CN109193104B - 天线的信号线转换结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线的信号线转换结构，设置在天线数组与电路基板间，包含有第一介电基板设置在电路基板上，第二介电基板垂直设置在第一介电基板上，并将其分成第一区域及第二区域，第二介电基板一端上设有天线阵列，信号线设置在第一介电基板的第一区域上并延伸至第二介电基板，用以连接电路基板及天线阵列，金属连接板设置在第二区域上且具有金属穿孔，并与第二接地层相连接，金属穿孔穿设在第一介电基板，金属连接板借由金属穿孔连接第一介电基板的第一接地层与第二介电基板的第二接地层，本发明借此以增加天线阵列的配置空间。

Description

天线的信号线转换结构
技术领域
本发明关于一种信号线转换结构，特别是一种经由垂直转换且应用于天线的信号线转换结构。
背景技术
近些年来，随着智能型的手提式装置，例如智能型手机的普及化，通讯领域也快速发展、成长，几乎每位使用者手上所使用的智能型手机，都是使用第三代以上的无线通信技术，例如3G、4G。然而，最新一代的移动通讯技术：5G，更是产业界、学术界或是政府所讨论及扶持的重点技术之一，且每一代的行动通讯技术，其演进都伴随着数据传输速度、数据容量提升、高效能系统等。
在工业组织无线千兆联盟(Wireless Gigabit Alliance，WiGig)在2009年成立后，致力推动不需要执照的60吉赫兹(GHz)毫米波频带，以执行数千兆位(Multi-Gigabit)速度的无线传输技术，其为一种十分快速的短距离无线行动通讯技术，可以用于一般家中快速传输的大型文件。随后为了提升许多装置环境下的传输容量，又推出具备指向性及高速度无线行动通讯技术，不同于传统的无线行动通讯技术。
然而，无线千兆联盟所推出的WiGig工作频段式60GHz，此毫米波无线行动通讯技术，相对于传统的系统而言，拥有较高的带宽，足以建立一个高速率的无线传输网络，相较于目前使用的Wi-Fi无线网络传输速度快了10倍以上，但频率高也会使得毫米波无线通信系统造成更高的电波传输耗损。
因此，为了解决上述的问题，毫米波无线通信系统需要具备高增益天线及高功率输出的功率放大器(Power Amplifier，PA)，且还有低耗损毫米波无线通信模块间的整合结构，除了高增益的需求为了能满足智能型波束成型机制需求，许多现有技术是采用阵列天线以解决此问题，但接收发机模块与天线阵列间的整合布局需要有很高的弹性，例如四乘四阵列天线或八乘八阵列天线数量的可大可小的特性及耗损特性等，使得馈电网络(Feeding Network)设计与系统整合产生了巨大的挑战。
因此，本发明在馈电网络的天线系统中，提供一种天线的信号线转换结构，用以使其上的天线阵列达成更高的天线增益。
发明内容
本发明的主要目的是在提供一种天线的信号线转换结构，利用水平介电基板与垂直介电基板的结合，以提高垂直方面的天线阵列的天线增益，同时因为天线增益增高时，在水平方面的功率放大器会因为效能低弱，所产生许多热能，又因为天线阵列是设置于垂直面，就不需要设置在水平面的介电基板上，可以减少许多水平面的设置空间，使得水平面的介电基板拥有更多的散热空间，得以进行散热。
本发明的另一目的是在提供一种天线的信号线转换结构，借由微带线整合，不仅只是散热效果佳与天线增益的提升，同时还能运用如微带线的信号线以及金属连接板的金属穿孔，将平面讯号有效的传递至垂直面的天线阵列，能够有效提升转换结构带宽，并且借由金属穿孔与接地层的连接，有效减少传输时的能量损失。
为了达成上述的目的，本发明提供一种天线之信号线转换结构，包含有一个第一介电基板、一个第二介电基板、至少一个信号线及一个金属连接板，第一介电基板设置在电路基板上，第一介电基板背面设有第一接地层，第二介电基板垂直设置在第一介电基板上，并将第一介电基板分成第一区域及第二区域，第二介电基板朝向第二区域设有第二接地层，第二介电基板上还设有天线阵列，信号线设置在第一介电基板的第一区域上，并延伸设置在第二介电基板上，用以连接电路基板与天线阵列，金属连接板具有至少三个金属穿孔，且金属穿孔的数量为奇数，金属连接板设置在第一介电基板的第二区域上并与第二接地层相连接，金属穿孔穿设在第一介电基板上，金属连接板借由金属穿孔连接第一介电基板的第一接地层与第二介电基板的第二接地层。
在本发明中，第二介电基板为软性基板或可挠性基板，并能改变该天线阵列位置。
在本发明中，电路基板为功率放大器阵列电路基板。
在本发明中，天线阵列为高功率天线阵列，其为第五代移动通信技术的高频天线或第五代以上的移动通讯技术的高频天线。
在本发明中，第一介电基板为高频电路板。
在本发明中，第二介电基板为高频微波射频板。
在本发明中，金属穿孔的内径为0.2毫米。
在本发明中，信号线为微带线。
在本发明中，信号线延伸至第二介电基板处对齐于位于中间的金属穿孔。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
本发明提供的天线的信号线转换结构，利用水平介电基板与垂直介电基板的结合，以提高垂直方面的天线阵列的天线增益，同时因为天线增益增高时，在水平方面的功率放大器会因为效能低弱，所产生许多热能，又因为天线阵列是设置于垂直面，就不需要设置在水平面的介电基板上，可以减少许多水平面的设置空间，使得水平面的介电基板拥有更多的散热空间，得以进行散热。
本发明提供的天线的信号线转换结构，借由微带线整合，不仅只是散热效果佳与天线增益的提升，同时还能运用如微带线的信号线以及金属连接板的金属穿孔，将平面讯号有效的传递至垂直面的天线阵列，能够有效提升转换结构带宽，并且借由金属穿孔与接地层的连接，有效减少传输时的能量损失。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明第一实施例的立体示意图。
图2为本发明第一实施例的平面示意图。
图3为本发明第一实施例之侧面的剖面示意图。
图4为本发明第二实施例部分的平面示意图。
图5为本发明第三实施例部分的平面示意图。
附图标记说明：
10、信号线转换结构；
12、第一介电基板；
122、第一接地层；
124、第一区域；
126、第二区域；
14、第二介电基板；
142、第二接地层；
16、信号线；
16’、信号线；
16”、信号线；
18、金属连接板；
182、金属穿孔；
L1、孔径；
L2、距离。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
本发明的天线的信号线转换结构主要是随着高频天线的发展，着力于频段57GHz～66GHz的天线阵列，并应用在V-Band馈电网络中，位于水平面的电路基板以及垂直面设置的天线阵列间的转换结构，例如本发明的天线的信号线转换结构可以设置在功率放大器阵列电路基板及高功率天线阵列间，除了利用如微带线的信号线把水平的讯号经转换后垂直传到上面的天线阵列，再利用垂直面的空间配置，可以自由增减天线阵列的数量，使天线阵列的布局更加弹性。
首先，请参照本发明图1、图2及图3所示，一种天线的信号线转换结构10包含有一第一介电基板12、一个第二介电基板14、至少一个信号线16及一金属连接板18，金属连接板18中具有至少三个金属穿孔182，且金属穿孔182的数量需为奇数，例如金属穿孔182可以是3、5、7或更多个。在本实施例中，以三个金属穿孔182及一个信号线16为例说明，信号线16为微带线，第一介电基板12为高频电路板(High-frequency Circuit Board)，例如RO4350B的高频电路板，第二介电基板14为高频微波射频板(High-frequency MicrowaveRadiofrequency Plate)，例如RT5880的高频微波射频板，本发明不以上述的基板型号为发明的限制，可依使用者需求选用适当型号的基板，以上仅供实施例说明。
承接上段，第一介电基板12设置在如功率放大器阵列电路基板的电路基板(图中未示)上，第一介电基板12的背面设有第一接地层122，第二介电基板14垂直设置在第一介电基板12的正面上，在本实施例中，可以使用焊接的方式，将第二介电基板14牢牢与第一介电基板12固定接合在一起。接合后的第二介电基板14会将第一介电基板12的正面分成第一区域124及第二区域126，第二介电基板14朝向第二区域126的表面设有第二接地层142，第二介电基板14未与第一介电基板12连接的一端上，则可以设置天线阵列(Antenna Array)。本发明不限制第一介电基板12下的电路基板的电路结构及其电性连接关系，也不限制第二介电基板14上之天线阵列的排列方式，但上述天线阵列可以是高功率天线阵列(High-power Antenna Array)，例如第五代(5th Generation，5G)或以上的移动通讯技术的高频天线所排列的天线阵列，本发明主要是在强调，可以将第一介电基板12及第二基板14的接合结构的位置，设置在天线阵列与电路基板间。
续承上段之内容，信号线16设置在第一介电基板12属于第一区域124的位置上，并经延伸设置在第二介电基板14朝向第一区域124的表面，信号线16可以连接至电路基板与天线阵列。本发明不限制信号线16该如何设置在第一介电基板12及第二介电基板14，例如可以利用电路板照相蚀刻的方式制作，但制作方式就不在本发明的限制之内。
再接续上段内容，金属连接板18设置在第一介电基板12的第二区域126上，并与第二接地层142相连接，金属连接板18中的金属穿孔182穿设在第一介电基板12，以贯穿第一介电基板12，这三个金属穿孔182，其中正中间的金属穿孔182会与信号线16延伸至第二介电基板14的一端对齐，金属连接板18借由此三个金属穿孔182连接第一介电基板12的第一接地层122与第二介电基板14的第二接地层142。
本发明可以上述的天线的信号线转换结构，作为水平的电路基板与垂直的天线阵列的连接结构，利用如微带线的信号线，将电路基板的讯号从水平方向转向垂直方向，向上传输到天线阵列，并利用金属连接板中的金属穿孔连接两个介电基板的接地层，使得原本不连续结构可能会造成的讯号传输耗损减到最低，并且可以同时改善操作的带宽。
本发明并不限制水平方向与垂直方向的介电基板是否要同材质或同厚度，可以依照使用者的需求选配，主要是可以利用微带线与金属连接板及其金属穿孔，有效的整合不同方向的介电基板。本发明垂直设置的天线的信号线转换结构不限制在电路基板及天线阵列间的设置数量，可以具有多个天线的信号线转换结构排列在电路基板上，此时更增加了许多天线阵列与天线阵列间的散热空间，就不用所有天线阵列都设置于平面的介电基板上，应在高功率及高频率的天线阵列时，用以有效增加散热的面积，并能够在电路基板温度开始上升时，有效达到散热的效果。
再者，垂直设置的第二介电基板可以选用软性基板或是可挠性基板，因此，可以经由弯折，灵活改变天线阵列的位置，不一定要呈现完全垂直设置的姿态，用户可以依照整体天线系统的功效考虑，灵活调整天线阵列的位置，对于天线阵列的设置，可以更自由。
除了上述的结构以外，本发明不限制金属穿孔的数量，其可以是三个以上，且同时需要符合奇数个，本发明也不限制信号线的宽度，请参照本发明图4所示，本发明的金属穿孔182可以是五个，本发明的金属穿孔182主要的特点是，孔径(内径)L1最佳是长度为0.2毫米(mm)，也就是金属穿孔182的直径长度。另外，每两个金属穿孔182的圆心到圆心的距离L2可为0.4毫米。本发明的信号线16’在第一介电基板12的宽度可为0.2毫米，而延伸到第二基板14时，信号线16’的宽度可以是0.46毫米，本发明不以上述的数值作为本发明设置的唯一限制，此仅系为本发明实施例的说明参考。
另外，本发明也不限制信号线的配置形状，上述实施例中的信号线系先以直线为例说明，请参考本发明图5所示，在第一介电基板12上的信号线16”，也可以呈现有曲折的配置，主要是看用户如何配置信号线的图案化设计，本发明就不多作限制。
只是，在第一组实施例中，直线设置在第一介电基板及第二介电基板的信号线，及具有三个金属穿孔所设置的天线的信号线转换结构，比起其他实施例而言，具有更佳的频率响应，并且所承载的天线阵列也可以有更高的功率输出。因此，本发明在金属穿孔数量上，不会因为穿孔管数量变多而更好，最佳的设置数量为三个，此时的金属连接板所产生的金属墙效应，可以将水平方向的讯号转换成垂直方向时，有效地减少最多地能量损耗。最后，本发明垂直的转换结构，所带来的散热空间及其散热效果，与弹性的天线阵列布局效益，更能够，应用在高频高功率的天线系统中，更是具有竞争力。
以上所述之实施例，仅为说明本发明的技术思想及特点，目的在使本领域技术人员足以了解本发明的内容，并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所公开的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围。

Claims (10)

1.一种天线的信号线转换结构，设置在天线阵列及电路基板间，其特征在于，所述信号线转换结构包含：
第一介电基板，其设置于所述电路基板上，所述第一介电基板的背面设有第一接地层；
第二介电基板，其垂直设置于所述第一介电基板的正面上，并将所述第一介电基板的所述正面分成第一区域及第二区域，所述第二介电基板朝向所述第二区域的表面设有第二接地层，所述第二介电基板未连接所述第一介电基板的一端上设有所述天线阵列；
至少一个信号线，其设置于所述第一介电基板的所述第一区域上，并延伸设置在所述第二介电基板朝向所述第一区域的表面，用以连接所述电路基板及所述天线阵列；以及
金属连接板，具有至少三个金属穿孔，且所述金属穿孔的数量为奇数，所述金属连接板设置在所述第一介电基板的所述第二区域上，并与所述第二接地层相连接，至少三个所述金属穿孔穿设于所述第一介电基板，所述金属连接板借由至少三个所述金属穿孔连接所述第一介电基板的所述第一接地层与所述第二介电基板的所述第二接地层。
2.如权利要求1所述的天线的信号线转换结构，其特征在于，所述第二介电基板为软性基板或可挠性基板，并能经弯折以改变所述天线阵列的位置。
3.如权利要求1所述的天线的信号线转换结构，其特征在于，所述电路基板为功率放大器阵列电路基板。
4.如权利要求1所述的天线的信号线转换结构，其特征在于，所述天线阵列为高功率天线阵列。
5.如权利要求4所述的天线的信号线转换结构，其特征在于，所述高功率天线阵列为第五代移动通讯技术的高频天线或第五代以上的移动通讯技术的高频天线。
6.如权利要求1所述的天线的信号线转换结构，其特征在于，所述第一介电基板为高频电路板。
7.如权利要求1所述的天线的信号线转换结构，其特征在于，所述第二介电基板为高频微波射频板。
8.如权利要求1所述的天线的信号线转换结构，其特征在于，每一个所述金属穿孔的内径为0.2mm。
9.如权利要求1所述的天线的信号线转换结构，其特征在于，至少一个所述信号线为微带线。
10.如权利要求1所述的天线的信号线转换结构，其特征在于，所述至少一个信号线延伸至所述第二介电基板处对齐所述至少三个金属穿孔中位于中间的一个。
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