非对称共平面波导馈入多频宽频天线的制作方法

1.本发明提供一种非对称共平面波导馈入多频宽频天线，尤指一种偶极天线的第一部分具有一第一低频辐射区及该第一低频辐射区一侧延伸有一信号线，该信号线两侧以正交方向延伸有一中频辐射区及一中高频辐射区，该中频辐射区的面积不等于该中高频辐射区的面积，通过前述构成以达到单一馈入、多频及宽频且符合wi-fi 6e频段的无线天线，同时无线天线具有构造简单及效能良好的优点。


背景技术：

2.无线通信技术于现今社会便利生活中占有不可或缺的一环，有了有线及无线局域网络的综合布设，移动电子装置(mobile device)亦必须对应设置有无线天线进行信号的接收及发射，移动电子装置方能通过无线局域网络进行因特网的使用及传送数据。
3.wifi 6指目前最新的wifi规格，其又称为ieee 802.11ax，为wi-fi alliance组织于2019年9月所制定，正式规格发布，产品陆续推出市面。技术上，支持从1ghz至6ghz的所有ism频段，ism频段(industrial scientific medical band)，顾名思义分别是工业的(industrial)、科学的(scientific)和医学的(medical)，而ism频段就是各国挪出某一特定频段开放给工业，科学和医学机构使用。其包括目前最广为wifi使用的2.4ghz和5ghz频段，相较于802.11ac具有四倍吞吐量及延迟下降75％，而使用至6ghz频段的802.11ax则称为wi-fi 6e，其理论速度有约有10gbps。而实际下载速度可至700mbps，对于无线网络无论在速度上及安全性皆有高度提升，因此相关于wi-fi 6e的电子产品正如火如荼研发中。
4.上述符合wi-fi 6e规格的电子产品的无线天线通常属于单一个体或与其他不同功能天线做整合，且现有无线天线多半仅有15％左右的频宽利用率，其体积通常较庞大而影响移动电子装置的电路布局。另一方面现有无线天线的操作频宽无法达到多频及宽频的功能，在不占据电子产品内部太多空间的前提下，如何提供更理想多频及宽频天线成为从事此行业者所亟欲努力的目标。


技术实现要素：

5.发明人有鉴于上述的问题与缺失，搜集相关资料，经由多方评估及考虑，始设计出此种非对称共平面波导馈入多频宽频天线的发明。
6.本发明的主要目的在于提供一种非对称共平面波导馈入多频宽频天线，包括：一印刷电路板，其一表面形成一偶极天线，该偶极天线具有一第一部分及一第二部分，该第一部分与该第二部分之间具有一间隙；该第一部分具有一第一低频辐射区及该第一低频辐射区一侧延伸有一信号线，该信号线两侧以正交方向延伸有一中频辐射区及一中高频辐射区，且该中频辐射区及该中高频辐射区经一弯折皆朝向第一方向做一延伸，该中频辐射区的面积不等于该中高频辐射区的面积，而该信号线末端具有供一预设线缆连接的一馈入区；该第二部分为共平面波导结构，其具有供该预设线缆连接的一接地区，该接地区经由一接地线连接于一第二低频辐射区，该接地区与该接地线之间两侧以正交方向延伸有一第一
阻抗匹配区与一第二阻抗匹配区，且该第一阻抗匹配区与该第二阻抗匹配区各向第一方向及第二方向做一延伸，通过前述构成以达到单一馈入、多频及宽频且符合wi-fi 6e频段的无线天线，同时无线天线具有构造简单及效能良好的优点。
7.本发明的次要目的在于该中频辐射区的面积大于该中高频辐射区的面积，且该中频辐射区靠近该馈入区侧由宽渐窄斜伸至该中高频辐射区靠近该馈入区侧。
8.本发明的另一目的在于该第一阻抗匹配区的面积大于或等于该第二阻抗匹配区的面积。
9.本发明的再一目的在于该间隙位于该馈入区、该接地区、该第一阻抗匹配区与该第二阻抗匹配区的相对两个内侧所围设的空间中，而该第一阻抗匹配区与该中高频辐射区位于相对于该信号线与该接地线的一侧，且该第二阻抗匹配区与该中频辐射区位于相对于该信号线与该接地线的另一侧。
10.为了达到上述目的，本发明提供了一种非对称共平面波导馈入多频宽频天线，其包括：
11.一印刷电路板，其一表面形成一偶极天线，该偶极天线具有一第一部分及一第二部分，该第一部分与该第二部分之间具有一间隙；
12.该第一部分具有一第一低频辐射区及该第一低频辐射区一侧延伸有一信号线，该信号线两侧以正交方向延伸有一中频辐射区及一中高频辐射区，且该中频辐射区及该中高频辐射区经一弯折皆朝向第一方向做一延伸，该中频辐射区的面积不等于该中高频辐射区的面积，而该信号线末端具有供一预设线缆连接的一馈入区；以及
13.该第二部分为共平面波导结构，其具有供该预设线缆连接的一接地区，该接地区经由一接地线连接于一第二低频辐射区，该接地区与该接地线之间两侧以正交方向延伸有一第一阻抗匹配区与一第二阻抗匹配区，且该第一阻抗匹配区与该第二阻抗匹配区各向第一方向及第二方向做一延伸。
14.在本发明的一实施例中，该中频辐射区的面积大于该中高频辐射区的面积，且该中频辐射区靠近该馈入区侧由宽渐窄斜伸至该中高频辐射区靠近该馈入区侧。
15.在本发明的一实施例中，该第一阻抗匹配区的面积大于或等于该第二阻抗匹配区的面积。
16.在本发明的一实施例中，该间隙位于该馈入区、该接地区、该第一阻抗匹配区与该第二阻抗匹配区的相对两个内侧所围设的空间中，而该第一阻抗匹配区与该中高频辐射区位于相对于该信号线与该接地线的一侧，且该第二阻抗匹配区与该中频辐射区位于相对于该信号线与该接地线的另一侧。
17.在本发明的一实施例中，该信号线长度为中心频率1/4波长，且该接地线长度为中心频率1/4波长。
18.在本发明的一实施例中，该第一阻抗匹配区与该第二阻抗匹配区的相对两个外侧长度为中心频率1/4波长。
19.在本发明的一实施例中，该第一低频辐射区外观呈一等腰梯型，且该第二低频辐射区外观呈一“凹”字型。
20.在本发明的一实施例中，该第一阻抗匹配区连接于该第二阻抗匹配区的外观近似于一“h”字型。
21.在本发明的一实施例中，该中频辐射区连接于该中高频辐射区的外观近似于一“u”字型。
22.在本发明的一实施例中，该偶极天线为一偶极非对称阵列天线，其应用于wifi 6e的频段，而wifi 6e的低频操作频段范围为自2400mhz至2500mhz；且wifi 6e的中频操作频段范围为自5150mhz至5900mhz；且wifi 6e的中高频操作频段范围为自5150mhz至7125mhz。
附图说明
23.图1为本发明于印刷电路板设置偶极天线的构造图。
24.图2为本发明天线的阻抗匹配图。
25.图3为本发明于2400mhz频段的天线电流分布与辐射场型图。
26.图4为本发明于2450mhz频段的天线电流分布与辐射场型图。
27.图5为本发明于2500mhz频段的天线电流分布与辐射场型图。
28.图6为本发明于5150mhz频段的天线电流分布与辐射场型图。
29.图7为本发明于5470mhz频段的天线电流分布与辐射场型图。
30.图8为本发明于5925mhz频段的天线电流分布与辐射场型图。
31.图9为本发明于6725mhz频段的天线电流分布与辐射场型图。
32.图10为本发明于7125mhz频段的天线电流分布与辐射场型图。
33.附图标记说明：1-印刷电路板；10-间隙；11-偶极天线；12-第一部分；121-第一低频辐射区；122-信号线；123-中频辐射区；124-中高频辐射区；125-馈入区；13-第二部分；131-接地区；132-接地线；133-第二低频辐射区；134-第一阻抗匹配区；135-第二阻抗匹配区；l1-信号线长度；l2-接地线长度；l3-第一阻抗匹配区与第二阻抗匹配区的相对两个外侧长度。
具体实施方式
34.为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及其构造，兹绘图就本发明的较佳实施例详加说明其特征与功能如下，以利完全了解。
35.请参阅图1所示，为本发明于印刷电路板设置偶极天线的构造图，由图中可清楚看出，本发明的非对称共平面波导馈入多频宽频天线的细部构造及连接关系如下：
36.一印刷电路板1，其一表面形成一偶极天线11，该偶极天线11具有一第一部分12及一第二部分13，该第一部分12与该第二部分13之间具有一间隙10。
37.该第一部分12具有一第一低频辐射区121及该第一低频辐射区121一侧延伸有一信号线122，该信号线122两侧以正交方向延伸有一中频辐射区123及一中高频辐射区124，且该中频辐射区123及该中高频辐射区124经一弯折皆朝向第一方向做一延伸，该中频辐射区123的面积不等于该中高频辐射区124的面积，而该信号线122末端具有供一预设线缆(图中未示)连接的一馈入区125。
38.本发明天线馈入区125的馈入结构，是采用非对称的共平面波导馈入法(co-planar waveguide)，调整信号线突出于平面波导结构的长度，以修正高频段天线谐振的频率，并改善天线的谐振频段的阻抗匹配。
39.该第二部分13为共平面波导结构，其具有供该预设线缆连接的一接地区131，该接
地区131经由一接地线132连接于一第二低频辐射区133，该接地区131与该接地线132之间两侧以正交方向延伸有一第一阻抗匹配区134与一第二阻抗匹配区135，且该第一阻抗匹配区134与该第二阻抗匹配区135各向第一方向及第二方向做一延伸，而于本发明的较佳实施例中，该第一方向与该第二方向相差180度角。
40.该中频辐射区123的面积大于该中高频辐射区124的面积，且该中频辐射区123靠近该馈入区125侧由宽渐窄斜伸至该中高频辐射区124靠近该馈入区125侧。
41.该第一阻抗匹配区134的面积大于或等于该第二阻抗匹配区135的面积。
42.该间隙10位于该馈入区125、该接地区131、该第一阻抗匹配区134与该第二阻抗匹配区135的相对两个内侧所围设的空间中，而该第一阻抗匹配区134与该中高频辐射区124位于相对于该信号线122与该接地线132的一侧，且该第二阻抗匹配区135与该中频辐射区123位于相对于该信号线122与该接地线132的另一侧。
43.该信号线长度l1为中心频率1/4波长，且该接地线长度l2为中心频率1/4波长。该第一阻抗匹配区与该第二阻抗匹配区的相对两个外侧长度l3为中心频率1/4波长。综合上述而言，本发明的天线型式是属于印刷电路板式的非对称共平面波导的非对称阵列偶极天线，为达到双频或宽频的谐振，位于印刷电路板1正面(top-side)的长度接近中心频率(或低频工作频段)的1/4波长(λ)，以接地线132形成的共平面波导结构，其纵向长度与横向长度均接近中心频率(或低频工作频段)的1/4波长(λ)，再者，该信号线122左右两侧所使用波长(λ)是以相对应的高频段的中心频率来计算。
44.该第一低频辐射区121外观呈一等腰梯型，且该第二低频辐射区133外观呈一“凹”字型。
45.该第一阻抗匹配区134连接于该第二阻抗匹配区135的外观近似于一“h”字型。
46.该中频辐射区123连接于该中高频辐射区124的外观近似于一“u”字型。
47.请参阅图2所示，为本发明天线的阻抗匹配图，其中测试频段为自2400mhz至7125mhz，根据该线性图做出多个参考点取样，如下表所示：
48.频率mhz240024502500515061257125回波损耗db-17.740-31.099-18.390-12.499-16.730-12.618
49.由上述表格中可了解本发明的天线于低频至高频操作2400mhz至7125mhz的区间频段中，其回波损耗约介于-12.618db至-31.099db，符合阻抗匹配的标准。
50.请参阅图3至图10所示，各为本发明于2400mhz频段的天线电流分布与辐射场型图、于2450mhz频段的天线电流分布与辐射场型图、于2500mhz频段的天线电流分布与辐射场型图、于5150mhz频段的天线电流分布与辐射场型图、于5470mhz频段的天线电流分布与辐射场型图、于5925mhz频段的天线电流分布与辐射场型图、于6725mhz频段的天线电流分布与辐射场型图及于7125mhz频段的天线电流分布与辐射场型图，其中于该些图式左上方图形表示x-y轴平面的电磁波辐射于0
°
至360
°
角度的功率强度(db)，而x-y轴平面的功率强度转换成3d立体图形即如左下方所示，该3d立体图形极为接近一圆球体形状，表示于本发明非对称共平面波导馈入多频宽频天线的电磁波信号极为稳定而无任何缺角处(缺角处表示电磁波无法辐射区域，即代表电磁波信号不良处)。同样地，于中间下方图形所代表x-z轴平面的3d立体图形亦接近一圆球体形状，亦表示电磁波信号稳定性，以及于右下方图形所代表y-z轴平面的3d立体图形亦接近一圆球体形状，而由图3至图7整体测试图形所示，本发
明于2400mhz、2450mhz、2500mhz、5150mhz、5470mhz、5925mhz、6725mhz及7125mhz的多频段中皆具有良好天线辐射场型。
51.除了上述所列出的频段之外，本发明偶极天线11为一偶极非对称阵列天线，其应用于wifi 6e的频段，而wifi 6e的低频操作频段范围自2400mhz至2500mhz；且wifi 6e的中频操作频段范围自5150mhz至5900mhz；且wifi 6e的中高频操作频段范围自5150mhz至7125mhz，无论在低、中、高频的任一频段中皆具有良好的效能。
52.本发明的非对称共平面波导馈入多频宽频天线的天线增益及效能做取样测试，数据如下表所示：
53.频率(mhz)峰值增益(dbi)3d增益(dbi)3d辐射效能(％)24003.34-2.026324502.62-2.016325001.58-2.405751501.83-2.825252501.65-2.405853501.70-2.116254702.28-2.485656002.06-2.605557252.71-2.116157852.97-2.126158503.09-2.265959253.69-1.846560003.15-2.136161253.28-2.265962252.8-2.265963251.21-2.196064253.6-2.016365253.09-2.146166254.1-2.046367254.55-1.926468253.03-2.265969254.07-2.116270003.29-2.545671253.59-2.5356
54.由上述表格中可了解于本发明的无线天线于低频至高频操作2400mhz至7125mhz的区间频段中，其峰值增益(dbi)、3d增益(dbi)及3d辐射效能(％)皆符合多频及宽频且符合wi-fi 6e频段的无线天线。
55.通过上述图1至图10的公开，即可了解本发明为一种非对称共平面波导馈入多频宽频天线，包括：一印刷电路板，其一表面形成一偶极天线，该偶极天线具有一第一部分及一第二部分，该第一部分与该第二部分之间具有一间隙；该第一部分具有一第一低频辐射
区及该第一低频辐射区一侧延伸有一信号线，该信号线两侧以正交方向延伸有一中频辐射区及一中高频辐射区，且该中频辐射区及该中高频辐射区经一弯折皆朝向第一方向做一延伸，该中频辐射区的面积不等于该中高频辐射区的面积，而该信号线末端具有供一预设线缆连接的一馈入区；该第二部分为共平面波导结构，其具有供该预设线缆连接的一接地区，该接地区经由一接地线连接于一第二低频辐射区，该接地区与该接地线之间两侧以正交方向延伸有一第一阻抗匹配区与一第二阻抗匹配区，且该第一阻抗匹配区与该第二阻抗匹配区各向第一方向及第二方向做一延伸，通过前述构成以达到单一馈入、多频及宽频且符合wi-fi 6e频段的无线天线，同时无线天线具有构造简单及效能良好的优点。本发明天线应用于符合wi-fi 6e ism的各式无线通信电子产品中，皆具有良好实用性。
56.上述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此即局限本发明的权利要求范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所为的简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的权利要求范围内，合予陈明。