TW202410555A - 用於在無線通訊系統中使用之天線總成及天線模組 - Google Patents

Abstract

一種無線通訊系統，其包含一或多個具有經最佳化的傳播延遲之交叉極化天線總成，其等形成具有兩主導垂直極化之天線模組的部分。各天線模組中之隔離或串擾係通過呈接地平面開口結構之形式的分區平面隔離及相關增強器之實施方案來最小化。

Description

用於在無線通訊系統中使用之天線總成及天線模組

本揭露係關於用於在無線通訊系統中使用之天線總成及天線模組。

一般而言，使用無線充電技術為電動車輛(EV)充電需要將電動車輛定位且最準確地對準在接地平面充電板(GPCP)上方。具有此類準確程度的無線充電技術需要無線通訊系統在GPCP與EV之間建立可靠的無線通訊網路，其能夠識別EV相對於GPCP的位置。

因此，所欲的是開發天線總成以形成經耦合至作為無線通訊系統之部分的控制單元之天線模組的部分，其經最佳化以低輸出相關、低交叉極化、及高增益在兩主導垂直極化處操作，同時傳輸及/或接收用以判定EV與GPCP之距離及方向的超寬頻(UWB)信號。

有鑒於此，本揭露之實施例提供一種天線總成，其用以形成經耦合至作為一無線通訊系統之部分的一控制單元之一天線模組的部分，以解決與先前技術相關聯的技術問題。

在一第一態樣中，本揭露之一實施例提供一種天線總成，其包含一細長中心節段，其沿著一第一軸，具有一第一端及一第二端；一第一螺旋節段，其從該第一端向外、往回朝該第二端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸；一第二螺旋節段，其從該第二端向外、往回朝該第一端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸。根據相同實施例，該細長中心節段、該第一螺旋節段、及該第二螺旋節段之各者係導電的，並形成一天線元件。在一實施例中，該細長中心節段、該第一螺旋節段、及該第二螺旋節段駐留在一第一平面中。在尚有另一實施例中，該第一螺旋節段及該第二螺旋節段係在該細長中心節段的相對側上。該天線總成進一步包含一天線基材，該天線元件駐留在該天線基材上及/或在該天線基材中，其中該天線基材包含一介電材料。根據一實施例，該天線總成包含一連接構件，其經連接至且延伸自該細長中心節段，其中該連接構件係導電的。

在一第二態樣中，本揭露之一實施例提供一種天線模組，其包含一接地平面總成，該接地平面總成進一步包含具有一頂表面及一底表面之一接地平面。該天線模組進一步包含複數個天線總成，其等經設置在該接地平面之一頂表面上方，各天線總成包含一細長中心節段，其沿著一第一軸，具有一第一端及一第二端；一第一螺旋節段，其從該第一端向外、往回朝該第二端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸；一第二螺旋節段，其從該第二端向外、往回朝該第一端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸。該細長中心節段、該第一螺旋節段、及該第二螺旋節段之各者係導電的，並形成一天線元件。

根據一實施例，該天線模組進一步包含該接地平面中之複數個中心開口，其中各中心開口係一細長開口，具有一第一端及一第二端，且其中該複數個中心開口形成一接地平面開口結構之部分。在尚有另一實施例中，該複數個天線總成包含三個天線總成，其等圍繞該接地平面總成上的一點以相等距離及等於120度的相等分布角徑向地設置。根據一實施例，該接地平面總成係圓形，且其中該接地平面總成上之該點係該接地平面總成之一中心點。該接地平面開口結構包含三個中心開口，其等以相等距離及等於120度之相等的分布角從該徑向地向外延伸，三個中心開口之各者具有一第一端及一第二端，該第一端在該中心點相交，該第二端在該複數個天線總成的相鄰對之間延伸，在該接地平面中形成一「Y」形。

在一實施例中，該接地平面開口結構進一步包含九個次中心開口，其中九個次中心開口之各三者以等於120度的相等分布角從形成於下列兩者之間的角度之一等分線上之一點徑向地向外延伸，該兩者中之一者係具有平行於中心開口之該相鄰對延伸之該三個次中心開口中之兩者的中心開口之三個相鄰對中的一者，該兩者中之另一者係延伸並連接至該中心點之該三個次中心開口中的一者。該接地平面開口結構可進一步包含三個外部開口，其中各外部開口係該接地平面中平行於三個天線總成中之一者的一細長開口，且在該天線總成相對於該中心點的相對側中。該接地平面開口結構可進一步包含一或多個負載，其（等）經耦合至該接地平面開口結構。

在一實施例中，該複數個天線總成之各者係彼此相同。該複數個天線總成之各者實質上係垂直於該接地平面總成。該天線模組進一步包含一天線基材，該天線元件駐留在該天線基材上或在該天線基材中，其中該天線基材包含一介電材料。該接地平面總成進一步包含一接地平面基材，該接地平面駐留在其上或其中。該接地平面基材形成該接地平面開口結構之一底表面的部分。

根據一實施例，該第一螺旋節段及該第二螺旋節段係在該細長中心節段的相對側上。該細長中心節段、該第一螺旋節段、及該第二螺旋節段駐留在一第一平面中。該接地平面總成進一步包含複數個通孔。該三個天線總成之各者進一步包含一連接構件，其經連接至並延伸自該細長中心節段，其中該連接構件係導電的且經插入各別通孔之各一者中。該接地平面總成係平面的，並駐留在一第二平面中。該天線模組的操作頻率可在5與20 GHz之間的一範圍內。

在一第三態樣中，本揭露之一實施例提供一種無線通訊系統，其包含一控制單元及一天線模組，該天線模組與該控制單元相關聯。該天線模組包含一接地平面總成，該接地平面總成進一步包含具有一頂表面及一底表面之一接地平面。該天線模組進一步包含複數個天線總成，其等經設置在該接地平面之一頂表面上方，各天線總成包含一細長中心節段，其沿著一第一軸，具有一第一端及一第二端；一第一螺旋節段，其從該第一端向外、往回朝該第二端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸；一第二螺旋節段，其從該第二端向外、往回朝該第一端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸。該細長中心節段、該第一螺旋節段、及該第二螺旋節段之各者係導電的，並形成一天線元件。

在另一態樣中，為了額外優點，可各別地或共同地組合前述態樣之任何者及/或如本文所述之各種分開的態樣及特徵。除非本文指出相反，否則如本文所揭示之各種特徵及元件中之任一者可結合一或多個其他已揭示之特徵及元件。

本領域中具有通常知識者應當瞭解本發明之範疇，並在讀取與附圖式相關的以下較佳實施例之詳細描述之後，瞭解其額外態樣。

相關申請案：本申請案主張對2022年6月8日提出申請之臨時專利申請案序號第63/350,062號及2022年7月7日提出申請之臨時專利申請案序號第63/358,941號之權利，其等之揭露全文係以引用方式併入本文中。

下文提出之實施例表示使本領域中具通常知識者實踐實施例的必要資訊並繪示實踐實施例之最佳模式。鑒於隨附繪圖圖式，本領域中具通常知識者當閱讀下列描述時，將理解本發明之概念且將認識到本文中未特定提及的此等概念之應用。應理解，此等概念及應用係屬於本發明及其所附申請專利範圍的範籌。

如本文中所使用，用語「及/或(and/or)」包括相關聯之列出項目之一或多者的任何及所有組合。將理解，當將諸如層、區域、或基材之元件稱為在另一元件「上」或延伸至另一元件「上」時，該元件可直接在另一元件上或直接地延伸至另一元件上，或者亦可存在中介元件。反之，當將元件稱為「直接」在另一元件「上」或「直接」延伸至另一元件「上」時，則沒有中介元件存在。同樣地，將理解，當將諸如層、區域、或基材之元件稱為在另一元件「上方」或在另一元件「上方」延伸時，該元件可直接在另一元件上方或直接在另一元件上方延伸，或者亦可存在中介元件。反之，當將元件稱為「直接」在另一元件「上方」或「直接」在另一元件「上方」延伸時，則沒有中介元件存在。

如本文中所使用，除非另外明確陳述，「經連接(connected)」意指一個組件/特徵與另一組件/特徵直接實體接觸。同樣地，除非另外明確陳述，「經耦合(coupled)」、或「經聯結(linked)」、或「經接合(bonded)」意指一個組件/特徵直接或間接地相接至另一組件/特徵（或者一個組件/特徵直接或間接地與另一組件/特徵連通），且不必然直接實體地連接。因此，雖然圖式可描繪元件之實例配置，額外的中介元件、裝置、特徵、或組件可存在於一實際實施例中。

相對用語（諸如「之下(below)」或「之上(above)」或「上(upper)」或「下(lower)」或「水平(horizontal)」或「垂直(vertical)」）在本文中可用以描述一個元件、層或區域與另一元件、層或區域的關係，如圖式中所繪示。將理解的是，除了圖式中所描繪的方位之外，此等用語及上文所討論之用語係意欲涵蓋裝置之不同方位。

本文中所使用的專門用語僅用於描述具體實施例的目的，而非意欲限制本揭露。如本文中所使用，除非上下文另有清楚的指示，單數形式「一(a/an)」及「該(the))」亦意欲包括複數形式。進一步將理解，當在本文中使用時，用語「包含(comprises/comprising)」及/或「包括(includes/including)」列舉所述之特徵、整數、步驟、操作、元件、及/或組件的存在，但並未排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件、及/或其等之群組的存在或添加。

除非另有定義，本文中所使用的所有用語（包括技術及科學用語）與在本揭露所屬之技術領域中具有通常知識者一般所理解的具有相同意義。當進一步理解的是，本文中所使用的用語應解讀為具有與其在此說明書上下文及相關領域中的含義一致的含義，且除非在本文中如此明確定義，否則不會以理想或過於正式的意義解讀。

用語「電磁場(electromagnetic field)」係指電場、磁場、或其組合。更具體地，電磁場描述處於一距離處之靜止充電物體或移動充電物體之間的力交互作用強度。例如，電磁場可用以描述天線及/或無線電通訊中之其他構體的交互作用。電磁場可係恆定或時變的。

進一步地，在下列描述中，有時使用X軸方向、Y軸方向、及Z軸方向之用語描述方向。X軸方向、Y軸方向、及Z軸方向係正交於彼此。進一步地，在下列描述中，「如在頂面中所觀看(as viewed in top plane)」意謂所討論的物體係從Z軸方向觀看，而「如從正面所觀看(as viewed from the front)」或「正視圖(front view)」意謂所討論的物體係從Y軸方向觀看。

進一步地，在本揭露中，用語「相同(same)」、「實質上類似(substantially similar)」、或「實質上相等(substantially equal)」並非指完全相同的物體，而是「實質上相同(substantially the same)」者。例如，「實質上相同(substantially the same)」於一物體可指另一物體與該物體之間的差異仍在製造誤差的範圍內。

須理解，除非另有特定提及，本文所述之各種例示性實施例之特徵可彼此組合。本文所述之特定實施例僅係本申請案之說明，且非意欲限制本申請案。本申請案係意欲涵蓋可包括在如本說明書及隨附申請專利範圍所定義之本申請案的精神及範疇內之任何替代物、修改、等同物、及替代物。

圖1繪示根據本揭露之一實施例之例示性天線總成 100的正視圖。天線總成 100包含天線元件 10，其駐留在天線基材 20之中及/或之上。根據一實施例，天線基材 20可將機械支撐及/或電氣隔離提供至天線元件 10。天線基材 20可係印刷電路板材料、積體電路封裝基材、及/或包括介電材料或任何其他合適隔離層（諸如FR-4）之不導電裝配式天線背襯結構之一或多者。

天線元件 10包含細長中心節段 12，其沿著第一軸P延伸並具有第一端 12a及第二端 12b；第一螺旋節段 14；及第二螺旋節段 16。細長中心節段 12、第一螺旋節段 14、及第二螺旋節段 16係導電的，並形成駐留在第一平面T1中之整體件的部分。根據一實施例，天線元件 10沿著第一軸P的高度H1係在7 mm至13 mm的範圍內。在尚有另一實施例中，天線元件 10沿著第一平面T1中的軸L並垂直於第一軸P的寬度W1係在6至15的範圍內。

圖2A顯示具有連接構件 18之天線總成 100的一例示性實施例。根據一實施例，第一螺旋節段 14進一步包含第一區段 14a，其從細長中心節段 12之第一端 12a向外延伸；第二區段 14b，其朝細長中心節段 12之第二端 12b往回延伸；及第三區段 14c，其向內且至少部分地沿著細長中心節段 12延伸。在相同實施例中，第二螺旋節段 16進一步包含第四區段 16a，其從細長中心節段 12之第二端 12b向外延伸；第五區段 16b，其朝細長中心節段 12之第一端 12a往回延伸；及第六區段 16c，其向內且至少部分地沿著細長中心節段 12延伸。

根據一實施例，第一螺旋節段 14及第二螺旋節段 16係在細長中心節段 12的相對側上。在一實施例中，天線元件 10沿著其結構平面的厚度可係均勻或不均勻的，且在0.1 mm至2 mm的範圍內。根據一實施例，天線元件 10沿著垂直於軸P的軸L之各節段及區段的寬度沿著其等的結構幾何及根據表1可係均勻或不均勻的。 表1

區段或節段	寬度範圍 (mm)
W 12	0.5至2
W 14	0.5至2
W 14a	0.5至2
W 14b	0.5至2
W 14c	0.5至2
W 16	0.5至2
W 16a	0.5至2
W 16b	0.5至2
W 16c	0.5至2

須注意，雖然圖2A將天線總成 100描繪為單一單元，駐留在天線基材 20之中及/或之上的天線元件 10之各節段及區段的尺寸可影響在6GHz至12GHZ及更高的範圍內之天線總成 100的操作頻率。

圖2B顯示具有連接構件 18之天線總成 100的等角視圖。連接構件 18係導電的，並經機械地連接至及延伸自天線元件 10的細長中心節段 12。在一實施例中，連接構件 18將機械支撐提供至天線總成 100。在尚有另一實施例中，連接構件 18係經組態以將至信號饋線及控制單元（未圖示）中之至少一者的電氣連接路徑提供予駐留在天線基材 20之中及/或之上的天線元件 10。

圖3顯示根據本揭露之一實施例之例示性天線模組 110。天線模組 110包含經設置在接地平面總成 30之頂表面 30a上方的天線總成 100。天線總成 100實質上類似於如圖1以及圖2A及圖2B所述之天線總成 100，並具有類似於所討論者的元件符號。

現往回參照圖3，天線總成 100包含天線元件 10及天線基材 20。接地平面總成 30包含接地平面 32，其駐留在接地平面基材 34之中及/或之上。根據一實施例，連接構件 18通過接地平面總成 30插入並將機械支撐提供至天線總成 100，且用以在接地平面總成 30上方機械地固持天線總成 100。根據尚有另一實施例，連接構件 18係進一步經組態以將天線元件 10電氣連接至信號饋線及控制單元（未圖示）中的至少一者。連接構件 18從而是天線元件 10係與接地平面 32電氣隔離，該接地平面可不必然係「地面接地(earth ground)」。接地平面 32可將電磁參考提供至天線元件 10。接地平面 32充當由天線元件 10發射之電磁波的反射體。

圖4顯示在接地平面總成 30中具有通孔 36之天線模組 110的例示性視圖。根據一實施例，通孔 36包含孔，其在接地平面總成 30中垂直地延伸，形成接地平面 32之頂表面上方的頂表面開口以及接地平面總成 30之底表面30b上方的底表面開口（未圖示）。接地平面總成 30在第二平面T2中可係平面的。

連接構件 18可從頂表面開口進入通孔36，穿過接地平面總成 30中之電氣隔離通道，並從底表面開口（未圖示）退出，在接地平面總成 30之底表面上方及相對於天線總成 100在其中駐留之表面將至信號饋線及控制單元（未圖示）中之至少一者的連接路徑提供予連接構件 18與天線元件 10。如先前所指示，通孔 36使連接構件 18從而是天線元件 10與接地平面 32電氣隔離。在一實施例中，通孔 36進一步提供機械支撐以在接地平面總成 30的頂表面30a上方將天線總成 100固持在所欲定向中。接地平面 32可係圓形，其具有在20mm至60mm及更高的範圍內之直徑D。在一實施例中，接地平面 32沿著其結構平面的厚度可係均勻或不均勻的，且在0.001mm至0.5mm的範圍內。在某些實施例中，天線模組 110的阻抗匹配及輻射圖係接地平面 32之大小的函數。

圖5顯示天線模組 110的一例示性實施例，其包含經設置在接地平面總成 30之頂表面 30a上方的天線總成 100。天線總成 100在第一平面T1中係平面的且具有第一軸P。接地平面總成 30在第二平面T2中係平面的。天線總成 100可在接地平面總成 30之頂表面 30a上的點Q處設置在接地平面總成 30上方。

天線總成 100可經定向，使得天線元件 10從接地平面總成 30之頂表面 30a上的點Q面朝第二平面T2的第一側。角θ係經判定在點Q處，且相對於第二平面T2之第一側在第一平面T1的第一軸P之間。天線總成 100與接地平面總成 30形成在45至180度的範圍內之非零角θ。在某些實施例中，天線模組 110的性能係角θ的函數。

圖6顯示天線模組 110的一例示性實施例，其具有形成接地平面總成 30之部分的連接端子 38。連接端子 38包含第一埠 38a，其在接地平面總成 30之頂表面 30a上方，與接地平面總成 30之底表面上方的第二埠 38b共用一或多個連接路徑。在一實施例中，第一埠 38a係經組態以在接地平面總成 30的頂表面 30a上方結構地固持天線總成 100，以及將至第二埠 38b的第一連接路徑提供予連接構件 18及從而是天線元件 10。

第二埠 38b可經組態以將至連接構件 18的第一連接路徑及至接地平面 32的第二連接路徑提供予第一埠 38a，其中第一連接路徑及第二連接路徑係彼此隔離。根據另一實施例，第一埠 38a將連接構件 18及從而是天線元件 10與接地平面 32電氣隔離。在一實施例中，第二埠 38b提供界面，其用於將單線 或多線信號饋線中之一者連接至天線模組 110（未圖示）。

圖7A及圖7B繪示天線總成 100之兩個例示性實施例。須注意，如圖7A及圖7B所分別顯示之天線總成 100′及 100″之各者包含先前參照圖1以及圖2A及圖2B所示之天線總成 100所述之元件。因此，其等將繼續具有相同的元件符號。然而，根據本揭露之各種實施例，天線總成 100′及 100″可不同於天線總成 100之處在於與如先前參照圖1所述之高度H1及/或寬度W1相關聯的值中之至少一者。

各包含駐留在天線基材 20之上及/或之中的天線元件 10之天線總成 100′及 100″與天線總成 100的不同之處可在於下列中之至少一者：與天線元件 10之節段或區段的寬度相關聯的值範圍，包括如由W ₁₂、W _14a、W _14b、W _14c、W _16a、W _16b、W _16c參數化之用於細長中心節段 12、第一區段14a、第二區段 14b、第三區段 14c、第四區段 16a、第五區段 16b、及第六區段16c之不均勻寬度的值範圍。

圖8A及圖8B繪示根據本揭露之一實施例設計之天線模組 110的輻射方向圖。如圖8A及圖8B所示，天線模組110的輻射方向圖係全向及半球形。與天線模組 110之各種部分相關聯的結構設計、幾何、及尺寸引入垂直於第一主導極化之第二主導極化。第二主導極化可增加天線模組 110的輸出增益並降低與天線模組 110相關聯的任何輸出相關，其將針對需要較廣頻寬、低交叉極化、及較高隔離之應用使該天線模組成為良好候選者。

圖9繪示天線模組 110′的一例示性實施例，其包含經設置在接地平面總成 30之頂表面 30a上方之三個實質上類似的天線總成 100。如圖9所示之三個天線總成 100的全部者實質上類似於參照圖1以及圖2A及圖2B所述之天線總成 100，且將繼續具有相同於所討論者的元件符號。接地平面總成 30實質上類似於參照圖3至圖6所述的接地平面總成 30。先前針對接地平面總成 30參照圖3至圖6所述之如圖9所示的所有元件將繼續具有相同於所討論者的元件符號。

雖然在圖9中僅顯示三個天線總成 100，根據本揭露之各種其他實施例，相同設計可適用於經設置在接地平面總成 30之頂表面 30a上方之任何數目的複數個天線總成 100，以形成天線模組 110′。由於如圖9所示之三個天線總成 100的全部者實質上彼此類似（其中元件帶有相同元件符號），為了本揭露的簡明起見，在圖9中僅描述三個天線總成 100中的一者。

現參照圖9，天線總成 100之各者包含連接構件 18，其機械地連接至並延伸自天線元件 10。天線元件 10駐留在天線基材 20之上及/或之中以形成天線總成 100。連接構件 18係在接地平面總成 30上的三個虛點Q中的一者處通過接地平面總成 30插入。接地平面總成 30上的點Q係圍繞接地平面總成 30上的中心虛點C以相等分布角φ徑向地配置。角φ實質上等於120度。接地平面總成 30上的點Q與中心點C的距離相等。三個點Q的各者共用離中心點C在¼波長的範圍內之實質上相等的距離R。兩相鄰點Q之各者間的距離RR實質上相等，且在¼波長（最高使用頻率處的波長）的範圍內。根據一實施例，連接構件 18之各者在接地平面總成 30上的各別點Q上方機械地支撐及固持天線總成 100，其係使用使得各天線總成100的天線元件 10面朝外且處於相對於中心點C的方向上之空間定向。

角θ形成在接地平面總成 30上之三個點Q的各者與天線總成 100及接地平面總成 30處。現參照如圖9所示之天線模組 110′，三個天線總成 100之各者可形成與接地平面總成 30在30至 120度的範圍內之非零角θ。根據一實施例，天線總成 100之各者可共用與接地平面總成 30實質上相等的角θ。天線總成 100的全部三者實質上可垂直於接地平面總成 30，具有在60至120度的範圍內之角度。

天線模組 110′係經組態以作用如超寬頻及全向輻射模組。天線總成 100可經調諧至不同頻率或頻帶、至相同頻率或頻帶、或至其等之某一組合。

圖10繪示天線模組 110"的一例示性實施例，其進一步包含接地平面開口結構 50。如圖9所述之天線模組 110′的結構大小及幾何尺寸係欲經縮減。欲縮減天線模組 110′的結構大小，天線總成 100可經設置為在接地平面總成 30的頂表面 30a上方更靠近彼此。然而，可造成諸如信號的極化失配損耗、傳播延遲失真、干擾、或相位偏移之非意欲結果。欲克服這些限制，遂引入呈接地平面開口結構 50之形式的分區平面隔離及相關增強器。接地平面開口結構 50形成天線模組 110′的部分，以防止包括但不限於多輸入及多輸出(MIMO)技術的各種技術中之任何非意欲的信號干擾及相位偏移。接地平面開口結構 50形成天線模組 110′的部分，以減少信號相關、增強信號隔離、及防止信號干擾及相位偏移在由天線模組 110′判定信號到達角(AoA)的過程中之任何不利效應。

在一實施例中，三個實質上類似的中心開口 52係形成在接地平面32中。各中心開口 52係細長開口（諸如狹槽），其具有第一端及第二端，並從接地平面總成 30上之中心點C以相等分布角徑向地向外延伸。共同地，三個中心開口形成「Y」形，其中中心開口 52的相鄰對形成120度的角度。接地平面基材 34可形成中心開口 52之底表面。三個中心開口 52之各者的第一端彼此相交於中心點C,以在接地平面 32中形成單位開口的一部分，其經組態以取消與該接地平面 32相關聯的近場阻抗。三個中心開口 52的各者延伸，使得三個中心開口 52之各者的第二端在兩相鄰天線總成 100的各者之間形成開口（諸如狹槽）。

圖11係天線模組 110'的俯視圖，其具有如圖10所示之接地平面開口結構 50，進一步包含三個外部開口 56。三個天線總成100係設置在駐留在接地平面基材 34上方之接地平面 32的頂表面上方。三個中心開口 52之各者的結構形狀及尺寸可經調整，以將接地平面開口結構 50最佳地調諧至所欲的中心隔離頻率。接地平面開口結構 50之開口部分可填以介電材料（未圖示），其具有介電常數ε，該介電常數經組態以進一步將接地平面開口結構 50調諧至所欲的中心隔離頻率。在一實施例中，三個外部開口 56形成接地平面開口結構 50的部分，使得三個外部開口 56之各者圍繞中心點C沿著三個等距弦中的一者部分地延伸，並在接地平面 32中形成開口（諸如狹槽）。

外部開口 56係接地平面 32中的細長開口，平行於複數個天線總成 100中之一者，且相對於點C在複數個天線總成 100中之一者的相對側中。外部開口 56係經形成，使得在接地平面總成 30之平面T2中沿著各中心開口 52延伸且穿過天線總成 100的相鄰對之間的區域之虛線係相對於外部開口 56的垂直等分線。各外部開口 56可耦合至三個中心開口 52中之一者以進一步調諧隔離頻率。中心開口 52可係矩形，其具有長度L3及寬度W3。在一實施例中，L3係在¼波長的範圍內，W3係在0.5 mm及2 mm的範圍內。相鄰中心開口 52的各對延伸自中心點C，且彼此共用相等角α。角α實質上可等於120度。

圖12顯示圖10之天線模組 110″的一例示性實施例，其中接地平面開口結構 50進一步包含三個電容負載 54，其等各自形成三個中心開口 52之各個各別者之第一端的部分。電容負載 54可以可變無效負載、有效負載及無效負載之一組合、及經耦合至接地平面開口結構 50之開關（未圖示）中的至少一者取代以在意欲的中心頻率ω下調諧接地平面開口結構 50，以進一步增強隔離、減少極化失配損耗、及/或最小化傳播延遲失真。根據一實施例，意欲的中心頻率ω可對應於天線模組 110″在其下使用超寬頻(UWB)無線技術傳輸及/或接收信號的頻率或中心頻率。

圖13繪示天線模組 110″ ′的一例示性實施例，其包含形成單一且整體的接地平面開口結構 50′之部分的額外次中心開口 52′。根據一實施例，如圖13所示之接地平面開口結構50′進一步包含複數個額外次中心開口 52′，其等平行於如參照圖10所述之三個中心開口 52延伸。

圖14繪示如先前圖13所示之天線模組 110 ″ ′的俯視圖。接地平面開口結構 50′包含九個次中心開口 52′及三個中心開口 52，如圖13所示者。接地平面總成 30上的三個虛點E位在三個直線CQ中之一者上，該三個直線在接地平面總成 30上於點C與三個點Q的各者之間延伸。對於各點E，三個次中心開口 52′向外且以120度的相等分布角延伸，以在接地平面 32中形成額外開口。根據一實施例，點E共用離中心點C實質上相等的距離。

次中心開口 52′可從點E以相等分布角徑向地向外延伸，其中對於各點E，三個次中心開口 52′中之兩者平行於其等之各別相鄰中心開口 52延伸，且三個次中心開口 52′中之一者朝中心點C延伸並連接至該中心點，形成整體的接地平面開口結構 50′。

複數個中心開口 52及次中心開口 52′之各者的形狀、尺寸、或其等之一組合可經調整，以進一步將接地平面開口結構 50′調諧至所欲的中心頻率，以在意欲的中心頻率ω處或圍繞該意欲的中心頻率增強信號的隔離及相關。意欲的中心頻率ω可對應於天線模組 110 ″ ′在其下使用超寬頻(UWB)無線技術傳輸及/或接收信號之頻帶的頻率或中心頻率。接地平面開口結構 50′的中空部分係填以介電材料，其具有介電常數ε，並經組態以針對天線模組 110 ″ ′在其下輻射之中心頻率最佳地調諧接地平面開口結構 50′的操作。

圖15A及圖15B繪示無線通訊系統 200，其具有安裝在電動車輛 60之底表面下方的第一聯網裝置 111及安裝在接地平面充電板 62之頂表面 62a之中及/或上方的第二聯網裝置 111′。第一聯網裝置 111及第二聯網裝置 111′之各者包含一或多個天線模組 110″，其（等）經耦合至第一控制單元64或第二控制單元64′中之一者。

天線模組 110″實質上類似於如參照圖10至圖14所述之天線模組 110″，且將繼續帶有相同於所討論者的元件符號。第一聯網裝置 111及第二聯網裝置 111′形成無線通訊系統 200，其經組態以接收、處理、及傳輸與電動車輛 60相對於接地平面充電板 62之定位、指向、及對準相關的資訊信號 66。

圖15A繪示電動車輛 60根據其從遠場接近接地平面充電板 62之頂表面之兩方案中的第一者，其中電動車輛 60之前側或背側中的一者與接地平面充電板 62之間的水平間隙存在。根據一實施例，在遠場接近期間，輻射傳播係沿接地表面 70上方的水平路徑。天線模組 110″的第二主導極化促成在第一聯網裝置 111與第二聯網裝置 111′之間於主視線方向上的對準，其進一步增強第一聯網裝置 111之一或多個天線模組 110″與第二聯網裝置 111″的一或多個天線模組 110″之間的超寬頻無線通訊。

資訊信號 66攜載對應於第一聯網裝置 111與第二聯網裝置 111′之間的距離或與該距離相關之函數的資訊資料。在另一實施例中，資訊信號 66可進一步攜載對應於第一聯網裝置 111與第二聯網裝置 111′之間的角度或與該角度相關之函數的資訊資料。

判定電動車輛 60相對於接地平面充電板 62的定位包括判定電動車輛 60至接地平面充電板 62的方向及距離兩者。由第一聯網裝置 111的控制單元 64及第二聯網裝置 111′的控制單元 64′即時地分析及處理所傳輸及/或接收的資訊信號 66將致能電動車輛 60經指向朝接地平面充電板 62的資訊提供予電動車輛 60。

圖15B顯示電動車輛 60可需要根據其在接地平面充電板 62的表面上方準確地對準自身之兩方案中的第二者。根據第二方案，電動車輛 60之底表面的至少一部分及接地平面充電板 62之頂表面的一部分垂直地重疊。近場接近及對準需要電動車輛 60之第一聯網裝置 111在接地平面充電板 62之第二聯網裝置 111′上方側向及縱向地準確定位及對準。

第一聯網裝置 111及第二聯網裝置 111′形成無線通訊系統 200，其用以傳輸及接收資訊信號 66。根據一實施例，資訊信號 66攜載對應於第一聯網裝置 111與第二聯網裝置 111′之間的距離或與該距離相關之函數的資訊資料。資訊信號 66可進一步攜載對應於第一聯網裝置 111與第二聯網裝置 111′之間的角度或與該角度相關之函數的資訊資料。

由第一聯網裝置 111的控制單元 64及第二聯網裝置 111′的控制單元 64′即時地分析及處理所傳輸及/或接收的資訊信號 66致能電動車輛 60經指向朝接地平面充電板 62，並判定其相對於接地平面充電板 62之頂表面的側向偏移。

所屬技術領域中具有通常知識者將理解對本揭露之較佳實施例的改善及修改。所有此類改善及修改均視為屬於本文所揭示之概念及隨後之申請專利範圍的範疇內。

10:天線元件 12:細長中心節段 12a:第一端 12b:第二端 14:第一螺旋節段 14a:第一區段 14b:第二區段 14c:第三區段 16:第二螺旋節段 18:連接構件 20:天線基材 30:接地平面總成 30a:頂表面 30b:底表面 32:接地平面 34:接地平面基材 36:通孔 38:連接端子 38a:第一埠 38b:第二埠 50:接地平面開口結構 50′:接地平面開口結構 52:中心開口 52′:次中心開口 54:電容負載 56:外部開口 60:電動車輛 62:接地平面充電板 62a:頂表面 64:第一控制單元 64′:第二控制單元 66:資訊信號 70:接地表面 100:天線總成 110:天線模組 100′:天線總成 100″:天線總成 110″′:天線模組 111:第一聯網裝置 200:無線通訊系統 111′:第二聯網裝置 φ:分布角 θ:角 ω:中心頻率 AoA:信號到達角 C:中心點 CQ:直線 D:直徑 E:虛點 H1:高度 FR-4:隔離層 L:軸 L3:長度 P:第一軸 Q:點 R:距離 RR:兩相鄰點Q之各者間的距離 T1:第一平面 T2:第二平面 W1:寬度 W3:寬度 W ₁₂:寬度 W ₁₄:寬度 W _14a:寬度 W _14b:寬度 W _14c:寬度 W ₁₆:寬度 W _16a:寬度 W _16b:寬度 W _16c:寬度

併入說明書並形成說明書的一部分之隨附圖式繪示本發明的幾個態樣，並協同實施方式共同解釋本揭露之原理。

圖1繪示根據本揭露之一實施例之例示性天線總成的正視圖。

圖2A顯示具有延伸自細長中心節段的連接構件之天線總成。

圖2B顯示例示性天線總成的等角視圖。

圖3顯示根據本揭露之一實施例之例示性天線模組。

圖4顯示具有形成接地平面總成之部分的通孔之天線模組的例示性視圖。

圖5顯示天線模組之一例示性實施例。

圖6顯示具有形成接地平面總成之部分的連接端子之天線模組的一例示性實施例。

圖7A及圖7B顯示根據本揭露之天線總成之其他例示性實施例的示意圖。

圖8A及圖8B繪示根據本揭露之一實施例設計之天線模組的輻射方向圖。

圖9繪示包含三個實質上類似的天線總成之天線模組的一例示性實施例。

圖10繪示天線模組的一例示性實施例，其進一步包含接地平面開口結構。

圖11繪示圖10之天線模組的俯視圖，其進一步包含三個次要接地平面開口。

圖12繪示具有形成接地平面開口結構之部分的電容負載之天線模組的一例示性實施例。

圖13繪示如圖10所示的例示性天線模組，其進一步包含形成單一且整體的接地平面開口結構之部分的額外接地平面開口。

圖14係圖13之天線模組的俯視圖。

圖15A及圖15B繪示無線通訊系統，其具有安裝在電動車輛之底表面下方的第一聯網裝置及安裝在接地平面充電板之頂表面上方的第二聯網裝置。

10:天線元件

12:細長中心節段

12a:第一端

12b:第二端

14:第一螺旋節段

14a:第一區段

14b:第二區段

14c:第三區段

16:第二螺旋節段

18:連接構件

20:天線基材

100:天線總成

W1:寬度

H1:高度

T1:第一平面

Claims (25)

1. 一種天線總成，其包含： 一細長中心節段，其沿著一第一軸，具有一第一端及一第二端； 一第一螺旋節段，其從該第一端向外、往回朝該第二端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸； 一第二螺旋節段，其從該第二端向外、往回朝該第一端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸；且 其中該細長中心節段、該第一螺旋節段、及該第二螺旋節段之各者係導電的，並形成一天線元件。
2. 如請求項1之天線總成，其中該細長中心節段、該第一螺旋節段、及該第二螺旋節段駐留在一第一平面中。
3. 如請求項2之天線總成，其中該第一螺旋節段及該第二螺旋節段係在該細長中心節段的相對側上。
4. 如請求項3之天線總成，其進一步包含一天線基材，該天線元件駐留在該天線基材上或在該天線基材中，其中該天線基材包含一介電材料。
5. 如請求項4之天線總成，其進一步包含一連接構件，該連接構件經連接至且延伸自該細長中心節段，其中該連接構件係導電的。
6. 一種天線模組，其包含： 一接地平面總成，其包含具有一頂表面及一底表面之一接地平面；及 複數個天線總成，其等經設置在該接地平面之一頂表面上方，各天線總成包含： 一細長中心節段，其沿著一第一軸，具有一第一端及一第二端； 一第一螺旋節段，其從該第一端向外、往回朝該第二端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸； 一第二螺旋節段，其從該第二端向外、往回朝該第一端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸；且 其中該細長中心節段、該第一螺旋節段、及該第二螺旋節段之各者係導電的，並形成一天線元件。
7. 如請求項6之天線模組，其進一步包含該接地平面中之複數個中心開口，其中各中心開口係一細長開口，具有一第一端及一第二端，且其中該複數個中心開口形成一接地平面開口結構之部分。
8. 如請求項7之天線模組，其中該複數個天線總成包含三個天線總成，其等圍繞該接地平面總成上的一點以相等距離及等於120度的相等分布角徑向地設置。
9. 如請求項8之天線模組，其中該接地平面總成係圓形，且其中該接地平面總成上之該點係該接地平面總成之一中心點。
10. 如請求項9之天線模組，其中該接地平面開口結構包含三個中心開口，其等以相等距離及等於120度之相等的分布角從該徑向地向外延伸，三個中心開口之各者具有一第一端及一第二端，該第一端在該中心點相交，該第二端在該複數個天線總成的相鄰對之間延伸，在該接地平面中形成一「Y」形。
11. 如請求項10之天線模組，其中該接地平面開口結構進一步包含九個次中心開口，其中九個次中心開口中之各三個次中心開口從形成於三對鄰近中心開口中之一對之間的角度的二等分線上的點以等於120度的相等分佈角度徑向向外延伸，其中該三個次中心開口中之兩者平行於一對鄰近中心開口延伸，並且該三個次中心開口中之一者延伸並連接到該中心點。
12. 如請求項10之天線模組，其中該接地平面開口結構進一步包含三個外部開口，其中各外部開口係該接地平面中平行於三個天線總成中之一者的一細長開口，且在該天線總成相對於該中心點的相對側中。
13. 如請求項10之天線模組，其中該接地平面開口結構進一步包含一或多個負載，其（等）經耦合至該接地平面開口結構。
14. 如請求項10之天線模組，其中該複數個天線總成之各者係彼此相同。
15. 如請求項14之天線模組，其中該複數個天線總成中之各者實質上係垂直於該接地平面總成。
16. 如請求項15之天線模組，其進一步包含進一步包含一天線基材，該天線元件駐留在該天線基材上或在該天線基材中，其中該天線基材包含一介電材料。
17. 如請求項16之天線模組，其中該接地平面總成進一步包含一接地平面基材，該接地平面駐留在其上或其中。
18. 如請求項17之天線模組，其中該接地平面基材形成該接地平面開口結構之一底表面的部分。
19. 如請求項18之天線模組，其中該第一螺旋節段及該第二螺旋節段係在該細長中心節段的相對側上。
20. 如請求項19之天線模組，其中該細長中心節段、該第一螺旋節段、及該第二螺旋節段駐留在一第一平面中。
21. 如請求項20之天線模組，其中該接地平面總成進一步包含複數個通孔。
22. 如請求項21 之天線模組，其中該三個天線總成之各者進一步包含一連接構件，其經連接至並延伸自該細長中心節段，其中該連接構件係導電的且經插入各別通孔之各一者中。
23. 如請求項22之天線模組，其中該接地平面總成係平面的，並駐留在一第二平面中。
24. 如請求項23之天線模組，其中該天線模組之一操作頻率係在5至20 GHz的一範圍內。
25. 一種無線通訊系統，其包含： 一控制單元； 一天線模組，其與該控制單元相關聯，包含： 一接地平面總成，其包含具有一頂表面及一底表面之一接地平面；及 複數個天線總成，其等經設置在該接地平面之一頂表面上方，各天線總成包含： 一細長中心節段，其沿著一第一軸，具有一第一端及一第二端； 一第一螺旋節段，其從該第一端向外、往回朝該第二端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸； 一第二螺旋節段，其從該第二端向外、往回朝該第一端、且至少部分地沿著該細長中心節段向內延伸；且 其中該細長中心節段、該第一螺旋節段、及該第二螺旋節段之各者係導電的，並形成一天線元件。