專利名稱：圓極化天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種圓極化天線，特別是指一種縮小化的圓極化天線。
背景技術(shù)：
隨著無線射頻辨識系統(tǒng)技術(shù)(RFID)應(yīng)用的逐漸普及，使得物件辨識更快速也更 安全。且為方便使用者攜帶或使用，輕薄短小成為電子產(chǎn)品的主要設(shè)計趨勢，因此 當圓極化天線應(yīng)用在該等電子產(chǎn)品上時，天線的尺寸大小成為設(shè)計天線時的重要考
一般圓極化平面天線的設(shè)計可分為單饋入與雙饋入兩種方式。單饋入的圓極化 天線可利用截角、挖槽孔或植入窄槽縫等微擾方式，使原本正交的模態(tài)激發(fā)出兩個 等振幅且相位差90度的相鄰垂直模態(tài)。但此種天線雖然只需單層基板即可，但其缺 點是操作頻寬非常狹窄，通常不超過其線性極化輻射頻寬的三分之一，且設(shè)計限制 條件較多，不容易調(diào)整天線圓極化特性及阻抗匹配，所以設(shè)計困難。至于雙饋入的 圓極化天線則通常是使用Wilkinson功率分配器或支路耦合器(branch-line coupler)來 提供振幅相等且相位相差90度的激發(fā)電流，且兩個饋入點需分別位于互相垂直的方 向。此種天線具有較單饋入的天線頻寬大且天線圓極化特性良好等優(yōu)點，但由于需 要使用兩層以上的基板，以致天線體積變得過于龐大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是在提供一種在不影響天線輻射效能情況下有效縮小天線尺寸 的圓極化天線。
于是，本發(fā)明的圓極化天線，包括一基板、 一環(huán)形輻射部、 一微帶輻射部及一 接地面。該基板具有相反的一第一面及一第二面。該環(huán)形輻射部設(shè)于該基板的第一 面。該微帶輻射部設(shè)于該環(huán)形輻射部所圍繞的空間中，并包括一第一線段及一第二 線段，該二線段的一端相鄰近以饋入訊號，另一端相遠離且分別連接該環(huán)形輻射部。 該接地面，設(shè)于該基板的第二面。
較佳地，該圓極化天線更包括一用以平均分s改貴入訊號功率的饋入單元，其包
4括設(shè)于該環(huán)形輻射部所圍繞的空間中的一饋入部及一電P且，該饋入部包括一饋入線 段及二由該饋入線段一端向外延伸的轉(zhuǎn)阻線段，該二轉(zhuǎn)阻線段分別終止于該第一線 段及第二線段相鄰近的一端并各別連f妾該第一線段及第二線段，且該電阻兩端連接 該二轉(zhuǎn)阻線段的鄰近該第一線段及第二線段的一端。
較佳地，其中該饋入線段的另一端更設(shè)有一貫穿該基板的第一面和第二面的貫
孔，供一SMA接頭連接以饋入訊號，以使該SMA接頭的中心饋入線與該饋入線段電 連接，并使該SMA接頭的一接地端經(jīng)由該貫孔與設(shè)于基板第二面的接地面電連接。
可替換地，該饋入單元可以是一功率分配器，其連接該第一線段及第二線段相 鄰近的一端，用以分配饋入訊號功率使平均饋入該第一線段及第二線段。
較佳地，該環(huán)形輻射部可以是圓環(huán)形、方環(huán)形、三角環(huán)形或橢圓環(huán)形的環(huán)形結(jié) 構(gòu)金屬線。
較佳地，該第一線段及第二線段可以fe形彎折或圓弧形的金屬線段，且第一 線段及第二線段概呈垂直地以其相遠離的另一端各別連接該環(huán)形輻射部。 較佳地，該第一線段與第二線段的總長相差四分之一波長。 較佳地，該接地面可以是一矩形、圓形、三角形或與該基板近似形狀的金屬平面。
較佳地，該饋入線段可以是長條形、L形或圓盤形的金屬線段。 較佳地，該轉(zhuǎn)阻線段可以是圓弧形、矩形^L形彎折的金屬線段。 較佳地，該基板可以是玻璃纖維基板或陶瓷基板。 較佳地，該基板可以是矩形或圓盤形。
本發(fā)明的圓極化天線具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸短小、圓極化軸比頻寬大、收發(fā)角度 廣且增益高等優(yōu)點，因此十分適合應(yīng)用于無線通訊系統(tǒng)的天線設(shè)計上，尤其適合輕 薄短小的電子通訊產(chǎn)品，具有極高的產(chǎn)業(yè)價值。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明圓極化天線的一較佳實施例進行詳細說明 圖1為本發(fā)明圓極化天線的一較佳實施例的立體圖。 圖2為本實施例圓極化天線的平面圖。
圖3為本實施例圓極化天線的反射損失實測數(shù)據(jù)圖。 圖4為本實施例圓極化天線的實驗結(jié)果史密斯圖。圖5為本實施例圓極化天線在X-Z平面的輻射場型實驗結(jié)果。
圖6為本實施例圓極化天線在Y-Z平面的輻射場型實驗結(jié)果。 圖7為本實施例圓極化天線在操作頻帶內(nèi)的天線軸比實驗結(jié)果。 圖8為本實施例圓極化天線在操作頻帶內(nèi)的天線增益實驗結(jié)果。
具體實施例方式
有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一較 佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。
參見圖1及圖2，是本發(fā)明圓極化天線的一較佳實施例，本實施例的圓極化天線 l應(yīng)用在920MHz的操作頻率，其包括一基板ll、 一接地面12、 一環(huán)形輻射部13、 一 微帶輻射部l 4及一饋入單元15 。
基板11具有相反的一第一面111及一第二面112，在本實施例中，基板ll是一矩 形的玻璃纖維板(FR4)，其尺寸為95 X 95 mm2，環(huán)形輻射部B及微帶輻射面14設(shè)于 基板ll的第一面lll，接地面12設(shè)于基板11的第二面112。接地面ll在本實施例中是一 設(shè)于基板11第二面112中央的矩形金屬平面，其尺寸為64 X 64 mm2。
值得一提的是，本實施例的基板ll并不以矩形為限，它也可以是圓盤形或其它 相似形狀，且其材質(zhì)除了玻璃纖維板(FR4)外，也可以使用陶瓷基板或其它可用的介 質(zhì)材料。而接地面12亦不以矩形為限，它也可以是圓形、三角形或與基板ll近似形 狀的金屬平面。
環(huán)形輻射部13是一封閉路徑金屬線段，在本實施例中，該封閉路徑金屬線段為 一環(huán)繞基板ll第一節(jié)ll周邊的方環(huán)形金屬線段，其內(nèi)環(huán)邊長為76mm，外環(huán)邊長為 95mm。然環(huán)形輻射部13并不以方環(huán)形為限，它也可以是圓環(huán)形、三角環(huán)形、橢圓形
或其它相似的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
微帶輻射部14設(shè)于環(huán)形輻射部13所環(huán)繞的空間中，并包括一第一線段141及一 第二線段142，且兩線段141、 142的總長相差四分之一波長，在本實施例中，該二線 段141、 142為一ML形彎折的金屬線段，其一端143、 144相鄰近以饋入訊號，另一端 相遠離且概呈互相垂直地分別連接于環(huán)形輻射部13相鄰的兩邊B1、 132的內(nèi)環(huán)邊長 中點，第一線段141的總長為59mm，第二線段142的總長為104mm。且第一線段141 及第二線段142除了L形彎折結(jié)構(gòu)外，也可以是圓弧形的金屬線段。
饋入單元15設(shè)在環(huán)形輻射部13所環(huán)繞的空間中，其包括一饋入部151及一電阻
6152。
饋入部151包括一饋入線段153及二轉(zhuǎn)阻線段154、 155。饋入線段153位于第一 線段141及第二線段142所圈圍的空間中，是一長度為10.3謹，寬度為3mm的長條形 金屬線段，其一端150設(shè)有一貫穿基板11第一面111和第二面112的貫孔156，其孔徑 直徑為Umm，供一SMA接頭(圖未示)連接以饋入訊號，使SMA接頭的中心饋入線 與饋入線段153—端150電連接，而SMA接頭的接地端則經(jīng)由貫孑L156與第二面112的 接地面12電連接。
該二轉(zhuǎn)阻線段154、 155由饋入線段153的另一端向外延伸且分別終止于第一線 段141及第二線段142相鄰近的一端143、 144并分別連接該端143、 144，在本實施例 中，該二轉(zhuǎn)阻線段154、 155是一弧長為48.07mm、寬為1.6mm的圓弧形金屬線段。
電阻152的兩端連接在該二轉(zhuǎn)阻線段154、 155的連接第一線段141及第二線段 142的一端之間，其阻抗值為100歐姆。
上述饋入單元15的作用在于使饋入訊號的輸入功率可以平均分配給第--線段 141及第二線段142。其中饋入線段153除了長條形外，也可以&形或圓盤形的金屬 線段，而轉(zhuǎn)阻線段154、 155除了圓弧形外，也可以是矩形、L形彎折或其它相似形狀 的金屬線段。當然饋入單元15并不限于使用上述微帶線結(jié)構(gòu)，它也可以用其它可將 饋入訊號能量平均分配成多個輸出的傳統(tǒng)功率分配器來實現(xiàn)。
參見圖3至圖8，為本實施例圓極化天線l的實作量測結(jié)果，由圖3的反射損失結(jié) 果可得到天線的阻抗頻寬，即以Y軸10dB為準橫切過去，對應(yīng)曲線所得的頻寬為 762 1175MHz，即1175-762=413MHz。
圖4所示為本實施例圓極化天線的史密斯圖的實驗結(jié)果，圖5及圖6為天線在操 作頻率920MHz的輻射場型量測結(jié)果，在漣波約在0 3Db的情況下，圓極化天線l接 收的半功率波束角度可達90度。圖7則為操作頻帶內(nèi)的圓極化天線軸比的實驗結(jié)果， 本實施例的圓極化天線l的軸比頻寬以Y軸3dB為準橫切過去，對應(yīng)曲線所得的頻寬 為866^982MHz，即982-866^16MHz。圖8則為操作頻帶內(nèi)的圓極化天線1的增益實 驗量測結(jié)果，本實施例的圓極化天線l在操作頻帶內(nèi)的增益在4.5 6,2dBi之間。
由上述說明可知，本實施例的圓極化天線l的結(jié)構(gòu)十分簡單，其由一正方形的 玻璃纖維板當作基板ll，并于此基板11的第一面111上設(shè)置一環(huán)形輻射部13、 一微帶 輻射部14及一饋入單元15，且在第二面112設(shè)置一接地面12，并將微帶輻射部14及饋 入單元15設(shè)于環(huán)形輻射單13中，由饋入單元15將饋入訊號的輸入功率平均分配為等
7振幅且相位相差90度的兩個輸出能量，并經(jīng)由微帶輻射部14的總長相差四分之一波
長的第一線段141及第二線段142以概呈相互垂直方式連接至環(huán)形輻射部13，以激發(fā) 出天線的圓極化特性，并作電磁波輻射與接收，而且借由改變第一線段141或第二線 助42在環(huán)形輻射部13中的連樹立置，可以輕易地改變天線圓極化波的特性，亦即當 第一線段141連接環(huán)形輻射部13的左邊，第二線段142連接環(huán)形輻射部13的下邊時， 可得到一右旋圓極化波(RHCP)，反之若將第一線段141連接環(huán)形輻射部13的右邊，第 二線段142連接環(huán)形輻射部13的下邊時，可得到一左旋圓極化波(LHCP)。
綜上所述，本實施例的圓極化天線l具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸短小、圓極化軸比頻 寬大、收發(fā)角度廣且增益高等優(yōu)點，因此十分適合應(yīng)用于無線通訊系統(tǒng)的天線設(shè)計 上，尤其適合輕薄短小的電子通訊產(chǎn)品，具有極高的產(chǎn)業(yè)價值。
權(quán)利要求
1、一種圓極化天線，其特征在于該圓極化天線，包括一基板，具有相反的一第一面及一第二面；一環(huán)形輻射部，設(shè)于該基板的第一面；一微帶輻射部，設(shè)于該環(huán)形輻射部所圍繞的空間中，并包括一第一線段及一第二線段，該二線段的一端相鄰近以饋入訊號，另一端相遠離且分別連接該環(huán)形輻射部；及一接地面，設(shè)于該基板的第二面。
2、 如權(quán)利要求l所述的圓極化天線，其t寺征在于該圓極4t天線更包括一用以平均 分配饋入訊號功率的饋入單元，其包括設(shè)于該環(huán)形輻射部所圍繞的空間中的一饋 入部及一電阻，該饋入部包括一饋入線段及二由該饋入線段一端向外延伸的轉(zhuǎn)阻 線段，該二轉(zhuǎn)阻線段分別終止于該第一線段及第二線段相鄰近的一端并各別連接 該第一線段及第二線段，且該電阻兩端連接該二轉(zhuǎn)阻線段的鄰近該第一線段及第 二線段的一端。
3、 如權(quán)利要^2所述的圓極化天線，其t寺征在于該饋入線段的另-一端更設(shè)有一貫穿該基板的第一面和第二面的貫 L供一SMA接頭連接以饋入訊號，以使該SMA 接頭的中心饋入線與該饋入線段電連接，并使該SMA接頭的一接地端經(jīng)由該貫 孔與設(shè)于基板第二面的接地面電連接。
4、 如權(quán)利要求l所述的圓極化天線，其牛寺征在于該圓極化天線更包括一功率分配 器，其連接該第一線皿第二線段相鄰近的一端，用以分配饋入訊號功率使平均 饋入該第一線段及第二線段。
5、 如權(quán)利要求l所述的圓極化天線，其特征在于該環(huán)形輻射部可以是圓環(huán)形、方環(huán)形、三角環(huán)形或橢圓環(huán)形的環(huán)形結(jié)構(gòu)金屬線。
6、 如權(quán)利要求l所述的圓極化天線，其特征在于該第一線段及第二線段可以& 形彎折或圓弧形的金屬線段，且第一線段及第二線段概呈垂直地以其相遠離的另 一端各別連接該環(huán)形輻射部。
7、 如權(quán)利要求6所述的圓極化天線，其特征在于該第一線段與第二線段的總長相 差四分之一波長。
8、 如權(quán)利要求l所述的圓極化天線，其特征在于該接地面可以是一矩形、圓形、 三角形或與該基板近似形狀的金屬平面。
9、 如權(quán)利要^2所述的圓極化天線，其特征在于該饋入線段可以是長條形、L形 或圓盤形的金屬線段。
10、 如權(quán)禾腰救所述的圓極化天線，其特征在于該轉(zhuǎn)阻線段可以是圓弧形、矩形 ^L形彎折的金屬線段。
11、 如權(quán)利要求l所述的圓極化天線，其特征在于該基板可以是玻璃纖維基板或陶 瓷基板。
12、 如權(quán)利要求l所述的圓極化天線，其特征在于該基板可以是矩形或圓盤形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圓極化天線，包括一具有相反的一第一面及一第二面的基板，一設(shè)于該基板的第一面的環(huán)形輻射部，一設(shè)于該基板的第二面的接地面，以及一設(shè)于該環(huán)形輻射部所圍繞的空間中的微帶輻射部，該微帶輻射部包括一第一線段及一第二線段，該二線段的一端相鄰近以饋入訊號，另一端相遠離并概呈垂直地分別連接該環(huán)形輻射部，且第一線段與第二線段的總長相差四分之一波長，借此天線構(gòu)造，可有效縮小圓極化天線尺寸，提高天線與無線通訊產(chǎn)品的兼容性。
文檔編號H01Q1/38GK101459278SQ20071019849
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者朱芳賢, 王敬順, 王洋凱, 陳華明 申請人:長盛科技股份有限公司