TWM552679U - 雙頻雙極化高增益陣列天線 - Google Patents

Description

雙頻雙極化高增益陣列天線

本創作係一種天線，尤指一種具雙頻且高增益，符合兩種不同中心頻率的頻帶和個別頻帶具有兩種不同極化方向之雙頻雙極化高增益陣列天線。

雙極化天線(dual-polarization antenna)，同時可工作在訊號收發之雙工模式下。故在雙極化天線中，請參閱第一圖和第二圖所示，其中包含了一基板1，該基板1具有第一表面和相反於第一表面之第二表面，並於第一表面上成型設有兩相對稱之第一輻射體11和第二輻射體12，及於第一表面上相交於第一輻射體11和第二輻射體12成型設有兩相對稱之第三輻射體13和第四輻射體14，該第一輻射體11和第二輻射體12之間透過兩第一導電路徑15於第一表面直接電性相接設，該第三輻射體13和第四輻射體14於第二表面且透過第二導電路徑16和第三導電路徑17而相互電性接設，此一雙極化天線輻射體的細部結構如第一圖和第二圖所呈現，並不再贅述，又其整體呈現的天線運作特性圖配合如第三圖和第四圖所示。

其中第三圖和第四圖係分別呈現垂直極化和水平極化，其整體所呈現之垂直90度和水平0度正交之頻率、峰值增益和效率之值。又以無線通訊頻段之全球微波存取互通網路(WiMAX)所需之 2.5GHz(2300~2690MHz)為例說明，其第三圖中，垂直極化於頻段中的最高峰值增益約不超過6.51dBi，且其相對應的輻射效率約不超過63.23%，且第四圖中，水平極化於頻段中的最高峰值增益約不超過6.54dBi，且其相對應的輻射效率約不超過64.18%，理想天線的輻射特性應在許可的範圍內儘可能地增加及提升，以配合電子產品的性能提升之趨勢。是故，如何有效提升雙極化天線的天線輻射性能，即為本案申請人所欲解決之技術困難點所在。

以及，以習知的天線設計為例，大多設計為單一頻率的應用，所以習知的天線在能使用的頻段之應用範圍易受到侷限。因此，為求能有多樣化地應用，天線的使用頻率之設計逐漸由單頻、雙頻，漸漸地演變為三頻、多頻，甚至為寬頻。

再者，一般的平面天線之結構雖然具有尺寸小，且易與電子產品結合組裝之優點，但電性連接饋入平面天線的設計大多僅能做到雙頻單極化，或是單頻雙極化，也就是說習知的平面天線雖然能應用於雙頻帶，但卻只能接收/發射單一方向的訊號，或是可以接收/發射兩個方向的訊號，但其所能應用的頻帶只有一個，因此，應用的範圍上會受到限制。亦為本案申請人所欲解決之技術困難點所在。

有鑑於習用之缺失，因此本創作之目的在於發展一種具雙頻且高增益，符合兩種不同中心頻率的頻帶和個別頻帶具有兩種不同極化方向之雙頻雙極化高增益陣列天線。

為了達成以上之目的，本創作提供一種雙頻雙極化高增益陣列天線，其包含：一基板，係於其上設有複數第一開孔；一第一輻射群組， 係配置於該基板之上，該第一輻射群組具有複數呈排列方式配置之第一輻射本體，該每一第一輻射本體之間由一導體連接臂所連接，該導體連接臂上設有複數第一彎折部和一第二饋入端，且該每一第一輻射本體之間之同一側分別延伸設有一第一導體延伸臂，該每一第一導體延伸臂之間延伸設有一第一饋線路徑，該第一饋線路徑上設有一第一饋入端，且該第一饋線路徑的兩側分別延伸設有一匹配端，該每一第一輻射本體上之周緣設有複數第一裁邊，且該每一第一輻射本體周緣設有複數寄生元件；一第二輻射群組，係配置於該基板之上，該第二輻射群組具有複數呈排列方式配置之第二輻射本體，該每一第二輻射本體上之同一側分別延伸設有一第二彎折部，該每一第二彎折部分別延伸設有一第二導體延伸臂，該每一第二導體延伸臂之間延伸共同設有一第二饋線路徑，該第二饋線路徑上設有一第四饋入端，且該每一第二輻射本體上之另外同一側分別延伸設有一第三彎折部，該每兩第三彎折部之間均設有一第三導體延伸臂，該每一第三導體延伸臂上同一側分別延伸設有一第四彎折部，該每一第四彎折部之間延伸設有一第三饋線路徑，且該每一第二輻射本體上之周緣設有複數第二裁邊；一反射板，係於其上設有複數第二開孔和複數第三開孔，該每一第二開孔周緣上分別設有一支撐部，該每一支撐部結合於該基板上，且該每一第三開孔周緣上分別設有至少一訊號接地延伸部，該每一訊號接地延伸部設置於該每一第一開孔處。

其中該第一導體延伸臂為T字形，且該等寄生元件以垂直彎折形狀且均勻排列之電性連接或磁耦合方式設置於該每一第一輻射本體周緣，該每一支撐部與該每一第二開孔相互垂直設置，且該每一訊號接地延 伸部與該每一第三開孔相互垂直設置。

因此本創作藉由在單獨的基板上，形成兩種不同中心頻率的頻帶和個別頻帶具有兩種不同極化方向之天線輻射結構，本創作不僅能提高天線輻射增益，亦可同時運作於雙頻段，而在一基板上具有雙頻段之天線結構的運作，相對地產生縮小天線設計面積的效果，達到縮小化。以及基板與反射板之間，以該等支撐部及訊號接地延伸部之設計，亦可讓本創作達到生產作業之組裝便利的效果。

〔習用〕

1‧‧‧基板

11‧‧‧第一輻射體

12‧‧‧第二輻射體

13‧‧‧第三輻射體

14‧‧‧第四輻射體

15‧‧‧第一導電路徑

16‧‧‧第二導電路徑

17‧‧‧第三導電路徑

〔本創作〕

2‧‧‧基板

21‧‧‧第一開孔

3‧‧‧第一輻射群組

31‧‧‧第一輻射本體

311‧‧‧第一導體延伸臂

32‧‧‧第一饋線路徑

321‧‧‧第一饋入端

33‧‧‧匹配端

34‧‧‧第一裁邊

35‧‧‧寄生元件

4‧‧‧導體連接臂

41‧‧‧第一彎折部

42‧‧‧第二饋入端

5‧‧‧第二輻射群組

51‧‧‧第二輻射本體

510‧‧‧第二裁邊

52‧‧‧第二彎折部

521‧‧‧第二導體延伸臂

53‧‧‧第二饋線路徑

54‧‧‧第四饋入端

55‧‧‧第三彎折部

56‧‧‧第三導體延伸臂

57‧‧‧第四彎折部

58‧‧‧第三饋線路徑

6‧‧‧反射板

61‧‧‧第二開孔

610‧‧‧支撐部

62‧‧‧第三開孔

621‧‧‧訊號接地延伸部

100‧‧‧第一饋線

200‧‧‧第二饋線

300‧‧‧第三饋線

400‧‧‧第四饋線

第一圖係習用之雙極化天線的結構及其部分透視圖。

第二圖係習用之第一圖的第二表面其結構圖。

第三圖係習用之雙極化天線的垂直極化之天線特性數據說明。

第四圖係習用之雙極化天線的水平極化之天線特性數據說明。

第五圖係本創作較佳實施例之雙頻雙極化高增益陣列天線的立體分解及天線結構示意圖。

第六圖係本創作較佳實施例之第五圖的立體組合及天線結構示意圖。

第七圖係本創作較佳實施例之第六圖的俯視示意圖。

第八圖係本創作較佳實施例之第七圖其安裝天線饋線的示意圖。

第九圖係本創作較佳實施例之說明本創作第一饋線饋入訊號而共振於2.4GHz時的反射損失(Return Loss)及其頻率圖。

第九之A圖係本創作較佳實施例之第九圖的反射損失及其頻率，其所對應的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)及其頻率圖。

第十圖係本創作較佳實施例之說明本創作第二饋線饋入訊號而共振於2.4GHz時的反射損失(Return Loss)及其頻率圖。

第十之A圖係本創作較佳實施例之第十圖的反射損失及其頻率，其所對應的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)及其頻率圖。

第十一圖係本創作較佳實施例之第一饋線和第二饋線饋入訊號而共振於2.4GHz時的峰值增益(Peak Gain)及其頻率圖。

第十二圖係本創作較佳實施例之說明本創作第三饋線饋入訊號而共振於5GHz時的反射損失(Return Loss)及其頻率圖。

第十二之A圖係本創作較佳實施例之第十二圖的反射損失及其頻率，其所對應的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)及其頻率圖。

第十三圖係本創作較佳實施例之說明本創作第四饋線饋入訊號而共振於5GHz時的反射損失(Return Loss)及其頻率圖。

第十三之A圖係本創作較佳實施例之第十三圖的反射損失及其頻率，其所對應的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)及其頻率圖。

第十四圖係本創作較佳實施例之第三饋線和第四饋線饋入訊號而共振於5GHz時的峰值增益(Peak Gain)及其頻率圖。

為了使 貴審查委員能清楚了解本創作之內容，係以下列實施例搭配圖式及符號加以說明，敬請參閱之。

請參閱第五圖至第七圖所示，本創作提供一種雙頻雙極化高增益陣列天線，其包含：一基板2、一第一輻射群組3、一第二輻射群組5和一反射板6。

該基板2係於其上設有複數第一開孔21。該第一輻射群組3配置於該基板2之上，該第一輻射群組3具有多個(本實施例為兩個)呈排列方式配置之第一輻射本體31，該每一第一輻射本體31之間由一導體連接臂4所連接，該導體連接臂4上設有複數第一彎折部41和一第二饋入端42，且該每一第一輻射本體31之間之同一側分別延伸設有一第一導體延伸臂311，該每一第一導體延伸臂311之間延伸設有一第一饋線路徑32，該第一饋線路徑32上設有一第一饋入端321，且該第一饋線路徑32的兩側分別延伸設有一匹配端33，該每一第一輻射本體31上之周緣設有複數第一裁邊34，且該每一第一輻射本體31周緣設有複數寄生元件35。於本實施例中，該第一導體延伸臂311為T字形，且該等寄生元件35以垂直彎折形狀且均勻排列之電性連接或磁耦合方式設置於該每一第一輻射本體31周緣。

以及，該第二輻射群組5亦配置於該基板2之上，該第二輻射群組5具有多個(本實施例為四個)呈排列方式配置之第二輻射本體51，該每一第二輻射本體51上之同一側分別延伸設有一第二彎折部52，該每一第二彎折部52分別延伸設有一第二導體延伸臂521，該每一第二導體延伸臂521之間延伸共同設有一第二饋線路徑53，該第二饋線路徑53上設有一第四饋入端54，且該每一第二輻射本體51上之另外同一側分別延伸設有一第三彎折部55，該每兩第三彎折部55之間均設有一第三導體延伸臂56，該每一第三導體延伸臂56上同一側分別延伸設有一第四彎折部57，該每一第四彎折部57之間延伸設有一第三饋線路徑58，且該每一第二輻射本體51上之周緣設有複數第二裁邊510。

該反射板6於其上設有複數第二開孔61和複數第三開孔62， 該每一第二開孔61周緣上分別設有一支撐部610，該每一支撐部610嵌合於該基板2上，且該每一第三開孔62周緣上分別設有一訊號接地延伸部621。於本實施例中，位於該反射板6之中間部位的第三開孔62周緣上，則設有兩個訊號接地延伸部621，該每一訊號接地延伸部621設置於該每一第一開孔21處。

請繼續參閱第五圖所示，其中該每一支撐部610與該每一第二開孔61相互垂直設置，且該每一訊號接地延伸部621與該每一第三開孔62相互垂直設置。以該等支撐部610的簡易組裝和產生的提高支撐效果，以及該等訊號接地延伸部621於該等第一開孔21處之訊號接地的組裝設計，可讓本創作達到生產作業之組裝便利的效果。

因此，請再參閱第八圖所示，其中藉由第一饋線100、第二饋線200、第三饋線300和第四饋線400，而使第一至第四饋線100、200、300、400的編織接地層分別電性連接於該每一訊號接地延伸部621上，並同時使第一至第四饋線100、200、300、400的訊號饋入端分別電性連接於第一饋入端321、第二饋入端42、第三饋線路徑58和第四饋入端54上，而讓天線運作。

請繼續參閱第八圖、第九圖和第十圖所示，其中由第一饋線100和第二饋線200饋入第一訊號和第二訊號，而主要以該兩第一輻射本體31共振於2.4GHz之低頻的無線通訊頻帶，用以產生同時接收或發射垂直及水平訊號之雙極化，而在實際接收或發射訊號的應用上應不受限制。因此，如第九圖所示，其反射損失較佳約為負值的15.998dB且較高約不超過負值的9.1613dB。以及，如第十圖所示，其反射損失較佳約為負值的25.122dB且較高約不超過負值的11.544dB。

進一步的，相對應於第九圖而如第九之A圖所示，其電壓駐 波比之阻抗匹配特性較佳約為1.3768且較高約不超過2.0688。再者，相對應於第十圖而如第十之A圖所示，其電壓駐波比之阻抗匹配特性較佳約為1.1174且較高約不超過1.7201，於低頻段均呈現其優良的阻抗匹配天線輻射特性。

請再參閱第八圖和第十一圖所示，其中由第一饋線100和第二饋線200饋入第一訊號和第二訊號，而形成的峰值增益及其頻率測量值，其雙極化的峰值增益約均不低於7dBi，而使本創作能提高於低頻段運作時其天線的輻射增益，且係優於先前技術，實為本創作之特點。

請繼續參閱第八圖、第十二圖和第十三圖所示，其中由第三饋線300和第四饋線400饋入第三訊號和第四訊號，而主要以該四個第二輻射本體51共振於5GHz之高頻的無線通訊頻帶，用以產生同時接收或發射垂直及水平訊號之雙極化，而在實際接收或發射訊號的應用上應不受限制。因此，如第十二圖所示，其反射損失較佳約為負值的14.159dB且較高約不超過負值的11.718dB。以及，如第十三圖所示，其反射損失較佳約為負值的16.414dB且較高約不超過負值的10.823dB。

進一步的，相對應於第十二圖而如第十二之A圖所示，其電壓駐波比之阻抗匹配特性較佳約為1.4873且較高約不超過1.7008。再者，相對應於第十三圖而如第十三之A圖所示，其電壓駐波比之阻抗匹配特性較佳約為1.3560且較高約不超過1.8075，於高頻段均呈現其優良的阻抗匹配天線輻射特性。

請再參閱第八圖和第十四圖所示，其中由第三饋線300和第四饋線400饋入第三訊號和第四訊號，而形成的峰值增益及其頻率測量值， 其雙極化的峰值增益約均不低於8dBi，而使本創作能提高於高頻段運作時其天線的輻射增益，且係優於先前技術，實為本創作之特點。於本實施例中，該兩第一輻射本體31及其匹配路徑所產生的雙極化方向，與該四個第二輻射本體51及其匹配路徑所產生的雙極化方向相同，可減少相互極化干擾，除了可同時運作於雙頻段(高、低頻)外，亦可相互提升其增益值。

此外，而在單獨的基板2上(特定空間)，具有雙頻段之天線結構的運作，相對地產生縮小天線設計面積的效果，而達到縮小化。

以上所論述者，僅為本創作較佳實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍；故在不脫離本創作之精神與範疇內所作之等效形狀、構造或組合之變換，皆應涵蓋於本創作之申請專利範圍內。

2‧‧‧基板

21‧‧‧第一開孔

3‧‧‧第一輻射群組

31‧‧‧第一輻射本體

4‧‧‧導體連接臂

6‧‧‧反射板

61‧‧‧第二開孔

610‧‧‧支撐部

62‧‧‧第三開孔

621‧‧‧訊號接地延伸部

Claims (4)

1. 一種雙頻雙極化高增益陣列天線，其包含：一基板，係於其上設有複數第一開孔；一第一輻射群組，係配置於該基板之上，該第一輻射群組具有複數呈排列方式配置之第一輻射本體，該每一第一輻射本體之間由一導體連接臂所連接，該導體連接臂上設有複數第一彎折部和一第二饋入端，且該每一第一輻射本體之間之同一側分別延伸設有一第一導體延伸臂，該每一第一導體延伸臂之間延伸設有一第一饋線路徑，該第一饋線路徑上設有一第一饋入端，且該第一饋線路徑的兩側分別延伸設有一匹配端，該每一第一輻射本體上之周緣設有複數第一裁邊，且該每一第一輻射本體周緣設有複數寄生元件；一第二輻射群組，係配置於該基板之上，該第二輻射群組具有複數呈排列方式配置之第二輻射本體，該每一第二輻射本體上之同一側分別延伸設有一第二彎折部，該每一第二彎折部分別延伸設有一第二導體延伸臂，該每一第二導體延伸臂之間延伸共同設有一第二饋線路徑，該第二饋線路徑上設有一第四饋入端，且該每一第二輻射本體上之另外同一側分別延伸設有一第三彎折部，該每兩第三彎折部之間均設有一第三導體延伸臂，該每一第三導體延伸臂上同一側分別延伸設有一第四彎折部，該每一第四彎折部之間延伸設有一第三饋線路徑，且該每一第二輻射本體上之周緣設有複數第二裁邊；一反射板，係於其上設有複數第二開孔和複數第三開孔，該每一第二開孔周緣上分別設有一支撐部，該每一支撐部結合於該基板上，且該每一第三開孔周緣上分別設有至少一訊號接地延伸部，該每一訊號接地延伸部設置於該每一第一開孔處。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻雙極化高增益陣列天線，其中該第一導體延伸臂為T字形。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻雙極化高增益陣列天線，其中該等寄生元件以垂直彎折形狀且均勻排列之電性連接或磁耦合方式設置於該每一第一輻射本體周緣。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻雙極化高增益陣列天線，其中該每一支撐部與該每一第二開孔相互垂直設置，且該每一訊號接地延伸部與該每一第三開孔相互垂直設置。