TWI481115B - 天線陣列模組及其天線單元 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種天線模組,特別係有關於一種天線模組及其共振腔堆疊平面天線單元(cavity-backed stacked planar antenna unit)。
第1圖係習知之天線1,包括一天線基板10、一饋入基板20、一偶合金屬層(patch)30、一接地面40以及一微帶饋入線50。該天線基板10包括一第一表面11以及一第二表面12。該饋入基板20包括一第三表面21以及一第四表面22。該偶合金屬層30設於該第一表面11之上。該接地面40設於該第三表面21之上。該第二表面12連接於該接地面40。一耦合槽孔41形成於該接地面40之上。該微帶饋入線50設於該第四表面22之上。該微帶饋入線50透過該耦合槽孔41對該偶合金屬層30饋入無線訊號。習知的天線一般具有較小的頻寬,過大的反向輻射,以及不必要的表面波輻射(surface wave radiation)等問題。
本發明即為了解決上述習知技術之問題而提供一種天線單元,包括一第一基板、一第一導電層、一第二導電層、複數個導通穿孔、一饋入導體以及偶合金屬層。第一基板包括一第一表面以及一第二表面,其中,該第一表面位於該第二表面對面。第一導電層設於該第一表面。第二導電層設於該第二表面,其中一開口形成於該第二導電層之上,該開口具有一開口邊緣。導通穿孔形成於該第一基板之中並將該第一導電層電性連接該第二導電層,其中,該等導通穿孔環繞該開口以定義一共振槽孔。饋入導體於該開口上方延伸,並對該天線單元饋入一無線訊號。一偶合金屬層設於該開口上方,並與該饋入導體分離。
在本發明實施例之天線單元中,一電場形成於該偶合金屬層、該饋入導體以及該開口邊緣之間,該電場具有相對於該第二導電層的斜向振盪方向。藉由此斜向振盪方向,本發明實施例之天線單元具有較大的輻射角度。且本發明實施例之天線單元或是天線陣列模組可以輕易的透過低成本的標準印刷電路板製程而大量製作。
第2圖係本發明實施例之天線單元100。該天線單元100包括一第一基板110、一第二基板120、一第一導電層130、一第二導電層140、複數個導通穿孔150、一饋入導體160以及一偶合金屬層170。該第一基板110包括一第一表面111以及一第二表面112,其中,該第一表面111位於該第二表面112對面。該第二基板120包括一第三表面121以及一第四表面122,該第三表面121位於該第四表面122對面。該第一導電層130設於該第一表面111之上。該第二導電層140設於該第二表面112之上,其中,一開口141形成於該第二導電層140之上,該開口141具有一開口邊緣142。導通穿孔150形成於該第一基板110之中並將該第一導電層130電性連接該第二傳導層140,其中,該等導通穿孔150環繞該開口141以定義一共振槽孔151。該共振槽孔151由該等導通穿孔150以及該第一導電層130所形成。饋入導體160於該開口141上方延伸,並對該天線單元100饋入一無線訊號。偶合金屬層170設於該開口141上方,並與該饋入導體160分離。在此實施例中,該第一導電層130以及該第二導電層140為接地層。第3圖係第2圖之III-III方向截面圖。如第3圖所顯示的,該偶合金屬層170設於該第四表面122之上,該第三表面121接觸該第二導電層140。在此實施例中,該饋入導體160埋設於該第二基板120之中。
第4圖係天線單元100的俯視圖。該饋入導體160呈T字形,該饋入導體160包括一第一部分161以及一第二部分162,該第二部分162的一端連接該第一部分161。該偶合金屬層170呈矩形,並具有一長軸171,該饋入導體160之該第一部分161平行於該長軸171。該開口141呈矩形。該第一部分161以及該偶合金屬層170之間的間距d1約為0.15λ,λ為該無線訊號的波長。藉由改變間距d1或是開口141平行於長軸171方向的寬度,可以調整天線單元的阻抗匹配。藉由調整開口141垂直於軸171方向的長度,該天線的共振中心頻率可能被調整。藉由調整偶合金屬層170及開口邊緣142之間的距離,該天線單元的共振頻率與頻寬可以被調整。參照第3圖,該第一導電層130與該第二導電層140之間的高度h約為0.25λ。每兩個導通穿孔之間的間距g小於λ/8。該高度h以及該間距g可以被調整。
參照第3圖,一電場形成於該偶合金屬層170、該饋入導體160以及該開口邊緣142之間,該電場具有相對於該第二導電層140的斜向振盪方向。藉由此斜向振盪方向,本發明實施例之天線單元具有較大的輻射角度。第5圖係天線單元100的輸入反射損失(S11
),其中,天線單元100具有約為25%的超大分數比例頻寬(ultra-large fractional bandwidth)。第6a圖係天線單元100於電場(E)平面以及磁場(H)平面在57GHz的天線場形(antenna pattern)。第6b圖係天線單元100在57GHz的微小背向(small back)輻射特性。第7a圖係天線單元100於電場(E)平面以及磁場(H)平面在66GHz的天線場形。第7b圖係天線單元100在66GHz的微小背向輻射特性。如第6a、6b、7a以及7b圖所顯示的,本發明實施例之天線單元提供了大於6dBi的增益峰值(peak gain)。在上述實施例中,該共振槽孔151以及該開口141呈矩形。然而,此並未限制本發明,該共振槽孔151以及該開口141亦可以為圓形、橢圓形或其他形狀。
在上述實施例中,該饋入導體160為T字形。然而,此並未限制本發明。該饋入導體160埋設於該第二基板120之中,並為微帶線(strip line)。然而,此並未限制本發明,饋入導體160亦可以應用其他型式的傳輸線。此外,該第二部分162的形狀以及延伸方向亦可以改變。
在上述實施例中,該偶合金屬層170設於該第四表面122之上。然而,此並未限制本發明。該偶合金屬層170以及該饋入導體160亦可以位於同一平面。例如,該偶合金屬層170以及該饋入導體160可同時位於該第四表面122之上。或者,該偶合金屬層170可以被設於該第三表面121之上,而該饋入導體160可設於該第四表面122之上。
第8圖係本發明實施例之天線陣列模組200,其中,複數個天線單元(不限於第8圖之四個)100位於與第2圖相同的第一基板110、第二基板120、第一導電層130以及第二導電層140之中,該等天線單元100呈矩陣排列。在該天線陣列模組200中,複數個天線單元100的每兩個之間的隔離度因為導通穿孔150結構而被改善(大於15dB)。在此實施例中,複數個天線單元100的每兩個之間的間距約為0.5λ。本發明實施例之天線單元100或是天線陣列模組200可以輕易的透過低成本的標準印刷電路板製程而大量製作。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數“第一”、“第二”、“第三”等等,彼此之間並沒有順序上的先後,其僅僅用於標示區分兩個具有相同名字的不同元件。
雖然本發明已以具體之較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,仍可作些許的更動與潤飾,因此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。
1...天線
10...天線基板
11...第一表面
12...第二表面
20...饋入基板
21...第三表面
22...第四表面
30...偶合金屬層
40...接地面
41...耦合槽孔
50...微帶饋入線
100...天線單元
110...第一基板
111...第一表面
112...第二表面
120...第二基板
121...第三表面
122...第四表面
130...第一導電層
140...第二導電層
141...開口
142...開口邊緣
150...導通穿孔
151...共振槽孔
160...饋入導體
161...第一部分
162...第二部分
170...偶合金屬層
171...長軸
200...天線陣列模組
第1圖係習知之天線;
第2圖係本發明實施例之天線單元;
第3圖係第2圖之III-III方向截面圖;
第4圖係本發明實施例之天線單元的俯視圖;
第5圖係本發明實施例之天線單元的輸入反射損失(S11
);
第6a圖係本發明實施例之天線單元於電場(E)平面以及磁場(H)平面在57GHz的天線場形;
第6b圖係本發明實施例之天線單元在57GHz的微小背向輻射特性;
第7a圖係本發明實施例之天線單元於電場(E)平面以及磁場(H)平面在66GHz的天線場形;
第7b圖係本發明實施例之天線單元在66GHz的微小背向輻射特性;以及
第8圖係本發明實施例之天線陣列模組。
100...天線單元
110...第一基板
111...第一表面
112...第二表面
120...第二基板
121...第三表面
122...第四表面
130...第一導電層
140...第二導電層
141...開口
142...開口邊緣
150...導通穿孔
151...共振槽孔
160...饋入導體
170...偶合金屬層
Claims (20)
- 一種天線單元,包括:一第一基板,包括一第一表面以及一第二表面,其中,該第一表面位於該第二表面對面;一第一導電層,設於該第一表面之上;一第二導電層,設於該第二表面之上,其中一開口形成於該第二導電層之上,該開口具有一開口邊緣;複數個導通穿孔,形成於該第一基板之中並將該第一導電層電性連接該第二導電層,其中,該等導通穿孔環繞該開口以定義一共振槽孔;一饋入導體,於該開口上方延伸,並對該天線單元饋入一無線訊號;以及一偶合金屬層,設於該開口上方,並與該饋入導體分離;其中該饋入導體與該耦合金屬層不重疊。
- 如申請專利範圍第1項所述之天線單元,其中,一電場形成於該偶合金屬層、該饋入導體以及該開口邊緣之間,以加強相對於該第二導電層的斜向振盪方向。
- 如申請專利範圍第1項所述之天線單元,其更包括一第二基板,其中,該第二基板包括一第三表面以及一第四表面,該第三表面位於該第四表面對面,該偶合金屬層設於該第四表面之上,該第三表面接觸該第二導電層。
- 如申請專利範圍第3項所述之天線單元,其中,該饋入導體埋設於該第二基板之中。
- 如申請專利範圍第3項所述之天線單元,其中,該 偶合金屬層設於該第四表面之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之天線單元,其中,該饋入導體呈T字形,該饋入導體包括一第一部分以及一第二部分,該第二部分的一端連接該第一部分。
- 如申請專利範圍第6項所述之天線單元,其中,該偶合金屬層呈矩形,並具有一長軸,該饋入導體之該第一部分平行於該長軸。
- 如申請專利範圍第7項所述之天線單元,其中,該第一部分以及該偶合金屬層之間的間距為0.15λ,λ為該無線訊號的波長。
- 如申請專利範圍第1項所述之天線單元,其中,該開口呈矩形,該偶合金屬層呈矩形。
- 如申請專利範圍第1項所述之天線單元,其中,該第一導電層與該第二導電層之間的高度為0.25λ,λ為該無線訊號的波長。
- 如申請專利範圍第1項所述之天線單元,其中,該等導通穿孔的每兩個之間的間距小於λ/8,λ為該無線訊號的波長。
- 如申請專利範圍第1項所述之天線單元,其中,該第一導電層以及該第二導電層為接地層。
- 一種天線陣列模組,包括:一第一基板,包括一第一表面以及一第二表面,其中,該第一表面位於該第二表面對面;一第一導電層,設於該第一表面之上;一第二導電層,設於該第二表面之上;以及 複數個天線單元,其中,該等天線單元呈矩陣排列,每一天線單元包括:一開口,形成於該第二導電層之上,其中,該開口具有一開口邊緣;複數個導通穿孔,形成於該第一基板之中並將該第一導電層電性連接該第二導電層,其中,該等導通穿孔環繞該開口以定義一共振槽孔;一饋入導體,於該開口上方延伸,並對該天線單元饋入一無線訊號;以及一偶合金屬層,設於該開口上方,並與該饋入導體分離;其中該饋入導體與該耦合金屬層不重疊。
- 如申請專利範圍第13項所述之天線陣列模組,其更包括一第二基板,其中,該第二基板包括一第三表面以及一第四表面,該第三表面位於該第四表面對面,每一天線單元之該偶合金屬層設於該第四表面之上;該第三表面接觸該第二導電層。
- 如申請專利範圍第14項所述之天線陣列模組,其中,每一天線單元之該饋入導體埋設於該第二基板之中。
- 如申請專利範圍第13項所述之天線陣列模組,其中,每一天線單元之該饋入導體呈T字形,每一天線單元之該饋入導體包括一第一部分以及一第二部分,該第二部分的一端連接該第一部分。
- 如申請專利範圍第16項所述之天線陣列模組,其中,每一天線單元之該偶合金屬層呈矩形,並具有一長軸, 每一天線單元之該饋入導體之該第一部分平行於該長軸。
- 如申請專利範圍第13項所述之天線陣列模組,其中,每一天線單元之該開口呈矩形,每一天線單元之該偶合金屬層呈矩形。
- 如申請專利範圍第13項所述之天線陣列模組,其中,該第一導電層以及該第二導電層為接地層。
- 一種天線單元,包括:一第一基板,包括一第一表面以及一第二表面,其中,該第一表面位於該第二表面對面;一導電層,設於該第二表面之上,其中一開口形成於該導電層之上;一共振槽孔,形成於該第一基板之中,並環繞該開口,其中,該共振槽孔電性連接於該導電層;一饋入導體,於該開口上方延伸,並對該天線單元饋入一無線訊號;以及一偶合金屬層,設於該開口上方,並與該饋入導體分離;其中該饋入導體與該耦合金屬層不重疊。
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