CN210468136U - 数组式天线结构 - Google Patents

Abstract

本创作公开一种数组式天线结构，所述数组式天线结构包含有一基板、设置于所述基板上的多个片状天线、及电性耦接多个所述片状天线的多个相移器。所述基板区分为多个单元区域。多个所述片状天线等量地分布于多个所述单元区域内，以使每个单元区域上设有定义为一个天线单元的偶数个所述片状天线，并且每个所述天线单元中的偶数个所述片状天线彼此电性耦接。多个所述相移器的数量等同于多个所述天线单元的数量，且分别电性耦接于多个所述天线单元，以使每个所述相移器能用来调整相对应所述天线单元中的偶数个所述片状天线的相位。

Description

数组式天线结构

技术领域

本创作涉及一种天线结构，尤其涉及一种数组式天线结构。

背景技术

按，现有天线结构包含一基板、位于所述基板上的多个天线、及位于所述基板上的多个相移器(phase shift)，其中，多个所述相移器分别一对一地与多个所述天线电性连接，每个所述天线通过每个对应的所述相移器进行馈入，以改变相位而达到场型波束的方向切换。然而，现有天线结构所需安装的多个所述相移器与多个所述天线数量为一致，但每个所述相移器单价昂贵，导致天线结构整体造价不斐。

于是，本创作人认为上述缺陷可改善，乃特潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本创作。

发明内容

本创作所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种数组式天线结构，能有效地改善现有天线结构所可能产生的缺陷。

本创作实施例公开一种数组式天线结构，包括：一基板，定义有相互垂直的一第一方向与一第二方向，所述基板区分为多个单元区域，并且多个所述单元区域排列成平行所述第一方向的M行与平行所述第二方向的N列，M和N各为大于1的正整数；多个片状天线，等量地分布于多个所述单元区域内，以使每个单元区域上设有定义为一个天线单元的偶数个所述片状天线，并且每个所述天线单元中的偶数个所述片状天线彼此电性耦接；其中，于每行所述单元区域中，任一个所述天线单元于所述第一方向彼此相邻的两个所述片状天线之间相隔有一内部纵向间距，分属于任两个相邻所述天线单元但彼此邻近设置的两个所述片状天线之间相隔有一外部纵向间距，并且所述内部纵向间距至少五倍于所述外部纵向间距；多个相移器(phase shifter)，其数量等同于多个所述天线单元的数量并且分别电性耦接于多个所述天线单元，以使每个所述相移器能用来调整相对应所述天线单元中的偶数个所述片状天线的相位。

综上所述，本创作实施例所公开的数组式天线结构，通过将偶数个所述片状天线彼此耦接以组成上述天线单元，多个所述相移器则分别一对一地电性耦接多个所述天线单元，藉此大幅降低数组式天线结构所需的相移器数量，进而减少数组式天线结构的整体成本。

为使能更进一步了解本创作的特征及技术内容，请参阅以下有关本创作的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本创作加以限制。

为能更进一步了解本申请的特征及技术内容，请参阅以下有关本申请的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本申请，而非对本申请的保护范围作任何的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本创作第一实施例的立体示意图。

图2为图1的剖面示意图。

图3本创作第一实施例天线设置层的平面示意图。

图4本创作第一实施例馈入层的平面示意图。

图5图1的局部放大透视图。

图6为本创作第二实施例的立体示意图。

图7为本创作第二实施例天线设置层的平面示意图。

图8为本创作第二实施例馈入层的平面示意图。

图9为图6的局部放大透视图。

以上附图的附图标记：

100：数组式天线结构

1：基板

11：单元区域

13：天线设置层

14：馈入层

15：线路

151：第一段

152：第二段

1521：设置部

153：第三段

1531：设置部

154：第四段

155：第五段

20：天线单元

2：片状天线

3：相移器

C1：纵向中心距离

C2：横向中心距离

D1：第一方向

D2：第二方向

W1：内部纵向间距

W2：外部纵向间距

W3：外部横向间距

A：线路区域

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本创作所公开有关“数组式天线结构”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本创作的优点与效果。本创作可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本创作的构思下进行各种修改与变更。另外，本创作的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本创作的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本创作的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

本创作公开了一种数组式天线结构，图1到图9基于本创作精神的多种实施例。首先，以下先说明本创作的创作精神。所述数组式天线结构100包含有一基板1、设置于所述基板1上的多个片状天线2、及电性耦接多个所述片状天线2的多个相移器3(phase shifter)。

所述基板1定义有相互垂直的一第一方向D1与一第二方向D2，所述基板1区分为多个单元区域11，并且多个所述单元区域11排列成平行所述第一方向D1的M行与平行所述第二方向D2的N列，M和N各为大于1的正整数。

多个所述片状天线2等量地分布于多个所述单元区域11内，以使每个单元区域11上设有定义为一个天线单元20的偶数个所述片状天线2，并且每个所述天线单元20中的偶数个所述片状天线2彼此电性耦接。

配合参阅图5及图9所示，其中，于每行所述单元区域11中，任一个所述天线单元20于所述第一方向D1彼此相邻的两个所述片状天线2之间相隔有一内部纵向间距W1，分属于任两个相邻所述天线单元20但彼此邻近设置的两个所述片状天线2之间相隔有一外部纵向间距W2，并且所述内部纵向间距W1至少五倍于所述外部纵向间距W2。

多个相移器3的数量等同于多个所述天线单元20的数量并且分别电性耦接于多个所述天线单元20，以使每个所述相移器3能用来调整相对应所述天线单元20中的偶数个所述片状天线2的相位。据此，通过将偶数个所述片状天线2彼此耦接以组成上述天线单元20，以使每个所述相移器3一对一地电性耦接每个所述天线单元20，藉此大幅降低数组式天线结构100所需的相移器3数量，进而减少数组式天线结构100的整体成本。

而基于上述创作精神，本创作可具有诸多实施例，例如：位于每个所述单元区域11内的偶数个所述片状天线2数量可为2、4、6或8个，且偶数个所述片状天线2以沿平行所述第一方向D1及平行所述第二方向D2排列，使每个天线单元20中的偶数个所述片状天线2形成矩阵态样，例如：3乘2、4乘4等，以下提供为两个可行的实施例做说明。

[第一实施例]

参阅图1至图5所示，本创作的第一实施例提供了一种数组式天线结构100，其每个所述天线单元20中的偶数个所述片状天线2为两个，使每个所述天线单元20中的偶数个所述片状天线2形成1乘2矩阵态样(也就是，1行2列的分布态样)。所述数组式天线结构100包含有上述基板1、设置于所述基板1上的偶数个上述片状天线2、及电性耦接多个所述天线单元20的多个上述相移器3，并且多个所述相移器3的数量于本实施例中为多个所述片状天线2数量的50％。

配合图1及图2所示，所述基板1于本实施例中为呈矩形的多层板结构，且所述基板1具有一天线设置层13、位于所述天线设置层13相反侧的一馈入层14、及设置于所述馈入层14的一线路15，其中，所述天线设置层13较佳为铜箔基板(FR-4)，而所述馈入层14则为压层板(例如：Rogers 4350)。另外，于所述天线设置层13上定义有多个上述单元区域11，且多个所述单元区域11于本实施例中皆呈矩形，并以棋盘态样配置而形成M乘N的矩阵(也就是如依图3所示，由上而下的方向有M行，由左而右的方向则有N列)。

参阅图5所示，于本实施例中为方便说明上述线路15，所述馈入层14对应四个紧邻的所述天线单元的范围定义为一线路区域A。接下来所述线路15通过所述线路区域A进行解释说明。须说明的是，所述基板1包含有多个所述线路区域A，而每个所述线路区域A中的所述线路15彼此电性耦接以形成完整线路(也就是，图4中所述馈入层14上的所有所述线路)，但所述线路15耦接方式不受限于本实施例所载。

于所述线路区域A中，所述线路15包含有四个第一段151、与四个所述第一段151二对一地电性耦接的二个第二段152、与二个所述第二段152电性耦接的一第三段153、及与所述第三段电性153耦接的一第四段154。

其中，四个所述第一段151分别以其两端穿过所述馈入层14，并与位于所述天线设置层13的每个所述天线单元20的二个所述片状天线2电性耦接(如图2所示)，而每个所述第二段152与位于同列且相邻的两个所述第一段151电性耦接，使于同列且相邻的二个所述天线单元20的二个所述第一段151及所述第二段152呈H字状。所述第三段153分别电性耦接二个所述第二段152，以使所述线路区域A内的所述线路15形成并联馈入配置。所述第四段154线路与所述第三段153电性耦接，据以通过所述第四段154电性耦接其他所述线路区域A的所述第三段153。当然，所述线路15可依此类推扩张线路面积，藉以增加电性耦接的天线单元数量。

偶数个所述片状天线2于本实施例中呈矩形片状结构，并以彼此间隔方式配置于所述基板1的所述天线设置层13上以形成多个所述天线单元20，且每个所述天线单元20中的偶数个所述片状天线2数量为两个并沿着所述第一方向D1排列，且偶数个所述片状天线2排列成平行所述第一方向D1的M行与平行所述第二方向D2的2N列，以形成1乘2的矩阵态样(如图3所示)，每个所述片状天线2并通过位于所述馈入层14的所述线路15以并联方式彼此电性耦接。当然，每个所述片状天线2亦可为矩形以外的形状，例如：圆形、多边形等，并不受限于本实施例所载。

多个所述相移器3于本实施例中设置于所述线路15上，并通过所述线路15分别电性耦接于多个所述天线单元20，以使每个所述相移器3能用来调整相对应所述天线单元20中的偶数个所述片状天线2的相位。更详细地说，所述线路15的每个所述第二段152以其对应的所述第三段153电性耦接处区分为二个设置部1521，多个所述相移器3则分别电性耦接于每个所述第二段152的每个所述设置部1521上。

当然，多个所述相移器3的设置方式不仅可通过位于所述馈入层14的所述线路15电性耦接，亦可不需通过所述线路，而是直接于每个所述相移器3上预先配置好并联线路，藉此将每个所述相移器3由所述馈入层14与多个所述天线单元20电性耦接，或是直接盖设于偶数个所述片状天线2上，使其对应的多个所述天线单元20电性耦接，但并不受限于本实施例所载。

配合参阅图3，于每个所述单元区域11的所述天线单元20中，位于上方的所述片状天线2与位于下方的所述片状天线2之间最短的第一方向D1间隔距离界定为所述内部纵向间距W1，而两个彼此相邻的所述天线单元20(也就是，上下相邻的两个所述天线单元20)，但彼此邻近设置的两个所述片状天线2之间最短的第一方向D1间隔距离定义为一外部纵向间距W2，且所述内部纵向间距W1至少五倍于所述外部纵向间距W2。

另于每列所述单元区域11中，两个相邻的所述天线单元20(也就是，左右相邻的两个所述天线单元20)但彼此邻近设置的两个所述片状天线2之间最短的第二方向D2间隔距离定义为一外部横向间距W3，其中，所述外部横向间距W3至少五倍于所述外部纵向间距W2，且所述外部横向间距W3等于所述内部纵向间距W1。

进一步地，于每行所述单元区域11中(也就是说，上下方向的多个所述单元区域11)，任两个相邻的所述天线单元20的中心点沿所述第一方向D1定义有一纵向中心距离C1；于每列所述单元区域11中，任两个相邻的所述天线单元20的中心点沿所述第二方向D2定义有一横向中心距离C2；所述纵向中心距离C1大于所述横向中心距离C2。

较佳地，所述数组式天线结构100适用于一传输频段，并且所述纵向中心距离C1及所述横向中心距离C2各为所述传输频段的一中心频率所对应的波长的0.5～0.9倍。

[第二实施例]

如图6至图9所示，其为本创作的第二实施例，本实施例类似于上述第一实施例，两个实施例的相同处则不再加以赘述，而本实施例相较于上述实施例一的差异主要在于：

每个所述单元区域11呈正方形，并且每个所述天线单元20中的偶数个所述片状天线2数量为四个，并分布于相对应所述单元区域11的四个角落。偶数个所述片状天线2排列成平行所述第一方向D1的2M行与平行所述第二方向D2的2N列，也就是说，于本实施例中位于每个所述天线单元20的偶数个所述片状天线2呈2乘2矩阵态样(如图6及图7所示)。

参阅图9所示，于所述线路区域A中，所述线路15包含有八个第一段151、与八个所述第一段151二对一地电性耦接的四个第二段152、与四个所述第二段152二对一地电性耦接的二个第三段153、与二个所述第三段153电性耦接的一第四段154、及与所述第四段154电性耦接的一第五段155。

其中，所述线路区域A中，八个所述第一段151分别以其两端穿过所述馈入层14，并与位于的所述天线设置层13的每个所述天线单元20的四个所述片状天线2二对一地电性耦接。每个所述天线单元20中，每个所述第二段152以其两端分别与二个所述第一段151电性耦接，使二个所述第一段151及所述第二段152呈倒H字状。每个所述第三段153与位于同列且相邻的两个所述第二段152电性耦接。所述第四段154分别电性耦接二个所述第三段153，以使所述线路区域A内的所述线路15形成并联馈入配置。所述第五段155与所述第四段154电性耦接，据以通过所述第五段154电性耦接其他所述线路区域A的所述第四段154。当然，所述线路15可依此类推扩张线路面积，藉以增加电性耦接的天线单元20的数量，但所述线路15并联方式不受限于本实施例所载。

多个所述相移器3于本实施例中是设置于位于所述馈入层14的线路15上，并通过所述线路15分别电性耦接于多个所述天线单元20，以使每个所述相移器3能用来调整相对应所述天线单元20中的偶数个所述片状天线2的相位。更详细地说，于所述线路区域A中，所述线路15的二个所述第三段153以所述第四段154电性耦接处区分为二个设置部1541，多个所述相移器3则分别电性耦接于每个所述设置部1541上。也就是说，多个所述相移器3的数量于本实施例中为多个所述片状天线2数量的25％

[本创作实施例的技术效果]

综上所述，本创作实施例所公开的数组式天线结构100，通过将偶数个所述片状天线2彼此耦接以组成上述天线单元20，以使每个所述相移器3电性耦接每个所述天线单元20，藉此大幅降低数组式天线结构100所需的相移器3数量，进而减少数组式天线结构100的整体成本。

进一步地说，本创作实施例所公开的数组式天线结构100，其在通过大幅降低所需的相移器3数量的同时，所述数组式天线结构100被调整与呈现的相位及场型也符合实际应用所需。

以上所公开的内容仅为本创作的优选可行实施例，并非因此局限本创作的申请专利范围，所以凡是运用本创作说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本创作的申请专利范围内。

综上所述，本申请实施例所公开的相位数组天线结构，其能通过上述辐射层与线路层的结构设计及搭配，以利于更为有效地搭配于相位切换单元(或相位切换器)，进而取代现有天线结构所采用的价格昂贵至少十倍的移相器。

以上所公开的内容仅为本申请的优选可行实施例，并非因此局限本申请的专利范围，所以凡是运用本申请说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本申请的专利范围内。

Claims (10)

1.一种数组式天线结构，包括：

一基板，定义有相互垂直的一第一方向与一第二方向，所述基板区分为多个单元区域，并且多个所述单元区域排列成平行所述第一方向的M行与平行所述第二方向的N列，M和N各为大于1的正整数；

多个片状天线，等量地分布于多个所述单元区域内，以使每个单元区域上设有定义为一个天线单元的偶数个所述片状天线，并且每个所述天线单元中的偶数个所述片状天线彼此电性耦接；其中，于每行所述单元区域中，任一个所述天线单元于所述第一方向彼此相邻的两个所述片状天线之间相隔有一内部纵向间距，分属于任两个相邻所述天线单元但彼此邻近设置的两个所述片状天线之间相隔有一外部纵向间距，并且所述内部纵向间距至少五倍于所述外部纵向间距；

多个相移器，其数量等同于多个所述天线单元的数量并且分别电性耦接于多个所述天线单元，以使每个所述相移器能用来调整相对应所述天线单元中的偶数个所述片状天线的相位。

2.如权利要求1所述的数组式天线结构，其特征在于，每个所述天线单元中的所述片状天线数量为两个并沿着所述第一方向排列，并且多个所述片状天线排列成平行所述第一方向的M行与平行所述第二方向的2N列。

3.如权利要求2所述的数组式天线结构，其特征在于，于每列所述单元区域中，分属于任两个相邻所述天线单元但彼此邻近设置的两个所述片状天线之间相隔有一外部横向间距，并且所述外部横向间距至少五倍于所述外部纵向间距。

4.如权利要求3所述的数组式天线结构，其特征在于，所述外部横向间距等于所述内部纵向间距。

5.如权利要求1所述的数组式天线结构，其特征在于，于每行所述单元区域中，任两个相邻的所述天线单元的中心点沿所述第一方向定义有一纵向中心距离；于每列所述单元区域中，任两个相邻的所述天线单元的中心点沿所述第二方向定义有一横向中心距离；所述纵向中心距离大于所述横向中心距离。

6.如权利要求5所述的数组式天线结构，其特征在于，所述数组式天线结构适用于一传输频段，并且所述纵向中心距离及所述横向中心距离各为所述传输频段的一中心频率所对应的波长的0.5～0.9倍。

7.如权利要求1所述的数组式天线结构，其特征在于，每个所述单元区域呈正方形，并且每个所述天线单元中的所述片状天线数量为四个并分布于相对应所述单元区域的四个角落，多个所述片状天线排列成平行所述第一方向的2M行与平行所述第二方向的2N列。

8.如权利要求7所述的数组式天线结构，其特征在于，任一个所述天线单元于所述第二方向彼此相邻的两个所述片状天线之间相隔有一内部横向间距，并且所述内部横向间距至少五倍于所述外部纵向间距。

9.如权利要求7所述的数组式天线结构，其特征在于，于每列所述单元区域中，分属于任两个相邻所述天线单元但彼此邻近设置的两个所述片状天线之间相隔有一外部横向间距，并且所述外部横向间距等于所述外部纵向间距。

10.如权利要求7所述的数组式天线结构，其特征在于，于每行所述单元区域中，任两个相邻的所述天线单元的中心点沿所述第一方向定义有一纵向中心距离；于每列所述单元区域中，任两个相邻的所述天线单元的中心点沿所述第二方向定义有一横向中心距离；所述纵向中心距离等于所述横向中心距离。

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