TWI663774B - 天線罩及車用雷達裝置 - Google Patents

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TWI663774B
TWI663774B TW107102034A TW107102034A TWI663774B TW I663774 B TWI663774 B TW I663774B TW 107102034 A TW107102034 A TW 107102034A TW 107102034 A TW107102034 A TW 107102034A TW I663774 B TWI663774 B TW I663774B
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郭瞬仲
詹長庚
蔡宜哲
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啓碁科技股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種天線罩，用於保護一天線元件。該天線罩包括一蓋狀結構和一第一非平滑部，其中一中空部份係形成於該蓋狀結構之內。該第一非平滑部係分佈於該蓋狀結構之一第一內緣上。

Description

天線罩及車用雷達裝置
本發明係關於一種天線罩(Antenna Cover)，特別係關於一種可提高天線元件之增益(Gain)及增加天線元件之主波束寬度(Width of Main Beam)之天線罩。
天線罩(Antenna Cover)係用於保護天線不受干擾之元件。然而，傳統天線罩均為平滑形狀(Smooth Shape)，其容易產生二次以上不必要之散射(Diffusion)效應，並造成天線之輻射場型發生失真(Distortion)或被破壞。有鑑於此，必須提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之問題。
在較佳實施例中，本發明提供一種天線罩，用於保護一天線元件，並包括：一蓋狀結構，其中一中空部份係形成於該蓋狀結構之內；以及一第一非平滑部，分佈於該蓋狀結構之一第一內緣上。
在一些實施例中，該第一非平滑部係用於提高該天線元件之增益及增加該天線元件之主波束寬度。
在一些實施例中，該中空部份大致為一長方體。
在一些實施例中，該第一非平滑部大致呈現一鋸齒狀。
在一些實施例中，該天線元件具有一操作頻率，而該操作頻率約為24GHz或77GHz。
在一些實施例中，該中空部份之高度大致等於該操作頻率之0.5倍波長之任一正整數倍。
在一些實施例中，該第一非平滑部包括複數個組成部份，而該等組成部份係彼此相鄰。
在一些實施例中，該等組成部份之每一者之底邊之長度皆大於該操作頻率之0.5倍波長。
在一些實施例中，該等組成部份之每一者之高度皆大致等於該操作頻率之0.5倍波長。
在一些實施例中，該天線罩更包括：一第二非平滑部，分佈於該蓋狀結構之一第二內緣上，其中該第二內緣係相對於該第一內緣。
在另一在較佳實施例中，本發明提供一種車用雷達裝置，包括：一天線罩，包括：一蓋狀結構，其中一中空部份係形成於該蓋狀結構之內；以及一第一非平滑部，分佈於該蓋狀結構之一第一內緣上；以及一天線元件，其中該天線元件係由該天線罩所覆蓋。
100、100E、100F、100G、100H、100I、300、400‧‧‧天線罩
110‧‧‧蓋狀結構
120‧‧‧蓋狀結構之中空內部
121‧‧‧蓋狀結構之第一內緣
122‧‧‧蓋狀結構之第二內緣
123‧‧‧蓋狀結構之第三內緣
124‧‧‧蓋狀結構之第四內緣
130、130G、130H、130I、330、430‧‧‧第一非平滑部
140‧‧‧第一非平滑部之三角形部份
142‧‧‧三角形部份之底邊
144、146‧‧‧三角形部份之側邊
150、150G、150H、150I、350、450‧‧‧第二非平滑部
160‧‧‧第二非平滑部之三角形部份
210‧‧‧零點
340‧‧‧第一非平滑部之半圓形部份
360‧‧‧第一非平滑部之半圓形部份
440‧‧‧第一非平滑部之矩形部份
460‧‧‧第一非平滑部之矩形部份
500‧‧‧車用雷達裝置
570‧‧‧天線元件
580‧‧‧接地面
CC1‧‧‧第一曲線
CC2‧‧‧第二曲線
H1、H2、H3、H4‧‧‧高度
L2、L3、L4‧‧‧長度
LL1‧‧‧剖面線
LC1‧‧‧中心線
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之立體圖。
第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之背視圖。
第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之剖面圖。
第1D圖係顯示根據本發明一實施例所述之三角形部份之俯視圖。
第1E圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之背視圖。
第1F圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之背視圖。
第1G圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之背視圖。
第1H圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之背視圖。
第1I圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之背視圖。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之使用天線罩之天線元件之增益圖。
第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之背視圖。
第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之半圓形部份之俯視圖。
第4A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之背視圖。
第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之矩形部份之俯視圖。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之車用雷達裝置之立體圖。
第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之車用雷達裝置之背視圖。
第5C圖係顯示根據本發明一實施例所述之車用雷達裝置之剖面圖。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩 (Antenna Cover)100之立體圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩100之背視圖。第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩100之剖面圖(沿著第1A圖之一剖面線LL1)。請一併參考第1A、1B、1C圖。在第1A、1B、1C圖之實施例中，天線罩100包括一蓋狀結構(Cover Structure)110、一第一非平滑部(Non-smooth Element)130，以及一第二非平滑部150。
蓋狀結構110係由任意非導電材質(Nonconductive Material)所製成。在一些實施例中，蓋狀結構110之非導電材質係由70%之聚對苯二甲酸二丁酯(Polybutylene Terephthalate，PBT)和30%之玻璃纖維(Glass Fiber)所組成，其可提供合適之介電常數(Dielectric Constant)和足夠之剛體強固性(Robustness)。一中空部份(Hollow Portion)120係形成於蓋狀結構110之內，使得蓋狀結構110具有一底部開口以容納天線元件。例如，此中空部份120可以大致呈現一長方體(挖空長方體)，但亦不僅限於此。詳細而言，因為中空部份120之存在，蓋狀結構110可具有一第一內緣121、一第二內緣122、一第三內緣123，以及一第四內緣124，其中第二內緣122係相對且平行於第一內緣121，而第四內緣124係相對且平行於第三內緣123。必須注意的是，蓋狀結構110之第一內緣121、第二內緣122、第三內緣123，以及第四內緣124分別等同於中空部份120之一第一外緣、一第二外緣、一第三外緣，以及一第四外緣。當天線罩100用於保護一天線元件(未顯示)時，此天線元件可設置於蓋狀結構110之中空部份120內，並可由蓋狀結構110之第一內緣121、 第二內緣122、第三內緣123，以及第四內緣124所包圍。
第一非平滑部130係分佈於蓋狀結構110之第一內緣121上，而第二非平滑部150係分佈於蓋狀結構110之第二內緣122上。在一些實施例中，第一非平滑部130、第二非平滑部150，以及蓋狀結構110三者為一體成型之結構，其中第一非平滑部130、第二非平滑部150，以及蓋狀結構110皆係以相同材質製成。第一非平滑部130和第二非平滑部150兩者可沿其中心線LC1而呈現線對稱。亦即，第一非平滑部130和第二非平滑部150可具有相同結構，差異僅在於其係朝不同方向而設置。舉例而言，第一非平滑部130和第二非平滑部150可各自大致呈現一鋸齒狀，但亦不僅限於此。必須注意的是，雖然在第1A、1B、1C圖中係同時展示第一非平滑部130和第二非平滑部150，但在其他實施例中，天線罩100可僅包括第一非平滑部130或第二非平滑部150兩者擇一(如第1E、1F圖所示)。
詳細而言，第一非平滑部130可包括複數個三角形部份140，其中該等三角形部份140可彼此相鄰；相似地，第二非平滑部150亦可包括複數個三角形部份160，其中該等三角形部份160亦可彼此相鄰。本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：5mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。第1D圖係顯示根據本發明一實施例所述之三角形部份140之俯視圖。如第1D圖所示，該等三角形部份140之每一者可大致呈現一等腰三角形，其具有一底邊142和二側邊144、146，其中該等側邊144、146之長度可彼此相等。惟本發明並 不僅限於此。在其他實施例中，該等三角形部份140之每一者亦可改為不同種類之三角形，例如：一正三角形、一直角三角形，或是一等腰直角三角形。必須理解的是，第1D圖亦可代表第二非平滑部150之每一三角形部份160。
大致而言，第一非平滑部130和第二非平滑部150可用於提高天線元件之增益(Gain)及增加天線元件之主波束寬度(Width of Main Beam)。必須理解的是，傳統天線罩之中空內部通常僅具有平滑邊緣(例如：蓋狀結構110之第三內緣123和第四內緣124即屬於平滑邊緣)，其可能使天線元件之電磁波產生二次以上之散射(Diffusion)效應，並導致天線元件之輻射場型發生失真(Distortion)或被破壞。為解決此一問題，本發明提出了使用第一非平滑部130和第二非平滑部150之至少一者，此種設計可避免來自天線元件之折射電磁波或反射電磁波產生不必要之干涉(Interference)，從而可消除天線元件之輻射場型之零點(Null)。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之使用天線罩100之天線元件之增益圖(在平行於XZ平面之一平面上進行量測，此平面通過天線元件)，其中橫軸代表天頂角(Theta)(度)，而縱軸代表天線元件之增益(dB)。如第2圖所示，一第一曲線CC1表示當使用傳統天線罩(其蓋狀結構具有平滑內緣)時天線元件之操作特性，而一第二曲線CC2表示當使用所提之天線罩100(其蓋狀結構110搭配第一非平滑部130和第二非平滑部150之至少一者)時天線元件之操作特性。藉由比較第一曲線CC1和第二曲線CC2可知，傳統天線罩因散射效應會使 天線元件之輻射場型產生複數個零點210，此將限制天線元件之增益及主波束寬度；與之相比，所提之天線罩100可有效地抑制散射效應及去除前述零點210，使得天線元件之增益上升，同時主波束之寬度亦變大。根據第2圖之量測結果，在使用了所提之天線罩100之後，天線元件之零點處增益可改善約達9dB，而天線元件之10dB波束寬度(10dB Beam Width)可改善約達17%。
在一些實施例中，適用於天線罩100之天線元件具有一操作頻率，而此操作頻率可約為24GHz或77GHz，故天線元件可支援車用雷達(Car Radar)之頻段。以上操作頻率亦可根據不同需求來進行調整。
請一併參考第1A、1B、1C、1D圖。在一些實施例中，天線罩100之元件尺寸可如下列所述。蓋狀結構110之中空部份120之高度H1可大致等於前述操作頻率之0.5倍波長(λ/2)之任一正整數倍(亦即，H1=(λ/2)．N，其中N為一正整數，λ為前述操作頻率之1倍波長)。例如，高度H1可大致等於前述操作頻率之0.5倍波長(λ/2)。該等三角形部份140(或160)之每一者之底邊142之長度L2皆可大於前述操作頻率之0.5倍波長(λ/2)。例如，長度L2可大致等於前述操作頻率之1倍波長(λ)。該等三角形部份140(或160)之每一者之高度H2皆可大致等於前述操作頻率之0.5倍波長(λ/2)。以上元件尺寸之範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最大化天線罩100消除散射效應之功效。
雖然第一非平滑部130和第二非平滑部150皆為週 期性結構，但本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，第一非平滑部130和第二非平滑部150亦可包括非週期性之部份或(且)不規則形之部份(如第1G、1H圖所示)，而不致影響本發明之效果。此外，第一非平滑部130和第二非平滑部150亦可延伸並分佈於蓋狀結構110之第三內緣123或(且)第四內緣124上(如第1I圖所示)，以進一步加強本發明之效果。
第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩300之背視圖。第3A圖和第1B圖相似。在第3A圖之實施例中，天線罩300包括一第一非平滑部330和一第二非平滑部350之至少一者，其中第一非平滑部330係分佈於蓋狀結構110之第一內緣121上，而第二非平滑部350係分佈於蓋狀結構110之第二內緣122上。詳細而言，第一非平滑部330可包括複數個半圓形部份340，其中該等半圓形部份340可彼此相鄰；相似地，第二非平滑部350亦可包括複數個半圓形部份360，其中該等半圓形部份360亦可彼此相鄰。在其他實施例中，該等半圓形部份340、360之每一者亦可改為一半橢圓形或一弧形。第3A圖之天線罩300之其餘特徵皆與第1A、1B、1C圖之天線罩100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之半圓形部份340之俯視圖。相似地，該等半圓形部份340之每一者之底邊之長度L3(或半圓形部份340之直徑長度)皆可大於一天線元件之一操作頻率之0.5倍波長(λ/2)。例如，長度L3可大致等於前述操作頻率之1倍波長(λ)。該等半圓形部份340之每一者之高度H3(或半圓形部份340之半徑長度)皆可大致等於前述操作頻 率之0.5倍波長(λ/2)。必須理解的是，第3B圖亦可代表該等半圓形部份360之每一者。
第4A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩400之背視圖。第4A圖和第1B圖相似。在第4A圖之實施例中，天線罩400包括一第一非平滑部430和一第二非平滑部450之至少一者，其中第一非平滑部430係分佈於蓋狀結構110之第一內緣121上，而第二非平滑部450係分佈於蓋狀結構110之第二內緣122上。詳細而言，第一非平滑部430可包括複數個矩形部份440，其中該等矩形部份440可彼此分離；相似地，第二非平滑部450亦可包括複數個矩形部份460，其中該等矩形部份460亦可彼此分離。在其他實施例中，該等矩形部份440、460之每一者亦可改為一正方形。第4A圖之天線罩400之其餘特徵皆與第1A、1B、1C圖之天線罩100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之矩形部份440之俯視圖。相似地，該等矩形部份440之每一者之底邊之長度L4皆可大於一天線元件之一操作頻率之0.5倍波長(λ/2)。例如，長度L4可大致等於前述操作頻率之1倍波長(λ)。該等矩形部份440之每一者之高度H4皆可大致等於前述操作頻率之0.5倍波長(λ/2)。必須理解的是，第4B圖亦可代表該等矩形部份460之每一者。
前述之三角形部份、半圓形部份，以及矩形部份皆可通稱為第一非平滑部或第二非平滑部之「組成部份」，而這些「組成部份」之形狀在本發明中並不特別做限制。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之車用雷達裝置500之立體圖。第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之車用雷達裝置500之背視圖。第5C圖係顯示根據本發明一實施例所述之車用雷達裝置500之剖面圖(沿著第5A圖之一剖面線LL1)。車用雷達裝置500可視為第1A、1B、1C圖之天線罩100之一實際應用範例。在第5A、5B、5C圖之實施例中，車用雷達裝置500至少包括天線罩100和一天線元件570，其中天線元件570係由天線罩100所覆蓋，並係位於蓋狀結構110之中空部份120之內。雖然未顯示於第5A、5B、5C圖中，但車用雷達裝置500更可包括其他元件，例如：一處理器(Processor)、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，以及複數條金屬走線(Metal Trace)。在一些實施例中，車用雷達裝置500更包括一接地面580，其中接地面580係大致呈現一矩形，並係鄰近於天線元件570而設置。
天線元件570具有一操作頻率，而此操作頻率可約為24GHz或77GHz，以支援車用雷達之頻段。天線元件570之形狀和種類在本發明中並不特別限制。例如，天線元件570可為一單極天線(Monopole Antenna)、一偶極天線(Dipole Antenna)、一迴圈天線(Loop Antenna)，或是一補釘天線(Patch Antenna)。在另一些實施例中，天線元件570亦可由一天線陣列(Antenna Array)所取代。當天線元件570由天線罩100所覆蓋時，蓋狀結構110之中空部份120之高度H1即等同於蓋狀結構110和天線元件570之間之最短距離。換言之，天線罩100和天線元件570之間距可大致等於天線元件570之操作頻率之0.5倍波長(λ/2)之 任一正整數倍。天線罩100之結構、特性，以及功效皆已在前述實施例中詳述，故在此不再重複說明。另外，第2圖可視為關於天線元件570之量測結果。
本發明提出一種新穎之天線罩，其可抑制天線元件之電磁波之散射效應。相較於傳統天線罩，本發明至少具有可消除天線輻射場型之零點、提升天線增益，以及加大天線主波束之寬度等等優勢。因此，本發明很適合應用於各種各式之雷達裝置當中，例如：車用雷達裝置。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之天線罩及車用雷達裝置並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之天線罩及車用雷達裝置當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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。

Claims (16)

  1. 一種天線罩，用於保護一天線元件，並包括：一蓋狀結構，其中一中空部份係形成於該蓋狀結構之內；以及一第一非平滑部，分佈於該蓋狀結構之一第一內緣上；其中該天線元件具有一操作頻率；其中該第一非平滑部包括複數個組成部份，而該等組成部份係彼此相鄰；其中該等組成部份之每一者之底邊之長度皆大於該操作頻率之0.5倍波長。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線罩，其中該第一非平滑部係用於提高該天線元件之增益及增加該天線元件之主波束寬度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之天線罩，其中該中空部份大致為一長方體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線罩，其中該第一非平滑部大致呈現一鋸齒狀。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之天線罩，其中該操作頻率約為24GHz或77GHz。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之天線罩，其中該中空部份之高度大致等於該操作頻率之0.5倍波長之任一正整數倍。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之天線罩，其中該等組成部份之每一者之高度皆大致等於該操作頻率之0.5倍波長。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之天線罩，更包括：一第二非平滑部，分佈於該蓋狀結構之一第二內緣上，其中該第二內緣係相對於該第一內緣。
  9. 一種車用雷達裝置，包括：一天線罩，包括：一蓋狀結構，其中一中空部份係形成於該蓋狀結構之內；以及一第一非平滑部，分佈於該蓋狀結構之一第一內緣上；以及一天線元件，其中該天線元件係由該天線罩所覆蓋；其中該天線元件具有一操作頻率；其中該第一非平滑部包括複數個組成部份，而該等組成部份係彼此相鄰；其中該等組成部份之每一者之底邊之長度皆大於該操作頻率之0.5倍波長。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之車用雷達裝置，其中該第一非平滑部係用於提高該天線元件之增益及增加該天線元件之主波束寬度。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之車用雷達裝置，其中該中空部大致為一長方體。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之車用雷達裝置，其中該第一非平滑部大致呈現一鋸齒狀。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之車用雷達裝置，其中該操作頻率約為24GHz或77GHz。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之車用雷達裝置，其中該中空部份之高度大致等於該操作頻率之0.5倍波長之任一正整數倍。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之車用雷達裝置，其中該等組成部份之每一者之高度皆大致等於該操作頻率之0.5倍波長。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之車用雷達裝置，其中該天線罩更包括：一第二非平滑部，分佈於該蓋狀結構之一第二內緣上，其中該第二內緣係相對於該第一內緣。
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