TW202038509A - 整合有具備堆疊式平面共振器的濾波器的天線設備 - Google Patents

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Abstract

本發明記載一種天線設備，其包括整合有一濾波器的一天線。該天線設備包括複數個平面共振器，其中該複數個平面共振器中之至少一些各自封圍在一金屬腔中，且至少一個平面共振器暴露於自由空間以形成一輻射體元件。該天線設備具有一濾波器轉移函數，該濾波器轉移函數至少部分地由該平面輻射體元件之尺寸及該平面輻射體元件在該天線設備內之位置來判定。

Description

整合有具備堆疊式平面共振器的濾波器的天線設備
本發明大體上係關於無線通信，且更特定而言係關於天線及天線濾波器。 相關專利申請案
本申請案係關於標題為「整合有濾波器的天線設備（ANTENNA APPARATUS WITH INTEGRATED FILTER）」的TW專利申請案及標題為「具備整合有濾波器的天線元件的天線陣列（ANTENNA ARRAY HAVING ANTENNA ELEMENTS WITH INTEGRATED FILTERS）」的TW專利申請案，兩個TW專利申請案與本申請案同時受讓於本受讓人，且特此明確以引用方式併入本文中。
在無線通信系統中，天線用於接收及/或傳輸電磁信號。在傳輸期間，發出電能，而在接收期間，捕獲電能。在射頻（RF）系統中，將濾波器放置在天線後方，以拒斥系統所關注頻帶以外的任何干擾。濾波器通常設計為共振器的互連，該等共振器經恰當耦接以在所要頻帶中操作同時提供充足選擇性。此結構的共振頻率與共振器以及整個結構的實體尺寸直接有關。通常，當共振器之實體尺寸接近一半波長時，實現共振。
一種天線設備包括整合有一濾波器的一天線。該天線設備包括複數個平面共振器，其中該複數個平面共振器中之至少一些各自封圍在一金屬腔中，且至少一個平面共振器暴露於自由空間以形成一輻射體元件。該天線設備具有一濾波器轉移函數，該濾波器轉移函數至少部分地由該平面輻射體元件之尺寸及該平面輻射體元件在該天線設備內之位置來判定。
如上文所論述，濾波器連接至RF系統中之天線，以拒斥所關注頻帶以外的干擾。由於天線在大多數情況下不能提供所需的選擇性，因此天線及濾波器為單獨設計的，且然後互連以實現所需的功能性。濾波器典型地經設計為共振器之互連，該等共振器經恰當地耦接以在期望的頻帶中操作，同時提供充足選擇性及恰當通帶阻抗匹配。相位陣列天線包括數個天線元件，其中每一天線元件連接至濾波器。通常在習用系統中，天線元件之柵格間距使得每一濾波器不能經定位成與對應天線元件相鄰。因此，在濾波器與天線元件之間的連接可包括導線、微帶、帶狀線、導電跡線或其他引入信號損失的導電連接。另外，在習用系統中，濾波器及天線元件通常為單獨實現的，需要在濾波器與天線元件之間插置阻抗匹配網路。此可導致額外損失及掃描體積減小。在相位陣列中，天線所經歷的主動阻抗隨掃描角度而改變，因此，阻抗匹配網路必須在天線所經歷的不同主動阻抗之間做出折衷，以便在掃描體積內的所有角度皆達到一定的回波損耗位準。
根據本文中所論述之實例，相位陣列天線組件的每一天線元件為天線設備，該天線設備為具有與濾波器相同的固有行為的輻射結構。因此，濾波器為每一天線元件的一部分，且相位陣列天線提供濾波。相較於可能藉助濾波器經實施在柵格間距內的習用技術的天線設備，形成天線元件的每一整合式濾波器天線設備可經實施以適應更小的柵格間距。因此，與習用天線相比，消除在輻射體與濾波器之間的有損連接，同時以較小柵格間距來增加掃描體積。
應用濾波器的設計方法以便創建具有與濾波器相同的固有行為的輻射結構（天線），以實施形成天線元件的天線設備。例如，傳輸及接收在受限通帶內的信號，同時拒斥通帶以外的信號（或至少顯著地衰減）。因此，兩種功能（輻射及濾波）皆組合在單一結構中。儘管習用天線在一些頻率衰減時可具有固有濾波特性，但本文中所論述的天線設備的實例經設計為藉由選擇共振器、輻射體及整體結構的尺寸以及選擇與在輻射體與結構的其餘部分之間的關係有關的尺寸來具有特定的所要濾波器轉移函數。因此，該結構經組態以藉由考慮在輻射體與包括濾波器組件的其他組件之間的相互作用來獲得所要的總頻率回應。另外，可消除互連，從而減少歐姆損耗以形成緊湊結構。緊湊結構可在諸多情況下對於獨立天線系統及對於多元件天線陣列兩者皆為有利的。如上文所論述，天線設備的緊湊結構允許將天線設備實施為柵格間距是一半波長或更少的相位陣列天線內的每一天線元件。因此，相位陣列天線包括濾波功能性。所得的具有整合濾波的相位陣列結構具有設計特性，其中濾波器的設計參數判定掃描體積以及其他效能特性。由於每一天線元件的輻射元件的尺寸至少部分地受到天線設備之共振器之組件的尺寸所限制，因此共振器尺寸的選擇限制相位陣列天線之柵格間距的尺寸。掃描體積至少部分地由柵格間距所判定，且因此取決於天線設備中共振器中之一者的至少一個尺寸。
在下文所論述的一些實例中，天線設備包括多個金屬貼片共振器，其經封圍在金屬腔內，垂直地堆疊且相互耦接。藉助一種技術，在金屬貼片之間的耦接係藉由接地平面或窗孔（IRIS）中之精確形狀開口來實現。在其他情況下，使用金屬柱（有時稱為通孔）的層間電連接被用來耦接金屬貼片。
所論述結構的一個優點係使用共振器之一（輻射共振器）作為輻射體。輻射共振器未完全封圍，從而允許結構輻射至自由空間中並充當天線。經由在所有三度空間尺寸中進行尺寸控制且耦接至自由空間及下面之共振器兩者，形成輻射至自由空間中之濾波器。因此，天線設備之濾波轉移函數至少部分地基於在輻射體元件（暴露於自由空間之共振器元件）與天線設備之另一組件（諸如，輻射體元件與另一共振器金屬貼片之間的接地貼片）之間的距離。
圖1A為包括複數個天線元件12的相位陣列天線10的方塊圖，其中每一天線元件包括整合有濾波器的天線設備14。例如，將複數個天線元件12固定在框架或其他總成（未示出）中，以使天線元件12相對於其他天線元件保持固定在適當位置中。在一些情況下，整個相位陣列結構可作為單一單元來移動及定向。在典型的實施方式中，每一天線元件連接至其他電路，使得可操縱傳輸及/或接收的信號的相位，以改變由相位陣列天線所形成的天線波束之方向及/或形狀。
天線元件藉由柵格間距彼此分離，其中天線元件12之尺寸典型地判定柵格間距。由於天線元件不一定為正方形的，因此第一維度（例如，寬度）18中之柵格間距16可不同於相位陣列柵格之第二維度（例如，長度）22中之柵格間距20。相位陣列天線可包括任何數目個天線元件。對於圖1A中之實例，示出包括黑點之4×4陣列，以指示在兩個維度18、22中可包括額外天線元件。陣列可包括任何數目個元件，其中典型數目範圍為自16至數千。每一定向上之天線元件之數目及柵格間距典型地取決於天線陣列之特定應用。對於根據5G規範操作之基地台，天線陣列典型地具有以8×8組態配置之64個元素。多個天線亦可一起操作以形成例如128、256、512、1024元素之較大陣列，或其他組態。對於室內應用及行動裝置，陣列大小較小，典型地具有以4×4或2×8陣列組態之16個元素。在一些情況下，掃描體積在水平維度上比在垂直維度上大，其中以波長（λ）為單位之合適柵格間距的實例為約0.45 λ × 0.65 λ。
對於本文中之實例，柵格間距沿著一維度為一致的，使得沿著第一維度18之間距16為相同的，而沿著第二維度22之間距20為相同的，但第一維度間距16可能不與第二維度間距20相同。然而，在一些情況下，沿著維度18、22中之至少一者的柵格間距可能不一致。
圖1B為圖1A的相位陣列天線10內的複數個天線元件12中之一者的實例的方塊圖。用於本文中之實例的天線元件12中之每一者為天線設備14，該天線設備為包括彼此耦接之至少兩個共振器24、26的整合結構，其中共振器中之一者為輻射元件24。至少另一共振器26經封圍在金屬外殼28內。
圖1C為整合有濾波器的天線設備100的方塊圖。天線設備100為輻射濾波器，其中至少兩個共振器彼此耦接且該等共振器中之一者為輻射體。取決於特定實施方式，天線設備可用於傳輸、接收或兩者。因此，天線設備100為圖1A及圖1B之天線設備14的實例。對於圖1C之實例，天線設備100包括輸入共振器102、中間共振器104及形成輻射體之輸出共振器106。如下文所論述，天線設備100可包括若干個中間共振器104。對於本文中之實例，每一非輻射共振器102、104形成有金屬的共振器元件108、110，其位於金屬外殼116、118之腔112、114內。金屬外殼116、118在操作頻率下形成電磁外殼，且因此可不包括無任何開口之連續金屬壁。如下文所論述，例如，在兩個平面導電貼片之間的一系列金屬柱（通孔）可形成金屬外殼之側壁，其中兩個平面導電貼片形成金屬外殼之頂部及底部。在另一實例中，可以使用金屬屏來形成金屬外殼。對於實例，在每一腔體內使用空氣以外的介電質（圖1C中未示出）。一個金屬外殼之一部分可形成另一金屬外殼之一部分。例如，在利用定位於接地平面層之間的平面導電貼片來實施共振器的情況下，在兩個相鄰共振器之間的接地平面層可形成下部金屬外殼之頂部與上部金屬外殼之底部。
共振器中之共振器元件經由耦接件120、122彼此耦接。每一耦接件120、122可用諸如柱或螺絲之類的導電元件來形成，或可用分離共振器元件之接地平面內的開口來實施。如下文所論述，例如，耦接件可在將兩個相鄰共振器元件分離的接地平面內用窗孔來形成。耦接件120、122亦可形成在不相鄰共振器元件之間。因此，耦接件120、122可以為在任何兩個共振器元件之間耦接電磁能的任何機制。
輸入共振器102具有可連接至信號源或接收器之輸入埠124。輸入埠124因此為其他裝置、組件及電路提供介面。天線設備100自輸入埠124至輸出共振器（輻射體）106之轉移函數126至少係由非輻射共振器102、104，耦接件120、122及輻射共振器106之性質以及輻射體相對於其他組件的位置來判定。在大多數情況下，轉移函數126亦取決於輸入埠124之特性。因此，轉移函數126，可適應或經組態以藉由選擇共振器102、104、106及耦接件120、122之尺寸以及輻射體106在結構內之相對位置來滿足特定準則。例如，在共振器為接地平面外殼內之堆疊式共振器元件且耦接件係用接地平面中之窗孔形成的實施方式中，轉移函數至少取決於窗孔之形狀及大小、共振器元件之間的距離、共振器之尺寸、在最後一個共振器（輻射體）與相鄰接地平面之間的距離以及輸入條之大小。因此，天線設備之設計考慮輸出共振器之特性以及輸出共振器與天線設備結構內其他組件之互動。因此，除了其他設計參數，亦選擇在輻射體106與相鄰接地（在附圖下方）之間的間隔（距離），以實現所要總體濾波器轉移函數。因此，選擇在輻射體106與相鄰共振器元件110之間的距離（D1）128以及在輻射體106與外殼之接地平面之間的距離（D2）130以提供所要輸出耦接及轉移函數。對於本文中之實例，藉由調整D1 128及D2 130來調整輸出耦接。此外，若在不改變D2 130的情況下改變D1 128，則在不改變輸出耦接的情況下，改變選擇性。因此，典型地藉由調整距離D1 128及D2 130來調整濾波器轉移函數。
因此，除了其他設計參數，亦選擇在輻射體106與相鄰共振器元件110之間的間隔（距離）以實現所要整體的濾波器轉移函數126。更具體地，在輻射體106與相鄰共振器元件110之間的距離（D1）128影響濾波器轉移函數126之濾波器回應的選擇性129且在輻射體106與相鄰接地平面132之間的距離（D2）130影響至自由空間之輸出耦接。在實例中，窗孔122之尺寸影響類似於D1的改變的選擇性。對於本文中所論述之實例，相鄰接地平面132由外殼118之相鄰於輸出共振器元件106之部分形成。如本文中所論述，濾波器轉移函數126之選擇性129為衰減隨頻率變化的濾波器回應的形狀。因此，選擇性129包括諸如通帶及阻帶之頻寬以及通帶與阻帶之間的轉變之特性等參數。因此，至少選擇在輻射體106與相鄰共振器元件110之間的距離（D1）128以及在輻射體106與外殼之接地平面之間的距離（D2）130以提供所要輸出耦接及濾波器回應。如下文所論述，濾波器轉移函數亦基於共振器元件106、108、110的尺寸以及形成在共振器之間的耦接之結構的尺寸。
對於本文中之論述，在作為傳輸裝置與作為接收裝置之天線設備之間存在互易性。因此，對於實例，天線設備之接收及傳輸性質為相同的。當用作接收裝置時，參考傳輸所論述之天線設備的特性、設計參數及組態可以應用於天線設備。因此，當天線設備用於接收信號時，輻射體捕獲信號並在輸入埠處提供輸出。更具體地，由於天線設備100為線性被動結構，因此互易定理（reciprocity theorem）適用於其作為傳輸器及接收器的操作。因此，天線設備100在傳輸中之行為與在接收中之行為完全相同。在傳輸模式中，天線設備100之輸入埠124處的信號在輻射體106上感應電流，該等電流將電磁場傳輸至自由空間。在接收模式中，到達天線設備100之自由空間中之電磁波在輻射體106中感應電流，該等電流繼而在天線之輸入埠124處產生信號。
圖2A為天線設備200的實例的分解立體圖的說明，該天線設備在接地平面之間包括平面共振器元件，其中接地平面藉由通孔連接且其中接地平面中之開口提供在共振器元件之間的耦接。圖2B為天線設備200之沿著圖1C之A-A的剖面側視圖的說明。圖2C為天線設備200之立體圖的說明，其示出外殼201為透明的。圖2A、圖2B及圖2C未必按比例繪製的，且並非意欲超過示出元件之相對定位的一般說明。對於本文中所論述之實例，外殼201圍繞天線設備結構，期望為輸入埠及輻射體開口。除了提供額外屏蔽及接地連通性，外殼201亦提供結構穩定性。用於形成外殼201之合適技術的實例包括使用金屬板、金屬通孔以及兩者之組合。然而，在一些情況下可省略外殼201。
用於圖2A及圖2B的實例的天線設備200包括輸入共振器202，兩個中間共振器204、206以及輸出共振器（輻射體）208。因此，圖2的天線設備200為上文參考圖1C所論述的天線設備100的實例。用於共振器202、204、206之共振器外殼210、212、214由兩個接地平面形成，該兩個接地平面藉由一組通孔216、218、220彼此連接。形成輻射體之輸出共振器元件222以外之每一輻射體元件224、226、228經封圍在由兩個接地平面及連接在兩個接地平面之間的一組通孔216、218、220所形成的外殼內。兩個內部接地平面230、232各自形成兩個共振器外殼210、212的一部分。例如，下部中間接地平面230形成用於輸入共振器202之輸入共振器外殼210之頂部，且亦形成用於下部中間共振器204之下部中間外殼212之的底部。上部中間接地平面232形成下部中間共振器204之下部中間外殼212之頂部，且形成上部中間共振器206之上部中間共振器214之底部。例如，形成共振器之金屬貼片結構經封圍在外殼201中，其中僅輻射體暴露於自由空間，且開口提供對輸入埠之存取。在圖2A及圖2B中未示出外殼201。
底部（下部）接地平面234以外之接地平面230、232、236包括開口238、240、242，開口238、240、242提供在相鄰共振器元件之間的耦接。在下文所論述之的其他實例中，底部接地平面可以包括將耦接提供至底部接地平面下方之共振腔的開口。如上文所論述，接地平面中提供耦接之開口可被稱為窗孔。窗孔之尺寸及形狀指示耦接之特性。因此，可至少部分地藉由選擇窗孔之形狀及尺寸來建立天線設備之濾波器轉移函數。另外，窗孔及共振器的形狀定向判定天線設備輻射型樣之極化。如下文所論述，天線設備可經設計為具有單極化、雙極化或圓形極化。因此，窗孔之尺寸及形狀的選擇可用於獲得所要濾波器轉移函數及極化輻射型樣。
共振器元件及接地平面彼此藉由介電材料（圖2A中未示出）所分離。在一個實例中，印刷電路板（PCB）技術用於形成天線設備。因此，接地平面及共振器元件可由層壓在介電材料基板246上之金屬片所形成。對於本文中所論述之實例，使用具有大於空氣之介電常數的介電常數之介電材料，且在一些附圖中將其說明為交叉陰影線截面。為清楚起見，具有分解視圖之圖未示出介電質。對於實例，介電質材料在結構內為均勻的，儘管在一些情況下，可以使用不同的介電質材料。在一對接地平面之間的複數個通孔形成每一共振器外殼之側壁。輸入埠形成有帶狀線247之一部分，該部分延伸穿過下部外殼。可使用其他技術來形成輸入。在另一實例中，輸入埠由延伸穿過下部外殼之金屬柱或通孔來形成。當天線設備200用於傳輸信號時，將傳輸器連接至輸入埠，且射頻（RF）信號經由輸入埠被饋送至天線設備。RF信號被天線設備濾波，且經濾波信號自輻射元件輻射。共振元件之尺寸判定共振器之共振頻率。對於圖2A及圖2B的實例，每一共振器元件為矩形金屬貼片，且共振器元件大小略有不同。儘管共振器具有相似大小，但每一共振器的不同負載導致大小差異。判定共振器共振之矩形金屬貼片的尺寸為自輸入側至相對側之距離。因此，對於圖2A之實例，距離250、252、254、256判定共振器之共振頻率。藉由選擇電介質、金屬貼片之長度、窗孔之長度、在接地平面與共振器元件之間的間距，相鄰共振器元件之間的間距以及在最後一個共振器（輻射體）106與相鄰接地平面132（其為圖中輻射體正下方之接地）之間的間距（D2）130，實現所要濾波器回應。如上文所論述，在輻射體106與相鄰共振器元件110之間的距離（D1）128影響濾波器轉移函數126之濾波器回應的選擇性129，且在輻射體106與相鄰接地平面132之間的距離（D2）130影響至自由空間之輸出耦接。因此，對於圖2A及圖2B之實例，在形成輻射體222之金屬貼片與形成上部中間共振器元件228之金屬貼片之間的距離248部分地判定濾波器回應之選擇性。至自由空間之輸出耦接至少部分取決於在金屬貼片的輻射體222與接地平面236之間的距離258。因此，在金屬貼片的輻射體222與金屬貼片的共振器元件228之間的距離248為圖1C中之在輻射體106與相鄰共振器元件110之間的距離（D1）128的實例。在金屬貼片的輻射體222與接地面236之間的距離258為在輻射體106與圖C1之接地面132之間的距離（D2）130的實例。
藉由選擇共振器202、204、206、208之尺寸，在共振器之間形成耦接之結構的特性及在共振器之組件之間的間隔以及輻射體222之尺寸、形成至輻射體222之耦接之結構的特性及輻射體222相對於其他天線設備200的組件的位置，將天線設備200構造為具有自輸入帶狀線247之所要濾波器轉移函數126。
如下文進一步詳細論述，天線設備之優點中之一者包括能夠以沿著輻射平面之任一側小於一半波長（λ/2）之封裝來實施濾波器及天線。儘管可在具有不同形狀及較大大小之區域中實施天線設備，但在一些情況下將大小限制為在任一側上小於一半波長（λ/2）為有利的。對於圖2C之實例，其中定位有輻射體之外殼201之平面具有小於一半波長（λ/2）之寬度248及長度250。在其他情況下，多個天線設備經安置在單一外殼中，其中每一輻射體在每一側小於λ/2之區域內。在其他情況下，外殼201之尺寸使得設備僅在陣列之一個定向上小於λ/2之柵格間距內。
圖3A為天線設備200的立體圖說明，示出用於耦接矩陣建模的實例的建模標籤。圖3B為圖3A之結構之耦接矩陣建模關係的說明。用於模擬濾波器電路和設計濾波器之一種技術包括耦接矩陣模型，該耦接矩陣模型為可應用於根據本文中之論述用來設計天線設備之技術的實例。
在微波及毫米波頻率下，帶通濾波器通常藉由互連（即，耦接）共振器來構造。共振器可以級聯連接（即，在相鄰共振器之間）來耦接，此產生全極點頻率回應，或包括在不相鄰共振器之間的耦接，此導致可能包含傳輸零點之更複雜頻率回應。此等濾波器可用簡單集總元件電路來建模。對於同步直接耦接共振器濾波器的通用2埠模型，可表示直接耦接（在相鄰耦接之間）及交叉耦接（在不相鄰共振器之間）。電路模擬器可用於模擬電路回應，包括所有可能的耦接（相鄰與不相鄰），且可包括同步共振器（由電容器及電感器形成），導納反向器以及與頻率無關之導納。合適的電路模擬器之實例包括NI AWR Microwave Office及Ansys Designer電路模擬器。一旦定義了濾波器之中心頻率及頻寬，濾波器電路可以矩陣形式來表達，稱為耦接矩陣。耦接矩陣M之各種條目表示電路之不同組件。對角元素表示頻率無關導納之虛部，而非對角線條目表示在共振器之間的耦接（即，反轉常數）。此建模及設計方法用於模擬及設計帶通直接耦接共振器濾波器，且為可用於設計本文中所論述天線設備之實例的技術的一個實例。對於圖3A之實例，共振器以級聯連接被耦接，其中相鄰共振器經耦接以形成全極點頻率回應。該模型亦可應用於至輻射體以及自輻射體至自由空間之耦接。
根據一個實例，選擇濾波器之中心頻率、頻寬、通帶等漣波回波損耗位準及傳輸零點之位置。利用此等參數，可分析地計算用以合成此回應之耦接矩陣。
藉由識別控制耦接矩陣之各種元素之物理幾何特徵，將耦接矩陣轉換為實際實施方式。通常，例如，可變更共振器之大小以改變其共振頻率（即，耦接矩陣之對應對角元素），且在共振器之間形成之開口的大小可以控制在其之間的耦接量。可使用不同的方法以自電路模式提取幾何值，在該電路模式中，設計程序典型地以獲得初始尺寸集開始。程序可包括查看輸入組延遲，或將結構拆分為更簡單區塊，並將EM模擬與等效區塊之電路模擬進行比較。在確立初始尺寸後，將應用最佳化設計程序。因此，天線設備之設計包括合成耦接矩陣，該耦接矩陣提供所需的充足通帶回應及帶外拒斥。為了合成此耦接矩陣，判定共振器之數目（N），中心頻率（f0）、頻寬（BW）及所要通帶等漣波回波損耗值，以便滿足一定拒斥特性。
對於圖3A及圖3B之實例，九個幾何尺寸經操縱以實現所要濾波器回應，其中幾何尺寸包括形成共振器元件之四個金屬貼片之長度，形成在金屬貼片之間的耦接的三個開口之寬度，自金屬貼片輻射體至接地平面之距離以及輸入分接頭之寬度。圖3B之耦接模型將每一幾何尺寸與耦接矩陣之條目配對。輸入帶狀線247之輸入分接頭寬度302控制MS1。輸入共振器元件224之長度304控制M11。形成第一中間共振器元件226之金屬貼片之長度306控制M22。形成第二中間共振器元件228之金屬貼片之長度308控制M33。形成輻射體元件222之金屬貼片之長度310控制M44。開口238之長度312控制M12。開口240之長度314控制M23。開口242之長度316控制M34。在金屬貼片的輻射體222與接地平面236之間的距離250控制M4L。藉由調整及最佳化包括矩陣元素之耦接矩陣元素，所述矩陣元素對應於輻射體特性，可實現包括濾波器及天線之整合天線設備之所要轉移函數。
上文所論述技術可應用於天線設備100之其他實施方式。如下文所論述，天線設備100之其他實例包括具有雙極化及多個埠的實施方式，具有圓形極化之實施方式以及在頻率回應中具有傳輸零點之實施方式。藉由恰當地修改及應用上文針對特殊結構所論述之技術，可對此等實例以及其他實施方式進行模擬及最佳化。
圖4A為具有雙極化之天線設備400的實例的分解立體圖的說明。圖4B為沿著圖4A中之線B-B所截取之天線設備400的剖面俯視圖。因此，圖4A及圖4B之天線設備400為上文參考圖1C所論述之天線設備100的另一實例。對於圖4A及圖4B之實例，天線設備400具有兩個輸入埠402、404，包括水平極化輸入埠402及垂直極化輸入埠404。藉由調整同一組共振器及輻射體之尺寸並調整窗孔之形狀，可實現雙重定向。每一窗孔406、408、410為兩個矩形窗孔412、414之組合，其中具有垂直於輸入埠之方向的較長尺寸的窗孔耦接來自彼輸入之信號。自其最長尺寸平行於輸入埠之方向的窗孔耦接顯著地較少提供在兩個輸入埠與信號之間的隔離。因此，具有垂直於水平輸入埠402之方向418之長度416的窗孔的第一矩形部分412耦接在水平輸入埠402處所接收之信號。具有垂直於垂直輸入埠404之方向422的長度420之窗孔的第二矩形部分414耦接在垂直輸入埠404處所接收之信號。具有相同方向之每一組矩形部分，共振器及輻射體如參考圖2A、圖2B、圖3A及圖3B所描述起作用。
圖5為具有雙極化及共振腔（補充共振器）502之天線設備500的實例的分解立體圖的說明，該共振腔在兩種極化之轉移函數中生成傳輸零點。對於圖5之實例，共振腔（補充共振器）502形成有金屬共振貼片504，該金屬共振貼片504由輸入共振器接地平面506、另一接地平面508及連接至兩個接地平面506、508的通孔510所封圍。輔助共振器經定位在輸入共振器512與其他共振器相對之側上。金屬共振貼片504經由輸入共振器接地平面506中之窗孔516耦接至輸入共振器共振元件514。對於實例，窗孔516具有與其他窗孔相同之形狀及定向。自一個角度來看，額外共振腔502提供用於消除在特定頻率及其附近頻率下之能量傳輸的機制。共振腔502中之金屬共振貼片504單獨地耦接至輸入共振器。這不同於至少雙重耦接至其他共振器或該結構之輸入及輸出的其他共振器。因此，在貼片504之共振頻率下之能量被包含在共振腔502內，且不能繼續朝向輻射體以被輻射至自由空間中。這類似於提取極點濾波器之效能，其中單耦接共振器位於濾波器之不同級處，以在頻率回應中形成傳輸零點。
圖6A為具有圓形極化的天線設備600的實例的分解立體圖說明。圖6A之天線設備600為上文參考圖1C所論述之天線設備100的實例，其中中間腔及輸入腔為單一腔。因此，天線設備600包括：在天線之通帶內支持兩個共振之輸入元件；以及在天線設備之通帶內亦支持兩個共振之輻射體。因此，對於圖6A之實例，天線設備包括單一腔602及輻射體604。共振器元件606及輻射體元件604各自在彼此對角相對之拐角上具有凹口，以在每一貼片中所包含的兩個共振之間提供耦接。輻射體元件604之帶凹口拐角608、610位於共振器元件606之無凹口之拐角612、614上面。因此，共振器元件606之兩個帶凹口拐角616、618定位於輻射體元件604之無凹口之拐角620、622的正下面。對於圖6A之實例，窗孔624具有一定向使得較長尺寸平行於輸入埠626之方向。圓形極化可藉由饋入兩個具有90°相位差之正交線性極化來實現。此可以藉由圖6A中所示出之結構來實現，其中輻射貼片維持兩個線性極化。拐角處之插入件提供在由每一貼片所承受之兩個共振之間的耦接。藉由恰當選擇輸入墊之尺寸及位置、插入件至大小、窗孔之大小及插入件在兩個貼片之間的相對位置來實現在所要通帶中之極化與輸入匹配之間的90°相位差。利用此組態，可實施具有與軸向比率頻寬相同之匹配頻寬之圓形極化天線。
圖6B為天線設備600的立體圖說明，示出用於耦接矩陣建模的實例的建模標籤。圖6C為圖6B之結構的耦接矩陣建模關係的說明。如上文所述，耦接矩陣模型為可根據本文中之論述而應用於設計天線設備之技術的實例。對於實例，MS 1至少部分基於輸入埠626之寬度650。亦可藉由輸入埠「步長」之長度651來控制MS1 。在設計技術之實例中，寬度650增加直至實現最大輸入耦接。隨後增加長度651，直至實現所要輸入耦接。
M11及M22分別基於共振器元件606之長度652及寬度654。M23及M14分別基於窗孔624之長度656及寬度658。M44及M33a分別基於輻射體元件604之長度660及寬度662。M12基於共振器元件606之帶凹口拐角角616和622的大小664。M34基於輻射體元件604之帶凹口拐角角608和610的大小666。M4V基於輻射體元件與相鄰接地之間的距離668。
圖7為天線設備700的實例的剖面側視圖的說明，所述天線設備在接地平面之間包括平面共振器元件，其中接地平面藉由通孔所連接，且其中穿過接地平面的通孔提供在共振器元件之間的耦接。圖7之天線設備700的結構及操作與以上所論述之天線設備200相似，不同之處在於耦接係藉由通孔702、704、706而非窗孔來形成。輸入共振器元件224藉由金屬柱或通孔702耦接至第一中間共振器元件226，該金屬柱或通孔702穿過在兩個共振器元件224、226之間的接地平面230內的開口708。第一中間共振器元件226藉由金屬柱或通孔704耦接至第二中間共振器元件228，該金屬柱或通孔704穿過在兩個共振器元件226、228之間的接地平面232內的開口710。第二中間共振器元件228藉由金屬柱或通孔706耦接至輻射體元件222，該金屬柱或通孔706穿過在共振器元件228與輻射體元件222之間的接地平面236內的開口712。上文所論述建模及設計技術可用於天線設備700，其中以恰當耦接特性來表示通孔。對於圖7之實例，通孔之位置及尺寸控制在相鄰共振器之間的耦接。
圖8A為包括在接地平面之間的平面共振器元件的天線設備800的實例的分解立體圖的說明，其中接地平面藉由通孔所連接，且其中不相鄰共振器元件經由啞鈴形耦接器所耦接。圖8B為天線設備800的截面側視圖的說明。天線設備800之結構及操作與上文所論述天線設備400類似，不同之處在於啞鈴形耦接器802將輸入共振器元件804耦接至第二中間共振器元件806。啞鈴形耦接器802可形成有連接在貼片810、812之間的金屬柱或通孔808。對於圖8之實例，通孔808穿過接地平面816中之窗孔814，穿過第一共振器元件820中之開口818以及穿過接地平面824中之窗孔822。因此，除了經由窗孔之耦接，亦由於啞鈴形耦接器而形成不相鄰耦接。不相鄰耦接允許在轉移函數中生成傳輸零點，從而在設計天線設備中提供更大靈活性。
圖9為具有不相鄰交叉耦接之天線設備900的實例的剖面側視圖的說明。天線設備900之結構及操作類似於上文所論述之天線設備200，不同之處在於帶狀線及通孔用於耦接不相鄰共振器。例如，接地平面902、904、906、908藉由複數個通孔910、912彼此連接，且下部接地平面902藉由複數個通孔914連接至上部接地平面908。儘管通孔910、912、914可包含多個交錯的通孔列，但其在圖9中經示出為側壁。
對於實例，帶狀線將形成共振器元件之兩個不相鄰金屬共振器貼片連接至連接帶狀線之通孔，從而耦接兩個共振器元件。帶狀線916將輸入共振器金屬貼片共振器918連接至通孔920，且帶狀線922將第二中間金屬片共振器924連接至通孔920。因此，輸入共振器金屬貼片共振器918耦接至第二中間金屬貼片共振器924。
為了進一步屏蔽通孔920，下接地平面902連接至通孔914。對於實例，下接地平面902經由金屬平面926連接至通孔914，而上接地平面908經由另一金屬平面928連接至通孔914。除了在不相鄰共振器元件918、924之間的耦接，圖9之例示性結構亦包括在相鄰共振器之間的耦接，如上文在其他實例中所論述。輸入共振器元件902經由窗孔932耦接至第一中間共振器元件930。第一中間共振器元件930經由窗孔934耦接至第二中間共振器元件924。第二中間共振器元件924經由窗孔938耦接至輻射體元件936。
因此，藉由恰當地選擇耦接件及貼片之尺寸以及在輻射體與相鄰共振器之間的距離，可以將天線設備設計為用作直接耦接共振器濾波器及天線。藉由使用通孔、啞鈴形探頭或與輸入共振器相鄰且與其他共振器相對之額外共振器來實現不相鄰耦接，可將傳輸零點引入至轉移函數。整合結構允許濾波器及天線以緊湊形式來實施，這在至少一些實施方式中具有重要意義。例如，可在橫跨操作頻率具有小於一半波長之尺寸的區域內實施具有適當濾波器特性及天線輻射型樣及極化的天線設備。
圖10A為立體圖的說明，而圖10B為相位陣列天線1000及天線1002之相關聯掃描體積之實例的俯視圖的說明。圖10C為俯視圖的說明，圖10D為正視圖的說明，且圖10E為相位陣列天線1000之一部分的側視圖的說明。掃描體積1002表示天線1000可定向其輻射能量之空間部分。相位陣列天線1000包括多個天線元件，其中每一天線元件為整合有濾波器的天線設備。因此，相位陣列天線1000為上文所論述相位陣列天線10的實例。對於圖10A及圖10B的實例，相位陣列天線1000具有在第一定向1004上之第一柵格間距以及在第二定向1006上之第二柵格間距，其中第二柵格間距1006大於第一柵格間距1004。對於所選擇信號強度或天線增益，相位陣列天線之掃描角度為與視軸1007成最大角度。由於最大掃描角至少部分地由柵格間距來指示，因此在第一定向1004上之掃描角（α）1008大於在第二定向1006上之掃描角（β）1010，且掃描體積1002為橢圓形。在兩個定向上的柵格間距相同的實例中，天線圖案1002可以為圓形的。
相位陣列天線由幾個可獨立控制的天線所組成。單獨的天線或元件一起工作，可連接至單獨的傳輸器及接收器或傳輸器與接收器的群組。每一單獨的天線輻射之電磁波組合並疊加，相長干涉（加在一起）以增強沿著所要方向輻射的功率，並相消干涉（抵消）以減小沿著其他方向輻射的功率。當用於接收時，來自各個天線元件之分離電磁電流在接收器中以正確的相位關係進行組合，以增強自所要方向接收的信號，並消除來自非所要方向的信號。相位陣列含有組件以控制每一元件之振幅及相位，以實現「相位」轉向。換言之，當電磁波經電子轉向時，陣列為機械靜止的。主動電子相位陣列（AESA）包括放置在相位陣列內之主動元件。天線元件之相位性質及天線元件之隨後耦接提出對於天線元件之主動阻抗控制的額外要求。用於相位轉向的要求判定元件間距，且典型地在操作頻譜之上端處大約為一半波長。相位陣列天線允許更高效使用頻譜，且有助於滿足習用通信系統的需求。然而，習用技術之侷限性在於，在滿足與諸如旁瓣位準、主動回波損耗、效率、陣列增益及掃描體積之類的參數有關的其他要求的同時，無法實現對陣列內之每一天線元件的所需濾波。然而，本文中所描述之天線設備及技術使得能夠實現滿足此等要求之相位陣列天線。
用於設計相位陣列天線之合適技術的一個實例包括使用電路模擬器應用程式，其中選擇一或多個尺寸以獲得特定特性，且系統性地設定其他尺寸以調整及補償其他特性。在用於設計天線陣列之合適技術的實例中，設計自濾波器規格及所需的掃描體積開始。根據掃描體積，判定方位角及仰角上之柵格間距以及在輻射體貼片與平面金屬地面之間的最大距離。根據此等值，計算出濾波器之最大輸出耦接，且基於該耦接之電路模型，合成耦接矩陣以在最大輸出耦接值之約束下滿足濾波器規格。根據此電路模型，如上文所描述，參考單獨天線元件（天線設備）之設計以獲得結構之尺寸。
顯然，鑒於此等教導，本領域的普通技術人員將容易想到本發明之其他具體實例及修改。上面的描述為說明性的而非限制性的。本發明僅由所附申請專利範圍來限制，所附申請專利範圍結合以上說明書及附圖包括所有此等具體實例及修改。因此，本發明的範圍不應參考上述說明來判定，而是替代地應參考隨附申請專利範圍連同其等效範圍進行判定。
10:相位陣列天線 12:天線元件 14:天線設備 16:柵格間距 18:第一維度 20:柵格間距 22:第二維度 24:共振器 26:共振器 28:金屬外殼 100:天線設備 102:輸入共振器/非輻射諧振器 104:中間共振器/非輻射諧振器 106:輸出共振器/輻射體 108:共振器元件 110:共振器元件 112:腔 114:腔 116:金屬外殼 118:金屬外殼 120:耦接件 122:耦接件/窗孔 124:輸入埠 126:濾波器轉移函數 128:距離（D1） 129:選擇性 130:距離（D2） 132:接地平面 200:天線設備 201:外殼 202:輸入共振器 204:中間共振器 206:中間共振器 208:輸出共振器/輻射體 210:共振器外殼 212:共振器外殼 214:共振器外殼 216:通孔 218:通孔 220:通孔 222:輸出共振器元件/輻射體 224:輻射體元件 226:輻射體元件 228:輻射體元件 230:內部接地平面 232:內部接地平面 234:底部（下部）接地平面 236:接地平面 238:開口 240:開口 242:開口 246:介電材料基板 247:帶狀線 248:距離 250:距離 252:距離 254:距離 256:距離 258:距離 302:寬度 304:長度 306:長度 308:長度 310:長度 312:長度 314:長度 316:長度 400:天線設備 402:輸入埠/水平輸入埠 404:輸入埠/垂直輸入埠 406:窗孔 408:窗孔 410:窗孔 412:矩形窗孔/第一矩形部分 414:矩形窗孔/第二矩形部分 416:長度 418:方向 420:長度 422:方向 500:天線設備 502:共振腔 504:金屬共振貼片 506:輸入共振器接地平面 508:接地平面 510:通孔 512:輸入共振器 514:輸入共振器共振元件 516:窗孔 600:天線設備 602:單一腔 604:輻射體 606:共振器元件 608:帶凹口拐角 610:帶凹口拐角 612:拐角 614:拐角 616:帶凹口拐角 618:帶凹口拐角 620:拐角 622:拐角 624:窗孔 626:輸入埠 650:寬度 651:長度 652:長度 654:寬度 656:長度 658:寬度 660:長度 662:寬度 664:大小 666:大小 668:距離 700:天線設備 702:通孔/金屬柱 704:通孔 706:通孔 708:開口 710:開口 712:開口 800:天線設備 802:啞鈴形耦接器 804:輸入共振器元件 806:第二中間共振器元件 808:金屬柱/通孔 810:貼片 812:貼片 814:窗孔 816:接地平面 818:開口 820:第一共振器元件 822:窗孔 824:接地平面 900:天線設備 902:接地平面/下接地平面 904:接地平面 906:接地平面 908:接地平面 910:通孔 912:通孔 914:通孔 916:帶狀線 918:輸入共振器金屬貼片共振器/共振器元件 920:通孔 922:帶狀線 924:共振器元件 926:金屬平面 928:金屬平面 930:第一中間共振器元件 932:窗孔 934:窗孔 936:輻射體元件 938:窗孔 1000:相位陣列天線 1002:天線 1004:第一定向/第一柵格間距 1006:第二方向/第二柵格間距 1007:視軸 1008:掃描角（α） 1010:掃描角（β） M11:控制 M12:控制 M14:控制 M22:控制 M23:控制 M33:控制 M34:控制 M3H:控制 M44:控制 M4L:控制 M4V:控制 MS1:控制
[圖1A]為包括複數個天線元件的相位陣列天線的方塊圖，其中每一天線元件包括整合有濾波器的天線設備。
[圖1B]為圖1A的相位陣列天線內的複數個天線元件中之一者的實例的方塊圖。
[圖1C]為整合有濾波器的天線設備的方塊圖。
[圖2A]為天線設備的實例的分解立體圖的說明，該天線設備在接地平面之間包括平面共振器元件，其中接地平面藉由通孔所連接且其中接地平面中之開口提供在共振器元件之間的耦接。
[圖2B]為天線設備之沿著圖2A之A-A的剖面側視圖的說明。
[圖2C]為天線設備的立體圖的說明，其示出外殼為透明的。
[圖3A]為天線設備的立體圖，示出用於耦接矩陣建模的實例的建模標籤。
[圖3B]為圖3A之結構之耦接矩陣建模關係的說明。
[圖4A]為具有雙線性極化之天線設備的實例的分解立體圖的說明。
[圖4B]為沿著圖4A中之線B-B所截取之天線設備的剖面俯視圖。
[圖5]為具有雙極化及共振腔之天線設備的實例的分解立體圖的說明，該共振腔在兩種極化之轉移函數中生成傳輸零點。
[圖6A]為具有圓形極化的天線設備的實例的分解立體圖。
[圖6B]為天線設備的立體圖，示出用於耦接矩陣建模的實例的建模標籤。
[圖6C]為圖6B之結構之耦接矩陣建模關係的說明。
[圖7]為天線設備的實例的剖面側視圖的說明，所述天線設備在接地平面之間包括平面共振器元件，其中接地平面藉由通孔所連接，且其中穿過接地平面的通孔提供在共振器元件之間的耦接。
[圖8A]為天線設備的實例的分解立體圖的說明，該天線設備包括在接地平面之間的平面共振器元件，其中接地平面藉由通孔所連接且其中不相鄰共振器元件經由啞鈴耦接器所耦接。
[圖8B]為天線設備的截面側視圖的說明。
[圖9]為具有藉由通孔及金屬條所實施的不相鄰交叉耦接的天線設備的實例的剖面側視圖的說明。
[圖10A]為相位陣列天線及相關掃描體積天線場型的實例的立體圖的說明。
[圖10B]為相位陣列天線及相關掃描體積天線場型的實例的俯視圖的說明。
[圖10C]為相位陣列天線的一部分的俯視圖的說明。
[圖10D]為相位陣列天線的部分的正視圖的說明。
[圖10D]為相位陣列天線1000的部分的側視圖的說明。
100:天線設備
102:輸入共振器/非輻射共振器
104:中間共振器/非輻射共振器
106:輸出共振器/輻射體
108:共振器元件
110:共振器元件
112:腔
114:腔
116:金屬外殼
118:金屬外殼
120:耦接件
122:耦接件/窗孔
124:輸入埠
126:轉移函數
128:距離(D1)
129:選擇性
130:距離(D2)
132:接地平面

Claims (26)

  1. 一種天線設備，其包含： 輸入平面共振器元件，其具有輸入埠； 第一中間平面共振器元件，其電耦接至該輸入平面共振器元件； 第二中間平面共振器元件，其電耦接至該第一中間平面共振器元件； 平面輻射體元件，其電耦接至該第二中間平面共振器元件； 第一平面接地元件，其安置在該平面輸入共振器元件與該第一中間平面共振器元件之間； 第二平面接地元件，其安置在該第一中間平面共振器元件與該第二中間平面共振器元件之間；及 第三平面接地元件，其安置在該平面輻射體元件與該第二中間平面共振器元件之間， 該設備經組態以在將電磁信號施加於該輸入埠時，根據濾波器轉移函數，將來自該平面輻射體元件之電磁能自該輸入埠輻射穿過該平面輻射體元件至自由空間， 該濾波器轉移函數至少部分地由在該平面輻射體元件與該第二中間平面共振器元件之間的距離所判定。
  2. 如請求項1之設備，其中該濾波器轉移函數之選擇性至少部分地基於在該平面輻射體元件與該第二中間平面共振器元件之間的距離。
  3. 如請求項2之設備，其中耦接至該濾波器轉移函數之自由空間之輸出至少部分地基於在該平面輻射體元件與該第三平面接地元件之間的距離。
  4. 如請求項3之設備，其中該輸入平面共振器元件電耦接至該第二中間平面共振器元件以在該濾波器轉移函數中形成傳輸零點。
  5. 如請求項4之設備，其中該輸入平面共振器元件藉由啞鈴形探頭而電耦接至該第二中間平面共振器元件包含： 第一金屬平面貼片，其相鄰於該輸入平面共振器元件， 第二金屬平面貼片，其相鄰於該第二中間平面共振器元件；及 金屬柱，其連接在該第一金屬平面貼片與該第二金屬平面貼片之間。
  6. 如請求項5之設備，其中該金屬柱延伸穿過該第一平面接地元件中之第一開口，穿過該第一中間平面共振器元件中之第二開口，且穿過該第二平面接地平面元件中之第三開口。
  7. 如請求項4之設備，其中該輸入平面共振器元件經由金屬柱以電耦接至該第二中間平面共振器元件，該金屬柱藉助第一帶狀線以連接至該輸入平面共振器元件且藉助第二帶狀線以連接至該第二中間平面共振器元件。
  8. 如請求項1之設備，其進一步包含補充共振器，其耦接至該輸入天線共振器元件且經定位相鄰於與該第一中間平面共振器元件相對的該輸入平面共振器元件，該補充共振器在該濾波器轉移函數中形成傳輸零點。
  9. 如請求項1之設備，其中在該接地平面元件中之開口允許在相鄰平面共振器元件之間的耦接。
  10. 如請求項1之設備，其中延伸穿過在該接地平面元件內之開口的金屬柱連接相鄰平面共振器元件。
  11. 一種整合式堆疊貼片濾波天線，其包含： 輸入共振器，其包含輸入金屬平面共振器貼片，該輸入金屬平面共振器貼片由第一金屬接地平面貼片和第二金屬接地平面貼片所封圍，該第二金屬接地平面貼片經由第一組金屬柱通孔以連接至該第一金屬接地平面貼片，該輸入金屬平面共振器貼片具有輸入埠； 中間共振器，其包含中間金屬平面共振器貼片，該中間金屬平面共振器貼片由該第二金屬接地平面貼片和第三金屬接地平面貼片所封圍，該第三金屬接地平面貼片經由第二組金屬柱通孔以連接至該第二金屬接地平面貼片；及 金屬平面輻射體貼片，其經定位為相鄰於該第三金屬接地平面貼片，該輸入金屬平面共振器貼片經由在該第二金屬接地平面貼片中之第一開口以耦接至該中間金屬平面共振器貼片，該中間金屬平面共振器貼片經由在該第三金屬接地平面貼片中之第二開口以耦接至該金屬平面共振器貼片， 該設備經組態以在將電磁信號施加於該輸入埠時，根據濾波器轉移函數，將來自該金屬平面輻射體貼片之電磁能自該輸入埠輻射穿過該金屬平面輻射體貼片至自由空間， 該濾波器轉移函數至少部分地由在該金屬平面輻射體貼片與該金屬中間平面共振器貼片之間的距離所判定。
  12. 如請求項11之整合式堆疊貼片濾波天線，其進一步包含： 介電材料，其經安置在該輸入共振器、該中間共振器內且在該金屬平面輻射體貼片與該第三金屬接地平面貼片之間，該介電材料具有大於空氣的介電常數的介電常數。
  13. 如請求項12之整合式堆疊貼片濾波天線，其中該濾波器轉移函數之選擇性至少部分地基於在該金屬平面輻射體貼片與該中間金屬平面共振器貼片之間的該距離。
  14. 如請求項13之整合式堆疊貼片濾波天線，其中耦接至該濾波器轉移函數之自由空間之輸出至少部分地基於在該金屬平面輻射體貼片與該第三金屬接地平面貼片之間的距離。
  15. 如請求項14之整合式堆疊貼片濾波天線，其中該輸入金屬平面共振器貼片具有另一輸入埠，該天線經組態以在將該電磁信號施加至該輸入埠時根據垂直極化以輻射來自該金屬平面輻射體貼片之電磁能，且在將該電磁信號施加至該另一輸入埠時根據水平極化以輻射來自該金屬平面輻射體貼片之電磁能。
  16. 如請求項15之整合式堆疊貼片濾波天線，其中該第一開口和該第二開口之每一者包含第一矩形部分和垂直於該第一矩形部分之第二矩形部分，該第二開口之該第一矩形部分與該第一開口之該第一矩形部分對準，該第一開口之該第二矩形部分與該第一開口之該第二矩形部分對準。
  17. 如請求項16之整合式堆疊貼片濾波天線，其中該輸入埠包含自該金屬輸入平面共振器貼片沿著第一方向延伸之第一條狀線，且該另一輸入埠包含自該金屬輸入平面共振器貼片沿著第二方向延伸之第二條狀線，該第一方向垂直於該第二方向，其中該第一開口和該第二開口之該第一矩形部分平行於該第一方向，且該第一開口和該第二開口之該第二矩形部分平行於該第二方向。
  18. 一種整合式堆疊貼片濾波天線，其包含： 輸入共振器，其包含輸入金屬平面共振器貼片，該輸入金屬平面共振器貼片由第一金屬接地平面貼片和第二金屬接地平面貼片所封圍，該第二金屬接地平面貼片經由第一組金屬柱通孔以連接至該第一金屬接地平面貼片，該輸入金屬平面共振器貼片具有輸入埠； 第一中間共振器，其包含第一中間金屬平面共振器貼片，該第一中間金屬平面共振器貼片由該第二金屬接地平面貼片和第三金屬接地平面貼片所封圍，該第三金屬接地平面貼片經由第二組金屬柱通孔以連接至該第二金屬接地平面貼片； 第二中間共振器，其包含第二中間金屬平面共振器貼片，該第二中間金屬平面共振器貼片由該第三金屬接地平面貼片和第四金屬接地平面貼片所封圍，該第四金屬接地平面貼片經由第三組金屬柱通孔以連接至該第三金屬接地平面貼片；及 金屬平面輻射體貼片，其經定位為相鄰於該第四金屬接地平面貼片，該輸入金屬平面共振器貼片經由在該第二金屬接地平面貼片中之第一開口以耦接至該第一中間金屬平面共振器貼片，該第一中間金屬平面共振器貼片經由在該第三金屬接地平面貼片中之第二開口以耦接至該第二中間金屬平面共振器貼片，該第二中間金屬平面共振器貼片經由在該第四金屬接地平面貼片中之第三開口以耦接至該金屬平面輻射體貼片 該設備經組態以在將電磁信號施加於該輸入埠時，根據濾波器轉移函數，將來自該金屬平面輻射體貼片之電磁能自該輸入埠輻射穿過該金屬平面輻射體貼片至自由空間， 該濾波器轉移函數至少部分地由在該金屬平面輻射體貼片與該金屬中間平面共振器貼片之間的距離所判定。
  19. 如請求項18之整合式堆疊貼片濾波天線，其進一步包含： 介電材料，其經安置在該輸入共振器、該第一中間共振器、該第二中間共振器內且在該金屬平面輻射體貼片與該第四金屬接地平面貼片之間，該介電材料具有大於空氣的介電常數的介電常數。
  20. 如請求項19之整合式堆疊貼片濾波天線，其中該濾波器轉移函數之選擇性至少部分地基於在該金屬平面輻射體貼片與該第二中間金屬平面共振器貼片之間的該距離。
  21. 如請求項20之整合式堆疊貼片濾波天線，其中耦接至該濾波器轉移函數之自由空間之輸出至少部分地基於在該金屬平面輻射體貼片與該第四金屬接地平面貼片之間的距離。
  22. 如請求項21之整合式堆疊貼片濾波天線，其中該輸入金屬平面共振器貼片電耦接至該第二中間金屬平面共振器貼片，其以在該濾波器轉移函數中形成傳輸零點。
  23. 如請求項22之整合式堆疊貼片濾波天線，其中該輸入金屬平面共振器貼片藉由啞鈴型探頭以電耦接至該第二中間金屬平面共振器貼片包含： 第一金屬平面耦接貼片，其相鄰於該輸入金屬平面共振器元件，第二金屬平面耦接貼片，其相鄰於該第二中間金屬平面共振器元件；及 耦接金屬柱通孔，其連接在該第一金屬平面耦接貼片與該第二金屬平面耦接貼片之間。
  24. 如請求項23之整合式堆疊貼片濾波天線，其中該耦接金屬柱通孔延伸穿過該第一開口、該第二開口及第四開口至該第一中間金屬平面共振器貼片。
  25. 如請求項22之整合式堆疊貼片濾波天線，其中該輸入金屬平面共振器貼片經由耦接金屬柱以電耦接至該第二中間金屬平面共振器貼片，該耦接金屬柱藉助第一耦接條狀線以連接至該輸入金屬平面共振器貼片且藉助第二耦接條狀線以連接至該第二中間金屬平面共振器貼片。
  26. 如請求項18之整合式堆疊貼片濾波天線，其中在自由空間中之該電磁信號之頻率下，該金屬平面輻射體貼片沿著該金屬平面輻射體貼片之每一側小於一半波長。
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