TWI531121B - 主動式天線模組 - Google Patents

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Description

主動式天線模組
本發明為一種射頻偵測器結構，尤指一種具有自身混波解調架構之主動式射頻偵測器結構。
從古至今，交通工具的持續發展，是人類文明發展的原動力之一。各種交通工具的演進歷程，已說明了交通工具在人類文明發展史中，扮演著不可或缺的推動力量。隨著科技的不斷進步，現今車輛的性能愈來愈好，人類的移動性愈來愈強，動態的道路狀況也愈來愈多。於是各種各樣具有不同道路交通監控功能的汽車電子產品，應運而生。
習知的微波射頻偵測器，均是將天線與射頻電路模組做分開獨立的設計。請參考第1圖，第1圖為習知技術中微波射頻偵測器的結構示意圖。如第1圖所示，習知的微波射頻偵測器10係包含有一調變電路11、一壓控振盪器12、一功率分配器13、一驅動放大器14、一發射天線15、一接收天線16、一低雜訊放大器17以及一混波器18。調變電路11是用以產生所需的調變訊號，然後將調變訊號輸出至壓控振盪器12。壓控振盪器12是一種電子振盪電路設計，可經由輸入電壓的不同來控制振盪頻率，最後輸出調頻連續波，並由發射天線15對道路發射出發射波。但是在經過發射天線15之前，功率分配器13會將壓控振盪器12輸出功率的一部分輸入到混波器18，以利於之後獲得中頻訊號。同時，調頻連續波在被發射天線15接收之前，會經由驅動放大器14做放大處理。
接收天線16於接收到回波訊號之後，會將所接收到的訊號輸入至混波器18，但是訊號在傳遞到混波器18之前，會先經過低雜訊放大器17，將訊號做放大處理的同時，又儘可能抑制雜訊，以便於後續的電子元件做處理。然後混波器18會計算出發射波與接收波之間的頻率差，進而 降頻並輸出中頻訊號。接著，再透過後端的中頻電路(未顯示)來律定偵測距離範圍，以取得偵測目標的資訊。最後會經過類比數位轉換，將訊號送至數位訊號處理器(未顯示)中，處理後進行目標辨識，以達到交通監控功能。
如前所述，習知技術中，是先將天線與射頻電路模組分開獨立設計，然後做進一步的整合。一般而言，在系統的設計上多採用雙天線的架構，而採用雙天線架構的目的，是為了增加發射端與接收端的隔離度。但是若考量到體積大小時，可以採用單一天線配合迴旋器(circulator)的架構，以將發射端與接收端進行隔離。雖然如此，習知技術仍然有其應用上的限制。即當習知技術應用於低成本、小體積(直徑在2cm以內)、低耗能(耗能在1.5W以內)的產品，用以對短距離(距離在20m以內)的移動物體偵測，並且涵蓋角度要大(約360度)時，會遇到以下問題。
上述的雙天線架構以及單天線架構，均是以標準雷達原理作為偵測方式。換句話說，即主要是以功率大小作為偵測距離遠近的參考。同時天線的尺寸與工作頻率係直接相關，當工作頻率愈低時，尺寸愈大，但是3dB波束寬度較大，偵測的範圍也較廣。反之，當工作頻率愈高時，尺寸愈小，但是3dB波束寬度變小，偵測的範圍也相對變小。當採用雙天線架構時，因為使用雙天線必定使體積變大，非常不適用於一般的小型偵測器。但是若提高載波頻率，又會導致天線的3dB波束寬度變小，並不利於寬角度環境下的移動物體偵測。而當採用單天線架構時，雖然體積必定小於雙天線架構，但是因為必需採用迴旋器，會造成成本較雙天線架構來得高。同時反向路徑的隔離度，最高也只有35dB，明顯較雙天線架構低，並且在發射端也無法再加入功率放大器或是其他單方向元件。
因此，如何設計出新的主動式射頻偵測器結構，使天線與射頻電路得以整合在一起，以因應微型化實體的需求，便成為十分重要的課題。
因此，本發明的目的是提供一種射頻偵測器結構，以整合天線與射頻電路，解決習知技術的問題。
本發明提供一種主動式天線模組，該主動式天線模組包含 有一迴路天線、一射頻電晶體、一第一旁路電容、一電感-電阻串聯電路以及一第二旁路電容。該射頻電晶體具有一控制埠、一第一埠、以及一第二埠，該迴路天線之兩端點分別電連接至該控制埠以及該第二埠之一，且該控制埠與該第二埠係為反相，該第二埠經由該第一旁路電容電連接至該第一埠。該第一埠經由該電感-電阻串聯電路電連接至一接地端。該第二旁路電容與該電感-電阻串聯電路之一電阻並聯。
依據本發明的實施例，該射頻電晶體係為一雙極性接面電晶體。
依據本發明的實施例，該控制埠係為一基極，該第一埠係為一射極，且該第二埠係為一集極。
依據本發明的實施例，該射頻電晶體係為一場效電晶體，且該場效電晶體(FET)係包含一假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)。
依據本發明的實施例，該控制埠係為一閘極，該第一埠係為一源極，且該第二埠係為一汲極。
依據本發明的實施例，該第一埠係為一降頻埠，用以輸出解調訊號。
依據本發明的實施例，該該第一旁路電容之一端電連接至該第二埠，該第一旁路電容之另一端電連接至該第一埠。
依據本發明的實施例，該第二旁路電容之一端電連接至該電感-電阻串聯電路之該電阻，該第二旁路電容之另一端電連接至該接地端。
本發明另提供一種主動式天線模組，該主動式天線模組包含有一第一微帶天線金屬、一第二微帶天線金屬、一第三微帶天線金屬、一基板、一第一耦合金屬片、一第二耦合金屬片、一第三耦合金屬片以及一射頻電晶體。該第一微帶天線金屬、該第二微帶天線金屬以及該第三微帶天線金屬係設置於該基板之一第一表面。該第一耦合金屬片，設置於該基板之一第二表面上，且該第二表面相對於該第一表面。該第二耦合金屬片，設置於該第二表面之上。該第三耦合金屬片，設置於該第二表面之上。該射頻電晶體設置於該第一表面，該射頻電晶體具有一控制埠、一第一埠以及一第二埠，該控制埠係連接至該第三微帶金屬，且該第一埠以及該第二 埠係分別連接至該第一耦合金屬片以及該第一微帶金屬。該第一微帶天線金屬之一第一部分以及該第一耦合金屬片構成一等效旁路電容，該第一微帶天線金屬之一第二部分、與該第一微帶天線金屬之該第一部分相鄰之該第二微帶天線金屬之一第一部分以及該第二耦合金屬片構成一第一等效耦合電容，該第二微帶天線金屬之一第二部分、與該第二微帶天線金屬之該第二部分相鄰之部分之該第三微帶天線金屬以及該第三耦合金屬片構成一第二等效耦合電容。
依據本發明的實施例，該第一微帶天線金屬、該第二微帶天線金屬、該第三微帶天線金屬、該基板、該第一耦合金屬片、該第二耦合金屬片以及該第三耦合金屬片係構成一迴路天線。
依據本發明的實施例，該射頻電晶體係為一雙極性接面電晶體。
依據本發明的實施例，該控制埠係為一基極，該第一埠係為一射極，且該第二埠係為一集極。依據本發明的實施例，該射頻電晶體係為一場效電晶體，且該場效電晶體係包含一假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)。
依據本發明的實施例，該控制埠係為一閘極，該第一埠係為一源極，且該第二埠係為一汲極。
依據本發明的實施例，該第一埠係為一降頻埠，用以輸出解調訊號。
本發明再提供一種主動式天線模組，該主動式天線模組包含有一第一電感、一第二電感、一第三電感、一第一旁路電容、一第一耦合電容、一第二耦合電容、一變容二極體、一射頻電晶體、一電感-電阻串聯電路以及一第二旁路電容。該第一電感、該第一旁路電容、該第三電感、該第一耦合電容、該第二電感、以及第二耦合電容依序串聯形成一迴路。該變容二極體並聯於第二耦合電容。該射頻電晶體具有一控制埠、一第一埠以及一第二埠，該第一旁路電容之一端電連接至該第二埠，該第一旁路電容之另一端電連接至該第一埠，且該控制埠與該第二埠係為反相。該第一埠經由該電感-電阻串聯電路電連接至一接地端，該第二旁路電容，與該 電感-電阻串聯電路之一電阻並聯。
依據本發明的實施例，該射頻電晶體係為一雙極性接面電晶體。
依據本發明的實施例，該控制埠係為一基極，該第一埠係為一射極，且該第二埠係為一集極。
依據本發明的實施例，該雙極性接面電晶體之一偏壓係經由該第三電感輸入。
依據本發明的實施例，該射頻電晶體係為一場效電晶體，且該場效電晶體係包含一假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)。
依據本發明的實施例，該控制埠係為一閘極，該第一埠係為一源極，且該第二埠係為一汲極。
依據本發明的實施例，該場效電晶體之一固定電壓係經由該第三電感輸入。
依據本發明的實施例，該第一埠係為一降頻埠，用以輸出解調訊號。
依據本發明的實施例，該第二旁路電容之一端電連接至該電感-電阻串聯電路之該電阻，該第二旁路電容之另一端電連接至該接地端。
依據本發明的實施例，一天線電源訊號係經由該第一電感輸入。
依據本發明的實施例，一調變訊號係經由該第二電感輸入，且該調變訊號包含有一三角波或是一弦波。
相較於習知技術，本發明之射頻偵測器結構，充分的解決了習知技術的問題，非常適用於小型偵測器，應用於短距離但是涵蓋角度大時的移動物體偵測。由於其將射頻模組與天線整合為一體，亦即天線同時具有振盪器及迴授電路的功能，使得射頻收發機得以簡化。同時將壓控振盪器與混波器以一顆雙極性接面電晶體或是場效電晶體(例如：P-Hemt)取代，無論在體積或是功耗率上，都有明顯的改善。另外，本發明是以高靈敏度取代傳統雷達天線系統的高增益與高功率的設計方式，使得電磁輻射功率下降，可小於-10dB，對其他的通信及雷達系統的干擾甚小。此外，由 於天線係與包含振盪電路與混波解調電路的射頻電路整合在一起，因此，必需在天線上面加裝射頻電晶體等主動元件。如此一來，不僅可以調整射頻電晶體的相位以補償射頻振盪迴路的長度，可將天線的尺寸縮小且頻率不變，又可同時維持在低頻的工作頻帶，使得天線的3dB波束寬度不至於縮小，仍適於使用在涵蓋角度大的移動物體偵測。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
10‧‧‧微波射頻偵測器
11‧‧‧調變電路
12‧‧‧壓控振盪器
13‧‧‧功率分配器
14‧‧‧驅動放大器
15‧‧‧發射天線
16‧‧‧接收天線
17‧‧‧低雜訊放大器
18‧‧‧混波器
100‧‧‧主動式天線模組
101‧‧‧迴路天線
1011‧‧‧第一微帶天線金屬
1012‧‧‧第二微帶天線金屬
1013‧‧‧第三微帶天線金屬
10121、10111、10131‧‧‧第一部分
10122、10112‧‧‧第二部分
102‧‧‧射頻電晶體
1023‧‧‧控制埠
1021‧‧‧第一埠
1022‧‧‧第二埠
103‧‧‧變容二極體
104‧‧‧電感-電阻串聯電路
1051‧‧‧第一耦合金屬片
1052‧‧‧第二耦合金屬片
1053‧‧‧第三耦合金屬片
106‧‧‧基板
107‧‧‧第一表面
108‧‧‧第二表面
C1、C2‧‧‧旁路電容
C11‧‧‧第一耦合電容
C12‧‧‧第二耦合電容
L1‧‧‧電感
R1‧‧‧電阻
L11‧‧‧第一電感
L12‧‧‧第二電感
L13‧‧‧第三電感
第1圖為習知技術中微波射頻偵測器的結構示意圖。
第2圖為本發明之主動式天線模組的等效電路圖。
第3圖為本發明之主動式天線模組的細部電路圖。
第4圖為本發明之主動式天線模組之結構的橫向剖面圖。
第5圖為第4圖之主動式天線模組之正面以及反面結構的對照圖。
第6圖為第4圖之主動式天線模組之結構的正視圖。
本發明之主要概念，是將發射天線、接收天線與射頻電路整合在一起，而射頻電路又包含了振盪電路與混波解調電路。因此，必需在天線上面加裝射頻電晶體等主動元件，使得天線的實體也同時具有振盪器及迴授電路的功能，即是所謂的主動天線。
請參考第2圖，第2圖為本發明之主動式天線模組的等效電路圖。本發明之主動式天線模組100具有自身混波解調架構，包含有一迴路天線101以及一射頻電晶體102。在實際設計時，因為是應用於微型化的產品，產品的空間有限，故必需先決定最大可用的天線圓周直徑。然後再 經由選擇射頻電晶體102，以及調整金屬片的等效電容值及電感值，來獲得最佳的感測能力。射頻電晶體102依照實際需要，可以為雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor，BJT)或是場效電晶體(field effect transistor，FET)，例如假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)。
請參考第3圖，第3圖為本發明之主動式天線模組100的細部電路圖。主動式天線模組100具有自身混波解調架構，包含有一第一電感L11、一第二電感L12、一第三電感L13、一旁路電容C2、一第一耦合電容C11、一第二耦合電容C12、一射頻電晶體102以及一變容二極體103。射頻電晶體102具有控制埠1023、第一埠1021以及第二埠1022，第一埠1021以及第二埠1022分別連接旁路電容C2的兩端。第一埠1021係為一降頻埠，用以作為中頻(基頻)解調訊號的輸出端。變容二極體103並聯於第二耦合電容C12。連接射頻電晶體102的兩端點分別為P1端與P2端。射頻電晶體102之控制埠1023係電連接至P1端，射頻電晶體102之第二埠1022係電連接至P2端，且第一埠1021經由旁路電容C2電連接至第二埠1022。
第一埠1021經由一電感-電阻(LR)串聯電路104電連接至一接地端，旁路電容C1與LR串聯電路104之一電阻R1並聯。旁路電容C2之一端點電連接至第一埠1021，旁路電容C2之一另一端點係電連接至第二埠1022。旁路電容C1之一端點連接至LR串聯電路104之一電感L1與電阻R1，旁路電容C1之一另一端點連接至接地端。值得注意的是，在第3圖中，P1端與P2端必需要相位差180°以形成正回授電路，才能使迴路天線101獲得良好的振盪。射頻電晶體102係以雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor，BJT)表示，但事實上，射頻電晶體102亦可以為場效電晶體(field effect transistor，FET)，若為場效電晶體(field effect transistor，FET)時，可以為假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)。當射頻電晶體102為BJT時，控制埠1023為一基極，第一埠1021也就是降頻埠係為一射極，而第二埠1022係為一集極。而當射頻電晶體102為FET時，控制埠1023為一閘極，第一埠1021也就是降頻埠為一源極，而第二埠1022係為一汲極。
請參考第4圖和第5圖，第4圖為本發明之主動式天線模組之結構的橫向剖面圖，第5圖為第4圖之主動式天線模組之正面以及反面結構的對照圖。主動式天線模組100包含有一第一微帶天線金屬1011、一第二微帶天線金屬1012、一第三微帶天線金屬1013、一基板106、一射頻電晶體102、一第一耦合金屬片1051、一第二耦合金屬片1052以及一第三耦合金屬片1053。第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013係設置於基板106之第一表面107(即正面)上。而第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053係設置於基板106之第二表面108(即反面)上，第一表面107和第二表面108係指基板106的相對兩面。第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012、第三微帶天線金屬1013、基板106、第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053係構成如第2圖所示的迴路天線101。第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012、第三微帶天線金屬1013、第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053的材質可以為銅箔。射頻電晶體102的第一埠1021、第二埠1022 以及控制埠1023分別連接至第一耦合金屬片1051、第一微帶天線金屬1011以及第三微帶天線金屬1013，且第一埠1021係為一降頻埠，用以作為中頻(基頻)解調訊號的輸出端。貫孔A、貫孔B、貫孔D、貫孔E均貫通基板106且有銅箔貼附以形成導電通道。貫孔A連接第一微帶天線金屬1011，也是做為天線電源訊號輸入端，即一天線電源訊號係經由第一微帶天線金屬1011(等效於第3圖的第一電感L11)輸入。貫孔B連接第二微帶天線金屬1012，也是做為調變訊號輸入端，即一調變訊號係經由第二微帶天線金屬1012(等效於第3圖的第二電感L12)輸入，且調變訊號可為三角波或是弦波。貫孔D連接第三微帶天線金屬1013，也是做為射頻電晶體102的偏壓輸入端，當射頻電晶體102為FET時，貫孔D所連接可以是固定電壓(可為接地端)。貫孔E連接第一耦合金屬片1051。
主動式天線模組100另可包含一變容二極體103，設置於第一表面107上。變容二極體107兩端分別連接第一微帶天線金屬1011和第二微帶天線金屬1012。變容二極體107的電容會隨施加於其兩端的電壓變化而改變。當主動式天線模組100應用於FM調諧器和FM調變電路時，用來調諧FM訊號。
請參閱第6圖，第6圖為第4圖之主動式天線模組之結構的正視圖。第一微帶天線金屬1011之一第一部分10111以及第一耦合金屬片1051重疊之處構成一旁路電容C2。第一微帶天線金屬1011之一第二部分10112、與第一微帶天線金屬1011之一第二部分10112相鄰之第二微帶天線金屬1012之一第一部分10121以及第二耦合金屬片1052重疊之處構成一第一耦合電容C11。第一微帶天線金屬1011大致呈一弧型結構，其第一部 分10111和第二部份10112分別位於該弧型結構的兩端。第二微帶天線金屬1012之一第二部分10122、與第二微帶天線金屬1012之第二部分10122相鄰之第三微帶天線金屬1013之第一部分10131以及第三耦合金屬片1053重疊之處構成一第二耦合電容C12。第二微帶天線金屬1012大致呈一弧型結構，其第一部分10121和第二部份10122分別位於該弧型結構的兩端。射頻電晶體102則設置於第一表面107上，射頻電晶體102的控制埠1023連接至第三微帶天線金屬1013，以與迴路天線101電連接(請一併參考第2圖)。
在設計本發明的迴路天線101時，必需透過實驗的方式進行分析驗證，即是將本發明的主動式天線模組100轉換成如第2圖所示的雙埠電路。請一併參考第6圖，平面的迴路天線101其圓周長約為射頻波長的二分之一(λ/2=2πr)，其正面的第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013的外緣直徑為17.1mm，則其頻率應大於2.79GHz，但以第6圖的結構可知，反面的銅箔實為等效的金屬耦合電容，使得LC共振器(LC Tank)的等效長度大於17.1π(mm)的圓周長，故使得天線頻率降至2.79GHz以下。另外在射頻電晶體102的相位控制，由於射頻電晶體102本身的汲極-閘極或是集極-基極存在不同電性相位長度(Phase Delay)，其與天線在工作頻率的相位長度結合後，形成正迴授(180°)的長度時，即形成最佳的震盪條件。因此，經過實驗測試，使用AT41486電晶體作為震盪器時，其震盪頻率為2.3-2.4GHz，若採用BFR92電晶體作為震盪器時，則其震盪頻率為2.0-2.1GHz，因此配合金屬耦合電容及不同電晶體，可以使在原尺寸在2.79GHz震盪條件的天線，降至為2.0-2.1GHz 的震盪，此一貢獻即使天線尺寸進行縮裝與微型化。
但是，必需注意的是，做調整時金屬耦合電容會影響迴路天線101的穩定性。以BJT作為射頻電晶體102為例，由BJT的簡易小信號模型方程式可知，若金屬等效耦合電容作為旁路電容C2的電容值愈小，則射頻電晶體102內部阻抗愈小，使得基極電流IB值增大，而基極電流IB值增大就會使集極電流IC值增大，因此迴路天線101的射頻震盪輻射穩定性隨之增加。另外，在第2圖的設計中，振盪檢知器的設計必需要考慮到電流的大小，才能運作良好。意即，若射頻電晶體102為BJT時，必需要考慮到基極電流IB、射極電流IE以及集極電流IC，而若射頻電晶體102為FET時，則必需考慮到閘極電流IG、源極電流IS以及汲極電流ID。例如，射極電流IE決定了輻射訊號的強弱，將直接影響感應距離，因此在設計時就必需特別注意。可以理解的是，振盪器的工作點可以經由偏壓來決定，理論值很容易求出，但是最適宜點則必需由實驗驗證，從訊號雜訊比(S/N)大於要求的情形中找出最佳的工作點。
在此結構中，第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013與第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053可以形成所欲選擇的等效電感值與等效電容值。如前所述，配合金屬耦合電容的長度設計，可以將迴路天線101的工作頻率向低頻做調整，換句話說，即是將半波長(λg/2)等效的尺寸加長，並且以射頻電晶體102的工作點做調整，來補償其相位的不同。最終將可設計出第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013與第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦 合金屬片1053作為與射頻電晶體102諧振時的共振器。
請再參考第2圖與第3圖，本發明之迴路天線101的工作頻率係由迴路天線101的電感值L(與第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013的長度相關)以及旁路電容C2與第一、第二耦合電容C11、C12的電容值C(與旁路電容C2與與第一、第二耦合電容C11、C12的長度相關)所決定，當LC值愈大時，射頻振盪頻率就愈低；反之，當LC值愈小時，則射頻振盪頻率就愈高。但是值得注意的是，射頻穩定度與耦合電容、旁路電容的選擇有密切的關聯。當射頻電晶體102為BJT時，由簡易小信號模型方程式IC=βIB可知，若旁路電容C1的電容值愈小，則射頻電晶體102內部阻抗愈小，使得β值增大，亦即集極電流IC值增大，因此迴路天線101的射頻穩定度隨之增加。而當當射頻電晶體102為FET時，其簡易小信號模型方程式如下：
其中VP為夾止電壓，VGS為閘極電壓，IDSS為汲-源極飽和電流。若旁路電容C1之電容值愈小，則射頻電晶體102內部阻抗rDS愈小，由於VDS=rDS×ID，所以在定電壓輸入時(汲極-源極電壓VDS為定值)，ID值相對增大。
總結來說，在此電路設計上，若旁路電容C1、C2的電容值愈小，其射頻振盪將越趨穩定，反映在頻譜分布圖上時，諧波的能量減小，而主波的能量增大。反之若旁路電容C1、C2的電容值愈大，其射頻振盪越不穩定，反映在頻譜分布圖上時，各諧波能量增大，而主波能量減小。 至於耦合電容C11、C12的效應，則恰好與旁路電容C1相反，耦合電容C11、C12的電容值愈大，則系統愈穩定，反映在頻譜分布圖上時，各諧波能量減小而主波能量增大。反之，若耦合電容C11、C12的電容值愈小，則系統愈不穩定，反映在頻譜分布圖上時，各諧波能量增大而主波能量減小。
在實際調整迴路天線101時，可分為粗調與細調。所謂粗調即為切割基板106第二表面108的第一、第二耦合電容C11、C12以及旁路電容C2。但無論是切割第一、第二耦合電容C11、C12或旁路電容C2皆會使射頻中心頻率增高，且增加幅度很大，約為50M~500MHz。當射頻電晶體102為FET時，切割並減小旁路電容C2，會使射頻電晶體102的汲極對源極的增益提高，因此射頻穩定度增加，但相對使振盪的靈敏度降低。而切割並減小第一、第二耦合電容C11、C12時，會降低射頻電晶體102汲極端的阻抗值，使汲極對源極的增益降低，將破壞射頻電路的穩定度，但使振盪的靈敏度相對提高。
而細調即為改變射頻電晶體102汲極端的電源電阻RD與源極端的偏壓電阻RS。當改變電源電阻RD或偏壓電阻RS時，其射頻中心頻率僅會有小幅變化，約為±50MHz。通常電阻值增加時，射頻中心頻率會略微升高；而當電阻值減少時，射頻中心頻率會微幅降低。減少電源電阻RD值可提高射頻發射功率(亦即提高射頻電晶體102的ID值)，進而使得信號振幅變大。
若將第2圖的等效模型架構與標準的雷達架構作對照，等效於標準雷達的天線時，表面的金屬(或是銅箔)和背面的金屬(或是銅箔)相當於環型天線架構，另外作為壓控振盪器(VCO)時，環形天線和背面的金屬條 紋是分別相當於等效電感(L)和等效電容(C)，且共同構成電晶體的共振腔。本發明之主動天線模組100中，射頻電晶體102亦具有壓控振盪器以及混波器的功能。可藉由設計，得出第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013與第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053作為與射頻電晶體102諧振時的共振器。在作為混波器時，係運用基極的偏壓驅動射頻電晶體102工作在接近飽和區，即可在射極端檢測出中頻信號。
綜上所述，本發明之射頻偵測器結構，充分的解決了習知技術的問題，非常適用於小型偵測器，應用於短距離但是涵蓋角度大時的移動物體偵測。由於其將射頻模組與天線整合為一體，亦即天線同時具有振盪器及迴授電路的功能，使得射頻收發機得以簡化。同時將壓控振盪器與混波器以一顆BJT或是FET(例如：P-Hemt)取代，無論在體積或是功耗率上，都有明顯的改善。另外，本發明是以高靈敏度取代傳統雷達天線系統的高增益與高功率的設計方式，使得電磁輻射功率下降，可小於-10dB，對其他的通信及雷達系統的干擾甚小。此外，由於天線係與包含振盪電路與混波解調電路的射電路整合在一起，因此，必需在天線上面加裝射頻電晶體等主動元件。如此一來，不僅可以調整射頻電晶體的相位以補償射頻振盪迴路的長度，可將天線的尺寸縮小且頻率不變，又可同時維持在低頻的工作頻帶，使得天線的3dB波束寬度不至於縮小，仍適於使用在涵蓋角度大的移動物體偵測。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種 之更動與修改，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。
100‧‧‧主動式天線模組
1011‧‧‧第一微帶天線金屬
1012‧‧‧第二微帶天線金屬
1013‧‧‧第三微帶天線金屬
10121、10111、10131‧‧‧第一部分
10122、10112‧‧‧第二部分
102‧‧‧射頻電晶體
103‧‧‧變容二極體
1051‧‧‧第一耦合金屬片
1052‧‧‧第二耦合金屬片
1053‧‧‧第三耦合金屬片
106‧‧‧基板
107‧‧‧第一表面
C2‧‧‧旁路電容
C11‧‧‧第一耦合電容
C12‧‧‧第二耦合電容
A、B、D、E‧‧‧貫孔

Claims (26)

  1. 一種主動式天線模組，包含：一迴路天線；一射頻電晶體，該射頻電晶體具有一控制埠、一第一埠、以及一第二埠，該迴路天線之兩端點分別電連接至該控制埠以及該第二埠之一，且該控制埠與該第二埠係為反相；一第一旁路電容，該第二埠經由該第一旁路電容電連接至該第一埠；一電感-電阻串聯電路，該第一埠經由該電感-電阻串聯電路電連接至一接地端，以及一第二旁路電容，與該電感-電阻串聯電路之一電阻並聯。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之主動式天線模組，其中該射頻電晶體係為一雙極性接面電晶體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之主動式天線模組，其中該控制埠係為一基極，該第一埠係為一射極，且該第二埠係為一集極。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之主動式天線模組，其中該射頻電晶體係為一場效電晶體，且該場效電晶體係包含一假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之主動式天線模組，其中該控制埠係為一閘極，該第一埠係為一源極，且該第二埠係為一汲極。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之主動式天線模組，其中該第一埠係為一降頻埠，用以輸出解調訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之主動式天線模組，其中該第一旁路電容之一端電連接至該第二埠，該第一旁路電容之另一端電連接至該第一埠。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之主動式天線模組，其中該第二旁路電容之一端電連接至該電感-電阻串聯電路之該電阻，該第二旁路電容之另一端電連接至該接地端。
  9. 一種主動式天線模組，包含：一基板，包含彼此相對的一第一表面以及一第二表面；一第一微帶天線金屬，設置於該基板之第一表面之上；一第二微帶天線金屬，設置於該基板之第一表面之上；一第三微帶天線金屬，設置於該基板之第一表面之上；一第一耦合金屬片，設置於該基板之第二表面之上；一第二耦合金屬片，設置於該第二表面之上；一第三耦合金屬片，設置於該第二表面之上；以及一射頻電晶體，設置於該第一表面，該射頻電晶體具有一控制埠、一第一埠以及一第二埠，該控制埠係連接至該第三微帶金屬，且該第一埠以及該第二埠係分別連接至該第一耦合金屬片以及該第一微帶金屬；其中，該第一微帶天線金屬之一第一部分以及該第一耦合金屬片構成一等效旁路電容，該第一微帶天線金屬之一第二部分、與該第一微帶天線金屬之該第一部分相鄰之該第二微帶天線金屬之一第一部分以及該第二耦合金屬片構成一第一等效耦合電容，該第二微帶天線金屬之一第二部 分、與該第二微帶天線金屬之該第二部分相鄰之部分之該第三微帶天線金屬以及該第三耦合金屬片構成一第二等效耦合電容。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之主動式天線模組，其中該第一微帶天線金屬、該第二微帶天線金屬、該第三微帶天線金屬、該第一耦合金屬片、該第二耦合金屬片以及該第三耦合金屬片係構成一迴路天線。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之主動式天線模組，其中該射頻電晶體係為一雙極性接面電晶體。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之主動式天線模組，其中該控制埠係為一基極，該第一埠係為一射極，且該第二埠係為一集極。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之主動式天線模組，其中該射頻電晶體係為一場效電晶體，且該場效電晶體係包含一假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之主動式天線模組，其中該控制埠係為一閘極，該第一埠係為一源極，且該第二埠係為一汲極。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之主動式天線模組，其另包含一變容二極體，設置於該第一表面上，該變容二極體兩端分別連接該第一微帶天線金屬和該第二微帶天線金屬。
  16. 一種主動式天線模組，包含：一第一電感；一第二電感；一第三電感；一第一旁路電容； 一第一耦合電容；一第二耦合電容，該第一電感、該第一旁路電容、該第三電感、該第一耦合電容、該第二電感、以及第二耦合電容依序串聯形成一迴路；一射頻電晶體，該射頻電晶體具有一控制埠、一第一埠、以及一第二埠，該第一旁路電容之一端電連接至該第二埠，該第一旁路電容之另一端電連接至該第一埠，且該控制埠與該第二埠係為反相；一電感-電阻串聯電路，該第一埠經由該電感-電阻串聯電路電連接至一接地端，以及一第二旁路電容，與該電感-電阻串聯電路之一電阻並聯。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之主動式天線模組，其中該射頻電晶體係為一雙極性接面電晶體。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之主動式天線模組，其中該控制埠係為一基極，該第一埠係為一射極，且該第二埠係為一集極。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之主動式天線模組，其另包含一變容二極體，並聯於該第二耦合電容。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之主動式天線模組，其中該射頻電晶體係為一場效電晶體，且該場效電晶體係包含一假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之主動式天線模組，其中該控制埠係為一閘極，該第一埠係為一源極，且該第二埠係為一汲極。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之主動式天線模組，其中該場效電晶體之一固定電壓係經由該第三電感輸入。
  23. 如申請專利範圍第16項所述之主動式天線模組，其中該第一埠係為一降頻埠，用以輸出解調訊號。
  24. 如申請專利範圍第16項所述之主動式天線模組，其中該第二旁路電容之一端電連接至該電感-電阻串聯電路之該電阻，該第二旁路電容之另一端電連接至該接地端。
  25. 如申請專利範圍第16項所述之主動式天線模組，其中一天線電源訊號係經由該第一電感輸入。
  26. 如申請專利範圍第16項所述之主動式天線模組，其中一調變訊號係經由該第二電感輸入，且該調變訊號包含有一三角波或是一弦波。
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