專利名稱：能夠提供雙頻服務的多層平板天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種多層平板天線，特別是一種能夠提供雙頻服務的多層平板天線。
背景技術：
網(wǎng)絡的蓬勃發(fā)展，已使得數(shù)據(jù)、信息得以快速地交流累積，讓大量的技術、知識能有效率地傳播、分享。近年來，無線網(wǎng)絡(wireless network)的迅速發(fā)展，更是讓使用者能隨時隨地存取網(wǎng)絡資源，使信息發(fā)展更深入工作、生活的每一層面。無線網(wǎng)絡的特征之一，就是擺脫了有線網(wǎng)絡中實體網(wǎng)絡傳輸線的束縛，使得網(wǎng)絡的終端機能使用電磁波或是紅外線等無線方式傳輸數(shù)據(jù)，以聯(lián)網(wǎng)至無線網(wǎng)絡、存取網(wǎng)絡資源。在無線網(wǎng)絡系統(tǒng)中，各網(wǎng)絡服務器是通過控制站(access point)來發(fā)射、接收無線數(shù)據(jù)訊號，以便用無線的方式提供網(wǎng)絡資源及服務。同理，要存取利用無線網(wǎng)絡資源及服務，要聯(lián)網(wǎng)的終端機本身也要具有無線發(fā)射、接收數(shù)據(jù)訊號的能力。像是一般做為終端機的個人計算機或是筆記本計算機，就能加裝無線網(wǎng)絡卡來擴充其無線網(wǎng)絡功能。
而無線網(wǎng)絡所能服務的范圍以及區(qū)域則跟控制站的設計有極大關系。這其中，牽涉最大的就在于控制站內(nèi)部天線的設計。其中，如果天線結(jié)構采用多層平板天線，將可獲得高增益以及高頻寬的效果。
請參照圖一，圖一為傳統(tǒng)多層平板天線10的示意圖。多層平板天線10包含有一堆棧層18，一印刷電路板30以及一饋入線(feed line)38。堆棧層18是由一第一平板層20，一第一填料層22，一第二平板層24，一第二填料層26所組成，而采用此多層平板天線可使此平板天線達到寬頻效果。印刷電路板30的上層是一接地層28，接地層28的下側(cè)是一底板(substrate)32，底板32的下側(cè)設有一微帶線(microstrip line)34，其電連接至饋入線38，并由此接受無線電訊號的輸入。接地層28具有一開槽(slot)36，其位于堆棧層18的正下方，并橫跨微帶線34。
當多層平板天線10欲發(fā)送無線電訊號時，無線電訊號會先由饋入線38輸入微帶線34，并向開槽36位置的方向傳遞；無線電訊號在耦合饋入開槽36之后，會在覆蓋于其上的堆棧層18與開槽36本身之間構成一諧振腔，以提供輸入的無線電訊號在此處諧振，而諧振的無線電訊號會從垂直于堆棧層18的方向向外發(fā)送。
多層平板天線10是一應用多年的成熟技術。以IEEE 802.11b的2.4GHz頻率為例，經(jīng)量測天線增益可達到約6dBi～9dBi，而頻寬亦可超越一般天線設計15％以上，足可符合IEEE 802.11b的2.4GHz頻率需求；而適用于IEEE802.11a的5.25GHz頻帶的天線設計亦可以相同結(jié)構達成高增益天線的設計。而目前的IEEE 802.11模塊芯片設計已開發(fā)IEEE 802.11b與近來發(fā)展的IEEE 802.11a共同的模塊，亦即此智能型模塊可以2.4GHz或是5.25GHz的頻率與其它控制站中IEEE 802.11b或是IEEE 802.11a的模塊互通。但在此前提下，前述的多層平板天線10的特性則不敷使用。而微波頻段的利用日趨繁復，以無線網(wǎng)絡目前最通用的IEEE 802.11標準為例，除了目前通用的IEEE 802.11b的2.4G ISM頻段以及更進一步發(fā)展中的IEEE 802.11b的5.25GHz頻段，更有甚者，5.4GHz～5.8GHz亦已為歐洲標準的HyperLAN-2所應用。也因此，如果要減少控制站的成本，勢必須要發(fā)展出一種能夠同時收發(fā)多種頻率的天線。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是要提供一種能夠提供雙頻服務的多層平板天線，以達到以一個天線能同時發(fā)送兩種頻率的需求。
該多層平板天線包含一印刷電路板以及二堆棧層。該印刷電路板包含有一基底，一金屬層設于該基底的上側(cè)，以及一微帶線設于該基底的下側(cè)。該金屬層上設有二開槽，該微帶線是用來將無線電訊號傳輸至該二開槽以于該二開槽與覆蓋在其上的堆棧層中間產(chǎn)生諧振，無線電訊號會以垂直該二堆棧層的方向向外發(fā)送以達到高指向性。
采用本發(fā)明的雙頻多層平板天線，可同時收發(fā)兩種頻率，并因其多層平板天線的結(jié)構而具有高指向性，使用者除可在用于戶外的點對點通訊用外，室內(nèi)的壁掛式及天花板下裝置亦可利用此種高增益、高指向性支平板式天線設計，以提升通訊品質(zhì)。


圖1是傳統(tǒng)多層平板天線的示意圖。
圖2是本發(fā)明多層平板天線的示意圖。
圖3為本發(fā)明中的多層平板天線的雙頻訊號電壓駐波比量測結(jié)果的示意圖。
圖4為本發(fā)明中的多層平板天線在2.4GHz下的場型增益圖。
圖5為本發(fā)明中的多層平板天線在5.25GHz下的場型增益圖。
符號說明10多層平板天線 48第二層A填料18堆棧層 50第二堆棧層20第一平板層 52第一層B平板22第一填料層 54第一層B填料24第二平板層 56第二層B平板26第二填料層 58第二層B填料28接地面 60第二開槽30印刷電路板 62第一開槽32底板 64印刷電路板34微帶線 66接地層36開槽 68底板38多層平板天線 70微帶線40第一堆棧層 72饋入線42第一層A平板80調(diào)整線44第一層A填料46第二層A平板具體實施方式
請參照圖二，圖二是本發(fā)明多層平板天線38的示意圖。多層平板天線38包含有一第一堆棧層40，一第二堆棧層50，一印刷電路板64以及一饋入線(feed line)72。第一堆棧層40包含一第一A平板層42，一第一A填料層44，一第二A平板層46以及一第二A填料層48；第二堆棧層50包含一第一B平板層52，一第一B填料層54，一第二B平板層56以及一第二B填料層58。第一堆棧層40與第二堆棧層50可使此平板天線達到寬頻效果。印刷電路板64的上層是一接地層66，其下側(cè)是一底板(substrate)68，底板68的下側(cè)具有一微帶線70，電連接至饋入線72，并由此接受無線電訊號的輸入。接地層66具有一第一開槽(slot)62位于第一堆棧層40的正下方，以及一第二開槽(slot)60位于第二堆棧層50的正下方，二開槽62、60均橫跨微帶線70。第一開槽62與覆蓋于其上的第一堆棧層40會在之間形成一第一諧振腔，同樣地，第二開槽60與覆蓋于其上的第二堆棧層50會形成一第二諧振腔。第一開槽62的缺口大小較第二開槽60來的小；同樣地，覆蓋在第一開槽62上的第一堆棧層40的面積亦較覆蓋在第二開槽60上的第二堆棧層50來的小，原因在于第一開槽62與其上的第一堆棧層40所形成的第一諧振腔是提供給較高頻率的無線電訊號使用，而第二諧振腔是提供給較低頻率的無線電訊號使用。在本實施例中，較高頻率的無線電訊號是指IEEE 802.11a所規(guī)范的頻率為5.25GHz的載波，而較低頻率的無線電訊號是指IEEE 802.11b所規(guī)范的頻率為2.4GHz的載波。
當平板天線38欲發(fā)送雙頻的無線電訊號時，首先會將該雙頻的無線電訊號由饋入線72輸入微帶線70中，并向第一開槽62以及第二開槽60位置的方向傳遞；其中較高頻的5.25GHz無線電訊號在耦合饋入第一開槽62之后，會在第一諧振腔里進行諧振，而諧振的無線電訊號會從垂直于第一堆棧層40的方向向外發(fā)送；而較低頻的2.4GHz無線電訊號在耦合饋入第二開槽60之后，會在第二諧振腔里進行諧振，而諧振的較低頻的無線電訊號會從垂直于第二堆棧層60的方向向外發(fā)送。
對一雙頻天線的設計，單一輸入埠，及單一饋入點可使兩不同頻帶共享為其特性，以前述例子對2.4GHz與5.25GHz頻率為使其經(jīng)由同一饋入線，到達其不同饋入點，而在其不同的諧振結(jié)構產(chǎn)生不同頻率的諧振達成天線效果。本構想采用圖二的饋入結(jié)構，訊號由微帶天線進入后，經(jīng)第一開槽62時，較高頻率訊號如5.25GHz的IEEE 802.11a無線電訊號便可由此饋入并在第一諧振腔內(nèi)諧振，而較低頻率訊號如2.4GHz的IEEE 802.11B無線電訊號便在第二諧振腔內(nèi)諧振。也因此，高低頻訊號是否饋入該開槽是由該開槽的幾何形狀設計及整體結(jié)構的阻抗值決定。此實施例中的第一開槽62就具有能與高頻5.25GHz匹配的阻抗，訊號經(jīng)第一開槽62及第二開槽60分別進入第一諧振腔以及第二諧振腔的兩個平板結(jié)構間諧振，第一諧振腔與第二諧振腔的堆棧層幾何形狀則依要諧振的頻率決定來調(diào)整其邊長各約λlow/2以及λhigh/2。
在此實施例中，由于所服務的2.4GHz以及5.25GHz兩種無線電訊號的頻率的波長相差甚大，故2.4GHz的訊號在通過第一開槽62時，對此較低頻無線電訊號通過的阻抗值，尚不致有太大的變異，各訊號仍可循如圖二所示的微帶線70傳達至第二開槽60的饋入點，而不致因為阻抗的不匹配而在第一開槽62造成太大的反射損失。但若在其它實施例中，要服務的雙頻是一頻帶相近的應用設計，也就是假設兩頻率fh，fz其相對應的波長λh，λz相差不大時，λlow的較低頻無線電訊號會在通過第一開槽62時將會因阻抗不匹配而產(chǎn)生反射，并造成該無線電訊號衰減。為使低頻訊號能由阻抗值為50Ω的微帶線70經(jīng)第一開槽62時不反射，可在第一開槽62與第二開槽60間的微帶線70上建置一調(diào)整線(tuning stub)80，并依照各開槽阻抗，服務頻率以及微帶線70的阻抗值來決定調(diào)整線80的阻抗值，并依該阻抗值來決定所對應的幾何形狀以及建置位置，使得較低頻的無線電訊號訊號由50Ω的微帶線70饋入后至第二開槽60之間可達到阻抗匹配的需求。其中調(diào)整線80可為開路式(open stub)或接地的短路式(short stub)。而在第一開槽62與第二開槽60間的微帶線70可做類似轉(zhuǎn)換器(transformer)的作用。
請參照圖三，圖三為本發(fā)明中的多層平板天線38的雙頻訊號電壓駐波比(VSWR)量測結(jié)果的示意圖。請參照圖四以及圖五，圖四為本發(fā)明中的多層平板天線38在2.4GHz下的場型增益圖；圖五則為本發(fā)明中的多層平板天線38在5.25GHz下的場型增益圖。由圖三可之，多層平板天線38所對應預定服務的IEEE 802.11b與IEEE 802.11a雙頻訊號的電壓駐波比(VSWR)經(jīng)過量測結(jié)果，其中2.4GHz及5.25GHz的3dBi頻寬可達15％以上。且根據(jù)圖四以及圖五可知，本發(fā)明中雙頻訊號的輻射場型，及其天線增益值可知其3dBi的束寬(beamwidth)可達60度。因此，本發(fā)明的多層平板天線38具有高指向性，高頻寬以及高增益的效果，進而能服務較大的面積。而采用本發(fā)明的雙頻天線的無線網(wǎng)絡產(chǎn)品，不論是在一般辦公場所，或是在家里使用均可置于該場所的各個角落，并以本發(fā)明的雙頻天線的高指向性，以及大面積的服務范圍而達到處處可上網(wǎng)的需求。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，均應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種平板天線，其包含一印刷電路板，其包含一基底；一金屬層，設于所述基底的上側(cè)，所述金屬層上設有一第一開槽及一第二開槽；以及一微帶線(microstrip line)，設于所述基底的下側(cè)，用來將無線電訊號傳輸至所述二開槽以于所述二開槽中產(chǎn)生諧振。一第一堆棧層，設于所述第一開槽的上方，用來于所述第一開槽形成一第一諧振腔；以及一第二堆棧層，設于所述第二開槽的上方，用來于所述第二開槽形成一第二諧振腔；
2.如權利要求1所述的平板天線，其中每一堆棧層包含兩平板層以及兩填料層。
3.如權利要求1所述的平板天線，其中所述第一開槽小于所述第二開槽，所述第一開槽是用來饋入較高頻的無線電訊號并使其產(chǎn)生諧振，所述第二開槽是用來饋入較低頻的無線電訊號并使其產(chǎn)生諧振。
4.如權利要求3所述的平板天線，其中所述第一開槽是用來饋入符合IEEE 802.11a的無線電訊號并使其產(chǎn)生諧振，所述第二開槽是用來饋入符合IEEE 802.11b的無線電訊號并使其產(chǎn)生諧振。
5.如權利要求1所述的平板天線，其中所述微帶線橫跨所述二開槽。
6.如權利要求5所述的平板天線，其中所述微帶線是與所述二開槽相垂直。
7.如權利要求1所述的平板天線，其中所述微帶線包含有一調(diào)整線。
8.如權利要求1所述的平板天線，其中無線電訊號是經(jīng)由一饋入線饋入所述微帶線。
9.如權利要求1所述的平板天線，其中所述金屬層接地。
全文摘要
一種能夠提供雙頻服務的多層平板天線，以達到以一個天線能同時發(fā)送兩種頻率的需求。該多層平板天線包含一印刷電路板以及二堆棧層。該印刷電路板包含有一基底，一金屬層設于該基底的上側(cè)，以及一微帶線設于該基底的下側(cè)。該金屬層上設有二開槽，該微帶線是用來將無線電訊號傳輸至該二開槽以于該二開槽與覆蓋在其上的堆棧層中間產(chǎn)生諧振，無線電訊號會以垂直該二堆棧層的方向向外發(fā)送以達到高指向性。
文檔編號H01Q13/10GK1476124SQ0212983
公開日2004年2月18日 申請日期2002年8月15日 優(yōu)先權日2002年8月15日
發(fā)明者方建興 申請人:啟碁科技股份有限公司, 啟 科技股份有限公司