平板双极化天线的制作方法
平板双极化天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种平板双极化天线，尤指一种宽带、可有效缩小天线尺寸、符合极化 倾斜45度的需求、可产生线性极化的电磁波，并提供两个对称的馈入点，W产生正交双极 化天线场型的平板双极化天线。
【背景技术】
[0002] 具有无线通信功能的电子产品，如笔记本型计算机、个人数字助理（Personal DigitalAssistant)等，通过天线来发射或接收无线电波，W传递或交换无线电信号， 进而访问无线网络。因此，为了让使用者能更方便地访问无线通信网络，理想天线的带 宽应在许可范围内尽可能地增加，而尺寸则应尽量减小，W配合电子产品体积缩小的趋 势。此外，随着无线通信技术不断演进，电子产品所配置的天线数量可能增加。举例来说， 长期演进化ongTermEvolution,LTE)无线通信系统支持多输入多输出（Multi-i吨ut Multi-ou化ut，MIM0)通信技术，亦即相关电子产品可通过多重(或多组）天线同步收发 无线信号，W在不增加带宽或总发射功率耗损（TransmitPowerExpend;Uure)的情况 下，大幅地增加系统的数据吞吐量（T虹ou曲put)及传送距离，进而有效提升无线通信系 统的频谱效率及传输速率，改善通信质量。此外，多输入多输出通信技术可搭配空间分工 (SpatialMultiplexing)、波束成型（Beamforming)、空间分集（SpatialDiversity)、预 编码（Precoding)等技术，进一步减少信号干扰及增加信道容量。
[0003] 此外，长期演进无线通信系统共采用44个频段，涵盖的频率从最低的698MHz，到 最高的3800MHz。由于频段的分散和杂乱，即使在同一国家或地区，系统业者仍可能同时使 用多个频段。在此情形下，如何设计符合传输需求的天线，同时兼顾尺寸及功能，已成为业 界所努力的目标之一。
[0004] 因此，需要提供一种平板双极化天线来满足上述需求。
【发明内容】
[0005] 因此，本发明主要提供一种平板双极化天线，W解决公知的天线带宽不足的缺点。
[0006] 本发明公开一种平板双极化天线，该平板双极化天线用来收发至少一无线电信 号，该平板双极化天线包含：一馈入传输线层，该馈入传输线层包含一第一馈入传输线及一 第二馈入传输线；一第一介质层，该第一介质层形成于该馈入传输线层之上；一接地金属 板，该接地金属板具有一第一槽孔及一第二槽孔，该第一槽孔与该第一馈入传输线产生禪 合作用，该第二槽孔与该第二馈入传输线产生禪合作用，W增加该平板双极化天线的带宽； 一第二介质层，该第二介质层形成于该接地金属板之上；W及一第一微带金属片，该第一微 带金属片形成于该第二介质层之上，该第一微带金属片的形状大致呈一十字形。
[0007] 本发明利用大致呈十字形的微带金属片，使共振方向改变为沿着正方形的接地金 属板的对角线，W有效减小天线尺寸，同时符合极化倾斜45度的需求，W产生线性极化的 电磁波，并提供对称的馈入传输线、槽孔及微带金属片，W产生正交的双极化天线场型；并 且，微带金属片藉由接地金属板的槽孔而禪合馈入传输线，因此可增加天线带宽，其中，两 种极化对应的槽孔及馈入传输线不互相接触，W提高平板双极化天线的隔离度。
【附图说明】
[0008] 图1A为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0009] 图1B为图1A的平板双极化天线的截面示意图。
[0010] 图2为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0011] 图3为图2的平板双极化天线的天线共振仿真结果示意图。
[0012] 图4A为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0013] 图4B为图4A的平板双极化天线的截面示意图。
[0014] 图4C为图4A的平板双极化天线的等视角示意图。
[0015] 图5A为图4A的平板双极化天线的天线共振仿真结果示意图。
[0016] 图5B~图祀为图4A的平板双极化天线应用于长期演进无线通信系统时的天线 场型特性仿真结果示意图。
[0017] 图6A分别为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0018] 图6B分别为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0019] 图6C分别为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0020] 图7A分别为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0021] 图7B分别为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0022] 主要组件符号说明：
[0023] 10、20、40、60、64、68、70、74 平板双极化天线
[0024] 100、200馈入传输线层 [00巧]102a、10化馈入传输段
[0026] 110、130、150 介质层
[0027] 120、420接地金属板
[0028] 122、422a、42 化、622a、62 化、662a、66 化、692a、69 化、槽孔
[0029] 722a、72 化、762a、76 化
[0030] 140、160微带金属片
[0031] 1400、1401、1402、1403、1404 区块
[0032] Z垂直投影方向
[0033] D_45、D_135 方向
[0034] 202a、20 化、602a、60 化、642a、64 化、682a、68 化、702a、馈入传输线 [00巧]70 化、742a、74 化
[0036] 2022a、2024a、202化、2024b、4222a~4226a、4222b~4226b、分段
[0037] 6022a、6024a、602化、6024b、6222a~6226a、6222b~6226b、
[0038] 6422a、6424a、642化、6424b、6622a~6626a、6622b~6626b、
[0039] 6822a、6824a、682化、6824b、6922a~6926a、6922b~6926b、
[0040] 7022a、702化、7024a、7024b、7222a~7226a、7222b~7226b、
[0041] 7422a~7426a、742化~7426b、7620a~7628a、7620b~7628b
[004引 01、0 2、03、04、e5、e6 夹角
【具体实施方式】
[0043] 为了改善公知技术的缺点，本案申请人在专利申请号为100105757的中国台湾专 利申请中公开了一种平板双极化天线，其将双极化微带天线馈入点位置旋转45度，W使公 知的水平及垂直极化方向分别转换为倾斜45度及倾斜135度的极化方向，W满足极化倾斜 45度的需求，并且，双极化微带天线的共振方向改为沿着正方形的接地金属板的对角线，而 能缩小天线的尺寸为公知技术的0. 7倍。此外，微带金属片的形状大致为十字形，W产生线 性极化并避免产生圆极化的电磁波，同时亦可有效减小天线尺寸。其中，馈入传输线将信号 输入十字形的微带金属片的馈入点，而两个馈入点对称，W产生正交的双极化天线场型。更 进一步地，为了满足长期演进无线通信系统的频段要求巧日Band40与Band41)，本发明进一 步提供了平板双极化天线，其中，平板双极化天线的馈入传输线未直接连接至微带金属片 的馈入点，而是藉由接地金属板的槽孔来馈入无线电信号，W增加天线带宽。
[0044] 请参考图1A、图1B，图1A为本发明实施例的一平板双极化天线10的上视示意图， 图1B为平板双极化天线10沿图1A的剖线A-A'的截面示意图。平板双极化天线10可用 来收发宽带或多个频段的无线电信号，如长期演进无线通信系统中Band40与41的信号(其 频段大致介于2. 3細Z~2. 4細Z及2. 496細Z~2. 690細Z)。如图1A、图1B所示 ，双极化微 带天线10大致为一走层架构，包含有一馈入传输线层100、介质层110、130、150、一接地金 属板120W及微带金属片140、160。馈入传输线层100包含有馈入传输段102a、102b，馈入 传输段102a、10化的形状大致符合一十字形；其中，馈入传输段102a、10化分别用W馈入两 种极化的无线电信号。接地金属板120用来提供接地，其具有十字形的一槽孔122,因此，无 线电信号可由馈入传输线层100禪合至槽孔122,并藉由槽孔122产生共振，再禪合至微带 金属片140。微带金属片140为主要福射体，其形状大致呈十字形，因此可分为区块1400~ 1404 ;其中，馈入传输段102a与槽孔122在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1401，馈入传 输段10化与槽孔122在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1402。微带金属片160则用来增 加天线共振的带宽，并藉由介质层150而不与微带金属片140接触。此外，介质板110介于 馈入传输线层100与接地金属板120之间，而介质板130介于接地金属板120与微带金属 片140之间。较佳地，平板双极化天线10具有一对称结构，W产生正交的双极化天线场型。
[0045] 平板双极化天线10的操作方式可进一步参考专利申请号为100105757的中国台 湾专利申请，简言之，微带金属片140为主要福射体，当无线电信号禪合至十字形的微带金 属片140后，微带金属片140的共振方向沿着接地金属板120的对角线，即图1A的D_45、 D_135所示的方向，而能产生正交的双极化天线场型。其中，由于平板双极化天线10的接 地金属板120及介质板110、130大致维持正方形，但微带金属片140则呈十字形，因而可使 共振方向沿着对角线，W有效减小天线尺寸。再者，藉由对称的馈入传输线层100、槽孔122 及微带金属片140,可产生正交的双极化天线场型。并且，微带金属片140经由接地金属板 120的槽孔122而禪合馈入传输线层100,因此可增加天线带宽。
[0046] 需注意的是，图1A、图1B的平板双极化天线10为本发明的实施例，本领域中的普 通技术人员应当可据W作不同的修饰，而不限于此。举例来说，为进一步提高平板双极化天 线10的隔离度（Isolation),可适当调整馈入传输线层的结构。请参考图2,图2为本发明 实施例的一平板双极化天线20的上视示意图。平板双极化天线20的架构大致与平板双微 带天线10相似，故相同组件W相同符号表示，W求简洁。不同的是，平板双极化天线20的 一馈入传输线层200包含馈入传输线202a、202b，且馈入传输线202a、20化之间的间距与介 质层材料相关。馈入传输线202a包含有分段2022a、2024a，分段2022a、2024a之间有一 90 度夹角0 1，且馈入传输线202a的分段2022a与槽孔122在垂直投影方向Z垂直交叉于区 块1401，W提高45度极化倾斜和135度极化倾斜之间的隔离度。同样地，馈入传输线20化 包含有分段2022b、2024b，分段2022b、2024b之间有一 90度夹角0 2,且馈入传输线20化 的分段202化与槽孔122在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1402,W提高45度极化倾斜和 135度极化倾斜之间的隔离度。图3为平板双极化天线20的天线共振仿真结果示意图，其 中，虚线代表平板双极化天线20的45度极化倾斜的天线共振仿真结果，点线代表平板双极 化天线20的135度极化倾斜的天线共振仿真结果，W及实线代表平板双极化天线20的45 度极化倾斜与135度极化倾斜的天线隔离度仿真结果。如图3所示，平板双极化天线20中 从2. 3GHz到2. 7GHz的45度极化倾斜和135度极化倾斜天线之间的隔离度大约介于9~ 15地之间。
[0047] 值得注意的是，本实施例藉由槽孔122的共振，而使馈入至馈入传输线层200的两 种极化的无线电信号最终可禪合至微带金属片140,若槽孔122呈十字形，对于任一极化的 无线电信号，微带金属片140的禪合长度会减半，并且，槽孔122上同时产生两种极化的共 振，禪合至微带金属片140后会同时产生两种极化的无线电信号，因而影响两极化之间的 隔贸度。
[0048] 为进一步提高平板双极化天线的隔离度，可适当调整槽孔的结构。请参考图4A~ 图4C，图4A为本发明实施例的一平板双极化天线40的上视示意图，图4B为平板双极化天 线40沿图4A的剖线B-B'的截面示意图，图4C为平板双极化天线40的等视角示意图。如 图4A~图4C图所示，平板双极化天线40的架构大致与平板双微带天线10、20相似，故相同 组件沿用相同符号表示。不同的是，平板双极化天线40的接地金属板420具有槽孔422a、 422b，且槽孔422a、42化之间的间距与介质层材料相关。槽孔422a包含有分段4222a~ 4226a，分段4222a、4224a之间及分段4224a、4226a之间分别形成夹角0 3、0 4,且馈入传输 线202a的分段2022a与槽孔422a的分段4224a在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1401。 同样地，槽孔42化包含有分段422化~4226b，分段4222b、4224b之间及分段4224b、4226b 之间分别形成有一夹角05、0e，且馈入传输线20化的分段202化与槽孔42化的分段4224b 在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1402。由于平板双极化天线40具有一对称结构，因此夹 角0 3~06大小相同。
[0049] 简单来说，在本实施例中，馈入传输线202a、20化各自折弯而不会互相交叉连接， 且槽孔422a、42化也各自分段折弯而避开互相交叉连接，因此可提高平板双极化天线40的 隔离度。并且，由于馈入传输线202a、20化及槽孔422a、42化分段折弯后仍保有对称性，因 此能确保任一组馈入传输线及槽孔巧日馈入传输线202a及槽孔422a)与微带金属片140禪 合的过程，能最小化另一极化的无线电信号的产生巧日馈入传输线20化及槽孔42化处)。此 夕F，十字形的微带金属片140、160可使平板双极化天线40产生线性极化，而避免产生圆形 极化的无线电信号，因此，两个极化的馈入之间具有良好的隔离度。
[0050] 通过仿真及量测可进一步判断平板双极化天线40是否符合系统需求。详细来说， 请参考图5A。图5A为平板双极化天线40的天线共振仿真结果示意图，其中，虚线代表平 板双极化天线40的45度极化倾斜的天线共振仿真结果，点线代表平板双极化天线40的 135度极化倾斜的天线共振仿真结果，实线代表平板双极化天线40的45度极化倾斜与135 度极化倾斜的天线隔离度仿真结果。如图5A所示，在2. 3GHz至2. 69GHz的频段中，平板 双极化天线40中45度极化倾斜和135度极化倾斜天线的返回损耗（S11值）均在-10. 3地 W下，因而有较宽的共振带宽。并且，2. 25GHz至2. 75GHz的频段的返回损耗均在-10地W 下，因此带宽约为19. 3%。同时，45度极化倾斜和135度极化倾斜之间的隔离度都至少在 24. 2地W上。另外，表一为平板双极化天线40的天线特性表，图5B~图祀为平板双极化天 线40应用于长期演进无线通信系统时的天线场型特性仿真结果示意图。由表一及图5B~ 图祀可知，平板双极化天线40应用于长期演进无线通信系统时可达最大增益值约8. 05~ 8. 42地i,前后场型比（F/B)至少9地，同极化（CommonPolarization)对正交极化（Cross Polarization)差值Co/Cx至少17地，能充分满足长期演进无线通信系统的Band40与41 的要求巧P，F/B高于8地，Co/Cx高于16地）。
[0051](表一）
[0052]
[00巧]值得注意的是，平板双极化天线10、20、40为本发明的实施例，本领域中的普通技 术人员应当可据W作不同的变化。举例来说，接地金属板120的形状大致为正方形，也可为 其他的对称形状，如正圆形，正八面形，正十六面形等。介质层可为各种电性隔离材料，女口 空气。馈入传输线与槽孔的分段折弯情形可视不同设计考虑而适当变化。请参考图6A~ 图6C，图6A~图6C分别为本发明实施例的平板 双极化天线60、64、68的上视示意图。平 板双极化天线60、64、68的架构类似于平板双极化天线40,故相同组件沿用相同符号表示。 其中，如图6A所示，在平板双极化天线60中，一馈入传输线602a的分段6022a、6024a之间 的夹角为锐角，另一馈入传输线60化的分段6022b、6024b之间的夹角为锐角，一槽孔622a 的分段6222a、6224a之间及分段6224a、622貼之间的夹角为锐角，且另一槽孔62化的分段 622化、6224b之间及分段6224K622化之间的夹角为锐角。如图她所示，在平板双极化天线 64中，一馈入传输线642a的一分段6422a的长度大于一分段6424a的长度，一馈入传输线 64化的一分段642化的长度大于一分段6424b的长度，一槽孔662a的分段6622a、6626a的 长度大于分段6624a的长度，且一槽孔66化的分段6622b、6626b的长度大于一分段6624b 的长度。如图6C所示，在平板双极化天线68中，一馈入传输线682a的一分段6822a的宽 度大于一分段6824a的宽度，一馈入传输线68化的一分段6822b的宽度大于一分段6824b 的宽度，一槽孔692a的分段6922a、6926a的宽度小于一分段6924a的宽度，且一槽孔69化 的分段6922b、6926b的宽度小于一分段6924b的宽度。然而，本发明不限于此，亦可视系统 需求而适当调整角度而形成纯角或调整各分段之间的长度比例关系W及宽度比例关系。
[0054] 另一方面，馈入传输线与槽孔的形状与分段数可视不同设计考虑而适当变化。请 参考图7A、图7B，图7A、图7B分别为本发明实施例的平板双极化天线70、74的上视示意 图。平板双极化天线7〇、74的架构类似于平板双极化天线40,故相同组件沿用相同符号表 示。其中，如图7A所示，在平板双极化天线70中，馈入传输线702a、702b、槽孔722a、722b 的边缘为圆弧状。如图7B所示，在平板双极化天线74中，一馈入传输线742a弯折成分段 7422a~7426a，另一馈入传输线74化弯折成分段742化~7426b，一槽孔762a弯折成分段 7620a~7628a，且馈入传输线742a的分段7422a与槽孔762a的分段7624a在垂直投影方 向Z垂直交叉于区块1401，另一槽孔76化弯折成分段762化~7628b，且馈入传输线74化 的分段742化与槽孔76化的分段7624b在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1402。然而，本 发明不限于此，亦可视系统需求而适当调整形状与分段段数。
[0055] 需注意的是，如专利申请号为100105757的中国台湾专利申请中所述，在本发明 中，所谓"大致呈十字形"是指微带金属片140U60的外观由两个长方形微带金属片重叠且 交错所构成。然而，不限于此，任何可"大致呈十字形"的微带金属片皆可适用本发明。例 女口，微带金属片可还延伸出正方形侧板、银齿状侧板或弧形侧板，或者，微带金属片的边缘 为圆弧状，皆符合本发明的"大致呈十字形"的特征，但不限于此，本领域中的普通技术人员 应当可据W作不同的修饰。
[0056] 此外，微带金属片160及介质层150可视带宽要求而选择性设置。并且，维持微带 金属片140U60不互相接触的方法可适应性地调整；例如，可由四个柱状体所形成的支撑 件固定微带金属片140、160,使彼此不互相接触。或者，微带金属片的四边可分别增加弯折， 并利用增加的弯折，使微带金属片160接触介质板130但不接触微带金属片140。除此之 夕F，可另增加介质层W维持微带金属片160不接触微带金属片140。
[0057] 综上所述，本发明利用大致呈十字形的微带金属片，使共振方向改变为沿着正方 形的接地金属板的对角线，W有效减小天线尺寸，同时符合极化倾斜45度的需求，W产生 线性极化的电磁波，并提供对称的馈入传输线、槽孔及微带金属片，W产生正交的双极化天 线场型。并且，微带金属片藉由接地金属板的槽孔而禪合馈入传输线，因此可增加天线带 宽，其中，两种极化对应的槽孔及馈入传输线不互相接触，W提高平板双极化天线的隔离 度。
[0058] W上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的等 同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种平板双极化天线，该平板双极化天线用来收发至少一无线电信号，该平板双极 化天线包括： 一馈入传输线层，该馈入传输线层包括一第一馈入传输线及一第二馈入传输线； 一第一介质层，该第一介质层形成于该馈入传输线层之上； 一接地金属板，该接地金属板具有一第一槽孔及一第二槽孔，该第一槽孔与该第一馈 入传输线产生耦合作用，该第二槽孔与该第二馈入传输线产生耦合作用，以增加该平板双 极化天线的带宽； 一第二介质层，该第二介质层形成于该接地金属板之上；以及 一第一微带金属片，该第一微带金属片形成于该第二介质层之上，该第一微带金属片 的形状大致呈一十字形。2. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一馈入传输线在一垂直投影方向与 该第一槽孔重叠，且该第二馈入传输线在该垂直投影方向与该第二槽孔重叠。3. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一微带金属片包括一中心矩形区 块、一第一区块、一第二区块、一第三区块以及一第四区块，该第一区块、该第二区块、该第 三区块以及该第四区块分别设置于该中心矩形区块的四边，以形成该十字形，该第一馈入 传输线在一垂直投影方向与该第一槽孔重叠于该第一区块，且该第二馈入传输线在该垂直 投影方向与该第二槽孔重叠于该第二区块。4. 如权利要求3所述的平板双极化天线，其中该第一槽孔的至少一分段与该第一区块 的一边平行。5. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一槽孔的至少一分段与该第一馈入 传输线的至少一分段垂直。6. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一馈入传输线包括一第一分段及一 第二分段，该第二馈入传输线包括一第三分段及一第四分段，该第一分段及该第二分段之 间有一第一夹角，且该第三分段及该第四分段之间有一第二夹角。7. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一馈入传输线与该第二馈入传输线 互相对称。8. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一槽孔包括一第一分段、一第二分 段及一第三分段，该第二槽孔包括一第四分段、一第五分段及一第六分段，该第一分段及该 第二分段之间有一第一夹角，该第二分段及该第三分段之间有一第二夹角，该第四分段及 该第五分段之间有一第三夹角，且该第五分段及该第六分段之间有一第四夹角。9. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一槽孔与该第二槽孔互相对称。10. 如权利要求1所述的平板双极化天线，该平板双极化天线还包括一第二微带金属 片，该第二微带金属片形成于该第一微带金属片之上，且未接触该第一微带金属片。11. 如权利要求10所述的平板双极化天线，该平板双极化天线还包括一支撑件，该支 撑件设置于该第二微带金属片与该第一微带金属片或该第二介质层之间，用来使该第二微 带金属片不接触该第一微带金属片。
【专利摘要】一种平板双极化天线。该平板双极化天线用来收发至少一无线电信号，该平板双极化天线包括：一馈入传输线层，包括一第一馈入传输线及一第二馈入传输线；一第一介质层，形成于该馈入传输线层之上；一接地金属板，具有一第一槽孔及一第二槽孔，该第一槽孔与该第一馈入传输线产生耦合作用，该第二槽孔与该第二馈入传输线产生耦合作用，以增加该平板双极化天线的带宽；一第二介质层，形成于该接地金属板之上；以及一第一微带金属片，形成于该第二介质层之上，该第一微带金属片的形状大致呈一十字形。本发明可有效减小天线尺寸，并可产生线性极化的电磁波及正交的双极化天线场型，还可增加天线带宽及提高平板双极化天线的隔离度。
【IPC分类】H01Q13/08, H01Q1/50, H01Q1/52, H01Q1/38
【公开号】CN104900993
【申请号】CN201410081541
【发明人】詹长庚, 徐杰圣
【申请人】启碁科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月6日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种平板双极化天线，尤指一种宽带、可有效缩小天线尺寸、符合极化 倾斜45度的需求、可产生线性极化的电磁波，并提供两个对称的馈入点，W产生正交双极 化天线场型的平板双极化天线。
【背景技术】
[0002] 具有无线通信功能的电子产品，如笔记本型计算机、个人数字助理（Personal DigitalAssistant)等，通过天线来发射或接收无线电波，W传递或交换无线电信号， 进而访问无线网络。因此，为了让使用者能更方便地访问无线通信网络，理想天线的带 宽应在许可范围内尽可能地增加，而尺寸则应尽量减小，W配合电子产品体积缩小的趋 势。此外，随着无线通信技术不断演进，电子产品所配置的天线数量可能增加。举例来说， 长期演进化ongTermEvolution,LTE)无线通信系统支持多输入多输出（Multi-i吨ut Multi-ou化ut，MIM0)通信技术，亦即相关电子产品可通过多重(或多组）天线同步收发 无线信号，W在不增加带宽或总发射功率耗损（TransmitPowerExpend;Uure)的情况 下，大幅地增加系统的数据吞吐量（T虹ou曲put)及传送距离，进而有效提升无线通信系 统的频谱效率及传输速率，改善通信质量。此外，多输入多输出通信技术可搭配空间分工 (SpatialMultiplexing)、波束成型（Beamforming)、空间分集（SpatialDiversity)、预 编码（Precoding)等技术，进一步减少信号干扰及增加信道容量。
[0003] 此外，长期演进无线通信系统共采用44个频段，涵盖的频率从最低的698MHz，到 最高的3800MHz。由于频段的分散和杂乱，即使在同一国家或地区，系统业者仍可能同时使 用多个频段。在此情形下，如何设计符合传输需求的天线，同时兼顾尺寸及功能，已成为业 界所努力的目标之一。
[0004] 因此，需要提供一种平板双极化天线来满足上述需求。
【发明内容】
[0005] 因此，本发明主要提供一种平板双极化天线，W解决公知的天线带宽不足的缺点。
[0006] 本发明公开一种平板双极化天线，该平板双极化天线用来收发至少一无线电信 号，该平板双极化天线包含：一馈入传输线层，该馈入传输线层包含一第一馈入传输线及一 第二馈入传输线；一第一介质层，该第一介质层形成于该馈入传输线层之上；一接地金属 板，该接地金属板具有一第一槽孔及一第二槽孔，该第一槽孔与该第一馈入传输线产生禪 合作用，该第二槽孔与该第二馈入传输线产生禪合作用，W增加该平板双极化天线的带宽； 一第二介质层，该第二介质层形成于该接地金属板之上；W及一第一微带金属片，该第一微 带金属片形成于该第二介质层之上，该第一微带金属片的形状大致呈一十字形。
[0007] 本发明利用大致呈十字形的微带金属片，使共振方向改变为沿着正方形的接地金 属板的对角线，W有效减小天线尺寸，同时符合极化倾斜45度的需求，W产生线性极化的 电磁波，并提供对称的馈入传输线、槽孔及微带金属片，W产生正交的双极化天线场型；并 且，微带金属片藉由接地金属板的槽孔而禪合馈入传输线，因此可增加天线带宽，其中，两 种极化对应的槽孔及馈入传输线不互相接触，W提高平板双极化天线的隔离度。
【附图说明】
[0008] 图1A为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0009] 图1B为图1A的平板双极化天线的截面示意图。
[0010] 图2为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0011] 图3为图2的平板双极化天线的天线共振仿真结果示意图。
[0012] 图4A为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0013] 图4B为图4A的平板双极化天线的截面示意图。
[0014] 图4C为图4A的平板双极化天线的等视角示意图。
[0015] 图5A为图4A的平板双极化天线的天线共振仿真结果示意图。
[0016] 图5B~图祀为图4A的平板双极化天线应用于长期演进无线通信系统时的天线 场型特性仿真结果示意图。
[0017] 图6A分别为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0018] 图6B分别为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0019] 图6C分别为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0020] 图7A分别为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0021] 图7B分别为本发明实施例的一平板双极化天线的上视示意图。
[0022] 主要组件符号说明：
[0023] 10、20、40、60、64、68、70、74 平板双极化天线
[0024] 100、200馈入传输线层 [00巧]102a、10化馈入传输段
[0026] 110、130、150 介质层
[0027] 120、420接地金属板
[0028] 122、422a、42 化、622a、62 化、662a、66 化、692a、69 化、槽孔
[0029] 722a、72 化、762a、76 化
[0030] 140、160微带金属片
[0031] 1400、1401、1402、1403、1404 区块
[0032] Z垂直投影方向
[0033] D_45、D_135 方向
[0034] 202a、20 化、602a、60 化、642a、64 化、682a、68 化、702a、馈入传输线 [00巧]70 化、742a、74 化
[0036] 2022a、2024a、202化、2024b、4222a~4226a、4222b~4226b、分段
[0037] 6022a、6024a、602化、6024b、6222a~6226a、6222b~6226b、
[0038] 6422a、6424a、642化、6424b、6622a~6626a、6622b~6626b、
[0039] 6822a、6824a、682化、6824b、6922a~6926a、6922b~6926b、
[0040] 7022a、702化、7024a、7024b、7222a~7226a、7222b~7226b、
[0041] 7422a~7426a、742化~7426b、7620a~7628a、7620b~7628b
[004引 01、0 2、03、04、e5、e6 夹角
【具体实施方式】
[0043] 为了改善公知技术的缺点，本案申请人在专利申请号为100105757的中国台湾专 利申请中公开了一种平板双极化天线，其将双极化微带天线馈入点位置旋转45度，W使公 知的水平及垂直极化方向分别转换为倾斜45度及倾斜135度的极化方向，W满足极化倾斜 45度的需求，并且，双极化微带天线的共振方向改为沿着正方形的接地金属板的对角线，而 能缩小天线的尺寸为公知技术的0. 7倍。此外，微带金属片的形状大致为十字形，W产生线 性极化并避免产生圆极化的电磁波，同时亦可有效减小天线尺寸。其中，馈入传输线将信号 输入十字形的微带金属片的馈入点，而两个馈入点对称，W产生正交的双极化天线场型。更 进一步地，为了满足长期演进无线通信系统的频段要求巧日Band40与Band41)，本发明进一 步提供了平板双极化天线，其中，平板双极化天线的馈入传输线未直接连接至微带金属片 的馈入点，而是藉由接地金属板的槽孔来馈入无线电信号，W增加天线带宽。
[0044] 请参考图1A、图1B，图1A为本发明实施例的一平板双极化天线10的上视示意图， 图1B为平板双极化天线10沿图1A的剖线A-A'的截面示意图。平板双极化天线10可用 来收发宽带或多个频段的无线电信号，如长期演进无线通信系统中Band40与41的信号(其 频段大致介于2. 3細Z~2. 4細Z及2. 496細Z~2. 690細Z)。如图1A、图1B所示 ，双极化微 带天线10大致为一走层架构，包含有一馈入传输线层100、介质层110、130、150、一接地金 属板120W及微带金属片140、160。馈入传输线层100包含有馈入传输段102a、102b，馈入 传输段102a、10化的形状大致符合一十字形；其中，馈入传输段102a、10化分别用W馈入两 种极化的无线电信号。接地金属板120用来提供接地，其具有十字形的一槽孔122,因此，无 线电信号可由馈入传输线层100禪合至槽孔122,并藉由槽孔122产生共振，再禪合至微带 金属片140。微带金属片140为主要福射体，其形状大致呈十字形，因此可分为区块1400~ 1404 ;其中，馈入传输段102a与槽孔122在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1401，馈入传 输段10化与槽孔122在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1402。微带金属片160则用来增 加天线共振的带宽，并藉由介质层150而不与微带金属片140接触。此外，介质板110介于 馈入传输线层100与接地金属板120之间，而介质板130介于接地金属板120与微带金属 片140之间。较佳地，平板双极化天线10具有一对称结构，W产生正交的双极化天线场型。
[0045] 平板双极化天线10的操作方式可进一步参考专利申请号为100105757的中国台 湾专利申请，简言之，微带金属片140为主要福射体，当无线电信号禪合至十字形的微带金 属片140后，微带金属片140的共振方向沿着接地金属板120的对角线，即图1A的D_45、 D_135所示的方向，而能产生正交的双极化天线场型。其中，由于平板双极化天线10的接 地金属板120及介质板110、130大致维持正方形，但微带金属片140则呈十字形，因而可使 共振方向沿着对角线，W有效减小天线尺寸。再者，藉由对称的馈入传输线层100、槽孔122 及微带金属片140,可产生正交的双极化天线场型。并且，微带金属片140经由接地金属板 120的槽孔122而禪合馈入传输线层100,因此可增加天线带宽。
[0046] 需注意的是，图1A、图1B的平板双极化天线10为本发明的实施例，本领域中的普 通技术人员应当可据W作不同的修饰，而不限于此。举例来说，为进一步提高平板双极化天 线10的隔离度（Isolation),可适当调整馈入传输线层的结构。请参考图2,图2为本发明 实施例的一平板双极化天线20的上视示意图。平板双极化天线20的架构大致与平板双微 带天线10相似，故相同组件W相同符号表示，W求简洁。不同的是，平板双极化天线20的 一馈入传输线层200包含馈入传输线202a、202b，且馈入传输线202a、20化之间的间距与介 质层材料相关。馈入传输线202a包含有分段2022a、2024a，分段2022a、2024a之间有一 90 度夹角0 1，且馈入传输线202a的分段2022a与槽孔122在垂直投影方向Z垂直交叉于区 块1401，W提高45度极化倾斜和135度极化倾斜之间的隔离度。同样地，馈入传输线20化 包含有分段2022b、2024b，分段2022b、2024b之间有一 90度夹角0 2,且馈入传输线20化 的分段202化与槽孔122在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1402,W提高45度极化倾斜和 135度极化倾斜之间的隔离度。图3为平板双极化天线20的天线共振仿真结果示意图，其 中，虚线代表平板双极化天线20的45度极化倾斜的天线共振仿真结果，点线代表平板双极 化天线20的135度极化倾斜的天线共振仿真结果，W及实线代表平板双极化天线20的45 度极化倾斜与135度极化倾斜的天线隔离度仿真结果。如图3所示，平板双极化天线20中 从2. 3GHz到2. 7GHz的45度极化倾斜和135度极化倾斜天线之间的隔离度大约介于9~ 15地之间。
[0047] 值得注意的是，本实施例藉由槽孔122的共振，而使馈入至馈入传输线层200的两 种极化的无线电信号最终可禪合至微带金属片140,若槽孔122呈十字形，对于任一极化的 无线电信号，微带金属片140的禪合长度会减半，并且，槽孔122上同时产生两种极化的共 振，禪合至微带金属片140后会同时产生两种极化的无线电信号，因而影响两极化之间的 隔贸度。
[0048] 为进一步提高平板双极化天线的隔离度，可适当调整槽孔的结构。请参考图4A~ 图4C，图4A为本发明实施例的一平板双极化天线40的上视示意图，图4B为平板双极化天 线40沿图4A的剖线B-B'的截面示意图，图4C为平板双极化天线40的等视角示意图。如 图4A~图4C图所示，平板双极化天线40的架构大致与平板双微带天线10、20相似，故相同 组件沿用相同符号表示。不同的是，平板双极化天线40的接地金属板420具有槽孔422a、 422b，且槽孔422a、42化之间的间距与介质层材料相关。槽孔422a包含有分段4222a~ 4226a，分段4222a、4224a之间及分段4224a、4226a之间分别形成夹角0 3、0 4,且馈入传输 线202a的分段2022a与槽孔422a的分段4224a在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1401。 同样地，槽孔42化包含有分段422化~4226b，分段4222b、4224b之间及分段4224b、4226b 之间分别形成有一夹角05、0e，且馈入传输线20化的分段202化与槽孔42化的分段4224b 在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1402。由于平板双极化天线40具有一对称结构，因此夹 角0 3~06大小相同。
[0049] 简单来说，在本实施例中，馈入传输线202a、20化各自折弯而不会互相交叉连接， 且槽孔422a、42化也各自分段折弯而避开互相交叉连接，因此可提高平板双极化天线40的 隔离度。并且，由于馈入传输线202a、20化及槽孔422a、42化分段折弯后仍保有对称性，因 此能确保任一组馈入传输线及槽孔巧日馈入传输线202a及槽孔422a)与微带金属片140禪 合的过程，能最小化另一极化的无线电信号的产生巧日馈入传输线20化及槽孔42化处)。此 夕F，十字形的微带金属片140、160可使平板双极化天线40产生线性极化，而避免产生圆形 极化的无线电信号，因此，两个极化的馈入之间具有良好的隔离度。
[0050] 通过仿真及量测可进一步判断平板双极化天线40是否符合系统需求。详细来说， 请参考图5A。图5A为平板双极化天线40的天线共振仿真结果示意图，其中，虚线代表平 板双极化天线40的45度极化倾斜的天线共振仿真结果，点线代表平板双极化天线40的 135度极化倾斜的天线共振仿真结果，实线代表平板双极化天线40的45度极化倾斜与135 度极化倾斜的天线隔离度仿真结果。如图5A所示，在2. 3GHz至2. 69GHz的频段中，平板 双极化天线40中45度极化倾斜和135度极化倾斜天线的返回损耗（S11值）均在-10. 3地 W下，因而有较宽的共振带宽。并且，2. 25GHz至2. 75GHz的频段的返回损耗均在-10地W 下，因此带宽约为19. 3%。同时，45度极化倾斜和135度极化倾斜之间的隔离度都至少在 24. 2地W上。另外，表一为平板双极化天线40的天线特性表，图5B~图祀为平板双极化天 线40应用于长期演进无线通信系统时的天线场型特性仿真结果示意图。由表一及图5B~ 图祀可知，平板双极化天线40应用于长期演进无线通信系统时可达最大增益值约8. 05~ 8. 42地i,前后场型比（F/B)至少9地，同极化（CommonPolarization)对正交极化（Cross Polarization)差值Co/Cx至少17地，能充分满足长期演进无线通信系统的Band40与41 的要求巧P，F/B高于8地，Co/Cx高于16地）。
[0051](表一）
[0052]
[00巧]值得注意的是，平板双极化天线10、20、40为本发明的实施例，本领域中的普通技 术人员应当可据W作不同的变化。举例来说，接地金属板120的形状大致为正方形，也可为 其他的对称形状，如正圆形，正八面形，正十六面形等。介质层可为各种电性隔离材料，女口 空气。馈入传输线与槽孔的分段折弯情形可视不同设计考虑而适当变化。请参考图6A~ 图6C，图6A~图6C分别为本发明实施例的平板 双极化天线60、64、68的上视示意图。平 板双极化天线60、64、68的架构类似于平板双极化天线40,故相同组件沿用相同符号表示。 其中，如图6A所示，在平板双极化天线60中，一馈入传输线602a的分段6022a、6024a之间 的夹角为锐角，另一馈入传输线60化的分段6022b、6024b之间的夹角为锐角，一槽孔622a 的分段6222a、6224a之间及分段6224a、622貼之间的夹角为锐角，且另一槽孔62化的分段 622化、6224b之间及分段6224K622化之间的夹角为锐角。如图她所示，在平板双极化天线 64中，一馈入传输线642a的一分段6422a的长度大于一分段6424a的长度，一馈入传输线 64化的一分段642化的长度大于一分段6424b的长度，一槽孔662a的分段6622a、6626a的 长度大于分段6624a的长度，且一槽孔66化的分段6622b、6626b的长度大于一分段6624b 的长度。如图6C所示，在平板双极化天线68中，一馈入传输线682a的一分段6822a的宽 度大于一分段6824a的宽度，一馈入传输线68化的一分段6822b的宽度大于一分段6824b 的宽度，一槽孔692a的分段6922a、6926a的宽度小于一分段6924a的宽度，且一槽孔69化 的分段6922b、6926b的宽度小于一分段6924b的宽度。然而，本发明不限于此，亦可视系统 需求而适当调整角度而形成纯角或调整各分段之间的长度比例关系W及宽度比例关系。
[0054] 另一方面，馈入传输线与槽孔的形状与分段数可视不同设计考虑而适当变化。请 参考图7A、图7B，图7A、图7B分别为本发明实施例的平板双极化天线70、74的上视示意 图。平板双极化天线7〇、74的架构类似于平板双极化天线40,故相同组件沿用相同符号表 示。其中，如图7A所示，在平板双极化天线70中，馈入传输线702a、702b、槽孔722a、722b 的边缘为圆弧状。如图7B所示，在平板双极化天线74中，一馈入传输线742a弯折成分段 7422a~7426a，另一馈入传输线74化弯折成分段742化~7426b，一槽孔762a弯折成分段 7620a~7628a，且馈入传输线742a的分段7422a与槽孔762a的分段7624a在垂直投影方 向Z垂直交叉于区块1401，另一槽孔76化弯折成分段762化~7628b，且馈入传输线74化 的分段742化与槽孔76化的分段7624b在垂直投影方向Z垂直交叉于区块1402。然而，本 发明不限于此，亦可视系统需求而适当调整形状与分段段数。
[0055] 需注意的是，如专利申请号为100105757的中国台湾专利申请中所述，在本发明 中，所谓"大致呈十字形"是指微带金属片140U60的外观由两个长方形微带金属片重叠且 交错所构成。然而，不限于此，任何可"大致呈十字形"的微带金属片皆可适用本发明。例 女口，微带金属片可还延伸出正方形侧板、银齿状侧板或弧形侧板，或者，微带金属片的边缘 为圆弧状，皆符合本发明的"大致呈十字形"的特征，但不限于此，本领域中的普通技术人员 应当可据W作不同的修饰。
[0056] 此外，微带金属片160及介质层150可视带宽要求而选择性设置。并且，维持微带 金属片140U60不互相接触的方法可适应性地调整；例如，可由四个柱状体所形成的支撑 件固定微带金属片140、160,使彼此不互相接触。或者，微带金属片的四边可分别增加弯折， 并利用增加的弯折，使微带金属片160接触介质板130但不接触微带金属片140。除此之 夕F，可另增加介质层W维持微带金属片160不接触微带金属片140。
[0057] 综上所述，本发明利用大致呈十字形的微带金属片，使共振方向改变为沿着正方 形的接地金属板的对角线，W有效减小天线尺寸，同时符合极化倾斜45度的需求，W产生 线性极化的电磁波，并提供对称的馈入传输线、槽孔及微带金属片，W产生正交的双极化天 线场型。并且，微带金属片藉由接地金属板的槽孔而禪合馈入传输线，因此可增加天线带 宽，其中，两种极化对应的槽孔及馈入传输线不互相接触，W提高平板双极化天线的隔离 度。
[0058] W上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的等 同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种平板双极化天线，该平板双极化天线用来收发至少一无线电信号，该平板双极 化天线包括： 一馈入传输线层，该馈入传输线层包括一第一馈入传输线及一第二馈入传输线； 一第一介质层，该第一介质层形成于该馈入传输线层之上； 一接地金属板，该接地金属板具有一第一槽孔及一第二槽孔，该第一槽孔与该第一馈 入传输线产生耦合作用，该第二槽孔与该第二馈入传输线产生耦合作用，以增加该平板双 极化天线的带宽； 一第二介质层，该第二介质层形成于该接地金属板之上；以及 一第一微带金属片，该第一微带金属片形成于该第二介质层之上，该第一微带金属片 的形状大致呈一十字形。2. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一馈入传输线在一垂直投影方向与 该第一槽孔重叠，且该第二馈入传输线在该垂直投影方向与该第二槽孔重叠。3. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一微带金属片包括一中心矩形区 块、一第一区块、一第二区块、一第三区块以及一第四区块，该第一区块、该第二区块、该第 三区块以及该第四区块分别设置于该中心矩形区块的四边，以形成该十字形，该第一馈入 传输线在一垂直投影方向与该第一槽孔重叠于该第一区块，且该第二馈入传输线在该垂直 投影方向与该第二槽孔重叠于该第二区块。4. 如权利要求3所述的平板双极化天线，其中该第一槽孔的至少一分段与该第一区块 的一边平行。5. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一槽孔的至少一分段与该第一馈入 传输线的至少一分段垂直。6. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一馈入传输线包括一第一分段及一 第二分段，该第二馈入传输线包括一第三分段及一第四分段，该第一分段及该第二分段之 间有一第一夹角，且该第三分段及该第四分段之间有一第二夹角。7. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一馈入传输线与该第二馈入传输线 互相对称。8. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一槽孔包括一第一分段、一第二分 段及一第三分段，该第二槽孔包括一第四分段、一第五分段及一第六分段，该第一分段及该 第二分段之间有一第一夹角，该第二分段及该第三分段之间有一第二夹角，该第四分段及 该第五分段之间有一第三夹角，且该第五分段及该第六分段之间有一第四夹角。9. 如权利要求1所述的平板双极化天线，其中该第一槽孔与该第二槽孔互相对称。10. 如权利要求1所述的平板双极化天线，该平板双极化天线还包括一第二微带金属 片，该第二微带金属片形成于该第一微带金属片之上，且未接触该第一微带金属片。11. 如权利要求10所述的平板双极化天线，该平板双极化天线还包括一支撑件，该支 撑件设置于该第二微带金属片与该第一微带金属片或该第二介质层之间，用来使该第二微 带金属片不接触该第一微带金属片。
【专利摘要】一种平板双极化天线。该平板双极化天线用来收发至少一无线电信号，该平板双极化天线包括：一馈入传输线层，包括一第一馈入传输线及一第二馈入传输线；一第一介质层，形成于该馈入传输线层之上；一接地金属板，具有一第一槽孔及一第二槽孔，该第一槽孔与该第一馈入传输线产生耦合作用，该第二槽孔与该第二馈入传输线产生耦合作用，以增加该平板双极化天线的带宽；一第二介质层，形成于该接地金属板之上；以及一第一微带金属片，形成于该第二介质层之上，该第一微带金属片的形状大致呈一十字形。本发明可有效减小天线尺寸，并可产生线性极化的电磁波及正交的双极化天线场型，还可增加天线带宽及提高平板双极化天线的隔离度。
【IPC分类】H01Q13/08, H01Q1/50, H01Q1/52, H01Q1/38
【公开号】CN104900993
【申请号】CN201410081541
【发明人】詹长庚, 徐杰圣
【申请人】启碁科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月6日
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