天线结构及其天线罩制造技术

本发明专利技术公开了一种天线结构及其天线罩。天线结构，包含辐射元件以及天线罩。天线罩具有至少一层介电材料，该介电材料的上表面具有多个Ｓ形金属图形，下表面具有相对应于Ｓ形金属图形的多个反Ｓ形金属图形。其中，Ｓ形金属图形与相对应的反Ｓ形金属图形互相耦合以集中辐射元件所发出的辐射波束。本发明专利技术除了可集中天线结构的辐射波束的束径宽以增加天线结构的增益外，更可以大幅减少天线结构的体积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种天线结构及其天线罩，且特别是有关于一种具有高增 益结构的天线结构及其天线罩。
技术介绍
近年来，由于无线通讯技术高速发展，无线局域网络(Wireless LAN)或 是个人无线网络(WirelessPAN)已深入办公室或家庭之中。然而，将各无线 网络所串联起来的仍以有线网络为主，如数字用户回路(Digital Subscriber Line, DSL)等。为了将大都会间的网络加以无线化，并以更低的成本布建城 乡之间的骨干(backbone)网络设施，于是提出IEEE 802.16a的全球互通微 波存取协议(Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX)， 其传输速度为70Mbps，将比现有T1网络的1. 544 Mbps快约45倍以上，其 布建成本也较T1低廉。由于骨干网络基地台的布建，通常以长距离及点对点的方式构成，因此 必须以高指向性天线为主，以提升等效等向性辐射功率(Effective Isotr叩ically Radiated Power, EIRP)，利用更低的功率达成远距离传输 的目的，同时较集中的辐射波束也可以避免对邻近区域造成干扰。传统高指 向性天线分为碟型天线以及阵列天线两大类别。碟型天线虽然具有极高的指 向性增益，但本身占有极大的体积，不仅架设困难也易受外界气候的影响。阵列天线则随着所需天线指向性增益的增加，其阵元数以倍数成长，天 线面积大为增加，材料成本也大幅提升。同时，构成天线阵列重要元件之一 的馈入网络急剧复杂化。馈入网络除了负责将每一个天线阵元的能量收集至输出端之外，也须确保输出端至每一个天线阵元间的相位无偏差。因此将造 成相位准确性以及传输能量消耗的问题，进而导致天线增益无法随阵元数增 加而增加。于2002年，G. Tayeb等人提出"超颖材料小型高增益天线"(Compact directive antennas using metamaterials， 12th International Symposium on Antennas, Nice, 12-14 Nov. 2002)，揭露一种具有多层金属网栅的超 颖材料天线罩设计，利用电磁能隙技术，于14GHz的操作频段下，大幅降低 微带天线的半功率束径宽(仅约为10度左右)，因此具有极高的指向性增益。 然而，基于c = f X入的公式，当应用于操作频段为3. 5GHz 5GHz的WiMAX 系统时，由于频率大幅降低，故波长大幅增加，因此天线罩相对应地将需要 相当的厚度，天线整体体积增加。同时，此多层金属网栅是作用于天线辐射 场的远场(far-field),整个天线结构变大，使得实用性受到了限制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供一种具天线罩的天线结构、其提高 增益的方法及天线罩，利用具有金属图形的介电材料，可同时将材质为超颖 材料的天线罩置放于天线结构的辐射场的近场，除了可集中天线结构的辐射 波束的束径宽以增加天线结构的增益外，更可以大幅减少天线结构的体积。本专利技术的另一实施范例提出一种天线结构，包括辐射元件以及天线罩。 天线罩具有至少一层介电材料，介电材料的上表面具有多个S形金属图形， 下表面具有相对应于S形金属图形的多个反S形金属图形。其中，S形金属 图形与相对应的反S形金属图形互相耦合以集中辐射元件所发出的辐射波 束。本专利技术的另一实施范例又提出一种天线结构，包括辐射元件以及天线 罩。天线罩具有至少一层介电材料，至少一层介电材料的上表面具有多个金 属图形，下表面具有相对应于金属图形的多个反向金属图形。其中，金属图形的间距介于辐射元件的共振频率的波长的0. 002倍至0. 2倍之间，反向金 属图形的间距介于辐射元件的共振频率的波长的0. 002倍至0. 2倍之间。其 中，金属图形与相对应的反向金属图形互相耦合以集中辐射元件所发出的辐 射波束。本专利技术的另一实施范例再提出一种天线罩，包括至少一层介电材料、多 个S形金属图形以及多个反S形金属图形。S形金属图形印刷或蚀刻于至少 一层介电材料的上表面。反S形金属图形相对应于S形金属图形，并印刷或 蚀刻于至少一层介电材料的下表面。其中，S形金属图形与相对应的反S形 金属图形互相耦合以集中 一辐射元件所发出的辐射波束。本专利技术的另一实施范例另提出一种天线罩，包括至少一层介电材料、多 个金属图形以及多个反金属图形。金属图形是印刷或蚀刻于至少一层介电材 料的上表面。反金属图形，相对应于金属图形，并印刷或蚀刻于至少一层介 电材料的下表面。其中，金属图形的间距介于一辐射元件的共振频率的波长 的0. 002倍至0. 2倍之间，反向金属图形的间距介于此辐射元件的共振频率 的波长的0. 002倍至0. 2倍之间。金属图形与相对应的反向金属图形互相耦 合以集中辐射元件所发出的辐射波束。本专利技术的另一实施范例再提出一种提高天线结构增益的方法，应用于天 线结构，方法包括，首先，提供一辐射元件。接着，置放天线罩于辐射元件 之上以集中辐射元件所发出的辐射波束。其中，天线罩具有至少一层介电材 料，至少一层介电材料的上表面印刷或蚀刻有多个S形金属图形，至少一层 介电材料的下表面印刷或蚀刻有相对应于S形金属图形的多个反S形金属图 形。S形金属图形与相对应的反S形金属图形互相耦合以集中辐射元件所发 出的辐射波束。就低形貌(low profile)考虑，辐射元件或可使用一平面反置F天线 (pl,r inverted-F ante廳；PIFA)。就制作上考虑，天线罩或可包含由 玻璃纤维(例如FR4)制作的三层介电材料，且该三层介电材料的厚度比介于1: 1.3: l至l: 1.7: 1。另外，辐射元件或可为一槽孔天线(slot antenna) 以供双侧辐射的应用。根据上述方案，本专利技术相对于现有结构的效果是显著的本专利技术上述实 施范例所揭露的天线结构、天线罩及提高天线结构增益的方法，是于介电材 料上印刷或蚀刻互相耦合的金属图形，并将天线罩置放于天线结构的辐射场 的近场，以集中天线结构所发出的辐射波束的束径宽，进而增加天线结构的 增益。其中，金属图形具有结构简单的特点，可采用现有的印刷电路板工艺 制作，大幅降低生产成本。此外，由于天线罩是置放于天线结构的近场处， 使得整个天线结构的体积能够变得更小，提高实用性。附图说明图1为依照本专利技术实施范例的天线结构的示意图。图2A为依照本专利技术实施范例的天线结构的单一阵元的正面金属图形的示意图。图2B为依照本专利技术实施范例的天线结构的单一阵元的背面金属图形的 示意图。图3A为依照本专利技术实施范例的天线结构的俯视图。 图3B为依照本专利技术实施范例的天线结构的单一层阵元的上表面及下表 面的示意图。图4为依照本专利技术实施范例的天线结构的增益频率响应示意图。图5为依照本专利技术实施范例的天线结构的辐射场型示意图。图6为依照本专利技术一实施范例的天线结构的示意图。图7及8为依照图6实施范例的天线结构的功效示意图。图9为加入参考坐标的本专利技术实施范例的天线结构示意图。图10为图9的天线结构的辐射场形示意图。图11至13为本专利技术其它实施范例的天线结构示意图。图14为加入参考坐标的本专利技术一实施范例的天线结构示意图。 图15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天线结构，其特征在于，包括：　一平面反置Ｆ天线；以及　一天线罩，具有至少一层介电材料，该至少一层介电材料的上表面具有复数个Ｓ形金属图形，该至少一层介电材料的下表面具有相对应于该些Ｓ形金属图形的复数个反Ｓ形金属图形；　其 中该Ｓ形金属图形分别与相对应的该反Ｓ形金属图形互相耦合，以集中该辐射元件所发出的辐射波束。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊熠，叶世晃，林弘萱，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]