耦合馈入式微带天线的制作方法

本实用新型为一种耦合馈入式微带天线，在制作微带天线的过程中，不需要在绝缘基体上设置通孔，可减少微带天线的制程步骤及使用材料的复杂度，并有利于降低微带天线的制作成本。且可藉由馈入单元设计上的变化，创造出同时具有水平极化与垂直极化之微带天线或圆极化微带天线，此外，也可以制作具有两个讯号馈入或输出的微带天线，再经由两个讯号馈入线的相转移及耦合，创造出大频宽的圆极化微带天线。

背景技术：

相较于传统上利用金属材料制作的天线，微带天线(Microstrip Antenna)具有平面结构、可大量生产并容易整合在电路板上等优点，因而被大量的应用在各种无线传输装置上，例如全球定位系统GPS(Global Positioning System)或无线射频辨识(RFID)。

请参阅图1A及图1B，为目前广泛为业界采用的现有微带天线的顶部及底部的立体示意图。如图中所示，传统的微带天线10包含一绝缘基体11、一第一电极层13、一第二电极层15、一馈入区171及一导电元件173，其中第一电极层13位于绝缘基体11的上表面，而第二电极层15则位于绝缘基体11的下表面。导电元件173贯穿绝缘基体11、第一电极层13及第二电极层15，并电性连接第一电极层13，其中导电元件173未与第二电极层15连接，并于两者之间存在间隙。

设置在绝缘基体11上表面的第一电极层13可作为微带天线10的幅射体，而设置在绝缘基体11下表面的第二电极层15则为接地层。在透过微带天线10进行射频讯号的接收时，射频讯号会由第一电极层13经由馈入区171及导电元件173输入，而在进行射频讯号的发射时，讯号则会经由导电元件173及馈入区171传送至第一电极层13，并经由第一电极层13发射讯号。

在制作微带天线10的过程中，需要在绝缘基体11、第一电极层13及第二电极层15上预先设置通孔，并将导电元件173穿过上述元件的通孔，其中导电元件173与第一电极层13连接的区域为馈入区171。然而在绝缘基体11、第一电极层13及第二电极层15上设置通孔，会增加微带天线10的制程步骤，造成制作工时的增加，亦会增加微带天线10的制作成本。而且，要将微带天线10安装于电路板时，电路板上也需要设置通孔，也会增加电路板的复杂度与制造成本。此外具有针状突出物的元件，通常无法适用于表面粘着制程，因而可能需要人工组装，并导致产品良率的降低，所以，也会增加组装过程的复杂度与生产成本。

技术实现要素：

本实用新型的一目的，在于提供一种微带天线，主要于隔着绝缘基体相对的两个表面上分别设置第一电极层及第二电极层，并于第二电极层内设置至少一净空区，其中净空区为绝缘基体上没有设置电极层的区域。净空区内设置至少一具导电性的馈入单元，其中馈入单元与绝缘基体的第二表面的边缘之间的最短距离大于1mm，而且此最短距离的周边区域没有设置电极层。馈入单元可用以连接讯号馈入端，其中馈入单元经由电磁耦合(Electromagnetic Coupling)与第一电极层形成电性连结，藉此将可透过微带天线进行无线电讯号的接收与传送。

本实用新型的一目的，在于提供一种微带天线，仅需要在一个电极层内设置净空区，并于净空区内设置馈入单元，使得微带天线可进行无线电讯号的接收与传送。可省去在绝缘基体上设置通孔的步骤，不仅有利于简化微带天线的制程步骤，亦可降低微带天线的制作成本。

本实用新型的一目的，在于提供一种同时具有水平极化与垂直极化的微带天线，可透过馈入单元具有多个分枝的设计方式，让没有连接讯号馈入端的两个分枝之间的夹角介于70度到110度之间，如此可利用两个分枝分别电磁耦合至第一电极层，而同时得到水平极化与垂直极化的双极化辐射特性。当第一电极层为正方形或长方形，则馈入单元的两个分枝分别大致平行于第一电极层的相邻的两个边。当第一电极层为多边形或圆形或椭圆形或其他几何形状，则馈入单元的分枝分别大致平行于通过第一电极层几何形状中心点的两条互相垂直的虚拟直线。

本实用新型的一目的，在于提供一种圆极化天线，可透过馈入单元具有多个分枝的设计方式，让没有连接讯号馈入端的两个分枝之间的夹角介于70度到110度之间，并利用分枝的形状、尺寸或角度上的调整，再经由分枝分别电磁耦合至第一电极层，而得到圆极化的辐射特性。

本实用新型的一目的，在于提供一种微带天线，主要于隔着绝缘基体相对的两个表面上，分别设置第一电极层及第二电极层，并于第二电极层内设置至少一净空区。净空区为绝缘基体上没有设置电极层的区域，而净空区内则设置至少一馈入单元。此外亦可进一步在第一电极层区域内设置至少一绝缘单元，其中绝缘单元为绝缘基体上未设置电极层的区域，藉由绝缘单元的设置，可在不改变微带天线的尺寸、体积及材料的前提下，降低微带天线的共振频率。

本实用新型的一目的，在于提供一种大频宽的圆极化天线，主要于隔着绝缘基体相对的两个表面上分别设置第一电极层及第二电极层，并于第二电极层内设置至少两个净空区，其中两个净空区分别接近第二电极层相邻的两个边，并在两个净空区内分别设置至少一馈入单元，藉由此两个馈入单元分别与耦合器相连接，进而形成大频宽圆极化天线。

在本实用新型微带天线一实施例中，当第一电极层为正方形或长方形，两个馈入单元没有连接讯号馈入端的两个分枝分别大致平行于第一电极层相邻的两个边。当第一电极层为多边形、圆形、椭圆形或其他几何形状，则两个馈入单元的两分枝分别大致平行于通过第一电极层几何形状中心点的两条互相垂直的虚拟直线。

在本实用新型微带天线一实施例中，其中净空区为T字型、Y字形、十字形、矩形、圆形、椭圆形、长椭圆形、多边形或其他几何形状。

在本实用新型微带天线一实施例中，其中馈入单元为T字型、Y字形、十字形、矩形、圆形、椭圆形、长椭圆形、环状、中空几何形状或其他几何形状。

在本实用新型微带天线一实施例中，包括至少一绝缘单元，设置于第一电极层内，该绝缘单元为绝缘基体上未设置电极层的区域。

在本实用新型微带天线一实施例中，其中绝缘单元为圆弧形、椭圆弧形、不规则弧形、方形、长条形、X形或其他几何形状。

本实用新型的有益效果：本实用新型大大减少了制作工时和组装过程的复杂度，及大大降低了生产成本。

附图说明

图1A为现有微带天线的顶部立体示意图。

图1B为现有微带天线的底部立体示意图。

图2A为本实用新型微带天线一实施例的顶部立体示意图。

图2B为本实用新型微带天线一实施例的底部立体示意图。

图2C为本实用新型微带天线一实施例的仰视图。

图3为本实用新型微带天线又一实施例的仰视图。

图4为本实用新型微带天线又一实施例的俯视图。

图5为本实用新型微带天线又一实施例的俯视图。

图6为本实用新型微带天线又一实施例的俯视图。

图7为本实用新型微带天线又一实施例的仰视图。

图8为本实用新型微带天线又一实施例的仰视图。

图9为本实用新型微带天线又一实施例的仰视图。

图10为本实用新型微带天线又一实施例的仰视图。

图11为本实用新型微带天线又一实施例的俯视图。

图12为本实用新型微带天线又一实施例的俯视图。

图13为本实用新型微带天线又一实施例的俯视图。

图14A为本实用新型微带天线又一实施例的顶部立体示意图。

图14B为本实用新型微带天线又一实施例的底部立体示意图。

图14C为本实用新型微带天线又一实施例的仰视图。

图15为本实用新型微带天线又一实施例的俯视图。

图16为本实用新型微带天线又一实施例的俯视图。

图17为本实用新型微带天线又一实施例的仰视图。

主要组件符号说明：

10 微带天线

11 绝缘基体

13 第一电极层

15 第二电极层

171 馈入区

173 导电元件

20 微带天线

21 绝缘基体

211 第一表面

213 第二表面

217 边缘

219 最短距离

23 第一电极层

25 第二电极层

271 馈入单元

2711 分枝

273 净空区

291 虚拟直线

30 微带天线

32 绝缘单元

40 微带天线

41 绝缘基体

411 第一表面

413 第二表面

417 边缘

419 最短距离

43 第一电极层

45 第二电极层

471 馈入单元

4711 分枝

473 净空区

491 虚拟直线

具体实施方式

请参阅图2A、图2B及图2C，分别为本实用新型微带天线一实施例的顶部立体示意图、底部立体示意图及仰视图。如图所示，本实用新型所述的微带天线20具有水平极化或垂直极化或圆极化的特性，主要包括一绝缘基体21、至少一第一电极层23、至少一第二电极层25、至少一馈入单元271及至少一净空区273，其中馈入单元271为具导电性的材质。

绝缘基体21可为介电材质或磁性材质，并包括一第一表面211及一第二表面213，其中第一表面211与第二表面213为隔着绝缘基体21相对的两个表面，例如第一表面211可为上表面，而第二表面213则为下表面。

在本实用新型一实施例中，第一电极层23设置在绝缘基体21的第一表面211上，而第二电极层25则设置在绝缘基体21的第二表面213上，使得第一电极层23与第二电极层25分别设置在绝缘基体21的相对的两个表面上，并被绝缘基体21所隔离。第二电极层25内设置至少一净空区273，其中净空区273为绝缘基体21上未建置第二电极层25的区域。馈入单元271设置于绝缘基体21的第二表面213，并位于第二电极层25的净空区273内，其中净空区273可用以分隔第二电极层25及馈入单元271。在本实用新型一具体的实施例中，馈入单元271与绝缘基体21的第二表面213的边缘217之间的最短距离219大于1mm，而且此最短距离219的周边区域没有设置第二电极层25。

微带天线20的馈入单元271可连接一讯号馈入端(未显示)，使得微带天线20可进行无线讯号的传送及接收。

本实用新型所述的微带天线20主要经由电磁耦合的原理，由馈入单元271与隔着绝缘基体21的第一电极层23建立电性连结，使得微带天线20可用以进行无线电讯号的接收或发射。相较于现有的微带天线10而言，本实用新型所述的微带天线20不用在绝缘基体11、第一电极层13及第二电极层15上设置通孔，亦不用将导电元件173穿过绝缘基体11、第一电极层13及第二电极层15上的通孔，藉此将可简化微带天线20的制程步骤及减少材料准备的复杂度，并达到降低微带天线20的制作成本的目的。

在本实用新型一实施例中，如图3所示，馈入单元271可具有多个分枝，其中没有连接讯号馈入端的两个分枝2711之间的夹角a介于70度到110度之间，如此可利用两个分枝2711分别电磁耦合至第一电极层23，而同时得到水平极化与垂直极化的双极化辐射特性。在本实用新型一较佳实施例中，没有连接讯号馈入端的两个分枝2711之间的夹角大约在90度左右，可以得到较佳的双极化辐射特性。馈入单元271与绝缘基体21的第二表面213的边缘217之间的最短距离219大于1mm，而且此最短距离219的周边区域没有设置电极层，例如边缘217可以是绝缘基体21的第二表面213与侧边的交界。在实际应用时，可调整两个分枝2711的形状、尺寸或夹角，以得到较佳的圆极化辐射特性或垂直与水平两种极化的特性。

请参阅图2A及图4，在实际应用时，微带天线20的第一电极层23可为正方形或长方形，而没有连接讯号馈入端的馈入单元271的两个分枝2711分别大致平行于第一电极层23的相邻的两个边。

在实际应用时微带天线20的第一电极层23可为圆形、多边形、椭圆形或其他几何形状，如图5及图6所显示的第一电极层23分别为圆形及八边形。此时可依第一电极层23几何中心点画出两条互相垂直的虚拟直线291，而没有连接讯号馈入端的馈入单元271的两个分枝2711分别大致平行于两条虚拟直线291。

第二电极层25内的净空区273可为T字形、Y字形、十字形、矩形、圆形、椭圆形、多边形或其他几何形状，如图2C、图3、图7、图8及图9所示。

位于净空区273内的馈入单元271的形状可与净空区273近似，可为T字形、Y字形、十字形、矩形、圆形、椭圆形、长椭圆形或中空几何形状或其他几何形状，如图2C、图3、图7、图8、图9及图10所示。

在本实用新型一实施例中，设置于绝缘基体21的第一表面211上的第一电极层23内可设置至少一绝缘单元32，其中绝缘单元32为绝缘基体21上未建置第一电极层23的区域。

在本实用新型一实施例中绝缘单元32可为设置在第一电极层23上的复数个槽孔。由于第一电极层23上的电流无法通过绝缘单元32，因此通过绝缘单元32的设置，将会增加讯号电流在第一电极层23上流动的路径长度，并达到降低微带天线30的共振频率的目的。

在本实用新型实施例中，仅需要在第一电极层23上设置复数个绝缘单元32，便可在不增加第一电极层23的面积的前提下，降低微带天线30的共振频率。

此外在本实用新型实施例中，欲降低微带天线30的共振频率时，亦不需要更换使用介电系数较高的材料来制造绝缘基体21。换言之，在制作本实用新型所述的微带天线30的过程中，制造商可大量制作相同尺寸及材质的第一电极层23、第二电极层25及/或绝缘基体21，并仅需要在第一电极层23上设置绝缘单元32，例如在第一电极层23上设置槽孔，即可改变微带天线30的共振频率，借此将有利于大幅降低微带天线30的制作成本。

绝缘单元32可为圆弧形、椭圆弧形、不规则弧形、方形、长条形、长椭圆形、X形或其他几何形状，如图11、图12及图13所示。

请参阅图14A、图14B与图14C，分别为本实用新型微带天线一实施例的顶部立体示意图、底部立体示意图及仰视图。如图所示，本实用新型所述的微带天线40主要包括一绝缘基体41、至少一第一电极层43、至少一第二电极层45、至少两个馈入单元471及至少两个净空区473。

绝缘基体41可为介电材质或磁性材质，并包括一第一表面411及一第二表面413，其中第一表面411与第二表面413为隔着绝缘基体41相对的两个表面，例如第一表面411可为上表面，而第二表面413则为下表面。

在本实用新型一实施例中，第一电极层43设置在绝缘基体41的第一表面411上，而第二电极层45则设置在绝缘基体41的第二表面413上，使得第一电极层43与第二电极层45相对。第二电极层45上设置至少两个净空区473，其中净空区473为绝缘基体41上未建置第二电极层45的区域。两个馈入单元471设置于绝缘基体41的第二表面413上，并分别位于第二电极层45的两个净空区473内，其中净空区473可用以分隔第二电极层45及馈入单元471，且两个馈入单元471分别连接讯号馈入端。两个馈入单元471经由电磁耦合，与隔着绝缘基体41的第一电极层43形成电性连结。馈入单元471与绝缘基体41的第二表面413的边缘417之间的最短距离419大于1mm，而且该最短距离419的周边区域没有电极层。

在本实用新型一实施例中，两个净空区473分别设置在第二电极层45相邻的两个边，且在两个边分别形成至少一没有设置第二电极层45的开口。

请参阅图14A，在实际应用时微带天线40的第一电极层43为正方形或长方形。两个馈入单元471可分别包括至少两个分枝4711，两个馈入单元471的两个分枝4711皆未直接连接讯号馈入端，并分别大致平行于第一电极层43相邻的两个边，如图14B所示。

在实际应用时微带天线40的第一电极层43可为正方形、长方形、多边形、圆形、椭圆形或其他几何形状，如图15及图16所示的第一电极层43分别为十边形及椭圆形。两个馈入单元471没有连结讯号馈入端的分枝4711，分别大致平行于通过第一电极层43的几何形状中心点的两条互相垂直的虚拟直线491。

在实际应用时，两个馈入单元471可分别连结一耦合器，进而形成大频宽圆极化微带天线。

净空区473可为T字形、Y字形、十字形、矩形、圆形、椭圆形、多边形或其他几何形状，如图14C及图17所示。馈入单元471可为T字形、Y字形、十字形、矩形、圆形、椭圆形、中空几何形状或其他几何形状，如图14C及图17所示。

在本实用新型中所述的连接指的是一个或多个物体或构件之间的直接连接或者是间接连接，例如可在一个或多个物体或构件之间存在有一个或多个中间连接物。

说明书中所描述的也许、必须及变化等字眼并非本实用新型的限制。说明书所使用的专业术语主要用以进行特定实施例的描述，并不为本实用新型的限制。说明书所使用的单数量词(如一个及该个)亦可为复数个，除非在说明书的内容有明确的说明。例如说明书所提及的一个装置可包括有两个或两个以上的装置的结合，而说明书所提的一物质则可包括有多种物质的混合。

以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的申请专利范围内。