寬帶微帶天線的制作方法
【專利摘要】一種寬帶微帶天線，包含一個絕緣的基底、一個接地片及一個輻射片，該絕緣的基底具有一個第一面及一個相反于該第一面的第二面，該接地片由導體材料構(gòu)成并形成于該第一面，該輻射片由導體材料構(gòu)成并形成于該第二面，且包括一個自該第二面的邊緣向內(nèi)延伸且橫跨過該接地片并供電訊號輸入的饋入臂、一個自該饋入臂朝遠離該接地片方向延伸的輻射本體，及一個自該輻射本體的一側(cè)邊朝一第一方向延伸的缺口，該缺口使該輻射本體的側(cè)邊呈現(xiàn)蜿蜒形狀進而改變該輻射本體表面的電流分布，而具有高操作帶寬。
【專利說明】
I=ti +H-燦/r +H- -?Γ L.^-
覓市M市天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種天線，特別是涉及一種高操作帶寬的寬帶微帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002]參閱圖1，現(xiàn)有的微帶天線l(patch antenna)包括一個介質(zhì)基底11、一個形成于該介質(zhì)基底11的導體接地片12、一個形成于該介質(zhì)基底11并相反于該導體接地片12的導體福射貼片13 (patch),及一個自該介質(zhì)基底11的表面邊緣向內(nèi)延伸至該導體福射貼片13并供電訊號輸入的饋入臂14，當自該饋入臂14饋入電訊號至該導體輻射貼片13，而在該導體輻射貼片13和該導體接地片12間激發(fā)出電磁場時，即能經(jīng)由該導體輻射貼片13周圍和該導體接地片12的間隙將電磁場向外輻射至空間中，借此進行無線訊號的傳輸。
[0003]雖然，現(xiàn)有的微帶天線I具有許多特點，例如體積小、重量輕、低剖面(profile)、易與后級電路集成等等，但是因為微帶天線I本身的導體輻射貼片13和導體接地片12的形狀限制了所饋入的電訊號在該導體輻射貼片13的表面電流分布，因而僅會造成特定頻率輻射，導致其操作帶寬狹窄，從而使其應用范圍受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明之目的在于提供一種提升操作帶寬而能應用在各頻段作訊號傳輸?shù)膶拵炀€。
[0005]本發(fā)明的寬帶微帶天線包含一個絕緣的基底、一個接地片及一個輻射片。
[0006]該絕緣的基底具有一個第一面，及一個相反于該第一面的第二面。
[0007]該接地片由導體材料構(gòu)成并形成于該第一面。
[0008]該輻射片由導體材料構(gòu)成并形成于該第二面，包括一個自該第二面的邊緣向內(nèi)延伸且橫跨過該接地片并供電訊號輸入的饋入臂、一個自該饋入臂朝遠離該接地片方向延伸的輻射本體，及一個自該輻射本體的一側(cè)邊朝一第一方向延伸的缺口。
[0009]較佳地，該基底的第二面是矩形，該饋入臂自該第二面的一側(cè)邊平行另一側(cè)邊延伸且橫跨過該接地片，該輻射本體是長方形并具有一個平行該第二面?zhèn)冗叢⑴c該饋入臂連接的第一長邊、一個相反于該第一長邊的第二長邊、一個平行該第二面另一側(cè)邊并與該饋入臂連接的第一短邊，及一個連接該第一長邊和該第二長邊的第二短邊，該缺口具有一個自該第一短邊沿該第二長邊遠離該第一短邊延伸的第一矩形部，及一個自該第一矩形部的中央處并平行于該第一長邊向該第二短邊延伸的第二矩形部，該第二矩形部的最大寬度小于該第一矩形部的長度。
[0010]較佳地，該輻射片還包括一個自該第二短邊沿該第一長邊向該第一短邊延伸的輔助缺口。
[0011]較佳地，該接地片包括一個鄰近該輻射本體的第一短邊并呈矩形的第一接地本體、一個自該第一接地本體向該輻射本體的第二短邊方向延伸并呈矩形的第二接地本體、一個自該第二接地本體鄰近該輻射本體的第一長邊向該第一面邊緣形成的第一接地缺口、一個自該第一接地缺口并平行于該輻射本體的第一長邊且向該第二短邊方向延伸的第二接地缺口，及一個自該第二接地缺口更朝向該第二短邊方向延伸的第三接地缺口，該饋入臂向該第一面方向的投影位于該第二接地缺口內(nèi)。
[0012]較佳地，該饋入臂包括一個自該第二面的側(cè)邊延伸過該第二接地本體的第一饋入臂部，及一個自該第一饋入臂部延伸過該第二接地缺口并與該輻射本體的第一短邊和第一長邊連接的第二饋入臂部。
[0013]較佳地，該第二饋入臂部的寬度大于該第一饋入臂部的寬度而與該第一饋入臂部、該輻射本體互相阻抗匹配。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:通過該輻射片的缺口使該輻射本體的側(cè)邊呈現(xiàn)蜿蜒形狀，改變該輻射本體表面的電流分布，而具有高操作帶寬。
【附圖說明】
[0015]本發(fā)明之其他的特征及功效，將于參照圖式的實施方式中清楚地呈現(xiàn)，其中:
[0016]圖1是一立體圖，說明一種現(xiàn)有的微帶天線；
[0017]圖2是一側(cè)視圖，說明本發(fā)明寬帶微帶天線的一實施例；
[0018]圖3是一正視圖，說明該實施例的一個輻射片；
[0019]圖4是一正視圖，說明該實施例的一個接地片；
[0020]圖5是一示意圖，說明該實施例的輻射片和接地片的疊合；
[0021]圖6是一反射損失圖，說明該實施例的模擬和量測得到的反射損
[0022]失特性；
[0023]圖7是一表面電流分布圖，說明該實施例的一表面電流分布情形；
[0024]及
[0025]圖8是一表面電流分布圖，說明該實施例的另一表面電流分布情形。
[0026]
【具體實施方式】
[0027]參閱圖2，本發(fā)明寬帶微帶天線2的一實施例包含一個絕緣的基底21、一個輻射片23,及一個接地片22，用于饋入電訊號后，將饋入電訊號向外輻射。
[0028]該基底21呈矩形態(tài)樣，并具有一個第一面211，及一個相反于該第一面211的第二面 212。
[0029]同時參閱圖3，該輻射片23由導體材料構(gòu)成并形成于該第二面212，包括一個自該第二面212的一側(cè)邊平行另一側(cè)邊延伸且橫跨過該接地片22并供電訊號輸入的饋入臂231、一個連接于該饋入臂231并呈長方形的輻射本體232、一個自該輻射本體232的一短邊沿平行其長邊方向延伸的缺口 233，及一個自該輻射本體232相反于形成該缺口 233的另一短邊沿平行其長邊方向延伸的輔助缺口 234。而且，該饋入臂231具有一個呈長矩形由該第二面212的側(cè)邊延伸的第一饋入臂部2311，及一個呈長矩形且自該第一饋入臂部2311延伸跨過該接地片22的第二饋入臂部2312，該第二饋入臂部2312的寬度大于該第一饋入臂部2311使兩者成階梯形狀地漸進擴增來與該輻射本體232連接，并且，由于該第二饋入臂部2312使該輻射本體232遠離該接地片22，所以該第一面211也提供該輻射本體232向外輻射的凈空區(qū)域。該輻射本體232則具有一個平行該第二面212側(cè)邊并連接該第二饋入臂部2312的第一長邊2321、一個相反于該第一長邊2321的第二長邊2322、一個平行該第二面212的另一側(cè)邊且和該第二饋入臂部2312連接的第一短邊2323，及一個連接該第一長邊2321和該第二長邊2322的第二短邊2324。該缺口 233具有一個自該第一短邊2323沿該第二長邊2322遠離該第一短邊2323延伸的第一矩形部2331，及一個自該第一矩形部2331的中央處并平行于該第一長邊2321向該第二短邊2324延伸的第二矩形部2332，該第一矩形部2331和第二矩形部2332皆為長條形狀且彼此的長向互相垂直，并且該第二矩形部2332的最大寬度小于該第一矩形部2331的長度，而使得該缺口 233呈倒T字形。此外，該輔助缺口 234則是自該第二短邊2324沿該第一長邊2321向該第一短邊2323延伸形成的長矩形。
[0030]配合參閱圖4及圖5，該接地片22由導體材料構(gòu)成并形成于該第一面211，包括一個鄰近該輻射本體232的第一短邊2323并呈矩形的第一接地本體221、一個自該第一接地本體221向該輻射本體232的第二短邊2324方向延伸并呈矩形的第二接地本體222、一個自該第二接地本體222鄰近該輻射本體232的第一長邊2321向該第一面211邊緣形成的第一接地缺口 223、一個自該第一接地缺口 223并平行于該輻射本體232的第一長邊2321且向該第二短邊2324方向延伸的第二接地缺口 224，及一個自該第二接地缺口 224更朝向該第二短邊2324方向延伸的第三接地缺口 225，并且該第三接地缺口 225的寬度小于該第二接地缺口 224而因此二者在該第一接地本體221和該第二接地本體222的鄰靠區(qū)域呈倒L字形。另，該輻射片23的第二饋入臂部2312向該第一面211方向的投影落入該第二接地缺口 224內(nèi)，因而彼此連通的該第一接地缺口 223、該第二接地缺口 224和該第三接地缺口225互相配合使該第一接地本體221、該第二接地本體222圍繞該第二饋入臂部2312地形成缺陷接地結(jié)構(gòu)。
[0031]當自該饋入臂231饋入電訊號，該第一饋入臂部2311和該第二饋入臂部2312彼此配合進行步階式的阻抗轉(zhuǎn)換(Stepped-1mpedence transformat1n),以使該第一饋入臂部2311、該第二饋入臂部2312和該輻射本體232彼此能達成阻抗匹配來降低電訊號饋進時發(fā)生的反射損失，同時，通過該第一接地本體221和該第二接地本體222結(jié)合形成的缺陷接地結(jié)構(gòu)，使電訊號在該第二饋入臂部2312與該第一接地本體221間互相耦合并共振組合出讓訊號向外輻射所需的高頻模態(tài)，以致該第二饋入臂部2312可與該輻射本體232同樣被視為輻射區(qū)域，并進而與第一饋入臂部2311和該輻射本體232結(jié)合時達到阻抗匹配，進而更提升阻抗匹配程度，以讓電訊號在饋入的過程中保持完整的傳遞至該輻射本體232。
[0032]而且，該輻射本體232借該缺口 233和該輔助缺口 234，使得該輻射本體232的表面形成蜿蜒形狀，借以改變電訊號在其表面所形成的電流分布，因而讓表面電流大致沿該第一短邊2323、該第二短邊2324形成兩相異的電流共振路徑，而能產(chǎn)生兩相異的共振頻帶。更詳細的說，其一為自該饋入臂231沿著該第一短邊2323并經(jīng)過該呈倒T字形狀的缺口 233周圍而形成一個第一電流共振路徑，其二則是自該饋入臂231沿著該第一長邊2321并朝向該輔助缺口 234而形成一個第二電流共振路徑，兩者并分別對應產(chǎn)生一個第一共振頻帶及一個第二共振頻帶，而且該T字形狀缺口 233增加了該第一電流共振路徑的長度，使該第一電流共振路徑長于該第二電流共振路徑，因此該第一共振頻帶所在頻率會低于該第二共振頻帶，另外，該第一共振頻帶的頻率還可通過改變該缺口 233的第二矩形部2332寬度來些微調(diào)整，該第二矩形部2332的寬度與該第一共振頻帶的頻率成反比，而該第二共振頻帶的頻率則可改變該輔助缺口 234的長度來將兩者成正比關(guān)系地作微調(diào)，借此，本發(fā)明寬帶微帶天線2因而可經(jīng)由該第一共振頻帶和該第二共振頻帶來共同組成寬帶的操作頻帶，不僅解決現(xiàn)有的微帶天線I操作帶寬狹窄的缺失，同時更因電訊號饋入時的步階式的阻抗轉(zhuǎn)換、缺陷接地結(jié)構(gòu)達成阻抗匹配，更具有減少反射損失、共振組合出高頻模態(tài)而可更提升操作帶寬的優(yōu)點。
[0033]將前述寬帶微帶天線2的實施例的基底21設定成材質(zhì)為玻璃纖維的矩形基材板，其介電常數(shù)為4.4,板厚為0.8毫米,總板長為65毫米、板寬60毫米,且設定該輻射本體232為第一長邊2321為13.5 _米、第二長邊2322為28 _米，第二短邊2324為24 _米的長方形，該缺口 233的第二矩形部2332長度12毫米、寬度5毫米，該輔助缺口 234的長度為12毫米、寬度4.5毫米，該第一饋入臂部2311的寬度為1.5毫米、長度10毫米，該第二饋入臂部2312的寬度為7毫米、長度26.5毫米，并且，該接地片22為總長度50毫米、總寬度31毫米的矩形，該第一接地本體221為長度11.75毫米、寬度31毫米的矩形，該第二接地缺口224的長度為8.5毫米、寬度為17毫米，該第三接地缺口 225的長度為6毫米、寬度為5毫米，并利用如圖1所示出的SMA接頭焊連于該第一饋入臂部2311并且選擇其特性阻抗值為50奧姆的作轉(zhuǎn)接以饋入電訊號，并進行實驗驗證。
[0034]參閱圖6，圖6是本發(fā)明寬帶微帶天線2的實施例依據(jù)上述實際尺寸的模擬與實測的反射損失結(jié)果，圖中顯示其確實產(chǎn)生該第一共振頻帶和該第二共振頻帶，當天線的阻抗帶寬(操作帶寬)以反射損失為1dB來定義時，該第一共振頻帶和該第二共振頻帶在1702MHz?2755MHz的頻率響應范圍反射損失皆在1dB以上，因而兩者可組合出帶寬為1053MHz的寬帶操作頻帶，驗證本發(fā)明寬帶微帶天線確實具有提升操作帶寬的功效，且此操作頻帶可涵蓋在DCS1800、PCS1900、CDMA2000、UMTS/WiFi等頻段的無線訊號傳輸操作，而擴展了應用范圍。
[0035]同時配合參閱圖7、圖8，圖7、圖8進一步顯示該輻射本體232表面的電流分布情形，由圖7可以驗證該輻射片23的饋入臂231、第一短邊2323與該缺口 233的周圍電流密度較高，因而經(jīng)由此第一共振電流路徑而有該第一共振頻帶的產(chǎn)生，圖8則驗證該輻射片23的饋入臂231、第一長邊2321至該輔助缺口 234的周圍也為較高密度的電流分布區(qū)域，而能借此第二共振電流路徑形成該第二共振頻帶，進而由兩者組合出寬帶操作頻帶，證實本發(fā)明寬帶微帶天線2可應用在各頻段進行無線訊號傳輸。
[0036]要再補充說明的是，本發(fā)明寬帶微帶天線2的基底21可任意的使用于FR4雙層印刷電路板(PCB, Printed Circuit Board)甚至是更高階的電路板，以鋪銅的方式鋪設該接地片22、該輻射片23來達成上述應用，因此使用的范圍會更加廣泛而有彈性。
[0037]另外，本發(fā)明寬帶微帶天線2也可控制該第一接地本體221的寬度小于該第二接地本體222的寬度，讓表面電流多集中于該輻射本體232鄰近該第一接地本體221的一側(cè)，而使輻射能量朝此方向集中，進而提升其指向程度。
[0038]綜上所述，本發(fā)明寬帶微帶天線2利用該輻射片23的缺口 233及輔助缺口 234來改變表面電流分布，并借以產(chǎn)生兩相異共振頻帶而得到高操作帶寬，再加上該接地片22圍繞該饋入臂231形成的倒L字形狀缺陷結(jié)構(gòu)、搭配該饋入臂231的步階式饋入結(jié)構(gòu),進一步達成阻抗匹配同時減少反射損失，更有利于增加操作帶寬，所以確實能達成本發(fā)明之目的。
[0039] 以上所述者，僅為本發(fā)明的實施例而已，當不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即凡依本發(fā)明權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種寬帶微帶天線，其特征在于:包含: 一個絕緣的基底，具有一個第一面，及一個相反于該第一面的第二面； 一個接地片，由導體材料構(gòu)成并形成于該第一面；及 一個輻射片，由導體材料構(gòu)成并形成于該第二面，包括一個自該第二面的邊緣向內(nèi)延伸且橫跨過該接地片并供電訊號輸入的饋入臂、一個自該饋入臂朝遠離該接地片方向延伸的輻射本體，及一個自該輻射本體的一側(cè)邊朝一第一方向延伸的缺口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶微帶天線，其特征在于:該第二面是矩形，該饋入臂自該第二面的一側(cè)邊平行另一側(cè)邊延伸且橫跨過該接地片，該輻射本體是長方形并具有一個平行該第二面?zhèn)冗叢⑴c該饋入臂連接的第一長邊、一個相反于該第一長邊的第二長邊、一個平行該第二面另一側(cè)邊并與該饋入臂連接的第一短邊，及一個連接該第一長邊和該第二長邊的第二短邊，該缺口具有一個自該第一短邊沿該第二長邊遠離該第一短邊延伸的第一矩形部，及一個自該第一矩形部的中央處并平行于該第一長邊向該第二短邊延伸的第二矩形部，該第二矩形部的最大寬度小于該第一矩形部的長度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶微帶天線，其特征在于:該輻射片還包括一個自該第二短邊沿該第一長邊向該第一短邊延伸的輔助缺口。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶微帶天線，其特征在于:該接地片包括一個鄰近該輻射本體的第一短邊并呈矩形的第一接地本體、一個自該第一接地本體向該輻射本體的第二短邊方向延伸并呈矩形的第二接地本體、一個自該第二接地本體鄰近該輻射本體的第一長邊向該第一面邊緣形成的第一接地缺口、一個自該第一接地缺口并平行于該輻射本體的第一長邊且向該第二短邊方向延伸的第二接地缺口，及一個自該第二接地缺口更朝向該第二短邊方向延伸的第三接地缺口，該饋入臂向該第一面方向的投影位于該第二接地缺口內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶微帶天線，其特征在于:該饋入臂包括一個自該第二面的側(cè)邊延伸過該第二接地本體的第一饋入臂部，及一個自該第一饋入臂部延伸過該第二接地缺口并與該福射本體的第一短邊和第一長邊連接的第二饋入臂部。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶微帶天線，其特征在于:該第二饋入臂部的寬度大于該第一饋入臂部的寬度而與該第一饋入臂部、該輻射本體互相阻抗匹配。
【文檔編號】H01Q1/38GK105870611SQ201510030112
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月21日
【發(fā)明人】孫卓勛, 李宗麟, 潘冠蒲, 邱冠智, 林立韋, 王景亮
【申請人】冠捷投資有限公司