TWI794770B

TWI794770B - 調整天線場型的天線罩

Info

Publication number: TWI794770B
Application number: TW110109227A
Authority: TW
Inventors: 李奕儒; 林丁丙; 蔡念志
Original assignee: 明泰科技股份有限公司
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2023-03-01
Also published as: JP2022141572A; TW202239059A; JP7250869B2; CN115084846A; US11600917B2; US20220294110A1

Abstract

一種調整天線場型的天線罩，包括一殼體及形成在殼體上的多個通孔。殼體具有第一表面及第二表面，這些通孔由第一表面貫穿殼體而延伸到第二表面，其中，藉由設計通孔之間的距離或/及通孔的通孔尺寸以使天線輻射時產生的第一天線場型在經過天線罩後改變為第二天線場型。

Description

調整天線場型的天線罩

本發明是有關於天線場型調整的技術領域，特別是有關於一種調整天線場型的天線罩。

為了行駛時的安全，在車側安裝雷達以偵測障礙物幾乎是不可或缺的技術。這些安裝在車側的中小型雷達天線的主要架構之一是由傳統的塊狀（patch）天線以特定方式排列而成的塊狀陣列天線。然而，由於塊狀天線的偵測範圍難以隨意調整，所以當塊狀陣列天線被安裝在離地面較近的位置時，容易因為天線的輻射角（Field of View）較大而使得地面或車身反射的雷達信號造成信號接收端接收到的能量過大的結果。

為了解決輻射角過大所造成的問題，現有的技術多是利用組合許多額外的塊狀天線以使最後獲得的天線的輻射場型能集中在一起。然而，這樣的作法因為必須使用更多的天線所以會造成資源的浪費；進一步的，更多的天線必須佔用更多的空間，所以也會使車側雷達的體積變得十分龐大且設計變得更為困難。

為了解決上述的問題，本發明提供了一種調整天線場型的天線罩，此天線罩的其中一個目的就是使得天線的輻射場型在經過此天線罩之後能夠產生變化，並以此來減少為了改變天線輻射場型時所需使用的額外塊狀天線的數量，進而降低因為增加額外塊狀天線所造成的不良影響。

從一個角度來看，本發明的說明內容提供了一種調整天線場型的天線罩，其適於遮蓋天線以使此天線輻射時產生的第一天線場型在經過天線罩後改變為第二天線場型。此天線罩的特徵在於包括殼體及形成在殼體上的多個通孔，此殼體具有第一表面及第二表面，這些通孔由第一表面貫穿殼體而延伸到第二表面，其中，藉由設計這些通孔之間的距離或這些通孔的通孔尺寸以使此天線輻射時產生的第一天線場型在經過天線罩後改變為第二天線場型。

在一個實施例中，上述的第一表面被虛擬分割成無孔區域及有孔區域，有孔區域被進一步虛擬分割成沿著第一方向延伸且沿著第二方向排列的多個通孔區塊欄，同一通孔區塊欄之中的通孔的通孔尺寸相同，且每一個通孔區塊欄中的通孔的通孔尺寸與其他通孔區塊欄中的通孔的通孔尺寸不同。

在一個實施例中，上述的有孔區域被無孔區域分隔成分別位於無孔區域兩側且不相接的第一有孔次區域及第二有孔次區域，在第一有孔次區域中的通孔區塊欄所包括的通孔的通孔尺寸沿著上述的第二方向逐漸減小。

在一個實施例中，上述的第二有孔次區域中的通孔區塊欄所包括的通孔的通孔尺寸沿著上述的第二方向逐漸增大。

在一個實施例中，上述的每一個通孔區塊欄中的通孔的中心連成一條直線。

在一個實施例中，上述的天線的中心投影到第一表面上的天線中心投影位置，且每一個通孔區塊欄與天線中心投影位置的垂直距離互不相同。

根據上述，本發明說明內容中提供的調整天線場型的天線罩在天線罩上形成特定大小且位於特定位置的多個通孔，而這些通孔的存在可以改變天線罩最終表現出來的介電常數。於是，根據天線原本的輻射場型及最終需要的輻射場型，就可以計算出改變輻射場型時在天線罩各處所需的介電常數，最終藉由調整通孔的尺寸及位置而使天線罩各處的介電常數符合改變輻射場型時的需求。因此，使用本發明提供的調整天線場型的天線罩可以在不使用額外天線的狀況下直接改變既有天線的輻射場型，進而克服現有技術的缺陷。

請參照圖1，其為根據本發明一實施例的調整天線場型的天線罩與天線的位置示意圖。如圖所示，在本實施例中的天線罩10遮蓋了天線15的正面，亦即，天線罩10被設置在可以使天線15輻射出來的電磁波大部分會通過天線罩10的位置。其中，可以使用類似於PBT （Polybutylene Terephthalate，聚對苯二甲酸二丁酯）塑膠之類、介電常數大於1的材質來製作天線罩10的殼體100，而且進一步在天線罩10中形成貫穿殼體100的數個通孔130。在本實施例中，前述的通孔130係從殼體100的一個表面（後稱第一表面）102貫穿殼體100內部並延伸到與第一表面102相對且面對天線15的表面（後稱第二表面）104上。

基於電磁波的原理，不同的介電常數會影響最後電場的輻射方向。因此，當要使天線15所輻射的電磁波形成的天線場型聚焦於某處的時候，可以使天線罩10上與聚焦處距離較近的一部份區域（後稱聚焦區域）具有最高的介電常數，並使天線罩10的其他區域的介電常數隨著與聚焦區域的距離變大而變小。基於此種狀況，在本發明中係藉由設計這些通孔之間的距離或這些通孔的通孔尺寸以使天線15原本輻射出來的天線場型（後稱第一天線場型）在經過天線罩10之後能改變為符合需求的天線場型（後稱第二天線場型）。

請參照圖2A，其為根據本發明一實施例的調整天線場型的天線罩的上視圖。在本實施例中希望使調整後的天線場型比原本天線場型更聚焦在殼體200的中心區域250的上方（中心區域250中的天線中心投影位置2502是被殼體200遮蔽的天線的中心的投影點），因此在本實施例中的設計原則是使殼體200的中心區域250具有整個天線罩20的所有位置中的最大介電常數，並且透過對於貫穿殼體200的通孔的通孔尺寸及通孔位置的設計而使殼體200的介電常數呈現越接近殼體200兩側則數值越低的狀況。

如圖所示，殼體200的表面被虛擬區分為多個區域，包括：無孔區域210以及有孔區域220。其中，為了使天線場型經過天線罩20之後能呈現聚焦在天線中心線附近的效果，本實施例在包圍了中心區域250的無孔區域210中不形成通孔，藉此使無孔區域210的介電常數成為整個天線罩20中介電常數最高的區域（等同於製造殼體200時使用的材料的介電常數）。

接著，本實施例中的有孔區域220被無孔區域210從中區隔成位在無孔區域210兩側且互不相連的第一有孔次區域222與第二有孔次區域224，其中的第一有孔次區域222包括了通孔區塊欄2220、2222、2224與2226，而第二有孔次區域224則包括了通孔區塊欄2240、2242、2244與2246。這些通孔區塊欄2220～2226與2240～2246分別沿著方向Y（後亦稱為第一方向）延伸，而且通孔區塊欄2220～2226在第一有孔次區域222中沿著方向X（後亦稱為第二方向）排列，通孔區塊欄2240～2246則在第二有孔次區域224中同樣沿著方向X排列。

由於在殼體200中挖了通孔，於是通孔區塊欄2220的平均介電常數會由在通孔區塊欄2220中的殼體200的實體與各通孔2600中的空氣綜合之後產生，通孔區塊欄2222的平均介電常數會由在通孔區塊欄2222中的殼體200的實體與各通孔2602中的空氣綜合之後產生，通孔區塊欄2224的平均介電常數會由在通孔區塊欄2224中的殼體200的實體與各通孔2604中的空氣綜合之後產生，通孔區塊欄2226的平均介電常數會由在通孔區塊欄2226中的殼體200的實體與各通孔2606中的空氣綜合之後產生。根據先前提到的設計原則，為了達到較好的電磁波聚焦效果，越靠近聚焦點的天線罩應該具備越高的介電常數，所以本實施例會使無孔區域210的平均介電常數為最高、使通孔區塊欄2226的平均介電常數較無孔區域210的介電常數為低、使通孔區塊欄2224的平均介電常數較通孔區塊欄2226的平均介電常數為低、使通孔區塊欄2222的平均介電常數較通孔區塊欄2224的平均介電常數為低，並且使通孔區塊欄2220的平均介電常數較通孔區塊欄2222的平均介電常數為低。

詳細來說，由於空氣是除了真空之外擁有最小介電常數的介質，所以在本發明的設計中，相對靠近天線罩外圍的部分應該擁有相對較多的空氣部分，如此才能有效降低該處的平均介電常數。

為了達到上述的效果，本實施例會先設計每一個通孔區塊欄2220～2226所必須具備的平均介電常數，接著再依據電磁波的波長以及聚焦時的焦距來決定每一個通孔區塊欄2220～2226所佔的區域範圍，最終再根據每一個通孔區塊欄2220～2226所佔的區域範圍與其必須具備的平均介電常數來獲得通孔在各通孔區塊欄2220～2226中所佔的比例。

如圖2B所示，在通孔區塊欄2226的右邊邊界與天線中心投影位置2502的垂直距離是R1、通孔區塊欄2224的右邊邊界與天線中心投影位置2502的垂直距離是R2、通孔區塊欄2222的右邊邊界與天線中心投影位置2502的垂直距離是R3、通孔區塊欄2220的右邊邊界與天線中心投影位置2502的垂直距離是R4且天線中心投影位置2502到殼體200的左側邊界的垂直距離是R5的時候，每一個通孔區塊欄2220～2226可以根據所需達到的平均介電常數來規劃殼體200的實體部分與通孔的尺寸所佔的體積比，或者，在殼體200厚度均勻的前提下，可以利用規劃殼體200在圖2A所示的表面上的實體部分與通孔的尺寸所佔的面積比而達到規劃體積比的目標。

在本實施例中，為了達到左右均衡變化的效果，如圖2C所示，通孔區塊欄2246的左邊邊界與天線中心投影位置2502的垂直距離被設計為R1、通孔區塊欄2244的左邊邊界與天線中心投影位置2502的垂直距離被設計為R2、通孔區塊欄2242的左邊邊界與天線中心投影位置2502的垂直距離被設計為R3、通孔區塊欄2240的左邊邊界與天線中心投影位置2502的垂直距離被設計為R4且天線中心投影位置2502到殼體200的右側邊界的垂直距離是R5，而各通孔的尺寸與彼此之間的距離也被設計成與圖2B所示者相同。亦即，殼體200的左右半部被設計為相互對稱的狀態。

由於越靠近天線罩外圍的部分應該擁有相對較多的空氣部分，所以可以藉由在保持所有通孔尺寸不變的情況下藉由縮短靠近外側的通孔之間的間距的方式來達成提供較多容納空氣之處的需求，或者也可以利用加大靠近外側的通孔的尺寸的方式來提供較多容納空氣之處的需求。因為在介電常數下降越快的時候可以使得電磁波的聚焦效果越為明顯，所以也可以同時採用前述的兩種方式以快速變化可以容納的空氣總量進而增加介電常數的下降速度及電磁波的聚焦效果。

根據上述，在第一有孔次區域222中，通孔區塊欄2220中的通孔2600的尺寸大於通孔區塊欄2222中的通孔2602的尺寸，而且通孔區塊欄2220中的兩個通孔2600的間距也小於通孔區塊欄2222中的兩個通孔2602的間距，於是通孔區塊欄2220與通孔區塊欄2222的平均介電常數就可以產生較為明顯的差距，進而增加聚焦的效果。同樣的，通孔區塊欄2222中的通孔2602的尺寸大於通孔區塊欄2224中的通孔2604的尺寸，而且通孔區塊欄2222中的兩個通孔2602的間距也小於通孔區塊欄2224中的兩個通孔2604的間距；通孔區塊欄2224中的通孔2604的尺寸大於通孔區塊欄2226中的通孔2606的尺寸，而且通孔區塊欄2224中的兩個通孔2604的間距也小於通孔區塊欄2226中的兩個通孔2606的間距。

相對的，在第二有孔次區域224中，通孔區塊欄2240中的通孔2620的尺寸大於通孔區塊欄2242中的通孔2622的尺寸，而且通孔區塊欄2240中的兩個通孔2620的間距也小於通孔區塊欄2242中的兩個通孔2622的間距；通孔區塊欄2242中的通孔2622的尺寸大於通孔區塊欄2244中的通孔2624的尺寸，而且通孔區塊欄2242中的兩個通孔2622的間距也小於通孔區塊欄2244中的兩個通孔2624的間距；通孔區塊欄2244中的通孔2624的尺寸大於通孔區塊欄2246中的通孔2626的尺寸，而且通孔區塊欄2244中的兩個通孔2624的間距也小於通孔區塊欄2246中的兩個通孔2626的間距。

為了使同一個通孔區塊欄對於輻射場型的影響盡量保持一致，在本實施例中會將同一個通孔區塊欄中的所有通孔的尺寸設計為一樣大且均勻分佈在這一個通孔區塊欄中。以通孔區塊欄2220為例，同樣大小的十一個通孔2600被均勻的形成在通孔區塊欄2220之中，而且這十一個通孔2600的中心點連成了一條直線。以均勻方式形成通孔或使通孔的中心可以連成一直線的設計方式在本實施例中也被運用在其他的通孔區塊欄中。然而，值得一提的是，在不需要十分精密的輻射場型的場合（例如一般的車側雷達）中，通孔也可以以非均勻的方式形成在一個通孔區塊欄中，而且同一個通孔區塊欄中的各通孔的中心點也不需要一定可以連成一條直線。類似的，通孔區塊欄2222～2226以及通孔區塊欄2240～2246中的同一欄內的通孔也可以分別採用或不採用將通孔尺寸設計為一樣大、均勻分佈在通孔區塊欄中以及中心連成一條直線的設計方式來進行製作。

接下來請參照圖3A與圖3B，其中，圖3A為未放置天線罩時的天線的最終輻射場型的示意圖，而圖3B則是產生圖3A的輻射場型的天線在搭配使用本發明一實施例的天線罩之後形成的雷達的最終輻射場型的示意圖。其中，圖3B所使用的天線罩外觀如圖2A、圖2B及圖2C所示者一般，在天線罩（或殼體）的左右兩側各有四層不同大小的通孔區塊欄，且其設計數值如下表1所示。應注意的是，表1中的第一層指的是天線罩上如圖2A的天線中心投影位置2502到通孔區塊欄2226右邊邊界之間的區域，第二層指的是天線罩上如圖2A的通孔區塊欄2226的區域，第三層指的是天線罩上如圖2A的通孔區塊欄2224的區域，第四層指的是天線罩上如圖2A的通孔區塊欄2222的區域，而第五層指的是天線罩上如圖2A的通孔區塊欄2220的區域。另外，Ri指的是前述的R1~R5，Si指的是各層中通孔圓心之間的距離，di則是各層中通孔的半徑。表1

	第一層	第二層	第三層	第四層	第五層
Ri	2.86mm	4.23mm	5.54mm	6.68mm	7.85mm
Si	0	1.59mm	1.46mm	1.35mm	1.25mm
di	0	0.5mm	0.64mm	0.75mm	0.86mm

由表1可知，在本實施例中，當越靠近天線罩的左右兩側（Ri越大）時，通孔之間的距離（Si）被設計得越小，而通孔的尺寸（di）則被設計得越大。如此一來，通孔所佔的空間比會隨著靠近天線罩的左右兩側而急速上升，而其對輻射場型的影響則可藉由比較圖3A與圖3B而獲知。

從圖3A與圖3B的輻射場型中可以明顯看出來，在未放置天線罩的時候，最終輻射場型中的最大實際量測輻射點為位在100度的-37.3db，其半功率束寬（Half-Power Beamwidth，HPBW）約為66度寬（約在72度～138度之間）；而在放置了依照上述方式製成的天線罩之後，最終輻射場型中的最大實際量測輻射點同樣位在100度，但強度增強到了-35.6db，而且對應的半功率束寬聚焦到約15度寬（約在92.5度到107.5度之間）。由此可見，使用上述方式製成的天線罩的確可以有效地改變原本天線的聚焦效果。

綜合而言，以上說明所提供的調整天線場型的天線罩藉由在天線罩上形成特定大小且位於特定位置的多個通孔而改變天線罩最終表現出來的平均介電常數。於是，根據天線原本的輻射場型及最終需要的輻射場型，使用者可以計算出改變輻射場型時在天線罩各處所需的平均介電常數，進而據此調整通孔的尺寸及位置以使天線罩各處的平均介電常數符合改變輻射場型時的需求。因此，使用本發明提供的調整天線場型的天線罩可以在不使用額外天線的狀況下直接改變既有天線的輻射場型，進而克服現有技術的缺陷。

10、20:天線罩 15:天線 100、200:殼體 102、104:表面 130、2600、2602、2604、2606、2620、2622、2624、2626:通孔 210:無孔區域 220:有孔區域 222、224:有孔次區域 250:中心區域 2220、2222、2224、2226、2240、2242、2244、2246:通孔區塊欄 2502:天線中心投影位置 R1～R5:距離 X、Y:方向

圖1為根據本發明一實施例的調整天線場型的天線罩與天線的位置示意圖。圖2A為根據本發明一實施例的調整天線場型的天線罩的上視圖。圖2B為圖2A所示實施例的左半部的部分區域放大圖。圖2C為圖2A所示實施例的右半部的部分區域放大圖圖3A為未放置天線罩時的天線的最終輻射場型的示意圖。圖3B為產生圖3A的輻射場型的天線搭配本發明一實施例的天線罩而形成的雷達的最終輻射場型的示意圖。

20:天線罩

200:殼體

210:無孔區域

220:有孔區域

222、224:有孔次區域

250:中心區域

2220、2222、2224、2226、2240、2242、2244、2246:通孔區塊欄

2502:天線中心投影位置

2600、2602、2604、2606、2620、2622、2624、2626:通孔

X、Y:方向

Claims

一種調整天線場型的天線罩，適於遮蓋一天線以使該天線輻射時產生的一第一天線場型在經過該天線罩後改變為一第二天線場型，該天線罩的特徵在於包括：一殼體及形成在該殼體上的多個通孔，該殼體具有位於該天線罩最外圍且隔著該天線罩相對的一第一表面及一第二表面，該第一表面朝向遠離該天線的方向，該第二表面朝向該天線，且該第二表面與該天線之間不安設實體物質，該些通孔由該第一表面貫穿該殼體而延伸到該第二表面，其中，藉由設計該些通孔之間的距離與該些通孔的通孔尺寸二者中的至少其一以使該天線輻射時產生的該第一天線場型在經過該天線罩後改變為該第二天線場型，且該些通孔在該第一天線場型被改變為該第二天線場型時係被動改變天線場型；其中，該第一表面被虛擬分割成一無孔區域及一有孔區域，該有孔區域被進一步虛擬分割成沿著一第一方向延伸且沿著一第二方向排列的多個通孔區塊欄，該第一方向及該第二方向分別為直線方向，同一該些通孔區塊欄中的該些通孔的通孔尺寸相同，且每一該些通孔區塊欄中的該些通孔的通孔尺寸與其他該些通孔區塊欄中的該些通孔的通孔尺寸不同。
如請求項1所述的天線罩，其中該有孔區域被該無孔區域分隔成分別位於該無孔區域兩側且不相接的一第一有孔次區域及一第二有孔次區域，在該第一有孔次區域中的該些通孔區塊欄所包括的該些通孔的通孔尺寸沿著該第二方向逐漸減小。
如請求項2所述的天線罩，其中在該第二有孔次區域中的該些通孔區塊欄所包括的該些通孔的通孔尺寸沿著該第二方向逐漸增大。
如請求項1所述的天線罩，其中每一該些通孔區塊欄中的該些通孔的中心連成一條直線。
如請求項1所述的天線罩，其中該天線的中心投影到該第一表面上的一天線中心投影位置，且每一該些通孔區塊欄與該天線中心投影位置的垂直距離互不相同。