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CN111224233B - 天线结构 - Google Patents

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CN111224233B CN201910690625.8A CN201910690625A CN111224233B CN 111224233 B CN111224233 B CN 111224233B CN 201910690625 A CN201910690625 A CN 201910690625A CN 111224233 B CN111224233 B CN 111224233B
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Abstract

一种天线结构，包括天线图案、接地层及两条微带线。天线图案包括第一部分及第二部分。第一部分为矩形，其包括第一边、第二边、第三边及第四边，第二部分从第一边与第二边构成的一角向外延伸凸出。接地层配置于天线图案的下方且包括两个槽孔，两个槽孔对天线图案的投影分别靠近于第三边与第四边。两条微带线配置于接地层下方，两条微带线对天线图案的投影垂直于第三边与第四边，且对接地层的投影横跨两个槽孔。各微带线分为第一段与第二段，第二段对天线图案的投影比第一段对天线图案的投影接近第一部分的中心，且第一段的宽度大于第二段的宽度。

Description

天线结构
技术领域
本发明涉及一种天线结构，且特别涉及一种具有宽频与良好返回损失的天线结构。
背景技术
传统的槽孔耦合微带线补丁(Patch)天线共有三层金属层，中间金属层是接地面(ground plane)，上层金属层是补丁(Patch)天线，下层金属层是馈入的微带线，金属层之间利用介质板隔开。中间金属层开一个槽孔，使位于下方的微带线能将输入信号通过槽孔将电场耦合馈入到补丁天线上。
传统的槽孔耦合微带线补丁天线不易调整阻抗匹配(impedance matching)，其频宽亦受限于上层的补钉天线的尺寸所能激发出来的模态。因此，传统的补丁天线设计有具有频宽窄的缺点，比如，在RFID(Radio Frequency Identification)的美规(0.902千兆赫(GHz)-0.928千兆赫(GHz))频段这样宽频的设计上，不易实现20分贝(dB)这样高返回损失的要求。
发明内容
本发明提供一种天线结构，具有宽频与良好的返回损失。
本发明的一种天线结构，包括一天线图案、一接地层及两条微带线。天线图案包括一第一部分及一第二部分，第一部分为一矩形，其包括依序相连的一第一边、一第二边、一第三边及一第四边，第二部分从第一边与第二边所构成的一角向外延伸凸出。接地层配置于天线图案的下方，且包括两个槽孔，两个槽孔对天线图案的投影分别靠近于第三边与第四边。两条微带线配置于接地层下方，两条微带线对天线图案的投影垂直于第三边与第四边，且对接地层的投影横跨两个槽孔，各微带线沿着延伸方向区分为一第一段与一第二段，第二段对天线图案的投影比第一段对天线图案的投影更接近第一部分的中心，且第一段的宽度大于第二段的宽度。
在本发明的一实施例中，上述的天线结构还包括一第一电路板及一第二电路板。天线图案配置在第一电路板的一上表面。第二电路板配置于第一电路板下方，接地层配置在第二电路板的一上表面，两条微带线配置在第二电路板的一下表面。
在本发明的一实施例中，上述的天线结构还包括一间隔件，配置于第一电路板与第二电路板之间。
在本发明的一实施例中，上述的天线结构适于共振出一频段，第一电路板与第二电路板之间的一间距为频段的0.1倍波长。
在本发明的一实施例中，上述的第二部分呈L形。
在本发明的一实施例中，上述的第二部分凸出于第一边的长度介于第四边的长度的0.05倍至0.1倍之间，且凸出于第二边的长度介于第三边的长度的0.05倍至0.1倍之间。。
在本发明的一实施例中，上述的天线结构适于共振出一频段，各微带线的长度介于频段的0.2倍波长至0.3倍波长之间。
在本发明的一实施例中，上述的各微带线的第一段的宽度介于第二段的宽度的1.1倍至2倍之间。
在本发明的一实施例中，上述的各槽孔的延伸方向垂直于对应的微带线的延伸方向。
在本发明的一实施例中，上述的其中一个微带线的延伸方向垂直于另一个微带线的延伸方向。
基于上述，本发明的天线结构通过微带线的第一段的宽度大于第二段的宽度的设计，而可调整阻抗匹配，搭配本发明的天线结构的天线图案通过将第二部分从第一边与第二边所构成的一角向外延伸凸出，而使得本发明的天线结构为宽频且高返回损失的天线。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种天线结构的俯视示意图。
图2是图1的天线结构的剖面示意图。
图3是图1的天线结构的第一电路板的俯视示意图。
图4是图1的天线结构的第二电路板的俯视示意图。
图5是图1的天线结构的第二电路板的仰视示意图。
图6是图1的天线结构的频率-返回损失(Return Loss)的示意图。
附图标记说明：
I：间距
L1、L2、L3、L4、L5：长度
W1、W2：宽度
100：天线结构
110：天线图案
112：第一部分
113：第一边
114：第二边
115：第三边
116：第四边
118：第二部分
120：接地层
122：槽孔
130：微带线
132：第一段
134：第二段
140：第一电路板
142：上表面
150：第二电路板
152：上表面
154：下表面
160：间隔件
具体实施方式
图1是依照本发明的一实施例的一种天线结构的俯视示意图。图2是图1的天线结构的剖面示意图。要说明的是，在图1中，接地层120与微带线130均位于天线图案110的下方，因此以虚线表示。此外，图2的剖面是沿着图1中有弯折的虚线来剖面的示意图。
请参阅图1与图2，本实施例的天线结构100以双馈入槽孔耦合微带线补丁天线为例，但天线结构100的种类不以此为限制。在本实施例中，天线结构100具有宽频及高返回损失的效果，适用于多种不同形式的RFID读取器的应用。天线结构100的应用频段例如为0.902千兆赫(GHz)至0.928千兆赫(GHz)。当然，天线结构100的应用与频段不限于此。
由图2可见，本实施例的天线结构100包括由上至下的一天线图案110、一接地层120及两条微带线130。图3是图1的天线结构100的第一电路板的俯视示意图。请搭配图1与图3，在本实施例中，天线图案110例如是补丁天线。如图1所示，天线图案110包括一第一部分112及一第二部分118，第一部分112为一矩形，例如是长方形或是正方形。第一部分112包括依序相连的一第一边113、一第二边114、一第三边115及一第四边116，第二部分118从第一边113与第二边114所构成的一角向外延伸凸出。
天线图案110的第二部分118可用来使第一部分112所共振出的频段稍微偏向低频，而使得整体频段加宽。在本实施例中，第二部分118例如是呈L形。当然，第二部分118的形状不以此为限制，在其他实施例中，第二部分118也可以是3/4个圆形、锯齿形、弧形或不规则形。如图3所示，在本实施例中，第二部分118凸出于第一边113的长度L2介于第四边116的长度L1的0.05倍至0.1倍之间，且第二部分118凸出于第二边114的长度L4介于第三边115的长度L3的0.05倍至0.1倍之间。经实验，上述的长度关系可以使得天线结构100还有更佳的阻抗匹配。当然，长度L1、长度L2的关系不限于此。
图4是图1的天线结构的第二电路板的俯视示意图。请搭配图1与图4，接地层120配置于天线图案110的下方。接地层120为金属层且包括两个槽孔122。在图1中可见，两个槽孔122对天线图案110的投影分别靠近于第三边115与第四边116。
如图2所示，两条微带线130配置于接地层120下方。图5是图1的天线结构的第二电路板的仰视示意图。请搭配图1与图5，两条微带线130对天线图案110的投影垂直于第三边115与第四边116，且两条微带线130对接地层120的投影横跨两个槽孔122。在本实施例中，各微带线130沿着延伸方向区分为一第一段132与一第二段134，第二段134对天线图案110的投影比第一段132对天线图案110的投影更接近第一部分112的中心，且第一段132的宽度大于第二段134的宽度。
本实施例的天线结构100通过微带线130配置在对天线图案110的投影横跨第三边115与第四边116的位置，且微带线130的第一段132的宽度大于第二段134的宽度的设计，而可调整阻抗匹配。上述设计搭配天线图案110通过将第二部分118从第一边113与第二边114所构成的一角向外延伸凸出，而使得天线结构100为宽频且高返回损失的天线。
在本实施例中，其中一个微带线130的延伸方向垂直于另一个微带线130的延伸方向，且各槽孔122的延伸方向垂直于对应的微带线130的延伸方向。当然，在其他实施例中，两条微带线130的延伸方向并不以此为限制，且各槽孔122的延伸方向与对应的微带线130的延伸方向之间的关系并不以此为限制。
请回到图2，在本实施例中，天线结构100还包括一第一电路板140、一第二电路板150及一间隔件160。天线图案110配置在第一电路板140的一上表面142。第二电路板150配置于第一电路板140下方。接地层120配置在第二电路板150的一上表面152，两条微带线130配置在第二电路板150的一下表面154。间隔件160配置于第一电路板140与第二电路板150之间，以隔开第一电路板140与第二电路板150，且使天线图案110与接地层120保持特定的距离。在本实施例中，间隔件160例如是塑胶柱，但间隔件160的种类不以此为限制。
在本实施例中，天线结构100适于共振出一频段(例如是0.902千兆赫(GHz)至0.928千兆赫(GHz))，第一电路板140与第二电路板150之间的一间距约为此频段的0.1倍波长，约为5毫米至10毫米。
值得一提的是，在其他实施例中，天线结构100也可以是单一电路板的设计。也就是说，天线图案110、接地层120及两条微带线130分别是在同一块电路板的不同层，天线图案110与接地层120之间以及接地层120与两条微带线130之间通过两介电层隔开。天线图案110与接地层120之间的介电层的厚度可以约为天线结构100所共振出的频段的0.1倍波长。
此外，由图5可见，在本实施例中，各微带线130的长度介于频段的0.2倍波长至0.3倍波长之间，例如是0.25倍波长，且各微带线130的第一段132的宽度介于第二段134的宽度的1.1倍至2倍之间。经测试，微带线130在上述范围之中时，天线结构100具有较佳的返回损失。
图6是图1的天线结构的频率-返回损失(Return Loss)的示意图。请参阅图6，在本实施例中，天线结构100由微带线130在第二电路板150的边缘的部位馈入，由于有两条微带线130，因此，天线结构100具有两个馈入端。在图1中位于下方的馈入端(也就是从下方的微带线130在第二电路板150的边缘的部位)所得到的共振模态用粗线表示，天线结构100在图1中位于左方的馈入端(也就是从左方的微带线130在第二电路板150的边缘的部位)所得到的共振模态用细线表示。由图6可见，在0.902千兆赫(GHz)至0.928千兆赫(GHz)此区段中两馈入端所得共振模态的返回损失均大于等于20分贝(dB)，而具有良好的表现。
综上所述，本发明的天线结构通过微带线的第一段的宽度大于第二段的宽度的设计，而可调整阻抗匹配，搭配本发明的天线结构的天线图案通过将第二部分从第一边与第二边所构成的一角向外延伸凸出，而使得本发明的天线结构为宽频且高返回损失的天线。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：
一天线图案，包括一第一部分及一第二部分，该第一部分为一矩形，其包括依序相连的一第一边、一第二边、一第三边及一第四边，该第二部分从该第一边与该第二边所构成的一角向外延伸凸出；
一接地层，配置于该天线图案的下方，且包括两个槽孔，该两个槽孔对该天线图案的投影分别靠近于该第三边与该第四边；以及
两条微带线，配置于该接地层下方，两条所述微带线对该天线图案的投影垂直于该第三边与该第四边，且对该接地层的投影横跨两个所述槽孔，多条所述微带线沿着延伸方向区分为一第一段与一第二段，该第二段对该天线图案的投影比该第一段对该天线图案的投影更接近该第一部分的中心，且该第一段的宽度大于该第二段的宽度。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，还包括：
一第一电路板，该天线图案配置在该第一电路板的一上表面；以及
一第二电路板，配置于该第一电路板下方，该接地层配置在该第二电路板的一上表面，两条所述微带线配置在该第二电路板的一下表面。
3.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于，还包括：
一间隔件，配置于该第一电路板与该第二电路板之间。
4.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于，该天线结构适于共振出一频段，该第一电路板与该第二电路板之间的一间距为该频段的0.1倍波长。
5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第二部分呈L形。
6.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第二部分凸出于该第一边的长度介于该第四边的长度的0.05倍至0.1倍之间以及凸出于该第二边的长度介于该第三边的长度的0.05倍至0.1倍之间。
7.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该天线结构适于共振出一频段，多条所述微带线的长度介于该频段的0.2倍波长至0.3倍波长之间。
8.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，多条所述微带线的该第一段的宽度介于该第二段的宽度的1.1倍至2倍之间。
9.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，多个所述槽孔的延伸方向垂直于对应的该微带线的延伸方向。
10.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，一条该微带线的延伸方向垂直于另一条该微带线的延伸方向。
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