CN116345140A - 天线装置 - Google Patents

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CN116345140A CN202111669105.2A CN202111669105A CN116345140A CN 116345140 A CN116345140 A CN 116345140A CN 202111669105 A CN202111669105 A CN 202111669105A CN 116345140 A CN116345140 A CN 116345140A
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Abstract

本发明实施例提供一种天线装置。天线装置包括空腔组件、辐射组件及馈入组件。空腔组件包括开口。辐射组件位于开口内并设于一导体层。辐射组件的轮廓与开口形成环绕槽孔。假想矩形具有四边分别抵靠环绕槽孔的外轮廓。馈入组件设于平行的另一导体层。馈入组件包括两区段。一区段与辐射组件之间有耦合间距，以电场耦合馈入辐射组件。这区段的末端为开路。另一区段为馈入组件伸入开口的初始区段。这另一区段与假想矩形的中心线之间有偏离间距。

Description

天线装置
技术领域
本发明是有关于一种天线技术，且特别是有关于一种非窄频天线装置。
背景技术
天线设计会影响天线的性能。而带宽是天线性能的指针之一。为了达到非窄频的需求，多数的天线架构较为复杂，不易设计。
发明内容
本发明实施例的提供一种天线装置。天线装置包括(但不仅限于)空腔(cavity)组件、辐射组件及馈入组件。空腔组件包括开口。辐射组件位于开口内并设于一导体层。辐射组件的轮廓与开口形成环绕槽孔。环绕槽孔的外轮廓用以定义假想矩形，假想矩形具有四边分别抵靠环绕槽孔的外轮廓。馈入组件设于平行的另一导体层。馈入组件包括两区段。两区段中的一区段与辐射组件之间有耦合间距，以电场耦合馈入辐射组件。这区段的末端为开路。另一区段为馈入组件伸入开口的初始区段。这另一区段与假想矩形的中心线之间有偏离间距。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1A是依据本发明第一实施例的天线装置的立体图。
图1B是依据本发明第一实施例的天线装置的俯视图。
图1C是依据本发明第一实施例的天线装置的侧视图。
图2A是依据本发明第二实施例的天线装置的俯视图。
图2B是依据本发明第二实施例的天线装置的侧视图。
图3是依据本发明第三实施例的天线装置的俯视图。
图4是依据本发明第四实施例的天线装置的俯视图。
图5A是依据本发明第五实施例的天线装置的俯视图。
图5B是依据本发明第五实施例的天线装置的侧视图。
图6A是依据本发明第六实施例的天线装置的俯视图。
图6B是依据本发明第六实施例的天线装置的侧视图。
图7是依据本发明第一实施例的天线装置的S参数图。
图8A是依据本发明第七实施例的天线装置的俯视图。
图8B是依据本发明第七实施例的天线装置的S参数图。
图9A是依据本发明第八实施例的天线装置的俯视图。
图9B是依据本发明第八实施例的天线装置的S参数图。
图10A是依据本发明第九实施例的天线装置的俯视图。
图10B是依据本发明第九实施例的天线装置的S参数图。
图11A是依据本发明第十实施例的天线装置的俯视图。
图11B是依据本发明第十实施例的天线装置的S参数图。
图12是依据本发明第十一实施例的天线装置的俯视图。
符号说明
1～11:天线装置
10-1～10-11:空腔组件
30-1～30-11:辐射组件
50-1～50-11:馈入组件
11-1～11-11:开口
60-6:开口延伸部
X、Y、Z:轴
M1～M3:层
20-1～20-11:环绕槽孔
51-1、52-1:区段
511-1:末端
CD1、CD2:耦合间距
IR1～IR11:假想矩形
S111、S112、S121、S122、S211、S212、S221、S222:相对边
CL1～CL11、SCL1、SCL2:中心线
W:最短直线距离
40-1:接地部
701～704、801、901、1001、1101:曲线
具体实施方式
图1A是依据本发明第一实施例的天线装置1的立体图，图1B是依据本发明第一实施例的天线装置1的俯视图，且图1C是依据本发明第一实施例的天线装置1的侧视图。请参照图1A至图1C，天线装置1包括空腔组件10-1、辐射组件30-1及馈入组件50-1。
空腔组件10-1为包括开口11-1的腔体。图1A以长方形腔体为例，但其外型不以此为限。开口11-1为矩形。以图1C的观点(例如，Y-Z平面)而言，空腔组件10-1的顶侧贴抵导体层M1，且空腔组件10-1的底侧贴抵导体层M3。须说明的是，导体层M1、M2、M3平行于X-Y平面。导体层M2位于导体层M1及导体层M3之间。
辐射组件30-1可以是贴片(patch)或微带、或其他辐射体。辐射组件30-1位于开口11-1内并设于导体层M1。辐射组件30-1的轮廓的几何形状相同于开口11-1。即，辐射组件30-1为矩形。以图1B的观点而言，辐射组件30-1的面积小于开口11-1的面积。此外，辐射组件30-1的轮廓与开口11-1形成环绕槽孔20-1(或称槽孔-环(slot-ring))。
以图1C的观点而言，馈入组件50-1设于导体层M2。馈入组件50-1可以是微带线(microstrip line)、短截线(stub)或其他传输导体。
以图1B的观点而言，馈入组件50-1包括(但不仅限于)区段51-1、52-1。区段51-1、52-1形成直条型短截线。
以图1C的观点而言，馈入组件50-1的部分位于辐射组件30-1下方。换句而言，区段51-1、52-1在导体层M2的垂直方向上投影至导体层M1的区域与辐射组件30-1部分重叠。例如，区段51-1整体位于辐射组件30-1正下方。区段51-1与辐射组件30-1之间有耦合间距CD1。藉此，馈入组件50-1可以电场耦合方式将无线电信号馈入至或馈出至辐射组件30-1。区段51-1的末端511-1的为开路。
以图1B的观点而言，区段52-1为馈入组件50-1伸入开口11-1的初始区段。此外，区段52-1与假想矩形IR1的中心线CI1之间有偏离间距SI1。也就是说，馈入组件50-1并未置中馈入。值得注意的是，环绕槽孔20-1的外轮廓可用以定义假想矩形IR1，而假想矩形IR1是用于定义环绕槽孔20-1的中心线。假想矩形IR1具有四个边(例如，相对边S111、S112、S121、S122)，且这四个边分别抵靠环绕槽孔20-1的外轮廓。假想矩形IR1是在X-Y平面上可涵盖环绕槽孔20-1的外轮廓(即，开口S11-1的轮廓)的最小矩形。即，所有可涵盖环绕槽孔20-1的外轮廓的矩形中的面积最小者。也就是说，假想矩形IR1投影在导体层M1的区域，其可涵盖环绕槽孔20-1的外轮廓且为面积最小者。举例来说，假设环绕槽孔20-1的外轮廓亦为矩形，则假想矩形IR1也会与环绕槽孔20-1外轮廓的矩形重合。假设环绕槽孔20-1的外轮廓亦为椭圆形，则假想矩形IR1的长边与短边的长度，也会等于此椭圆形的长轴与短轴的长度。
在一实施例中，以图1B的观点而言，假想矩形IR1包括两相对边S111、S112。中心线CL1形成于任一个相对边S111、S112的中心。即，中心线CL1为相对边S111、S112的中垂线。区段52-1由相对边S111伸入开口11-1，且区段51-1的末端511-1未连接相对边S112(即，形成开路)。在一实施例中，偏离间距SI1大于或等于相对边S111、S112长度的十六分之一，以提供适当的非窄频范围。举例来说，若将偏离间距SI1由相对边S111、S112长度的十六分之一增加至四分之一甚至更大，天线装置1提供的非窄频范围将可由双带宽范围增加至宽带范围。
在一实施例中，以图1B的观点而言，环绕槽孔20-1的外轮廓至辐射组件30-1的外轮廓至的最短直线距离W可定义出环绕槽孔20-1的一个或复数个宽度。环绕槽孔20-1的一个或复数个宽度中最大者小于天线装置1的无线电信号的波长的一半。然，在其他实施例中，这环绕槽孔20-1的一个或复数个宽度中最大者也可能是四分之一的波长、八分之一的波长或是其他长度。
在一实施例中，以图1B的观点而言，假想矩形IR1更包括相对边S121、S122。区段51-1的末端511-1未超出假想矩形IR1的中心线SCL1。这中心线SCL1形成于任一个相对边S121、S122的中心。即，中心线SCL1为相对边S121、S122的中垂线。在一实施例中，相对边S111、S112的长度大于相对边S121、S122的长度，也就是说，区段52-1可由假想矩形IR1的长边(相对边S111)伸入开口11-1，中心线CL1可为矩形IR1长边的中垂线。
在另一实施例中，以图1B的观点而言，区段51-1的末端511-1可超出假想矩形IR1的中心线SCL1，但末端511-1仍是开路(即，未连接相对边S112)。
此外，以图1C的观点而言，天线装置1更包括接地部40-1。接地部40-1设于平行于导体层M1的导体层M3。此外，接地部40-1位于空腔组件10-1底侧。在一实施例中，空腔组件10-1为导体，耦接至该接地部40-1。在一实施例中，开口11-1是由环绕辐射组件30-1的至少一导体壁(wall)所定义。在另一实施例中，开口11-1是由环绕辐射组件30-1的复数个平行设置的导体穿孔(via)所定义；馈入组件50-1例如是用以传输无线电信号，而复数个导体间的最短间距小于或等于无线电信号的波长的二分之一，以提供可接受的信号隔离效果。在一实施例中，复数个导体的最短间距小于或等于无线电信号的波长的八分之一，以提供较佳的信号隔离效果。
图2A是依据本发明第二实施例的天线装置2的俯视图，且图2B是依据本发明第二实施例的天线装置2的侧视图。请参照图2A及图2B，天线装置2包括空腔组件10-2、辐射组件30-2(设于导体层M1)及馈入组件50-2(设于导体层M2)。与第一实施例不同之处在于，辐射组件30-1的轮廓与开口11-2的几何形状为椭圆形。
相似地，辐射组件30-2的轮廓与开口11-2形成环绕槽孔20-2。馈入组件50-2与辐射组件30-2之间有耦合间距CD2。假想矩形的两组相对边S211、S212、S221、S222分别抵靠环绕槽孔20-2的外轮廓。馈入组件50-2的初始区段与假想矩形IR2的中心线CL2之间有偏离间距SI2。此外，馈入组件50-2的末端未超出假想矩形IR2的中心线SCL2
图3是依据本发明第三实施例的天线装置3的俯视图。天线装置3包括空腔组件10-3、辐射组件30-3及馈入组件50-3。辐射组件30-3的轮廓与开口11-3形成环绕槽孔20-3。与第一及第二实施例不同之处在于，辐射组件30-3的轮廓的几何形状不同于空腔组件10-3的开口11-3。辐射组件30-3的轮廓的几何形状为矩形，但开口11-3为椭圆形。
图4是依据本发明第四实施例的天线装置4的俯视图。请参照图4，天线装置4包括空腔组件10-4、辐射组件30-4及馈入组件50-4。辐射组件30-4的轮廓与开口11-4形成环绕槽孔20-4。与第一及第二实施例不同之处在于，辐射组件30-3的轮廓的几何形状不同于空腔组件10-4的开口11-4。辐射组件30-4的轮廓的几何形状为椭圆形，但开口11-4为矩形。
图5A是依据本发明第五实施例的天线装置5的俯视图，且图5B是依据本发明第五实施例的天线装置5的侧视图。请参照图5A及图5B，天线装置5包括空腔组件10-5、辐射组件30-5及馈入组件50-5。辐射组件30-5的轮廓与开口11-5形成环绕槽孔20-5。与第一及第二实施例不同之处在于，以图5B的观点而言，辐射组件30-5设于导体层M2。馈入组件50-5设于导体层M1。也就是说，辐射组件30-5所处的导体层M2位于馈入组件50-5所处的导体层M1及空腔组件10-5底侧的导体层M3之间。此时，馈入组件50-5位于辐射组件30-5上方。
图6A是依据本发明第六实施例的天线装置6的俯视图，且图6B是依据本发明第六实施例的天线装置6的侧视图。请参照图6A及图6B，天线装置6包括空腔组件10-6、辐射组件30-6及馈入组件50-6。辐射组件30-6的轮廓与开口11-6形成环绕槽孔20-6。相似地，以图6B的观点而言，辐射组件30-6设于导体层M2。馈入组件50-6设于导体层M1。然而，与第五实施例不同之处在于，空腔组件10-6更包括开口延伸部60-6，开口延伸部60-6由开口11-6延伸至馈入组件50-6所对应的位置，开口延伸部60-6并容置馈入组件50-6。
值得注意的是，本发明实施例的空腔组件与辐射组件之间所形的环绕槽孔的设计，可产生两个频率接近的电场模态，进而达到非窄频的效果。此外，本发明实施例的馈入组件为偏离馈入的设计，也有助于提升带宽。
图7是依据本发明第一实施例的天线装置1的S参数图。请参照图7，曲线702、703、704的对应偏离间距不同，其中曲线702对应的偏离间距最短，且曲线704对应的偏离间距最长。以曲线703所示的带宽为例，相对于置中馈入，也就是未有偏离间距的设计，带宽大约会由3GHz提升至11GHz。因此若有偏离间距，则可明显提升带宽。
图8A是依据本发明第七实施例的天线装置7的俯视图。请参照图8A，天线装置7包括空腔组件10-7、辐射组件30-7及馈入组件50-7。辐射组件30-7的轮廓与开口11-7形成环绕槽孔20-7。与第一实施例不同之处在于，偏离间距SI7大于偏离间距SI1。馈入组件50-7在导体层M2的垂直方向上投影至导体层M1的区域与辐射组件30-7未重叠，使得馈入组件50-7外露。在一实施例中，馈入组件50-7在导体层M2的垂直方向上投影至导体层M1的区域与辐射组件30-7部分重叠，使得馈入组件50-7部分外露。
图8B是依据本发明第七实施例的天线装置7的S参数图。请参照图8B，与图7相比，曲线801所示的带宽仍大于置中馈入。由此可知，应用者可依据需求调整偏离间距的长度，以达到所欲的带宽。
图9A是依据本发明第八实施例的天线装置8的俯视图。请参照图9A，天线装置8包括空腔组件10-8、辐射组件30-8及馈入组件50-8。辐射组件30-8的轮廓与开口11-8形成环绕槽孔20-8。与第一实施例不同之处在于，馈入组件形成L型短截线(其末端朝环绕槽孔20-8中心线(以轴X为例)延伸)。此外，馈入组件50-8在导体层M2的垂直方向上投影至导体层M1的区域与辐射组件30-8未重叠，使得馈入组件50-8外露。
图9B是依据本发明第八实施例的天线装置8的S参数图。请参照图9B，所示的曲线901形成较明显的两个低点，以提供大于置中馈入的带宽。
图10A是依据本发明第九实施例的天线装置9的俯视图。请参照图10A，天线装置9包括空腔组件10-9、辐射组件30-9及馈入组件50-9。辐射组件30-9的轮廓与开口11-9形成环绕槽孔20-9。与第一实施例不同之处在于，馈入组件形成L型短截线(其末端朝远离环绕槽孔20-9中心线(以轴X为例)的方向延伸)。此外，馈入组件50-9在导体层M2的垂直方向上投影至导体层M1的区域与辐射组件30-9未重叠，使得馈入组件50-9外露。
图10B是依据本发明第九实施例的天线装置9的S参数图。请参照图10B，所示的曲线1001形成较明显的两个低点，以提供大于置中馈入的带宽。
图11A是依据本发明第十实施例的天线装置10的俯视图。请参照图11A，天线装置10包括空腔组件10-10、辐射组件30-10及馈入组件50-10。辐射组件30-10的轮廓与开口11-10形成环绕槽孔20-10。与第一实施例不同之处在于，馈入组件形成T型短截线(其两个末端分别朝接近及远离环绕槽孔20-10中心线(以轴X为例)的方向延伸)。此外，馈入组件50-10在导体层M2的垂直方向上投影至导体层M1的区域与辐射组件30-10未重叠，使得馈入组件50-10外露。
图11B是依据本发明第十实施例的天线装置10的S参数图。请参照图11B，所示的曲线1101形成较明显的两个低点，以提供大于置中馈入的带宽。
值得注意的是，前述实施例的馈入组件、辐射组件及开口的轮廓皆为几何形状。然，他们的形状仍可能有其他变化。图12是依据本发明第十一实施例的天线装置11的俯视图。请参照图12，天线装置11包括空腔组件10-11、辐射组件30-11及馈入组件50-11。辐射组件30-11的轮廓与开口11-11形成环绕槽孔20-11。与前述实施例不同之处在于，辐射组件30-11、馈入组件50-11及开口11-11的轮廓皆为不规则形状。无论如何，馈入组件50-11的初始区段仍与涵盖环绕槽孔20-11的假想矩形IR11的中心线CL11之间有偏离间距SI11。因此，相较于置中馈入的天线设计，第十一实施例可提供较大的带宽。
综上所述，在本发明实施例的天线装置中，在空腔组件及辐射组件之间形成环绕槽孔，馈入组件以电场耦合方式馈入并与假想矩形的中心线之间有偏离间距(即，偏离馈入)。因此，本发明实施例的天线设计所用的参数较为单纯且易于优化。本发明实施例可提升带宽，进而达到非窄频的效果(例如是双带宽范围、多带宽范围、或宽带范围)。此外，本发明实施例较不易受周遭组件影响，且天线组件之间的隔离度高。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：
一空腔组件，包括一开口；
一辐射组件，位于该开口内并设于一第一导体层，该辐射组件的轮廓与该开口形成一环绕槽孔，其中该环绕槽孔的外轮廓用以定义一假想矩形，该假想矩形具有四边分别抵靠该环绕槽孔的外轮廓；以及
一馈入组件，设于平行于该第一导体层的一第二导体层，并包括：
一第一区段，与该辐射组件之间有一耦合间距，以电场耦合馈入至该辐射组件，且其一末端为开路；以及
一第二区段，为该馈入组件伸入该开口的初始区段，并与该假想矩形的一第一中心线之间有一偏离间距。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，其中该假想矩形包括二第一相对边，该第一中心线形成于任一该第一相对边的中心，该第二区段由该二第一相对边的一者伸入，且该第一区段的该末端未连接该二第一相对边的另一者。
3.如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，其中该偏离间距大于或等于该第一相对边长度的十六分之一。
4.如权利要求2所述的天线装置，其中该假想矩形更包括二第二相对边，该第一区段的该末端未超出该假想矩形的一第二中心线，其中该第二中心线形成于任一该第二相对边的中心。
5.如权利要求4所述的天线装置，其特征在于，其中该第一相对边的长度大于或等于该第二相对边的长度。
6.如权利要求4所述的天线装置，其特征在于，其中该第一区段及该第二区段形成一直条型。
7.如权利要求6所述的天线装置，其特征在于，其中该馈入组件在该第二导体层的垂直方向上投影至该第一导体层的区域与该辐射组件部分重叠。
8.如权利要求6所述的天线装置，其特征在于，其中该馈入组件在该第二导体层的垂直方向上投影至该第一导体层的区域与该辐射组件未重叠。
9.如权利要求4所述的天线装置，其特征在于，其中该馈入组件形成一L型或一T型，且该馈入组件在该第二导体层的垂直方向上投影至该第一导体层的区域未与该辐射组件重叠。
10.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，其中该环绕槽孔的外轮廓至该辐射组件的外轮廓至的最短直线距离用以定义该环绕槽孔的一个或复数个宽度，该宽度或该等复数个宽度中最大者小于该天线装置的无线电信号的波长的一半。
11.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，其中该辐射组件的轮廓的几何形状相同于该开口。
12.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，其中该辐射组件的轮廓的几何形状不同于该开口。
13.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，更包括：
一接地部，设于平行于该第一导体层的一第三导体层，并位于该空腔组件底侧。
14.如权利要求13所述的天线装置，其特征在于，其中该第二导体层位于该第一导体层及该第三导体层之间。
15.如权利要求13所述的天线装置，其特征在于，其中该第一导体层位于该第二导体层及该第三导体层之间。
16.如权利要求13所述的天线装置，其特征在于，其中该空腔组件为导体，耦接至该接地部。
17.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，其中该辐射组件为一贴片。
18.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，其中该开口是由环绕该辐射组件的至少一导体壁所定义。
19.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，其中该开口是由环绕该辐射组件的复数个平行设置的导体穿孔所定义。
20.如权利要求19所述的天线装置，其特征在于，其中该馈入组件用以传输一无线电信号，该复数个导体间的最短间距小于或等于该无线电信号的波长的二分之一。
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