專利名稱：平板雙極化天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種平板雙極化天線，尤指一種寬帶、可有效縮小天線尺寸、符合極化傾斜45度的需求、可產(chǎn)生線性極化的電磁波，并提供兩個(gè)對(duì)稱的饋入點(diǎn)，以產(chǎn)生正交雙極化天線場(chǎng)型的平板雙極化天線。
背景技術(shù)：
具有無(wú)線通信功能的電子產(chǎn)品，如筆記本型計(jì)算機(jī)、 個(gè)人數(shù)字助理(PersonalDigital Assistant)等,是通過(guò)天線來(lái)發(fā)射或接收無(wú)線電波，以傳遞或交換無(wú)線電信號(hào),進(jìn)而訪問(wèn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。因此，為了讓使用者能更方便地訪問(wèn)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，理想天線的帶寬應(yīng)在許可范圍內(nèi)盡可能地増加，而尺寸則應(yīng)盡量減小，以配合電子產(chǎn)品體積縮小的趨勢(shì)。除此之夕卜，隨著無(wú)線通信技術(shù)不斷演進(jìn)，電子產(chǎn)品所配置的天線數(shù)量可能増加。舉例來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evolution, LTE)無(wú)線通信系統(tǒng)及無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. Iln支持多輸入多輸出(Multi-input Multi-output, ΜΙΜΟ)通信技術(shù),亦即相關(guān)電子產(chǎn)品可通過(guò)多重(或多組)天線同步收發(fā)無(wú)線信號(hào)，以在不增加帶寬或總發(fā)射功率耗損(Transmit PowerExpenditure)的情況下,大幅地增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量(Throughput)及傳送距離,進(jìn)而有效提升無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜效率及傳輸速率，改善通信質(zhì)量。此外，多輸入多輸出通信技術(shù)可搭配空間多エ(Spatial Multiplexing)、波束成形(Beam forming)、空間分集(SpatialDiversity)、預(yù)編碼(Precoding)等技術(shù),進(jìn)ー步減少信號(hào)干擾及增加信道容量。由上述可知，要實(shí)現(xiàn)多輸入多輸出功能中空間多ェ、多樣技術(shù)，先決條件必需搭配多組天線，以將空間分成許多通道，進(jìn)而提供多個(gè)天線場(chǎng)型。因此，如何設(shè)計(jì)符合傳輸需求的天線，同時(shí)兼顧尺寸及功能，已成為業(yè)界所努力的目標(biāo)之一。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明主要提供ー種平板雙極化天線。本發(fā)明公開(kāi)ー種平板雙極化天線，用來(lái)收發(fā)無(wú)線電信號(hào)，該平板雙極化天線包含有一接地金屬板；一第一介質(zhì)板，該第一介質(zhì)板形成于該接地金屬板之上；以及ー第一微帶金屬片，該第一微帶金屬片形成于該第一介質(zhì)板之上，該第一微帶金屬片的形狀大體上呈十字形。本發(fā)明利用大體呈十字形的微帶金屬片，可使共振方向改變?yōu)檠刂叫蔚膶?duì)角線，以將天線大小縮小為原來(lái)的0. 7倍，同時(shí)符合極化傾斜45度的需求，以產(chǎn)生線性極化的電磁波，并提供兩個(gè)對(duì)稱的饋入點(diǎn)，以產(chǎn)生正交的雙極化天線場(chǎng)型。另外，本發(fā)明在十字形的微帶金屬片上增加額外的微帶金屬片，以進(jìn)ー步增加共振帶寬。


圖1A、圖IB以及圖IC為一雙極化微帶天線的示意圖。圖2A為本發(fā)明實(shí)施例的一平板雙極化天線的示意圖。
圖2B至圖2F以及圖3A至圖3H為圖2A的平板雙極化天線的不同實(shí)施例的示意圖。圖4為本發(fā)明的平板雙極化天線應(yīng)用于長(zhǎng)期演進(jìn)無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)的天線共振模擬結(jié)果不意圖。圖5為本發(fā)明的平板雙極化天線應(yīng)用于長(zhǎng)期演進(jìn)無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)的天線場(chǎng)型特性模擬結(jié)果示意圖。圖6A為本發(fā)明的平板雙極化天線的45度極化傾斜的天線共振測(cè)試結(jié)果圖。圖6B為本發(fā)明的平板雙極化天線的135度極化傾斜的天線共振測(cè)試結(jié)果圖。 圖7為本發(fā)明的平板雙極化天線的45度極化傾斜與135度極化傾斜的天線隔離度測(cè)試結(jié)果圖。圖8A為本發(fā)明的平板雙極化天線的45度極化傾斜天線在垂直面的同極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖。圖SB為本發(fā)明的平板雙極化天線的45度極化傾斜天線在垂直面的正交極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖。圖SC為本發(fā)明的平板雙極化天線的45度極化傾斜天線在垂直面的場(chǎng)型測(cè)試統(tǒng)計(jì)表。圖9A為本發(fā)明的平板雙極化天線的45度極化傾斜天線在水平面的同極化場(chǎng)型測(cè)
試結(jié)果圖。圖9B為本發(fā)明的平板雙極化天線的45度極化傾斜天線在水平面的正交極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖。圖9C為本發(fā)明的平板雙極化天線的45度極化傾斜天線在水平面的場(chǎng)型測(cè)試統(tǒng)計(jì)表。圖IOA為本發(fā)明的平板雙極化天線的135度極化傾斜天線在垂直面的同極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖。圖IOB為本發(fā)明的平板雙極化天線的135度極化傾斜天線在垂直面的正交極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖。圖IOC為本發(fā)明的平板雙極化天線的135度極化傾斜天線在垂直面的場(chǎng)型測(cè)試統(tǒng)計(jì)表。圖IlA為本發(fā)明的平板雙極化天線的135度極化傾斜天線在水平面的同極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖。圖IlB為本發(fā)明的平板雙極化天線的135度極化傾斜天線在水平面的正交極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖。圖IlC為本發(fā)明的平板雙極化天線的135度極化傾斜天線在水平面的場(chǎng)型測(cè)試統(tǒng)計(jì)表。主要組件符號(hào)說(shuō)明10雙極化微帶天線100、200接地金屬板102、202介質(zhì)板104、204、212、214、300、302、304、306微帶金屬片
D_V、D_H、D_45、D_135方向FP_V、FP_H、FP_45、FP_135、FP_R、FP_L饋入點(diǎn)20平板雙極化天線206、208、210側(cè)板BAR柱狀體
具體實(shí)施方式

針對(duì)ニ入ニ出的長(zhǎng)期演進(jìn)無(wú)線通信系統(tǒng)，其通過(guò)兩個(gè)天線波束進(jìn)行無(wú)線信號(hào)收發(fā)，且天線極化被傾斜45度來(lái)使用。因此，兩個(gè)互為正交的雙極化天線在傾斜45度之后，ー個(gè)極化變成45度傾斜而另ー個(gè)極化變成135度傾斜。這天線在滿足系統(tǒng)電子特性的條件下，必需在外觀尺寸上盡量的小。在此情形下，可以平板微帶天線結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)ー極化傾斜45度的多層平板雙極化微帶天線。請(qǐng)參考圖1A，圖IA為一雙極化微帶天線10的示意圖。雙極化微帶天線10包含有一接地金屬板100、一介質(zhì)板102以及ー微帶金屬片104,其為一正方形三層架構(gòu)。接地金屬板100用來(lái)提供接地，微帶金屬片104為主要輻射體，而介質(zhì)板102則介于接地金屬板100與微帶金屬片104之間。由于微帶金屬片104為正方形，因此垂直極化的共振沿著垂直邊界的方向D_V，水平極化的共振則沿著水平邊界的方向D_H，而垂直極化及水平極化的饋入點(diǎn)分別為FP_V、FP_H。在此情形下，最簡(jiǎn)易使雙極化微帶天線10的極化傾斜45度和135度的方法，就是將天線本體旋轉(zhuǎn)45度，S卩如圖IB所示。此時(shí)，水平極化和垂直極化分別變成為ー個(gè)傾斜45度而另ー個(gè)傾斜135度，天線外觀由正方形變成菱形，天線的共振方向依然沿著邊界的方向，即D_45、D_135，而垂直極化及水平極化饋入點(diǎn)的相對(duì)位置維持固定，即FP_45、FP_135。為了讓天線的尺寸縮小，若能將雙極化微帶天線10的共振方向改變?yōu)檠刂叫蔚膶?duì)角線，則雙極化微帶天線10的大小可以縮小為原來(lái)的O. 7倍。再加上極化傾斜45度的需求，理論上，只需對(duì)雙極化微帶天線10饋入點(diǎn)位置旋轉(zhuǎn)45度，即為圖IC中FP_R、FP_し然而，45度旋轉(zhuǎn)饋入點(diǎn)后的天線變成圓極化天線，一個(gè)成為右旋天線而另ー個(gè)成為左旋天線，且天線共振方向依然沿著邊界的方向，即D_V、D_H，且天線的大小不會(huì)減小。換言之，將饋入點(diǎn)旋轉(zhuǎn)45度后的極化結(jié)果不符合需求，且天線大小不會(huì)減小。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明進(jìn)一歩提供一平板雙極化天線20，如圖2A所示。平板雙極化天線20包含有一接地金屬板200、一介質(zhì)板202以及ー微帶金屬片204。平板雙極化天線20的架構(gòu)與雙極化微帶天線10相似，同為三層結(jié)構(gòu)，接地金屬板200用來(lái)提供接地，微帶金屬片204為主要輻射體，而介質(zhì)板202則介于接地金屬板200與微帶金屬片204之間。不同的是，微帶金屬片204的形狀大體上呈十字形，藉此，可產(chǎn)生線性極化而不會(huì)產(chǎn)生圓極化的電磁波，同時(shí)可有效減小天線尺寸。 詳細(xì)來(lái)說(shuō)，在平板雙極化天線20中，接地金屬板200及介質(zhì)板202維持正方形，但微帶金屬片204則呈十字形，如此可使共振方向沿著對(duì)角線，即D_45、D135所示的方向，且天線的大小變成原來(lái)(圖IA的雙極化微帶天線10)的O. 7倍而縮小。再者，如圖2A的饋入點(diǎn)FP_45、FP_135所示，十字形的微帶金屬片204可提供兩個(gè)對(duì)稱的饋入點(diǎn)，而產(chǎn)生正交的雙極化天線場(chǎng)型。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，本發(fā)明利用大體呈十字形的微帶金屬片204，使共振方向改變?yōu)檠刂叫蔚膶?duì)角線，以將天線大小縮小為原來(lái)的O. 7倍，同時(shí)符合極化傾斜45度的需求，以產(chǎn)生線性極化的電磁波，并提供兩個(gè)對(duì)稱的饋入點(diǎn)，以產(chǎn)生正交的雙極化天線場(chǎng)型。需注意的是，在本發(fā)明中，所謂“大體呈十字形”是指微帶金屬片204的外觀由兩個(gè)長(zhǎng)方形微帶金屬片重疊且交錯(cuò)所構(gòu)成。然而，不限于此，任何可“大體呈十字形”的微帶金屬片皆可適用本發(fā)明。例如，如圖2B所示，微帶金屬片204另延伸出正方形側(cè)板206 ;如圖2C所示，微帶金屬片204另延伸出鋸齒狀側(cè)板208 ;如圖2D所示，微帶金屬片204另延伸出弧形側(cè)板210 ;如圖2E所示，微帶金屬片204被置換為邊緣為圓弧狀的ー微帶金屬片212 ;以及，如圖2F所示，微帶金屬片204被置換為葉片形的ー微帶金屬片214。圖2B至圖2F皆符合本發(fā)明的“大體呈十字形”的特征，但不限于此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可據(jù)以作不同的修飾。另ー方面，平板雙極化天線20相對(duì)于共振頻率的共振帶寬約3 %。對(duì)于長(zhǎng)期演進(jìn)無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用而言，天線的共振頻率中心在766. 5MHz，帶寬為41MHz，所以相對(duì)于共振頻率中心的共振帶寬約5.3%。因此，如圖3A所示，本發(fā)明可進(jìn)ー步地在平板雙極化天線20的微帶金屬片204上，另增加ー微帶金屬片300，用以增加天線共振的帶寬。微帶金屬片300不與微帶金屬片204接觸，其形狀不限于圖3A所示的正方形，亦可如同微帶金屬片204一祥，大體呈十字形。例如，在圖3B中，微帶金屬片300被置換為一大體呈十字形的微帶金屬片302。另外，微帶金屬片204為主要輻射體，故新增的微帶金屬片300或302不與其接觸，而要維持微帶金屬片300或302不接觸微帶金屬片204的方法有許多種；例如，在圖3C及圖3D中，以四個(gè)柱狀體BAR所形成的支撐件固定微帶金屬片300或302，使其維持不接觸微帶金屬片204。另外，如圖3E及圖3F所示，微帶金屬片302的四邊增加了彎折而成為微帶金屬片304、306，其利用増加的彎折，使其接觸介質(zhì)板202但不接觸微帶金屬片204。除此之外，如圖3G及圖3H所示，可進(jìn)ー步利用介質(zhì)層308或310，維持微帶金屬片306 (或300,302,304等)與不接觸微帶金屬片204。需注意的是，圖3A至圖3H說(shuō)明本發(fā)明可行的變化方式，但不限于此，其他依循本發(fā)明的概念且符合系統(tǒng)需求的變化皆可應(yīng)用于本發(fā)明中。而要判斷是否符合系統(tǒng)需求，可通過(guò)模擬及量測(cè)。舉例來(lái)說(shuō)，圖4為圖3G的平板雙極化天線20應(yīng)用于長(zhǎng)期演進(jìn)無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)的天線共振(電壓駐波比)模擬結(jié)果示意圖。在圖4中，45度極化傾斜和135度極化傾斜的天線共振模擬結(jié)果分別為虛線及實(shí)線曲線，可知從746MHz到787MHz的Sll值都在-IOdB以下，共振帶寬相當(dāng)寬，且45度極化傾斜和135度極化傾斜天線之間的隔離度都至少20dB以上。另外，圖5為圖3G的平板雙極化天線20應(yīng)用于長(zhǎng)期演進(jìn)無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)的天線場(chǎng)型特性模擬結(jié)果示意圖。由圖5可知，最大増益值約6. 6dBi，前后場(chǎng)型比(F/B)至少 12dB,同極化(Common Polarization)對(duì)正交極化(Cross Polarization)比值 Co/Cx 至少22dB。因此，由圖4及圖5可以證明本發(fā)明的平板雙極化天線20能滿足長(zhǎng)期演進(jìn)無(wú)線通信系統(tǒng)的需求。更進(jìn)一歩地，關(guān)于平板雙極化天線20的測(cè)試結(jié)果，若以圖3G的實(shí)施例為測(cè)試標(biāo)的，可得圖6A的45度極化傾斜的天線共振測(cè)試結(jié)果圖，圖6B的135度極化傾斜的天線共振測(cè)試結(jié)果圖，圖7的45度極化傾斜與135度極化傾斜的天線隔離度測(cè)試結(jié)果圖，圖8A的 45度極化傾斜天線在垂直面的同極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖，圖SB的45度極化傾斜天線在垂直面的正交極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖，圖8C的45度極化傾斜天線在垂直面的場(chǎng)型測(cè)試統(tǒng)計(jì)表，圖9A的45度極化傾斜天線在水平面的同極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖，圖9B的45度極化傾斜天線在水平面的正交極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖，圖9C的45度極化傾斜天線在水平面的場(chǎng)型測(cè)試統(tǒng)計(jì)表，圖IOA的135度極化傾斜天線在垂直面的同極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖，圖IOB的135度極化傾斜天線在垂直面的正交極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖，圖IOC的135度極化傾斜天線在垂直面的場(chǎng)型測(cè)試統(tǒng)計(jì)表，圖IlA的135度極化傾斜天線在水平面的同極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖，圖IlB的135度極化傾斜天線在水平面 的正交極化場(chǎng)型測(cè)試結(jié)果圖，圖IlC的135度極化傾斜天線在水平面的場(chǎng)型測(cè)試統(tǒng)計(jì)表。由上述測(cè)試結(jié)果可知，本發(fā)明的平板雙極化天線20確實(shí)能滿足長(zhǎng)期演進(jìn)無(wú)線通信系統(tǒng)的需求。綜上所述，本發(fā)明利用大體呈十字形的微帶金屬片，使共振方向改變?yōu)檠刂叫蔚膶?duì)角線，以將天線大小縮小為原來(lái)的O. 7倍，同時(shí)符合極化傾斜45度的需求，以產(chǎn)生線性極化的電磁波，并提供兩個(gè)對(duì)稱的饋入點(diǎn)，以產(chǎn)生正交的雙極化天線場(chǎng)型。另外，本發(fā)明在十字形的微帶金屬片上增加額外的微帶金屬片，以進(jìn)ー步增加共振帶寬。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡是根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)的范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.ー種平板雙極化天線，用來(lái)收發(fā)無(wú)線電信號(hào)，平板雙極化天線包括 一接地金屬板； 一第一介質(zhì)板，該第一介質(zhì)板形成于該接地金屬板之上；以及 一第一微帶金屬片，該第一微帶金屬片形成于該第一介質(zhì)板之上，該第一微帶金屬片的形狀大體上呈十字形。
2.如權(quán)利要求I所述的平板雙極化天線，該平板雙極化天線還包括一第二微帶金屬片，該第二微帶金屬片形成于該第一微帶金屬片之上，且未接觸該第一微帶金屬片。
3.如權(quán)利要求2所述的平板雙極化天線，該平板雙極化天線還包括ー支撐件，該支撐件設(shè)置于該第二微帶金屬片與該第一微帶金屬片或該第一介質(zhì)板之間，用來(lái)支撐該第二微帶金屬片使該第二微帶金屬片不接觸該第一微帶金屬片。
4.如權(quán)利要求2所述的平板雙極化天線，其中該第二微帶金屬片包括至少ー彎折，該至少ー彎折用來(lái)支撐該第二微帶金屬片，使該第二微帶金屬片接觸該第一介質(zhì)板但不接觸該第一微帶金屬片。
5.如權(quán)利要求2所述的平板雙極化天線，其中該第二微帶金屬片的形狀相關(guān)于該第一微帶金屬片的形狀。
6.如權(quán)利要求2所述的平板雙極化天線，該平板雙極化天線還包括一第二介質(zhì)板，該第二介質(zhì)板形成于該第二微帶金屬片與該第一微帶金屬片之間，用來(lái)間隔該第二微帶金屬片與該第一微帶金屬片。
全文摘要
一種平板雙極化天線。該平板雙極化天線用來(lái)收發(fā)無(wú)線電信號(hào)，該平板雙極化天線包含有一接地金屬板；一第一介質(zhì)板，該第一介質(zhì)板形成于該接地金屬板之上；以及一第一微帶金屬片，該第一微帶金屬片形成于該第一介質(zhì)板之上，該第一微帶金屬片的形狀大體上呈十字形。本發(fā)明可將天線大小縮小為原來(lái)的0.7倍，同時(shí)符合極化傾斜45度的需求，以產(chǎn)生線性極化的電磁波，并提供兩個(gè)對(duì)稱的饋入點(diǎn)，以產(chǎn)生正交的雙極化天線場(chǎng)型。
文檔編號(hào)H01Q21/24GK102651504SQ20111004437
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者徐杰圣, 詹長(zhǎng)庚, 黃章修 申請(qǐng)人:啟碁科技股份有限公司, 詹長(zhǎng)庚