TW201405940A - 基板嵌入式天線及天線陣列 - Google Patents

基板嵌入式天線及天線陣列 Download PDF

Info

Publication number
TW201405940A
TW201405940A TW101126917A TW101126917A TW201405940A TW 201405940 A TW201405940 A TW 201405940A TW 101126917 A TW101126917 A TW 101126917A TW 101126917 A TW101126917 A TW 101126917A TW 201405940 A TW201405940 A TW 201405940A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
antenna
radiator
radiation
metal
monopole
Prior art date
Application number
TW101126917A
Other languages
English (en)
Inventor
Hsin-Chia Lu
Che-Chun Kuo
Chen-Fung Tai
Original Assignee
Univ Nat Taiwan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Nat Taiwan filed Critical Univ Nat Taiwan
Priority to TW101126917A priority Critical patent/TW201405940A/zh
Priority to US13/788,444 priority patent/US9160065B2/en
Publication of TW201405940A publication Critical patent/TW201405940A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/40—Radiating elements coated with or embedded in protective material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/29—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic
    • H01Q21/293—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic one unit or more being an array of identical aerial elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本發明揭露一種嵌入於介質基板中的天線及天線陣列。本發明之嵌入於介質基板中的天線主要包含複數層介質基板、一金屬填充材料、及一饋電段。介質基板上各具有至少一貫穿洞，金屬填充材料係置於各貫穿洞內，並相互連結而形成一柱狀金屬導體，用以作為天線之輻射體。饋電段係電連接於金屬導體，用以輸入及輸出電訊號。複數個上述天線可組成一天線陣列。

Description

基板嵌入式天線及天線陣列
本案係有關一種天線，特別是關於一種嵌入於介質基板中的天線。
在現代化網路資訊普及的社會中，利用移動體通信之類的無線系統，已成為社會大眾交換語音或文字訊息、數據、資料、影音檔案的最主流方式。在此不斷急速普及之中，對無線電機的電波出入口(即天線)，更加追求小型化及通訊高速化，以期整合至手持系統或可攜式通訊裝置、並提供高速度的無線通訊。
傳統可攜式通訊裝置之中的天線常見作法為：於多層介質中使用有印刷於表面的平板天線及偶極天線。其中平板天線可以提供旁射(broadside)方向，及垂直於介質表面的輻射。偶極天線可以提供垂直或平行於介質表面，即可提供邊緣輻射(end-fire)的方向。以上兩種型態的天線，都會使用相當多的介質表面面積來實現天線，而會減少提供給晶片，或是其他元件使用的表面面積。
有鑑於此，為改善習知天線之缺點，本案提出一種嵌入於基板中的天線，以增加可供使用之介質表面積、並提供邊緣輻射、以及可應用於無線高速數據通訊的毫米波短距離通訊。
根據本案之一構想，提出一種天線，包括：複數層介質基板，該等介質基板上各具有至少一貫穿洞；一金屬填充材料，置於該等貫穿洞內，相互連結而形成一柱狀金屬導體，作為該天線之輻射體，該柱狀金屬導體形成摺疊ㄇ字型形狀之單極天線，或者兩個該柱狀金屬導體形成一倒V形天線，或者該柱狀金屬導體形成一環形天線，或者該柱狀金屬導體形成一雙極 天線；及一饋電段，電連接於該輻射體，用以輸入及輸出電訊號。
根據上述構想，該天線具有一金屬反射板，位於該輻射體目標輻射方向之相反方向，用以集中該輻射體之輻射於某目標方向。
根據上述構想，該天線具有一接地面，位於該些介質基板內部，並具一接地點。
根據上述構想，其中該複數層基板係選自玻纖基板、塑膠材料、陶瓷材料、低溫共燒陶瓷(LTCC)及印刷電路板(PCB)其中之一。
根據上述構想，其中該金屬填充材料係選自銀及銅其中之一。
根據上述構想，其中該天線之接地面係垂直於該輻射體。
根據上述構想，其中該單極天線之接地面係平行於該輻射體。
根據上述構想，其中該單極天線之較長邊的長度大致為天線最低操作頻率之八分之三波長。
根據上述構想，其中該單極天線之電磁波訊號之頻率為60GHz。
根據本案之另一構想，提出一種天線陣列，係由複數個上述天線並排形成，該天線陣列較佳地含有一金屬反射板，位於該輻射體目標輻射方向之相反方向，用以集中該輻射體之輻射於某目標方向。該金屬反射板之中較佳地具有至少一分隔縫隙以避免複數個輻射體之間互相干擾。
本案係將天線內埋到介質內部，可大幅減少表面積的需求，且能提供邊緣輻射方向的輻射，並易於整合成天線陣列。因為上述特性，本案適合使用於手持系統，提供無線高速數據通訊的毫米波短距離通訊。
為讓本案之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然 而，本案說明書的揭露只是以本案的較佳實施例作為代表，並非用以限制本案的應用範疇。
以下舉出具體實施例以詳細說明本案之內容，並以圖式作為輔助說明。說明中提及之符號係參照圖式符號。
第一具體實施例
請參閱第一圖，其為本案所提出之介質基板疊合之第一具體實施例示意圖。如第一圖所示，複數個介質基板2上具有可互相連通之複數貫穿洞21，並於該些貫穿洞21之中填入金屬填充物22後將該等介質基板2加以疊合，使該等金屬填充物22形成如第2圖所示之柱狀金屬導體，用以作為本發明所提出天線之輻射體，其中該複數貫穿洞21可以為固定大小或非固定大小。該等金屬填充物22常見的材料為銀或銅。又該複數個介質基板2係選自玻纖基板、塑膠材料、陶瓷材料、低溫共燒陶瓷(LTCC)及印刷電路板(PCB)其中之一，當基板2為印刷電路板之情況下，較佳地貫穿洞21內壁為金屬填充物22而中心可為空氣。
請參閱第二圖，其為本案之第一具體實施例之側面剖面圖。如第二圖所示，在本實施例中，輻射體11呈ㄇ形折疊形狀，形成一嵌入於基板中之單極天線。為調整阻抗匹配為大約50歐姆，該輻射體之較長邊的長度大致為天線最低操作頻率之八分之三波長，然本案並非以此為限。較佳地於目標輻射方向之相反方向放置一金屬反射板12以集中輻射於目標方向。本案之天線具有一饋電段23電連接於該輻射體11，用以輸入及輸出電訊號，本實施例中該饋電段23一端連接一覆晶CMOS功率放大器3，及一接地面25，位於該些介質基板2內部，並具一接地點。
請參閱第三圖，其為本案之第一具體實施例之3D立體透 視圖。透過此3D立體透視圖可以了解輻射體11內嵌於介質基板2之中。當需要調整本發明天線之目標輻射方向時，較佳地於目標輻射方向之相反方向放置一金屬反射板12以集中輻射於目標方向，並具有一接地面25。
請參閱第四圖，其為本案第一實施例之單極天線組成之天線陣列示意圖。將本發明之天線複數個並排組合而成一天線陣列，可使輻射增強並具有波束操縱(beam steering)之能力。如第四圖所示，為避免天線陣列中，各天線之耦合相互干擾，較佳地於金屬反射板12中加入分隔縫隙121以降低各單極天線1之間相互耦合之干擾，但本發明不以此為限。饋電段23一端連接一覆晶CMOS功率放大器3，用以輸入及輸出電訊號至各單極天線1。此天線陣列內嵌於介質基板2之中。本實施例之天線陣列由單極天線所組成，然而本發明之天線陣列並不以此為限，可以由各種內嵌於基板之天線所組成。
請參閱第五圖所示，係為本案第一實施例之回饋損失(return loss)示意圖。曲線A為本案使用多個金屬柱(via)疊成的單極天線之回饋損失曲線，曲線B為使用單一根金屬柱實現習知柱狀單極天線之回饋損失曲線。由該圖可知在提供毫米波無線通訊之60GHz頻帶上，本案之單極天線可提供良好之操作頻寬以符合應用需求，且與傳統使用單一根金屬柱實現習知柱狀單極天線之回饋損失曲線特性相近。
請參閱第六圖所示，係為本案第一實施例之輻射場形(radiation pattern)示意圖。由第六a圖可知本天線結構，於水平面的同極化方向，有很寬的波束寬度，適合作為天線陣列的輻射單元，由第六b圖可知在垂直面(YZ平面)，有很寬的波束寬度，可以同時涵蓋向上及向下的輻射，故本案提供良好之邊緣輻射之特性。
第二具體實施例
請參閱第七a圖，其為本案第二具體實施例之倒V形天線 示意圖。如第七a圖所示，於貫穿洞之中填入之金屬填充物所形成之傾斜柱狀金屬導體呈現倒V形，該倒V形柱狀金屬導體用以作為此天線之輻射體11。該倒V形天線具兩饋電段23。請參閱第七b圖，該倒V形天線內嵌之各介質基板中貫穿洞大小及金屬段寬度可以為非固定，例如越往下方之貫穿洞及金屬段寬度大小越大，使得該輻射體11之外型為越往下方其大小越大。
第三具體實施例
請參閱第八圖，其為本案之第三具體實施例之環形天線示意圖。如第八圖所示，於貫穿洞之中填入之金屬填充物所形成之金屬導體呈現環形，該環形柱狀金屬導體用以作為此天線之輻射體11。該環形天線具有兩饋電段23，且該環形天線之各介質基板中貫穿洞大小及金屬段寬度可以為非固定。
第四具體實施例
請參閱第九a圖，其為本案之第四具體實施例之雙極天線示意圖。如第九a圖所示，於貫穿洞之中填入之金屬填充物所形成之柱狀金屬導體呈現直線對稱排列，並具有兩饋電段23，係為一雙極天線。如第九b圖所示，該雙極天線之各介質基板中貫穿洞大小及金屬段寬度可以為非固定，例如越往上下兩方之貫穿洞大小越大及金屬段寬度越大，使得該輻射體11之外型為越往上下兩方其大小越大。
本案實施例之單極天線係用以接收及發射電磁波訊號，可應用於智慧型手機及高速短距離資料無線通訊系統，且特別適合於HDMI高畫質視訊的無線傳輸使用，於此，電磁波訊號之頻率較佳可為60GHz，然本案並非以此為限。
綜上所述，本案適合應用於無線高速數據通訊的毫米波短距離通訊，並提供邊緣輻射方向的輻射以及大幅減少表面積的 需求。將本案應用於智慧型手機上，能實現以邊緣輻射實作之無線數據的高速通訊、並有利於增加可供使用之表面積以供其他元件使用。
雖然本案的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本案的範疇內，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧單極天線
11‧‧‧輻射體
12‧‧‧金屬反射板
121‧‧‧分隔縫隙
2‧‧‧介質基板
21‧‧‧貫穿洞
22‧‧‧金屬填充物
23‧‧‧饋電段
25‧‧‧接地面
3‧‧‧覆晶CMOS功率放大器
第一圖為介質基板疊合示意圖。
第二圖為第一實施例之單極天線側面剖面圖。
第三圖為第一實施例之單極天線3D立體透視圖。
第四圖為由第一實施例之單極天線組成之天線陣列示意圖。
第五圖為第一實施例之單極天線之回饋損失示意圖。
第六a圖為第一實施例之單極天線之YZ平面輻射場形示意圖。
第六b圖為第一實施例之單極天線之XY平面輻射場形示意圖。
第七a圖為第二實施例之倒V形天線示意圖。
第七b圖為第二實施例之倒V形天線示意圖。
第八圖為第三實施例之環形天線示意圖。
第九a圖為第四實施例之雙極天線示意圖。
第九b圖為第四實施例之雙極天線示意圖。
11‧‧‧輻射體
12‧‧‧金屬反射板
2‧‧‧介質基板
25‧‧‧接地面

Claims (14)

  1. 一種天線，包括：複數層介質基板，該等介質基板上各具有至少一貫穿洞；一金屬填充材料，置於該等貫穿洞內，相互連結而形成一柱狀金屬導體，用以作為該天線之輻射體；及一饋電段，電連接於該輻射體，用以輸入及輸出電訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項之天線，具有一金屬反射板，位於該輻射體目標輻射方向之相反方向，用以集中該輻射體之輻射於某目標方向。
  3. 如申請專利範圍第1項之天線，具有一接地面，位於該些介質基板內部，並具一接地點。
  4. 如申請專利範圍第1項之天線，其中該金屬填充材料係選自銀及銅其中之一。
  5. 如申請專利範圍第1項之天線，其中該複數層介質基板係選自玻纖基板、塑膠材料、陶瓷材料、低溫共燒陶瓷(LTCC)及印刷電路板(PCB)其中之一。
  6. 如申請專利範圍第1項之天線，其中該輻射體係呈現ㄇ形折疊形狀之單極天線。
  7. 如申請專利範圍第6項之單極天線，其中該單極天線之較長邊的長度大致為天線最低操作頻率之八分之三波長。
  8. 如申請專利範圍第6項之單極天線，其中該電磁波訊號之頻率為60GHz。
  9. 如申請專利範圍第1項之天線，其中該天線具兩饋電段，且該輻射體呈倒V形斜線外型。
  10. 如申請專利範圍第1項之天線，其中該天線具兩饋電段，且該輻射體外型呈一環形。
  11. 如申請專利範圍第1項之天線，其中該天線係一雙極天線。
  12. 一種天線陣列，係由複數個申請專利範圍第1項之天線並排形成。
  13. 如申請專利範圍第12項之天線陣列，具有一金屬反射板，位 於該輻射體目標輻射方向之相反方向，用以集中該輻射體之輻射於某目標方向。
  14. 如申請專利範圍第13項之天線陣列，該金屬反射板之中具有至少一分隔縫隙。
TW101126917A 2012-07-26 2012-07-26 基板嵌入式天線及天線陣列 TW201405940A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101126917A TW201405940A (zh) 2012-07-26 2012-07-26 基板嵌入式天線及天線陣列
US13/788,444 US9160065B2 (en) 2012-07-26 2013-03-07 Substrate embedded antenna and antenna array constituted thereby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101126917A TW201405940A (zh) 2012-07-26 2012-07-26 基板嵌入式天線及天線陣列

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201405940A true TW201405940A (zh) 2014-02-01

Family

ID=49994349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101126917A TW201405940A (zh) 2012-07-26 2012-07-26 基板嵌入式天線及天線陣列

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9160065B2 (zh)
TW (1) TW201405940A (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102138841B1 (ko) * 2014-05-13 2020-08-11 삼성전자 주식회사 안테나 장치
US20160248149A1 (en) * 2015-02-20 2016-08-25 Qualcomm Incorporated Three dimensional (3d) antenna structure
JP6386436B2 (ja) * 2015-11-27 2018-09-05 Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社 アンテナ装置、無線通信装置およびアンテナ形成方法
EP3465823B1 (en) * 2016-06-06 2021-02-24 Sony Corporation C-fed antenna formed on multi-layer printed circuit board edge
US10641867B2 (en) * 2016-08-15 2020-05-05 Magna Electronics Inc. Vehicle radar system with shaped radar antennas
US10219389B2 (en) * 2017-02-27 2019-02-26 Motorola Mobility Llc Electronic device having millimeter wave antennas
WO2019070509A1 (en) * 2017-10-03 2019-04-11 Intel IP Corporation HYBRID AND AMINOUS MILLIMETRIC WAVE ANTENNA SOLUTIONS
KR102387939B1 (ko) 2017-11-28 2022-04-19 삼성전자주식회사 안테나 및 그 안테나를 포함하는 전자 장치
US10862211B2 (en) * 2018-08-21 2020-12-08 Htc Corporation Integrated antenna structure
US11588237B2 (en) 2018-12-13 2023-02-21 Htc Corporation Antenna structure
US10770789B2 (en) * 2019-01-17 2020-09-08 Htc Corporation Antenna structure
CN114424406B (zh) * 2019-09-25 2023-09-22 华为技术有限公司 天线振子的馈线网络
KR20210152772A (ko) * 2020-06-09 2021-12-16 삼성전자주식회사 반도체 패키지

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5657033A (en) * 1995-06-07 1997-08-12 Hughes Electronics Cofired ceramic notch and horn antennas
DE69823591T2 (de) * 1997-07-25 2005-04-07 Kyocera Corp. Geschichtete Aperturantenne und mehrschichtige Leiterplatte damit
DE602005024587D1 (de) * 2004-09-07 2010-12-16 Nippon Telegraph & Telephone Mehrschichtige Antennenvorrichtung mit vergrössertem Gewinn

Also Published As

Publication number Publication date
US9160065B2 (en) 2015-10-13
US20140028515A1 (en) 2014-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201405940A (zh) 基板嵌入式天線及天線陣列
US10431892B2 (en) Antenna-in-package structures with broadside and end-fire radiations
KR101454878B1 (ko) 수평 방사와 수직 방사의 선택적 이용이 가능한 매립형 혼 안테나
US20200161766A1 (en) Antenna-in-package structure and terminal
US10971824B2 (en) Antenna element
JP7239743B2 (ja) アンテナユニット及び端末機器
KR101295926B1 (ko) 링 및/또는 오프셋 캐비티들에 집적 개구-결합 패치 안테나(들)을 갖는 무선 주파수 집적회로 패키지들
US20180123245A1 (en) Broadband antenna array for wireless communications
WO2010079663A1 (ja) 半導体装置、その製造方法、ミリ波誘電体内伝送装置、その製造方法、およびミリ波誘電体内伝送システム
US10535926B2 (en) Antenna and antenna module comprising the same
US20080218420A1 (en) Antenna arrangement and method for making the same
US11936125B2 (en) Antenna module and communication device equipped with the same
GB2499792A (en) Electronic device comprising an electronic die, a substrate integrated waveguide (SIW) and a flip-chip ball grid array package
CN113678318B (zh) 一种封装天线装置及终端设备
EP3455907B1 (en) C-fed antenna formed on multi-layer printed circuit board edge
CN104966903B (zh) 一种用于60GHz毫米波通信的悬置微带天线阵列及其天线
Bisognin et al. PCB integration of a Vivaldi antenna on IPD technology for 60-GHz communications
JP2007300266A (ja) Ｉｃ部品
US20190103666A1 (en) Mountable Antenna Fabrication and Integration Methods
KR20050075966A (ko) 전방향 방사 안테나
WO2021083219A1 (zh) 天线单元及电子设备
TWM455997U (zh) 耦合饋入式微帶天線
CN214411516U (zh) 一种毫米波天线模组及通信设备
US10418720B1 (en) Signal line conversion structure of antenna array
CN107871931A (zh) 天线结构及具有该天线结构的无线通信装置