专利名称：整合式双频印刷单偶极天线的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种天线系统，更有关于一种应用于无线局域网络的整合式双频印刷单偶极天线。
一般而言，目前公用的天线分集(antenna diversity)以频率分集(frequency diversity)、时间分集(time diversity)或空间分集(spatialdiversity)达成。于频率分集(frequency diversity)中，系统于不同频率间切换，以克服多重路径衰减效应。于时间分集(time diversity)系统中，讯号于不同时间传送或接收，以克服多重路径衰减效应。于空间分集(spatial diversity)系统中，两个或多个天线置放于不同的空间位置，以克服多重路径衰减效应。
1999年11月23日颁予伯恩斯(Burns et al.)的美国第5,990,838号专利，发明名称为《双垂直单偶极天线系统(Dual Orthogonal MonopoleAntenna System)》，其提出一种空间分集(spatial diversity)天线系统，其具有一对单偶极天线，分别位于一具有第一及第二介电层的印刷电路板的上下表面，一接地面(ground plane)导电层设于该第一及第二介电层间，其中该对单偶极天线相互垂直，一馈入电路耦接至该对单偶极天线，将其连接至一主系统。
美国第5,990,838号专利虽已提供一空间分集(spatial diversity)的天线系统，以改善无线通讯系统的多重路径衰减效应，不过该设计仅适用于单频带的操作，且该天线系统二个馈入端口之间仍无法获得较佳的隔离度(其隔离度S21高于-20dB)。再者，美国第5,990,838号专利需使用多层的印刷基板，需要复杂的结构及高制造成本。
因此，有必要寻求一种可有效解决前述先前技术问题的天线系统，以能适用于双频带如2.4GHz与5.2GHz无线局域网络系统的操作，同时可得到较佳的隔离度(S21低于-20dB)且能更有效改善无线通讯系统的多重路径衰减效应。
本发明的次要目的提供一种整合式双频印刷单偶极天线，于该天线二个馈入端口之间具有较佳的隔离度，以有效改善无线通讯系统的多重路径衰减效应。
本发明的另一目的提供一种整合式双频印刷单偶极天线，其具有简单结构且可以以低成本制造。
为达成上述目的，本发明提供一种整合式双频印刷单偶极天线，其主要包含一微波基板、一第一双频单偶极天线、一第二双频单偶极天线该基板以及一接地面。该基板具有一第一表面及一第二表面。
该第一及第二双频单偶极天线设于该基板的第一表面上且互相垂直。该第一或第二双频单偶极天线皆是由一微带馈入线，经由一馈入端口激发。该第一及第二双频单偶极天线皆包含一第一水平辐射金属线、一第二水平辐射金属线以及一垂直辐射金属线。该第一水平辐射金属线连接至该垂直辐射金属线的一端，该端位于馈入端口的相对端，该第二水平辐射金属线连接至该第一水平辐射金属线与该垂直辐射金属线相连接的不同位置，且该两水平辐射金属线的另一端(开口端)朝同一方向延伸，使该天线形成一F字形。该第一及第二双频单偶极天线皆有从该馈入端口经由该垂直辐射金属线至该第一水平辐射金属线开口端的路径，构成该天线操作的第一共振路径，并决定天线的第一(较低)操作频率。另外，从该馈入端口经由该垂直辐射金属线至该第二水平辐射金属线开口端的路径，构成该天线操作的第二共振路径，并决定天线的第二(较高)操作频率。因此，该天线可具有双频带的操作能力。
该接地面位于该基板的第二表面上，其中该接地面包含一主接地面及一突出的接地面延伸于该第一及第二天线之间。该主接地面呈一矩形或近似矩形，其上具有两个相邻的截角，分别截掉成一个45度的切面，且截角的两边长度均相同。该第一及第二双频单偶极天线分别设于该主接地面的两个截角边上，与截角边呈垂直(90度)的摆设(夹角α)并且其方位彼此对称于该突出的接地面，使得该突出接地面可以有效的降低两个双频单偶极天线间的耦合量，得到良好的隔离度以得到良好的阻抗匹配。
图3为根据本发明一实施例天线第一馈入端口于2450MHz的辐射场型实验结果；图4为根据本发明一实施例天线第二馈入端口于2450MHz的辐射场型实验结果；图5为根据本发明一实施例天线第一馈入端口于5250MHz的辐射场型实验结果；图6为根据本发明一实施例天线第二馈入端口于5250MHz的辐射场型实验结果；图7为根据本发明一实施例天线于2.4GHz无线局域网络系统频带内天线增益的量测结果；图8为根据本发明一实施例天线于5.2GHz无线局域网络系统频带内天线增益的量测结果；以及图9a-9b为本发明其它实施例的双频印刷单偶极天线结构图。
附图标记说明1整合式双频印刷单偶极天线10第一双频单偶极天线11第一水平辐射金属线12第二水平辐射金属线13垂直辐射金属线14微带馈入线15馈入端口16馈入点α第一(第二)双频单偶极天线与主接地面31截角边的夹角20第二双频单偶极天线
30接地面31主接地面32突出的接地面40微波基板41第一表面42第二表面910第一双频单偶极天线911第一水平辐射金属线912第二水平辐射金属线913垂直辐射金属线920第二双频单偶极天线931主接地面932突出的接地面701、702、801、802曲线请参照
图1，一种整合式双频印刷单偶极天线1主要包含一微波基板40，一第一双频单偶极天线10，一第二双频单偶极天线20，及一接地面30。该微波基板40具有一第一表面41(上表面)及一第二表面42(下表面)，其中该第一双频单偶极天线10及一第二双频单偶极天线20位于微波基板40第一表面41上，且互相垂直，而该接地面30位于微波基板40第二表面42上。该接地面30包含一主接地面31以及一突出的接地面32延伸于该第一双频单偶极天线10及一第二双频单偶极天线20间。
根据本发明，微波基板40一般以玻璃纤维强化BT(bismaleimide-triazine)树脂或FR4玻璃纤维强化环氧树脂(fiberglass reinforced epoxyresin)制成的印刷电路板，也可以聚醯亚胺(polyimide)制成的可挠性薄片基板(flexible film substrate)。第一双频单偶极天线10及一第二双频单偶极天线20印制于微波基板40第一表面41上，而该接地面30印制于微波基板40第二表面42上。
根据本发明的第一双频单偶极天线10及第二双频单偶极天线20大致具有相同结构。参照图1，该双频单偶极天线10及20主要包括一第一水平辐射金属线11、一第二水平辐射金属线12、一垂直辐射金属线13以及一馈入点16。该微波基板40的第一表面41上有一馈入金属线14。该第一及第二水平辐射金属线11、12及垂直辐射金属线13印制于该基板40的第一表面41上，其中该垂直辐射金属线13大致与该第一水平辐射金属线11和该第二水平辐射金属线12垂直。该馈入点16位于该垂直辐射金属线13上，用以连接该馈入金属线14与垂直辐射金属线13，以传递讯号。在此实施例中，该第一水平辐射金属线11连接至该垂直辐射金属线13的一端或其附近，该端位于该馈入点16的相对端，该第二水平辐射金属线12连接至该第一水平辐射金属线11与该垂直辐射金属线13相连接的不同位置，且该两水平辐射金属线11、12的另一端(开口端)朝同一方向延伸，使该天线10及20形成一F字形。在图1的实施例中，该F字形的双频单偶极天线10及20以背对背的方式设置。
从该馈入点16经由垂直辐射金属线13至该第一水平辐射金属线11开口端的路径，构成该双频单偶极天线10及20操作的第一共振路径，并决定该天线10及20的第一(较低)操作频率。另外，从该馈入点16经由垂直辐射金属线13至该第二水平辐射金属线12开口端的路径，构成天线10及20操作的第二共振路径，并决定天线10及20的第二(较高)操作频率。
主接地面31较佳呈矩形或近似矩形的形状，及突出的金属接地面32也呈一矩形或近似矩形的形状。另外，为了使得此两个双频单偶极天线10及20能分别与主金属接地面31的边缘呈垂直(90度)的摆设(夹角α)，因而将主接地面31的两个相邻角截掉成一个45度的切面，并将单偶极天线10及20的辐射金属线垂直置于此截角的边上。
第一及第二双频单偶极天线10及20，分别经由一第一微带馈入线14，由一馈入端口15激发，其中微带馈入线14较佳为50欧姆微带线。第一及第二双频单偶极天线10及20具有相同结构、相同尺寸且配置为对称于突出的接地面32。该突出的接地面32能够有效地降低两个双频单偶极天线间的耦合量。可以得到一个隔离度(S21)最佳值，因此可大幅减少两双频单偶极天线间相互的耦合量，以及改善无线通讯系统的多重路径衰减效应。
根据本发明的整合式双频印刷单偶极天线1的实作量测结果示于图2至图8。本发明天线的反射系数(S11)及隔离度(S21)的实验结果示于图2。如图2所示，在无线局域网络于2.4GHz频带(2400-2484MHz)以及5.2GHz频带(5150-5350MHz)下，所有频率的反射系数均在-10dB以下，表示其阻抗匹配被大幅提高，而且两个馈入端口的隔离度都在-28dB以下，因此能提供较好的隔离度。
图3至图6为该两个馈入端口于2450MHz和5250MHz的辐射场型实验结果；由结果可以看出，两馈入端口的辐射场型具有对称性，且两者结合可提供本发明天线一较大的辐射场型含盖范围。图7及图8为本发明天线分别操作于2450MHz及5250MHz频带内增益的实验结果，由所得结果可看出此天线具有不错的增益。
图9(a)至(b)为本发明的整合式双频印刷单偶极天线的其它实施例结构图。在如图9(a)所示的实施例中，二个F形双频单偶极天线910、920的第一水平辐射金属线911、第二水平辐射金属线912以及垂直辐射金属线913的宽度可以不同。而在如图9(b)所示的实施例中，二个F形双频单偶极天线910、920可以面对面摆置(相对于图1中的背对背摆置)。
虽然前述的描述及图标已说明本发明的实施例，必须了解到各种增添、许多修改和取代可能使用于本发明实施例，而不会脱离如所附申请专利范围所界定的本发明原理的精神及范围。熟悉该技术者将可体会本发明可能使用于很多形式、结构、布置、比例、材料、组件和组件的修改。因此，本文于此所说明的实施例于所有观点，应被视为用以说明本发明，而非用以限制本发明。本发明的范围应由申请专利权利要求范围所界定，并涵盖其合法均等物，并不限于先前的描述。
权利要求
1.一种整合式双频印刷单偶极天线，其特征为包含一微波基板，该基板具有一第一表面及一第二表面；一第一双频单偶极天线，位于该基板的第一表面上，经由一第一微带馈入线，由一第一馈入端口激发；一第二双频单偶极天线，位于该基板的第一表面上，经由一第二微带馈入线，由一第二馈入端口激发；以及一接地面，位于该基板的第二表面上，该接地面包含一主接地面及一突出的接地面延伸于该第一及第二双频单偶极天线之间，其中该第一及该第二双频单偶极天线均包含一第一水平辐射金属线；一第二水平辐射金属线；及一垂直辐射金属线，其一端为馈入点，连接至该第一或该第二微带馈入线。
2.如权利要求1所述的整合式双频印刷单偶极天线，其特征为该第一水平辐射金属线连接至该垂直辐射金属线的一端，该端位于该馈入点的相对端，该第二水平辐射金属线连接至该第一水平辐射金属线与该垂直辐射金属线相连接的不同位置，且该两水平辐射金属线的另一端(开口端)朝同一方向延伸，使该天线形成一F字形。
3.如权利要求1所述的整合式双频印刷单偶极天线，其特征为从该馈入点经由该垂直辐射金属线至该第一水平辐射金属线开口端的路径，构成该天线操作的第一共振路径，并决定天线的第一(较低)操作频率。
4.如权利要求1所述的整合式双频印刷单偶极天线，其特征为从该馈入点经由该垂直辐射金属线至该第二水平辐射金属线开口端的路径，构成该天线操作的第二共振路径，并决定天线的第二(较高)操作频率。
5.如权利要求1所述的整合式双频印刷单偶极天线，其特征为该主接地面呈一矩形或近似矩形，其上具有两个相邻的截角，分别截掉成一个45度的切面。
6.如权利要求1所述的整合式双频印刷单偶极天线，其特征为该第一及该第二微带馈入线为50欧姆微带线。
7.如权利要求1所述的整合式双频印刷单偶极天线，其特征为该第一及该第二单偶极天线对称于该突出的接地面。
8.如权利要求1所述的整合式双频印刷单偶极天线，其特征为该垂直辐射金属线大致与该第一及该第二水平辐射金属线垂直。
9.如权利要求1所述的整合式双频印刷单偶极天线，其特征为该第一水平辐射金属线、该第二水平辐射金属线以及该垂直辐射金属线的宽度可以不同。
全文摘要
一种整合式双频印刷单偶极天线主要包含一微波基板、一第一双频单偶极天线、一第二双频单偶极天线该基板以及一接地面。该基板具有一第一表面及一第二表面。该第一及第二双频单偶极天线设于该基板的第一表面上，经由一第一或第二微带馈入线，由一第一或第二馈入端口激发。该第一及第二双频单偶极天线皆包含一第一水平辐射金属线、一第二水平辐射金属线以及一垂直辐射金属线。该垂直辐射金属线的一端为馈入点，连接至该第一或该第二微带馈入线。该接地面设于该基板的第二表面上，其中该接地面包含一主接地面及一突出的接地面延伸于该第一及第二天线之间。
文档编号H04B7/02GK1464643SQ0212280
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月4日 优先权日2002年6月4日
发明者郭彦良, 翁金辂 申请人:智邦科技股份有限公司