专利名称：具有槽孔结构的微带天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有槽孔(Slot)结构的微带天线，特别是涉及一种可提供足够频宽的具有对称槽孔结构的微带天线。
背景技术：
随着通信科技的蓬勃发展，各式的通信产品与技术也如雨后春笋般地出现。加上集成电路的技术日益成熟，使得产品的体积也逐渐倾向于轻薄短小。对于在通信产品中用来传送与接收信号的天线，其体积的大小更是攸关通信产品能否达到轻薄短小的目标。
天线是用以辐射或接收电磁波的一种元件，一般可从操作频率、辐射场型(Radiation Pattern)、回波损耗(Return Loss)和天线增益(Antenna Gain)等参数来获知天线的特性。现今的无线产品所使用的天线必须具有体积小、性能佳和成本低等特点，才能得到市场的广泛接受与肯定。由于不同的通信产品，其所需的功能都不尽相同，因此用以辐射或接收信号的天线设计更是多样化，例如菱形天线(Rhombic Antenna)、正交叉式天线(Turnstile Antenna)、微带天线、倒F型天线等。其中，微带天线具有体积小、重量轻、制造容易、可沿着弯曲表面安装、以及可与其它电路元件制作在同一电路等优点。现有的微带板状(Patch)天线的微片(Microstrip Patch)尺寸约为二分之一波长的长度，因此，如何进一步缩小微带天线的体积便成为一重要的课题。
另一方面，由于高传输速率的无线通信的需求不断加深，因此许多新的技术不断地被运用在现实生活中，其中超宽频(Ultra Wideband；UWB)便是一个正在蓬勃发展的技术。UWB是一种无线传输的格式，其使用了相当宽频率的范围，美国联邦通信委员会(FCC)规定UWB的使用频率范围为低于1GHz与3.1GHz～10.6GHz的频段；频宽范围高达500MHz。然而，由于现有微带天线的频宽过窄，无法符合UWB的要求。
因此，非常需要发展出一种微带天线，借以进一步缩小天线体积，并提供足够频宽来克服现有技术的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有槽孔结构的微带天线，以缩小天线体积，并减少制作成本。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种具有槽孔结构的微带天线，以提供足够频宽，因而满足UWB的频宽要求。
为了实现上述目的，本发明提供一种具有槽孔结构的微带天线，具有一槽孔结构，该微带天线至少包括一基板，具有相互平行的一第一表面和一第二表面；以及一微片辐射体，位于该基板的该第一表面中，该微片辐射体具有该槽孔结构，以暴露出部分的该基板，该槽孔结构具有一T字形槽孔，由一第一直线槽孔和一第二直线槽孔所组成，该第一直线槽孔垂直于该微片辐射体的一侧边，并自该侧边垂直地连接至该第二直线槽孔的中间位置；一L字形槽孔，该L字形槽孔的一端垂直地连接至该第二直线槽孔的一端，该L字形槽孔的开口方向面向该第一直线槽孔；以及一反L字形槽孔，该反L字形槽孔的一端垂直地连接至该第二直线槽孔的另一端，该反L字形槽孔的开口方向面向该第一直线槽孔。
上述微带天线，其特点在于，还具有一接地面，位于该基板的该第二表面上；一馈入点，位于该L字形槽孔与该T字形槽孔的一连接端的下方，且相邻于该微片辐射体与该第一直线槽孔连接的该侧边；以及一短路点(shortPoint)，位于该L字形槽孔或该反L字形槽孔的开口内，该短路点穿过该基板而电性连接至该接地面。
上述微带天线，其特点在于，该微片辐射体的形状为一长方形，该微片辐射体的该侧边为该长方形的一长边。
上述微带天线，其特点在于，该第二直线槽孔的长度对该长方形的该长边的长度的比值介于0.5至0.7之间。
上述微带天线，其特点在于，该第一直线槽孔的长度对该长方形的短边长度的比值介于0.6至0.8之间。
上述微带天线，其特征在于，该L字形槽孔和该反L字形槽孔与该第一直线槽孔平行的长度对该第一直线槽孔的长度的比值介于0.25至0.5之间。
上述微带天线，其特点在于，其中该L字形槽孔和该反L字形槽孔与该第二直线槽孔平行的长度对该第二直线槽孔的长度的比值介于0.2至0.3之间。
上述微带天线，其特点在于，该槽孔结构的宽度介于0.3mm至1.1mm之间。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供一种微带天线，具有一槽孔结构，该微带天线至少包括一基板，具有相互平行的一第一表面和一第二表面；以及具有一弧线形状的一微片辐射体，位于该基板的该第一表面中，该微片辐射体具有该槽孔结构，以暴露出部分的该基板，该槽孔结构具有一实质T字形槽孔，由一第一弧线槽孔和一第二弧线槽孔所组成，该第一弧线槽孔垂直于该微片辐射体的一侧边，并自该侧边垂直地连接至该第二弧线槽孔的中间位置；一第一弧钩形槽孔，该第一弧钩形槽孔的一端垂直地连接至该第二弧线槽孔的一端，该第一弧钩形槽孔的开口方向面向该第一弧线槽孔；以及一第二弧钩形槽孔，该第二弧钩形槽孔的一端垂直地连接至该第二弧线槽孔的另一端，该第二弧钩形槽孔的开口方向面向该第一弧线槽孔。
上述微带天线，其特点在于，还具有一接地面，位于该基板的该第二表面上；一馈入点，位于该实质T字形槽孔的该第一弧线槽孔的同一侧，并相邻于该第一弧线槽孔与该微片辐射体连接的该侧边；以及一短路点，位于该第一弧钩形槽孔或该第二弧钩形槽孔的开口内，该短路点穿过该基板而电性连接至该接地面。
因此，应用本发明，可大幅地缩小天线体积，并减少制作成本；有效地提供足够频宽，而可满足UWB的频宽要求。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1A为本发明第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的侧视示意图；图1B为本发明第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的俯视示意图；图2为本发明第二较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的俯视示意图；图3为本发明第三较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的俯视示意图；
图4A为本发明第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线关于驻波比的测量数据图；图4B为本发明第二较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线关于驻波比的测量数据图；图5A为本发明第一较佳实施例操作于8.5GHz时的垂直面辐射场型在Φ＝0°时的数据图；图5B为本发明第一较佳实施例操作于8.5GHz时的垂直面辐射场型在Φ＝90°时的数据图；图6A为本发明第二较佳实施例操作于7.92GHz时的垂直面辐射场型在Φ＝0°时的数据图；图6B为本发明第二较佳实施例操作于7.92GHz时的垂直面辐射场型在Φ＝90°的数据图；图6C为本发明第二较佳实施例操作于7.92GHz时的水平面辐射场型在θ＝0°的数据图。
其中，附图标记100微片辐射体110T字形槽孔120aL字形槽孔120b反L字形槽孔200基板 202第一表面204第二表面 300接地面400微片辐射体410实质T字形槽孔420a、420b弧钩形槽孔F馈入点 L1微片长度L2、L3长度 D1槽孔宽度S短路点 T1、T2、T3厚度W1微片宽度 W2、W3距离具体实施方式
请参照图1A和图1B图，其为本发明第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的侧视和俯视示意图。如图1A所示，基板200(例如印刷电路板)具有相互平行的第一表面202和第二表面204，微片辐射体100(例如长方形)形成于基板200的第一表面202中，接地面300形成于基板200的第二表面204上，其中接地面300可覆盖部分或全部的第二表面204。基板200可由例如玻璃纤维(FR4)材料或其它材料所制成的印刷电路板，而微片辐射体100和接地面300由金属材料所制成。
如图1B所示，微片辐射体100具有一槽孔结构(未标示)，此槽孔结构暴露出部分的基板200的第一表面202。槽孔结构由T字形槽孔110(至虚线为止)、L字形槽孔120a、和反L字形槽孔120b所组成，其中L字形槽孔120a与反L字形槽孔120b互为镜射(mirror-reflected)。T字形槽孔110由第一直线槽孔(垂直部分)和第二直线槽孔(水平部分)所组成，其中第一直线槽孔垂直于微片辐射体100的一侧边(例如长方形的一长边)，并自此侧边垂直地连接至第二直线槽孔的中间位置。L字形槽孔120a的一端垂直地连接至第二直线槽孔的一端，其中L字形槽孔120a的开口方向面向第一直线槽孔。反L字形槽孔120b的一端垂直地连接至第二直线槽孔的另一端，其中反L字形槽孔120b的开口方向面向第一直线槽孔，即相对于L字形槽孔120a的开口方向。短路点(short point)S位于L字形槽孔120a的开口内，其中短路点S穿过基板200而电性连接至接地面300(如图1A所示)。
基于对称原理，短路点S也可位于反L字形槽孔120b的开口内侧或T字形槽孔110靠反L字形槽孔120b一侧，即是反L字形槽孔120b的开口内。
馈入点(Feed Point)F位于L字形槽孔120a与T字形槽孔110的连接端下方，且相邻于微片辐射体100与第一直线槽孔连接的侧边。
本发明的馈入方式可采用直接馈入至微片辐射体100上的馈入点F的方式；以圆柱体探针(Probe)自馈入点F连接至位于接地面300上的同轴连接器的方式；以圆柱体探针自馈入点F连接至位于接地面300上的共面波导(Coplanar Waveguide；CPW)的方式等。
另外，如图1A所示，本第一较佳实施例的微片辐射体100的厚度T1为约0.043mm，基板200的厚度T2为约1.524mm，接地面300的厚度T3为约0.043mm。如图1B所示，微片辐射体100的微片长度L1为约18mm；微片宽度W1为约10.5mm。第二直线槽孔的长度L2为约12.5mm。L字形槽孔120a与反L字形槽孔120b的底边与微片辐射体100的侧边的距离W3为约4.25mm，L字形槽孔120a与反L字形槽孔120b的底边与第二直线槽孔的距离W2为约3.5mm，而槽孔宽度D1为约0.5mm，第一直线槽孔的长度(W2+W3-D1)为约7.25mm。L字形槽孔120a与反L字形槽孔120b的底边的长度L3为约3mm，而短路点S与L字形槽孔120a的底边的距离为约1.25mm，馈入点F与微片辐射体100的左侧边(标示有W3的侧边)的距离为约3mm。
本发明的具有槽孔结构的微带天线可直接制作如图1B所示的金箍形微带幅射元件而成，也可在一长方形微片辐射体上，分别设置T字形槽孔、L字形槽孔和反L字形槽孔而成。由以上的规格、制作材料与方式可知，本第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线确实具有体积小，制作成本低的优点。
以上所述的短路点S与馈入点F的位置、以及微带天线的尺寸与形状仅为举例说明，并不作为对本发明的限制。
请参照图2，其为本发明第二较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的俯视示意图。其中，本第二较佳实施例的短路点S与馈入点F的位置、以及微带天线的尺寸与前述的第一较佳实施例不同。本第二较佳实施例的馈入点F相邻于微片辐射体100的左侧边(标示有W3的侧边)，且与微片辐射体100连接于第一直线槽孔的侧边相距约4.75mm；短路点S相邻于前述的侧边，且与微片辐射体100的左侧边相距约5mm。
并且，本第二较佳实施例的微片辐射体100的微片长度L1为约12mm；微片宽度W1为约9mm。第二直线槽孔的长度L2为约12mm。L字形槽孔120a与反L字形槽孔120b的底边与微片辐射体100的侧边的距离W3为约4.75mm，L字形槽孔120a与反L字形槽孔120b的底边与第二直线槽孔的距离W2为约2.5mm，而槽孔宽度D1为约0.5mm，第一直线槽孔的长度(W2+W3-D1)为约6.75mm。L字形槽孔120a与反L字形槽孔120b的底边的长度L3为约1.75mm。由以上的规格可知，本第二较佳实施例可进一步缩小微带天线的体积。
综上所述，本发明的第二直线槽孔的长度L2对微片辐射体100的微片长度L1的比值介于约0.5至约0.7之间；第一直线槽孔的长度(W2+W3)对微片辐射体的微片宽度W1的比值介于约0.6至约0.8之间；L字形槽孔120a和反L字形槽孔120b与第一直线槽孔平行的长度(W2-D1)对第一直线槽孔的长度(W2+W3)的比值介于约0.25至约0.5之间；L字形槽孔120a和反L字形槽孔120b与第二直线槽孔平行的长度L3对第二直线槽孔的长度L2的比值介于约0.2至约0.3之间；槽孔结构的宽度D1介于约0.3mm至约1.1mm之间。
再者，请参照图3，其为本发明第三较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线的俯视示意图。本第三较佳实施例地微带天线呈现出金箍形云雷纹状(由弧线所构成的拉丁C字形)，即槽孔结构与微片辐射体均由弧线所构成。其中位于第一表面202中的微片辐射体400具有一弧线形状，其槽孔结构由实质T字形槽孔410、第一弧钩形槽孔420a、和第二弧钩形槽孔420b所组成，其中第一弧钩形槽孔420a与第二弧钩形槽孔420b互为镜射。实质T字形槽孔410由第一弧线槽孔(垂直部分)和第二弧线槽孔(水平部分)所组成，其中第一弧线槽孔垂直于微片辐射体400的一侧边，并自此侧边垂直地连接至第二弧线槽孔的中间位置。第一弧钩形槽孔420a的一端垂直地连接至第二弧线槽孔的一端，第一弧钩形槽孔420a的开口方向面向第一弧线槽孔。第二弧钩形槽孔420b的一端垂直地连接至第二弧线槽孔的另一端，第二弧钩形槽孔420b的开口方向面向第一弧线槽孔。并且，本实施例的短路点S可位于第一弧钩形槽孔420a或第二弧钩形槽孔420b的开口内。馈入点F位于实质T字形槽孔410的第一弧线槽孔420a的同一侧，并相邻于第一弧线槽孔与微片辐射体400连接的侧边。如同第一较佳实施例，本实施例的接地面(未示出)形成于与基板(未示出)的第一表面202相对的第二表面(未示出)上，其中短路点S穿过基板而电性连接至接地面。
此外，本发明的宽频天线装置具有相当优良的天线特性。请参照图4A，其为本发明第一较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线关于驻波比的测量数据图。其中当天线操作于频率约8.5GHz时，驻波比为约1∶1.02，若以驻波比等于约1∶1.8为基准，中心频率约8.3GHz时，本第一较佳实施例的微带天线可提供约1000MHz的频宽，足以满足UWB的要求。请参照图4B，其为本发明第二较佳实施例的具有槽孔结构的微带天线关于驻波比的测量数据图。其中当天线操作于频率约7.92GHz时，驻波比为约1∶1.07，若以驻波比等于约1∶1.8为基准，中心频率约7.94GHz时，本第二较佳实施例的微带天线可提供约400MHz的频宽，已可满足UWB的可能需求。
请参照图5A和图5B，图5A为本发明第一较佳实施例操作于8.5GHz时的垂直面辐射场型的数据图，其中Φ＝0°；图5B为本发明第一较佳实施例操作于8.5GHz时的垂直面辐射场型的数据图，其中Φ＝90°。从图5A和图5B可得知，本第一较佳实施例的辐射场型呈现相当优良的指向性辐射场型，足以满足使用者的需求。请参照图6A至图6C，图6A为本发明第二较佳实施例操作于7.926Hz时的垂直面辐射场型的数据图，其中Φ＝0°；图6B为本发明第二较佳实施例操作于7.92GHz时的垂直面辐射场型的数据图，其中Φ＝90°；图6C为本发明第二较佳实施例操作于7.92GHz时的水平面辐射场型的数据图，其中θ＝0°。从图6A至图6C可得知，本第二较佳实施例的辐射场型呈现优良的指向性辐射场型，足以满足使用者的需求。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明的优点为可大幅地缩小天线体积，并减少制作成本；有效地提供足够频宽，而可满足UWB的频宽要求。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种微带天线，其特征在于，具有一槽孔结构，该微带天线至少包括一基板，具有相互平行的一第一表面和一第二表面；以及一微片辐射体，位于该基板的该第一表面中，该微片辐射体具有该槽孔结构，以暴露出部分的该基板，该槽孔结构具有一T字形槽孔，由一第一直线槽孔和一第二直线槽孔所组成，该第一直线槽孔垂直于该微片辐射体的一侧边，并自该侧边垂直地连接至该第二直线槽孔的中间位置；一L字形槽孔，该L字形槽孔的一端垂直地连接至该第二直线槽孔的一端，该L字形槽孔的开口方向面向该第一直线槽孔；以及一反L字形槽孔，该反L字形槽孔的一端垂直地连接至该第二直线槽孔的另一端，该反L字形槽孔的开口方向面向该第一直线槽孔。
2.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，该微带天线还具有一接地面，位于该基板的该第二表面上；一馈入点，位于该L字形槽孔与该T字形槽孔的一连接端的下方，且相邻于该微片辐射体与该第一直线槽孔连接的该侧边；以及一短路点，位于该L字形槽孔或该反L字形槽孔的开口内，该短路点穿过该基板而电性连接至该接地面。
3.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，该微片辐射体的形状为一长方形，该微片辐射体的该侧边为该长方形的一长边。
4.根据权利要求3所述的微带天线，其特征在于，该第二直线槽孔的长度对该长方形的该长边的长度的比值介于0.5至0.7之间。
5.根据权利要求3所述的微带天线，其特征在于，该第一直线槽孔的长度对该长方形的短边长度的比值介于0.6至0.8之间。
6.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，该L字形槽孔和该反L字形槽孔与该第一直线槽孔平行的长度对该第一直线槽孔的长度的比值介于0.25至0.5之间。
7.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，其中该L字形槽孔和该反L字形槽孔与该第二直线槽孔平行的长度对该第二直线槽孔的长度的比值介于0.2至0.3之间。
8.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，该槽孔结构的宽度介于0.3mm至1.1mm之间。
9.一种微带天线，其特征在于，具有一槽孔结构，该微带天线至少包括一基板，具有相互平行的一第一表面和一第二表面；以及具有一弧线形状的一微片辐射体，位于该基板的该第一表面中，该微片辐射体具有该槽孔结构，以暴露出部分的该基板，该槽孔结构具有一实质T字形槽孔，由一第一弧线槽孔和一第二弧线槽孔所组成，该第一弧线槽孔垂直于该微片辐射体的一侧边，并自该侧边垂直地连接至该第二弧线槽孔的中间位置；一第一弧钩形槽孔，该第一弧钩形槽孔的一端垂直地连接至该第二弧线槽孔的一端，该第一弧钩形槽孔的开口方向面向该第一弧线槽孔；以及一第二弧钩形槽孔，该第二弧钩形槽孔的一端垂直地连接至该第二弧线槽孔的另一端，该第二弧钩形槽孔的开口方向面向该第一弧线槽孔。
10.根据权利要求9所述的微带天线，其特征在于该微带天线还具有一接地面，位于该基板的该第二表面上；一馈入点，位于该实质T字形槽孔的该第一弧线槽孔的同一侧，并相邻于该第一弧线槽孔与该微片辐射体连接的该侧边；以及一短路点，位于该第一弧钩形槽孔或该第二弧钩形槽孔的开口内，该短路点穿过该基板而电性连接至该接地面。
全文摘要
本发明涉及一种具有槽孔结构的微带天线，借以提供足够频宽，来满足天线需求，该微带天线包括基板和具有槽孔结构的微片辐射体，其中微片辐射体形成于基板上，而槽孔结构是由T字形槽孔、L字形槽孔与反L字形槽孔所组成，其中L字形槽孔和与反L字形槽孔互为镜射。本发明可大幅地缩小天线体积，并减少制作成本；有效地提供足够频宽，而可满足超宽频的频宽要求。
文档编号H01Q13/10GK1881688SQ20051007752
公开日2006年12月20日 申请日期2005年6月17日 优先权日2005年6月17日
发明者刘一如, 鲁金花 申请人:智易科技股份有限公司