TWI677133B - 天線之信號線轉換結構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種天線之信號線轉換結構，設置在天線陣列與電路基板間，包含有第一介電基板設置在電路基板上，第二介電基板垂直設置在第一介電基板上，並將其分成第一區域及第二區域，第二介電基板另一端上設有天線陣列，信號線設置在第一介電基板的第一區域上並延伸至第二介電基板，用以連接電路基板及天線陣列，金屬連接板設置在第二區域上且具有金屬穿孔，並與第二接地層相連接，金屬穿孔穿設在第一介電基板，金屬連接板藉由金屬穿孔連接第一介電基板的第一接地層與第二介電基板的第二接地層，本發明藉此以增加天線陣列的配置空間。

Description

天線之信號線轉換結構

本發明係關於一種信號線轉換結構，特別是一種經由垂直轉換且應用於天線之信號線轉換結構。

近些年來，隨著智慧型的手提式裝置，例如智慧型手機的普及化，通訊領域也快速發展、成長，幾乎每位使用者手上所使用的智慧型手機，皆是使用第三代以上的無線通訊技術，例如3G、4G。然而，最新一代的行動通訊技術：5G，更是產業界、學術界或是政府所討論及扶持的重點技術之一，且每一代的行動通訊技術，其演進都伴隨著資料傳輸速度、資料容量提升、高效能系統等。

在工業組織無線千兆聯盟(Wireless Gigabit Alliance，WiGig)在2009年成立後，致力推動不需要執照的60吉赫茲(GHz)毫米波頻帶，以執行數千兆位元(Multi-Gigabit)速度的無線傳輸技術，其係為一種十分快速之短距離無線行動通訊技術，可以用於一般家中快速傳輸的大型文件。隨後為了提升許多裝置環境下的傳輸容量，又推出具備指向性及高速度無線行動通訊技術，不同於傳統的無線行動通訊技術。

然而，無線千兆聯盟所推出的WiGig工作頻段式60GHz，此毫米波無線行動通訊技術，相對於傳統的系統而言，擁有較高的頻寬，足以建立一個高速率的無線傳輸網路，相較於目前使用的Wi-Fi無線網路傳輸速度快了10倍以上，但頻率高也會使得毫米波無線通訊系統造成更高的電波傳輸耗損。

因此，為了解決上述的問題，毫米波無線通訊系統需要具備高增益天線及高功率輸出的功率放大器(Power Amplifier，PA)，且還有低耗損毫米波無線通訊模組間的整合結構，除了高增益的需求為了能滿足智慧型波束成型機制需求，許多習知技術係採用陣列天線以解決此問題，但接收發機模組與天線陣列間的整合布局需要有很高的彈性，例如四乘四陣列天線或八乘八陣列天線數量之可大可小的特性及耗損特性等，使得饋入網路(Feeding Network)設計與系統整合產生了巨大的挑戰。

因此，本發明在饋入網路之天線系統中，提供一種天線之信號線轉換結構，用以使其上的天線陣列達成更高的天線增益。

本發明的主要目的係在提供一種天線之信號線轉換結構，利用水平介電基板與垂直介電基板的結合，以提高垂直方面之天線陣列的天線增益，同時因為天線增益增高時，在水平方面之功率放大器會因為效能低弱，所產生許多熱能，又因為天線陣列是設置於垂直面，就不需要設置在水平面的介電基板上，可以減少許多水平面的設置空間，使得水平面的介電基板擁有更多的散熱空間，得以進行散熱。

本發明的另一目的係在提供一種天線之信號線轉換結構，藉由微帶線整合，不僅只是散熱效果佳與天線增益的提升，同時還能運用如微帶線的信號線以及金屬連接板的金屬穿孔，將平面訊號有效的傳遞至垂直面的天線陣列，能夠有效提升轉換結構頻寬，並且藉由金屬穿孔與接地層的連接，有效減少傳輸時的能量損失。

為了達成上述的目的，本發明提供一種天線之信號線轉換結構，包含有一第一介電基板、一第二介電基板、至少一信號線及一金屬連接板，第一介電基板設置在電路基板上，第一介電基板背面設有第一接地層，第二介電基板垂直設置在第一介電基板上，並將第一介電基板分成第一區域及第二區域，第二介電基板朝向第二區域設有第二接地層，第二介電基板上還設有天線陣列，信號線設置在第一介電基板的第一區域上，並延伸設置在第二介電基板上，用以連接電路基板與天線陣列，金屬連接板具有至少三金屬穿孔，且金屬穿孔係為奇數，金屬連接板設置在第一介電基板的第二區域上與第二接地層相連接，金屬穿孔穿設在第一介電基板，金屬連接板藉由金屬穿孔連接第一介電基板的第一接地層與第二介電基板的第二接地層。

在本發明中，第二介電基板係為軟性基板或可撓性基板，並可改變該天線陣列位置。

在本發明中，電路基板係為功率放大器陣列電路基板。

在本發明中，天線陣列係為高功率天線陣列，其係為第五代或以上之行動通訊技術的高頻天線。

在本發明中，第一介電基板係為高頻電路板。

在本發明中，第二介電基板係為高頻微波射頻板。

在本發明中，金屬穿孔的孔徑係為0.2公釐。

在本發明中，信號線係為微帶線。

在本發明中，信號線延伸至第二介電基板之一端係對齊至少三金屬穿孔中的中間者。

底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。

本發明的天線之信號線轉換結構主要是隨著高頻天線的發展，著力於頻段57GHz~66GHz之天線陣列，並應用在V-Band饋入網路中，位於水平面之電路基板以及垂直面設置之天線陣列間的轉換結構，例如本發明的天線之信號線轉換結構可以設置在功率放大器陣列電路基板及高功率天線陣列間，除了利用如微帶線的信號線把水平的訊號經轉換後垂直傳到上面的天線陣列，再利用垂直面的空間配置，可以自由增減天線陣列的數量，使天線陣列的佈局更加彈性。

首先，請參照本發明第一圖、第二圖及第三圖所示，一種天線之信號線轉換結構10包含有一第一介電基板12、一第二介電基板14、至少一信號線16及一金屬連接板18，金屬連接板18中具有至少三個金屬穿孔182，且金屬穿孔182的數量需為奇數，例如金屬穿孔182可以是3、5、7…個。在本實施例中，係以三個金屬穿孔182及一信號線16為例說明，信號線16係為微帶線，第一介電基板12係為高頻電路板，例如RO4350B的高頻電路板，第二介電基板14係為高頻微波射頻板，例如RT5880的高頻微波射頻板，本發明不以上述的基板型號為發明的限制，可依使用者需求選用適當型號的基板，以上僅供實施例說明。

承接上段，第一介電基板12係設置在如功率放大器陣列電路基板之電路基板(圖中未示)上，第一介電基板12的背面設有第一接地層122，第二介電基板14垂直設置在第一介電基板12的正面上，在本實施例中，可以使用焊接的方式，將第二介電基板14牢牢與第一介電基板12接合在一起。接合後的第二介電基板14會將第一介電基板12的正面分成第一區域124及第二區域126，第二介電基板14朝向第二區域126的表面設有第二接地層142，第二介電基板14未與第一介電基板12連接的一端上，則可以設置天線陣列。本發明不限制第一介電基板12下的電路基板的電路結構及其電性連接關係，也不限制第二介電基板14上之天線陣列的排列方式，但上述天線陣列可以是高功率天線陣列，例如第五代(5th Generation，5G)或以上的行動通訊技術的高頻天線所排列的天線陣列，本發明主要是在強調，可以將第一介電基板12及第二基板14之接合結構的位置，設置在天線陣列與電路基板間。

續承上段之內容，信號線16設置在第一介電基板12屬於第一區域124的位置上，並經延伸設置在第二介電基板14朝向第一區域124的表面，信號線16可以連接至電路基板與天線陣列。本發明不限制信號線16該如何設置在第一介電基板12及第二介電基板14，例如可以利用電路板照相蝕刻的方式製作，但製作方式就不在本發明的限制之內。

再接續上段內容，金屬連接板18係設置在第一介電基板12的第二區域126上，並與第二接地層142相連接，金屬連接板18中的金屬穿孔182穿設在第一介電基板12，以貫穿第一介電基板12，這三個金屬穿孔182，其中正中間的金屬穿孔182會與信號線16延伸至第二介電基板14之一端對齊，金屬連接板18係藉由此三金屬穿孔182連接第一介電基板12的第一接地層122與第二介電基板14的第二接地層142。

本發明可以上述的天線之信號線轉換結構，作為水平的電路基板與垂直的天線陣列的連接結構，利用如微帶線的信號線，將電路基板的訊號從水平方向轉向垂直方向，向上傳輸到天線陣列，並利用金屬連接板中的金屬穿孔連接二介電基板的接地層，使得原本不連續結構可能會造成的訊號傳輸耗損減到最低，並且可以同時改善操作的頻寬。

本發明並不限制水平方向與垂直方向的介電基板是否要同材質或同厚度，可以依照使用者的需求選配，主要是可以利用微帶線與金屬連接板及其金屬穿孔，有效的整合不同方向的介電基板。本發明垂直設置的天線之信號線轉換結構不限制在電路基板及天線陣列間的設置數量，可以具有複數個天線之信號線轉換結構排列在電路基板上，此時更增加了許多天線陣列與天線陣列間的散熱空間，就不用所有天線陣列都設置於平面的介電基板上，應在高功率及高頻率的天線陣列時，用以有效增加散熱的面積，並能夠在電路基板溫度開始上升時，有效達到散熱的效果。

再者，垂直設置的第二介電基板可以選用軟性基板或是可撓性基板，因此，可以經由彎折，靈活改變天線陣列的位置，不一定要呈現完全垂直設置的姿態，使用者可以依照整體天線系統的功效考量，靈活調整天線陣列的位置，對於天線陣列的設置，可以更自由。

除了上述的結構以外，本發明不限制金屬穿孔的數量，其可以是三個以上，且同時需要符合奇數個，本發明也不限制信號線的寬度，請參照本發明第四圖所示，本發明的金屬穿孔182可以是五個，本發明的金屬穿孔182主要的特點是，孔徑L1最佳是長度係為0.2公釐(mm)，也就是金屬穿孔182的直徑長度。另外，每二個金屬穿孔182之圓心到圓心的距離L2係可為0.4公釐。本發明的信號線16’在第一介電基板12的寬度係可為0.2公釐，而延伸到第二基板14時，信號線16’的寬度可以是0.46公釐，本發明不以上述的數值作為本發明設置的唯一限制，此僅係為本發明實施例的說明參考。

另外，本發明也不限制信號線的配置形狀，上述實施例中的信號線係先以直線為例說明，請參考本發明第五圖所示，在第一介電基板12上的信號線16’’，也可以呈現有曲折的配置，主要是看使用者如何配置信號線的圖案化設計，本發明就不多作限制。

只是，在第一組實施例中，直線設置在第一介電基板及第二介電基板的信號線，及具有三個金屬穿孔所設置的天線之信號線轉換結構，比起其他實施例而言，具有更佳的頻率響應，並且所承載的天線陣列也可以有更高的功率輸出。因此，本發明在金屬穿孔數量上，不會因為穿孔數量變多而更好，最佳的設置數量係為三個，此時的金屬連接板所產生的金屬牆效應，可以將水平方向的訊號轉換成垂直方向時，有效地減少最多地能量損耗。最後，本發明垂直的轉換結構，所帶來的散熱空間及其散熱效果，與彈性的天線陣列佈局效益，更是不在話下，應用在高頻高功率的天線系統中，更是具有競爭力。

以上所述之實施例，僅係為說明本發明之技術思想及特點，目的在使熟習此項技藝之人士足以瞭解本發明之內容，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。

10 信號線轉換結構 12 第一介電基板 122 第一接地層 124 第一區域 126 第二區域 14 第二介電基板 142 第二接地層 16、16’、16’’ 信號線 18 金屬連接板 182 金屬穿孔 L1 孔徑 L2 距離

第一圖為本發明第一實施例的立體示意圖。 第二圖為本發明第一實施例的平面示意圖。 第三圖為本發明第一實施例之側面的剖面示意圖。 第四圖為本發明第二實施例部分的平面示意圖。 第五圖為本發明第三實施例部分的平面示意圖。

Claims (9)

1. 一種天線之信號線轉換結構，其係設置於天線陣列及電路基板間，且用於57GHz~66GHz之頻段，該信號線轉換結構包含：一第一介電基板，其係設置於該電路基板上，該第一介電基板的背面設有第一接地層；一第二介電基板，其係垂直設置於該第一介電基板之正面上，並將該第一介電基板之該正面分成第一區域及第二區域，該第二介電基板朝向該第二區域之表面設有第二接地層，該第二介電基板未連接該第一介電基板的一端上設有該天線陣列；至少一信號線，其係設置於該第一介電基板的該第一區域上，並延伸設置在該第二介電基板朝向該第一區域之表面，用以連接該電路基板及該天線陣列；以及一金屬連接板，具有至少三金屬穿孔，且該至少三金屬穿孔係為奇數，金屬連接板係設置於該第一介電基板的該第二區域上，並與該第二接地層相連接，該至少三金屬穿孔係穿設於該第一介電基板，該金屬連接板係藉由該至少三金屬穿孔以連接該第一介電基板的該第一接地層與該第二介電基板的該第二接地層，並使該至少一信號線延伸至該第二介電基板之一端對齊該至少三金屬穿孔中的中間者。
2. 如請求項1所述之天線之信號線轉換結構，其中該第二介電基板係為軟性基板或可撓性基板，並可經彎折以改變該天線陣列的位置。
3. 如請求項1所述之天線之信號線轉換結構，其中該電路基板係為功率放大器陣列電路基板。
4. 如請求項1所述之天線之信號線轉換結構，其中該天線陣列係為高功率天線陣列。
5. 如請求項4所述之天線之信號線轉換結構，其中該高功率天線陣列係為第五代(5th Generation，5G)或以上之行動通訊技術的高頻天線。
6. 如請求項1所述之天線之信號線轉換結構，其中該第一介電基板係為高頻電路板。
7. 如請求項1所述之天線之信號線轉換結構，其中該第二介電基板係為高頻微波射頻板。
8. 如請求項1所述之天線之信號線轉換結構，其中每一該金屬穿孔的孔徑係為0.2公釐(mm)。
9. 如請求項1所述之天線之信號線轉換結構，其中該至少一信號線係為微帶線。