专利名称：双频段多模阵列天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种平板天线(patch antenna)，特别涉及一种双频段多模阵列天线。
背景技术：
近年来，随着无线通讯技术和半导体工艺的快速发展，使得无线通讯和卫星通讯，诸如卫星定位系统、卫星直播(Direct BroadcastingSatellite；DBS)、卫星行动通信(mobile satellite；MSAT)、无线电话、无线局域网络系统、无线用户交换机、无线区域呼叫…等通讯网路，有如雨后春笋般的产生。无线通讯系统主要由发射/接收机及天线所组成，其中天线是负责收/发射信号在空气中电磁能量转换的桥梁，为通信系统中不可或缺的基本配备，亦为目前研发工作的一项重心。目前，天线的制作以印刷电路板方式较受到制造厂商的青睐，其具有制造容易与成本低廉等优点。
无线通讯常使用的通讯标准为电子电机工程师协会(InstituteElectrical and Electronic Engineer，IEEE)所制定的IEEE802.11a与IEEE802.11b，其中IEEE802.11a使用于5GHz的频段，而IEEE802.11b使用于2.4GHz的频段。因此，天线基板分别对应其所使用的频段而进行设计，然而当无线通讯系统需同时使用两种不同频率范围时，则需搭配二种频段所对应的天线，如此一来，于使用上将造成相当大的不便。因此，目前天线的设计均朝向双频天线的趋势发展，藉以符合多频段使用的需求。此外，在许多电子装置均朝向轻、薄、短、小等设计趋势发展下，传统天线结构已不符合趋势要求，因此，如何缩小天线尺寸并同时兼顾天线的效能，遂成为一极重要的研究课题。
发明内容
鉴于以上的问题，本实用新型的主要目的在于提供一种双频段多模阵列天线，藉以解决现有技术所存在的问题。
本实用新型所揭示的双频段多模阵列天线，可缩小天线尺寸并同时兼顾天线的效能。
因此，为达上述目的，本实用新型所揭示的双频段多模阵列天线，包括一天线基板和一传导基板。于此，传导基板连接于天线基板，并与天线基板形成一交角。于天线基板上具有数个天线单元，而每一天线单元具有一馈入孔。传导基板则包括有一对称性馈入网络以及一第一接地部；于此，对称性馈入网络是设置于传导基板的一表面上，而第一接地部设置于传导基板的另一表面上。其中，对称性馈入网络和第一接地部可透过馈入孔而电性连结至每一天线单元，以致使各个天线单元间以并联方式而电性连结。
于此，天线基板和传导基板间的较佳交角为约90度角。再者，每一天线单元的馈入孔位于同一直线上。
此外，对称性馈入网络包括有一讯号馈入部和数个蜿蜒线路。于此，藉由蜿蜒线路可将每一馈入孔电性连结至讯号馈入部。并且，此对称性馈入网络以讯号馈入部为中心而形成对称架构，以致从讯号馈入部到每一天线单元的相位大致上相等。
在传导基板连结天线基板的一侧边上，更具有数个凸缘，且这些凸缘分别对应于一馈入孔。因此，在组装此双频段多模阵列天线时，可将这些凸缘插置于其所对应的馈入孔，以稳固地连结天线基板和传导基板。
另外，天线单元包括有一对以上的辐射部以及一对以上的第二接地部。每一辐射部相对于一第二接地部，并且二者分别设置于天线基板的二表面上。其中，每一辐射部包括有一对双频辐射单元和一功率分配单元。每一双频辐射单元具有一第一频段辐射微带与两个第二频段辐射微带，以辐射馈入双频段多模阵列天线的馈入讯号，而功率分配单元则电性连接至双频辐射单元，并透过馈入孔与对称性馈入网络电性连结，以平均分配相应馈入讯号的馈入功率至每一双频辐射单元。再者，每一第二接地部对称于一辐射部，并包括有一对双频接地单元和一功率分配单元。每一双频接地单元具有一第一频段接地微带与两个第二频段接地微带，且第一和第二频段接地微带分别对称于第一和第二频段辐射微带，而功率分配单元则电性连接至双频接地单元，并透过馈入孔而电性连结至第一接地部。
于此，第一频段辐射微带的长度大于第二频段辐射微带的长度，并且第一频段接地微带的长度大于第二频段接地微带的长度。而此功率分配单元概略呈一T字形结构。再者，在辐射部中，此第一频段辐射微带可透过一第一传导微带而连接至辐射部的功率分配单元；同样地，在接地部中，第一频段接地微带则可透过一第一传导微带而连接至接地部的功率分配单元。其中，第一频段辐射微带以大致上垂直的方式与第一传导微带电性相连，并且第一频段接地微带与第一传导微带以大致上垂直的方式电性相连。
同样地，在辐射部中，此第二频段辐射微带可分别透过第二和第三传导微带而连接至辐射部的功率分配单元，而在接地部中，第二频段接地微带亦可透过第二和第三传导微带而连接至接地部的功率分配单元。于此，第二和第三微带线分别具有一蜿蜒路径，且概略呈U字形结构。并且，每一第二频段辐射微带分别以大致上垂直的方式电性连接辐射部的第二和第三传导微带；同样地，第二频段接地微带亦分别以大致上垂直的方式电性连接接地部的第二和第三传导微带。其中，连接第二传导微带的第二频段辐射微带和第二频段接地微带朝彼此相反的方向而延伸(于此是以与第二传导微带的连接处来看)，而连接第三传导微带的第二频段辐射微带和第二频段接地微带亦是朝彼此相反的方向而延伸(于此是以与第三传导微带的连接处来看)。
此外，本实用新型所揭示的双频段多模阵列天线，更包括有一反射板，其与天线基板分别设置于传导基板的两侧，且平行于天线基板，用以反射天线单元所辐射的讯号，以增加双频段多模阵列天线的指向性。
并且，本实用新型所揭示的双频段多模阵列天线，更包括有一座体、设置于座体上的一连接器、一金属导线以及与座体相连接的一外壳。于此，金属导线的一端电性连接至对称性馈入网络和第一接地部，而另一端则电性连接至连接器。外壳用以包覆天线基板、传导基板与反射板，藉以保护天线基板、传导基板与反射板。
在反射板上可设置有一个以上的凸缘，因而可透过凸缘而插置入于座体和/或外壳上所对应的至少一插槽内，以固定此反射板。
本实用新型符合多频段使用的需求，缩小了天线尺寸，并同时兼顾了天线的效能。
有关本实用新型的特征与实作，现配合图示作最佳实施例详细说明如下。
图1为本实用新型第一实施例的双频段多模阵列天线的示意图；图2A为图1中的天线单元的一表面的示意图，其中在此表面上设置有辐射部的微带线路图形；
图2B为图1中的天线单元的另一表面的示意图，其中在此表面上设置有第二接地部的微带线路图形；图3为本实用新型第二实施例的双频段多模阵列天线的示意图；图4为本实用新型第三实施例的双频段多模阵列天线的立体分解示意图；图5A为本实用新型所述的第一频段的E-极化的辐射场形图；图5B为本实用新型所述的第一频段的H-极化的辐射场形图；图6A为本实用新型所述的第二频段的E-极化的辐射场形图；以及图6B为本实用新型所述的第二频段的H-极化的辐射场形图。
其中，附图标记说明如下110 天线基板120 天线单元121 馈入孔122 辐射部123 双频辐射单元123a 第一频段辐射微带123b 第二频段辐射微带123c 第二频段辐射微带1230 第一传导微带1231 第二传导微带1232 第三传导微带124 功率分配单元124a 末端124b 侧臂124c 侧臂
125 第二接地部126 双频接地单元126a 第一频段接地微带126b 第二频段接地微带126c 第二频段接地微带127 功率分配单元130 传导基板132 凸缘134 缺口140 对称性馈入网络142 讯号馈入部150 反射板151 凸缘152 凸缘170 金属导线190 连接器210 座体230 外壳具体实施方式
传统的阵列天线是将天线图形和馈入网络图形设置于同一表面上(即，设置于同一基板上)，而本实用新型藉由将天线图形和馈入网络图形分开设置(即，分别设置于一基板上)，并且藉由将二基板以相交的方式相互连结来达到缩小天线结构的平面尺寸。
请参照图1，是为第一实施例的双频段多模阵列天线的示意图，包括有一天线基板110和一传导基板130。
于此，天线基板110连接至传导基板130，并形成一交角。其中，此交角较佳为约90度角，也就是说，二基板连结后呈现出垂直的状态。
于天线基板110上设置有微带线路图形，以形成数个天线单元120。这些天线单元120分别配置有一馈入孔121，并且这些馈入孔121设置于同一直线上。
传导基板130的一表面上设置有微带线路图形，以形成对称性馈入网络140。此对称性馈入网络140透过馈入孔121电性连结至各个天线单元120，以致使各个天线单元120以并联方式相互连结。此对称性馈入网络140具有一讯号馈入部142，并以此讯号馈入部142为中心形成对称架构。
再者，由讯号馈入部142到各个馈入孔121间具有相异的蜿蜒线路，以使由讯号馈入部142到每一天线单元120的相位均相等，如此一来，可使场形达到最佳化。此外，于蜿蜒线路上可藉由调整(增加或缩小)线路宽度来调整匹配线路所需的阻抗值。
此外，在传导基板130的另一表面上则配置有第一接地部(图中未显示)。于此，此第一接地部可布满传导基板130的另一表面的整个表面。然而，此第一接地部亦可仅相应于对称性馈入网络140而配置，即，对应于对称性馈入网络140的位置和图形而于另一表面上配置一第一接地部，并且使对称性馈入网络140与第一接地部重迭且相对位于第一接地部内。换句话说，第一接地部的各部位面积均大于对称性馈入网络140的各个相对的部位。
于此，天线基板110和传导基板130的材质可为玻璃纤维或类似材质。其中，在传导基板130于连接天线基板110的一侧边上，于对应每个馈入孔121的位置处，分别设计有一凸缘132，在天线组装时，可将此些凸缘132嵌入于馈入孔121中，而致使天线基板110和传导基板130可稳固地连结。
每一天线单元120包括有一对辐射部122和一对第二接地部(图中未显示)，并且辐射部122和第二接地部(图中未显示)分别设置于天线基板110的二表面上。换句话说，辐射部122设置于天线基板110的上表面(即，与传导基板130位于天线基板110的不同侧)，以及第二接地部(图中未显示)则设置于天线基板110的下表面(即，与传导基板130位于天线基板110的同侧)。
请参照图2A，图2A为图1中的天线单元的一表面的示意图，于此表面上设置有辐射部的微带线路图形。每一辐射部122具有对称的双频辐射单元123和一功率分配单元124。此双频辐射单元123具有对称设置的第一频段辐射微带123a与第二频段辐射微带123b、123c。
其中，第一频段(例如2.4GHz)辐射微带123a，是垂直电性连结至第一微带线1230的一端。第二频段(例如5GHz)辐射微带123b，是垂直且电性连结至第二微带线1231的一端。此第二微带线1231具有一蜿蜒路径，且概略呈一U字形。第二频段(例如5GHz)辐射微带123c，是垂直电性连结至第三微带线1232的一端。此第三微带线1232具有一蜿蜒路径，且概略呈一U字形，并与第二微带线1231对称设置。
另外，第一频段辐射微带123a具有与第二频段辐射微带123b、123c相反的延伸方向，即若第一频段辐射微带123a向天线基板110的一侧边延伸时，则第二频段辐射微带123b、123c则是朝向天线基板110的另一侧边延伸(于此，是分别以其连接至微带线的一端为基准)。
功率分配单元124，分别透过第一微带线1230、第二微带线1231及第三微带线1232连接至第一频段辐射微带123a与第二频段辐射微带123b、123c，用以平均分配相应于馈入讯号的馈入功率至其所连接的每一双频辐射单元123中，而此功率分配单元124概略呈一T字形结构。其中，功率分配单元124的两侧臂124b、124c分别电性连结至一双频辐射单元123，以及功率分配单元124的末端124a则电性连结至另一辐射部的功率分配单元的末端(图中未显示)，以构成一完整天线图形。于此，射频讯号是由功率分配单元124的末端124a馈入，也就是说，功率分配单元124的末端124a透过馈入孔121而电性连结至对称性馈入网络(图中未显示)。
于此，可依据实际天线设计需求，而使功率分配单元124的末端124a的延伸方向与第二频段辐射微带123c的延伸方向相同，亦或是与第二频段辐射微带123c的延伸方向相反。
再参照图2B，图2B为第1图中的天线单元的另一表面的示意图，于此表面上设置有第二接地部的微带线路图形。于此，第二接地部125同样具有对称的双频接地单元126和一功率分配单元127，并且此第二接地部125的微带线路图形对称于另一表面的辐射部122的微带线路图形，即第一频段辐射微带123a、第二频段辐射微带123b、123c分别与第一频段接地微带126a、第二频段接地微带126b、126c的延伸方向相反且天线图形对称。而此功率分配单元127的两侧臂分别电性连结至一双频接地单元126，以及功率分配单元127的末端亦电性连结至另一第二接地部的功率分配单元的末端(图中未显示)，以构成一完整天线图形。于此，功率分配单元127的末端同样是透过馈入孔121而电性连结至传导基板的第一接地部(图中未显示)。
于此，虽然仅以具有一对辐射部和分别与辐射部对称的一对第二接地部的天线单元进行说明，然而事实上亦可采用具有二对或二对以上的辐射部和第二接地部的天线单元，其中天线图形则如同上文中所描述，且每一辐射部分别对称于一第二接地部。
再者，更包括有一反射板150，如图3所示。此反射板150平行于天线基板110，且设置于传导基板130相对于连结天线基板110的一侧，即是与天线基板110分别位于传导基板130的相对的二侧边。其中，此反射板150是为一平面板，且材质是为金属材质，其利用金属材质对电磁波具有屏蔽作用，来将天线单元120所产生的辐射讯号反射至一特定方向，以增加天线方向性的增益值。
此外，更包括有一金属导线170、一连接器190、座体210和一外壳230，如图4所示。
反射板150的两端分别具有二凸缘151、152，可用以插置于座体210上的插槽与外壳230上的插槽，藉以固定反射板150。
座体210概略呈现一L形，用以固定于一支撑架(图中未显示)上。并且，座体210中设有一连接器190，于此连接器190的一端藉由金属导线170而电性连接至传导基板130上的讯号馈入部142，而连接器190的另一端用以连接至一电子装置(图中未显示)。其中，传导基板130于讯号馈入部142的末端处，具有一缺口134，以致于当讯号馈入部142与金属导线170电性连接时，可方便设置此连接的金属导线170。
外壳230可与座体210相接，用以包覆天线基板110、传导基板130与反射板150，以达到保护天线基板110、传导基板130与反射板150的作用，请参照图4，图4为本实用新型的立体结合示意图，座体210与外壳230形成一密合体，用以包覆天线基板110、传导基板130与反射板150。
本实用新型更提出实际测试的辐射场形图，分别以第一频段的频率2.4GHz、2.45GHz及2.5GHz与第二频段的频率5.1GHz、5.5GHz及5.9GHz作不同测试，请参照图5A，图5A为第一频段的E-极化的辐射场形图，请参照图5B，图5B为第一频段的H-极化的辐射场形图，请参照图6A，图6A为第二频段的E-极化的辐射场形图，请参照图6B，图6B为第二频段的H-极化的辐射场形图。
以上所述，仅为本实用新型中的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆为本实用新型专利范围所涵盖。
权利要求1.一种双频段多模阵列天线，其特征在于，包括一天线基板，具有数个天线单元，其中每一该天线单元具有一馈入孔；以及一传导基板，连接至该天线基板，并与该天线基板形成一交角，其中该传导基板包括有一对称性馈入网络，设置于该传导基板的一表面上；以及一第一接地部，设置于该传导基板的另一表面上；其中，该对称性馈入网络和该第一接地部透过该馈入孔电性连结至该天线单元，使该天线单元以并联方式相互电性连结。
2.如权利要求1所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该交角约为90度角。
3.如权利要求1所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该对称性馈入网络包括有一讯号馈入部；以及数个蜿蜒线路，分别将每一该馈入孔连接于该讯号馈入部；其中，该对称性馈入网络以该讯号馈入部为中心而形成一对称架构。
4.如权利要求3所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该讯号馈入部到每一该天线单元的相位相等。
5.如权利要求1所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，每一该天线单元的该馈入孔位于同一直线上。
6.如权利要求1所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该传导基板更包括有数个凸缘，设置于连结该天线基板的一侧边上，且分别对应该其中之一的馈入孔，用以插置于对应的该馈入孔内。
7.如权利要求1所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该天线单元包括有至少一对辐射部，设置于该天线基板的一表面上，其中每一该辐射部包括有一对双频辐射单元，其中每一该双频辐射单元具有一个第一频段辐射微带与两个第二频段辐射微带，以辐射馈入该双频段多模阵列天线的馈入讯号；以及一功率分配单元，电性连接至该双频辐射单元，并透过该馈入孔而电性连结至该对称性馈入网络，以平均分配相应该馈入讯号的馈入功率至每一该双频辐射单元；以及至少一对第二接地部，设置于该天线基板的另一表面上，其中，每一该第二接地部对称于该辐射部中之一，并包括有一对双频接地单元，其中每一该双频接地单元包括有一第一频段接地微带，对称于所对称的该辐射部的该第一频段辐射微带；以及两个第二频段接地微带，分别对称于所对称的该辐射部的该第二频段辐射微带；以及一功率分配单元，电性连接至该双频接地单元，并透过该馈入孔而电性连结至该第一接地部。
8.如权利要求7所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该第一频段辐射微带的长度大于该第二频段辐射微带的长度，并且该第一频段接地微带的长度大于该第二频段接地微带的长度。
9.如权利要求7所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该功率分配单元约呈一T字形结构。
10.如权利要求7所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，于该辐射部中，该第一频段辐射微带透过一第一传导微带而连接至该辐射部的该功率分配单元；以及在该接地部中，该第一频段接地微带透过一第一传导微带而连接至该接地部的该功率分配单元。
11.如权利要求10所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该第一频段辐射微带与该辐射部的该第一传导微带系以大致上垂直的方式电性相连；以及该第一频段接地微带与该接地部的该第一传导微带以大致上垂直的方式电性相连；其中，该第一频段辐射微带与该第一频段接地微带朝彼此相反的方向延伸。
12.如权利要求7所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，于该辐射部中，该第二频段辐射微带分别透过一第二和一第三传导微带而连接至该辐射部的该功率分配单元；以及于该接地部中，该第二频段接地微带透过一第二和一第三传导微带而连接至该接地部的该功率分配单元。
13.如权利要求12所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该第二微带线具有一蜿蜒路径，且约呈一U字形结构。
14.如权利要求12所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该第三微带线具有一蜿蜒路径，且约呈一U字形结构。
15.如权利要求12所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该第二频段辐射微带与该辐射部的该第二传导微带以大致上垂直的方式电性相连；以及该第二频段接地微带与该接地部的该第二传导微带以大致上垂直的方式电性相连；其中，该第二频段辐射微带与该第二频段接地微带朝彼此相反的方向延伸。
16.如权利要求12所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该第二频段辐射微带与该辐射部的该第三传导微带以大致上垂直的方式电性相连；以及该第二频段接地微带与该接地部的该第三传导微带以大致上垂直的方式电性相连；其中，该第二频段辐射微带与该第二频段接地微带朝彼此相反的方向延伸。
17.如权利要求12所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，还包括有一反射板，与该天线基板分别设置于该传导基板的两侧，且平行于该天线基板，反射该天线单元辐射的讯号，藉以增加该双频段多模阵列天线的指向性。
18.如权利要求12所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，还包括有一座体；一连接器，设置于该座体上；一金属导线，其中该金属导线的一端电性连接至该对称性馈入网络和该第一接地部，并且该金属导线的另一端电性连接至该连接器；以及一外壳，与该座体相连接，用以包覆该天线基板、该传导基板与该反射板，藉以保护该天线基板、该传导基板与该反射板。
19.如权利要求18所述的双频段多模阵列天线，其特征在于，该反射板具有一个以上的凸缘，用以插置于在该座体和该外壳中的，并且至少其一上所对应的至少一插槽内，藉以固定该反射板。
专利摘要一种双频段多模阵列天线，包括一天线基板，具有多个天线单元，其中每一天线单元具有一馈入孔；以及一传导基板，连接至天线基板而与天线基板形成一交角，其中此传导基板包括有一对称性馈入网络，设置于传导基板的一表面上；以及一第一接地部，设置于传导基板的另一表面上；其中，对称性馈入网络和第一接地部透过馈入孔电性连结至每一天线单元，并致使天线单元间以并联方式相互电性连结；本实用新型符合多频段使用的需求，缩小了天线尺寸，并同时兼顾了天线的效能。
文档编号H01Q13/08GK2802743SQ20052001934
公开日2006年8月2日 申请日期2005年6月7日 优先权日2005年6月7日
发明者吴忠翰, 宋家驹 申请人:寰波科技股份有限公司