TW201626638A - 聚焦天線 - Google Patents

Abstract

一種聚焦天線，包含一第一饋入天線、一包括複數個反射片和一聚焦部的輔助反射單元，及一主反射單元。該第一饋入天線輻射出複數個電場極化方向平行於一第一方向的第一極化訊號，並經由該等反射片反射而產生複數個第一反射訊號，再藉由該主反射單元的複數個共振元件對該等第一反射訊號做相位補償及旋轉電場極化方向，而產生複數個電場極化方向為平行一第二方向的第二反射訊號，該等第二反射訊號即可穿過該等反射片而由該聚焦部集中而產生一適用於一遠距離模態的一第一輻射場，因此，本聚焦天線能達到能量集中且高增益之特性。

Description

聚焦天線

本發明是有關於一種天線，特別是指一種能應用於一遠距離模態，及一近距離模態的聚焦天線。

參閱圖1為一傳統的碟型天線，該碟型天線包含一饋入天線5，及一呈一弧柱面的碟盤6，該饋入天線5間隔設置於該碟盤6的中心點，且輻射出來的訊號能量能藉由該碟盤6之曲度反射以補償相位，使得反射訊號皆能朝某一方向發射，但是其輻射出來的輻射場波束的角度會較大，較無法集中於需要的方位，故，輻射能量容易浪費於不必要的方位。

現有的一聚焦天線是根據該碟型天線加以改良，其改良的方式為將該碟型天線的蝶盤由弧柱面更改為平面式的反射面，且由於由該饋入天線輻射出來的訊號經由該反射面反射後的輻射場波束的角度還是很大，因此能量無法集中，且由於該饋入天線輻射出去的每一訊號經由該反射面反射的路徑不盡相同，所以每一反射回來的每一反射訊號的相位也不相同，因此該聚焦天線則會在該反射面上設置複數個共振元件，並針對該等共振元件的大小不 依、或設置的方位加以設計，使由該反射面反射出來的該等反射訊號能達到相位補償，而能有一致的相位，導致該等反射訊號能集中於某一方向。但，此類的聚焦天線具有一缺點，即為該饋入天線和該反射面需間隔一焦距之距離，所以，該聚焦天線的該饋入天線和該反射面之距離會較遠。

因此，本發明之目的，即在提供一種能使輻射能量集中於所需要的方位，又能適用於一遠距離模態及一近距離模態的高增益聚焦天線。

於是本發明聚焦天線的第一態樣，包含一第一饋入天線、一輔助反射單元，及一主反射單元。

該第一饋入天線輻射出複數個電場極化方向平行於一第一方向的第一極化訊號。

該輔助反射單元間隔設置於該第一饋入天線，並包括一遠離該第一饋入天線的聚焦部，及複數條設置於該聚焦部上且鄰近於該第一饋入天線並平行於該第一方向而間隔排列的反射片，該等反射片反射該等第一極化訊號而產生複數個第一反射訊號。

該主反射單元將來自該輔助反射單元的等第一反射訊號做相位補償及旋轉該等第一反射訊號的電場極化方向，而產生複數個電場極化方向為一第二方向的第二反射訊號，該第二方向垂直於該第一方向。

該等第二反射訊號穿過該等反射片而由該聚焦 部聚焦集中，以產生一第一輻射場。

較佳地，該聚焦部具有一凸透鏡，該凸透鏡具有一設置該等反射片的平面，及一朝相反於該平面且沿該第一方向延伸的曲面。

較佳地，該聚焦部具有一反射板，及一凸透鏡，該反射板具有一鄰近該主反射單元且設置該等反射片的第一面，及一第二面；該凸透鏡具有一設置於該第二面的平面，及一朝相反於該平面且沿該第一方向延伸的曲面。

較佳地，該主反射單元還包括一主反射板，及複數個共振元件，該主反射板間隔設置於該輔助反射單元，以供該第一饋入天線穿設；該複數個共振元件，間隔排列地設置於該主反射板上且鄰近該輔助反射單元，該等共振元件反射該等第一反射訊號並對該等第一反射訊號做相位補償及旋轉該等第一反射訊號的電場極化方向至該第二方向而成為複數個第二反射訊號。

較佳地，本發明聚焦天線還包含一第二饋入天線，該第二饋入天線穿設於該主反射板且不與該第一饋入天線重疊的，該第二饋入天線輻射出複數個電場極化方向平行於該第二方向的第二極化訊號，其中，該等第二極化訊號通過該等反射片而經由該凸透鏡聚焦集中，而產生一第二輻射場。

本發明聚焦天線的第二態樣，包含一第二饋入天線，及一輔助反射單元。

該第二饋入天線輻射出複數個電場極化方向垂 直於一第一方向的第二極化訊號。

該輔助反射單元間隔設置於該第二饋入天線，並包括一聚焦部，及複數條設置於該聚焦部上且鄰近於該第二饋入天線，並平行於該第一方向而間隔排列的反射片。

該等第二極化訊號通過該等反射片而經由該凸透鏡聚焦集中，而產生一第二輻射場。

較佳地，該聚焦部具有一凸透鏡，具有一設置該等反射片的平面，及一朝相反於該平面且沿該第一方向延伸的曲面。

較佳地，該聚焦部具有一反射板，及一凸透鏡，該反射板具有一鄰近該主反射單元且設置該等反射片的第一面，及一第二面；該凸透鏡具有一設置於該第二面的平面，及一朝相反於該平面且沿該第一方向延伸的曲面。

較佳地，該第一饋入天線間隔設置於該輔助反射單元，而輻射出複數個電場極化方向平行於該第一方向的第一極化訊號，該等第一極化訊號會被該等反射片反射而產生複數個第一反射訊號。

較佳地，該聚焦天線還包含一主反射單元，該主反射單元包括一主反射板，及複數個共振元件，該主反射板，間隔設置於該輔助反射單元以供該第一饋入天線和該第二饋入天線穿設，且該第一饋入天線不與該第二饋入天線重疊；該複數個共振元件間隔排列地設置於該主反射板上且鄰近該輔助反射單元，該等共振元件反射該等第一 反射訊號，並對該等第一反射訊號做相位補償及旋轉該等第一反射訊號的電場極化方向，而產生複數個電場極化方向平行一第二方向的第二反射訊號，其中，該等第二反射訊號通過該等反射片而經由該凸透鏡聚焦集中於該第二方向，而產生一第一輻射場，其中，該第一方向垂直於該第二方向。

本發明之功效在於藉由該第一饋入天線輻射出來的該等第一極化訊號經過該等反射片反射，再藉由該主反射單元反射，並藉由該聚焦部聚焦集中而產生能量集中且適用於一遠距離模態的該第一輻射場；而該第二饋入天線輻射出來的該等第二極化訊號，則可直接穿過該等反射片，而直接藉由該聚焦部聚焦集中而產生能量集中且適用於一近距離模態的該第二輻射場。

1‧‧‧第一饋入天線

2‧‧‧輔助反射單元

21‧‧‧聚焦部

22‧‧‧反射片

23‧‧‧反射板

231‧‧‧第一面

232‧‧‧第二面

24‧‧‧凸透鏡

241‧‧‧平面

242‧‧‧曲面

3‧‧‧主反射單元

31‧‧‧主反射板

32‧‧‧共振元件

4‧‧‧第二饋入天線

5‧‧‧饋入天線

6‧‧‧碟盤

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明習知的一碟型天線；圖2是一立體圖，說明本發明聚焦天線的一第一實施例；圖3是一示意圖，說明本發明聚焦天線的一遠距離模態之反射示意圖；圖4是一場型圖，說明本發明聚焦天線的該遠距離模態之場型圖；圖5是一立體圖，說明本發明聚焦天線的一第二實施 例；圖6是一示意圖，說明本發明聚焦天線的該遠距離模態和一近距離模態之反射示意圖；圖7是一場型圖，說明本發明聚焦天線的該近距離模態之場型圖；及圖8是一立體圖，說明本發明聚焦天線的一第三實施例。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2和圖3，本發明聚焦天線之一第一實施例包含一第一饋入天線1、一輔助反射單元2，及一主反射單元3。

該第一饋入天線1輻射出複數個電場極化方向平行於一第一方向的第一極化訊號，其中，該第一方向為x方向，但不以此為限。

該輔助反射單元2間隔設置於該第一饋入天線1，並包括一遠離該第一饋入天線1的聚焦部21，及複數條設置於該聚焦部21上且鄰近於該第一饋入天線1並平行於該第一方向而間隔排列的反射片22，該等反射片22反射該等第一極化訊號而產生複數個第一反射訊號，而該等反射片22可選自金屬材質或任何可反射該等第一反射訊號的材質所製作而成，且每一反射片22之間的間距皆小於λ/4。

該聚焦部21具有一反射板23，及一凸透鏡24，該反射板23具有一鄰近該第一饋入天線1且設置該等反射片22的第一面231，及一第二面232，該凸透鏡24具有一設置於該第二面232的平面241，及一朝相反於該平面241且沿該第一方向延伸的曲面242，其中，該等反射片22亦可設置於該反射板23的該第二面232，但不以此為限。

該主反射單元3，將來自該輔助反射單元2的該等第一反射訊號做相位補償及旋轉該等第一反射訊號的電場極化方向，而產生複數個電場極化方向為平行一第二方向的第二反射訊號，而該第二方向垂直於該第一方向，因此該第二方向為y方向。

該主反射單元3包括一主反射板31，及複數個共振元件32，該主反射板31與該輔助反射單元2間隔設置，且供該第一饋入天線1穿設，而該等共振元件32間隔排列地設置於該主反射板31上且鄰近該輔助反射單元2，該等共振元件32反射該等第一反射訊號並對該等第一反射訊號做相位補償及旋轉該等第一反射訊號的電場極化方向至該第二方向而成為複數個第二反射訊號。

該等第二反射訊號穿過該等反射片22而由該聚焦部21聚焦集中於該第二方向，以產生一能量集中於該第一方向和該第二方向的第一輻射場。

在此更進一步地以該等反射片22間隔排列地設置於該反射板23的該第一面231為例來說明，由於設置於 該反射板23上的第一面231之該等反射片22平行排列的方向與該第一饋入天線1的該等第一極化訊號的電場極化方向相同(電場極化方向如圖3的虛線所示)，因此，該等反射片22會阻擋該等第一極化訊號的通過，而使該等第一極化訊號由該輔助反射單元2的該等反射片22反射而成為該等第一反射訊號，該等第一反射訊號反射至該主反射板31上，而反射出複數個第二反射訊號，其中，每一第一極化訊號經過該輔助反射單元2而反射至該主反射板31所行經的路徑並不相同，因此需藉由該主反射板31上的該等共振元件32之相位延遲之設計，才能對因為行經不同路徑所造成的相位不同的訊號做一相位補償的動作，所以，該等第一反射訊號可分別藉由該主反射板31上的該等共振元件32使反射產生的每一第二反射訊號調整成同相位，且使該等第一反射訊號的電場極化方向由該第一方向轉向90度成平行於該第二方向，也就是說，該等第一反射訊號能夠藉由該主反射板31上的該等共振元件32的相位補償，而產生相位一致的該等第二反射訊號，而使該等第二反射訊號皆能朝向某一方向輻射，以達到該等第二反射訊號的能量於該第一方向能集中。

由於該等第二反射訊號的該等電場極化方向已藉由該等共振元件轉向成與該輔助反射單元2的該等反射片22同相位，因此，該等第二反射訊號能集中於該第一方向且可通過該等反射片22經由該凸透鏡24而產生該第一輻射場輻射出去，因為該凸透鏡24於該第二方向呈向外彎 曲，所以能使該第一輻射場的一能量能集中於該第二方向，也就是說，該第一輻射場能藉由該等共振元件32的相位補償而使該能量集中於該第一方向，並藉由該凸透鏡24的曲度使該能量亦集中於該第二方向。更由於該第一輻射場的該能量不僅能集中於該第一方向，亦能集中於該第二方向，所以該聚焦天線的該第一輻射場呈一窄波束且具有能量集中之高增益特性，如圖4所示，因此，可利用本發明聚焦天線的該第一饋入天線1的電場極化方向和該等反射片22延伸的方向相配合而維持同方向，且該等反射片22延伸的方向和該凸透鏡24向外彎曲的方向呈90度，則能使本聚焦天線操作於一遠距離模態。

參閱圖5和圖6，本發明聚焦天線的一第二實施例類似於該第一實施例，不同之處在於該聚焦天線還包含一第二饋入天線4，該第二饋入天線4穿設於該主反射板31且不與該第一饋入天線1重疊的，該第二饋入天線4輻射出複數個電場極化方向平行於該第二方向的第二極化訊號。

因此，在本實施例中的本發明聚焦天線可同時應用於一遠距離模態，及一近距離模態，在該遠距離模態時，其操作模式已於該第一實施例說明，故，在此不再贅述：而在近距離模態時，該第二饋入天線4輻射出該等第二極化訊號至該輔助反射單元2，由於設置於該平面241上的該等反射片22所設置的方向與該第二饋入天線4的該等第二極化訊號的該電場極化方向呈垂直(電場極化方向 如圖6之虛線所示)，所以該等第二極化訊號會通過該等反射片22而直接經由該凸透鏡24而產生一第二輻射場輻射出去，更由於該凸透鏡24於該第二方向呈該曲面242，所以能使該第二輻射場的一能量能集中於該第二方向，也就是說，在近距離模態時該第二輻射場的該能量為該第一方向未集中，但在該第二方向則會因為該凸透鏡24的聚焦而集中的扁寬波束，所以，該聚焦天線在近距離模態時由於該第二饋入天線4和該等反射片22延伸的方向呈90度，所以其第二輻射場的一波束僅會呈現為於該第一方向視角較寬廣的該扁寬波束，所以雖然該第二饋入天線4未經過該反射單元9的一反射機制，但仍能藉由該凸透鏡24的聚焦而能適當地提高增益，如圖7所示，以適用於一近距離模態。

參閱圖8，本發明聚焦天線的一第三實施例類似於該第二實施例，其不同之處在於該聚焦部21可只具有該凸透鏡24，且該等反射片22可直接間隔排列並朝該第一方向延伸的設置於該凸透鏡24的平面241上，而不設置於該反射板23上，其動作原理如該第一實施例和該第二實施例所述，在此不再贅述。

綜上所述，本發明聚焦天線具有以下幾項特點：

1.本聚焦天線利用該輔助反射單元2的該等反射片22和該第一饋入天線1的相配合達到可藉由該主反射單元3的該等共振元件32將該第一輻射場的能量於該第一 方向再聚焦之設計，並利用沿該第二方向呈向外彎曲的該凸透鏡24使該第一輻射場的能量於該第二方向能更聚焦，故，當本聚焦天線欲使用於遠距離模態時，僅要使該等反射片22延伸的方向和該凸透鏡24向外彎曲的方向垂直，且該等反射片22延伸的方向和該第一饋入天線1的電場極化方向呈平行，即可使該第一饋入天線1輻射出來的該等第一極化訊號經過該等反射片22反射，再藉由該主反射單元3反射並通過該聚焦部21，而使該第一輻射場的能量於該第一方向和該第二方向聚焦。

2.反之，當本聚焦天線欲使用於近距離模態時，僅要使該等反射片22延伸的方向和該凸透鏡24向外彎曲的方向垂直，且該等反射片22延伸的方向和該第一饋入天線1的電場極化方向維持90度，即可使該第二饋入天線4輻射出來的該等第二極化訊號直接經過該輔助反射單元2僅藉由該凸透鏡24使該第二輻射場的能量於該第二方向聚焦。

3.本聚焦天線在遠距離模態之操作能使該第一輻射場的能量達到集中於該第一方向和該第二方向之效果，因此有高增益、窄波束之特性；而在近距離模態時之操作則能使該第二輻射場的能量則未集中於該第一方向，但能集中於該第二方向，以達到該第二輻射場的該波束呈扁寬之態樣，因此，本發明聚焦天線不論是應用於遠距離模態或是近距離模態都可以避免將該能量浪費於不必要之方位，而能將該第一輻射場和該第二輻射場的能量能集中 於所需要的方位，進而適當的提高增益。

4.且由於該聚焦天線是藉由反射再反射達到能量集中且高增益之特性，更由於該第一饋入天線1、該第二饋入天線4和該主反射單元3為同一維度，所以該第一饋入天線1、該第二饋入天線4不須與該主反射單元3距離一固定焦距的距離，因此本發明聚焦天線之高度會比現有的聚焦天線之高度減少一半。

故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧第一饋入天線

2‧‧‧輔助反射單元

21‧‧‧聚焦部

22‧‧‧反射片

23‧‧‧反射板

24‧‧‧凸透鏡

3‧‧‧主反射單元

31‧‧‧主反射板

32‧‧‧共振元件

Claims (10)

1. 一種聚焦天線，包含：一第一饋入天線，輻射出複數個電場極化方向平行於一第一方向的第一極化訊號；一輔助反射單元，間隔設置於該第一饋入天線，並包括一遠離該第一饋入天線的聚焦部，及複數條設置於該聚焦部上且鄰近於該第一饋入天線並平行於該第一方向而間隔排列的反射片，該等反射片反射該等第一極化訊號而產生複數個第一反射訊號；及一主反射單元，將來自該輔助反射單元的該等第一反射訊號做相位補償及旋轉該等第一反射訊號的電場極化方向，而產生複數個電場極化方向為平行一第二方向的第二反射訊號，該第二方向垂直於該第一方向，該等第二反射訊號穿過該等反射片而由該聚焦部聚焦集中，以產生一第一輻射場。
2. 如請求項1所述的聚焦天線，其中，該聚焦部具有一凸透鏡，該凸透鏡具有一設置該等反射片的平面，及一朝相反於該平面且沿該第一方向延伸的曲面。
3. 如請求項1所述的聚焦天線，其中，該聚焦部具有一反射板，具有一鄰近該主反射單元且設置該等反射片的第一面，及一第二面，一凸透鏡，具有一設置於該第二面的平面，及一朝相反於該平面且沿該第一方向延伸的曲面。
4. 如請求項3所述的聚焦天線，其中，該主反射單元還包括一主反射板，間隔設置於該輔助反射單元，以供該第一饋入天線穿設，及複數個共振元件，間隔排列地設置於該主反射板上且鄰近該輔助反射單元，該等共振元件反射該等第一反射訊號並對該等第一反射訊號做相位補償及旋轉該等第一反射訊號的電場極化方向至該第二方向而成為複數個第二反射訊號。
5. 如請求項4所述的聚焦天線，還包含一第二饋入天線，穿設於該主反射板且不與該第一饋入天線重疊的，該第二饋入天線輻射出複數個電場極化方向平行於該第二方向的第二極化訊號，其中，該等第二極化訊號通過該等反射片而經由該凸透鏡聚焦集中，而產生一第二輻射場。
6. 一種聚焦天線，包含：一第二饋入天線，輻射出複數個電場極化方向垂直於一第一方向的第二極化訊號；及一輔助反射單元，間隔設置於該第二饋入天線，並包括一聚焦部，及複數條設置於該聚焦部上且鄰近於該第二饋入天線，並平行於該第一方向而間隔排列的反射片，該等第二極化訊號通過該等反射片而經由該凸透鏡聚焦集中，而產生一第二輻射場。
7. 如請求項6所述的聚焦天線，其中，該聚焦部具有一凸透鏡，具有一設置該等反射片的平面，及一朝相反於該平面且沿該第一方向延伸的曲面。
8. 如請求項6所述的聚焦天線，其中，該聚焦部具有一反射板，具有一鄰近該主反射單元且設置該等反射片的第一面，及一第二面，及一凸透鏡，具有一設置於該第二面的平面，及一朝相反於該平面且沿該第一方向延伸的曲面。
9. 如請求項8所述的聚焦天線，還包含一第一饋入天線，間隔設置於該輔助反射單元，而輻射出複數個電場極化方向平行於該第一方向的第一極化訊號，該等第一極化訊號會被該等反射片反射而產生複數個第一反射訊號。
10. 如請求項9所述的聚焦天線，還包含一主反射單元，該主反射單元包括一主反射板，間隔設置於該輔助反射單元以供該第一饋入天線和該第二饋入天線穿設，且該第一饋入天線不與該第二饋入天線重疊，及複數個共振元件，間隔排列地設置於該主反射板上且鄰近該輔助反射單元，該等共振元件反射該等第一反射訊號，並對該等第一反射訊號做相位補償及旋轉該等第一反射訊號的電場極化方向，而產生複數個電場極化方向平行一第二方向的第二反射訊號，該等第二反射訊號通過該等反射片而經由該凸透鏡 聚焦集中於該第二方向，而產生一第一輻射場，其中，該第一方向垂直於該第二方向。