TW201424123A - 可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構 - Google Patents

Abstract

一種可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構包含一光電轉換模組、複數個傳導件、一天線結構及一反射板，該光電轉換模組具有一第一表面及一第二表面，該些傳導件設置於該光電轉換模組之該第二表面，該天線結構設置於該些傳導件下方，以該光電轉換模組作為該天線結構的頻率選擇表面(Frequency selective surface)，使得該天線結構傳遞的電波訊號部份反射部份穿透該光電轉換模組，進一步藉由該些傳導件調整該光電轉換模組的穿透及反射係數的頻率響應，並透過該第二表面與反射板之間的Fabry-Perot共振原理，使該天線結構具有高指向性，進而提升該天線結構的增益值。

Description

可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構

　　本發明是關於一種光電轉換模組，特別是關於一種可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構。

　　一種習知太陽能無線裝置具有一能量擷取裝置、一蓄電池、一焦電型偵測器、一微處理器、一傳輸裝置、一無線接收裝置、一警報器以及CCTV設備；利用能量擷取裝置作為光能儲存的設備以及電力的提供，當焦電型偵測器感應觸發時，微處理器啟動CCTV設備以及傳輸裝置，將即時影像、影音訊號透過傳輸裝置以無線傳輸的方式送至接收端，其中該能量擷取裝置與該無線接收裝置並非真正的整合，而是藉由該能量擷取裝置擷取太陽光能後，轉換為電能並儲存於該蓄電池中供該無線接收裝置使用，但該能量擷取裝置會屏蔽該無線接收裝置，使該無線接收裝置無法順利的傳送訊號，且該無線接收裝置亦會遮蔽該能量擷取裝置，使該能量擷取裝置的效率降低。

　　本發明之主要目的在於提供一種結合天線結構的光電轉換裝置，不但使天線結構及光電轉換模組互相不會影響其訊號的傳遞及光電的轉換效率，更以該光電轉換模組作為該天線結構的頻率選擇表面(Frequency selective surface)來提升該天線結構的增益值，並於光電轉換模組設置傳導件以調整光電轉換模組的頻率響應，使本發明之結合天線結構的光電轉換裝置操作於不同的頻率下皆具有優異的增益值。
　　本發明之一種可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構包含一光電轉換模組、複數個傳導件、一天線結構，該光電轉換模組具有一第一表面、一第二表面及複數個光電轉換元件，各該光電轉換元件位於該第一表面及該第二表面之間，且各該光電轉換元件之間具有一間隙，該些傳導件設置於該光電轉換模組之該第二表面，該天線結構設置於該些傳導件下方，本發明以該光電轉換模組作為該天線結構的頻率選擇表面(Frequency selective surface)，使得該天線結構傳遞的電波訊號部份反射部份穿透該光電轉換模組，可使該天線結構具有高指向性，進而提升該天線結構的增益值，並藉由該些傳導件的設置，使該光電轉換模組的穿透及反射頻率響應是可調整的，進而使得本發明可應用範圍更加廣泛。

　　請參閱第1及2圖，一種可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構100包含一光電轉換模組110、複數個傳導件120、一天線結構130、一反射板140及一支撐架150，該支撐架150具有一第一端151、一第二端152及一第三端153，該第三端153位於該第一端151及該第二端152之間，其中該光電轉換模組110設置於該第一端151，該反射板140設置於該第二端152，該反射板140及該光電轉換模組110之間形成有一共振腔A。
　　請參閱第1及3圖，該光電轉換模組110具有一第一表面111、一第二表面112、複數個光電轉換元件113、一保護板114、一底板115及一填充元件116，該保護板114及該底板115之間形成有一容置空間S，其中該第一表面111為該保護板114之顯露表面，該第二表面112為該底板115之顯露表面，各該光電轉換元件113位於該第一表面111及該第二表面112之間，且各該光電轉換元件113設置於該容置空間S，各該光電轉換元件113之間具有一間隙G，該填充元件116填充於該容置空間S，在本實施例中，該保護板114為玻璃，該保護板114具透光性且避免該些光電轉換元件113受外力破壞，該填充元件116為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，該填充元件116具透光性且可固定該些光電轉換元件113於該容置空間S中的位置，該些傳導件120設置於該光電轉換模組110之該第二表面112，在本實施例中，該光電轉換模組110之該第二表面112為該底板115的底面，該第二表面112朝向該反射板140，該天線結構130設置於該些傳導件120下方，請參閱第1及3圖，在本實施例中，該天線結構130設置於該底板140之該反射表面141。
　　請參閱第1及3圖，該反射板140具有一反射表面141，該共振腔A位於該反射表面141及該第二表面112之間，該天線結構130設置於該共振腔A中，該反射板140之該反射表面141及該光電轉換模組110之該第二表面之間112具有一第一間距D1，該第一間距D1約為二分之一操作波長，而操作波長為3’10⁸除以該天線結構130之操作頻率，本發明以該光電轉換模組100作為該天線結構130的頻率選擇表面(Frequency selective surface)，使得該天線結構130傳遞的電波訊號部份反射部份穿透該光電轉換模組110，並藉由該些傳導件120的設置，使該光電轉換模組110的穿透及反射係數頻率響應是可調整的，並透過該共振腔A之Fabry-Perot共振原理，使該天線結構130具有高指向性，進而提升該天線結構130的增益值，在本實施例中，該支撐架150具有複數個調整件150a，該些調整件150a設置於該支撐架150，該支撐架150可為一螺桿，該些調整件150a可為一螺母，該些調整件150a分別支持該光電轉換模組110或該反射板140，並且可藉由調整該些調整件150a以改變該光電轉換模組110與該反射板140間之距離，相對地，亦同時改變該些傳導件120與該反射板140之該反射表面141間之距離，以使該天線結構130傳遞不同頻率的訊號皆可具有優異的增益值。
　　請參閱第3及4圖，各該光電轉換元件113具有一基板113a、一指狀電極113b、一下匯流電極113c及一上匯流電極113d，該基板113a具有一上表面113e及一下表面113f，在本實施例中，該基板113a為矽基板，該指狀電極113b位於該上匯流電極113d及該基板113a該上表面113e之間，該下匯流電極113c位於該基板113a之該下表面113f，該保護板114罩蓋該基板113a之該上表面113e，該底板115罩蓋該基板113a之該下表面113f，請參閱第6圖，為兩個光電轉換元件113之間的等效電路示意圖，各該光電轉換元件113為一導體，因此兩個光電轉換元件113之間的該間隙G可等效為一電容210，跨越兩個光電轉換元件113的該匯流電極113d可等效為一電阻220及一第一電感230，而該些傳導件120可等效為一第二電感240，該電容210、該電阻220、該第一電感240及該第二電感240可構成一共振電路200，該共振電路200具有一共振頻率，該共振頻率即為該光電轉換模組110的頻率響應，可藉由改變各該傳導件120之間的第二間距D2及各該傳導件120的寬度W來改變該第二電感230的電感值，以使該共振電路200之共振頻率產生變化，進而調整該光電轉換模組110的穿透及反射係數的頻率響應，使得本發明可應用的頻率範圍更加廣泛。
　　請參閱第2及3圖，在本實施例中，該天線結構130具有一主輻射元件131、二耦合輻射元件132及一基座133，該基座133設置於該底板140，且該基座133為介電材料，該基座133具有一承載面133a，該承載面133a朝向該光電轉換模組110之該第二表面112，該主輻射元件131及該些耦合輻射元件132設置於該承載面133a，該主輻射元件位於各該耦合輻射元件132之間，藉由該些耦合輻射元件132的設置可使得該主輻射元件131可傳遞之電波訊號的頻率範圍更加寬廣。
　　請參閱第7圖，其為改變各該傳導件120之間之該第二間距D2所得之該光電轉換模組110之穿透係數(Transmission coefficient)的結果，可得知當該第二間距D2增加時，該光電轉換模組110的諧振頻率越往高頻偏移。請參閱第8圖，其為改變各該傳導件120之該寬度W所得之該光電轉換模組110之穿透係數(Transmission coefficient)的結果，可得知當該寬度W越大時，該光電轉換模組110的諧振頻率越往高頻偏移，這是因為該些傳導件120的寬度W越大，其等效的電感值變小，而使諧振頻率往高頻偏移，其中，當各該傳導件120之該寬度W為13 mm時，在頻率為2.44 GHz時為一帶通的諧振頻率，該穿透係數為-1.4dB，代表電波訊號之反射量較少，因此，該寬度W為13 mm時，並不適合於頻率2.44 GHz下設計高指向性之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構100，而各該傳導件120之該寬度W減少時，於頻率為2.44 GHz的穿透係數變小，代表電波訊號之反射量較多，因而適合於2.44 GHz的操作頻率下設計高指向性之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構100。請參閱第9圖，其為改變各該傳導件120之該寬度W所得之該天線增益的實驗結果，可得知當各該傳導件120之該寬度W為13 mm時，在頻率2.44 GHz下的天線增益不大，這是因為各該傳導件120之該寬度W為13 mm於頻率2.44 GHz有最大的穿透係數(-1.4 dB)，因此電波訊號的反射量小，而造成該共振腔A的共振效果不佳，無法達成大幅增加指向性的目標，另外，各該傳導件120之該寬度W為6 mm之實施例與無傳導件之實施例比較，該寬度W為6 mm之最大增益為14.4 dBi，而無傳導件之最大增益為11.6dBi，該寬度W為6 mm之最大增益相較於無傳導件之最大增益增加了2.8 dB，得知本發明藉由於該光電轉換模組110加入該些傳導件120之方法，於固定的操作頻率下能有效的提高天線增益。
　　本發明將該天線結構130結合於該光電轉換模組110，可避免該天線結構130與該光電轉換模組110設置於相同位置時所造成的屏蔽或是遮蔽，且以該光電轉換模組110作為該天線結構的頻率選擇表面(Frequency selective surface)，可使得該天線結構130傳遞的電波訊號部份反射部份穿透該光電轉換模組110，並由該反射板140及該光電轉換模組110之間的Fabry-Perot共振原理使該天線結構130具有高指向性，進而提升該天線結構130的增益值，並藉由該些傳導件120的設置，使該光電轉換模組110的穿透及反射係數的頻率響應是可調整的，進而使得本發明可應用的頻率範圍更加廣泛。
　　本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100．．．可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構

110．．．光電轉換模組

111．．．第一表面

112．．．第二表面

113．．．光電轉換元件

113a．．．基板

113b．．．指狀電極

113c．．．下匯流電極

113d．．．下匯流電極

113e．．．上表面

113f．．．下表面

114．．．保護板

115．．．底板

116．．．填充元件

120．．．傳導件

130．．．天線結構

131．．．主輻射元件

132．．．耦合輻射元件

133．．．基座

140．．．反射板

141．．．反射表面

150．．．支撐架

150a．．．調整件

151．．．第一端

152．．．第二端

153．．．第三端

200．．．等效電路

210．．．電容

220．．．電阻

230．．．第一電感

240．．．第二電感

A．．．共振腔

G．．．間隙

S．．．容置空間

W．．．寬度

D1．．．第一間距

D2．．．第二間距

第1圖：依據本發明之一實施例，一種可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構的立體圖。
第2圖：依據本發明之一實施例，該可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構的立體圖。
第3圖：依據本發明之一實施例，該可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構的側面剖示圖。
第4圖：依據本發明之一實施例，一光電轉換模組的俯視圖。
第5圖：依據本發明之一實施例，該光電轉換模組及複數個傳導件的仰視圖。
第6圖：依據本發明之一實施例，該光電轉換模組之局部放大圖及其等效電路圖。
第7圖：依據本發明之一實施例，該光電轉換模組之穿透係數。
第8圖：依據本發明之一實施例，該光電轉換模組之穿透係數。
第9圖：依據本發明之一實施例，該天線結構之增益值。

100．．．可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構

110．．．光電轉換模組

111．．．第一表面

112．．．第二表面

113．．．光電轉換元件

113a．．．基板

113b．．．指狀電極

113c．．．下匯流電極

113d．．．上匯流電極

113e．．．上表面

113f．．．下表面

114．．．保護板

115．．．底板

116．．．填充元件

120．．．傳導件

130．．．天線結構

131．．．主輻射元件

132．．．耦合輻射元件

133．．．基座

140．．．反射板

141．．．反射表面

150．．．支撐架

150a．．．調整件

151．．．第一端

152．．．第二端

153．．．第三端

A．．．共振腔

G．．．間隙

S．．．容置空間

D1．．．第一間距

D2．．．第二間距

Claims (10)

1. 一種可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構，其包含：
   　一光電轉換模組，其具有一第一表面、一第二表面及複數個光電轉換元件，各該光電轉換元件位於該第一表面及該第二表面之間，且各該光電轉換元件之間具有一間隙；
   　複數個傳導件，該些傳導件設置於該光電轉換模組之該第二表面；以及
   　一天線結構，其設置於該些傳導件下方。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構，其另具有一反射板，該反射板及該光電轉換模組之間形成有一共振腔，該反射板具有一反射表面，該共振腔位於該反射表面及該第二表面之間，該反射表面及該光電轉換模組之該第二表面之間具有一第一間距，該天線結構設置於該共振腔中。
3. 如申請專利範圍第2項所述之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構，其另具有一支撐架，該支撐架具有一第一端、一第二端及一第三端，該第三端位於該第一端及該第二端之間，其中該光電轉換模組設置於該第一端，該反射板設置於該第二端。
4. 如申請專利範圍第3項所述之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構，其中該天線結構設置於該底板之該反射表面，該天線結構及該光電轉換模組之該第二表面之間之該第一間距為該支撐架之該第三端的長度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構，其中該天線結構具有一主輻射元件及二耦合輻射元件，該主輻射元件位於各該耦合輻射元件之間。
6. 如申請專利範圍第2項所述之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構，其中該天線結構具有一主輻射元件、二耦合輻射元件及一基座，該基座設置於該底板，該基座具有一承載面，該承載面朝向該光電轉換模組之該第二表面，該主輻射元件及該些耦合輻射元件設置於該承載面，該主輻射元件位於各該耦合輻射元件之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構，其中該光電轉換模組另具有一保護板及一底板，該保護板及該底板之間形成有一容置空間，各該光電轉換元件設置於該容置空間，其中該光電轉換模組之該第一表面為該保護板之顯露表面，該光電轉換模組之該第二表面為該底板之顯露表面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構，其中各該光電轉換元件具有一基板、一指狀電極、一下匯流電極及一上匯流電極，該基板具有一上表面及一下表面，該指狀電極位於該上匯流電極及該基板之該上表面之間，該下匯流電極位於該基板之該下表面，該保護板罩蓋該基板之該上表面，該底板罩蓋該基板之該下表面。
9. 如申請專利範圍第7項所述之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構，其中該光電轉換模組另具有一填充元件，該填充元件填充於該容置空間。
10. 如申請專利範圍第3項所述之可調頻率之整合式光電轉換裝置天線結構，其中該支撐架具有複數個調整件，該些調整件設置於該支撐架，該些調整件分別支持該光電轉換模組及該反射板。