CN102570013B - 天线单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种天线单元,包含:第一基板、第一导电层、第二导电层、第一平面导电环以及馈入导体。上述第一基板包含第一表面与第二表面,其中第一表面与第二表面分别设在第一基板的相对两面;第一导电层,配置在第一表面上;第二导电层,配置在第二表面上,其中由多个第一导电通孔围绕的主开孔形成于第二导电层上,上述多个第一导电通孔电性连接第一导电层与第二导电层,以及主开孔与围绕的多个第一导电通孔确定辐射腔;第一平面导电环,围绕辐射腔;以及馈入导体,用以将传输线信号馈入天线单元。本发明提供的天线单元具有改进天线间隔离度的特性和改进的对称增益场型。
Description
技术领域
本发明有关于一种天线单元,且特别有关于一种具有改进天线间隔离度与改进波束宽度的天线单元。发明所述的天线单元适用于相控阵天线(phased-array antenna)。
背景技术
图1是传统天线1的示意图,包含天线基板10、馈入基板(feedsubstrate)20、微带贴片(microstrip patch)30、接地平面40以及微带馈入线(microstrip feed line)50。天线基板10包含第一表面11与第二表面12。馈入基板20包含第三表面21与第四表面22。微带贴片30配置在第一表面11上。接地平面40配置在第三表面21上。第二表面12与接地平面40相连。耦合孔(coupling aperture)41形成于接地平面40上。微带馈入线50配置在第四表面22上。微带馈入线50通过耦合孔41将信号馈入至天线基板10并与微带贴片30形成无线信号激发。传统天线一般带宽过窄,具有不可忽略的背向辐射(back radiation)与不必要的表面波辐射(surface wave radiation)问题。此外,当传统天线依阵列形式排布时,天线间的隔离效果欠佳。
发明内容
为克服传统天线的上述缺陷,特提供以下技术方案:
本发明提供一种天线单元,包含:第一基板,包含第一表面与第二表面,其中第一表面与第二表面分别设在第一基板的相对两面;第一导电层,配置在第一表面上;第二导电层,配置在第二表面上,其中由多个第一导电通孔围绕的主开孔形成于第二导电层上,多个第一导电通孔电性连接第一导电层与第二导电层,以及主开孔与围绕的多个第一导电通孔确定辐射腔;第一平面导电环,围绕辐射腔;以及馈入导体,用以将传输线信号馈入天线单元。
本发明另提供一种天线单元,包含:第一基板,包含第一表面与第二表面,其中第一表面与第二表面分别设在第一基板的相对两面;第一导电层,配置在第一表面上;第二导电层,配置在第二表面上,其中由多个第一导电通孔围绕的主开孔形成于第二导电层上,多个第一导电通孔电性连接第一导电层与第二导电层,以及主开孔与围绕的多个第一导电通孔确定辐射腔;以及馈入导体,用以将传输线信号馈入天线单元,其中馈入导体位于第一导电层与第二导电层之间。
本发明再提供一种天线单元,包含:第一基板,包含第一表面与第二表面,其中第一表面与第二表面分别设在第一基板的相对两面;第一导电层,配置在第一表面上;第二导电层,配置在第二表面上,其中由多个第一导电通孔围绕的主开孔形成于第二导电层上,多个第一导电通孔电性连接第一导电层与第二导电层,以及主开孔与围绕的多个第一导电通孔决定辐射腔;第二基板,包含第三表面与第四表面,其中第三表面与第四表面分别设在第二基板的相对两面,第三表面接触第二导电层;零个以上平面导电环围绕辐射腔并嵌入第二基板中;以及馈入导体,用以将传输线信号馈入天线单元。
本发明所提供的天线单元具有改进天线间隔离度的特性。此外,馈入导体在第一导电层与第二导电层之间延伸以将传输线信号馈入天线单元(更低馈入结构)。因此,本发明提供的更低馈入结构的天线单元在=0与=90两个方向提供改进的对称增益场型。
附图说明
图1是传统天线的示意图。
图2是本发明第一实施例的天线单元的示意图。
图3是本发明第一实施例的天线单元的电场(E)平面与磁场(H)平面的天线场型。
图4是沿第2图IV-IV方向的剖面图。
图5是本发明第二实施例的天线单元的示意图。
图6是本发明第二实施例的另一变化例的天线单元的示意图。
图7是本发明的第三实施例的天线单元的示意图。
图8A~8F是本发明的调整例。
图9是本发明第四实施例的天线单元的示意图。
图10A是本发明的调整例。
图10B是本发明的另一调整例。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式,而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求项中所提及的「包含」为一开放式的用语,故应解释成「包含但不限定于」。此外,「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此,若文中描述第一装置耦接于第二装置,则代表第一装置可直接电气连接于第二装置,或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
图2是本发明第一实施例的天线单元100的示意图。天线单元100包含第一基板110、第二基板120、第一导电层130、第二导电层140、零个以上平面导电环(planar conductive ring)(平面导电环151与152)、馈入导体160、贴片170以及多个第一导电通孔(conductive vias)181。第一基板110包含第一表面111与第二表面112,其中第一表面111与第二表面112分别设在第一基板110的相对两面。第二基板120包含第三表面121与第四表面122,其中第三表面121与第四表面122分别设在第二基板120的相对两面。第三表面121与第二导电层140相连接。第一导电层130配置在第一表面111上。第二导电层140配置在第二表面112上,其中被第一导电通孔181围绕的主开孔(mainopening)141形成于第二导电层140上,第一导电层通孔181电性连接第一导电层130与第二导电层140,以及主开孔141与围绕的通孔确定辐射腔。第一平面导电环151位于第一导电层130与第二导电层140之间(嵌入第一基板110中)。第二平面导电环152位于第一平面导电环151之上并嵌入第二基板120中,此外最上端的第二平面导电环152可配置在第二基板120上。第一平面导电环151与第二平面导电环152围绕上述辐射腔。第一导电通孔181将第一导电层130、第二导电层140、第一平面导电环151以及第二平面导电环152连接。围绕辐射腔的第一导电通孔181的间距满足第一预定规则,其中在第一预定规则的实施例中,每两个相邻的导电通孔的间距g可被设计为小于λ/8,λ为传输线信号的波长。在实施例中,第一导电层130与第二导电层140为接地层,因此围绕的第一导电通孔181、第一平面导电环151以及第二平面导电环152也为接地的。馈入导体160在第一导电层130与第二导电层140之间延伸至辐射腔以将传输线信号馈入天线单元100。贴片170配置在主开孔141上面的第四表面122上,并与馈入导体160相分离。
在第一实施例中,具有主开孔141的第二导电层140、第一平面导电环151、第二平面导电环152、第一导电通孔181以及第一导电层130形成腔体。馈入导体160所产生的表面波电流在第一基板110与第二基板120中被平面形成的腔体阻断。因此,第一实施例的天线单元100提供改进的隔离与稳定的主动式阻抗以达到较大的扫描角度。此外,馈入导体160在第一导电层130与第二导电层140之间延伸以将传输线信号馈入天线单元110(更低馈入的结构)。图3是本发明第一实施例的天线单元的电场(E)平面与磁场(H)平面的天线场型,如图3所示,第一实施例的天线单元100在=0与=90两个方向提供较大以及改进的对称增益场型。
图4是沿着图2IV-IV方向的剖面图。零个以上第二平面导电环152嵌入第二基板120中。虽然零个以上第二平面导电环152彼此分离,但它们皆连接于第一导电通孔181。如图4所示,第一导电通孔181延伸穿过第一基板110与第二基板120。第一平面导电环151与馈入导体160相分离。第一平面导电环151可位于馈入导体160的上面或下面,或与馈入导体160位于相同的平面上。在第一平面导电环151与馈入导体160位于相同的平面上的情况中,第一平面导电环151包含缺口(notch),上述缺口使得馈入导体160可由此通过。在图4所示的实施例中,第一导电层130与第二导电环152的顶层之间的高度h大约为0.25λ,其中λ为传输线信号的波长。在第一预定规则的实施例中,每两个相邻的导电通孔的间距g可被设计为小于λ/8。高度h与间距g皆可进行调整。
图5是本发明的第二实施例的天线单元102’的示意图,其中第二平面导电环152被省略。与先前技术相比,本发明第二实施例也提供改进的隔离。
图6是本发明第二实施例的另一变化例的天线单元102”的示意图。如图6所示,第一导电环151可进一步被省略。具有较低馈入的结构的天线单元(馈入导体160在第一导电层130与第二导电层140之间延伸)也可在=0与=90两个方向提供改进的对称增益场型。
图7是本发明的第三实施例的天线单元103的示意图,其中馈入导体160位于较高处,更具体地,位于第二导电层140上的第二基板120中。借助天线单元103的平面导电环,天线单元103依然可提供改进的隔离与稳定的主动式阻抗以达到较大的扫描角度。
在上述的实施例中,第一平面导电环与第二平面导电环可为由印刷形成的平面金属环。第一基板与第二基板可由多个基板层构成。
图8A~8F是本发明的调整实施例,如图8A所示,贴片170可被省略,如图8B~8F所示,贴片170可有不同的形状,可置于不同的方向,或置于一个阵列中。
图9是本发明第四实施例的天线单元104的示意图,其中馈入导体160’、第一平面导电环151’以及第二平面导电环152’皆为圆形。如第四实施例所示,馈入导体160’与平面导电环151’和152’的形状可作调整。
图10A是本发明的调整例,其包含天线阵列,天线阵列嵌入多层封装基板中,天线阵列由2x2的天线单元100、102、102’、102”、103或104组成,调整例进一步包含垂直同轴电缆,其由多个第二导电通孔182与中心导体161构成,用以将馈入导体160与不必要的耦合隔离,并将信号发送至其他导电层。第二导电通孔182连接第一导电层130与第二导电层140,并至少围饶同轴电缆的中心导体161的一部分。在一个天线阵列中,馈入导体160与同轴电缆之间的连接被缩短,并且上述连接被接地的通孔所围绕以最小化传输线的损耗并减少不必要的耦合,其中不必要的耦合不仅来自于邻近的天线,也可来自于封装的电源面(power plane)与其他连线。图10B是本发明的另一调整例,如图10B所示,多个第三导电通孔183排列于馈入导体160的馈入线周围。第二导电通孔182与第三导电通孔183可提供较低的馈入线损耗,并减少不必要的耦合,其中不必要的耦合可来自于邻近天线的馈入导体160或封装布局的其他信号线。本发明的图10A与图10B所示实施例皆可由低成本的标准印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)或低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-firedCeramic,LTCC)工艺较容易地完成批量生产。
请注意,像“第一”,“第二”,“第三”等在说明书中修饰元件的序词并不意味着任何优先权,优先级,或者一个元件的等级高于其他元件或者方法运行的时间顺序,而仅仅作为标号用于区分一个具有确切名称的元件与具有相同名称(除了修饰序词)的另一元件。
本发明虽以较佳实施例揭露如上,但是其并非用以限定本发明的范围,任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,做均等的变化与修饰,皆属于本发明的涵盖范围。
Claims (15)
1.一种天线单元,包含:
第一基板,包含第一表面与第二表面,其中该第一表面与该第二表面分别设在该第一基板的相对两面;
第一导电层,配置在该第一表面上;
第二导电层,配置在该第二表面上,其中由多个第一导电通孔围绕的主开孔形成在该第二导电层上,该多个第一导电通孔电性连接该第一导电层与第二导电层,以及该主开孔与围绕的该多个第一导电通孔确定辐射腔;
第一平面导电环,围绕该辐射腔并且嵌入该第一基板中;以及
馈入导体,用以将传输线信号馈入该天线单元。
2.如权利要求1所述的天线单元,其特征在于:该馈入导体位于该第一导电层与该第二导电层之间。
3.如权利要求1所述的天线单元,其特征在于:一个以上第一平面导电环位于该第一导电层与该第二导电层之间。
4.如权利要求1所述的天线单元,其特征在于:该第一平面导电环电性连接该多个第一导电通孔。
5.如权利要求1所述的天线单元,进一步包含:
第二基板,其中该第二基板包含第三表面与第四表面,该第三表面与该第四表面分别设在该第二基板的相对两面;以及
贴片,配置在该主开孔上面的该第四表面上,并且与该馈入导体相分离,
其中该第三表面与该第二导电层相连接。
6.如权利要求5所述的天线单元,进一步包含:
第二平面导电环,该第二平面导电环围绕该辐射腔,其中该第二平面导电环位于该第一平面导电环上面并嵌入该第二基板中。
7.如权利要求5所述的天线单元,进一步包含:
第二平面导电环,该第二平面导电环围绕该辐射腔,其中该第二平面导电环位于该第一平面导电环上面并配置在该第二基板上。
8.如权利要求6或7所述的天线单元,其特征在于:该第一平面导电环与该第二平面导电环电性连接于该第一导电层与该第二导电层。
9.如权利要求5所述的天线单元,其特征在于:该馈入导体嵌入该第二导电层上面的该第二基板中。
10.如权利要求1所述的天线单元,进一步包含:
垂直同轴电缆,其由多个第二导电通孔与中心导体构成,用以将该馈入导体与不必要的耦合隔离,并将信号发送至其他导电层。
11.如权利要求1所述的天线单元,其特征在于:该多个第一导电通孔的每相邻两者的间距小于λ/8。
12.如权利要求1所述的天线单元,进一步包含多个第三导电通孔,该多个第三导电通孔排列在该馈入导体的馈入线周围。
13.一种天线单元,包含:
第一基板,包含第一表面与第二表面,其中该第一表面与该第二表面分别设在该第一基板的相对两面;
第一导电层,配置在该第一表面上;
第二导电层,配置在该第二表面上,其中由多个第一导电通孔围绕的主开孔形成于该第二导电层上,该多个第一导电通孔电性连接该第一导电层与该第二导电层,以及该主开孔与围绕的该多个第一导电通孔确定辐射腔;
第二基板,包含第三表面与第四表面,其中该第三表面与该第四表面分别设在该第二基板的相对两面,该第三表面接触该第二导电层;一个以上平面导电环围绕该辐射腔并嵌入该第二基板中;以及
馈入导体,用以将传输线信号馈入该天线单元。
14.如权利要求13所述的天线单元,进一步包含:贴片,配置在该主开孔上面的该第四表面上,并且与该馈入导体相分离。
15.如权利要求13所述的天线单元,其特征在于:该多个第一导电通孔的每相邻两者的间距小于λ/8。
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