TWI743912B - 反射板結構及天線裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種反射板結構，其用以連接於天線，天線具有一激發源，且反射板結構包含金屬基板、至少一第一平板及第二平板，其中金屬基板用以反射天線的輻射，且金屬基板之中心具有虛擬法線。至少一第一平板相對金屬基板設置，且連接於金屬基板。第二平板沿虛擬法線浮接於金屬基板，並與至少一第一平板完全分離以形成封閉式槽孔。金屬基板、至少一第一平板及第二平板形成腔體，且腔體連通封閉式槽孔。封閉式槽孔位於一平面，激發源投影至平面而形成激發源區域，激發源區域位於第二平板。藉此，可降低整體的高度。

Description

反射板結構及天線裝置

本發明是關於一種反射板結構及天線裝置，特別是關於一種具有封閉式槽孔與腔體的反射板結構及天線裝置。

近年來無線網路越來越發達與普遍，不管在公共場所、教育場所或家中，無線網路幾乎無所不在，且隨著第五代行動通訊技術(5th Generation Mobile Networks，5G)的時代來臨，對於高增益天線的需求越來越多。為了提高天線增益，習知技術係利用額外結構以增加天線的反射效率，但亦會增加天線整體的體積，且造成組裝上的不便。

基於天線物理尺寸的限制，天線往往會需要一定的空間來達到高增益的特性。在現有產品都朝向小型化的情況下，終端客戶希望能再進一步地縮小天線尺寸。

有鑑於此，針對上述天線所存在的問題點，如何降低天線高度與整體體積且維持良好天線性能，實為民眾所殷切企盼，亦係相關業者須努力研發突破之目標及方向。

因此，本發明提供一種新的反射板結構取代傳統的反射板，而天線結構搭接在新的反射板結構可以縮小整體天線裝置的高度與體積，並同時使天線裝置具有高增益特性。

依據本發明的結構態樣之一實施方式提供一種反射板結構，其用以反射天線的輻射，天線具有一激發源，且反射板結構包含金屬基板、至少一第一平板及第二平板，其中金屬基板用以反射天線的輻射，且金屬基板之中心具有虛擬法線。上述至少一第一平板相對金屬基板設置，且連接於金屬基板。第二平板沿虛擬法線浮接於金屬基板，並與上述至少一第一平板完全分離以形成封閉式槽孔。金屬基板、上述至少一第一平板及第二平板形成腔體，且腔體連通封閉式槽孔，封閉式槽孔位於腔體上方，其中封閉式槽孔位於一平面，激發源投影至平面而形成激發源區域，激發源區域位於第二平板。

藉此，本發明之反射板結構可應用於天線裝置的金屬反射板，並透過封閉式槽孔與腔體改變天線輻射的路徑，進而提高天線增益。

依據本發明的另一結構態樣之一實施方式提供一種天線裝置，其包含天線結構與反射板結構，其中天線結構具有至少一激發源。反射板結構用以反射天線結構之輻射，且反射板結構包含金屬基板、至少一第一平板及第二平板，其中金屬基板具有虛擬法線。上述至少一第一平板 相對金屬基板設置，且連接於金屬基板。第二平板沿虛擬法線浮接於金屬基板，並與上述至少一第一平板完全分離以形成封閉式槽孔。金屬基板、上述至少一第一平板及第二平板形成腔體，且腔體連通封閉式槽孔，封閉式槽孔位於腔體上方，其中封閉式槽孔位於一平面，上述至少一激發源投影至平面而形成激發源區域，激發源區域位於第二平板。

藉此，本發明的天線裝置利用反射板結構，並透過反射板結構的封閉式槽孔與腔體改變從激發源所射出的輻射的路徑，達到可維持天線良好阻抗匹配及高增益輻射特性。

以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。

此外，本文中當某一元件(或機構或模組等)「連接」、「設置」或「耦合」於另一元件，可指所述元件是直接連接、直接設置或直接耦合於另一元件，亦可指某一元件是間接連接、間接設置或間接耦合於另一元件，意即，有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而當有明示某一元件是「直接連接」、「直接設置」或「直接耦合」於另一元件時，才表示沒有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而第一、第二、第三等用語只是用來描述不同元件或成分，而對元件/成分本身並無限制，因此，第一元件/成分亦可改稱為第二元件/成分。且本文中之元件/成分/機構/模組之組合非此領域中之一般周知、常規或習知之組合，不能以元件/成分/機構/模組本身是否為習知，來判定其組合關係是否容易被技術領域中之通常知識者輕易完成。

請一併參閱第1圖與第2圖，其中第1圖為本發明一態樣之第一實施例的反射板結構100的立體示意圖。第2圖為第1圖的反射板結構100的爆炸示意圖。反射板結構100連接於天線(未另繪示)，並用以反射天線的輻射，其中天線具有激發源(未另繪示)。

由第1圖與第2圖可知，反射板結構100包含至少一第一平板110、第二平板120及金屬基板130。金屬基板130主要用以反射天線所散發出的輻射，且金屬基板130之中心具有虛擬法線L。至少一第一平板110相對設置於金屬基板130，並連接金屬基板130。第二平板120沿虛擬法線L浮接於金屬基板130，並與至少一第一平板110完全分離以形成封閉式槽孔140。具體來說，反射板結構100可更包含支撐件150，其設置於第二平板120與金屬基板130之間，並支撐與抵頂第二平板120。

特別的是，至少一第一平板110、第二平板120及金屬基板130形成腔體160，且腔體160連通封閉式槽孔140。封閉式槽孔140位於一平面(未另繪示)，激發源投影至平面而形成激發源區域(即極發源在封閉式槽孔140所處平面的位置)，且激發源區域位於第二平板120。藉此，本發明之反射板結構100可應用於天線的金屬反射板，並透過封閉式槽孔140與腔體160改變天線輻射的路徑，進而提高天線增益。另外值得一提的是，第1圖之封閉式槽孔140呈矩形，其亦可為圓形或多邊形，但本發明不以此為限。

請一併參閱第3圖與第4圖，其中第3圖為本發明態樣之第二實施例的反射板結構200的立體示意圖。第4圖為第3圖的反射板結構200的爆炸示意圖。如第3圖與第4圖所示，至少一第一平板210的數量可為複數個。金屬基板230可包含基板231、金屬層232及金屬環圈233，其中基板231具有表面(未另標號)，而金屬層232設置於表面上，且金屬層232用以反射天線所散發出的輻射。金屬環圈233的其中一端環設於金屬層232的外周緣上，金屬環圈233的另一端相連於各個第一平板210。值得注意的是，金屬環圈233與各個第一平板210可彼此分離設置或一體成形，且金屬層232、金屬環圈233、各個第一平板210及第二平板220形成腔體260。

詳細地說，基板231與金屬層232亦可視為一體成形，且基板231與金屬層232的厚度(未另標號)僅約為數毫米，以使反射板結構200的體積降至最小，進而應用於現行網路通訊產品。此外，腔體260位於金屬層232與第一平板210之間，並由金屬環圈233包覆而形成的空間；換言之，第3圖之第二實施例的腔體260與第2圖之第一實施例的腔體160相同。另外，反射板結構200可更包含支撐件250，其連接於第二平板220與金屬層232之間，並支撐與抵頂第二平板220，其中支撐件250的高度與金屬環圈233的高度相同，藉以令第二平板220可與各個第一平板210位於相同的水平面上。再者，各個第一平板210沿金屬環圈233之另一端彼此間隔排列。每二個第一平板210之間可具有槽孔270，各個槽孔270分別相連於封閉式槽孔240，且腔體260連通封閉式槽孔240以及所有的槽孔270。如第3圖的第二實施例所示，封閉式槽孔240與各個槽孔270可相互連接係呈井字形，且封閉式槽孔240與各個槽孔270的寬度相同。但於其他實施例中，封閉式槽孔240與各個槽孔270的寬度亦可不相同，因此本發明並不以本實施例為限。

藉此，本發明之反射板結構200可應用於天線的金屬反射板，並透過封閉式槽孔240、各個槽孔270及腔體260而延伸天線輻射的路徑，達到高增益特性。

請一併參閱第5圖與第6圖，其中第5圖為本發明另一態樣之第三實施例的天線裝置300的立體示意圖。第6圖為第5圖的天線裝置300的爆炸示意圖。如第5圖與第6圖可知，天線裝置300包含天線結構400與反射板結構500，其中反射板結構500用以反射天線結構400所散發出的輻射。具體來說，天線結構400可包含第一天線元件410、第二天線元件420及天線基板430，其中天線基板430具有第一表面431與相對於第一表面431的第二表面432。第一天線元件410設置於第一表面431，而第二天線元件420設置於第二表面432。

詳細地說，天線結構400具有二激發源411、421，各激發源411、421包含饋入端F與接地端G。第一天線元件410可為一偶極天線，其包含第一輻射件4101及第二輻射件4102。饋入端F連接第一輻射件4101，接地端G連接第二輻射件4102。第二天線元件420亦可為另一偶極天線，其包含第一輻射件4201及第二輻射件4202。饋入端F連接第一輻射件4201，接地端G連接第二輻射件4202。另外，如第5圖所示，第一天線元件410與第二天線元件420為一雙極化偶極天線(Dual-polarization dipole antenna)，雙極化意即第一天線元件410與第二天線元件420的極化方向彼此正交。

更詳細地說，反射板結構500垂直設置於天線結構400，且反射板結構500包含至少一第一平板510、第二平板520及金屬基板530。金屬基板530用以反射第一天線元件410與第二天線元件420的輻射，且金屬基板 530的中心具有一虛擬法線l。至少一第一平板510相對金屬基板530設置，且連接於金屬基板530。第二平板520沿虛擬法線l浮接於金屬基板530，並與至少一第一平板510完全分離以形成封閉式槽孔540。此外，天線裝置300可更包含一支撐件550，且支撐件550設置於第二平板520與金屬基板530之間，用以支撐第二平板520。值得說明的是，金屬基板530、至少一第一平板510及第二平板520形成腔體560，且腔體560連通封閉式槽孔540。值得注意的是，封閉式槽孔540位於一平面(未另繪示)，二激發源411、421投影至平面而分別形成二激發源區域(未另繪示)，各激發源區域位於第二平板520。

藉此，本發明的天線裝置300利用反射板結構500，並透過反射板結構500的封閉式槽孔540與腔體560改變從激發源411與另一激發源421所射出的輻射之路徑，達到維持天線良好阻抗匹配及高增益輻射特性。

具體來說，於第5圖與第6圖中，至少一第一平板510的數量可為複數個，且天線裝置300可更包含複數支撐柱600，各支撐柱600分別設置於天線基板430與第一平板510之間。此外，各支撐柱600亦可設置於天線基板430與第二平板520之間，並用以抵頂天線結構400。

另外，金屬基板530可包含基板531、金屬層532及金屬環圈533，其中基板531具有表面(未另標號)。金屬層532設置於表面，並用以反射第一天線元件410與第二天線元件420的輻射，其中金屬層532可為一般金屬材料並透過鍍膜製程技術而附著於基板531上。金屬環圈533的其中一端環設於金屬層532的外周緣，金屬環圈533之另一端相連於各個第一平板510。因此，金屬層532、金屬環圈533、各個第一平板510及第二平板520形成腔體560。

第7圖為本發明另一態樣之第四實施例的天線裝置300a的立體示意圖。在第7圖的第四實施例中，反射板結構500a與支撐柱600a的配置關係均與第5圖的第三實施例中對應之元件相同，因此不再贅述。如第7圖所示，天線結構400a可包含第一天線元件410a、第二天線元件420a及天線基板430a，其中第一天線元件410a與第二天線元件420a可為一寬頻天線(Broadband antenna)。

此外，天線基板430a具有第一表面431a與相對於第一表面431a的第二表面432a。第一天線元件410a包含第一輻射件4101a及第二輻射件4102a。第二天線元件420a包含第一輻射件4201a及第二輻射件4202a。特別的是，第一天線元件410a的第一輻射件4101a與第二天線元件420a的第一輻射件4201a皆設置於第一表面431a上。第一天線元件410a的第二輻射件4102a與第二天線元件420a的第二輻射件4202a皆設置於第二表面432a上。第一天線元件410a的第一輻射件4101a與第二輻射件4102a分別設置在不同的表面，且第一輻射件4101a與第二輻射件4102a可透過激發源411a的饋入端F與接地端G相互連接。同理，第二天線元件420a的第一輻射件4201a與第二輻射件4202a分別設置在不同的表面，且第一輻射件4201a與第二輻射件4202a可透過激發源421a的饋入端F與接地端G相互連接。

請一併參照第5圖至第8圖，其中第8圖為第5圖的天線裝置300的俯視示意圖。詳細地說，各個第一平板510沿金屬環圈533之另一端彼此間隔排列，且每二第一平板510之間具有槽孔570，各槽孔570分別相連於封閉式槽孔540。更詳細地說，封閉式槽孔540可具有第一寬度W1，各個槽孔570可具有第二寬度W2，且第一寬度W1與第二寬度W2皆大於等於2 mm且小於等於14 mm，即第一寬度W1與第二寬度W2介於2 mm至14 mm之間，但本發明不以此為限。值得注意的是，於第三實施例中，封閉式槽孔540與各個槽孔570可相互連接係呈井字形，且封閉式槽孔540與各個槽孔570的寬度相同。但於其他實施例中，封閉式槽孔540與各個槽孔570的寬度亦可不相同，因此本發明並不以本實施例為限。

第9圖為第5圖的天線結構400對應不同第一寬度W1與第二寬度W2之峰值增益(Peak Gain)的量測示意圖。由第8圖可知，天線結構400可涵蓋一操作頻帶，天線結構400依據第一寬度W1與第二寬度W2而對應至操作頻帶之峰值增益，當第一寬度W1與第二寬度W2增加時，則天線結構400的峰值增益逐漸提高。

請一併參照第5圖與第10圖，其中第10圖為第5圖之天線結構400對應不同高度之S11參數的量測示意圖。腔體560可具有一高度H，其大於等於6 mm且小於等於14 mm，即腔體560的高度H介於6 mm至14 mm之間，但本發明不以此為限。

如第10圖所示，以S11參數=-6 dB為基準，天線結構400依據高度H而對應至特定的操作頻帶，當高度H增加時，則操作頻帶降低。詳細地說，腔體560的高度H即為金屬環圈533的高度，而本發明的反射板結構500可根據不同高度H對應到不同的操作頻帶。例如：當天線結構400為雙極化偶極天線時，則操作頻帶介於0.7 GHz至1 GHz之間；當天線結構400為寬頻天線時，則操作頻帶介於1700 MHz至2700 MHz之間，而雙極化偶極天線與寬頻天線為習知技術且非本發明之重點，細節不再贅述。

請一併參照第5圖及第11圖至第13B圖，其中第11圖為第5圖之天線結構400對應不同反射板與距離D之峰值增益的量測示意圖。第12圖為第5圖之天線結構400對應不同反射板與距離之S11參數的量測示意圖。第13A圖為第5圖之天線結構400對應不同反射板與距離D的史密斯圖。第13B圖為第5圖之天線結構400對應不同反射板與距離D的另一史密斯圖。由第5圖可知，天線結構400與反射板結構500之間可具有一距離D(即各支撐柱600的高度)，距離D可介於操作頻帶之中心頻率的0.1倍至0.2倍波長之間，但本發明不以此為限。

如第11圖至第13B圖所示，反射板結構500與天線結構400之間的距離D，與一般天線與習知反射板之間的距離相比，在相同長度下(例如:45 mm)，本發明的天線裝置300可維持天線良好阻抗匹配(即具有較好的S11參數)、高增益輻射特性(即具有較高的峰值增益)及更佳的前後比(Front-to-Back ratio，F/B ratio)。藉此，透過反射板結構500與天線結構400搭接，天線裝置300的整體高度比習知天線的整體高度小1/8的波長。

由上述實施方式可知，本發明具有下列優點：其一，天線裝置透過調整反射板結構的第一寬度與第二寬度，不但可應用於各種天線之架構，還可達到提高峰值增益之效。其二，利用本發明之反射板結構達到使天線裝置的整體高度下降，進而縮小體積。其三，反射板結構與天線裝置之結構簡單，製作成本低，且適合應用在現行網路通訊產品。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

100,200,500,500a:反射板結構 110,210,510:第一平板 120,220,520:第二平板 130,230,530:金屬基板 231,531:基板 232,532:金屬層 233,533:金屬環圈 140,240,540:封閉式槽孔 150,250,550:支撐件 160,260,560:腔體 270,570:槽孔 300,300a:天線裝置 400,400a:天線結構 410,410a:第一天線元件 420,420a:第二天線元件 411,421,411a,421a:激發源 4101,4201,4101a,4201a:第一輻射件 4102,4202,4102a,4202a:第二輻射件 430,430a:天線基板 431,431a:第一表面 432,432a:第二表面 600,600a:支撐柱 L, l:虛擬法線 W1:第一寬度 W2:第二寬度 H:高度 D:距離 F:饋入端 G:接地端

第1圖為本發明一態樣之第一實施例的反射板結構的立體示意圖；第2圖為第1圖的反射板結構的爆炸示意圖；第3圖為本發明態樣之第二實施例的反射板結構的立體示意圖；第4圖為第3圖的反射板結構的爆炸示意圖；第5圖為本發明另一態樣之第三實施例的天線裝置的立體示意圖；第6圖為第5圖的天線裝置的爆炸示意圖；第7圖為本發明另一態樣之第四實施例的天線裝置的立體示意圖； 第8圖為第5圖的天線裝置的俯視示意圖； 第9圖為第5圖的天線結構對應不同第一寬度與第二寬度之峰值增益的量測示意圖； 第10圖為第5圖之天線結構對應不同高度之S11參數的量測示意圖； 第11圖為第5圖之天線結構對應不同反射板與距離之峰值增益的量測示意圖； 第12圖為第5圖之天線結構對應不同反射板與距離之S11參數的量測示意圖； 第13A圖為第5圖之天線結構對應不同反射板與距離的史密斯圖；以及 第13B圖為第5圖之天線結構對應不同反射板與距離的另一史密斯圖。

200:反射板結構

210:第一平板

220:第二平板

230:金屬基板

240:封閉式槽孔

260:腔體

270:槽孔

Claims (19)

1. 一種反射板結構，用以反射一天線的輻射，該天線具有一激發源，且該反射板結構包含：一金屬基板，用以反射該天線的輻射，且該金屬基板之中心具有一虛擬法線；至少一第一平板，設置於該金屬基板，且連接於該金屬基板；以及一第二平板，沿該虛擬法線浮接於該金屬基板，並與該至少一第一平板完全分離，以形成一封閉式槽孔；其中，該金屬基板、該至少一第一平板及該第二平板形成一腔體，且該腔體連通該封閉式槽孔；其中，該封閉式槽孔位於一平面，該激發源投影至該平面而形成一激發源區域，該激發源區域位於該第二平板；其中，該至少一第一平板、該第二平板及該封閉式槽孔位於該平面。
2. 如請求項1所述之反射板結構，更包含：一支撐件，設置於該第二平板與該金屬基板之間，用以支撐該第二平板。
3. 如請求項1所述之反射板結構，其中該金屬基板包含：一基板，具有一表面；一金屬層，設置於該基板之該表面，並用以反射該天線 的輻射；及一金屬環圈，環設於該金屬層的外周緣與該至少一第一平板之間；其中，該金屬層、該金屬環圈、該至少一第一平板及該第二平板形成該腔體。
4. 如請求項3所述之反射板結構，其中該至少一第一平板的數量為複數，各該第一平板沿該金屬環圈彼此間隔排列，且每二該第一平板之間具有一槽孔，各槽孔分別相連於該封閉式槽孔。
5. 如請求項4所述之反射板結構，其中該封閉式槽孔與各該槽孔相互連接係呈井字形。
6. 如請求項4所述之反射板結構，其中該封閉式槽孔具有一第一寬度，各該槽孔具有一第二寬度，且該第一寬度與該第二寬度皆大於等於2mm且小於等於14mm。
7. 一種天線裝置，包含：一天線結構，具有至少一激發源；以及一反射板結構，用以反射該天線結構之輻射，且該反射板結構包含：一金屬基板，具有一虛擬法線； 至少一第一平板，設置於該金屬基板，且連接於該金屬基板；及一第二平板，沿該虛擬法線浮接於該金屬基板，並與該至少一第一平板完全分離，以形成一封閉式槽孔；其中，該金屬基板、該至少一第一平板及該第二平板形成一腔體，且該腔體連通該封閉式槽孔；其中，該封閉式槽孔位於一平面，該至少一激發源投影至該平面而形成一激發源區域，該激發源區域位於該第二平板；其中，該至少一第一平板、該第二平板及該封閉式槽孔位於該平面。
8. 如請求項7所述之天線裝置，其中該天線結構包含：一天線基板，該天線基板具有一第一表面與一第二表面；一第一天線元件，設置於該第一表面與該第二表面之任一者；及一第二天線元件，設置於該第一表面與該第二表面之另一者；其中，該天線結構為一雙極化偶極天線或一寬頻天線。
9. 如請求項8所述之天線裝置，更包含：複數支撐柱，各該支撐柱分別設置於該天線基板與該至 少一第一平板或該第二平板之間，並用以抵頂該天線基板。
10. 如請求項7所述之天線裝置，更包含：一支撐件，設置於該第二平板與該金屬基板之間，用以支撐該第二平板。
11. 如請求項7所述之天線裝置，其中該金屬基板包含：一基板，具有一表面；一金屬層，設置於該基板之該表面，並用以反射該天線結構之輻射；及一金屬環圈，環設於該金屬層的外周緣與該至少一第一平板之間；其中，該金屬層、該金屬環圈、該至少一第一平板及該第二平板形成該腔體。
12. 如請求項11所述之天線裝置，其中該至少一第一平板的數量為複數，各該第一平板沿該金屬環圈彼此間隔排列，且每二該第一平板之間具有一槽孔，各槽孔分別相連於該封閉式槽孔。
13. 如請求項12所述之天線裝置，其中該封閉式槽孔與各該槽孔相互連接係呈井字形。
14. 如請求項12所述之天線裝置，其中該封閉式槽孔具有一第一寬度，各該槽孔具有一第二寬度，且該第一寬度與該第二寬度皆大於等於2mm且小於等於14mm。
15. 如請求項14所述之天線裝置，其中該天線結構涵蓋一操作頻帶，該天線結構依據該第一寬度與該第二寬度而對應至該操作頻帶之一峰值增益，當該第一寬度與該第二寬度增加，則該峰值增益提高。
16. 如請求項7所述之天線裝置，其中該天線結構涵蓋一操作頻帶，且該天線結構與該反射板結構之間具有一距離，該距離介於該操作頻帶之中心頻率的0.1倍至0.2倍波長之間。
17. 如請求項7所述之天線裝置，其中該腔體具有一高度，該天線結構依據該高度而對應至一操作頻帶，當該高度增加，則該操作頻帶降低。
18. 如請求項8所述之天線裝置，其中該天線結構涵蓋一操作頻帶，當該天線結構為該雙極化偶極天線，該操作頻帶介於0.7GHz至1GHz之間。
19. 如請求項8所述之天線裝置，其中該天線結 構涵蓋一操作頻帶，當該天線結構為該寬頻天線，該操作頻帶介於1700MHz至2700MHz之間。

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