TW202021187A - 用於毫米波段的低損耗和撓性傳輸線整合型天線及包含其的行動通訊終端機 - Google Patents

用於毫米波段的低損耗和撓性傳輸線整合型天線及包含其的行動通訊終端機 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線。前述低損耗和撓性傳輸線整合型天線包括天線及與前述天線整合之傳輸線。此處，前述天線包括：介電基板，其由在接地板上具有某一厚度之介電質形成；訊號轉換部分，其形成於前述介電基板上，且將行動通訊終端機之電訊號轉換為電磁訊號且將前述電磁訊號輻射至空氣中，或在前述空氣中接收電磁訊號且將前述電磁訊號轉換為前述行動通訊終端機的電訊號；及電力饋送部分，其形成於前述介電基板上且連接至前述訊號轉換部分。

Description

用於毫米波段的低損耗和撓性傳輸線整合型天線及包含其的行動通訊終端機
[相關申請案之交互參照]
本申請案主張2018年10月18日申請之韓國專利申請案第10-2018-0124672號的優先權及權益，該案之全部揭示內容以引用的方式併入本文中。
本發明係關於用於毫米波段之天線，且更特定言之，係關於用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線，其使用低損耗奈米片，而非為習知的且具有高損耗之基於聚醯亞胺或液晶聚合物，且將傳輸線及天線整合來適用於行動裝置。
下一代5G行動通訊系統經由幾十千兆之高頻帶執行通訊，且甚至其中之智慧電話仍需要幾十千兆的高頻帶天線。特定言之，在諸如智慧電話之行動裝置中所使用的行動內建式天線接收智慧電話中之環境的大量影響。此處，有必要在最小化周圍影響之位置處定位天線。又，為了以低損耗傳輸或處置超高頻率，低損耗且高效能之傳輸線為必要的。
一般而言，在天線及傳輸線中所使用之介電質可進一步以介電常數的較低損耗減少功率耗散。因此，為了製造用於特高頻訊號傳輸的具有低損耗及高效能之傳輸線及天線，有必要在可能時使用具有低的相對介電常數及低損耗正切之材料。特定言之，為了有效地傳輸在5G行動通訊網路中所使用的具有在3.5 GHz及28 GHz之頻帶中之頻率的訊號，甚至在28 GHz之毫米波段中仍具有低損耗的傳輸線及天線之重要性愈來愈多地增大。
本發明係針對提供一種用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線，其中使用具有低的相對介電常數及低損耗正切值之材料，且使用具有多種可撓性之撓性材料來整合具有低損耗及高效能的傳輸線及天線。
本發明亦針對提供一種包括用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線的行動通訊終端機。
根據本發明之一態樣，提供一種用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線。前述低損耗和撓性傳輸線整合型天線包括天線及與前述天線整合之傳輸線。此處，前述天線包括：介電基板，其由在接地板上具有某一厚度之介電質形成；訊號轉換部分，其形成於前述介電基板上，且將行動通訊終端機之電訊號轉換為電磁訊號且將前述電磁訊號輻射至空氣中，或在前述空氣中接收電磁訊號且將前述電磁訊號轉換為前述行動通訊終端機的電訊號；及電力饋送部分，其形成於前述介電基板上且連接至前述訊號轉換部分。前述傳輸線包括：中央導體，其具有連接至前述天線之前述電力饋送部分的一末端且傳輸前述所傳輸或接收之電訊號；外部導體，其具有與前述中央導體之軸線相同的軸線且在前述中央導體之軸向方向上環繞前述中央導體；及介電質，其在前述軸向方向上形成於前述中央導體與前述外部導體之間。前述介電質為片材料，其具有藉由在高電壓下對樹脂進行靜電紡絲所形成之奈米結構。
彼等導體及奈米片介電質可形成為不僅具有單一疊層結構而且具有多層結構，其中複數個層經重複且可經由多重結構同時傳輸及接收多個訊號。又，對於在導體與奈米片介電質之間具有可靠性之接合結構，導體及奈米片介電質可使用具有薄膜層之低的相對介電常數及低介電損耗之結構的接合片來連接。
天線可包括微帶貼片訊號輻射器、多種貼片類型之天線輻射器，或對角線型貼片天線結構。天線輻射器貼片可定位於最高末端部分處，具有某一厚度之奈米片介電質可形成於天線輻射器貼片的底部表面上，且由金屬形成之接地板可進一步提供於最低末端表面上。為了有效地耦接導體中之每一者與奈米片介電質，可使用低損耗介電接合片來增強接合力且可於奈米片上直接形成導體。
與天線耦接之傳輸線可使用奈米片介電質作為介電質且由微帶線形成，該微帶線包括在平行於訊號線之方向上沿著邊緣的複數個通孔，且微帶線之訊號導體線可直接連接至輻射器貼片導體。
天線可為雙極天線、單極天線，或建置於行動通訊終端機中之內建式天線，且可包括平面倒F型天線(planar inverted F antenna; PIFA)。
天線可包括形成有多種狹槽之槽孔天線。
根據本發明之另一態樣，提供一種行動通訊終端機，其包括利用奈米片介電質的上文所述之低損耗傳輸整合型天線。
下文中，本發明之示範性實施例將參看所附圖式來詳細地描述。由於本說明書中所揭示之實施例及圖式中所示之組件僅為本發明的示範性實施例且並不表示本發明之技術概念的整體，因此應理解，多種等效物及修改能夠替代實施例，且組件可在本申請案申請時存在。
圖1A為作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的傳輸線整合型貼片天線之透視圖。圖1B為利用適用於大量生產之基板整合型波導(SIW)結構的傳輸線整合型天線之透視圖。圖1C為說明圖1B中之傳輸線整合型天線之SIW結構的放大視圖。
圖2為根據本發明之一實施例的傳輸線整合型貼片天線之平面圖。圖3為根據本發明之一實施例的傳輸線整合型貼片天線之前視圖。
參看圖1至圖3，作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的用於毫米波段之傳輸線整合型貼片天線包括天線110、210或310及與天線110、210或310整合之傳輸線120、220或320。
圖4為依據根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的貼片天線之透視圖。圖5為依據根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的貼片天線之平面圖。圖6為依據根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的貼片天線之前視圖。
參看圖1至圖6，天線110、210或310包括接地板410或610、介電基板420、520或620、訊號轉換部分430、530或630、及電力饋送部分440、540或640。
接地板410或610定位於貼片天線110或210之底部表面上，執行接地之功能，且包括金屬。
介電基板420、520或620由在接地板410或610上具有某一厚度之介電質形成。
訊號轉換部分430、530或630形成於介電基板420、520或620上，且將行動通訊設備之電訊號轉換為電磁波訊號且將電磁波訊號輻射至空氣中或接收且轉換空氣中之電磁波訊號為行動通訊終端機的電訊號。
電力饋送部分440、540或640形成於介電基板420、520或620上，且連接至訊號轉換部分430、530或630。
圖7為具有扁平電纜之形式的傳輸線之透視圖，該傳輸線為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的組件。圖8為傳輸線(扁平電纜)之前視圖，該傳輸線為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的組件。
參看圖1至圖8，傳輸線120、220或320包括中央導體710或810、外部導體720或820、及介電質730或830。
中央導體710或810之一末端連接至天線110、210或310的電力饋送部分440、540或640，且作為訊號線傳輸所傳輸或接收之電訊號。
外部導體720或820具有與中央導體710或810之軸線相同的軸線，且在中央導體之軸向方向a-b上遮蔽中央導體710或810。
介電質730或830在軸向方向上形成於中央導體與外部導體之間。
在天線110、210或310中所使用之介電基板420、520或620及在傳輸線120、220或320中所使用之介電質730或830可為具有藉由在高電壓下對多種相(固體、液體及氣體)之樹脂進行靜電紡絲所形成之奈米結構的材料。
用作形成根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線中之天線及傳輸線的介電質之材料的奈米結構材料為藉由在多種相(固體、液體及氣體)當中選擇足夠的樹脂且在某一高電壓下對樹脂進行靜電紡絲所形成的材料，且在本說明書中將稱為奈米氟龍。圖9說明經由靜電紡絲製造奈米氟龍之設備的實例。當包括聚合物之聚合物溶液920注入至噴射器910中並經施加高電壓930且聚合物溶液以某一速度流入噴射器910與執行紡絲之基板之間時，隨著電力施加至歸因於表面張力自毛細管之末端懸置的液體，得以形成奈米大小之絲線940，且隨著時間過去，得以累積具有奈米結構之非編織奈米纖維950。由經累積之奈米纖維形成的材料為奈米氟龍。作為用於靜電紡絲之聚合物材料，例如，存在聚氨酯(polyurethane; PU)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidine diflouride ; PVDF)、耐綸(聚醯胺)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile; PAN)，及其類似者。奈米氟龍具有低的介電常數及大量空氣，且可用作傳輸線之介電質及天線的介電基板。本發明中所使用之奈米氟龍的相對介電常數(εr)為約1.56，且為介電損耗正切值之Tan δ為約0.0008。與具有4.3之相對介電常數及0.004之介電損耗正切值的聚醯亞胺之彼等相比，奈米氟龍之相對介電常數及介電損耗正切值為顯著低的。然而，根據本發明之傳輸線整合型天線使用低損耗及撓性材料，以便為撓性的且在甚至在智慧電話之小空間中的安裝中提供可撓性。
同時，圖1至圖8中所使用之介電質可為具有藉由在高電壓下對各種相之樹脂進行靜電紡絲所形成之奈米結構的奈米片介電質。
包括於圖1至圖8中所示的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線中的導體及奈米片介電質不僅包括單一疊層結構而且包括多層結構，其中複數個層經重複以便同時傳輸及接收多重訊號。又，對於增加在導體與奈米片介電質之間的可靠性之接合結構，導體及奈米片介電質可使用具有薄膜層之低的相對介電常數及低介電損耗之結構的接合片來連接。
又，根據本發明之低損耗和撓性傳輸線整合型天線包括微帶貼片訊號輻射器、多種形狀的貼片型天線輻射器結構，或對角線型貼片天線結構。天線輻射器貼片可定位於最高末端表面上，具有某一厚度之奈米片介電質可形成於天線輻射器貼片的底部表面上，且由金屬形成之接地板可形成於最低末端表面上。特定言之，為了導體中之每一者與奈米片介電質之間的有效耦接，可使用低損耗介電接合片來加強接合力，且可於將要利用之奈米片介電質上沈積導體。
又，在低損耗和撓性傳輸線整合型天線中與天線整合之傳輸線可使用相同的奈米片介電質作為介電質。參看圖1C，傳輸線120包括具有某一厚度之奈米片介電質126、形成於奈米片介電質126之頂部表面及底部表面上的導體128及129、及形成為奈米片介電質126以及導體128及129之中心中之訊號線的微帶線訊號線124。複數個通孔122可在形成於奈米片介電質126上方之導體表面128與形成於奈米片介電質126下方的導體表面129之間形成。亦即，根據本發明之低損耗和撓性傳輸線整合型天線可包括微帶線結構，其中複數個通孔在平行於微帶線訊號線124之方向上在傳輸線120的縱向方向上形成邊緣。微帶線訊號線124直接連接至天線之輻射器貼片導體112。
複數個通孔122為SIW結構來防止訊號線之洩漏及雜訊的傳輸及接收，且提供關於諸如毫米波段之寬頻帶的極佳雜訊切割性質。
圖10說明作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的傳輸線整合型貼片天線之波束場型(輻射場型)。波束場型為所輻射之電磁波的電場強度，且指示方向性。
圖11說明依據作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的傳輸線整合型貼片天線之頻率的輸入反射參數S11。參看圖11，可見，在根據本發明之一實施例的傳輸線整合型貼片天線中，S11值在為5G通訊頻率之28 GHz的頻率下減小，且輸入至天線中之訊號功率經反射，並不返回，經由天線在外部最大程度地輻射，具有高輻射效率，且良好地匹配。
圖12說明作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的傳輸線整合型貼片天線之增益性質。參看圖12，可見，天線具有在0弧度下約6.6 dBi之極高天線增益性質，作為垂直極化的增益性質。
同時，用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線不僅包括貼片天線或微帶貼片天線，而且包括使用介電質之天線及傳輸線。舉例而言，根據本發明之天線可應用於雙極天線或單極天線。又，天線為建置於行動通訊終端機中之內建式天線，且可應用於平面倒F型天線(PIFA)。
圖13為作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之另一實例的傳輸線整合型雙極天線之平面圖。圖14為作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之另一實例的傳輸線整合型雙極天線之軸向(圖13之c-d)橫截面圖。
參看圖13及圖14，傳輸線整合型雙極天線包括為傳輸線之扁平電纜1310及與扁平電纜1310整合的雙極天線1320。又，雙極天線1320包括雙極訊號轉換部分1410及介電質1420，且扁平電纜1310包括傳輸訊號之中央導體1440、外部導體1430、及介電質1450，介電質1450由在中央導體與外部導體之間具有低的介電常數及低損耗之材料形成。
根據本發明之另一實施例的傳輸線整合型雙極天線包括連接至扁平電纜1310之訊號線的一末端15、及連接至天線之接地線的另一末端16。
同時，圖15說明行動通訊設備之實例，根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線安裝於該行動通訊裝置上。參看圖15，根據本發明之行動通訊終端機包括根據本發明的低損耗和撓性傳輸線整合型天線TLIA，該天線連接至行動通訊終端機之電路模組，傳輸及接收電訊號，且經由天線輻射電磁波。
根據本發明之實施例，用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線可用作在下一代5G行動通訊系統之智慧電話中使用的用於幾十千兆之高頻帶的天線。
特定言之，根據本發明之實施例的低損耗和撓性傳輸線整合型天線使用具有低的相對介電常數及低損耗正切值之介電材料用於在傳輸線及天線中所使用的介電質，以便以較小損耗傳輸或輻射超高頻訊號。
又，在根據本發明之實施例的低損耗和撓性傳輸線整合型天線中，可歸因於傳輸線與天線之間的連接部分而出現的損耗可藉由整合傳輸線與天線以便減小超高頻帶中之訊號的損耗來消除。
又，行動內建式天線可使用具有可撓性之撓性材料實施，以便在最小化諸如智慧電話及其類似者之行動設備中之周圍影響的位置處定位天線。
儘管已參考圖式中所示之實施例描述了本發明，但應理解，實施例僅為實例且多種修改及其等效物可藉由一般熟習此項技術者進行。因此，本發明之技術範疇應藉由所附申請專利範圍的技術概念來界定。
15:末端 16:末端 110:天線/貼片天線 112:輻射器貼片導體 120:傳輸線 122:通孔 124:微帶線訊號線 126:奈米片介電質 128:導體/導體表面 129:導體/導體表面 210:天線/貼片天線 220:傳輸線 310:天線 320:傳輸線 410:接地板 420:介電基板 430:訊號轉換部分 440:電力饋送部分 520:介電基板 530:訊號轉換部分 540:電力饋送部分 610:接地板 620:介電基板 630:訊號轉換部分 640:電力饋送部分 710:中央導體 720:外部導體 730:介電質 810:中央導體 820:外部導體 830:介電質 910:噴射器 920:聚合物溶液 930:高電壓 940:絲線 950:非編織奈米纖維 1310:扁平電纜 1320:雙極天線 1410:雙極訊號轉換部分 1420:介電質 1430:外部導體 1440:中央導體 1450:介電質 a-b:軸向方向 c-d:軸向 S11:輸入反射參數 TLIA:低損耗和撓性傳輸線整合型天線
藉由參看隨附圖式詳細描述本發明之示範性實施例，本發明之以上及其他目標、特徵及優點將對一般熟習此項技術者變得更加顯而易見。
圖1A為作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的傳輸線整合型貼片天線之透視圖。
圖1B為利用適用於大量生產之基板整合型波導(substrate integrated waveguide; SIW)結構的傳輸線整合型天線之透視圖。
圖1C為說明圖1B中之傳輸線整合型天線之SIW結構的放大視圖。
圖2為根據本發明之一實施例的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線的平面圖。
圖3為根據本發明之一實施例的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線的前視圖。
圖4為依據根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的貼片天線之透視圖。
圖5為依據根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的貼片天線之平面圖。
圖6為依據根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的貼片天線之前視圖。
圖7為傳輸線(扁平電纜)之透視圖，該傳輸線為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的組件。
圖8為傳輸線之前視圖，該傳輸線為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的組件。
圖9說明經由靜電紡絲製造奈米氟龍之設備的實例。
圖10說明作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的傳輸線整合型貼片天線之波束場型(beam pattern)(輻射場型(radiation pattern))；
圖11說明依據作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的傳輸線整合型貼片天線之頻率的輸入反射參數S11。
圖12說明作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的傳輸線整合型貼片天線之增益性質。
圖13為作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的傳輸線整合型雙極天線之平面圖。
圖14為作為根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線之實例的傳輸線整合型雙極天線之軸向橫截面圖。
圖15說明行動通訊設備之實例，根據本發明的用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線安裝於該行動通訊設備上。
110:天線/貼片天線
120:傳輸線

Claims (8)

  1. 一種用於毫米波段之低損耗和撓性傳輸線整合型天線，包含： 天線；及 傳輸線，其與前述天線整合， 其中前述天線包含： 介電基板，其由在接地板上具有某一厚度之介電質形成； 訊號轉換部分，其形成於前述介電基板上，且將行動通訊終端機之電訊號轉換為電磁訊號且將前述電磁訊號輻射至空氣中，或在前述空氣中接收電磁訊號且將前述電磁訊號轉換為前述行動通訊終端機的電訊號；及 電力饋送部分，其形成於前述介電基板上且連接至前述訊號轉換部分， 其中前述傳輸線包含： 中央導體，其具有連接至前述天線之前述電力饋送部分的一末端且傳輸所傳輸或所接收之前述電訊號； 外部導體，其具有與前述中央導體之軸線相同的軸線且在前述中央導體之軸向方向上環繞前述中央導體；及 介電質，其在前述軸向方向上形成於前述中央導體與前述外部導體之間，且 其中前述介電質為片材料，其具有藉由在高電壓下對樹脂進行靜電紡絲所形成之奈米結構。
  2. 如請求項1所記載之低損耗和撓性傳輸線整合型天線，其中前述天線及前述傳輸線使用低損耗接合片加強前述中央導體和前述外部導體及前述介電片之接合力或藉由在奈米片上沈積前述中央導體和前述外部導體而形成。
  3. 如請求項1所記載之低損耗和撓性傳輸線整合型天線，其中前述傳輸線包含： 奈米片介電質，其具有某一厚度； 導體表面，其形成於前述奈米片介電質之頂部表面及底部表面上；及 微帶線傳輸線，其形成為前述奈米片介電質中之訊號線及前述導體表面的中部，且 其中複數個通孔形成於在前述奈米片介電質上方形成之前述導體表面與在前述奈米片介電質下方形成的前述導體表面之間。
  4. 如請求項1所記載之低損耗和撓性傳輸線整合型天線，其中前述天線為貼片天線、微帶貼片天線或對角線型貼片天線結構，且前述訊號轉換部分為貼片， 其中前述貼片天線或前述微帶貼片天線由金屬形成，且進一步包含定位於前述底部表面上之接地板，且 其中前述介電基板由在前述接地板上具有某一厚度之介電質形成，且具有傳輸線延伸型結構。
  5. 如請求項1所記載之低損耗和撓性傳輸線整合型天線，其中前述天線為雙極天線或單極天線。
  6. 如請求項1所記載之低損耗和撓性傳輸線整合型天線，其中前述天線為平面倒F型天線(PIFA)，作為建置於行動通訊終端機中之內建式天線。
  7. 如請求項1所記載之低損耗和撓性傳輸線整合型天線，其中前述天線為經由多種狹槽實施之槽孔天線。
  8. 一種行動通訊終端機，其包含如請求項1至7中任一項所記載之用於毫米波段的低損耗和撓性傳輸線整合型天線。
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