使用相位偏移器的圍繞型天線的制作方法
【專利摘要】一種使用相位偏移器的圍繞型天線，包含一輻射金屬板以及一相對(duì)接地金屬板，于輻射金屬板設(shè)有一被圍繞封閉的中空槽孔，使輻射金屬板形成具有設(shè)定寬度的表面電流路徑；于輻射金屬板表面電流路徑的內(nèi)部?jī)山狱c(diǎn)之間至少設(shè)有一組由一短路路徑線段，以及含有連接端及另一端為開(kāi)放端的開(kāi)路路徑線段所共同構(gòu)成的相位偏移器；以及一饋入點(diǎn)設(shè)于短路路徑線段上，并連接接地金屬板；依上述相位偏移器可偏移表面電流路徑之間的相位，達(dá)到表面電流路徑上相位同相以加大電波信號(hào)的強(qiáng)度。
【專利說(shuō)明】使用相位偏移器的圍繞型天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型有關(guān)一種使用相位偏移器的圍繞型天線，尤指在一環(huán)繞封閉的圍繞式福射金屬板內(nèi)部設(shè)有一個(gè)以上的相位偏移器以放大電波信號(hào)強(qiáng)度，該相位偏移器并可形成圖案層。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今所使用的平面天線結(jié)構(gòu)及作動(dòng)原理，主要包括一輻射金屬板及一反射(接地)金屬板，并在兩金屬板之間放置非導(dǎo)電特性的介電材料，同時(shí)，在兩金屬板之間設(shè)有一個(gè)以上的孔洞經(jīng)由傳導(dǎo)金屬線將射頻信號(hào)加以發(fā)射或進(jìn)行接收。當(dāng)射頻信號(hào)在兩金屬板之間達(dá)到期望的共振頻率時(shí)，設(shè)定的射頻信號(hào)即可被發(fā)射或接收。
[0003]在已知的微帶天線(Micro Strip Antenna, MSA)技術(shù)中，包括常見(jiàn)的矩形微帶天線(RMSA)或圓形微帶天線，其中矩形微帶天線的寬度通常與頻率波長(zhǎng)相容以強(qiáng)化輻射能力，但在使用相同的設(shè)計(jì)條件之下，如介電常數(shù)％ = I時(shí)，此類微帶天線所能達(dá)到的天線增益(gain)，最多只有5dBi左右。
[0004]在Girich Kumar 所著「Broadband Micro Strip Antenna」(寬頻微帶天線)書(shū)中，指出可透過(guò)使用圓形環(huán)狀微帶天線(Annual Ring MSA)來(lái)使此類天線得到增益的效果，同時(shí)能使整個(gè)天線效率及輻射效率提高，例如:天線增益可達(dá)到8到9dBi，天線效率及輻射效率則可達(dá)到90%以上。
[0005]在「Broadband Micro Strip Antenna」(寬頻微帶天線)書(shū)中第8章同時(shí)指出，在一輻射金屬片(patch)中央位置切割槽孔(slot)，可增加表面電流的路徑長(zhǎng)度以降低共振頻率，同時(shí)，增加槽孔的面積則有利于制出更為小型化的天線，但在設(shè)定電阻值的同軸饋入點(diǎn)(coaxial feeding point)之下，并無(wú)法在任一位置取得阻抗匹配(impedancematching),而必須在槽孔內(nèi)放入配合頻率波長(zhǎng)的變壓線(transformer)才可取得所需的阻抗匹配。
[0006]由于此類寬頻微帶天線被廣泛使用于各種通信產(chǎn)品及設(shè)備上，天線本身無(wú)法透過(guò)極短周期的瞬時(shí)脈沖波來(lái)進(jìn)行發(fā)射及接收，使得其應(yīng)用上受到相當(dāng)程度的限制。以無(wú)線射頻辨識(shí)系統(tǒng)(Rad1 FrequencyIdentificat1n Device, RFID)為例，一般此類無(wú)線射頻辨識(shí)系統(tǒng)是以無(wú)線電波傳送識(shí)別資料，一組射頻辨識(shí)系統(tǒng)由讀卡機(jī)(Reader)及無(wú)線射頻(Rad1 Frequency, RF)卡片(即標(biāo)簽TAG)所組成,該讀卡機(jī)由一段距離外發(fā)射頻率給卡片，卡片上預(yù)設(shè)電路即可通電回復(fù)一編碼的無(wú)線射頻信號(hào)與讀卡機(jī)交換訊息，并由讀卡機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理，無(wú)法透過(guò)極短周期的瞬時(shí)脈沖波來(lái)進(jìn)行發(fā)射及接收射頻信號(hào)的結(jié)果是必須在極短的距離(幾乎是在卡片與讀卡機(jī)互相貼靠的情形)下進(jìn)行操作，此類短距離的13.56MHz (HF)的RFID，并無(wú)法應(yīng)用于如900MHz (UHF) RFID要求較大電波信號(hào)的長(zhǎng)距離的系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種使用相位偏移器的圍繞型天線，可有效加大電波信號(hào)的強(qiáng)度放大其運(yùn)作距離，并改善此類天線的反射損失、增益、天線效率及輻射效率。
[0008]為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種使用相位偏移器的圍繞型天線，其特征在于包含:
[0009]一輻射金屬板，所述輻射金屬板設(shè)有一被圍繞封閉的使所述輻射金屬板形成具有設(shè)定寬度的表面電流路徑的中空槽孔；
[0010]于所述輻射金屬板表面電流路徑的內(nèi)部?jī)山狱c(diǎn)之間至少設(shè)有一組由一短路路徑線段，以及含有連接端及另一端為開(kāi)放端的開(kāi)路路徑線段所共同構(gòu)成的相位偏移器；
[0011]與所述輻射金屬板相隔一段距離處相對(duì)設(shè)置一接地金屬板；以及
[0012]一饋入點(diǎn)，設(shè)于所述的短路路徑線段上，并經(jīng)由一個(gè)以上的孔洞連接所述接地金屬板。
[0013]其中，所述開(kāi)路路徑線段連接端連接于短路路徑線段其中一接點(diǎn)。
[0014]其中，所述開(kāi)路路徑線段連接端連接于所述表面電流路徑任一接點(diǎn)。
[0015]其中，所述開(kāi)路路徑線段連接端連接于所述短路路徑線段上任一接點(diǎn)。
[0016]其中，所述短路路徑線段及開(kāi)路路徑線段所共同構(gòu)成的相位偏移器共同組成一圖案層。
[0017]其中，所述短路路徑線段及開(kāi)路路徑線段所共同構(gòu)成的相位偏移器共同組成的圖案層包括一組以上的短路路徑線段及開(kāi)路路徑線段。
[0018]通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型能有效加大電波信號(hào)的強(qiáng)度，運(yùn)用于如前述的無(wú)線射頻辨識(shí)系統(tǒng)時(shí)，可放大其運(yùn)作距離，同時(shí)，經(jīng)由工作頻率進(jìn)行長(zhǎng)度及面積阻抗匹配的內(nèi)部相位偏移器更適于圖案層。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1:顯示本實(shí)用新型輻射金屬板可行實(shí)施例圖。
[0020]圖2:顯示圖1的等效電路圖。
[0021]圖3:顯示本實(shí)用新型輻射金屬板配合接地金屬板另一可行實(shí)施例立體圖。
[0022]圖4:顯示圖3的元件分解圖。
[0023]圖5:顯示本實(shí)用新型反射系數(shù)測(cè)試圖表。
[0024]圖6:顯示本實(shí)用新型輻射場(chǎng)型增益圖。
[0025]圖7:顯示本實(shí)用新型天線效率測(cè)試圖。
[0026]圖8:顯示本實(shí)用新型頻率與增益測(cè)試圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]本實(shí)用新型新穎性及其他特點(diǎn)將于配合以下附圖較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明而趨于明了。
[0028]如圖1所示，在圖示實(shí)施例中，本實(shí)用新型作為寬頻天線的輻射金屬板10設(shè)為圓形環(huán)狀，但此僅用為方便舉例說(shuō)明，并非加以限制，其他如正方形、矩形、三角形之類幾何形狀所封閉圍繞而成的輻射金屬板均屬可行。
[0029]于所述輻射金屬板10設(shè)有一被圍繞封閉的中空槽孔11，使整個(gè)輻射金屬板10形成具有設(shè)定寬度W的表面電流路徑12，所述的中空槽孔11大小型式及表面電流路徑12的寬度W可隨所需操作頻率(如900MHz或1800MHz及其波長(zhǎng))加以調(diào)整。
[0030]本實(shí)用新型于所述輻射金屬板10表面電流路徑12的內(nèi)部?jī)山狱c(diǎn)13、14之間至少設(shè)有一組由一短路路徑(short stub)線段20，以及含有連接端及另一端為開(kāi)放端31狀態(tài)的開(kāi)路路徑(open stub)線段30所共同構(gòu)成的相位偏移器；同時(shí)，在所述的短路路徑(short stub)線段20設(shè)有饋入點(diǎn)21。圖2顯示此一福射金屬板10的等效電路示意圖,例如可在表面電流路徑12所形成多個(gè)電感元件之間進(jìn)行串接電容及接地。
[0031]在此一實(shí)施例中，所述開(kāi)路路徑線段30的連接端(開(kāi)放端31的另一端)雖然顯示連接于表面電流路徑12的其中一接點(diǎn)13，但此一方式并非加以限制，所述的連接端可接合于表面電流路徑12的任一點(diǎn)，亦可連接于短路路徑線段20的任一點(diǎn)，此一特性使得由短路路徑線段20及開(kāi)路路徑線段30所共同構(gòu)成的相位偏移器特別適合做成各種圖案層，此一實(shí)施例圖案即類如水滴狀。
[0032]所述輻射金屬板10的直徑大小(或面積大小)、中空槽孔11大小型式、表面電流路徑12的寬度W以及所述相位偏移器的大小型式均可隨工作頻率加以調(diào)整設(shè)計(jì)，如在圖3及圖4所示的本實(shí)用新型另一可行實(shí)施例中，在所示的輻射金屬板100即設(shè)有由短路路徑(short stub)線段20、200及開(kāi)路路徑(open stub)線段30、300所共同構(gòu)成的兩組相位偏移器，并共同組成一相對(duì)稱的水滴狀的圖案層。
[0033]同時(shí)，在圖3及圖4所示的實(shí)施例中，所述的輻射金屬板100可透過(guò)鐳射或蝕刻加工方式由一基底40表面制出，并在與所述基底40相隔一段設(shè)定距離處設(shè)有一接地金屬板50，所述的饋入點(diǎn)21則可經(jīng)由一個(gè)以上的孔洞41連接所述接地金屬板50。同時(shí)，基底40與接地金屬板50的相隔距離可透過(guò)多個(gè)角柱51加以界定。
[0034]本實(shí)用新型依上述一組以上的相位偏移器因而可偏移表面電流路徑12之間的相位，達(dá)到表面電流路徑12上相位同相加大電波信號(hào)的強(qiáng)度。
[0035]以圖3所示實(shí)施例使用71mm直徑的輻射金屬板100，其表面電流路徑寬度為29mm,饋入點(diǎn)21座標(biāo)值為(X軸為0，Y軸為5.14mm)，在902MHz到928MHz進(jìn)行測(cè)試時(shí)，如圖5所示,其反射系數(shù)(return loss)相當(dāng)理想，圖6的福射場(chǎng)型增益圖及圖8的頻率與增益測(cè)試圖均顯示此一樣本可增益8到9dBi，圖7更顯示整個(gè)天線效率及輻射效率更可達(dá)到90%以上。
[0036]本實(shí)用新型在一封閉圍繞式的表面電流路徑內(nèi)部形成至少一相位偏移器，能有效加大電波信號(hào)的強(qiáng)度，運(yùn)用于如前述的無(wú)線射頻辨識(shí)系統(tǒng)時(shí)，可放大其運(yùn)作距離，同時(shí)，經(jīng)由工作頻率進(jìn)行長(zhǎng)度及面積阻抗匹配的內(nèi)部相位偏移器更適于圖案層。
[0037]以上實(shí)施例僅用為方便舉例說(shuō)明本實(shí)用新型，并非加以限制，對(duì)于熟習(xí)此一技藝人士依該實(shí)施例所可作的各種簡(jiǎn)易變形與修飾，均仍應(yīng)含括于以下申請(qǐng)專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種使用相位偏移器的圍繞型天線，其特征在于包含: 一輻射金屬板，所述輻射金屬板設(shè)有一被圍繞封閉的使所述輻射金屬板形成具有設(shè)定寬度的表面電流路徑的中空槽孔； 于所述輻射金屬板表面電流路徑的內(nèi)部?jī)山狱c(diǎn)之間至少設(shè)有一組由一短路路徑線段，以及含有連接端及另一端為開(kāi)放端的開(kāi)路路徑線段所共同構(gòu)成的相位偏移器； 與所述輻射金屬板相隔一段距離處相對(duì)設(shè)置一接地金屬板；以及 一饋入點(diǎn)，設(shè)于所述的短路路徑線段上，并經(jīng)由一個(gè)以上的孔洞連接所述接地金屬板。
2.如權(quán)利要求1所述的使用相位偏移器的圍繞型天線，其特征在于，所述開(kāi)路路徑線段連接端連接于短路路徑線段其中一接點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的使用相位偏移器的圍繞型天線，其特征在于，所述開(kāi)路路徑線段連接端連接于所述表面電流路徑任一接點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的使用相位偏移器的圍繞型天線，其特征在于，所述開(kāi)路路徑線段連接端連接于所述短路路徑線段上任一接點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的使用相位偏移器的圍繞型天線，其特征在于，所述短路路徑線段及開(kāi)路路徑線段所共同構(gòu)成的相位偏移器共同組成一圖案層。
6.如權(quán)利要求5所述的使用相位偏移器的圍繞型天線，其特征在于，所述短路路徑線段及開(kāi)路路徑線段所共同構(gòu)成的相位偏移器共同組成的圖案層包括一組以上的短路路徑線段及開(kāi)路路徑線段。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK204067573SQ201420377645
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】黃詠勝 申請(qǐng)人:順富科技實(shí)業(yè)有限公司