TWI733609B - 低傳輸損耗天線結構 - Google Patents

Abstract

一種低傳輸損耗天線結構，包括一接地金屬片、一體成型的一天線振子單元，及一體成型的一饋入線路單元。該接地金屬片中有多個相間隔的槽孔。該天線振子單元位於該接地金屬片的上方，並包括多數個天線振子及一個振子支撐板，且該等天線振子是位於該振子支撐板鄰近該接地金屬片的一下表面。該饋入線路單元位於該接地金屬片的下方，並包括非導體的一饋線支撐板，及一功率分配線路。該功率分配線路位於該饋線支撐板鄰近該接地金屬片的一上表面，並且，該功率分配線路與該接地金屬片之間的介質是空氣，該功率分配線路與該接地金屬片兩者共同組成空氣介質微帶線型式的一饋入網路。

Description

低傳輸損耗天線結構

本發明是關於一種天線，特別是低傳輸損耗天線結構。

圖1是台灣專利申請案號107141917天線結構的一個實施例，包括：一第一電路板11，用以形成一天線振子；及一第二電路板12，與該第一電路板11間隔重疊，用以形成一槽孔耦合饋入，該槽孔耦合饋入對應該天線振子傳輸電磁能量。該第一電路板11包括一第一支撐材料層111、一位於在該第一支撐材料層111的上表面的諧振金屬片112。該第二電路板12包括一第二支撐材料層121、一位於在該第二支撐材料層121的上表面的接地金屬面122，且該接地金屬面122上有一槽孔1221，及位於在該第二支撐材料層121的下表面的一微帶傳輸線123。

圖1這種傳統設計的缺點在於：

(1)、參考圖2的電場分佈示意，該微帶傳輸線123與該接地金屬面122之間是非空氣的材料，例如FR4，透過該微帶傳輸線123傳輸的能量會大部分地分佈在該第二支撐材料層121，因此，若該第二支撐材料層121的介電損失(tan δ)越大則傳輸損耗就會越大，導致整體天線的輻射效率降低。

(2)、該諧振金屬片112是位在該第一支撐材料層111的上表面，由於該第一支撐材料層111的介電常數(ε_r)大於空氣，所以該第一支撐材料層111也會相對空氣儲存較多的能量，降低該諧振金屬片112往上方(Z)輻射的場量。

圖3是傳統應用於筆記型電腦的天線結構，其利用金屬線切割後再彎折(也可不彎折)，並將天線結構以黏貼或鎖接的方式固定在筆記型電腦的邊框，然而，這種純金屬結構雖達到利用空氣當介質，但限制在於因缺乏支撐，所以連接兩輻射振子13、14的一饋線15不能太細，因此精密度不足，雖能滿足過去4G或Wi-Fi a/b的應用，但在5G頻率高、饋線15必須夠細的要求下並不適用。

為了解決先前技術的問題，本發明提出了一種低傳輸損耗天線結構。

本發明低傳輸損耗天線結構包括一接地金屬片、一體成型的一天線振子單元，及一體成型的一饋入線路單元。

該接地金屬片中有多個相間隔的槽孔。

該天線振子單元位於該接地金屬片的上方，並包括多數個天線振子及一個振子支撐板，該振子支撐板為非導體材料，該等天線振子是位於該振子支撐板鄰近該接地金屬片的一下表面。

該饋入線路單元位於該接地金屬片的下方，並包括非導體的一饋線支撐板及一功率分配線路。該功率分配線路位於該饋線支撐板鄰近該接地金屬片的一上表面，並且，該功率分配線路與該接地金屬片之間 的介質是空氣，每一個天線振子透過所對應的一個該槽孔與該饋入線路單元以槽孔耦合的方式傳輸能量。

較佳地，本發明低傳輸損耗天線結構還包括非導體的一第一固定治具，該第一固定治具用以由上而下依序固定該天線振子單元、該接地金屬片及該饋入線路單元三者。

較佳地，該第一固定治具包括由上而下依序間隔排列的一第一凹槽、一第二凹槽及一第三凹槽，該振子支撐板的邊緣卡入該第一凹槽、該接地金屬片的邊緣卡入該第二凹槽，該饋線支撐板的邊緣卡入該第三凹槽。

較佳地，本發明低傳輸損耗天線結構還包括非導體的一第二固定治具，該第二固定治具與該第一固定治具共同固定該天線振子單元、該接地金屬片及該饋入線路單元三者。

較佳地，該功率分配線路與該接地金屬片兩者共同組成空氣介質微帶線型式的一饋入網路。

較佳地，該功率分配線路是以電路板印刷的方式形成在該饋線支撐板上，該饋線支撐板是電路板其非導體的基板。

較佳地，該功率分配線路是以電鍍的方式形成在該饋線支撐板上，該饋線支撐板是包含ABS材料的塑膠。

較佳地，該功率分配線路是以雷射雕刻的方式形成在該饋線支撐板上，該饋線支撐板是包含PC及ABS之材料的塑膠。

較佳地，該功率分配線路是以雷射雕刻的方式形成在該饋線支撐板上，該饋線支撐板是包含PC、ABS及PPA三種材料的塑膠。

較佳地，該該等天線振子是以印刷、蝕刻、雷射雕刻這三種方式中的任一種形成在該振子支撐板上。

本發明之效果在於：

(1)、將該功率分配線路和該接地金屬片之間的介質以空氣取代實體基板，就能免除傳統基板傳輸損耗相對空氣大的問題，並且，空氣介質更有利散熱及承受高功率負載的特點，相較圖1第一種傳統技術更適用於5G基地台天線設計並降低板材成本。

(2)、將該功率分配線路與該饋線支撐板一體成型的製造，例如蝕刻、雷雕，或以金屬雕刻機雕刻，都能讓該功率分配線路保持相對圖3第二種傳統技術更高的精密度，且該饋線支撐板並不位於該功率分配線路與該接地金屬片之間，因此並不會如圖1、2所示的傳統技術造成顯著的功率損耗。

(3)、該振子支撐板是位於該等天線振子的上方，如此設計的特點在於利用該振子支撐板其介電常數大於空氣的特性將電場拉離該等天線振子，以增進整體天線結構的輻射效率。

11:第一電路板

111:第一支撐材料層

112:諧振金屬片

12:第二電路板

121:第二支撐材料層

122:接地金屬面

123:微帶傳輸線

13:輻射振子

14:輻射振子

15:饋線

2:接地金屬片

21:槽孔

3:天線振子單元

31:天線振子

32:振子支撐板

321:下表面

4:饋入線路單元

41:饋線支撐板

411:上表面

42:功率分配線路

5:第一固定治具

51:第一凹槽

52:第二凹槽

53:第三凹槽

6:第二固定治具

第1圖是第一種傳統天線結構的示意圖。

第2圖是第一種傳統電路板微帶線的電場分佈示意圖。

第3圖是第二種傳統天線結構的示意圖。

第4圖是本發明較佳實施例展開後的示意圖。

第5圖是本發明較佳實施例組合後的剖面示意圖。

參閱圖4及圖5，圖4是本發明低傳輸損耗天線結構較佳實施例的分解示意圖，圖5是本較佳實施例組裝後的示意圖。

本發明較佳實施例上有一接地金屬片2、一體成型的一天線振子單元3、一體成型的一饋入線路單元4、一第一固定治具5及一第二固定治具6。

該接地金屬片2中有多個相間隔的槽孔21。

該天線振子單元3位於該接地金屬片2的上方，並包括多數個天線振子31及一個振子支撐板32，該振子支撐板32為非導體材料，該等天線振子31是位於該振子支撐板32鄰近該接地金屬片2的一下表面321。該等天線振子31是以印刷、蝕刻、雷射雕刻這三種方式中的任一種形成在該振子支撐板32上

該饋入線路單元4位於該接地金屬片2的下方，並包括非導體的一饋線支撐板41及一功率分配線路42。該功率分配線路42位於該饋線支撐板41鄰近該接地金屬片2的一上表面411，並且，該功率分配線路42與該接地金屬片2之間的介質是空氣，每一個天線振子31透過所對應的一個該槽孔21與該饋入線路單元4以槽孔21耦合的方式傳輸能量。該功率分配線路42與該接地金屬片2兩者共同組成空氣介質微帶線型式的一饋入網路，例如Wilkinson功率分配器。

舉例說明，該饋線支撐板41是單面電路板的基板 (substrate)，該功率分配線路42是單面電路板的金屬走線，由於本實施例中該功率分配線路42與該接地金屬片2之間的介質是空氣，所以本發明與習知介質是玻纖或PTFE的微帶傳輸線設計不同，本發明是以空氣介質的微帶傳輸線形成該饋入線路單元4，由於該饋線支撐板41並不位於該功率分配線路42與該接地金屬片2之間，所以該饋線支撐板41對於微帶傳輸線的等效介電常數與等效介電損失的影響很小，該饋入線路單元4整體而言可以視為空氣介質的微帶傳輸線所組成，而空氣介質的微帶線具有低成本及極低介電損失的優點。

該功率分配線路的製程可以是：(1)、該功率分配線路42是以電路板印刷的方式形成在該饋線支撐板41上，該饋線支撐板41是電路板其非導體的基板；(2)、該功率分配線路42是以電鍍的方式形成在該饋線支撐板41上，該饋線支撐板41是包含ABS材料的塑膠；(3)、該功率分配線路42是以雷射雕刻的方式形成在該饋線支撐板41上，該饋線支撐板41是包含PC及ABS之材料的塑膠；及(4)、該功率分配線路42是以雷射雕刻的方式形成在該饋線支撐板41上，該饋線支撐板41是包含PC、ABS及PPA三種材料的塑膠。

該第一固定治具5用以由上而下依序固定該天線振子單元3、該接地金屬片2及該饋入線路單元4三者。該第一固定治具5包括由上而下依序間隔排列的一第一凹槽51、一第二凹槽52及一第三凹槽53，該振子支撐板32的邊緣卡入該第一凹槽51、該接地金屬片2的邊緣卡入該第二凹槽52，該饋線支撐板41的邊緣卡入該第三凹槽53。

該第二固定治具6與該第一固定治具5共同固定該天線振子 單元3、該接地金屬片2及該饋入線路單元4三者。

本發明有益的功效在於：

(1)、將該功率分配線路42和該接地金屬片2之間的介質以空氣取代實體基板，就能免除傳統基板傳輸損耗相對空氣大的問題，並且，空氣介質更有利散熱及承受高功率負載的特點，相較圖1第一種傳統技術更適用於5G基地台天線設計並降低板材成本。

(2)、將該功率分配線路42與該饋線支撐板41一體成型的製造，例如蝕刻、雷雕，或以金屬雕刻機雕刻，都能讓該功率分配線路42保持相對圖3第二種傳統技術更高的精密度，且該饋線支撐板41並不位於該功率分配線路42與該接地金屬片2之間，因此並不會如圖1、2所示的傳統技術造成顯著的功率損耗。

(3)、該振子支撐板32是位於該等天線振子31的上方，如此設計的特點在於利用該振子支撐板32其介電常數大於空氣的特性將電場拉離該等天線振子31，以增進整體天線結構的輻射效率。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單地等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2:接地金屬片

21:槽孔

3:天線振子單元

31:天線振子

32:振子支撐板

321:下表面

4:饋入線路單元

41:饋線支撐板

411:上表面

42:功率分配線路

5:第一固定治具

51:第一凹槽

52:第二凹槽

53:第三凹槽

6:第二固定治具

Claims (9)

1. 一種低傳輸損耗天線結構，包括：

   一接地金屬片，該接地金屬片中有多個相間隔的槽孔；

   一體成型的一天線振子單元，位於該接地金屬片的上方，並包括多數個天線振子及一個振子支撐板，該振子支撐板為非導體材料，該等天線振子是位於該振子支撐板鄰近該接地金屬片的一下表面；及

   一體成型的一饋入線路單元，位於該接地金屬片的下方，並包括一非導體的饋線支撐板，及一功率分配線路，該功率分配線路位於該饋線支撐板鄰近該接地金屬片的一上表面，並且，該功率分配線路與該接地金屬片之間的介質是空氣，每一個天線振子透過所對應的一個該槽孔與該饋入線路單元以槽孔耦合的方式傳輸能量。
2. 根據申請專利範圍第1項之低傳輸損耗天線結構，其中該功率分配線路與該接地金屬片兩者共同組成空氣介質微帶線型式的一饋入網路。
3. 根據申請專利範圍第1項之低傳輸損耗天線結構，還包括：非導體的一第一固定治具，該第一固定治具用以由上而下依序固定該天線振子單元、該接地金屬片及該饋入線路單元三者。
4. 根據申請專利範圍第3項之低傳輸損耗天線結構，其中該第一固定治具包括由上而下依序間隔排列的一第一凹槽、一第二凹槽及一第三凹槽，該振子支撐板的邊緣卡入該第一凹槽、該接地金屬片的邊緣卡入該第二凹槽，該饋線支撐板的邊緣卡入該第三凹槽。
5. 根據申請專利範圍第3項之低傳輸損耗天線結構，還包括：非導體的一第二固定治具，該第二固定治具與該第一固定治具共同固定該天線振子單元、該接地金屬片及該饋入線路單元三者。
6. 根據申請專利範圍第1項之低傳輸損耗天線結構，其中該功率分配線路是以電路板印刷的方式形成在該饋線支撐板上，該饋線支撐板是電路板其非導體的基板。
7. 根據申請專利範圍第1項之低傳輸損耗天線結構，其中該功率分配線路是以電鍍的方式形成在該饋線支撐板上。
8. 根據申請專利範圍第1項之低傳輸損耗天線結構，其中該功率分配線路是以雷射雕刻的方式形成在該饋線支撐板上。
9. 根據申請專利範圍第1項之低傳輸損耗天線結構，其中該等天線振子是以印刷、蝕刻、雷射雕刻這三種方式中的任一種形成在該振子支撐板上。

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