專利名稱：通信天線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種通信天線結(jié)構(gòu)，特別是應(yīng)用于無(wú)線電通信(Radio Communication)基地電臺(tái)(Base Station，BS)上的天線結(jié)構(gòu)，作為基地電臺(tái)與移動(dòng)式終端裝置(Mobile Termional)間的信號(hào)收發(fā)端，以增加水平面輻射半功率波束寬度。
目前，移動(dòng)電話已經(jīng)成為信息生活中所不可缺少的一種通信產(chǎn)品，且有越來(lái)越普及的趨勢(shì)，移動(dòng)電話與一般的有線電話相似，使用移動(dòng)電話的雙方可同時(shí)發(fā)送，且為保護(hù)個(gè)人隱私，每個(gè)移動(dòng)電話用戶，都有專屬的電話號(hào)碼，而用戶則可經(jīng)基地電臺(tái)以編碼信號(hào)呼叫所需的受話者。
然而，目前的基地電臺(tái)多使用蜂窩式(cellular)通信原理，不再使用高功率發(fā)射機(jī)，以涵蓋全區(qū)域的廣播方式，改以應(yīng)用為數(shù)眾多的低功率發(fā)射機(jī)，分散用于小區(qū)域中，稱之為蜂窩(Cells)，如此，便需要為數(shù)眾多的細(xì)胞，亦即基地電臺(tái)來(lái)確保收信的質(zhì)量與范圍，因此，基地電臺(tái)的發(fā)送功率、水平角度范圍、垂直角度范圍亦成為相當(dāng)重要的參數(shù)，若能以較少的天線達(dá)到更廣泛的接受與傳送范圍，將可更符合經(jīng)濟(jì)效益。
請(qǐng)參閱

圖1所示，為公知天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)包括一開(kāi)槽耦合微帶電路基板20，為一低損耗介質(zhì)所構(gòu)成的平板且其背面具有微帶線路21(Microstrip)，而正面具有隙縫22(Slot)，且借由一導(dǎo)線40連接至信號(hào)源(圖中未示)；一反射背板30(Reflector)，其為一金屬平板并以非電導(dǎo)通狀態(tài)置于開(kāi)槽耦合微帶電路基板20之后方，迫使向后輻射之電磁波朝前方輻射；以及一天線組合10，是位于開(kāi)槽耦合微帶電路基板20之前，且與開(kāi)槽耦合微帶電路基板20為非電導(dǎo)通狀態(tài)，用以增加電磁波之輻射功率，其包含一前板11a與一后板11b，皆平行于開(kāi)槽耦合微帶電路基板20，且前板11a、后板11b與開(kāi)槽耦合微帶電路基板20皆以非電導(dǎo)通狀態(tài)相連接，且后板11b面積與前板11a面積相等，以增強(qiáng)電磁波的輻射強(qiáng)度。
借由上述之天線結(jié)構(gòu)所發(fā)送的信號(hào)，其水平發(fā)射角θ僅能位于中心60°-70°的范圍內(nèi)，最大僅能達(dá)到80°，因此，若就矩形平板結(jié)構(gòu)來(lái)看，則無(wú)法達(dá)到較大信號(hào)傳送與接收范圍的要求。
本實(shí)用新型主要的目的是要提供一種通信天線結(jié)構(gòu)，用于無(wú)線電通信基地電臺(tái)上，以作為基地電臺(tái)與數(shù)個(gè)移動(dòng)式終端裝置之間的信號(hào)收發(fā)端，而根據(jù)其結(jié)構(gòu)可以達(dá)到增大水平面輻射半功率寬度的目的。
本實(shí)用新型之又一目的在于提供一種天線結(jié)構(gòu)，其中包括天線組合，用于前述的基地電臺(tái)上，借此天線組合即可使水平面輻射半功率波束寬度達(dá)到90°或更高的目的。
根據(jù)本實(shí)用新型的通信天線結(jié)構(gòu)，其中，為達(dá)上所述目的，通信天線結(jié)構(gòu)包括有一開(kāi)槽耦合微帶電路基板以輻射電磁波與一反射背板，而天線組合位于開(kāi)槽耦合微帶電路基板之前，且與開(kāi)槽耦合微帶電路基板為非電導(dǎo)通狀態(tài)，用以增加電磁波之輻射半功率波束寬度，其天線組合包括一前板，具有一第一平板部、第二平板部以及用以接第一、第二平板部的圓弧部，第一、第二平板部是共平面且電連接至圓弧部；以及數(shù)個(gè)后板，平行于該第一、第二平板部，且與前板以非電導(dǎo)通狀態(tài)連接，且后板面積與前板投影于后板面積相等，以增強(qiáng)電磁波輻射強(qiáng)度。
利用此一天線組合來(lái)取代傳統(tǒng)的基地電臺(tái)內(nèi)之兩平板的天線結(jié)構(gòu)，即可利用此圓弧部設(shè)計(jì)的關(guān)系，將發(fā)射的角度變大，而達(dá)到更廣泛接收與傳送信號(hào)的目的。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。其中圖1為公知天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為根據(jù)本實(shí)用新型于880MHz時(shí)所測(cè)量的指向性圖；圖5為根據(jù)本實(shí)用新型于920MHz時(shí)所測(cè)量的指向性圖；以及圖6為根據(jù)本實(shí)用新型于960MHz時(shí)所測(cè)量的指向性圖。
一般來(lái)說(shuō)，依據(jù)天線的應(yīng)用范圍所要求設(shè)計(jì)天線的參數(shù)包括有頻率(frequency)范圍、在發(fā)射的垂直面(E-plane)與水平面(H-plane)的輻射半功率波束寬度(HPBW，Half-power Beamwidth)、電壓駐波值(VSWR，Voltage standing wave Ratio)、連接器(Connector)形式，以及天線增益(Antenna Gain)值等條件，借由修改這些參數(shù)的數(shù)值，即可設(shè)計(jì)出符合要求的天線結(jié)構(gòu)。
根據(jù)前述公知天線的立體結(jié)構(gòu)(參考圖1)，欲達(dá)到較大的水平面輻射半功率波束寬度時(shí)，我們可縮小前板11a與后板11b的寬度，但為求符合相關(guān)規(guī)格，如工作頻寬(Operation Bandwidth)、反回?fù)p耗(ReturnLoss)與天線增益(antenna Gain)等，并無(wú)法隨意縮小前板11a與后板11b的寬度，所以若欲增加水平面輻射半功率波束寬度且達(dá)到其他相關(guān)規(guī)格，卻只依靠縮小前板11a與后板11b的寬度是不可能的，亦即有其一定的極限。
首先，請(qǐng)參閱圖2所示，為本實(shí)用新型所公開(kāi)的通信天線結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例立體結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)包括一開(kāi)槽耦合微帶電路基板20a，為一平板且其背面具有微帶線路21a，而正面具有隙縫22a且藉有一導(dǎo)線40a連接至信號(hào)源(圖中未示)以輻射電磁波；
一反射背板30a(Rdflector)，其可為一金屬平板，例如鋁板或鐵板，或?yàn)樗苣z板但其上具有如銅箔(Copper Film)等之金屬膜(Metal Film)，并以非電導(dǎo)通狀態(tài)位于開(kāi)槽耦合微帶電路基板20a的后方，迫使向后輻射之電磁波朝前方輻射；一天線組合10a，位于開(kāi)槽耦合微帶電路基板20a之前，或者可包含更多的天線組合10a再以串疊方式排列，且與開(kāi)槽耦合微帶電路基板20a為非電導(dǎo)通狀態(tài)，用以增加電磁波之輻射半功率波束寬度，其包含有一前板與一后板13(Patch)，其中，前板即為一引導(dǎo)器(Director)用以將電磁波向外輻射，其由一弧形板121與一平板122所組成，而弧形板121的形狀可為半圓形的形狀，且平板122具有第一平板部與第二平板部，是位于弧形板121之兩側(cè)且共平面，其中弧形板121與平板122為電連接狀態(tài)，可利用如焊接的方式來(lái)完成，但其焊料必須為導(dǎo)電材料；而后板13，平行于平板122，且與前板以非電導(dǎo)通狀態(tài)連接，且后板13面積與前板投影于后板13面積相等，以增強(qiáng)電磁波輻射強(qiáng)度，但亦可增加更多的后板13以增加強(qiáng)度，但一般而言，就成本上的考慮，僅配置一后板13已足夠。另外，弧形板121、平板122與后板13皆可采用鋁(Al)或銅(Cu)等導(dǎo)電性良好的材料所制成。
其中，根據(jù)開(kāi)槽耦合微帶電路基板20a與反射背板30a組合所形成的結(jié)構(gòu)的工作原理，可以分析成以下三種一、微帶天線(Microstrip antenna)，是微帶線路21a的前端開(kāi)路，微帶線路21a的介電質(zhì)基板的一面全部為導(dǎo)體，在另一面分布有饋線(Feed line)。當(dāng)基板下面的導(dǎo)體面比線路寬度寬很多時(shí)，則此種導(dǎo)體具有和無(wú)限擴(kuò)大的導(dǎo)體相同的效果，而開(kāi)路端至隙縫間的微帶線段可利用來(lái)產(chǎn)生虛部阻抗以供天線阻抗匹配用；二、隙縫天線(Slot antenna)，在平板上開(kāi)隙縫22a，而把隙縫2當(dāng)作天線，在隙縫22a的窄出連接高頻電流，產(chǎn)生電場(chǎng)駐波則間隙22a會(huì)產(chǎn)生諧振。因此，隙縫22a的作用即將能量傳往其上之平板(如本實(shí)用新型之后板13)產(chǎn)生耦合作用，即為本實(shí)用新型所利用的開(kāi)槽耦合微帶電路基板(Slot-coupled Stacked Microstrip Antenna)的原理；以及三、附反射背板30a的天線，為了把電磁波的輻射集中在前方特定的方向，其最簡(jiǎn)單的手法是在天線的后部安置反射背板30a，若反射背板30a的大小比波長(zhǎng)大很多時(shí)，即可得到較大的天線增益或較佳的指向性。當(dāng)反射背板30a的大小有限時(shí)，會(huì)有部分電磁波向后輻射，將對(duì)天線增益有不小的影響。
因此，借由上述三種原理的合成，可以將信號(hào)源所傳送的信號(hào)透過(guò)此一天線結(jié)構(gòu)來(lái)向外發(fā)送，另外，此天線組合10a借由弧形板121增加平板122所發(fā)送的輻射電磁波之波束寬度(Beamwidth)，故水平面輻射半功率波束寬度θ1可達(dá)到90°，或者再借由調(diào)整弧形板121的圓弧度，或者是平板122突出于弧形板121部分的長(zhǎng)度，甚至可達(dá)到更高水平面輻射半功率波束寬度的效果。
又請(qǐng)參閱圖3所示，為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)類似于第一實(shí)施例，但其差異點(diǎn)在于天線組合10b部份，其前板是利用一體成型方式所構(gòu)成，亦即為一弧形前板14與后板15而構(gòu)成天線組合10b。在配置與使用時(shí)，皆與前述的第一實(shí)施例有相同原理，并且其間之幾何關(guān)系與使用材料等，皆可利用第一實(shí)施例所述的條件，借此，亦可達(dá)到增大水平面輻射半功率寬度θ1的目的。
另外，圖4-6為根據(jù)本實(shí)用新型于不同操作頻率下，所測(cè)量的天線指向性圖，其中，圖4為在操作頻率880MHz下，所測(cè)量的其-3dB之頻寬為92．94度，增益為9．4dBi；圖5為在操作頻率920 MHz下，所測(cè)量的其-3dB之頻寬為91．21度，增益為9．04dBi；圖6為在操作頻率960MHz下，所測(cè)量的其-3dB之頻寬為92．47度，增益為9．72dBi。
根據(jù)本實(shí)用新型所公開(kāi)的通信天線結(jié)構(gòu)，其效果為提供一種基地電臺(tái)天線，可使水平面輻射半功率波束寬度達(dá)到90°或更高的目的，以有更廣的接收與發(fā)射角，不僅能應(yīng)用于移動(dòng)電話的通信天線，而能適用于所有的無(wú)線電通信系統(tǒng)中。
雖然本實(shí)用新型以前述之較佳實(shí)施例揭露如上，然而，其并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本實(shí)用新型之保護(hù)范圍應(yīng)以后附的權(quán)利要求范圍所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種通信天線結(jié)構(gòu)，用于無(wú)線電通信基地電臺(tái)上，以做為該基地電臺(tái)與數(shù)個(gè)移動(dòng)式終端裝置間的信號(hào)收發(fā)端，其包括一開(kāi)槽耦合微帶電路基板，連接至信號(hào)源以輻射電磁波；一反射背板，以非電導(dǎo)通狀態(tài)位于該開(kāi)槽耦合微帶電路基板之后方，迫使該電磁波朝前方輻射；一天線組合，是串疊于該開(kāi)槽耦合微帶電路基板之前，且與該開(kāi)槽耦合微帶電路基板為非電導(dǎo)通狀態(tài)，用以增加該電磁波之輻射半功率波束寬度，其包含一前板，具有一第一平板部、一第二平板部以及一用以銜接該第一、第二平板部間的圓弧部，該第一、第二平板部是共平面且電連接至該圓弧部；以及數(shù)個(gè)后板，是平行于該第一、第二平板部，且與該前板以非電導(dǎo)通狀態(tài)連接，而該后板面積與該前板投影于該后板面積相等，以增強(qiáng)該電磁波輻射強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的通信天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該反射背板具有金屬膜。
3.如權(quán)利要求2所述的通信天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該金屬膜為銅箔。
4.如權(quán)利要求1所述的通信天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該反射背板為金屬板。
5.如權(quán)利要求4所述的通信天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該反射背板為鋁板。
6.如權(quán)利要求4所述的通信天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該反射背板為鐵板。
7.如權(quán)利要求1所述的通信天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一平板部與第二平板部是屬同一金屬平板，而該前板是以一金屬弧形板與該金屬平板銜接組成。
8.如權(quán)利要求1所述的通信天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該圓弧部為一半圓的形狀。
9.如權(quán)利要求1所述的通信天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該前板與該后板的材料為鋁。
10.如權(quán)利要求1所述的通信天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該前板與該后板的材料為銅。
專利摘要一種通信天線結(jié)構(gòu),用于無(wú)線電通信基地電臺(tái)上,以作為基地電臺(tái)與數(shù)個(gè)移動(dòng)式終端裝置之間的信號(hào)收發(fā)端,該通信天線結(jié)構(gòu)包括:一開(kāi)槽耦合微帶電路基板、反射背板及天線組合,該天線組合包括一具有圓弧部及平板部的前板,與數(shù)個(gè)后板。根據(jù)其結(jié)構(gòu)可達(dá)到增大水平面輻射半功率寬度的目的。
文檔編號(hào)H01Q13/00GK2416619SQ0020469
公開(kāi)日2001年1月24日 申請(qǐng)日期2000年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月2日
發(fā)明者陳百川, 張鶴君 申請(qǐng)人:寰波科技股份有限公司