TW200832811A - Circularly polarized antenna - Google Patents

Description

200832811 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係涉及一種圓形極化天線(circular p〇larizati〇n antenna)，特別是應用於無線通訊產品上之天線，亦包括全球 衛星定位系統（GPS)。 【先前技術】 隨著近年來無線通訊的快速發展，天線在各項無線通訊產 品中的需求上也逐漸提高，其中全球衛星定位系統（GPS)的 應用也漸漸由原本的軍方專用開放至到民間也可以來做使 用’而衛星的微波訊號在傳遞時必須能夠順利的通過大氣層中 的電肖隹層，此時只有圓形極化特性的訊號可以不受大氣中電離 層的影響，順利的傳遞訊號，此外圓形極化能有效提升一般線 性天線對於多重路徑干擾的抑制能力，因此圓形極化天線也被 應用於般的無線通汛設備中，而如何達成符合實際通訊設備 的圓形極化天線之設計與研究，近年來也日漸重要。 目前應用於圓形極化無線通訊設備中，通常採用方形截角 輪射金屬片透過單點訊號獻的方式，及透過饋人網路將訊號 7刀成兩個峨點使輪射金屬片激發出圓形極化的天線設計，習 知的圓形極化天線設計如”截角平板圓形極化天線，，（參考第ι 圖），其揭示-種應餘_極化天線，其天線主魏射金屬 片部分，截去-組位於輻射金屬板對角線上的邊角n，藉由 5 200832811 饋入點Η)可激發出兩 同-個輻射金屬k u、 Ρ Ρ2 ’進而在 激發出兩個相互垂直的模態 形極化的絲。又ν，單 〜叹成囫 揭示一種使用單居人二圓祕化天線”（參考第2圖）’其亦 屬片20形極化的顧’其天線主要輕射金 只，，、、占21將矾號饋入，再經由 分送至兩個位置相互垂言絲 略々將减 饋人端23，此.方式可以直接 作_ ’吻發出_極化的天線特性。 上述的兩種天線設計雖可達成_滅的效果，作 形極化的主要_方向皆為垂直於該天線之接地面的方向二由 1=，訊設襟使用時’經常為直立狀態，即系統 接地面為垂直地面並指向天空方向，因絲要將其應用内藏於 :般手持式無線通訊設備中（例如手機、PDA)，職天線所 產生的圓形極絲射額應為平行㈣統接地面之方向較為 適合’上述兩種設計在使用上較不符合所需求_射方向。 【發明内容】 為解決上述天、_射方触的_，本發日种提出一種圓 形極化天_觸設計，其场的料主要可料成三個部 分，第一部份為利用一轄射導體、—銅柱及一介質基板所構成 的天線結構，產生-線性極化的輻射場型 -辑體與一第一延伸導線及—第二延伸導線相互= 發出另-線性極化的輻射場型，第三部分為—績人網路，藉由 6 200832811 該饋入網路將兩個極化方向相互垂直的線性極化輕射作整 合’使天線可以在平行接地面方向得到很好的 圓形極化特性。 如上所述，本發明之目的在於提供—種具有平行系統接地 面方向圓鞠化_的天線_輯。本發明之_極化天線 包含：一介質基板，該介質基板具有—第—表面及一第二表 面；一饋入網路，位於該介質基板之該第一表面，其包含：一 中^ V、、泉較短支路導線、一較長支路導線、一饋入點、一 第-訊號點及-第二訊號點，該t心、導線具有—起始端及一末 端，該饋入點位於該中心導線之起始端，該較短支路導線，其 -端點與該中心導線之末端連接，另—端與該第—訊號點連 接，一較長支路導線，其一端點與該中心導線之末端連接，另 一编與该第二訊號點連接，藉由該饋入網路得以將訊號由該饋 入點傳送至該第一訊號點及該第二訊號點，且該兩支路導線的 長度差異，可用以產生一電流之相位落差於該兩訊號點；一耦 合導線，位於該介質基板之該第一表面，該耦合導線以環繞的 方式作延伸’其一:^而與该弟一訊號點連接’另一端則為開路狀 態，訊號可由該第二訊號點輸入該耦合導線；一接地面，該接 地面的外圍有一雙延伸導線，一第一延伸導線及一第二延伸導 線，且該接地面、第一及第二延伸導線皆位於該介質基板之該 弟一表面’ 3亥弟一延伸導線罪近该接地面’且沿著該接地面邊 緣作延伸，該第一延伸導線之一端點與該接地面連結，另一端 7 200832811 點則為開路狀態，該第二延伸冑線位於與該第一延伸導線相互 對稱於該柄合導線的位置，藉由該耦合導線與該第_延伸導線 及第二延伸導線_合，以激發出_具有線性極化之細特性， 其極化方向為平行該接地面之方向；—輻射導體，位於該介質 基板之該第-表面上方；—銅柱，該銅柱其—端點與該輻射導 體連接，另-端點則與該第一訊號點連接，藉此可將該第一訊 號點之訊號輸入該銅柱及該輻射導體，以激發出另一具有線性 極化之輻射特性，且其極化方向為餘該接地面之方向；藉由 上述結構可使該天線產生兩互相垂直極化之輻射，且其合成最 大輪射方向為+y方向，透過該饋入網路將前述兩個線性極化的 輻射特性作適當的功率及她之繼，本發明之天線在平行於 該接地面方向具有良好的圓形極化輻射特性。 【貫施方式】 第3圖所示為本發明之圓形極化天線之第一實施例，其包 含·一介質基板30，該介質基板30具有一第一表面3〇1及一第 二表面302，該介質基板3〇可為微波介質材料；一饋入網路31， 位於°亥；丨貝基板如之該第一表面301，其包含··一中心導線 311 ’斜心導線扣具有一起始端及一末端，一饋入點， 位於。亥中心導線311之起始端，一第一訊號點坤，一較短支路 V線314 ’其一端點與該中心導線311之末端連接，另一端與該 第-訊號點31a連接，—第二訊號點勘，—較長支路導線316， 200832811 其-端點與該中心導線3n之末端連接，另—端與該第二訊號 ·、、、占31b連接，其中該中心導線311、較短支路導線3丨4和較長支 路導線316為高頻訊號傳輸線，藉由該饋入網路31得以將高頻 成號由该饋入點312傳送至該第一訊號點31&及該第二訊號點 31b，垓較長支路導線316與較短支路導線314長度上的差異用 以產生一電流之相位落差；一耦合導線32，位於該介質基板3〇 之該第一表面301，該耦合導線32以環繞的方式作延伸，其一 鈿與该第二訊號點31b連接，另一端則為開路狀態，訊號可由 该第一訊號點3lb輸入該耦合導線32 ; —接地面33，位於該介 貝基板30之第一表面302，且該饋入網路31位於該接地面33範 圍内，一第一延伸導線34，位於該介質基板30之該第二表面 302，該第一延伸導線34靠近該接地面33，且沿著該接地面幻 邊緣作延伸，該第一延伸導線34，其一端點與該接地面33連 Ί ’另一立而點則為開路狀態’一第二延伸導線35，位於該介質 基板30之該第二表面302，該第二延伸導線35位於與該第一延 伸導線34相互對稱於該耦合導線32的位置，且該第二延伸導線 35 ’其一端點與該接地面33連結，··另一端點則為開路狀態，且 該耦合導線32位於該第一延伸導線34及該第二延伸導線35與 該接地面33之連接點附近，藉由該耦合導線32將能量耦合至該 第一延伸導線34及第二延伸導線35，以激發出一極化方向為平 行該接地面33之線性極化之輻射特性；一輻射導體36，位於該 9 200832811 "貝基板30之该第-表面301上方，該輻射導體％之形狀可為 方形或圓形；-銅柱37，該銅柱37，其一端點與該輕射導體％ 連接另鈿點則與该第一訊號點31a連接，藉此可將該第一 訊號點31a之訊號輸入該銅柱37及該輻射導體％，以激發出另 -具有極化方向為垂直該接地面之線性極化輻㈣性’·透過該 饋入網路31將前述兩個互倾絲性極化的輻射特性作適當 的功率及相位之調整，使本發明之天線在平行於該接地面％ 方向具有良好的圓形極化輻射特性。 第4圖為本發明圓形極化天線之第一實施例的返回損失 實驗結果；®巾曲線為該天線之操作模態，由實驗結果可得到 此一實施例之操作模態中心頻率為1551 MHz，阻抗頻寬於2:】 VSWR (电壓駐波比）定義下，可達到2乃mhz，可滿足全球 衛星定位系統之頻帶需求。 第5圖為本發明圓形極化天線之第一實施例於1575MHz 幸田射场型貫驗結果；由實驗結果可得到於此天線中，右手圓極 化（RHCP)為5亥天線的主要極化，且由同中所標示之平 面及y z平面場型結果中可看出，其最大輻射方向為朝向平行 系統接地面之+y方向。 第6圖為本發明圓形極化天線之第一實施例於X_y平面之 圓形極化軸比實驗結果；由實驗結果可得到此第一實施例之圓 雜化模射心醉為1582MHz，_極化軸_寬於3犯 200832811 疋義下，可達到70 MHz，可滿足全球衛星定位系統之頻帶需 求。 第7圖所示為本發明之圓形極化天線之一實施例7，其包 含·一介質基板70，該介質基板70具有一第一表面7〇1及一第 一表面702 ’該介質基板70可為微波介質材料；一饋入網路71， 位於該介質基板70之該第一表面7〇1，該饋入網路71為威金森 功率分配器設計方式，其包含：一中心導線711，該中心導線 711具有一起始端及一末端，一饋入點712，位於該中心導線711 之起始端，一第一訊號點71a，一較短支路導線714，其一端點 與该中心導線711之末端連接，另一端與該第一訊號點71a連 接，一弟一‘號點71b，一較長支路導線716，其一端點與該中 心導線711之末端連接，另一端與該第二訊號點7化連接，一隔 離電阻717，位於該較短支路導線714與該較長支路導線716最 接近之位置’且該隔離電阻717兩端分別與該較短支路導線714 及該較長支路導線716連接，其中該中心導線7n、較短支路導 線714和較長支路導線716為高頻訊號傳輸線，藉由該饋入網路 71得以將高頻訊號由該饋入點712傳送至該第一訊號點7ia及 該第二訊號點71b，該較長支路導線716與較短支路導線714長 度上的差類以產生-電流之相位落差；—齡導線72,位於 口玄；I貝基板70之该第一表面7〇1，該耦合導線72以環繞的方式 作延伸，其-端與該第二訊號點瓜連接，另—端則為開路狀 200832811 態，訊號可由該第二訊號點71b輸入該耦合導線72 ; —接地面 73，位於該該介質基板7〇之第二表面702，且該饋入網路71位 於该接地面73範圍内，一第一延伸導線74，位於該介質基板7〇 之該第二表面702 ,該第一延伸導線74靠近該接地面73，且沿 者5亥接地面73邊緣作延伸，該第一延伸導線74，其一端點與該 接地面73連結，另一端點則為開路狀態，一第二延伸導線75， 位於該介質基板70之該第二表面7〇2，該第二延伸導線乃位於 與該第一延伸導線74相互對稱於該耦合導線72的位置，且該第 —延伸導線75，其一端點與該接地面73連結，另一端點則為開 路狀恶’且該耦合導線72位於該第一延伸導線74及該第二延伸 導線75與該接地面73之連接點附近，藉由該耦合導線72將能量 輕合至該第-延伸導線34及第二延伸導線75，以激發出一極化 方向為平行該接地面73之線性極化之輻射特性；一輻射導體 76位於忒介質基板7〇之該第一表面7〇1上方，該輻射導體％ 之形狀可為方形或圓形；—她77，該銅柱77其—端點與該輕 射導體76連接，另-端點則與該第-訊號點71a連接，藉此可 將-亥第汛號點71a之訊號輸入該銅柱77及該輻射導體76，以 激發出另-具有極化方向為垂直該接地面之線性極化輕射特 I透過雜人網職將前述兩個互姆直線性減的輕射特 性作適當的功率及她之，使本發明之天線在平行於該接 地面73方向具有良好的圓形極化輻射特性。 12 200832811 在本發明說明中所述之實施例僅為說明本發明之原理及 其功效，而非限制本發明。因此，習於此技術之人士可在不違 背本發明之精神對上述實施例進行修改及變化。本發明之權利 範圍應如後述之申請專利範圍所列。 【圖式簡單說明】 第1圖為習知圓形極化天線一實施例結構圖。 弟2.圖為習知圓形極化天線一實施例結構圖。 第3圖為本發明圓形極化天線第一實施例結構圖。 第4圖為本發明圓形極化天線第一實施例之返回損失 貫驗結果。 第5圖為本發明圓形極化天線第一實施例之輻射場型 實驗結果。 第6圖為本發明圓形極化天線第一實施例之圓極化軸 比實驗結果。 第7圖為本發明圓形極化天線第二實施例結構圖。 .〆· 【主要元件符號說明】 1〇 :饋入點 11:輻射金屬片截角 pi :電流路徑 P2 :電流路徑 13 200832811 20 :輻射金屬片 21 :訊號饋入點 22 :饋入網路 23 :饋入端 30 ··介質基板 301 ··第一表面 302 ··第二表面 31 :饋入網路 311 :中心導線 312 :饋入點 31a :第一訊號點 314 :較短支路導線 31b :第二訊號點 316 :較長支路導線 32 :耦合導線 33 :接地面 34 :第一延伸導線 35 :第二延伸導線 36 :銅柱 14 200832811 37 :輻射導體 70 :介質基板 701 ··第一表面 702 ··第二表面 71 :饋入網路 711 :中心導線 712 :饋入點 71a ··第一訊號點 714 ··較短支路導線 71b ··第二訊號點 716 ··較長支路導線 717 :隔離電阻 72 :耦合導線 73 :接地面 74 ··第一延伸導線 75 :第二延伸導線 76 :銅柱 77 :輻射導體

Claims (1)

1. 200832811 十、申請專利範圍： 1· 一種圓形極化天線，包含： 一介負基板，具有一第一表面及一第二表面； 一饋入網路，位於該介質基板之該第一表面，其包人· -中心導線，該中心導線具有-起始端及一末端， 一饋入點，位於該中心導線之起始端， 一第一訊號點， -較短支路導線，其-端點_中心導線之末端連接，另— 端點與該第一 tfL號點連接， 弟—訊·?虎點， -較長支路導線’其-端點與該中心導線之末端連接，另— 端點與該第二訊號點連接； 一輕合_，位於該介質基板之該第—表面，該轉合導線以環 繞的方式艇伸’其-端與該第二峨點連接，另_端則^ 開路狀態； ' 一接地面，位於該介質基板之該第二表面； * 一第一延伸導線，位於該介質基板之該第二表面，該第一延伸 導線罪近該接地面，且沿著該接地面邊緣作延伸，該第一延 伸導線具有兩端點，其—端點與該接地面連結，另—端點則 為開路狀態； -第二延伸導線，位於該介f基板之該第二表面，該第二延伸 導線與該第-延伸導線相互對稱於該麵合導線，且該第二延 16 200832811 伸導線具有兩端點，其一端點與該接地面連結，另一端點則 為開路狀態； 幸田射導體，位於該介質基板之該第一表面之上方； 銅柱’該鋼柱具有兩端點，其一端點與該輻射導體連接，另 ^點則與該第一訊號點連接。 2·如申請專利範圍第1項所述之圓形極化天線，其中該輻射導體 形狀可為方形。 3·如申請專利範圍第丨項所述之圓形極化天線，其中該輻射導體 形狀可為圓形。 4·如申請專利範圍第丨項所述之圓形極化天線，其中該中心導 線、較短支路導線和較長支路導線係為高頻訊號傳輪線。 5·如申請專利範圍第丨項所述之圓形極化天線，其中該饋入網路 位於a亥接地面摩&圍之内。 6·如申凊專利範圍第1項所述之圓形極化天線，其中該高頻訊號 藉由該饋入點透過該饋入網路將訊號分送至該第—訊號點及 該第二訊號點。 、 7·如申請專利範圍第1項所述之圓形極化天線，其中該饋入網路 中該較長支路導線及較短支路導線，其長度的差異用以產生一 電流之相位落差。 8·如申請專利範圍第1項所述之圓形極化天線，其中該麵合導線 位於該第一及第二延伸導線與該接地面之連接點附近。 17 200832811 9. 10. 如申請專概圍第1項所述之®形極化天線，其巾該介質基底 可為微波介質。 、土一 一種圓形極化天線，包含： 貝基板，具有一第一表面及一第二表面； 一饋入網路，位於該介質基板之該第-表面，其包含： 一中心導線，該中心導線具有一起始端及一末端， 一饋入點，位於該中心導線之起始端， 一第一訊號點， -較短支路導線，其—端點與該中心導線之末端連接，另一 端點與該第一訊號點連接， 弟-虎點， 一較長支路導線，其—端點與該中^導線之末端連接，另-端點與該第二訊號點連接， -離電阻’位於該較短支路導線和該較長支路導線最接近 之位置’且该隔離電阻兩端分別與該較短支路導線及該較 長支路導線連接； I馬合導線’位於該介質基板之該第—表面，絲合導線以環 、、:^的方式作延伸’其—端與該第二訊號點連接，另一端則為 開路狀態； -接地面’位於該介質基板之該第二表面； -第-延伸導線，位於該介餘板之該第二表面，該第一延伸 18 200832811 導線靠近該接地面’且沿著該接地面作延伸，該第—延伸導 線具有兩端點，其—端點與該接地面連結，另-端點則為開 路狀態； 一第二延伸導線，位於該介質基板之該第二表面，該第二延伸 導線與該第-延伸導線相互對稱於該麵合導線，且該第二延 伸導線具有兩端點，其—端轉該接地面連結，另一端點則 為開路狀態； ^ ' 一輪射導體’位於該介質基板之該第—表面之上方； 一銅柱，該銅柱具有兩端點，其一端點與該輻射導體連接，另 一端點則與該第一訊號點連接。 11·如申請專利範圍第10項所述之圓形極化天線，其中該輻射導體 形狀可為方形。 12·如申叫專利範圍苐⑴項所述之圓形極化天線，其中該輻射導體 形狀可為圓形。 is·如申请專利範圍第ίο項所述之圓形極化天線，其中該中心導 線、較短支路導線和較長支路導線係為高頻訊號傳輸線。 14·如申請專利範圍第1〇項所述之圓幵夕極化天線，其中該饋入網路 位於該接地面範圍之内。 15·如申請專利範圍第10項所述之圓形極化天線，其中該高頻訊號 藉由該饋入點透過該饋入網路將訊號分送至該第一訊號點及 該第二訊號點。 19 200832811 Μ.如申請專利細第1G項所述之_極化天線，其中該饋入網路 中該較長支路導線及較短支路導線，其長度的差異用以產生一 電流之相位落差。 17·如申請專利範圍第1〇項所述之圓形極化天線，其中該♦馬合導線 位於該第一及第二延伸導線與該接地面之連接點附近。 18·如申請專利範圍第1〇項所述之圓形極化天線，其中該介質基底 可為微波介質。 20