高增益天线的制作方法
【专利摘要】一种高增益天线，其包括接地基板及与接地基板彼此分离的天线基板。天线基板具有天线结构，其至少包括馈入部、主辐射部及两个延伸辐射部。馈入部包括信号馈入点及L形馈入线路，其中信号馈入点位于L形馈入线路的其中一端部。主辐射部呈多边形并具有对称轴线，其中L形馈入线路的另一端部连接于主辐射部的其中一侧边。两个延伸辐射部彼此分离且从主辐射部延伸而出，并以对称轴线呈镜射对称，且两个延伸辐射部的两个内侧边彼此相对。每一所述延伸辐射部具有第一开槽及第二开槽，且第一开槽和第二开槽从延伸辐射部的内侧边朝不同方向延伸。
【专利说明】高增益天线
【技术领域】
[0001 ] 本申请有关于一种高增益天线，尤指一种可支援长期演进(Long TermEvolut1n, LTE)无线通讯系统的高增益天线。
【背景技术】
[0002]可携式电子产品近年来随着移动通讯技术的发达而日益普遍，常见的可携式电子产品例如:手提式电脑、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的可携式电子装置。这些可携式电子产品透过天线来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号，进而存取无线网路。
[0003]随着通讯技术不断发展,长期演进(Long Term Evolut1n, LTE)无线通讯系统可能逐渐取代传统的通讯技术。长期演进(Long Term Evolut1n, LTE)无线通讯系统可支援多输入多输出(Mult1-1nput Mult1-output, ΜΙΜΟ)通讯技术。也就是说，应用长期演进无线通讯技术，相关电子产品可透过多重(或多组)天线同步收发无线信号，以在不增加频宽或总发射功率耗损(Transmit Power Expenditure)的情况下,增加系统的资料吞吐量(Throughput)及传送距离,进而有效提升无线通讯系统之频谱效率及传输速率,改善通讯品质。
[0004]然而，长期演进无线通讯系统所采用的操作频带更为宽广。因此，对于应用于长期演进无线通讯系统的天线而言，需要具有较大的频宽，以使收发机能处理多种频段之无线电信号。据此，要应用于长期演进无线通讯系统的天线的设计难度要比传统天线更大。另夕卜，通常天线在低频(例如在700MHz至1000MHz的频段)下操作时，增益值较低。因此，若要使天线可应用于长期演进无线通讯系统，又能够在低频下操作有一定的增益值，具有更大的难度。
实用新型内容
[0005]本申请实施例在于提供一种高增益天线，其天线结构经特殊设计，可增加操作频宽，并可提高增益值。
[0006]本申请所提供的高增益天线包括接地基板与天线基板。天线基板具有上表面及与上表面彼此相反设置的下表面，天线基板的下表面面对接地基板，且天线基板与接地基板彼此分离。天线基板的上表面具有天线结构，而天线结构至少包括馈入部、主辐射部及两个延伸辐射部。馈入部包括信号馈入点及L形馈入线路，其中信号馈入点位于L形馈入线路的其中一端部。主辐射部呈多边形，并具有对称轴线，其中L形馈入线路的另一端部连接于主辐射部的其中一侧边。两个延伸辐射部彼此分离且从主辐射部延伸而出，且两个延伸辐射部以对称轴线呈镜射对称。另外，两个延伸辐射部的两个内侧边彼此相对，其中每一延伸辐射部具有第一开槽及第二开槽，而第一开槽和第二开槽从延伸辐射部的内侧边朝不同方向延伸。
[0007]根据本申请的一实施方式，所述L形馈入线路包括:一第一线段，所述信号馈入点位于所述第一线段，其中所述第一线段的延伸方向与所述对称轴线平行；以及一第二线段，所述第二线段的其中一端连接于所述第一线段，所述第二线段的另一端连接于所述主辐射部，其中所述第二线段的延伸方向垂直于所述第一线段的延伸方向，且所述第一线段与所述主辐射部之间形成一开口。
[0008]根据本申请的另一实施方式，其中所述主辐射部呈十六边形。
[0009]根据本申请的另一实施方式，其中每一所述延伸辐射部具有一相反于所述内侧边的一外侧边，所述外侧边具有一倾斜段。
[0010]根据本申请的另一实施方式，其中所述第一开槽的延伸方向垂直于所述对称轴线，且所述第一开槽的末端具有一斜切侧边，所述斜切侧边平行于所述倾斜段。
[0011]根据本申请的另一实施方式，其中所述第一开槽的位置较所述第二开槽的位置远离所述主辐射部，且所述第一开槽的宽度介于5mm至20mm之间。
[0012]根据本申请的另一实施方式，其中所述第二开槽的延伸方向与所述对称轴线形成一夹角，且所述第二开槽的宽度介于2_至15_之间。
[0013]根据本申请的另一实施方式，其中两个所述延伸辐射部的两个所述内侧边相互平行，且两个所述延伸辐射部的两个所述内侧边之间的间距介于1mm至30mm之间。
[0014]根据本申请的另一实施方式，其中所述主辐射部具有一第一侧边及一第二侧边，其中所述对称轴线通过所述第一侧边及所述第二侧边的中心，且所述第一侧边与所述第二侧边之间的距离介于70mm至10mm之间。
[0015]根据本申请的另一实施方式，其中所述天线基板与所述接地基板之间的间距介于18mm至22mm之间。
[0016]本申请的有益效果可以在于，本申请实施例所提供的高增益天线，其天线结构具有特殊设计图案，可增加天线的操作频宽，并具有较大的增益值。本申请实施例的高增益天线并可适用在长期演进(Long Term Evolut1n, LTE)无线通讯系统中，且操作频宽范围可由 700MHz 至 1000MHz。
[0017]为使能更进一步了解本申请的特征及技术内容，请参阅以下有关本申请的详细说明与附图，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本申请加以限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1A为本申请高增益天线的立体示意图。
[0019]图1B为本申请高增益天线的顶视示意图。
[0020]图2为本申请高增益天线在不同频率下所得到之反射损耗(Return Loss)的曲线图。
[0021]图3为本申请高增益天线操作在频率700MHz至1000MHz之间所得到之辐射效率(radiat1n efficiency)的曲线图。
[0022]图4为本申请高增益天线操作在频率700MHz至1000MHz之间所得到之天线增益(antenna gain)的曲线图。
[0023]图5A为本申请高增益天线操作于不同频率时在X-Z平面的辐射场型示意图。
[0024]图5B为本申请高增益天线操作于不同频率时在Y-Z平面的辐射场型示意图。
[0025]图5C为本申请高增益天线操作于不同频率时在X-Y平面的辐射场型示意图。
[0026]【符号说明】
[0027]高增益天线100
[0028]接地基板I
[0029]天线基板2
[0030]上表面2a
[0031]下表面2b
[0032]天线结构3
[0033]第一开口300
[0034]馈入部30
[0035]信号馈入点301
[0036]L型馈入线路 302
[0037]第一线段3021
[0038]端部3021a
[0039]端部宽度LI
[0040]走线3021b
[0041]走线线宽L2
[0042]第二线段3022
[0043]主辐射部31
[0044]对称轴线SI
[0045]第一侧边311
[0046]第二侧边312
[0047]延伸辐射部32
[0048]第二开口320
[0049]内侧边321
[0050]外侧边322
[0051]直线段322a
[0052]倾斜段322b
[0053]第一开槽323
[0054]第一开槽宽度Wl
[0055]斜切侧边323a
[0056]第二开槽324
[0057]第二开槽宽度W2
[0058]间距H
[0059]距离D1、D2
[0060]钝角Θ 1、Θ 2
[0061]曲线F1、F2、F3、F4
【具体实施方式】
[0062]以下是通过特定的具体实例来说明本申请所公开“高增益天线”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容轻易了解本申请的优点与功效。本申请亦可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本申请的精神下进行各种修饰与变更。另外，本申请的附图仅为简单说明，并非依实际尺寸描绘，亦即未反应出相关构成的实际尺寸，先予叙明。以下的实施方式将进一步详细说明本申请的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本申请的技术范畴。
[0063]请参照图1A及图1B，图1A为本申请高增益天线的立体示意图，而图1B为本申请高增益天线的顶视示意图。本申请实施例的高增益天线100包括接地基板I与天线基板2，其中天线基板2位于接地基板I之上，且天线基板2与接地基板I彼此分离而设置。也就是说，天线基板2与接地基板I之间维持一间距H，且不与接地基板I电性连接。因此，天线基板2与接地基板I为相互独立的结构。
[0064]在本申请实施例中，接地基板I可以由导体材料所构成，用以作为天线基板2的天线反射板。在其他实施例中，接地基板I也可以是绝缘体，但在面向天线基板I的表面上形成一导体层，以导体层作为天线基板2的天线反射面。接地基板I可以耦接至通讯装置之一系统接地面，或可属于系统接地面之一部份。由于接地基板I可作为天线基板2的天线反射板，故可使天线辐射能量较为集中在天线基板2的法线方向上，也就是集中于图1A所绘示的Z轴之方向,进而使本申请实施例的高增益天线100具有较高的指向性与天线增益，并提升无线信号的传输距离。在本实施例中，接地基板I与天线基板2之间的间距H介于18mm至22mm之间，且接地基板I与天线基板2之间的介质为空气。
[0065]天线基板2具有一上表面2a及与所述上表面2a及与所述上表面2a彼此相反设置的一下表面2b。当天线基板2与接地基板I相互组装时，是以下表面2b面对接地基板
1
[0066]另外，天线基板2的上表面2a具有一天线结构3，且天线结构3至少包括馈入部30、主辐射部31及两个延伸辐射部32。在一些实施例中，馈入部30、主辐射部31及两个延伸辐射部32可以是形成于天线基板2上表面2a的一金属图案层，金属图案层的材料例如是铜、银、铁、铝或是其合金。
[0067]馈入部30和主辐射部31电性连接，并用以接收信号。详细而言，在图1B所示的实施例中，馈入部30包括信号馈入点301及L形馈入线路302，其中信号馈入点301是位于L形馈入线路302的其中一端部。
[0068]详细而言，本实施例的L形馈入线路302包括第一线段3021及第二线段3022。第一线段3021具有端部3021a及连接于端部3021a的走线3021b，前述的信号馈入点301位于第一线段3021的端部3021a。在本实施例中，端部3021a是呈四边形，而走线3021b偏离四边形端部3021a的对称轴，由端部3021a朝负X方向延伸而连接至第二线段3022。并且，端部3021a的宽度LI大于走线3021b的线宽L2。
[0069]在本实施例中，第二线段3022是沿着负Y方向延伸。也就是说，第二线段3022的延伸方向是垂直于第一线段3021的延伸方向。第二线段3022其中一端部连接于第一线段3021，而第二线段3022的另一端部是连接于主辐射部31的其中一侧边。在本实施例中，第二线段3022与走线3021b具有相同的线宽L2，但第二线段3022的长度小于走线3021b长度。另外，第一线段3021与主辐射部31是位于第二线段3022的相同侧，从而使主辐射部31与第一线段3021之间形成一第一开口 300。
[0070]主辐射部31呈多边形，并具有一对称轴线SI。在本申请实施例中，对称轴线SI是大致平行于X轴方向，也就是大致平行于第一线段3021的延伸方向。另外，主辐射部31呈十六边形，并具有第一侧边311及第二侧边312。对称轴线SI通过第一侧边311及第二侧边312的中心，且第一侧边311与第二侧边312之间的距离Dl介于70mm至10mm之间。在本申请实施例中，主辐射部31的设计可增加电流路径，并影响高增益天线100可操作的频宽。在本申请实施例中，主辐射部31主要是可使高增益天线100操作在850MHz至1000MHz的频带之间。
[0071]两个延伸辐射部32彼此分离且从主辐射部31延伸而出，使两个延伸辐射部32之间形成一第二开口 320。在本申请实施例中，两个延伸辐射部32是以主辐射部31的对称轴线SI呈镜射对称。
[0072]详细而言，每一延伸辐射部32各具有一内侧边321及一相反于内侧边321的外侧边322，且两个延伸辐射部32的内侧边321彼此相对。在本申请实施例中，两个延伸辐射部32的两个内侧边321相互平行，并大致上平行于对称轴线SI。另外，两个延伸辐射部32的两个内侧边321之间的间距D2，也就是第二开口 320的宽度，是介于1mm至30mm之间。
[0073]每一延伸辐射部32的外侧边322具有一直线段322a及一倾斜段322b，其中直线段322a是由主辐射部31的其中一平行于对称轴线SI的侧边延伸，而倾斜段322b和直线段322a在主辐射部31形成钝角Θ I。另外，在本申请实施例中，直线段322a与内侧边321大致上相互平行。
[0074]另外，每一延伸辐射部32具有第一开槽323及第二开槽324，第一开槽323和第二开槽324从延伸辐射部32的内侧边321朝不同方向延伸。详细而言，第一开槽323的延伸方向垂直于对称轴线SI，而第二开槽324的延伸方向则与内侧边321形成一夹角Θ2。本申请实施例中，由于内侧边321是与对称轴线SI相互平行，因此第二开槽324的延伸方向与对称轴线SI也可形成夹角Θ2。
[0075]本申请实施例中，第一开槽323的位置较第二开槽324的位置远离主辐射部31。并且，第一开槽323的末端具有一斜切侧边323a，而斜切侧边323a是平行于延伸辐射部32的倾斜段322b。另外，第一开槽323的宽度Wl是大于第二开槽的宽度W2。在本申请实施例中，第一开槽323的宽度Wl是介于5mm至20mm之间，而第二开槽324的宽度W2的宽度是介于2mm至15mm之间。
[0076]上述两个延伸辐射部32的设计也将影响高增益天线100可操作的频带，并且延伸辐射部32的形状主要可进一步使高增益天线100操作在700MHz至850MHz的频带之间。在本申请实施例中，第一开槽323宽度Wl及第二开槽324的宽度W2也会影响高增益天线100可操作的频宽范围。然而，在操作频率700MHz至1000MHz的频带范围内，本申请实施例的第一开槽323及第二开槽324的位置、形状、长度以及宽度仍可因应不同的需求而些微调難
iF.0
[0077]请参照图2，图2为本申请高增益天线在不同频率下所得到之反射损耗(ReturnLoss)的曲线图。如图2所示，显示天线结构3的反射波与入射波的比值。透过天线结构在700MHz至1000MHz的频段所表现的反射系数而得出天线结构3在该频段的损耗值是否符合业界要求，以证明本申请实施例所提供的高增益天线100确实可以在该特定频段运作。反射损耗愈低表示天线反射愈小，显示其辐射功率愈大。在对本申请实施例的高增益天线所界定的结构来进行测试之后，结果显示出天线结构3分别在700MHz及IGHz两个频率点A、B的资料下所得到之反射损耗值，分别约是-4.77dB及-4.96dB。也就是说，本申请实施例的高增益天线100应用于长期演进无线通讯系统中，并操作在700MHz至1000MHz的频带时，仍可符合需求。
[0078]请参照图3，为本申请高增益天线操作在频率700MHz至1000MHz之间所得到之辐射效率(radiat1n efficiency)的曲线图。如图3所示,对本申请实施例的高增益天线所界定的结构来进行测试，而结果显示出天线结构3所得到之辐射效率曲线，在频率为950MHz时，辐射效率可以达到81%。
[0079]另外，请参照图4，图4为高增益天线操作在频率700MHz至1000MHz之间所得到之天线增益(antenna gain)的曲线图。如图4所示,对本申请实施例的高增益天线所界定的结构来进行测试，而结果显示出天线结构所得到之天线增益值(antenna gain)曲线,在大约910MHz的频率下，增益值可达到6.16dBi。
[0080]图5A至图5C为本申请高增益天线之天线结构3操作于不同频率时分别在X_Z平面、Y-Z平面及X-Y平面的辐射场型示意图。详细而言，图5A为天线结构3在X-Z平面的辐射场型，图5B为天线结构3在Y-Z平面的辐射场型，图5C为天线结构3在X-Y平面的辐射场型。请参阅图5A至图5C，并配合图1A及图1B所示，依据图1A及图1B中所界定的座标方向，图5A至图5C显示天线结构3操作于700MHz、800MHz、900MHz及1000MHz时的辐射场型在X-Z平面、Y-Z平面及X-Y平面之量测曲线分别为F1、F2、F3及F4。由图5A至图5C中可看出，在700MHz、800MHz、900MHz及1000MHz三个不同的操作频率下，本申请实施例所提供的高增益天线100的辐射能量大部分是集中在天线基板2的法线方向(即Z方向)。
[0081]综上所述，本申请实施例的高增益天线采用单极天线，天线结构具有特殊设计的图案，使高增益天线的天线增益值与辐射效率皆可符合应用需求。因此，本申请实施例的高增益天线可适用于长期演进系统或是其他通讯系统中，并可操作于700MHz至1000MHz的频带内。除此之外，本申请实施例的高增益天线虽然操作于较低频范围内，但增益值最大可达到 6.16dBi。
[0082]以上所述仅为本申请的较佳可行实施例，非因此局限本申请的专利范围，故举凡运用本申请说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本申请的保护范围内。
【权利要求】
1.一种高增益天线，其特征在于，所述高增益天线包括: 一接地基板；以及 一天线基板，所述天线基板具有一上表面及与所述上表面彼此相反设置的一下表面，所述天线基板的所述下表面面对所述接地基板，所述天线基板与所述接地基板彼此分离，所述天线基板的所述上表面具有一天线结构，所述天线结构至少包括: 一馈入部，所述馈入部包括一信号馈入点及一 L形馈入线路，其中所述信号馈入点位于所述L形馈入线路的其中一端部； 一主辐射部，所述主辐射部呈多边形并具有一对称轴线，其中所述L形馈入线路的另一端部连接于所述主辐射部的其中一侧边；以及 两个延伸辐射部，两个所述延伸辐射部彼此分离且从所述主辐射部延伸而出，两个所述延伸辐射部以所述对称轴线呈镜射对称，且所述两个延伸辐射部的两个内侧边彼此相对，其中每一所述延伸辐射部具有一第一开槽及一第二开槽，所述第一开槽和所述第二开槽从所述延伸辐射部的所述内侧边朝不同方向延伸。
2.如权利要求1所述的高增益天线，其中所述L形馈入线路包括: 一第一线段，所述信号馈入点位于所述第一线段，其中所述第一线段的延伸方向与所述对称轴线平行；以及 一第二线段，所述第二线段的其中一端连接于所述第一线段，所述第二线段的另一端连接于所述主辐射部，其中所述第二线段的延伸方向垂直于所述第一线段的延伸方向，且所述第一线段与所述主辐射部之间形成一开口。
3.如权利要求2所述的高增益天线，其中所述主辐射部呈十六边形。
4.如权利要求1所述的高增益天线，其中每一所述延伸辐射部具有一相反于所述内侧边的一外侧边，所述外侧边具有一倾斜段。
5.如权利要求4所述的高增益天线，其中所述第一开槽的延伸方向垂直于所述对称轴线，且所述第一开槽的末端具有一斜切侧边，所述斜切侧边平行于所述倾斜段。
6.如权利要求1所述的高增益天线，其中所述第一开槽的位置较所述第二开槽的位置远离所述主辐射部，且所述第一开槽的宽度介于5mm至20mm之间。
7.如权利要求6所述的高增益天线，其中所述第二开槽的延伸方向与所述对称轴线形成一夹角，且所述第二开槽的宽度介于2_至15mm之间。
8.如权利要求1所述的高增益天线，其中两个所述延伸辐射部的两个所述内侧边相互平行，且两个所述延伸辐射部的两个所述内侧边之间的间距介于1mm至30mm之间。
9.如权利要求1所述的高增益天线，其中所述主辐射部具有一第一侧边及一第二侧边，其中所述对称轴线通过所述第一侧边及所述第二侧边的中心，且所述第一侧边与所述第二侧边之间的距离介于70mm至10mm之间。
10.如权利要求1所述的高增益天线，其中所述天线基板与所述接地基板之间的间距介于18mm至22mm之间。
【文档编号】H01Q1/48GK204156085SQ201420590452
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】李明达, 陈智鹏, 李世璋, 陈铭耀 申请人:美磊科技股份有限公司