CN103036008B - 非对称偶极天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非对称偶极天线，此天线的基板配置有金属导体形成的、间隔配置的辐射模块与接地模块。辐射模块与接地模块分别具有一辐射基部与一接地基部，两基部的两端反向以各自延伸出两辐射支臂与两接地支臂。其中第一辐射支臂与第二辐射支臂正交于辐射基部，第二辐射支臂朝向第一辐射支臂弯曲延伸，以形成开口朝向第一辐射支臂的弧形。第一接地支臂与第二接地支臂正交于接地基部，第二接地支臂形成朝向第一接地支臂延伸弯曲的勾状，一馈线单元用以馈接两基部的馈入点与接地点。本发明可以产生足够的增益效果，且经测试其场形不易受影响，盲点较浅，辐射场形较圆，故信号收发上不易出现通讯品质不良的情形。且其结构简单，制作复杂度低等。

Description

非对称偶极天线

技术领域

本发明是有关于一种天线结构，特别是有关于一种得以应用于不同无线信号传输类型的非对称偶极天线。

背景技术

现今的天线结构，全向性天线对于各种无线通信装置皆具有极大的用处。这是因为其辐射模式允许在一移动单元中发挥良好的传递与接收效果。为提升全向性天线的增益，为提升天线的阻抗匹配，在配置上多半会使用较宽的馈入接线或是以回圈式回路来设计辐射部及接地部。

然而，过宽的馈入接线会导致其传递的信号影响了辐射部的信号，造成馈入接线与辐射部之间的耦合效应。影响天线元件的阻抗匹配，频带的宽度受到限制。若增加馈入接线与辐射部之间的间距，又易造成全向性天线的指向性过高。另一方面，回圈式回路虽能取得高阻抗特性，但工艺的难度会相对提升，反而降低天线制作成品率。

但实际上，不论何种天线，其只要设置于地形障碍区域(例，墙角，天花板等)时，必有特定方向的增益值明显不足，以致于在信号收发上，出现通讯品质不良的情形。因此，如何简化天线制作复杂度，同时维持或更进一步提升天线的增益，为厂商应思考的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种具简易结构并维持高增益的天线结构。

本发明所提供的天线结构为一种非对称偶极天线，其包括一基板、一辐射模块、一接地模块与一馈线单元。辐射模块由一第一金属导体配置于基板所形成，具有一辐射基部，一第一辐射支臂与一第二辐射支臂以正交方式，自辐射基部两端以朝向一第一方向延伸。第二辐射支臂朝向第一辐射支臂方向弯曲延伸，以与辐射基部形成开口朝向第一辐射支臂的弧形状。辐射基部包括一馈入点。接地模块间隔地对应于辐射模块，且由一第二金属导体配置于基板所形成，具有一接地基部。一第一接地支臂与一第二接地支臂正交于接地基部，并自其两端朝向一第二方向延伸。第二接地支臂为朝向第一接地支臂弯曲延伸的勾形状。一接地点对应于馈入点而配置于接地基部。馈线单元用以电性馈接馈入点与接地点。

本发明另提供一种非对称偶极天线，其包括一基板、一辐射模块、一接地模块与一馈线单元。辐射模块由一第一金属导体配置于基板所形成，具有一辐射基部。一第一辐射支臂与一第二辐射支臂以正交方式，自辐射基部两端以朝向一第一方向延伸。第二辐射支臂朝向第一辐射支臂方向延伸，以与辐射基部形成开口朝向第一辐射支臂的弧形状。辐射基部包括一馈入点。接地模块间隔地对应辐射模块，且由一第二金属导体配置于基板所形成，具有一接地基部。一第一接地支臂与一第二接地支臂正交于接地基部，以自接地基部两端朝向一第二方向延伸。第二接地支臂朝向第一接地支臂延伸的勾形状。一接地点对应于馈入点而配置于接地基部。其中，接地基部延伸至第一接地支臂的部位形成有具有一内缩缺口的一转折部。馈线单元用以电性馈接馈入点与接地点。

为解决上述天线结构问题，本发明又提供一种非对称偶极天线，其包括一基板、一辐射模块、一接地模块、一馈线单元与一反射层。

基板具有相对应的一第一表面与一第二表面。辐射模块由一第一金属导体配置于第一表面所形成，具有一辐射基部。一第一辐射支臂与一第二辐射支臂以正交方式，自辐射基部两端以朝向一第一方向延伸，第二辐射支臂为由宽入窄且朝向第一辐射支臂方向延伸，以与辐射基部形成开口朝向第一辐射支臂的弧形状。辐射基部包括一馈入点。接地模块间隔地对应辐射模块，且由一第二金属导体配置于第一表面所形成，具有一接地基部。一第一接地支臂与一第二接地支臂正交于接地基部，以从接地基部两端以朝向一第二方向延伸。第二接地支臂朝向第一接地支臂弯曲延伸的勾形状。一接地点对应于馈入点而配置于接地基部。馈线单元是固定于基板，并用以电性馈接馈入点与接地点。反射层配置于基板的第二表面。

本发明的特点在于本发明提供的天线结构不同于现有技术的结构，即使被应用设置于地形障碍区域(例，墙角，天花板等)时，亦可以通过其结构以产生足够的增益效果，且经测试其场形不易受影响，盲点（凹凸点）较浅，辐射场形较圆，故信号收发上，不易出现通讯品质不良的情形。其次，本发明提供的天线结构，其结构比回圈式线路简化许多，故能有效降低天线制作复杂度。其三，本发明所提供的天线结构，其可以满足现今双频双极化天线于设计上的需求，在满足增益的需求时，亦同时满足多频传输能力的需求，故大幅增进其适用性。

附图说明

图1为本发明非对称偶极天线实施例的第一种架构示意图；

图2为本发明非对称偶极天线实施例的第二种架构示意图；

图3为本发明非对称偶极天线实施例的第三种架构示意图；

图4A为本发明非对称偶极天线的辐射场形对应垂直信号增益示意图的一实施例；

图4B为本发明非对称偶极天线的辐射场形对应水平信号增益示意图的一实施例；

图4C为本发明非对称偶极天线的辐射场形对应垂直信号增益示意图的另一实施例；以及

图4D为本发明非对称偶极天线的辐射场形对应水平信号增益示意图的另一实施例。 

主要元件符号说明：

1       基板                                          2         辐射模块

20     辐射基部                                   201     辐射基部的第一端

202   辐射基部的第二端                  21        第一辐射支臂

22     第二辐射支臂                          221     第一区段

222   第二区段                                  23        馈入点

3       接地模块                                  30        接地基部

301   接地基部的第一端                  302     接地基部的第二端

31     第一接地支臂                          32        第二接地支臂

321   连接区段                                  322     勾区段

33     接地点                                      34        转折部

35     内缩缺口                                  4         馈线单元

41     馈线单元的第一端                  42        馈线单元的第二端

5       反射层                                      G        间隙。

具体实施方式

兹配合图式将本发明较佳实施例详细说明如下。

首先请参照图1绘示的本发明非对称偶极天线实施例的第一种架构示意图。此非对称偶极天线包括一基板1、一辐射模块2、一接地模块3与一馈线单元4。以下，配合图1绘示的参照方向进行说明。

此辐射模块2由一第一金属导体配置于基板1上所形成，接地模块3由一第二金属导体配置于基板1上所形成，形成方式如电路板蚀刻、金属液气相沉积、金属溅渡、金属涂层等相关方式皆适用，并不受限。

辐射模块2具有一辐射基部20，在此以长条形状为例，并设置有一馈入点23于其中。一第一辐射支臂21自辐射基部20的第一端201，以朝向一第一方向延伸。第二辐射支臂22自辐射基部20的第二端202，亦朝向第一方向延伸。在此第一方向以+Y方向为例。

如图1，第一辐射支臂21正交于辐射基部20。第二辐射支臂22自辐射基部20的第二端202延伸而出后，向第一辐射支臂21方向弯曲延伸，并与辐射基部20形成开口朝向第一辐射支臂21的弧形状。

接地模块3间隔的对应辐射模块2而被配置于基板1上，接地模块3的配置位置与辐射模块2的配置位置相互对应。接地模块3包括一接地基部30，于此以长条形状为例，并设置有一接地点33于其中，接地点33的配置位置对应馈入点23的配置位置。接地基部30与辐射基部20之间会具有一间隙G，间隙G大小乃对应天线的阻抗匹配与增益而有所调整。一第一接地支臂31自接地基部30的第一端301，以朝向一第二方向延伸。第二接地支臂32自接地基部30的第二端302，亦朝向第二方向延伸。第二方向与第一方向正好相反，于此例，即是指-Y方向。

如图1，第一接地支臂31正交于接地基部30。第二接地支臂32自接地基部30延伸而出后，朝向第一接地支臂31方向略为弯曲延伸，以形成一勾形状。第二接地支臂32的内边呈现弧形内缩。

在元件配置位置上，第一接地支臂31的配置位置对应第二辐射支臂22，第二接地支臂32的配置位置会对应第一辐射支臂21，使得辐射模块2与接地模块3形成一非对称式配置。

馈线单元4则是用以电性馈接上述的馈入点23与接地点33，于此以一直杆状的馈线支臂进行说明。此例的馈线支臂为Y轴方向配置，馈线支臂内有馈线（图未示），其自馈线支臂的第一端41而馈接至馈入点23与接地点33，并通过馈线支臂的第二端42延伸而出，以供电性连接相关的电路、电子元件或是装置。

为配合阻抗、增益等相关的调整作业，可对天线结构进行相应变化设计。例如：

（1）对馈入点23的位置作限制设计，使得馈入点23至第一辐射支臂21末端的长度，与馈入点23至第二辐射支臂22末端的长度相等。

（2）对接地点33的位置作限制设计，使得接地点33至第一接地支臂31末端的长度，为接地点33至第二辐射支臂22末端的长度的两倍。

（3）对第二辐射支臂22的形状作限制设计。当第二辐射支臂22自辐射基部20延伸而出后，除弧形状外，亦呈现由宽入窄的形状。在此，将第二辐射支臂22划分为两段，为相互垂直的一第一区段221与一第二区段222。第二区段222连接于第一区段221与辐射基部20之间，并与辐射基部20相互垂直。如图1，第一区段221为X方向配置的等宽长条形状，第二区段222为Y方向配置，并为由宽入窄的弧线形状。整体上，第二区段222的宽度为第一区段221的二至三倍。

（4）对第二接地支臂32的形状作限制设计。在此，将第二接地支臂32划分为一连接区段321与一勾区段322的两区段。连接区段321连接于勾区段322与接地基部30之间。如图1，连接区段321为Y方向配置，并与接地基部30相互垂直。而勾区段322在朝向弯曲延伸时，亦略为呈现由宽入窄的设计模式。整体上，连接区段321的宽度约为勾区段322宽度的两倍。

（5）对第一辐射支臂21的形状作限制设计。如图1，由辐射基部20延伸而出的第一辐射支臂21，于形状上，呈现由窄至宽的长条形状。对应天线的用途，第一辐射支臂21两端可呈现长方形状，宽度的变化（坡度）则设计于第一辐射支臂21的中间区段。其中，第一辐射支臂21的最大宽度为第一辐射支臂21的一最小宽度的两倍。

（6）对第一接地支臂31的形状作限制设计。如图1，由接地基部30延伸而出的第一接地支臂31，于形状呈现由窄至宽的长条形状。对应天线的用途，第一接地支臂31两端可呈现长方形状，宽度的变化（坡度）则设计于第一接地支臂31的中间区段。其中，第一接地支臂31的最大宽度为第一接地支臂31的一最小宽度的两倍。此外，第一接地支臂31与第一辐射支臂21，亦能设计形成形状相同，或形状大小为等比例的形态。或更进一步，为能完善天线的阻抗匹配，可对第一辐射支臂21与第一接地支臂31进行长度调整。

请参阅图2绘示的本发明非对称偶极天线实施例的第二种架构示意图。与第一种架构不同处在于，接地基部30延伸至第一接地支臂31的部位形成有一转折部34，此转折部34内边形成有一内缩缺口35，以通过此内缩缺口35完善天线的阻抗匹配，并提升天线增益。此内缩缺口35可对应天线的阻抗匹配，以作不同的形状设计。

请参阅图3绘示的本发明非对称偶极天线实施例的第三种架构示意图。与前述架构不同处在于，基板1具有两相对应的第一表面101与第二表面102。辐射模块2、接地模块3与馈线单元4配置于基板1的第一表面101，一反射层5则是配置于基板1的第二表面102。

如图3，反射层5整体性的布满于第二表面102。亦或，反射层5局部配置于第二表面102。再或者，反射层5可网状配置于第二表面102。可知，反射层5配置方式是对应设计人员的需求而定，并未有所限制。此外，反射层5形成方式如电路板蚀刻、金属液气相沉积、金属溅渡、金属涂层、包覆薄层金属片（锡铂或铝铂）等相关方式皆适用，并不受限。

请依序参阅图4A至图4D为本发明非对称偶极天线的增益示意图。图4A为本发明非对称偶极天线的辐射场形对应垂直信号增益示意图的一实施例，于此，以WIFI-2.4GHz至2.5GHz的频率为测试环境，并取得非对称偶极天线对垂直信号增益的测试数据。如图4A，由左至右分别为水平场形、垂直场形与综合场形（水平+垂直）。

图4B为本发明非对称偶极天线的辐射场形对应水平信号增益示意图的一实施例。于此，同以WIFI-2.4GHz至2.5GHz的频率为测试环境，并取得非对称偶极天线对水平信号增益的测试数据。如图4B，由左至右分别为水平场形、垂直场形与综合场形（水平+垂直）。

从图4A与图4B中可知，于WIFI-2.4GHz至2.5GHz的频率中，水平辐射场形于角度90度与270度的凹凸点情形较为严重，但垂直辐射场形整体来说较为圆，两者辐射场形相结合后，所形成的辐射场形亦呈现大致圆形，可知此天线结构具有相当程度的增益值与稳定性。

图4C为本发明非对称偶极天线的辐射场形对应垂直信号增益示意图的另一实施例，于此，以WIFI-4.9GHz至6.0GHz的频率为测试环境，并取得非对称偶极天线对垂直信号增益的测试数据。如图4C，由左至右分别为水平场形、垂直场形与综合场形（水平+垂直）。

从图4C中可知，于WIFI-4.9GHz至6.0GHz的频率中，水平辐射场形为相当严重的凹凸变形，但垂直辐射场形整体来说较为圆，两者辐射场形相结合后，所形成的辐射场形亦呈现大致圆形，可知此天线结构具有相当程度的增益值与稳定性。

图4D为本发明非对称偶极天线的辐射场形对应水平信号增益示意图的另一实施例。于此，同以WIFI-4.9GHz至6.0GHz的频率为测试环境，并取得非对称偶极天线对水平信号增益的测试数据。如图4D，由左至右分别为水平场形、垂直场形与综合场形（水平+垂直）。

从图4D中可知，于WIFI-4.9GHz至6.0GHz的频率中，水平辐射场形与垂直辐射场形于角度90度与270度的增益略有下降，但两者辐射场形相结合后，所形成的辐射场形略呈椭圆形，故就信号收发与天线增益面而言，此天线结构乃具有相当程度的增益值与稳定性。

综上所述，乃仅记载本发明为呈现解决问题所采用的技术手段的实施方式或实施例而已，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡与本发明专利申请范围文义相符，或依本发明专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利保护范围所涵盖。

Claims (3)

1.一种非对称偶极天线，其特征在于，其包括：

一基板；

一辐射模块，由一第一金属导体配置于该基板所形成，其具有一辐射基部，一第一辐射支臂与一第二辐射支臂，分别以正交方式自该辐射基部两端以朝向一第一方向延伸，该第二辐射支臂由宽入窄且朝向该第一辐射支臂方向延伸，以与该辐射基部形成开口朝向该第一辐射支臂的弧形状，该辐射基部包括一馈入点；

一接地模块，间隔地对应该辐射模块且由一第二金属导体配置于该基板所形成，其具有一接地基部，一第一接地支臂与一第二接地支臂正交于该接地基部，以从该接地基部两端朝向一第二方向延伸，该第二接地支臂为朝向该第一接地支臂弯曲延伸的勾形状，一接地点对应于该馈入点而配置于该接地基部，其中，该接地基部延伸至该第一接地支臂的部位形成一具有一内缩缺口的转折部；以及

一馈线单元，用以电性馈接该馈入点与该接地点。

2.如权利要求1所述非对称偶极天线，其特征在于，该馈入点至该第一辐射支臂末端的长度，等同于该馈入点至该第二辐射支臂末端的长度，该接地点至该第一接地支臂末端的长度，为该接地点至该第二接地支臂末端的长度的两倍。

3.如权利要求1所述非对称偶极天线，其特征在于，该第二辐射支臂具有相互垂直的一第一区段与一第二区段，该第二区段连接于该第一区段与该辐射基部之间，并与该辐射基部相互垂直，该第二区段的宽度为该第一区段的二至三倍，该第二接地支臂包括一连接区段与一勾区段，该连接区段连接于该勾区段与该接地基部之间，并与该接地基部相互垂直，该连接区段的宽度为该勾区段的宽度的两倍。