偶极阵列天线的制作方法

本实用新型指一种偶极阵列天线，尤指一种辐射体呈现蜿蜒(meander)走线布局的偶极阵列天线。

背景技术：

现今无线网络通信产品越来越多元化，为了达到轻、薄、短、小的外观，产品尺寸往往会受到诸多限制。单极(monopole)天线、平面倒F天线(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)或偶极(dipole)天线常作为网络通信产品的内建天线。然而，天线效能深受与其周围环境所影响，例如产品所能提供的空间大小、电路板及机构件等邻近金属元件的配置会影响天线的辐射场型，进而限缩天线的操作带宽，并降低辐射效率，如此不利于实际信号收发，也会缩小通信范围。因此，内建天线如何达到宽带及提升辐射效率以增加通信范围，乃是本领域的一大技术挑战。

技术实现要素：

因此，本实用新型的主要目的即在于提供一种辐射体呈现蜿蜒走线布局的偶极阵列天线，以可在不影响天线效能的情况下，有效缩减天线尺寸。

本实用新型揭露一种偶极阵列天线，用于一无线通信装置，包含有一馈入端、一接地端、一第一传输线、一第二传输线以及多个天线单元。该馈入端用来馈入一射频信号。该第一传输线电性连接于该馈入端，从该馈入端朝一第一方向延伸，该第二传输线电性连接于该接地端，从该馈入端朝该第一方向延伸。该多个天线单元电性连接于该第一传输线及该第二传输线，其中每一天线单元包含一第一辐射体以及一第二辐射体。该第一辐射体电性连接于该第一传输线，包含一第一支臂，电性连接该第一传输线，并朝一第一方向延伸；以及一第二支臂，电性连接该第一传输线，并朝该第一方向延伸。第二辐射体电性连接于该第二传输线，包含一第三支臂，电性连接于该第二传输线，并朝该第一方向的反向延伸；以及一第四支臂，电性连接于该第二传输线，并朝该第一方向的反向延伸；其中该第一支臂及该第二支臂从该第一传输线延伸到至少四分之一支臂长度的电流路径呈直线走线布局，且接续延伸到至多四分之三支臂长度的电流路径呈蜿蜒(meander)走线布局，该第三支臂及该第四支臂从该第二传输线延伸到至少四分之一支臂长度的电流路径呈直线走线布局，且接续延伸到至多四分之三支臂长度的电流路径呈蜿蜒走线布局。

其中，该偶极阵列天线另包含：

一基板，包含：

一第一层，该馈入端、该第一传输线及该第一辐射体形成于该第一层；以及

一第二层，该接地端、该第二传输线及该第二辐射体形成于该第二层。

其中，该第一层及该第二层为该基板上彼此背对的两表面层，该第一层另包含一辅助接地端，该基板另包含至少一导电通孔，该至少一导电通孔该贯通该基板以电性连接该接地端及该辅助接地端。

其中，该第一传输线及该第二传输线为一串接式馈入网络，该第一传输线从该馈入端朝该第一方向延伸，该第二传输线从该接地端朝该第一方向延伸，且该第一传输线及该第二传输线在该第一方向上连接该多个天线单元。

其中，该第一传输线及该第二传输线为一并列式馈入网络，该第一传输线及该第二传输线从该馈入端沿该第一方向延伸后，朝一第二方向延伸至该多个天线单元，其中该第一方向垂直于该第二方向。

其中，该多个天线单元中的二者在该第一方向上相距该第一支臂的两倍支臂长度，且该第一支臂的支臂长度为该射频信号的四分之一波长。

其中，该多个天线单元中至少一天线单元的该第一支臂及该第二支臂的末端呈现圆弧状。

其中，该第一支臂及该第二支臂以该第一馈入传输线的延伸线为中心而呈现对称结构，该第三支臂及该第四支臂以该第二馈入传输线的延伸线为中心而呈现对称结构。

其中，该第一支臂呈现一L形状，且该第二支臂呈现一反L形状，该第三支臂呈现一倒L形状，且该第四支臂呈现一倒反L形状。

其中，该第一辐射体另包含一匹配元件，电性连接于该第一传输线、该第一支臂及该第二支臂，用来匹配该第一辐射体的输入阻抗。

换言之，本实用新型的偶极阵列天线将天线单元的辐射体的每一支臂在直线走线布局的电流路径经过至少十六分之一波长后，接续延伸到支臂开路端的电流路径使其呈现蜿蜒布局，使信号能量可有效辐射，并达到缩小天线尺寸的目标。

附图说明

图1本实用新型实施例一天线的透视图。

图2本实用新型实施例图1的天线的第一视角(正面)图。

图3本实用新型实施例图1的天线的第二视角(背面)图。

图4本实用新型实施例另一天线的透视图。

图5本实用新型实施例另一天线的透视图。

其中，附图标记：

10、40、50 天线

E1、E2 天线单元

11、12、13、14 辐射体

15、16、45、46、55、56 馈入传输线

17、47、57 基板

18 馈入端

191、192 接地端

RF_sig 射频信号

111、112、121、122、131、132、141、 支臂

142

113、133 匹配元件

X、Y、Z 方向

具体实施方式

图1至图3分别为本实用新型实施例一天线10的透视图、第一视角(正面) 图及第二视角(背面)图。天线10可用于一无线通信装置，例如无线配接器 (Wireless Dongle)、蓝牙通信装置、智能型手机、平板计算机、网络摄影机 (Internet Protocol，IP Camera)、无线存取点(Wireless Access Point)、以及个人计算机等。无线通信装置可包含一无线通信模块(未绘于图1至图3)，用来产生一射频信号RF_sig至天线10，以及处理天线10接收的射频信号，以实现无线通信。

如图1所示，天线10为一偶极阵列天线(dipole array antenna)，其包含多个天线单元，每一天线单元包含二偶极天线(或呈偶极结构的辐射体)。于本实施例中，天线10包含天线单元E1及E2，其中天线单元E1包含辐射体11 及12，而天线单元E2包含辐射体13及14。天线10另包含馈入传输线15及 16、一基板17、一馈入端18以及一接地端192。

辐射体11包含支臂111及112以及一匹配元件113。匹配元件113电性连接于馈入传输线15及支臂111及112，用来匹配辐射体11的输入阻抗。支臂 111及112皆电性连接于匹配元件113，并分别从匹配元件113朝+Z方向延伸，且两者相对于馈入传输线15的延伸线呈现对称结构，具体而言，支臂111呈现 L形状，而支臂112呈现反L形状。若省略匹配元件113，则支臂111及112 可直接从馈入传输线15延伸出。支臂111及112的电流路径长度(即，从匹配元件113或馈入传输线15分别延伸至支臂111及112的开路端的长度)为射频信号RF_sig的四分之一波长。支臂111及112从匹配元件113或馈入传输线 15延伸到至少为射频信号RF_sig的十六分之一波长(λ/16)的电流路径呈直线走线布局，接续延伸到开路端的电流路径呈蜿蜒(meander)走线布局。换言之，支臂111及112的电流路径中，至少四分之一的电流路径呈直线走线布局，至多四分之三的电流路径呈蜿蜒走线布局，如此可在不影响天线效能的情况下，有效缩减天线尺寸。

辐射体12包含支臂121及122。支臂121及122皆电性连接于馈入传输线 16，并分别从馈入传输线16朝-Z方向延伸，且两者相对于馈入传输线16的延伸线呈现对称结构，具体而言，支臂121呈现倒L形状，而支臂122呈现倒反 L形状。支臂121及122的电流路径长度(即，从馈入传输线16分别延伸至支臂121及122的开路端的长度)为射频信号RF_sig的四分之一波长。支臂121 及122分别从馈入传输线16延伸到至少为射频信号RF_sig的十六分之一波长的电流路径呈直线走线布局，接续延伸到开路端的电流路径呈蜿蜒走线布局。换言之，支臂121及122的电流路径中，至少四分之一的电流路径呈直线走线布局，至多四分之三的电流路径呈蜿蜒走线布局，如此可在不影响天线效能的情况下，有效缩减天线尺寸。当然，支臂121及122与馈入传输线16连接处亦可有类似113的一匹配元件。

相似地，辐射体13包含支臂131及132以及一匹配元件133。匹配元件133 电性连接于馈入传输线15及支臂131及132，用来匹配辐射体13的输入阻抗。支臂131及132皆电性连接于匹配元件133，并分别从匹配元件133朝+Z方向延伸，且两者相对于馈入传输线15的延伸线呈现对称结构，具体而言，支臂 131呈现L形状，而支臂132呈现反L形状。若省略匹配元件133，则支臂131 及132可直接从馈入传输线15延伸出。支臂131及132的电流路径长度(即，从匹配元件133或馈入传输线15分别延伸至支臂131及132的开路端的长度) 为射频信号RF_sig的四分之一波长。支臂131及132从匹配元件133分别延伸到至少为射频信号RF_sig的十六分之一波长的电流路径呈直线走线布局，接续延伸到开路端的电流路径呈蜿蜒走线布局。于一实施例中，支臂131及132的电流路径末端呈现圆弧状，以配合无线通信装置的造型设计。

辐射体14包含支臂141及142。支臂141及142皆电性连接于馈入传输线 16，并分别从馈入传输线16朝-Z方向延伸，且两者相对于馈入传输线16的延伸线呈现对称结构，具体而言，支臂141呈现倒L形状，而支臂142呈现倒反 L形状。支臂141及142的电流路径长度(即，从馈入传输线16分别延伸至支臂141及142的开路端的长度)为射频信号RF_sig的四分之一波长。支臂141 及142从馈入传输线16分别延伸到至少为射频信号RF_sig的十六分之一波长的电流路径呈直线走线布局，接续延伸到开路端的电流路径呈蜿蜒走线布局。当然，支臂141及142与馈入传输线16连接处亦可有类似133的一匹配元件。

详细来说，于天线单元E1中，支臂111及121为一组偶极天线，且支臂 112及122为另一组偶极天线。相似地，于天线单元E2中，支臂131及141为一组偶极天线，且支臂132及142为另一组偶极天线。由于偶极天线(或呈偶极结构的支臂)，其射频电流为正弦波形式，其中最大电流强度从支臂与馈入传输线的连接处逐渐递减到支臂的开路端。此外，支臂形状与天线辐射阻抗及能量有关，其中支臂呈直线走线布局的天线阻抗较低且辐射能量较高，但所需天线空间较大；而支臂呈蜿蜒走线布局的天线阻抗较高且辐射能量较低，但所需天线空间较小。为了在不影响天线效能的情况下，有效缩减天线尺寸，本实用新型将每一天线单元的辐射体支臂在直线走线布局的电流路径经过至少λ /16后，接续延伸到支臂开路端的电流路径使其呈现蜿蜒布局，使信号能量可有效辐射，并达到缩小天线尺寸的目标。

如图2所示，基板17包含一第一层(例如上表面)，一辅助接地端191、辐射体11及13、馈入传输线15及馈入端18形成于基板17的第一层。馈入端 18电性连接于馈入传输线15，用来馈入射频信号RF_sig。馈入传输线15电性连接于馈入端18及辐射体11及13，从馈入端18朝+Z方向延伸，用来传递射频信号RF_sig至辐射体11及13。于一实施例中，辐射体11及13在Z方向上相距射频信号RF_sig的二分之一波长(或者，两倍支臂长度)，使射频信号 RF_sig分别抵达辐射体11及13时为同相位(in-phase)，故二天线单元E1及 E2的辐射场型得以同相位同振幅叠加，以提升整体天线效率。例如，馈入传输线15从匹配元件113的连接处延伸至匹配元件133的连接处，其长度为射频信号RF_sig的二分之一波长(或者，两倍支臂长度)。

如图3所示，基板17另包含一第二层(例如下表面)，接地端192、辐射体12及14及馈入传输线16形成于基板17的第二层。接地端192电性连接于馈入传输线16。馈入传输线16电性连接于接地端192及辐射体12及14，从接地端192朝+Z方向延伸。于一实施例中，辐射体12及14在Z方向上相距射频信号RF_sig的二分之一波长(或者，两倍支臂长度)，使射频信号RF_sig 分别抵达辐射体12及14时为同相位，故二天线单元E1及E2的辐射场型得以同相位同振幅叠加，以提升整体天线效率。例如，馈入传输线16从支臂121 及122的连接处延伸至支臂141及142的连接处，其长度为射频信号RF_sig的二分之一波长。

于一实施例中，基板17另包含至少一导电通孔，贯通基板17以电性连接地端192及辅助接地端191。此外，天线10另包含一射频连接器(未绘)，设置于基板17的第一层，电性连接于馈入端18及接地端192及辅助接地端191，用来传递射频信号RF_sig至馈入端18。于一实施例中，射频连接器可为一U.FL 连接器，用来接合一同轴电缆(例如IPEX传输线)，以将同轴电缆的内芯线电性连接至馈入端18，以及将同轴电缆的外编织网电性连接至接地端192及辅助接地端191。

在图1至图3的天线架构下，本实用新型的偶极阵列天线10于Z方向上串接二同相位的天线单元E1及E2，将每一天线单元的辐射体支臂在直线走线布局的电流路径经过至少λ/16后，接续延伸到支臂开路端的电流路径使其呈现蜿蜒布局，使信号能量可有效辐射，并达到缩小天线尺寸的目标。此外，偶极阵列天线10于XY平面的水平辐射场型呈现全向性指向，以利收发全向性射频信号。

请注意，本领域具通常知识者可据以修饰变化，而不限于上述实施例。于一实施例中，射频信号RF_sig的频率可为2.4GHz～2.5GHz，以适用无线局域网络、WiFi及蓝牙无线通信技术…规定的2.4G频段，其中天线10的尺寸为 99.5毫米*9毫米*0.6毫米。然而不限于此，于其他实施例中，藉由调整天线10 所包含元件的长度、形状等，可调整天线10的共振模态匹配及操作频率，以适用于其他无线通信技术，例如无线局域网络、WiFi及蓝牙无线通信技术规定的 5G频段(5.1GHz～5.8GHz)、第三代行动通信技术、长期演进(Long Term Evolution，LTE)、Zigbee、Z-wave、数位增强无线通信(Digital Enhanced Cordless Telecommunications，DECT)等。

于一实施例中，部分馈入传输线可呈现蜿蜒走线布局，如此可进一步缩小天线尺寸。图4为本实用新型实施例另一天线40的透视图。天线40包含馈入传输线45及46及一基板47，其中馈入传输线45形成于基板47的上表面，而馈入传输线46形成于基板47的下表面。天线40与10的结构相似，部分馈入传输线45及46呈现蜿蜒走线布局，以进一步缩小天线40在Z方向上的长度。于一实施例中，呈现蜿蜒走线布局的部分馈入传输线45及46设置于二天线单元E1及E2中间位置，如此可避免馈入传输线影响辐射体的输入阻抗。

此外，图1及图4的偶极阵列天线10及40使用串接式馈入网络(serial feeding network)来馈入射频信号。然而不限于此，偶极阵列天线也可使用并列式馈入网络(parallel feeding network)来馈入射频信号。图5为本实用新型实施例另一天线50的透视图。天线50包含天线单元E1及E2、馈入传输线55 及56及一基板57，其中馈入传输线55形成于基板57的上表面，而馈入传输线56形成于基板57的下表面。天线50与10的结构相似，馈入传输线55及56使用并列式馈入网络来馈入射频信号，馈入传输线55及56在X方向上的长度为射频信号RF_sig的二分之一波长(或者，两倍支臂长度)，使射频信号 RF_sig分别抵达二天线单元E1及E2时为同相位，故二者的辐射场型得以同相位同振幅叠加，以提升整体天线效率。

于一实施例中，馈入网络使用共面带线(co-planar strip，CPS)的传输线设计而成形于印刷电路板上。

综上所述，本实用新型的偶极阵列天线将每一天线单元的辐射体支臂在直线走线布局的电流路径经过至少λ/16(或者，四分之一支臂长度)后，接续延伸到支臂开路端的电流路径(或者，四分之三支臂长度)使其呈现蜿蜒布局，使信号能量可有效辐射，并达到缩小天线尺寸的目标。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型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实用新型权利要求的保护范围。