TWI474560B - 非對稱偶極天線 - Google Patents

Description

非對稱偶極天線

本發明係有關於一種天線結構，特別是有關於一種得以應用於不同無線訊號傳輸類型的非對稱偶極天線。

現今的天線結構，全向性天線對於各種無線通信裝置皆具有極大的用處。此係因為其輻射模式允許在一行動單元中發揮良好之傳遞與接收效果。為提升全向性天線的增益，為提升天線的阻抗匹配，在配置上多半會使用較寬之饋入接線或是以迴圈式迴路來設計輻射部及接地部。

然而，過寬的饋入接線會導致其傳遞的訊號影響了輻射部的訊號，造成饋入接線與輻射部之間的耦合效應。影響天線元件的阻抗匹配，頻帶的寬度受到限制。若增加饋入接線與輻射部之間的間距，又易造成全向性天線的指向性過高。另一方面，迴圈式迴路雖能取得高阻抗特性，但製程的難度會相對提升，反而降低天線製作良率。

但實際上，不論何種天線，其只要設置於地形障礙區域(例，牆角，天花板等)時，必有特定方向的增益值明顯不足，以致於在訊號收發上，出現通訊品質不良的情形。因此，如何簡化天線製作複雜度，同時維持或更進一步提升天線的增益，為廠商應思考的問題。

本發明欲解決的問題係提供一種具簡易結構並維持高增益的天線結構。

為解決上述天線結構問題，本發明揭露一種非對稱偶極天線，其包括一基板、一輻射模組、一接地模組與一饋線單元。輻射模組由一第一金屬導體配置於基板所形成，具有包括一輻射基部，一第一輻射支臂與一第二輻射支臂係以正交方式，自輻射基部兩端以朝向一第一方向延伸。第二輻射支臂係朝向第一輻射支臂方向彎曲延伸，以與輻射基部形成開口朝向第一輻射支臂之弧形狀。輻射基部包括一饋入點。接地模組間隔地對應於幅射模組，且由一第二金屬導體配置於基板所形成，具有一接地基部。一第一接地支臂與一第二接地支臂係正交於接地基部，並自其兩端朝向一第二方向延伸。第二接地支臂為朝向第一接地支臂彎曲延伸之勾形狀。一接地點係對應於饋入點而配置於接地基部。饋線單元用以電性饋接饋入點與接地點。

為解決上述天線結構問題，本發明另揭露一種非對稱偶極天線，其包括一基板、一輻射模組、一接地模組與一饋線單元。輻射模組由一第一金屬導體配置於基板所形成，具有包括一輻射基部。一第一輻射支臂與一第二輻射支臂係以正交方式，自輻射基部兩端以朝向一第一方向延伸。第二輻射支臂朝向第一輻射支臂方向延伸，以與輻射基部形成開口朝向第一輻射支臂之弧形狀。輻射基部包括一饋入點。接地模組間隔地對應幅射模組，且由一第二金屬導體配置於基板所形成，具有一接地基部。一第一接地支臂與一第二接地支臂係正交於接地基部，以自接地基部兩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之勾形狀。一接地點係對應於饋入點而配置於接地基部。其中，接地基部延伸至第一接地支臂之部位係形成有具有一內縮缺口之一轉折部。饋線單元用以電性饋接饋入點與接地點。

為解決上述天線結構問題，本發明又揭露一種非對稱偶極天線，其包括一基板、一輻射模組、一接地模組、一饋線單元與一反射層。

基板具有相對應之一第一表面與一第二表面。輻射模組由一第一金屬導體配置於第一表面所形成，具有包括一輻射基部。一第一輻射支臂與一第二輻射支臂係以正交方式，自輻射基部兩端以朝向一第一方向延伸，第二輻射支臂為由寬入窄且朝向第一輻射支臂方向延伸，以與輻射基部形成開口朝向第一輻射支臂之弧形狀。輻射基部包括一饋入點。接地模組間隔地對應幅射模組，且由一第二金屬導體配置於第一表面所形成，具有一接地基部。一第一接地支臂與一第二接地支臂正交於接地基部，以從接地基部兩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彎曲延伸之勾形狀。一接地點係對應於饋入點而配置於接地基部。饋線單元是固定於基板，並用以電性饋接饋入點與接地點。反射層配置於基板的第二表面。

本發明之特點係在於本發明揭露的天線結構係不同於現有技術的結構，即使被應用設置於地形障礙區域(例，牆角，天花板等)時，亦得以藉其結構以產生足夠的增益效果，且經測試其場形不易受影響，盲點(凹凸點)較淺，輻射場形較圓，故訊號收發上，不易出現通訊品質不良的情形。其次，本發明揭露的天線結構，其結構比迴圈式線路簡化許多，故能有效降低天線製作複雜度。其三，本發明所揭露的天線結構，其得以滿足現今雙頻雙極化天線於設計上的需求，在滿足增益的需求時，亦同時滿足多頻傳輸能力的需求，故大幅增進其適用性。

茲配合圖式將本發明較佳實施例詳細說明如下。

首先請參照圖1繪示本發明非對稱偶極天線實施例之第一種架構示意圖。此非對稱偶極天線包括一基板1、一輻射模組2、一接地模組3與一饋線單元4。以下，係配合圖1繪示的參照方向進行說明。

此輻射模組2係由一第一金屬導體配置於基板1上所形成，接地模組3由一第二金屬導體配置於基板1上所形成，形成方式如電路板蝕刻、金屬液氣相沉積、金屬濺渡、金屬塗層…等相關方式皆適用，並不受限。

輻射模組2具有一輻射基部20，在此以長條形狀為例，並設置有一饋入點23於其中。一第一輻射支臂21係自輻射基部20的第一端201，以朝向一第一方向延伸。第二輻射支臂22係自輻射基部20的第二端202，亦朝向第一方向延伸。在此第一方向以+Y方向為例。

如圖1，第一輻射支臂21係正交於輻射基部20。第二輻射支臂22自輻射基部20的第二端202延伸而出後，自第一輻射支臂21方向彎曲延伸，並與輻射基部20形成開口朝向第一輻射支臂21的弧形狀。

接地模組3係間隔的對應幅射模組2而被配置於基板1上，接地模組3的配置位置會與輻射模組2的配置位置相互對應。接地模組3包括一接地基部30，於此以長條形狀為例，並設置有一接地點33於其中，接地點33的配置位置係對應饋入點23的配置位置。接地基部30與輻射基部20之間會具有一間隙G，間隙G大小乃因應天線的阻抗匹配與增益而有所調整。一第一接地支臂31係自接地基部30的第一端301，以朝向一第二方向延伸。第二接地支臂32係自接地基部30的第二端302，亦朝向第二方向延伸。第二方向與第一方向正好相反，於此例，即是指-Y方向。

如圖1，第一接地支臂31係正交於接地基部30。第二接地支臂32自接地基部30延伸而出後，朝向第一接地支臂31方向略為彎曲延伸，以形成一勾形狀。第二接地支臂32的內邊係呈現弧形內縮。

在元件配置位置上，第一接地支臂31的配置位置會對應第二輻射支臂22，第二接地支臂32的配置位置會對應第一輻射支臂21，使得輻射模組2與接地模組3形成一非對稱式配置。

饋線單元4則是用以電性饋接上述的饋入點23與接地點33，於此以一直桿狀的饋線支臂進行說明。此例的饋線支臂為Y軸方向配置，饋線支臂內有饋線(圖未示)，其自饋線支臂的第一端41而饋接至饋入點23與接地點33，並透過饋線支臂的第二端42延伸而出，以供電性連接相關的電路、電子元件或是裝置。

為配合阻抗、增益…等相關的調整作業，可對天線結構進行因應變化設計。例如：

(1)對饋入點23的位置作限制設計，使得饋入點23至第一輻射支臂21末端的長度，會與饋入點23至第二輻射支臂22末端的長度相等。

(2)對接地點33的位置作限制設計，使得接地點33至第一接地支臂31末端的長度，會為接地點33至第二輻射支臂22末端的長度的兩倍。

(3)對第二輻射支臂22的形狀作限制設計。當第二輻射支臂22自輻射基部20延伸而出後，除弧形狀外，亦呈現由寬入窄的形狀。在此，將第二輻射支臂22畫分為兩段，為相互垂直之一第一區段221與一第二區段222。第二區段222係連接於第一區段221與輻射基部20之間，並與輻射基部20相互垂直。如圖1，第一區段221為X方向配置的等寬長條形狀，第二區段222為Y方向配置，並為由寬入窄的弧線形狀。整體上，第二區段222之寬度為第一區段221的二至三倍。

(4)對第二接地支臂32的形狀作限制設計。在此，將第二接地支臂32畫分為一連接區段321與一勾區段322的兩區段。連接區段321連接於勾區段322與接地基部30之間。如圖1，連接區段321為Y方向配置，並與接地基部30相互垂直。而勾區段322在朝向彎曲延伸時，亦略為呈現由寬入窄的設計模式。整體上，連接區段321之寬度約為勾區段322寬度的兩倍。

(5)對第一輻射支臂21的形狀作限制設計。如圖1，由輻射基部20延伸而出的第一輻射支臂21，於形狀上，係呈現由窄至寬的長條形狀。因應天線的用途，第一輻射支臂21兩端可呈現長方形狀，寬度的變化(坡度)則設計於第一輻射支臂21的中間區段。其中，第一輻射支臂21的最大寬度為第一輻射支臂21的一最小寬度的兩倍。

(6)對第一接地支臂31的形狀作限制設計。如圖1，由接地基部30延伸而出的第一接地支臂31，於形狀呈現由窄至寬的長條形狀。因應天線的用途，第一接地支臂31兩端可呈現長方形狀，寬度的變化(坡度)則設計於第一接地支臂31的中間區段。其中，第一接地支臂31的最大寬度為第一接地支臂31的一最小寬度的兩倍。此外，第一接地支臂31與第一輻射支臂21，亦能設計形成形狀相同，或形狀大小為等比例的態樣。或更進一步，為能完善天線的阻抗匹配，可對第一輻射支臂21與第一接地支臂31進行長度調整。

請參閱圖2繪示本發明非對稱偶極天線實施例之第二種架構示意圖。與第一種架構不同處在於，接地基部30延伸至第一接地支臂31的部位形成有一轉折部34，此轉折部34內邊形成有一內縮缺口35，以藉此內縮缺口35完善天線的阻抗匹配，並提升天線增益。此內縮缺口35可因應天線的阻抗匹配，以作不同的形狀設計。

請參閱圖3繪示本發明非對稱偶極天線實施例之第三種架構示意圖。與前述架構不同處在於，基板1具有兩相對應的第一表面與第二表面。輻射模組2、接地模組3與饋線單元4係配置於基板1的第一表面，一反射層5則是配置於基板1的第二表面。

如圖3，反射層5係整體性的佈滿於第二表面。亦或，反射層5係局部配置於第二表面。更甚者，反射層5可網狀配置於第二表面。得知，反射層5配置方式係因應設計人員之需求而定，並未有所限制。此外，反射層5形成方式如電路板蝕刻、金屬液氣相沉積、金屬濺渡、金屬塗層、包覆薄層金屬片(錫鉑或鋁鉑)…等相關方式皆適用，並不受限。

請依序參閱圖4A至圖4D繪示本發明非對稱偶極天線之增益示意圖。圖4A繪示本發明非對稱偶極天線的輻射場形對應垂直訊號增益示意圖之一實施例，於此，以WIFI-2.4GHz至2.5GHz的頻率為測試環境，並取得非對稱偶極天線對垂直訊號增益的測試數據。如圖4A，由左至右個別為水平場形、垂直場形與綜合場形(水平+垂直)。

圖4B繪示本發明非對稱偶極天線的輻射場形對應水平訊號增益示意圖之一實施例。於此，同以WIFI-2.4GHz到2.5GHz的頻率為測試環境，並取得非對稱偶極天線對水平訊號增益的測試數據。如圖4B，由左至右個別為水平場形、垂直場形與綜合場形(水平+垂直)。

從圖4A與圖4B中得知，於WIFI-2.4GHz至2.5GHz的頻率中，水平輻射場形於角度90度與270度的凹凸點情形較為嚴重，但垂直輻射場形整體來說較為圓，兩者輻射場形相結合後，所形成的輻射場形亦呈現大致圓形，得知此天線結構具有相當程度的增益值與穩定性。

圖4C繪示本發明非對稱偶極天線的輻射場形對應垂直訊號增益示意圖之另一實施例，於此，以WIFI-4.9GHz至6.0GHz的頻率為測試環境，並取得非對稱偶極天線對垂直訊號增益的測試數據。如圖4C，由左至右個別為水平場形、垂直場形與綜合場形(水平+垂直)。

從圖4C中得知，於WIFI-4.9GHz至6.0GHz的頻率中，水平輻射場形為相當嚴重的凹凸變形，但垂直輻射場形整體來說較為圓，兩者輻射場形相結合後，所形成的輻射場形亦呈現大致圓形，得知此天線結構具有相當程度的增益值與穩定性。

圖4D繪示本發明非對稱偶極天線的輻射場形對應水平訊號增益示意圖之另一實施例。於此，同以WIFI-4.9GHz至6.0GHz的頻率為測試環境，並取得非對稱偶極天線對水平訊號增益的測試數據。如圖4D，由左至右個別為水平場形、垂直場形與綜合場形(水平+垂直)。

從圖4D中得知，於WIFI-4.9GHz至6.0GHz的頻率中，水平輻射場形與垂直輻射場形於角度90度與270度的增益略有下降，但兩者輻射場形相結合後，所形成的輻射場形略呈橢圓形，故就訊號收發與天線增益面而言，此天線結構乃具有相當程度的增益值與穩定性。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1．．．基板

2．．．輻射模組

20．．．輻射基部

201．．．輻射基部的第一端

202．．．輻射基部的第二端

21．．．第一輻射支臂

22．．．第二輻射支臂

221．．．第一區段

222．．．第二區段

23．．．饋入點

3．．．接地模組

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．．．連接區段

322．．．勾區段

33．．．接地點

34．．．轉折部

35．．．內縮缺口

4．．．饋線單元

41．．．饋線單元的第一端

42．．．饋線單元的第二端

5．．．反射層

G．．．間隙

圖1繪示本發明非對稱偶極天線實施例之第一種架構示意圖；

圖2繪示本發明非對稱偶極天線實施例之第二種架構示意圖；

圖3繪示本發明非對稱偶極天線實施例之第三種架構示意圖；

圖4A繪示本發明非對稱偶極天線的輻射場形對應垂直訊號增益示意圖之一實施例；

圖4B繪示本發明非對稱偶極天線的輻射場形對應水平訊號增益示意圖之一實施例；

圖4C繪示本發明非對稱偶極天線的輻射場形對應垂直訊號增益示意圖之另一實施例；以及

圖4D繪示本發明非對稱偶極天線的輻射場形對應水平訊號增益示意圖之另一實施例。

1．．．基板

2．．．輻射模組

20．．．輻射基部

201．．．輻射基部的第一端

202．．．輻射基部的第二端

21．．．第一輻射支臂

22．．．第二輻射支臂

221．．．第一區段

222．．．第二區段

23．．．饋入點

3．．．接地模組

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．．．連接區段

322．．．勾區段

33．．．接地點

4．．．饋線單元

41．．．饋線單元的第一端

42．．．饋線單元的第二端

G．．．間隙

Claims (9)

1. 一種非對稱偶極天線，其包括：一基板；一輻射模組，由一第一金屬導體配置於該基板所形成，其具有包括一輻射基部，一第一輻射支臂與一第二輻射支臂係以正交方式，自該輻射基部兩端以朝向一第一方向延伸，該第二輻射支臂為由寬入窄且朝向該第一輻射支臂方向延伸，以與該輻射基部形成開口朝向該第一輻射支臂之弧形狀，該輻射基部包括一饋入點；一接地模組，間隔地對應該幅射模組且由一第二金屬導體配置於該基板所形成，其具有一接地基部，一第一接地支臂與一第二接地支臂係正交於該接地基部，以從該接地基部兩端朝向一第二方向延伸，該第二接地支臂為朝向該第一接地支臂彎曲延伸之勾形狀，一接地點係對應於該饋入點而配置於該接地基部，其中，該接地基部延伸至該第一接地支臂之部位形成一具有一內縮缺口之轉折部；以及一饋線單元，用以電性饋接該饋入點與該接地點。
2. 如申請專利範圍第1項所述非對稱偶極天線，其中該饋入點至該第一輻射支臂末端的長度，其等同於該饋入點至該第二輻射支臂末端的長度。
3. 如申請專利範圍第1項所述非對稱偶極天線，其中該接地點至該第一接地支臂末端之長度，為該接地點至該第二接地支臂末端之長度的兩倍。
4. 如申請專利範圍第1項所述非對稱偶極天線，其中該第二輻射支臂係具有相互垂直之一第一區段與一第二區段，該第二區段係連接於該第一區段與該輻射基部之間，並與該輻射基部相互垂直，該第二區段之寬度係為該第一區段的二至三倍。
5. 如申請專利範圍第1項所述非對稱偶極天線，其中該第二接地支臂包括一連接區段與一勾區段，該連接區段係連接於該勾區段與該接地基部之間，並與該接地基部相互垂直，該連接區段之寬度為該勾區段之寬度的兩倍。
6. 如申請專利範圍第1項所述非對稱偶極天線，其中該第一輻射支臂自與該幅射基部正交處由窄至寬延展，該第一輻射支臂之一最大寬度係為該第一輻射支臂之一最小寬度的兩倍。
7. 如申請專利範圍第1項所述非對稱偶極天線，其中該第一接地支臂自與該接地基部正交處由窄至寬延展，其中該第一接地支臂的一最大寬度係為該第一接地支臂的一最小寬度的兩倍。
8. 如申請專利範圍第1項所述非對稱偶極天線，其中該基板具有相對應之一第一表面與一第二表面，該輻射模組由該第一金屬導體配置於該第一表面所形成，接地模組，間隔地對應該幅射模組且由一第二金屬導體配置於該第一表面所形成。
9. 如申請專利範圍第1項所述非對稱偶極天線，其中更包括一反射層係配置於該第二表面。