TWI566476B - 具片狀金屬群負載之偶極單元及其應用之天線裝置 - Google Patents

Description

具片狀金屬群負載之偶極單元及其應用之天線裝置

本發明係涉及一種天線結構；特別是指一種具片狀金屬群負載之偶極單元及其應用之天線裝置創新結構型態與技術揭示者。

天線產品結構設計上，為了因應標準與高密度之多頻譜訊號收發功能需求，已從簡易單一天線架構型態發展成較為複雜的整合式天線架構型態，例如雙頻基地台、多頻基地台等天線產品結構均為所指。

前述雙頻、多頻基地台等天線產品結構中，因係排列佈設有眾多高頻振子與低頻振子，且其各高頻振子與低頻振子之間因為產品尺寸的要求通常呈現緊密排列狀態，如此一來，造成其運作上容易因為各振子的場型(pattern)能量相互干擾、相互影響等狀態，從而導致整體天線輻射場型變形以及偏移等問題，使得此種天線產品之效能與品質嚴重受到影響而難以提升。

目前習知天線產品結構上，固然有透過一些屏蔽結構的設計來達到降低天線場型受干擾之目的者，惟查，習知屏蔽結構通常係採用全面域遮蔽之型態(相對於天線輻射部的設置面積而言)，此型態雖可達成其屏蔽效果，卻相對造成天線輻射特性大受影響，無法保有其正常天 線輻射特性之問題及缺弊。

再者，習知天線產品結構中與高頻振子緊密排 列之低頻振子，若該低頻振子之振臂能夠越短且越細，對於高頻場型的干擾可以越小，但是，過於細短的振臂，會相對減損低頻振子之頻寬與效率。

是以，針對上述習知天線結構所存在之問題點 ，如何研發出一種能夠更具理想實用性之創新構造，實有 待相關業界再加以思索突破之目標及方向者。

有鑑於此，發明人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。

本發明之主要目的，係在提供一種具片狀金屬群負載之偶極單元及其應用之天線裝置，其所欲解決之技術問題，係針對如何研發出一種更具理想實用性之新式天線結構型態為目標加以思索創新突破。

本發明解決問題之技術特點，主要在於該偶極單元係包括：至少一介質基板，呈板片狀型態；至少一振臂，設於介質基板的上段部，且振臂呈側向延伸型態，該振臂包括一第一側面以及一第二側面；至少一連續金屬條，呈連續帶面型態設於振臂的第一側面；至少一片狀金屬群，設於振臂的第二側面，包括複數個片狀負載金屬間隔排列而成，該片狀負載金屬相對遠離之二端點直線長度須介於天線高頻最高頻率對應波長的0.1至0.35倍，且所述片狀負載金屬與連續金屬條之間為設置位置為至少局部重疊的配置關係；且連續金屬條與片狀負載金屬的間距不得小於介質基板的板厚。

本發明之主要效果與優點，係能藉由其片狀金屬群所設片狀負載金屬補償相對細短振臂之低頻振子輻射特性，且其區段式排列型態能使高頻感應電流呈現區段式 的不連續狀態，以降低對高頻天線場型的干擾與影響，進 而達到大幅提升天線效能與品質之實用進步性。

本發明之另一主要目的，係更提供一種天線裝置，該天線裝置係包括具片狀金屬群負載之偶極單元。

請參閱第1、2圖所示，係本發明具片狀金屬群負載之偶極單元及其應用之天線裝置之較佳實施例，惟此等實施例僅供說明之用，在專利申請上並不受此結構之限制；所述偶極單元A係包括下述構成：至少一介質基板10，呈板片狀型態；至少一振臂20，設於介質基板10的上段部，且該振臂20呈側向延伸型態，該振臂20包括一第一側面21及一第二側面22；至少一連續金屬條30，呈連續帶面型態設於振臂20的第一側面21；至少一片狀金屬群40，設於振臂20的第二側面22，包括複數個片狀負載金屬41間隔排列而成，該片狀負載金屬41相對遠離之二端點直線長度須介於天線高頻最高頻率(例如2690MH _Z)對應波長的0.1至0.35倍 (註：此作用係藉以破壞高頻信號在振臂20上感應電流的連續性，從而降低繞射、共振等交互作用的影響)，且所述片狀負載金屬41與連續金屬條30間之設置位置為至少局部重疊的配置關係；且其中，連續金屬條30與片狀負載金屬41的間距不得小於該介質基板10的板厚。

如第3至6圖所示，其中該介質基板10B亦可包括設向相互交叉(本例為垂直交叉型態)的一X平面板體11及一Y平面板體12，該X平面板體11與Y平面板體12分別設有能夠相插套嵌合之切槽115、125  (僅標示於第4圖)，以使X平面板體11與Y平面板體12得以相互榫接組合，又X平面板體11及Y平面板體12上段分設有振臂20，而形成雙極化振子型態。本例所揭振子結構，主要係採用平面偶極天線架構，在兩片交叉排列的板體結構上各設一個平面偶極天線，並各自提供一個極化的偏振。

同第3至6圖所示，其中該X平面板體11及Y平面板體12下端更可設有一承載板50，該承載板50上並設有一連接環51以供X平面板體11及Y平面板體12下端嵌插達成定位支撐狀態；本例中所述承載板50係可供裝設至一反射板71 (參第9、10圖所示)上，亦可提供額外的短路點。

其中，該連續金屬條30以及片狀金屬群40可為單排配置型態(如第1至6圖所示)，亦或者如第7圖所示，係為複數排配置型態者；其中，為複數排配置型態時，可透過較大面積而獲得較佳輻射特性，但對於高頻場型的干擾也相對較大。

其中，該振臂20可為立向設置型態(如第1至6圖所示)，亦或者如第8圖所示之振臂20B，係為橫向設置型態，此均為振臂20、20B型態之可具體實施態樣。

其中，該連續金屬條30與片狀負載金屬41的間 距可介於0.5mm至3.5mm之間。

其中，該片狀負載金屬41相對遠離之二端點直線長度可約為天線高頻最高頻率對應波長的0.2倍。此為一較佳實施例，但並不侷限於此。

接著如第9圖所示，本發明更提供一種天線裝置70，係包括：一反射板71；至少一天線陣列單元72，係排列佈設於該反射板71上；至少一前述之具片狀金屬群40負載之偶極單元A，係設於該反射板71上且與天線陣列單元72呈間隔配置關係。

承上段，所述天線裝置70可為一雙頻或多頻陣列天線，以使所述天線陣列單元72為高頻陣列且呈至少二排間隔配置型態，該偶極單元A則為低頻陣列且設於其中二排天線陣列單元72中間位置的配置型態者。

另如第10圖所示，該偶極單元A亦可為分設於其中二排天線陣列單元72中間及相對二側邊位置的配置型態者。

前述第9、10圖所示實施例，具體而言係為一個整合有兩高頻陣列與一低頻陣列結構較複雜的天線裝置70；該兩列高頻陣列各設有六個單元，間隔並列於兩側，中間則是由偶極單元A構成的低頻陣列，有三個單元，每個陣列都是雙極化單元，所以共有六個連接埠；整個天線裝置70的體積其實很小，低頻與高頻共用同一個反射板71，也由於低頻與高頻共用同一個反射板71，為顧及高頻場型(pattern)無法從反射板71延伸出較高的側牆來控制低頻的水平瓣寬，此時需要額外的場型(pattern)控制結構來縮減低頻的水平瓣寬，此部份如第10圖所示，設於反射板71二側的單片型態偶極單元A，即可用以達到場型(pattern)控制功能，此處所設偶極單元A可直接以金屬條短路或連接電容、蜿蜒金屬線等來縮短長度，成為一個無源的被動偶極反射結構，藉以有效控制高頻的場型變形扭曲現象。

如第3、6圖所示，其中該介質基板10B的下段部更可設有一平衡轉非平衡轉換器60 ( balun )，且該平衡轉非平衡轉換器60下端電性連接有饋入線61  (可為同軸纜線或其他形式的傳輸線)，藉以組成陣列或是連接至其他射頻元件。

補充說明的是，該連續金屬條30與片狀金屬群40的片狀負載金屬41之間可以藉由導孔(via)連接以變化其阻抗特性獲得較佳匹配，但在偶極單元A以高功率輸出時，若使用PCB標準電鍍通孔( Plated Through Hole, PTH )來製作導孔，需注意線性度可能會因此而變得較差，此時則可採用實心金屬柱以焊接方式製作導孔。又該平衡轉非平衡轉換器60的平衡端或兩振臂之間，可再加上一個跨接電容以縮短振臂20的長度，或是用以改善阻抗匹配。

本發明之優點說明： 本發明所揭「具片狀金屬群負載之偶極單元及其應用之天線裝置」主要藉由所述介質基板、振臂、連續金屬條、片狀金屬群、片狀負載金屬等所構成之創新獨特結構型態與技術特徵，使本發明對照先前技術而言，係能夠藉由其片狀金屬群所設片狀負載金屬補償相對細短振臂之低頻振子輻射特性，且其區段式排列型態能使高頻感應電流呈現區段式的不連續狀態，以降低對高頻天線場型的干擾與影響，進而達到大幅提升天線效能與品質之實用進步性。此外，本發明所揭偶極單元之介質基板、振臂、連續金屬條、片狀金屬群之平面式結構型態，可輕易使用雙面印刷電路板製作成型，更具有易於調整以及質輕體積小等優勢；本發明技術特徵尤其適用於雙頻、多頻之基地台天線產品。

上述實施例所揭示者係藉以具體說明本發明，且文中雖透過特定的術語進行說明，當不能以此限定本發明之專利範圍；熟悉此項技術領域之人士當可在瞭解本發明之精神與原則後對其進行變更與修改而達到等效之目的，而此等變更與修改，皆應涵蓋於如后所述之申請專利範 圍所界定範疇中。

Ａ‧‧‧偶極單元
１０、１０Ｂ‧‧‧介質基板
１１‧‧‧X平面板體
１２‧‧‧Y平面板體
１１５、１２５‧‧‧切槽
２０、２０Ｂ‧‧‧振臂
２１‧‧‧第一側面
２２‧‧‧第二側面
３０‧‧‧連續金屬條
４０‧‧‧片狀金屬群
４１‧‧‧片狀負載金屬
５０‧‧‧承載板
５１‧‧‧連接環
６０‧‧‧平衡轉非平衡轉換器
６１‧‧‧饋入線
７０‧‧‧天線裝置
７１‧‧‧反射板
７２‧‧‧天線陣列單元

第1圖係本發明偶極單元較佳實施例之立體圖。 第2圖係本發明偶極單元較佳實施例之另一側向立體圖。 第3圖係本發明偶極單元另一實施例之組合立體圖。 第4圖係本發明偶極單元另一實施例之分解立體圖。 第5圖係本發明偶極單元另一實施例之平面側視圖一。 第6圖係本發明偶極單元另一實施例之平面側視圖二。 第7圖係本發明之連續金屬條及片狀負載金屬41為複數排            配置型態實施例圖。 第8圖係本發明之振臂設為橫向設置型態實施例圖。 第9圖係本發明之天線裝置較佳實施例之立體圖。 第10圖係本發明之天線裝置另一實施例之立體圖。

A‧‧‧偶極單元

10B‧‧‧介質基板

11‧‧‧X平面板體

115、125‧‧‧切槽

12‧‧‧Y平面板體

20‧‧‧振臂

21‧‧‧第一側面

22‧‧‧第二側面

30‧‧‧連續金屬條

40‧‧‧片狀金屬群

411‧‧‧片狀負載金屬

50‧‧‧承載板

51‧‧‧連接環

60‧‧‧平衡轉非平衡轉換器

61‧‧‧饋入線

Claims (10)

1. 一種具片狀金屬群負載之偶極單元，包括： 至少一介質基板，呈板片狀型態； 至少一振臂，設於介質基板的上段部，且該振臂呈側向延伸型態，該振臂包括一第一側面以及一第二側面； 至少一連續金屬條，呈連續帶面型態設於振臂的第一側面； 至少一片狀金屬群，設於振臂的第二側面，包括複數個片狀負載金屬間隔排列而成，該片狀負載金屬相對遠離之二端點直線長度須介於天線高頻最高頻率對應波長的0.1至0.35倍，且所述片狀負載金屬與連續金屬條之間為設置位置為至少局部重疊的配置關係； 且其中，連續金屬條與片狀負載金屬的間距不得小於該介質基板的板厚。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具片狀金屬群負載之偶極單元，其中該連續金屬條與片狀負載金屬的間距介於0.5mm至3.5mm之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具片狀金屬群負載之偶極單元，其中該片狀負載金屬相對遠離之二端點直線長度約為天線高頻最高頻率對應波長的0.2倍。
4. 如申請專利範圍第2或3項所述之具片狀金屬群負載之偶極單元，其中該連續金屬條以及片狀金屬群係為單排配置、複數排配置任一種型態者。
5. 如申請專利範圍第2或3項所述之具片狀金屬群負載之偶 極單元，其中該振臂係為橫向設置型態或立向設置型態。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具片狀金屬群負載之偶極單元，其中該介質基板係包括設向相互交叉的一X平面板體以及一Y平面板體，該X平面板體與Y平面板體分別設有能夠相插套嵌合之切槽，以使X平面板體與Y平面板體得以相互榫接組合，又X平面板體及Y平面板體上段分設有振臂而形成雙極化振子型態。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具片狀金屬群負載之偶極單元，其中該X平面板體及Y平面板體下端係更設有一承載板，該承載板上並設有一連接環以供X平面板體及Y平面板體下端嵌插達成定位支撐狀態。
8. 一種天線裝置，包括：一反射板；至少一天線陣列單元係排列佈設於該反射板上；至少一申請專利範圍第1項所述之具片狀金屬群負載之偶極單元，係設於該反射板上且與天線陣列單元之間呈間隔配置關係。
9. 如申請專利範圍第8項所述之天線裝置，其中所述天線裝置係為一雙頻或多頻陣列天線，以使所述天線陣列單元為高頻陣列且呈至少二排間隔配置型態，該偶極單元則為低頻陣列且設於其中二排天線陣列單元中間位置的配置型態者。
10. 如申請專利範圍第8項所述之天線裝置，其中所述天線裝置係為一雙頻或多頻陣列天線，以使所述天線陣列單元為高頻陣列且呈至少二排間隔配置型態，該偶極單元則為低頻陣列且設於其中二排天線陣列單元中間及相對二側邊位置的配置型態者。