[发明专利]具有天线罩的天线结构及其提高增益的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有天线罩的天线结构及其提高增益的方法，特别是涉及一种具有高增益且结构简单的具有天线罩的天线结构及其提高增益的方法。

背景技术

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(Wireless PAN)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(DigitalSubscriber Line，DSL)等。为了将大都市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 MicrowaveAccess，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。

由于骨干网络基站的布建，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(EffectiveIsotropically Radiated Power，EIRP)，利用更低的功率实现远距离传输的目的，同时较集中的辐射波束亦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，材料成本亦大幅提升。同时，构成天线阵列重要组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”(Compactdirective antennas using metamaterials，12^th International Symposium onAntennas，Nice，12-14 Nov.2002)，披露了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×λ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，此多层金属网栅作用于天线辐射场的远场(far-field)，整个天线结构变大，使其实用性受到了限制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种具天线罩的天线结构及其提高增益的方法，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，还可以大幅减少天线结构的体积。

根据本发明的目的，提出一种天线结构，包括辐射组件以及天线罩。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组件所发出的辐射波束。

根据本发明的目的，还提出一种天线结构，包括辐射组件以及天线罩。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组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组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组件所发出的辐射波束。

根据本发明的目的，还提出一种天线罩，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组件所发出的辐射波束。