射金屬面2a~2d的電流不一致，但該輻射金屬面2a~2d的相位一致，且以該些輻射金屬面2b、2d的二短路點22b、22d使該第一饋入信號點6及該第二信號饋入點7彼此之間的干擾降到最低。

【0034】

【0035】

上述僅為本創作之較佳實施例而已，並非用來限定本創作實施之範圍。即凡依本創作申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本創作專利範圍所涵蓋。