TWI514676B - 高增益天線結構 - Google Patents

Description

高增益天線結構

本發明係有關於一種天線結構，尤指一種高增益天線結構。

衛星廣播(Satellite Radio)技術是繼調幅、調頻廣播之後的第三代廣播，其可透過較佳的頻譜使用效率，解決長期以來廣播電台頻道取得困難之問題，同時如CD般的音質及附加的數據服務諸項功能，也能滿足人們對於廣播媒體多元化之需求。因此，衛星廣播有取代類比廣播的趨勢。

衛星廣播系統所使用的相關技術(如調變、編碼)與傳統的調幅、調頻廣播系統有很大的差別，因此，傳統的調幅、調頻廣播解調器(收音機)無法適用於衛星廣播系統。換句話說，使用者需購買一衛星廣播解調器(或接收器)，始可收聽數位廣播節目。然而，對於車用多媒體系統而言，由於車用多媒體系統係整合於車殼、內裝內，造成使用者無法透過更換衛星廣播解調器的方式，於車上收聽衛星廣播節目。因此，為了相容於現有的車用調頻廣播解調器，習知技術已發展出一種車用衛星廣播接收器，其不僅具有衛星廣播解調器的功能，同時具有調頻發射器的功能，用來將衛星廣播的內容以調頻訊號的形式發射至車用調頻廣播解調器，使得車上乘客可透過車用音響聆聽衛星廣播的內容。

在傳統數位衛星廣播天線的設計上，先前大多以陶瓷基板平板圓極化天線設計，或是採用交叉線性Dipole天線 ，經由Wilkinson電路結合的設計，在此類傳統的設計中，天線場形都朝天頂，以-3dB主波瓣衰減來看，大多在低仰角特性時便不能達到數位衛星廣播天線的規格，這對數位衛星廣播天線來說不是期望產生的狀況。

本發明實施例在於提供一種高增益天線結構，其可有效提升高仰角增益值與低仰角增益值，以利衛星廣播訊號的接收。

本發明其中一實施例所提供的一種高增益天線結構，其包括：一基板單元、一第一天線單元及一第二天線單元。所述基板單元包括一電路基板。所述第一天線單元包括一設置在所述電路基板上方的低仰角天線及至少一同時貫穿所述低仰角天線及所述電路基板的第一饋入接腳，其中所述低仰角天線具有一貫穿開口。所述第二天線單元包括一通過所述貫穿開口以設置在所述電路基板的頂端上的高仰角天線及至少一同時貫穿所述高仰角天線及所述電路基板的第二饋入接腳，其中所述高仰角天線被所述貫穿開口所裸露。

本發明另外一實施例所提供的一種高增益天線結構，其包括：一基板單元、一第一天線單元及一第二天線單元。所述基板單元包括一電路基板。所述第一天線單元包括一設置在所述電路基板上方的低仰角天線及至少一同時貫穿所述低仰角天線及所述電路基板的第一饋入接腳。所述第二天線單元包括一設置在所述低仰角天線的頂端上的高仰角天線及至少一同時貫穿所述高仰角天線、所述低仰角天線及所述電路基板的第二饋入接腳。

本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所提供的高增益天線結構是採用兩天線設計，其分別針對高仰角與低仰角來激發高增益值特性，以產生較高增益與較寬的主波瓣，使得高仰角與低仰角都能夠接收到極佳的訊號值，並且分別採雙饋入設計機制，使第一天線單元與第二天線單元分別產生左旋圓極化與右旋圓極化特性，並於高仰角天線上方加上一天線耦合金屬件，以提升高仰角增益值，低仰角部分則設計成與接地(ground)有一預定高度，以提升低仰角增益值。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

〔第一實施例〕

請參閱圖1A至圖1C所示，本發明第一實施例提供一種高增益天線結構Z，其包括：一基板單元1、一第一天線單元2、一第二天線單元3及一天線耦合單元4，其中高增益天線結構Z被放置在一直徑約為1公尺的金屬圓盤5的上方處(如圖1B所示)，以用來提升低仰角增益值。

首先，配合圖1A與圖1B所示，基板單元1包括一電路基板10。第一天線單元2包括一設置在電路基板10上方一預定距離的低仰角天線20、至少一同時貫穿低仰角天線20及電路基板10的第一饋入接腳21、及至少一同時貫穿低仰角天線20及電路基板10的接地接腳22，並且接地接腳22位於低仰角天線20的正中央處，以用來減少天線場形的變異。第二天線單元3包括一設置在低仰角天線20 的頂端上的高仰角天線30及至少一同時貫穿高仰角天線30、低仰角天線20及電路基板10的第二饋入接腳31。天線耦合單元4包括一設置於高仰角天線30的正上方且對應於高仰角天線30的天線耦合金屬件40，其中天線耦合金屬件40可用來提升高仰角增益值。

再者，配合圖1B與圖1C所示，關於低仰角天線20與高仰角天線30，舉例來說：低仰角天線20可為一遠離電路基板10一預定距離的金屬板體，亦即低仰角天線20與電路基板10之間會形成一空氣層。更進一步來說，低仰角天線20可通過任何種類的支撐結構(圖未示)，以支撐並定位在電路基板10的上方處。另外，高仰角天線30可為一種直接通過黏著層(未標號)以設置在低仰角天線20的頂端上的平板天線(Patch Antenna)，更進一步來說，高仰角天線30可包括一第二絕緣基板30A(例如具有介電係數的陶瓷基板，以減少高仰角天線區域範圍)、一設置在第二絕緣基板30A的頂端上的第二電極層30B、及一設置在第二絕緣基板30A的底端上的第二接地層30C，其中黏著層被設置於電路基板10與第二接地層30C之間。

此外，配合圖1B與圖1C所示，關於第一饋入接腳21與第二饋入接腳31，舉例來說：每一個第一饋入接腳21具有一外露且設置於低仰角天線20的頂端上的第一凸出部21A、一從第一凸出部21A向下延伸且裸露在低仰角天線20與電路基板10之間的第一內嵌部21B、及一從第一內嵌部21B向下延伸且穿過電路基板10的第一接腳部21C，其中接地接腳22與第一饋入接腳21的外形可以是一樣的。再者，每一個所述第二饋入接腳31具有一外露 且設置於所述第二電極層30B的頂端上的第二凸出部31A、一從所述第二凸出部31A向下延伸且同時嵌入所述第二電極層30B、所述第二絕緣基板30A、所述第二接地層30C及所述低仰角天線20內的第二內嵌部31B、及一從所述低仰角天線20向下延伸且穿過所述電路基板10的第二接腳部31C。

〔第二實施例〕

請參閱圖2所示，本發明第二實施例提供一種高增益天線結構Z，其包括：一基板單元1、一第一天線單元2、一第二天線單元3及一天線耦合單元4。由圖2與圖1C的比較可知，本發明第二實施例與第一實施例最大的差別在於：在第二實施例中，低仰角天線20可為一種平板天線(Patch Antenna)，更進一步來說，低仰角天線20可包括一第一絕緣基板20A、一設置在第一絕緣基板20A的頂端上的第一電極層20B、及一設置在第一絕緣基板20A的底端上的第一接地層20C。另外，低仰角天線20可直接通過黏著層(未標號)以設置在電路基板10的頂端上，其中黏著層被設置於電路基板10與第一接地層20C之間，並且每一個第一饋入接腳21具有一外露且設置於第一電極層20B的頂端上的第一凸出部21A、一從第一凸出部21A向下延伸且同時嵌入第一電極層20B、第一絕緣基板20A及第一接地層20C內的第一內嵌部21B、及一從第一內嵌部21B向下延伸且穿過電路基板10的第一接腳部21C。換言之，依據不同的設計需求，低仰角天線20可為一遠離電路基板10一預定距離的金屬板體(如第一實施例所示)、或為一種可直接通過黏著層以設置在電路基板10的頂端上 的平板天線(如第二實施例所示)。

〔第二實施例〕

請參閱圖3A至圖3C所示，其中圖3C為圖3B的A部分的放大示意圖。配合上述圖式可知，本發明第二實施例提供一種高增益天線結構Z，其包括：一基板單元1、一第一天線單元2、一第二天線單元3及一天線耦合單元4，其中高增益天線結構Z被放置在一直徑約為1公尺的金屬圓盤5的上方處(如圖3B所示)，以用來提升低仰角增益值。

首先，配合圖3A與圖3B所示，基板單元1包括一電路基板10。第一天線單元2包括一設置在電路基板10上方一預定距離的低仰角天線20及至少一同時貫穿低仰角天線20及電路基板10的第一饋入接腳21，其中低仰角天線20具有一貫穿開口200。第二天線單元3包括一通過貫穿開口200以設置在電路基板10的頂端上的高仰角天線30及至少一同時貫穿高仰角天線30及電路基板10的第二饋入接腳31，其中高仰角天線30被貫穿開口200所裸露。天線耦合單元4包括一設置於高仰角天線30的正上方且對應於高仰角天線30的天線耦合金屬件40，其中天線耦合金屬件40可用來提升高仰角增益值。

再者，配合圖3B與圖3C所示，關於低仰角天線20與高仰角天線30，舉例來說：低仰角天線20可為一遠離電路基板10一預定距離的金屬板體，亦即低仰角天線20與電路基板10之間會形成一空氣層。更進一步來說，低仰角天線20可通過任何種類的支撐結構(圖未示)，以支撐並定位在電路基板10的上方處。另外，高仰角天線30可 為一種直接通過黏著層(未標號)以設置在電路基板10的頂端上的平板天線(Patch Antenna)，更進一步來說，高仰角天線30可包括一第二絕緣基板30A(例如具有介電係數的陶瓷基板，以減少高仰角天線區域範圍)、一設置在第二絕緣基板30A的頂端上的第二電極層30B、及一設置在第二絕緣基板30A的底端上的第二接地層30C，其中黏著層被設置於電路基板10與第二接地層30C之間。

此外，配合圖3B與圖3C所示，關於第一饋入接腳21與第二饋入接腳31，舉例來說：每一個第一饋入接腳21具有一外露且設置於低仰角天線20的頂端上的第一凸出部21A、一從第一凸出部21A向下延伸且裸露在低仰角天線20與電路基板10之間的第一內嵌部21B、及一從第一內嵌部21B向下延伸且穿過電路基板10的第一接腳部21C。再者，每一個第二饋入接腳31具有一外露且設置於第二電極層30B的頂端上的第二凸出部31A、一從第二凸出部31A向下延伸且同時嵌入第二電極層30B、第二絕緣基板30A及第二接地層30C內的第二內嵌部31B、及一從第二內嵌部31B向下延伸且穿過電路基板10的第二接腳部31C。

〔第四實施例〕

請參閱圖4所示，本發明第四實施例提供一種高增益天線結構Z，其包括：一基板單元1、一第一天線單元2、一第二天線單元3及一天線耦合單元4。由圖4與圖3C的比較可知，本發明第四實施例與第三實施例最大的差別在於：在第四實施例中，低仰角天線20可為一種平板天線(Patch Antenna)，更進一步來說，低仰角天線20可包括 一第一絕緣基板20A、一設置在第一絕緣基板20A的頂端上的第一電極層20B、及一設置在第一絕緣基板20A的底端上的第一接地層20C。另外，低仰角天線20可直接通過黏著層(未標號)以設置在電路基板10的頂端上，其中黏著層被設置於電路基板10與第一接地層20C之間，並且每一個第一饋入接腳21具有一外露且設置於第一電極層20B的頂端上的第一凸出部21A、一從第一凸出部21A向下延伸且同時嵌入第一電極層20B、第一絕緣基板20A及第一接地層20C內的第一內嵌部21B、及一從第一內嵌部21B向下延伸且穿過電路基板10的第一接腳部21C。換言之，依據不同的設計需求，低仰角天線20可為一遠離電路基板10一預定距離的金屬板體(如第三實施例所示)、或為一種可直接通過黏著層以設置在電路基板10的頂端上的平板天線(如第四實施例所示)。

〔實施例的可能功效〕

在雙極化高增益天線結構Z的設計上，本發明採用一針對數位衛星廣播天線低仰角增益值設計的第一天線單元2及一針對數位衛星廣播天線高仰角增益值設計的第二天線單元3，在低仰角天線與高仰角天線設計上，分別採用雙饋入接腳的設計方式，使天線產生左旋圓極化天線特性與右旋圓極化天線特性，以提升數位廣播接收品質。在高仰角增益天線上，本發明設置一耦合金屬件40，利用耦合方式提升高仰角增益值。在低仰角增益天線上，本發明設計一模態天線，朝45度仰角集中最大天線增益值，由於天線3dB衰減量較大，所以經由控制天線與1m金屬圓盤5之間的距離來降低增益值衰減量，並改變最大增益值 略向低仰角偏移，經固定設計後，天線高低仰角都有不錯的增益效果。在天線實際接收上，需再以Switch來進行切換，以使得天線能接收到最佳的訊號值。換言之，本發明可利用高仰角天線來接收高仰角衛星訊號，並且利用低仰角天線來接收低仰角衛星訊號，通過此種天線設計方式，以產生具有高增益、低軸比、阻抗匹配的圓極化天線特性。

以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。

Z‧‧‧天線結構

1‧‧‧基板單元

10‧‧‧電路基板

2‧‧‧第一天線單元

20‧‧‧低仰角天線

200‧‧‧貫穿開口

20A‧‧‧第一絕緣基板

20B‧‧‧第一電極層

20C‧‧‧第一接地層

21‧‧‧第一饋入接腳

21A‧‧‧第一凸出部

21B‧‧‧第一內嵌部

21C‧‧‧第一接腳部

22‧‧‧接地接腳

3‧‧‧第二天線單元

30‧‧‧高仰角天線

30A‧‧‧第二絕緣基板

30B‧‧‧第二電極層

30C‧‧‧第二接地層

31‧‧‧第二饋入接腳

31A‧‧‧第二凸出部

31B‧‧‧第二內嵌部

31C‧‧‧第二接腳部

4‧‧‧天線耦合單元

40‧‧‧天線耦合金屬件

5‧‧‧金屬圓盤

圖1A為本發明第一實施例的高增益天線結構的上視示意圖。

圖1B為本發明第一實施例的高增益天線結構的側視示意圖。

圖1C為圖1B的A部分的放大示意圖。

圖2為本發明第二實施例的高增益天線結構的側視示意圖。

圖3A為本發明第三實施例的高增益天線結構的上視示意圖。

圖3B為本發明第三實施例的高增益天線結構的側視示意圖。

圖3C為圖3B的A部分的放大示意圖。

圖4為本發明第四實施例的高增益天線結構的側視示意圖。

Z‧‧‧天線結構

1‧‧‧基板單元

10‧‧‧電路基板

2‧‧‧第一天線單元

20‧‧‧低仰角天線

200‧‧‧貫穿開口

21‧‧‧第一饋入接腳

21A‧‧‧第一凸出部

21B‧‧‧第一內嵌部

21C‧‧‧第一接腳部

3‧‧‧第二天線單元

30‧‧‧高仰角天線

30A‧‧‧第二絕緣基板

30B‧‧‧第二電極層

30C‧‧‧第二接地層

31‧‧‧第二饋入接腳

31A‧‧‧第二凸出部

31B‧‧‧第二內嵌部

31C‧‧‧第二接腳部

4‧‧‧天線耦合單元

40‧‧‧天線耦合金屬件

5‧‧‧金屬圓盤

Claims (12)

1. 一種高增益天線結構，其包括：一基板單元，其包括一電路基板；一第一天線單元，其包括一設置在所述電路基板上方的低仰角天線及至少一同時貫穿所述低仰角天線及所述電路基板的第一饋入接腳；一第二天線單元，其包括一設置在所述低仰角天線的頂端上的高仰角天線及至少一同時貫穿所述高仰角天線、所述低仰角天線及所述電路基板的第二饋入接腳；以及一天線耦合單元，其包括一設置於所述高仰角天線上方且對應於所述高仰角天線的天線耦合金屬件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高增益天線結構，其中所述低仰角天線為一遠離所述電路基板一預定距離的金屬板體，且所述高仰角天線包括一第二絕緣基板、一設置在所述第二絕緣基板的頂端上的第二電極層、及一設置在所述第二絕緣基板的底端上的第二接地層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之高增益天線結構，其中至少一所述第一饋入接腳具有一向下延伸且穿過所述電路基板的第一接腳部，且至少一所述第二饋入接腳具有一向下延伸且穿過所述電路基板的第二接腳部。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高增益天線結構，其中所述低仰角天線包括一第一絕緣基板、一設置在所述第一絕緣基板的頂端上的第一電極層、及一設置在所述第一絕緣基板的底端上的第一接地層，且所述高仰角天線包括一第二絕緣基板、一設置在所述第二絕緣基板的頂端 上的第二電極層、及一設置在所述第二絕緣基板的底端上的第二接地層。
5. 如申請專利範圍第4項所述之高增益天線結構，其中所述低仰角天線設置在所述電路基板的頂端上，至少一所述第一饋入接腳具有一向下延伸且穿過所述電路基板的第一接腳部，且至少一所述第二饋入接腳具有一向下延伸且穿過所述電路基板的第二接腳部。
6. 如申請專利範圍第1項所述之高增益天線結構，其中所述第一天線單元包括至少一同時貫穿所述低仰角天線及所述電路基板的接地接腳。
7. 一種高增益天線結構，其包括：一基板單元，其包括一電路基板；一第一天線單元，其包括一設置在所述電路基板上方的低仰角天線及至少一同時貫穿所述低仰角天線及所述電路基板的第一饋入接腳，其中所述低仰角天線具有一貫穿開口；以及一第二天線單元，其包括一通過所述貫穿開口以設置在所述電路基板的頂端上的高仰角天線及至少一同時貫穿所述高仰角天線及所述電路基板的第二饋入接腳，其中所述高仰角天線被所述貫穿開口所裸露。
8. 如申請專利範圍第7項所述之高增益天線結構，其中所述低仰角天線為一遠離所述電路基板一預定距離的金屬板體，且所述高仰角天線包括一第二絕緣基板、一設置在所述第二絕緣基板的頂端上的第二電極層、及一設置在所述第二絕緣基板的底端上的第二接地層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之高增益天線結構，其中至 少一所述第一饋入接腳具有一向下延伸且穿過所述電路基板的第一接腳部，且至少一所述第二饋入接腳具有一向下延伸且穿過所述電路基板的第二接腳部。
10. 如申請專利範圍第7項所述之高增益天線結構，其中所述低仰角天線包括一第一絕緣基板、一設置在所述第一絕緣基板的頂端上的第一電極層、及一設置在所述第一絕緣基板的底端上的第一接地層，且所述高仰角天線包括一第二絕緣基板、一設置在所述第二絕緣基板的頂端上的第二電極層、及一設置在所述第二絕緣基板的底端上的第二接地層。
11. 如申請專利範圍第10項所述之高增益天線結構，其中所述低仰角天線設置在所述電路基板的頂端上，至少一所述第一饋入接腳具有一向下延伸且穿過所述電路基板的第一接腳部，且至少一所述第二饋入接腳具有一向下延伸且穿過所述電路基板的第二接腳部。
12. 如申請專利範圍第7項所述之高增益天線結構，更進一步包括：一天線耦合單元，其包括一設置於所述高仰角天線上方且對應於所述高仰角天線的天線耦合金屬件。