CN115347380A - 天线阵列装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线阵列装置，其包括基板、多个天线单元、金属接地板以及第一隔离单元组。基板包括第一表面以及第二表面；多个天线单元设置于第一表面，其中多个天线单元具有第一极化方向以及与第一极化方向相反的第二极化方向，多个天线单元分别具有一第一贯孔；金属接地板设置于第二表面；以及第一隔离单元组设置于相邻的其中两个天线单元之间，其中第一隔离单元组的排列方向垂直于第一极化方向以及第二极化方向，其中第一隔离单元组为相邻的两个隔离单元，两个隔离单元中的各者包括外侧端以及与外侧端相对的内侧端，内侧端经由第二贯孔连接于金属接地板。

Description

天线阵列装置
技术领域
本发明涉及五代新无线电(5G new radio，5G NR)的技术，且特别涉及一种天线阵列装置。
背景技术
在第五代新无线电(5G new radio，5G NR)毫米波(mmWave)天线阵列(antennaarray)中，扫描角度(steering angle)是对天线波束(antenna beam)可达到的扫描范围的衡量指标。目前，贴片天线(patch antenna)已广泛应用于当前的5G NR mmWave天线阵列。然而，由于贴片天线之间的耦合效应(coupling effect)，其扫描角度往往会受到影响。因此，要如何减少贴片天线之间的耦合效应以增加扫描角度是本领域技术人员急欲解决的问题。
发明内容
本发明提供一种天线阵列装置，其包括基板、多个天线单元、金属接地板以及第一隔离单元组。基板包括第一表面以及第二表面；多个天线单元设置于第一表面，其中多个天线单元具有第一极化方向以及与第一极化方向相反的第二极化方向，多个天线单元分别具有一第一贯孔；金属接地板设置于第二表面；以及第一隔离单元组设置于相邻的其中两个天线单元之间，其中第一隔离单元组的排列方向垂直于第一极化方向以及第二极化方向，其中第一隔离单元组为相邻的两个隔离单元，两个隔离单元中的各者包括外侧端以及与外侧端相对的内侧端，内侧端经由第二贯孔连接于金属接地板。
基于上述，本发明提供的天线阵列装置可通过设置在其中两个天线单元之间设置隔离单元以增加天线单元之间的隔离度，借此增加天线单元的扫描角度。此外，还可通过在其中两个天线单元之间增加隔离单元的数量以进一步大大增加天线单元的扫描角度。
附图说明
图1根据本发明的实施例示出天线阵列装置的俯视图。
图2根据本发明的实施例示出天线阵列装置中的一部分的俯视图。
图3根据本发明的实施例示出天线阵列装置中的一部分的侧视图。
图4根据本发明的另一实施例示出天线阵列装置的俯视图。
图5根据本发明的另一实施例示出天线阵列装置中的一部分的俯视图。
图6根据本发明的另一实施例示出天线阵列装置中的一部分的侧视图。
图7根据本发明的另一实施例示出天线阵列装置中的一部分的共振频带以及隔离度(isolation)的示意图。
附图标记说明：
100、200：天线阵列装置
110a、110b：天线单元
120a、120b：隔离单元组
130a、130b：另一隔离单元组
P1：第一天线阵列
P2：第二天线阵列
M：基板
G：金属接地板
SP、SP’：天线阵列装置的一部分
D1～D3：距离
L1～L2：长度
via1～via2：第一及第二贯孔
outer：外侧端
inner：内侧端
E1～E2：边缘
strip：隔离单元
SF1：第一表面
SF2：第二表面
op：共振频带
iso：隔离度
具体实施方式
图1根据本发明的实施例示出天线阵列装置100的俯视图，其中图1是在x-y平面上的俯视图。图2根据本发明的实施例示出天线阵列装置100的一部分SP的俯视图，其中图2是在x-y平面上的俯视图。图3根据本发明的实施例示出天线阵列装置100的一部分SP的侧视图，其中图3是在x-z平面上的俯视图。同时参照图1至图3，天线阵列装置100可包括基板M、第一天线阵列P1、第二天线阵列P2以及金属接地板G。
再者，基板M可包括相互对应的第一表面SF1以及第二表面SF2。第一天线阵列P1可包括多个天线单元(例如，图1所示的天线单元110a)，其中第一天线阵列P1中的多个天线单元可设置于第一表面SF1，且这些天线单元可具有第一极化方向(polarizationdirection)(例如，-x方向)。
此外，第二天线阵列P2也可包括多个天线单元(例如，图1所示的天线单元110b)，其中第二天线阵列P2中的多个天线单元也可设置于第一表面SF1，且这些天线单元可具有与上述第一极化方向相反的第二极化方向(例如，x方向)。
值得注意的是，图1至图3中的第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2虽具有水平极化方向(即，-x方向以及x方向)，然而，第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2也可具有垂直极化方向(例如，当将图1至图3中的第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2逆时针转90度时，第一天线阵列P1的极化方向以及第二天线阵列P2的极化方向分别为-y方向以及y方向)。
再者，金属接地板G可设置于第二表面SF2。在一些实施例中，第一天线阵列P1中的多个天线单元以及第二天线阵列P2中的多个天线单元皆可经由各自的贯孔(via)(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的第一贯孔via1)连接天线馈入点。
此外，第一天线阵列P1还可包括多个隔离单元组(例如，图1的隔离单元组120a)，且第二天线阵列P2也可包括多个隔离单元组(例如，图1的隔离单元组120b)。进一步而言，隔离单元组可设置于相邻的其中两个天线单元之间(即，相邻的两个天线单元之间皆可设置一个隔离单元)，其中隔离单元组的排列方向垂直于第一极化方向以及第二极化方向(例如，当第一极化方向以及第二极化方向分别为-x方向以及x方向时，隔离单元组的排列方向便为y方向)。
在此实施例中，隔离单元组可以是相邻的两个隔离单元(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的隔离单元strip)，其中两个隔离单元中的各者可包括外侧端(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的隔离单元strip上的外侧端outer)以及与外侧端相对的内侧端(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的隔离单元strip上的内侧端inner)，且内侧端经由贯孔(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的隔离单元strip上的第二贯孔via2)可连接于金属接地板G。
在一些实施例中，基板M可以是由绝缘的材质所制成的印刷电路板(printedcircuit board，PCB)，其中基板M的材质可以是铁氟龙(PTFE)或环氧树酯(FR4)等常用以制造PCB的材质。借此，可将第一天线阵列P1、第二天线阵列P2以及隔离单元组直接以印刷的方式设置在基板M上(例如，可在基板M上印刷多个贴片天线作为第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2，并可在基板M上印刷多个金属条(strip)作为隔离单元组中的隔离单元)。此外，金属接地板G可以是由铜箔等金属材质制成。
在一些实施例中，隔离单元组中的隔离单元的长度(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的长度L1)皆可以是第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2的共振频带的中心频率的四分之一倍波长。
在一些实施例中，隔离单元组中的隔离单元之间的距离(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的距离D1)皆可小于第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2的共振频带的中心频率的二十分之一倍波长。
在一些实施例中，上述这些天线单元(即，第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2中的所有天线单元)中的相邻二者的第一贯孔之间的距离(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的距离D2)为第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2的共振频带的中心频率的二分之一倍波长。
在一些实施例中，第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2中的天线单元皆可包括两个边缘(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的边缘E1以及E2)，其中两个边缘的长度(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的长度L2)可以相等。在进一步的实施例中，天线单元以及相邻的隔离单元组之间的距离(例如，图2的天线阵列装置100的一部分SP中的距离D3)可以是上述边缘的三分之一倍长度。
在一些实施例中，隔离单元组可通过各自的贯孔与上述这些天线单元共振，以隔离这些天线单元之间的信号。换言之，天线单元所产生的信号的一部分可经由隔离单元组的贯孔的位置干扰邻近的天线单元，因此，可利用这些贯孔与之共振，以防止天线单元所产生的信号的一部分干扰邻近的天线单元。借此，将可大大增加这些天线单元之间的隔离度(isolation)，以增加各天线单元的扫描角度(steering angle)。
基于上述，上述的天线阵列装置100可利用两个相邻的天线单元之间所设置的一个隔离单元组增加天线单元之间的隔离度，借此大大增加各天线单元的扫描范围。
值得注意的是，两个相邻的天线单元之间除了可设置一个隔离单元组，还可设置第二个隔离单元组。因此，以下提出了在两个相邻的天线单元之间设置两个隔离单元组的实施例。
图4根据本发明的另一实施例示出天线阵列装置200的俯视图，其中图4是在x-y平面上的俯视图。图5根据本发明的另一实施例示出天线阵列装置200的一部分SP’的俯视图，其中图5是在x-y平面上的俯视图。图6根据本发明的另一实施例示出天线阵列装置200中的一部分SP’的俯视图，其中图6是在x-z平面上的俯视图。同时参照图4至图6，天线阵列装置200可采用与图1至图3中的天线阵列装置100相似的配置方式，其中两者的差异仅在于两个相邻的天线单元之间所设置的隔离单元组的数量不同(即，天线阵列装置200采用两个隔离单元组的设置方式，而天线阵列装置100采用一个隔离单元组的设置方式)。因此，在此仅针对差异点加以说明，其余相似的地方不再加以赘述。
详细而言，天线阵列装置200第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2中的相邻的其中两个天线单元之间除了可设置一个隔离单元组(例如，图4中的隔离单元组120a以及120b)，还可设置另一隔离单元组(例如，图4中的另一隔离单元组130a以及130b)。换言之，另一隔离单元组分别相邻于隔离单元组，且设置于相邻的其中两个天线单元之间，其中这些另一隔离单元的排列方向分别平行于这些隔离单元组的排列方向。
在一些实施例中，另一隔离单元组以及相邻的隔离单元之间的距离(例如，图5的天线阵列装置200的一部分SP’中的距离D1)可小于第一天线阵列P1以及第二天线阵列P2的共振频带的中心频率的二十分之一倍波长。
在一些实施例中，相邻的其中两个天线单元之间所设置的两个隔离单元组各自的贯孔可与上述这些天线单元共振，以隔离这些天线单元之间的信号。换言之，其中一个天线单元所产生的信号的一部分可经由这两个隔离单元组的贯孔的位置干扰邻近的天线单元，因此，可利用这些贯孔与之共振，以防止此天线单元所产生的信号的一部分干扰邻近的天线单元。借此，可进一步增加这些天线单元之间的隔离度(此隔离度将比在相邻的其中两个天线单元之间只设置单一隔离单元组的隔离度更佳)，进而增加各天线单元的扫描范围。
值得注意的是，此另一隔离单元组可具有与隔离单元组相同的结构，故在此不再加以赘述。
图7根据本发明的另一实施例示出天线阵列装置200中的一部分SP’的共振频带以及隔离度(耦合系数(s-parameter)与频率)的示意图。同时参照图4至图7，天线阵列装置200中的一部分SP’的共振频带op约为27.08GHz至29.93GHz(小于-10dB的频带)，且其中心频率约为28GHz。如此一来，天线阵列装置200中的一部分SP’的隔离度iso约为-25dB。换言之，天线阵列装置200中的一部分SP’的隔离度iso可满足第五代新无线电(5G new radio，5G NR)标准的隔离度需求(即，小于-20dB)。
基于上述，上述的天线阵列装置200可利用两个相邻的天线单元之间所设置的两个隔离单元组进一步增加天线单元之间的隔离度，借此大大增加各天线单元的扫描角度。
综上所述，本发明的天线阵列装置可利用上述隔离单元的设置方式大大增加天线单元的隔离度。借此，在各天线单元的隔离度大大增加的情况下，可进一步增加天线单元的扫描角度，而不会造成耦合效应(coupling effect)。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种天线阵列装置，包括：
一基板，包括一第一表面以及一第二表面；
多个天线单元，设置于该第一表面，其中该些天线单元具有一第一极化方向以及与该第一极化方向相反的一第二极化方向，该些天线单元分别具有一第一贯孔；
一金属接地板，设置于该第二表面；以及
一第一隔离单元组，设置于相邻的其中两个天线单元之间，其中该第一隔离单元组的排列方向垂直于该第一极化方向以及该第二极化方向，其中该第一隔离单元组为相邻的两个隔离单元，该两个隔离单元中的各者包括一外侧端以及与该外侧端相对的一内侧端，该内侧端经由一第二贯孔连接于该金属接地板。
2.如权利要求1所述的天线阵列装置，还包括一第二隔离单元组，该第二隔离单元组分别相邻于该第一隔离单元组，且设置于该相邻的其中两个天线单元之间。
3.如权利要求2所述的天线阵列装置，其中该第二隔离单元组的排列方向平行于该第一隔离单元组的排列方向，其中该些天线单元经由各自的该第一贯孔连接天线馈入点。
4.如权利要求3所述的天线阵列装置，其中该相邻的其中两个天线单元的该第一贯孔之间的距离为该些天线单元的共振频带的中心频率的二分之一倍波长。
5.如权利要求2所述的天线阵列装置，其中该些天线单元的每两个天线单元之间分别设置该第一隔离单元组以及该第二隔离单元组。
6.如权利要求1所述的天线阵列装置，还包括：
一第三隔离单元组；以及
一第四隔离单元组，其中该些天线单元的每两个天线单元之间分别设置该第三隔离单元组以及该第四隔离单元组。
7.如权利要求1所述的天线阵列装置，其中该两个隔离单元由两个金属条所组成，该金属条的长度为该些天线单元的共振频带的中心频率的四分之一倍波长。
8.如权利要求1所述的天线阵列装置，其中该两个隔离单元之间的距离小于该些天线单元的共振频带的中心频率的二十分之一倍波长。
9.如权利要求1所述的天线阵列装置，其中该些天线单元中的各者包括一边缘，其中该些天线单元与该些第一隔离单元组存在多个间隔距离，该些间隔距离的长度为该边缘的三分之一倍长度。
10.如权利要求1所述的天线阵列装置，其中该第一极化方向以及该第二极化方向皆为水平极化方向，或者是皆为垂直极化方向。
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