CN110676593B - 天线波导及相关天线模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种天线波导及相关天线模块，该天线波导用于一天线模块，并包含一第一表面，形成于一第一平面；一第二表面，相邻该第一表面；一第三表面，相邻该第二表面，不相邻该第一表面，且平行该第一表面；以及一第四表面，相邻该第一表面及该第三表面，且不相邻该第二表面。该天线模块包含一天线，其中该第一表面在该天线的一指向方向上的一第一尺寸实质上为该天线的一射频信号的3/4波长，该天线形成于一第二平面，且该第二表面及该第四表面于一第三平面的投影垂直该第一平面及该第二平面。

Description

天线波导及相关天线模块
技术领域
本发明涉及一种天线波导及相关天线模块，尤其实涉及一种可提升天线指向性的天线波导及相关天线模块。
背景技术
射频(Radio-frequency)信号的信号强度与单位波长的传播距离呈反比，且射频信号的波长与频率呈反比。因此，对于高频率、短波长的射频信号而言(例如，操作频率在700MHz～6GHz的射频信号)，需尽量提高天线辐射效率，以尽可能扩大高频射频信号的涵盖范围。
在实作上，若传播对象的位置固定，可使用指向性天线，将天线效率较高或指向性较高的辐射场形朝向传播对象，以确保指向方向的通讯品质。另一方面，若传播对象的位置不固定，可同时使用多个天线来收发高频射频信号，以确保各方向的通讯品质。因此，如何提升天线效率以确保通讯品质，实是本领域的重要课题。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种天线波导及相关天线模块，用来增加天线指向性，以提升指向方向上的天线效率。
本发明揭露一种天线波导，用于一天线模块，包含一第一表面，形成于一第一平面；一第二表面，相邻该第一表面；一第三表面，相邻该第二表面，不相邻该第一表面，且平行该第一表面；以及一第四表面，相邻该第一表面及该第三表面，且不相邻该第二表面。该天线模块包含一天线，其中该第一表面在该天线的一指向方向上的一第一尺寸实质上为该天线的一射频信号的3/4波长，该天线形成于一第二平面，且该第二表面及该第四表面于一第三平面的投影垂直该第一平面及该第二平面。
本发明另揭露一种天线模块，用于一无线通讯装置，包含至少一天线；以及至少一天线波导。该至少一天线波导的一者分别连接该至少一天线天线的一者，且包含一第一表面，形成于一第一平面；一第二表面，相邻该第一表面；一第三表面，相邻该第二表面，不相邻该第一表面，且平行该第一表面；以及一第四表面，相邻该第一表面及该第三表面，且不相邻该第二表面；其中该第一表面在该天线的一指向方向上的一第一尺寸实质上为该天线的一射频信号的3/4波长，该天线形成于一第二平面，该第二表面及该第四表面于一第三平面的投影垂直该第一平面及该第二平面。
本发明利用天线波导来导引天线的辐射磁场并使其集中，将天线波导在指向方向上的尺寸设计为天线射频信号的3/4波长，以提升在指向方向上的天线效率及传输能力。此外，通过调整天线波导的张口角度以及设置多个天线在天线模块的位置分布，以扩大通讯范围。
附图说明
图1为本发明实施例一天线模块的示意图；
图2为本发明实施例一天线波导及一天线的示意图；
图3为本发明实施例一天线的示意图。
符号说明
1 天线模块
10 固定座
100 基座
102 支柱
104 窗口
106、108 孔洞
WG 天线波导
ANT 天线
F1 第一表面
F2 第二表面
F3 第三表面
F4 第四表面
d1 第一尺寸
d2 第二尺寸
d3 第三尺寸
a_WG 斜角
X、Y、Z 方向
300 基板
301 第一共线元件
302 第二共线元件
RAD1 第一辐射体
RAD2 第二辐射体
RF1 第一射频信号
RF2 第二射频信号
具体实施方式
图1为本发明实施例一天线模块1的示意图。天线模块1可用于一无线通讯装置，例如一无线数据收集器或一无线存取点(Access point，AP)等。天线模块1包含一固定座10、至少一天线波导WG以及至少一天线ANT。
天线ANT用来收发射频信号，例如操作频率在20GHz～60GHz的毫米波射频信号。天线波导WG耦接于天线ANT，以金属材料制成，用来让天线ANT的辐射场形较为集中而具有指向性，例如让天线ANT的部分射频信号可朝指向方向传播，以提升在指向方向上的天线效率及传输能力。
在一实施例中，天线ANT形成于一第二平面(例如，XZ平面)，天线ANT的一指向方向为Y方向，且天线波导WG在指向方向上的一第一尺寸d1为射频信号的3/4波长，其中指向方向Y垂直于XZ平面。在此结构下，天线波导WG可有效导引天线ANT的辐射磁场并使其集中，以提升在指向方向上的天线效率及传输能力。
固定座10包含一基座(base)100、至少一支柱(rib)102，其中一窗口(window)104及孔洞106、108形成于基座100。基座100形成于一第一平面(例如XY平面)，支柱102与基座100相连接并从基座100朝一Z方向延伸。基座100用来承载天线ANT及天线波导WG，而天线ANT可安装于支柱102，例如通过锁螺丝、粘贴、卡勾固定等方式，以固定于基座100。
在本实施例中，当基座100形成于XY平面并需设置多个天线ANT时，可以基座100的中心为圆心，在等角方位上分别设置支柱102，以将多个天线ANT固定于基座100上。例如，可以60度等角方位上设置六个支柱102，以将六个天线ANT固定于基座100上，以确保各方向的通讯品质。在其他实施例中，可以15度、30度、45度、90度或180度等角方位上分别设置24个、12个、8个、4个或2个天线ANT在固定座10上。
在产线组装时，操作员可先组合天线ANT及天线波导WG(例如，以锁螺丝、粘贴、卡钩等方式)，将天线ANT连同天线波导WG安装于固定座10，再将天线ANT的传输线(未绘于图1)通过窗口104而连接到一射频信号处理模块，但不限于此。此外，操作员可将无线通讯装置的壳体或机构件的固定柱(未绘于图1)插入孔洞106、108，以利固定与对位，如此可提升组装可靠度。
因此，在天线模块1的结构下，可利用天线波导WG来导引天线ANT的辐射磁场并使其集中，以提升在指向方向上的天线效率及传输能力。本领域具通常知识者可据此加以修饰变化，而不限于本发明实施例。
图2为本发明实施例天线波导WG及天线ANT的示意图。在本实施例中，天线ANT形成于一印刷电路板(Printed circuit board，PCB)，该印刷电路板呈现一矩形，且天线波导WG包一第一表面F1、一第二表面F2、一第三表面F3以及一第四表面F4，但不限于此。在一实施例中，天线波导WG在天线ANT的指向Y方向上的第一尺寸d1为射频信号的3/4波长，天线波导WG在X方向上的一第二尺寸d2及在Z方向上的一第三尺寸d3分别为印刷电路板在X、Z方向上的尺寸，但不限于此。
第一表面F1形成于第一平面XY，相邻第二表面F2及第四表面F4，第一表面F1不相邻第三表面F3，第二表面F2相邻第一表面F1及第三表面F3，第二表面F2不相邻第四表面F4，且第一表面F1平行第三表面F3。天线ANT形成于第二平面XZ，第二表面F2及第四表面F4于一第三平面YZ的投影垂直第一平面XY及第二平面XZ。
在图1的实施例中，当基座100形成于XY平面并需设置多个天线ANT时，第一表面F1及第三表面F3呈现一梯形，其中该梯形的一斜角a_WG(或第二表面F2与YZ平面的夹角)实质上介于5～15度的范围。第二表面F2及第四表面F4呈现一矩形，但不限于此。
在其他实施例中，当基座100形成于一曲面或球面并需设置多个天线ANT时，该梯形的斜角a_WG(或第二表面F2与YZ平面的夹角)实质上介于15～45度的范围。由于在基座100的半径固定的情况下，曲面或球面的表面积大于平面表面积，表示天线模块1的收讯范围较大，因此可扩大天线波导WG的张口范围(即，斜角a_WG越大，则张口范围越大)，以扩大收讯范围。此外，也可视情况增加天线ANT的数量，并对应选择适当的斜角a_WG角度，以兼顾天线指向性及收讯范围。
图3为本发明实施例天线ANT的示意图。天线ANT形成于一基板300(例如，印刷电路板)，且包含第一辐射体RAD1以及一第二辐射体RAD2。第一辐射体RAD包含多个第一共线元件301，用来辐射一第一射频信号RF1；而第二辐射体RAD2包含多个第二共线元件302，用来辐射一第二射频信号RF2。
在本实施例中，第一辐射体RAD1以及第二辐射体RAD2可以是端点馈入共线天线(End-fed collinear antenna)，但不限于此。由于共线天线本身具有高指向性(或高增益)的特性，当使用天线波导WG来导引指向方向并适当配置多个共线天线时，不仅可提升天线效率，也可扩大收讯范围，以确保多个指向方向的通讯品质。
在实际应用中，当天线模块1用于育婴中心的无线数据监测器时，由于每个婴儿床位皆配置有各自的生命迹象监测仪器，因此设计者可依照育婴中心的婴儿床位配置，设计多个天线的指向方向，以确保可收集到婴儿生命迹象数据。
综上所述，本发明利用天线波导来导引天线的辐射磁场并使其集中，将天线波导在指向方向上的尺寸设计为天线射频信号的3/4波长，以提升在指向方向上的天线效率及传输能力。此外，通过调整天线波导的张口角度以及设置多个天线在天线模块的位置分布，以扩大通讯范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种天线波导，用于天线模块，其特征在于，该天线波导包含：
第一表面，形成于第一平面；
第二表面，相邻该第一表面；
第三表面，相邻该第二表面，不相邻该第一表面，且平行该第一表面；以及
第四表面，相邻该第一表面及该第三表面，且不相邻该第二表面；
其中该天线模块包含天线，该第一表面在该天线的指向方向上的第一尺寸为该天线的一射频信号的3/4波长，该天线形成于第二平面，该第二表面及该第四表面于第三平面的投影垂直该第一平面及该第二平面，
其中该第一表面及该第三表面呈现梯形，且该第二表面及该第四表面呈现矩形，且该第二表面与该第三平面的夹角介于5～45度的范围。
2.如权利要求1所述的天线波导，其中该天线是端点馈入共线天线。
3.如权利要求1所述的天线波导，其中该天线形成于基板，该基板在第一方向上的尺寸为该第一平面的第二尺寸，该基板在第二方向上的尺寸为该第二平面的第三尺寸，且该指向方向垂直该第一方向及该第二方向。
4.一种天线模块，用于无线通讯装置，其特征在于，该天线模块包含：
至少一天线；以及
至少一天线波导，其中该至少一天线波导的一者分别连接该至少一天线的一者，且包含：
第一表面，形成于第一平面；
第二表面，相邻该第一表面；
第三表面，相邻该第二表面，不相邻该第一表面，且平行该第一表面；以及
第四表面，相邻该第一表面及该第三表面，且不相邻该第二表面；
其中该第一表面在该天线的指向方向上的第一尺寸为该天线的一射频信号的3/4波长，该天线形成于第二平面，该第二表面及该第四表面于第三平面的投影垂直该第一平面及该第二平面，
其中该第一表面及该第三表面呈现梯形，且该第二表面及该第四表面呈现矩形，且该第二表面与该第三平面的夹角介于5～45度的范围。
5.如权利要求4所述的天线模块，其中该至少一天线是端点馈入共线天线。
6.如权利要求4所述的天线模块，其中该天线形成于基板，该基板在第一方向上的尺寸为该第一平面的第二尺寸，该基板在第二方向上的尺寸为该第二平面的第三尺寸，且该指向方向垂直该第一方向及该第二方向。
7.如权利要求4所述的天线模块，其另包含固定座，包含：
基座，形成于该第一平面，用来承载该至少一天线及该至少一天线波导，其中一窗口及多个孔洞形成于该基座；以及
至少一支柱，连接该基座并从该基座朝第二方向延伸，其中该至少一支柱的一者分别连接该至少一天线的一者。
8.如权利要求7所述的天线模块，其中当该至少一天线包含多个天线，该至少一天线波导包含多个天线波导，且该至少一支柱包含多个支柱时，以该基座的中心为圆心，在多个等角方位上分别设置该多个支柱，以将该多个天线及该多个天线波导设置于该基座。
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