TWI623152B - 具反向功率分配器功能之天線單元及其陣列模組 - Google Patents

Abstract

一種具反向功率分配器功能之天線單元包含一第一基板、一第二基板、一微帶天線層、一接地層、一微帶線層及兩連通柱。微帶天線層設置於第一基板的上表面，其中微帶天線層包含多個微帶天線且一高阻抗線連接該些微帶天線。接地層設置於第二基板的上表面。微帶線層設置於第二基板的下表面。兩連通柱貫穿第一、第二基板以電性連接微帶線層與部份微帶天線，其中兩連通柱的尺寸不同。一種具反向功率分配器功能之天線模組陣列亦於此處提出。本發明能準確地控制功率分配比例及相位差，並使用此元件合成對稱饋入及不對稱饋入的天線陣列達到縮小化及分層饋入的特性。

Description

具反向功率分配器功能之天線單元及其陣列模組

本發明是有關一種天線模組，特別是有關一種可功率分配的具反向功率分配器功能之天線單元及其陣列模組。

車用雷達是將無線訊號收發器設置於車輛保險桿或風扇柵罩內部，利用發射及接收無線訊號，來進行測距、資訊交換等應用。由於車輛保險桿內可用空間極為受限，而雷達信號亦容易受到衰減，因而增加了陣列天線設計上的難度。

一般而言，大多數的汽車雷達多採用微帶式陣列天線，並以耦合結構方式來縮小面積。然而，車用雷達系統之操作頻段大致在24GHz及77GHz附近，在這麼高頻率要獲得天線效率的改善，進而提升天線增益更是不易。因此，如何有效增加陣列天線增益、縮小天線面積、最佳化天線輻射場型是業界所努力的目標之一。

本發明提供一種具反向功率分配器功能之天線單元及其陣列模組，藉由改變雙金屬連通柱的尺寸、間距及其與微帶天線的相對位置，可以準確控制上層兩側輸出的功率比例及相位差，並使用此元件合成對稱饋入及不對稱饋入的天線陣列達到縮小化及分層饋入的特性。

本發明一實施例之具反向功率分配器功能之天線單元包含：一第一基板；一第二基板設置於第一基板的一下表面；一微帶天線層設置於第一基板的一上表面，其中微帶天線層包含一第一微帶天線、一第二微帶天線及一高阻抗線，且高阻抗線連接第一微帶天線與第二微帶天線；一接地層設置於第二基板的一上表面並位於第一基板與第二基板之間；一微帶線層設置於第二基板的一下表面；以及一第一連通柱及一第二連通柱，其貫穿第一基板與第二基板以電性連接微帶線層與微帶天線層的第一微帶天線，其中第一連通柱與第二連通柱的尺寸不同。

本發明又一實施例之具反向功率分配器功能之天線陣列模組包含：一第一基板；一第二基板設置於第一基板的一下表面；一接地層設置於第二基板的一上表面並位於第一基板與第二基板之間；一微帶線層設置於第二基板的一下表面；以及多個天線單元，陣列排列於第一基板上。其中每一天線單元包含：一微帶天線層設置於第一基板的一上表面，其中微帶天線層包含一第一微帶天線、一第二微帶天線及一高阻抗線，且高阻抗線連接第一微帶天線與第二微帶天線；及一第一連通柱及一第二連通柱，其貫穿第一基板與第二基板以電性連接微帶線層與第一微帶天線，其中第一連通柱與第二連通柱的尺寸不同。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明主要提供一種具反向功率分配器功能之天線單元及其陣列模組，具反向功率分配器功能之天線單元包含一第一基板、一第二基板、一微帶天線層、一接地層、一微帶線層及兩連通柱，其中尺寸不同的兩連通柱分別貫穿第一基板與第二基板以電性連接微帶線層與部分微帶天線層。藉由改變雙金屬連通柱的尺寸、間距及其與微帶天線的相對位置，可以準確控制上層兩側輸出的功率比例及相位差。以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際的尺寸或數量，不相關的細節未完全繪出，以求圖式的簡潔。

請先參考圖1及圖2，圖1及圖2分別為本發明一實施例之具反向功率分配器功能之天線單元的俯視圖及其剖視圖。如圖1及圖2所示，本發明一實施例之具反向功率分配器功能之天線單元1包含一第一基板10、一第二基板11、一微帶天線層12、一接地層13、一微帶線層14及一第一連通柱15與一第二連通柱16。如圖所示，第二基板11設置於第一基板10的一下表面102。而微帶天線層12設置於第一基板10的一上表面101，其中微帶天線層12包含一第一微帶天線121、一第二微帶天線122及一高阻抗線123，且高阻抗線123連接第一微帶天線121與第二微帶天線122。接地層13設置於第二基板11的一上表面111並位於第一基板10與第二基板11之間。微帶線層12設置於第二基板11的一下表面112。第一連通柱15及第二連通柱16，分別貫穿第一基10與第二基板11以電性連接微帶線層14與微帶天線層12的第一微帶天線121，其中第一連通柱15與第二連通柱16的尺寸不同。於一實施例中，第一連通柱15為空心圓柱，且圓柱壁上設有導電材料；而第二連通柱16亦為空心圓柱，且圓柱壁上設有導電材料。而第一連通柱15的外半徑R1的範圍為4密耳(mil)到8密耳(mil)之間。第二連通柱16的外半徑R2的範圍為4密耳(mil)到8密耳(mil)之間。

承上述，於一實施例中，接地層13具有兩開孔131、132設置於第一連通柱15與第二連通柱16通過處，且兩開孔131、132的圓心位置與第一連通柱15、第二連通柱16的圓心位置相同。本發明之第一連通柱15與第二連通柱16用以饋入上層兩側的天線陣列，當電流經由連通柱進入微帶天線層12時，一部分激發微帶天線層12使其共振，除了直接輻射外亦饋入高阻抗線123，一部分電流直接流入高阻抗線123，前者因為微帶天線共振模態的特性饋入兩側時自然呈現平衡，振幅相同且反相，而後者使靠近連通柱的一側得到較多能量，若只存在單一根連通柱，則兩者相加的結果將造成微帶天線兩側輸出不平衡，因此，本發明使用不對稱的雙金屬連通柱結構，藉由適當調整可使兩埠輸出功率呈一定比例且為反相。於一實施例中，第一連通柱15的中心與第二連通柱16之中心的間距S_via 的範圍為20密耳(mil)到30密耳(mil)之間，其可依使用者需求調整。

接續上述，於一實施例中，第二微帶天線122包含多個第一輻射單元1221帶狀陣列設置於第一微帶天線121的一側，高阻抗線123連接第一微帶天線121與第二微帶天線122，以及高阻抗線123連接多個第二微帶天線122之間。於又一實施例中，具反向功率分配器功能之天線單元1更包含一第三微帶天線124，其包含多個第二輻射單元1241帶狀陣列設置於第一微帶天線121的另一側，高阻抗線123連接第一微帶天線121與第三微帶天線124，以及高阻抗線123連接多個第三微帶天線124之間。於此實施例中，位於中間的第一微帶天線121為可功率分配之微帶天線，兩側的天線(第二微帶天線122、第三微帶天線124)可為不同的子陣列，也就是說，分配功率用的微帶天線則依據兩側子陣列的輻射單元個數設計出功率分配比例，因此，多個第一輻射單元之數量與第二輻射單元之數量可不相同。

此外，又一實施例中，請參考圖3，圖3為本發明不同實施例之天線陣列模組2的示意圖。與上一實施例差異在於：多個天線單元，陣列排列於第一基板10(如圖1所示)上，而每一天線單元包含微帶天線層12、及第一連通柱15與第二連通柱16。而微帶天線層12設置於第一基板10(如圖1所示)的上表面101(如圖1所示)，其中微帶天線層12包含一第一微帶天線121、一第二微帶天線122及一高阻抗線123，且高阻抗線123連接第一微帶天線與121第二微帶天線122。而第一連通柱15及第二連通柱16則貫穿第一基板10與第二基板11(如圖1所示)以電性連接微帶線層14與第一微帶天線12，且第一連通柱15與第二連通柱16的尺寸不同。其中微帶線層14電性連接多個天線單元1。而於不同實施例中，各天線單元1的距離可依據需求改變，較佳者，各天線單元的間距範圍為50密耳至60密耳之間。而其餘元件的結構、佈設描述與上述實施例並無太大差異，此即不在贅述。於一實施例中，如圖4A、圖4B、圖4C所示，圖4A為此實施例之長距高增益垂直極化天線的實體照片；圖4B為圖4A的AA線段剖視圖；圖4C為天線反射示意圖，，於圖4A的實施例中，第一基板的厚度為20密耳、第二基板的厚度為5密耳、微帶天線層的厚度為1.5密耳、接地層為0.7密耳、微帶線層為1.5密耳、天線陣列模組2具有77GHz反相饋入功率分配器；操作頻段為76～77GHz。於此實施例中，請參考圖5，圖5為圖 4A、圖4B、圖4C實施例的H-plane的輻射場形圖，可知在頻率 76.5GHz下，具有24dB的增益效果。

綜合上述，本發明之具反向功率分配器功能之天線單元及其陣列模組，此天線由兩層基板及三層金屬構成，信號由下層微帶線饋入，穿越地平面的槽孔，經不同尺寸的雙金屬連通柱進入上層微帶天線，微帶天線兩側由高阻抗線接出，用以饋入上層兩側的子陣列合成一陣列天線。藉由改變下層微帶線末端之開路線、雙金屬連通柱的尺寸、間距及其與微帶天線的相對位置，可以準確控制上層兩側輸出的功率比例及相位差，並使用此元件合成對稱饋入及不對稱饋入的天線陣列達到縮小化及分層饋入的特性。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

1‧‧‧具反向功率分配器功能之天線單元
10‧‧‧第一基板
101‧‧‧上表面
102‧‧‧下表面
11‧‧‧第二基板
111‧‧‧上表面
112‧‧‧下表面
12‧‧‧微帶天線層
13‧‧‧接地層
131,132‧‧‧開孔
14‧‧‧微帶層
15‧‧‧第一連通柱
16‧‧‧第二連通柱

圖1為本發明一實施例之具反向功率分配器功能之天線單元的俯視圖。 圖2為本發明一實施例之具反向功率分配器功能之天線單元的結構剖視圖。 圖3為本發明一實施例之具反向功率分配器功能之天線陣列模組的示意圖。 圖4A為本發明一實施例之長距高增益垂直極化天線的實體照片。 圖4B為圖4A的AA線段剖視圖。 圖4C為圖4A的天線反射示意圖。 圖5為圖4A、圖4B、圖4C實施例的H-plane的輻射場形圖。

Claims (10)

1. 一種具反向功率分配器功能之天線單元，包含： 一第一基板； 一第二基板，設置於該第一基板的一下表面； 一微帶天線層，設置於該第一基板的一上表面，其中該微帶天線層包含一第一微帶天線、一第二微帶天線及一高阻抗線，且該高阻抗線連接該第一微帶天線與該第二微帶天線； 一接地層，其設置於該第二基板的一上表面並位於該第一基板與該第二基板之間； 一微帶線層，其設置於該第二基板的一下表面；以及 一第一連通柱及一第二連通柱，其貫穿該第一基板與該第二基板以電性連接該微帶線層與該微帶天線層的該第一微帶天線，其中該第一連通柱與該第二連通柱的尺寸不同。
2. 如請求項1所述之具反向功率分配器功能之天線單元，其中該第二微帶天線包含多個第一輻射單元帶狀陣列設置於該第一微帶天線的一側，該高阻抗線連接該第一微帶天線與該第二微帶天線，以及該高阻抗線連接該多個第二微帶天線之間。
3. 如請求項2所述之具反向功率分配器功能之天線單元，更包含一第三微帶天線包含多個第二輻射單元帶狀陣列設置於該第一微帶天線的另一側，該高阻抗線連接該第一微帶天線與該第三微帶天線，以及該高阻抗線連接該多個第三微帶天線之間。
4. 如請求項3所述之具反向功率分配器功能之天線單元，其中該多個第一輻射單元之數量與該第二輻射單元之數量不同。
5. 如請求項1所述之具反向功率分配器功能之天線單元，其中該接地層具有兩開孔設置於該第一連通柱與該第二連通柱通過處，且該兩開孔的圓心位置與該第一連通柱、該第二連通柱的圓心位置相同。
6. 一種具反向功率分配器功能之天線陣列模組，包含： 一第一基板； 一第二基板，設置於該第一基板的一下表面； 一接地層，其設置於該第二基板的一上表面並位於該第一基板與該第二基板之間； 一微帶線層，其設置於該第二基板的一下表面；以及 多個天線單元，陣列排列於該第一基板上，其中每一該天線單元包含： 一微帶天線層，設置於該第一基板的一上表面，其中該微帶天線層包含一第一微帶天線、一第二微帶天線及一高阻抗線，且該高阻抗線連接該第一微帶天線與該第二微帶天線；及 一第一連通柱及一第二連通柱，其貫穿該第一基板與該第二基板以電性連接該微帶線層與該第一微帶天線，其中該第一連通柱與該第二連通柱的尺寸不同。
7. 如請求項6所述之具反向功率分配器功能之天線陣列模組，其中該第二微帶天線包含多個第一輻射單元帶狀陣列設置於該第一微帶天線的一側，該高阻抗線連接該第一微帶天線與該第二微帶天線，以及該高阻抗線連接該多個第二微帶天線之間。
8. 如請求項7所述之具反向功率分配器功能之天線陣列模組，更包含一第三微帶天線包含多個第二輻射單元帶狀陣列設置於該第一微帶天線的另一側，該高阻抗線連接該第一微帶天線與該第三微帶天線，以及該高阻抗線連接該多個第三微帶天線之間。
9. 如請求項8所述之具反向功率分配器功能之天線陣列模組，其中該多個第一輻射單元之數量與該第二輻射單元之數量不同。
10. 如請求項6所述之具反向功率分配器功能之天線陣列模組，其中該微帶線層電性連接該多個具反向功率分配器功能之天線單元。