專利名稱：無線傳輸/接收單元與寬頻天線及增加天線頻寬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬頻天線的方法和裝置，更特別涉及一種無線傳輸接收 單元及裝置與寬頻天線及增加天線頻寬的方法。
背景技術(shù)：
一般的無線網(wǎng)絡(luò)卡天線的使用上必需視空間大小、天線特性及成本而決 定。無線網(wǎng)絡(luò)卡往往受限于架設(shè)裝置的有限面積和高度，而使用晶片天線。 晶片天線面積雖小，但成本卻高，且其頻寬較窄，實際放到印刷電路板使用
時，實際量測頻寬容易受到電路布局(layout)的不同，使得實際頻寬比預(yù) 期來的小。
當(dāng)裝置空間允許時則可選擇印刷天線。印刷天線依結(jié)構(gòu)可分為單極天 線、雙偶極天線、平面倒F形天線與環(huán)形天線等?，F(xiàn)行的印刷天線大多采用 平面倒F形天線來實現(xiàn)，其可有效縮小天線面積，但其缺點在于由于天線先 天的架構(gòu)限制，因而無法達(dá)到更大的天線頻寬。天線本身的頻寬不足時，常 造成當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)卡的架設(shè)位置與周遭遮蔽物體距離太近時，天線所發(fā)射的電 磁波易受到大量反射，天線的返回?fù)p失(return loss)則易隨之改變，甚至 導(dǎo)致中心頻率的偏移。因此必須在一定的面積，并且不需額外增加天線成本 的條件下，設(shè)法提供更大的頻寬與更佳的返回?fù)p失，進(jìn)而克服周遭物體對該 返回?fù)p失與中心頻率偏移的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無線傳輸/接收單元與寬頻天線 及增加天線頻寬方法，利用單極天線輻射元件構(gòu)形的改變，在不增加天線面 積的情況下，可以有增加天線接收/發(fā)射的頻寬與降低中心頻率的偏移。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種無線傳輸/接收單元，用于傳輸/
接收一電磁波，包含
一輻射元件，其包含
一金屬平面，具有彼此分離的一第一和一第二邊緣，其中該第一邊緣的 長度大于該第二邊緣的長度；以及
復(fù)數(shù)個切割槽，位于所述金屬平面上，具有交錯的復(fù)數(shù)個開口方向，使 得該金屬平面形成一迂回彎折的形狀；以及
一饋入連接線，電連接所述第二邊緣。
進(jìn)一步地，上述無線傳輸/接收單元還可包括，所述金屬平面為一倒三 角形金屬平面和一倒梯形金屬平面其中之一。
進(jìn)一步地，上述無線傳輸/接收單元還可包括，
所述第一邊緣的長度為所述電磁波波長的1/4;
所述輻射元件的長度為所述電^f茲波波長的1/2;及/或
各所述切割槽的長度之和為所述電磁波波長的1/2。
進(jìn)一步地，上述無線傳輸/接收單元進(jìn)一步包含一接地面，該接地面與 所述饋入連接線間設(shè)有一間隙；所述無線傳輸/接收單元更包含一介電材質(zhì) 的基板，位于該接地面與該饋入連接線的該間隙內(nèi)；以及該介電材質(zhì)為玻璃 纖維。
本發(fā)明還提供了一種寬頻天線，用于傳輸/接收一電磁波，包含
一輻射金屬線，具有一第一端點及一第二端點，至少包含 一第一輻射金屬線段，連接至所述第一端點； 一第二輻射金屬線段，經(jīng)由一第一彎折點連接至所述第一 輻射金屬線段；以及
一第三輻射金屬線段，經(jīng)由一第二彎折點連接至所述第二 輻射金屬線段，且連接至所述第二端點，其中該第三輻射金屬線段的長度大 于所述第一輻射金屬線段的長度；以及
一饋入連接線，連接至所述第一端點。進(jìn)一步地，上述寬頻天線還可包括，所述輻射金屬線具有至少2次的彎 折，使得該輻射金屬線形成一 S形彎折的倒三角形和倒梯形其中之一。
進(jìn)一步地，上述寬頻天線還可包括，
所述第三輻射金屬線段的長度為所述電磁波波長的1/4;
所述輻射金屬線的長度為所述電磁波波長的1/2;及/或
各所述金屬輻射線段具有一最佳為5.08厘米的一距離。
本發(fā)明還提供了 一種增加天線頻寬的方法，包含下列步驟，
提供一輻射元件，該輻射元件包含至少一第一邊緣以及一第二邊緣，其 中該第一邊緣的長度大于該第二邊緣的長度；以及
在該輻射元件上形成復(fù)數(shù)個切割槽，以產(chǎn)生復(fù)數(shù)個與各該切割槽平行的 水平電場，以及復(fù)數(shù)個與各該切割槽垂直的垂直電場，其中各該水平電場互 相4氐銷，而各該垂直電場互相加成。
進(jìn)一步地，上述方法還可包括，
所述輻射元件具有 一倒三角形和 一倒梯形其中之一 的形狀； 各所述切割槽由機(jī)械切割及蝕刻其中之一 的方法所形成；及/或 各所述切割槽具有一最佳為5.08厘米的一寬度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，應(yīng)用本發(fā)明的方法和裝置，利用多個不同共振頻率達(dá) 到寬頻的效果，不但改進(jìn)了已知印刷天線頻寬不足的問題，更提供了較佳的 返回?fù)p失并克服中心頻率偏移的問題；天線的面積并未因此變大，亦不需要 高昂成本的額外工藝。
圖1為根據(jù)本發(fā)明之第一較佳具體實施方式
之多模共振寬頻天線示意
圖2為根據(jù)本發(fā)明第一較佳具體實施方式
之輻射元件的放大圖3a與圖3b為根據(jù)本發(fā)明第一較佳具體實施方式
之XZ平面天線場形圖4a與圖4b為根據(jù)本發(fā)明第一較佳具體實施方式
之XY平面天線場形 圖；以及
圖5為根據(jù)本發(fā)明第一較佳具體實施方式
之天線返回?fù)p失(return loss)
量測圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一 步說明。
本發(fā)明公開了 一種多模共振寬頻天線和方法，其內(nèi)容將通過較佳具體實 施方式說明如下，然該等具體實施方式
僅為其中較佳者，本發(fā)明之實施并非 僅限于該等較佳具體實施方式
，熟習(xí)同領(lǐng)域技術(shù)人士仍可依據(jù)除既公開了之具體實施方式
的精神推演出其他具體實施方式
，該等具體實施方式
皆當(dāng)屬于 本發(fā)明之范圍。
請參閱圖1,其為根據(jù)本發(fā)明之第一較佳具體實施方式
之多模共振寬頻 天線示意圖。本發(fā)明之多模共振寬頻天線Ol包括一輻射元件ll、 一饋入連 接線12、 一-"^基板13以及一接地面14。其中該輻射元件11為一個三角形 的金屬平面，該金屬平面具有一第一邊緣113和一第二邊緣114,同時在該 金屬平面進(jìn)一步包含復(fù)數(shù)個蝕刻槽111 (圖示中只例示其中之一)，該等蝕 刻槽的數(shù)目可依需要而調(diào)整，在本較佳具體實施方式
中包含5道蝕刻槽111。 該金屬平面則被各該蝕刻槽111切割成復(fù)數(shù)個輻射金屬線段112 (圖示中只 例示其中之一)，其中各該蝕刻槽111開口方向交錯且互相平行。
為達(dá)到最好及最適的傳輸/接收效果，該三角形金屬平面的邊長可依所 欲傳輸/接收的電磁波波長而調(diào)整，在本較佳具體實施方式
中該三角形邊長 約為四分之一的2.45GHz波長。同時，各該蝕刻槽111的寬度及深度亦可依 所需效能而調(diào)整。在本較佳具體實施方式
中各該蝕刻槽111的寬度為20毫 英寸(mil)，依照現(xiàn)今的印刷電路技術(shù)可輕而易舉的實現(xiàn)。同時調(diào)整各該 蝕刻槽111的深度，使得各該輻射金屬線段112長度總和，即整個輻射元件 11的總長度約為二分之一的2.45GHz波長。
進(jìn)一步請參閱圖2,其為根據(jù)本發(fā)明第一較佳具體實施方式
之輻射元件的放大圖。該輻射元件11包含復(fù)數(shù)個蝕刻槽111、復(fù)數(shù)個輻射金屬線段112、 第一端點115、第二端點116、第一彎折點117、第二彎折點118及第四彎 折點119。如圖2所示，對各該蝕刻槽lll來說，當(dāng)電流由第一端點115流 向第二端點116時，會分別產(chǎn)生一水平方向的電流分量(-xZ+x)與另一垂直方 向(+y)的電流分量，并造成一水平電場(-x7+x)與一垂直電場(+y)。同樣地， 在其他的蝕刻槽lll處也會分別形成一水平電場(+x或-x)與一垂直電場(+y)， 其中水平電場由于方向相反而互相抵消，垂直方向的電場則會互相加成。當(dāng) 各該輻射金屬線段112長度的總和約為二分之一欲接收電磁波的波長時，第 四彎折點119所在的該蝕刻槽111轉(zhuǎn)角處具有最大的共振電流，亦即該處為 天線能量的主要輻射位置。請參閱圖3a與圖3b,其為根據(jù)本發(fā)明第一較佳具體實施方式
之XZ平面天線場形圖。圖3a中，頻率(MHz):2450.00，天線 極性:Horizontal,平均值(dB):-3.30，最大值(dB):1.45,最大值(degree):28, 最小值(dB):-33.70，最小值(degree):269;圖3b中，頻率(MHz):2450.00，天 線極性Vertical,平均值(dB):-8.32，最大值(dB):1.40,最大值(degree):258， 最小值(dB)',2.63 ，最小值(degree): 180。
從圖3a與圖3b可以看到，總和5個+y方向的電流分量，使得本發(fā)明 之天線在XZ平面相當(dāng)于一個全向性天線。
接著請參閱圖4a與圖4b，其為根據(jù)本發(fā)明第一較佳具體實施方式
之XY 平面天線場形圖。圖4a中，頻率(MHz):2450.00,天線極性'.Horizontal,平 均值(dB):-0.30，最大值(dB):3.20，最大值(degree):228,最小值(dB)—20.38， 最小值(degree):93;圖4b中，頻率(MHz):2450.00,天線極性Vertical,平均 值(dB):-19.25，最大值(dB):-15.53,最大值(degree):297,最小值(dB):-35.91 ， 最小值(degree): 165 。
由于本發(fā)明對輻射元件的蝕刻寬度相對于金屬部分非常小(20mil，換 算為5.08cm)，所以各該輻射金屬線段112的寬度甚寬，可降低其阻抗值， 并可有效增加天線效率。從圖4a與圖4b可以看到，本發(fā)明之天線結(jié)構(gòu)在 XY平面其峰值增益(peak gain)具有3dBi之理想表現(xiàn)。
本發(fā)明所提供的多模共振寬頻天線結(jié)構(gòu)因為各該蝕刻槽111的寬度不 大(20mil),因而會產(chǎn)生漏電場直接跨過各該蝕刻槽111。產(chǎn)生相當(dāng)于多個電場路徑的效果(最短路徑約為四分之一波長，最長路徑約為二分之一波 長)，所以可以通過多個不同的耦合路徑，產(chǎn)生較大的共振頻寬。請參閱圖
5,其為根據(jù)本發(fā)明第一較佳具體實施方式
之天線返回?fù)p失(return loss)量 測圖，其縱軸表示返回?fù)p失，橫軸則表示操作頻率。對照先前圖2，在二分 之一波長的等效天線長度，即第四彎折點119處具有最大的垂直電流，并因 其有效遠(yuǎn)離接地面14 ( reference ground )，減少接地面14對天線輻射的影 響，可產(chǎn)生如圖5中V1所標(biāo)示的第一個相對應(yīng)的共振頻率(2.4GHz)。另 外，在四分之一波長的等效耦合長度，即圖2的第一端點115處亦具有較大 電流，而因為本發(fā)明的金屬平面為三角形架構(gòu)，可進(jìn)一步減少與接地面114 邊緣的電場耦合效應(yīng)(coupling effect),故在圖5的A3標(biāo)示處，可發(fā)現(xiàn)第二 個相對應(yīng)的共振頻率(2.5GHz)。從圖5也可發(fā)現(xiàn)，通過本發(fā)明多^t共振寬 頻天線結(jié)構(gòu)的提供，在小于-20dB返回?fù)p失的可操作范圍定義下，本發(fā)明的 天線頻寬為200MHz。在一般小于-10dB返回?fù)p失的可操作范圍定義下，本 發(fā)明的天線頻寬則達(dá)600MHz。
綜上所述，本發(fā)明主要是以單極天線為主架構(gòu)，通過輻射元件的特殊構(gòu) 形，來實現(xiàn)天線的特性最佳化，與面積的最小化，并利用多各部同共振頻率
理及其功效，而非限制本發(fā)明。因此熟悉此技術(shù)之人士可在不違背本發(fā)明之 精神對上述具體實施方式
進(jìn)行修改及變化。本發(fā)明之權(quán)利范圍應(yīng)如后附之權(quán) 利要求書所列。
權(quán)利要求
1、一種無線傳輸/接收單元，用于傳輸/接收一電磁波，其特征在于，包含一輻射元件，其包含一金屬平面，具有彼此分離的一第一和一第二邊緣，其中該第一邊緣的長度大于該第二邊緣的長度；以及復(fù)數(shù)個切割槽，位于所述金屬平面上，具有交錯的復(fù)數(shù)個開口方向，使得該金屬平面形成一迂回彎折的形狀；以及一饋入連接線，電連接所述第二邊緣。
2、 如權(quán)利要求1所述的無線傳輸/接收單元，其特征在于，所述金屬平 面為 一倒三角形金屬平面和一倒梯形金屬平面其中之一 。
3、 如權(quán)利要求1所述的無線傳輸/接收單元，其特征在于， 所述第一邊緣的長度為所述電磁波波長的1/4; 所述輻射元件的長度為所述電磁波波長的1/2;及/或 各所述切割槽的長度之和為所述電磁波波長的1/2。
4、 如權(quán)利要求1所述的無線傳輸/接收單元，其特征在于，進(jìn)一步包含 一接地面，該接地面與所述饋入連接線間設(shè)有一間隙；所述無線傳輸/接收 單元更包含一介電材質(zhì)的基板，位于該接地面與該饋入連接線的該間隙內(nèi)； 以及該介電材質(zhì)為玻璃纖維。
5、 一種無線傳輸裝置，其特征在于，包含如權(quán)利要求1所述的無線傳 輸/接收單元。
6、 一種寬頻天線，用于傳輸/接收一電磁波，其特征在于，包含一輻射金屬線，具有一第一端點及一第二端點，至少包含 一第一輻射金屬線段，連接至所述第一端點； 一第二輻射金屬線段，經(jīng)由一第一彎折點連接至所述第一 輻射金屬線段；以及一第三輻射金屬線段，經(jīng)由一第二彎折點連接至所述第二 輻射金屬線段，且連接至所述第二端點，其中該第三輻射金屬線段的長度大于所述第一輻射金屬線段的長度；以及一饋入連接線，連接至所述第一端點。
7、 如權(quán)利要求6所述的寬頻天線，其特征在于，所述輻射金屬線具有 至少2次的彎折，使得該輻射金屬線形成一 S形彎折的倒三角形和倒梯形其 中之一。
8、 如權(quán)利要求6所述的寬頻天線，其特征在于， 所述第三輻射金屬線段的長度為所述電磁波波長的1/4; 所述輻射金屬線的長度為所述電磁波波長的1/2;及/或 各所述金屬輻射線段具有一最佳為5.08厘米的一距離。
9、 一種增加天線頻寬的方法，包含下列步驟，提供一輻射元件，該輻射元件包含至少一第一邊緣以及一第二邊緣，其 中該第一邊緣的長度大于該第二邊緣的長度；以及在該輻射元件上形成復(fù)數(shù)個切割槽，以產(chǎn)生復(fù)數(shù)個與各該切割槽平行的 水平電場，以及復(fù)數(shù)個與各該切割槽垂直的垂直電場，其中各該水平電場互 相才氐銷，而各該垂直電場互相加成。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述輻射元件具有 一倒三角形和 一倒梯形其中之一 的形狀； 各所述切割槽由機(jī)械切割及蝕刻其中之一的方法所形成；及/或 各所述切割槽具有一最佳為5.08厘米的一寬度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳輸/接收單元與寬頻天線及增加天線頻寬方法，用于傳輸/接收一電磁波，其中該無線傳輸/接收單元包括一輻射元件及一饋入連接線；該輻射元件進(jìn)一步包含一金屬平面及復(fù)數(shù)個切割槽；該金屬平面，具有彼此分離的一第一和一第二邊緣，其中該第一邊緣的長度大于該第二邊緣的長度；至于該復(fù)數(shù)個切割槽，其位于該金屬平面上，具有交錯的復(fù)數(shù)個開口方向，使得該金屬平面形成一迂回彎折的形狀；該饋入連接線則電連接該第二邊緣。應(yīng)用本發(fā)明的方法及裝置，利用多個不同共振頻率達(dá)到寬頻的效果，不但改進(jìn)了已知印刷天線頻寬不足的問題，更提供了較佳的返回?fù)p失并克服中心頻率偏移的問題；天線的面積并未因此變大，亦不需要高昂成本的額外工藝。
文檔編號H01Q9/30GK101409381SQ20071016404
公開日2009年4月15日 申請日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
發(fā)明者方勝鴻 申請人:達(dá)創(chuàng)科技股份有限公司