TWI829494B

TWI829494B - 開槽波導天線

Info

Publication number: TWI829494B
Application number: TW111151015A
Authority: TW
Inventors: 許辰豪
Original assignee: 輝創電子股份有限公司
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2024-01-11

Abstract

一種開槽波導天線，包含第一導電層、第二導電層及介電層。第二導電層包含多個槽孔。介電層設置於第一導電層及第二導電層之間，並包含多個導電通孔。多個導電通孔貫穿第一導電層、介電層及第二導電層並分置成兩列，各列中的多個導電通孔間隔鄰設。多個槽孔位於兩列導電通孔之間。其中，多個導電通孔包含上開口及下開口。上開口朝向第二導電層，下開口朝向第一導電層。

Description

開槽波導天線

本案提供一種寬頻的開槽波導天線。

就架構特性與一般設計原則而言，當設計開槽波導天線的工作頻率越高時，其槽孔之間的距離越小。但當槽孔較靠近彼此時，卻又使開槽波導天線內的電磁波發生不理想的互耦效應(Coupling)，造成能量反射或相位混亂。

因此，在依據一般設計原則而未特別考量的情形下，設計於運作在相對高頻之開槽波導天線的工作頻寬會較設計於運作在相對低頻之開槽波導天線的工作頻寬來得窄，而無法讓開槽波導天線同時具有較高的工作頻率與較寬的工作頻寬。針對此問題，目前並沒有常用或者一般性的解決方式。

在一實施例中，一種開槽波導天線包含第一導電層、第二導電層及介電層。第二導電層包含多個槽孔。介電層設置於第一導電層及第二導電層之間並包含多個導電通孔。多個導電通孔貫穿介電層並分置成兩列。各列中的多個導電通孔間隔鄰設。多個槽孔位於兩列導電通孔之間。其中，多個導電通孔包含上開口及下開口。上開口朝向第二導電層，下開口朝向第一導電層。其中，介電層之厚度不小於127公釐(mm)且不大於254公釐。列中相鄰的二上開口之中心距離不小於300微米(µm)且不大於500微米。下開口之口徑不小於列中相鄰的二上開口之中心距離之0.6倍但小於列中相鄰的二上開口之中心距離。

在一實施例中，一種開槽波導天線包含第一導電層、第二導電層及介電層。第二導電層包含多個槽孔。介電層設置於第一導電層及第二導電層之間並包含多個導電通孔。多個導電通孔貫穿介電層並分置成兩列。各列中的多個導電通孔間隔鄰設。多個槽孔位於兩列導電通孔之間。其中，多個導電通孔包含上開口及下開口。上開口朝向第二導電層，下開口朝向第一導電層。其中，介電層之厚度不小於127公釐(mm)且不大於254公釐。列中相鄰的二上開口之中心距離不小於300微米且不大於500微米。下開口之口徑不小於列中相鄰的二上開口之中心距離之0.6倍但小於列中相鄰的二上開口之中心距離。其中該上開口之口徑為該下開口之口徑之0.7倍至0.9倍。其中，二列導電通孔相對第一軸線對稱，多個槽孔沿第一軸線排列並依序分設於第一軸線的兩側。其中，多個槽孔之長邊之長度為預設空氣波長之0.3倍至0.5倍。其中，開槽波導天線更包含多個擾動盲孔，多個擾動盲孔自介電層靠近第二導電層的一側延伸至介電層中。

這裡公開了所要求保護主題內容的詳細實施例和實現方式。然而，應當理解，公開的詳細實施例和實現方式僅為了示例體現為各種形式的所要求保護的主題內容。然而本案可以體現為多種不同形式，不應理解為僅限於示例的實施例和實現方式。提供這些示例的實施例和實現方式以使得本案的描述全面且完整並且能夠向本領域具有通常知識者全面傳遞本案的範圍。在下面之描述中，省略了部分已知特徵和技術的細節，以避免不必要地使得本案的實施例和實現方式變得模糊。

圖1為一實施例中開槽波導天線1的立體分解示意圖。圖2為一實施例中開槽波導天線1之俯視圖。圖3為圖2的區域I1放大圖。圖4為圖1之開槽波導天線1沿AA剖面線之剖面圖。請參閱圖1至圖4。開槽波導天線1包含第一導電層CL1、第二導電層CL2及介電層IL。第二導電層CL2包含多個槽孔Slot。介電層IL位於第一導電層CL1及第二導電層CL2之間並包含多個導電通孔PTH。多個導電通孔PTH貫穿介電層IL。多個導電通孔PTH分置成兩列，各列中的多個導電通孔PTH間隔鄰設。多個槽孔Slot位於兩列導電通孔PTH之間。多個導電通孔PTH包含上開口UO及下開口LO。上開口UO朝向第二導電層CL2，下開口LO朝向第一導電層CL1。

於圖式中，為簡要示意，係以矩形範圍繪示第一導電層CL1、第二導電層CL2及介電層IL的邊界，但第一導電層CL1、第二導電層CL2及介電層IL的邊界並不以圖式為限，而可更往外延伸。另一方面，介電層IL的材料、第一導電層CL1與第二導電層CL2的材料配合於開槽波導天線1的結構與所欲涵蓋頻段，在此不予限制。

另一方面，就圖1而言，開槽波導天線1於Y軸方向的一端設置有訊號饋入部(未繪示)；於Y軸方向的另一端，以導電通孔設置有波導邊界(未繪示)。訊號饋入部與波導邊界的設計可依實際所需調整，在此不予贅述與限制。

請參閱圖1及圖2。在一些實施例中，開槽波導天線1之二列導電通孔PTH分置第一軸線Y1兩側並相對第一軸線Y1對稱，多個槽孔Slot沿第一軸線Y1排列並依序交錯分設於第一軸線Y1的兩側。

在一些實施例中，介電層IL可為但不限於一印刷電路板(PCB板)的基板，第一導電層CL1與第二導電層CL2分別為印刷電路板的金屬層。

在一些實施例中，各列中的多個導電通孔PTH等間隔鄰設。在一些實施例中，多個導電通孔PTH之上開口UO及下開口LO為圓形開口。

請參閱圖1及圖3至圖4。在一些實施例中，介電層IL之厚度H不小於127公釐(mm)且不大於254公釐。列中相鄰的二導電通孔PTH之上開口UO之中心的距離Via_Sp不小於300微米(μm)且不大於500微米。

導電通孔PTH之下開口LO之口徑Via_Dia不小於列中相鄰的二導電通孔PTH之上開口UO之中心距離Via_Sp之0.6倍但小於列中相鄰的二導電通孔PTH之上開口UO之中心距離Via_Sp。

請參閱圖4。在一些實施例中，導電通孔PTH是由第一導電層CL1往第二導電層CL2之方向形成。舉例而言，導電通孔PTH例如為使用雷射光對開槽波導天線1由第一導電層CL1往第二導電層CL2之方向鑽孔而形成。因此，下開口LO之口徑Via_Dia大於上開口UO之口徑Via_Dia’。在一些實施例中，上開口UO之口徑Via_Dia’為下開口LO之口徑Via_Dia之0.7倍至0.9倍。在一些實施例中，形成導電通孔PTH的方法可為但不限於使用雷射光對開槽波導天線1鑽孔。

請參閱圖3。在一些實施例中，多個槽孔Slot之長邊之長度Slot_I為預設空氣波長之0.3倍至0.5倍。空氣波長(λ0)為開槽波導天線1輻射出的電磁波在空氣中的波長，對應於開槽波導天線1的工作頻段。所述預設空氣波長為選定以作為設計參考的一波長值。在一些實施例中，係參照76GHz至81GHz的其中的一個頻率換算得前述的預設空氣波長。在一些實施例中，係參照60GHz至64GHz的其中的一個頻率換算得前述的預設空氣波長。換算的方式例如是依據波長等於光速除以頻率的關係式。

圖5為一實施例中開槽波導天線之輸入回波損耗S11對頻率之示意圖。請參閱圖5。需先說明的是，在此定義為當輸入回波損耗S11小於-10分貝(dB)的頻率範圍為阻抗頻寬。

於圖5中，當下開口LO之口徑Via_Dia為350微米且列中相鄰的二上開口UO之中心距離Via_Sp為500微米時，開槽波導天線1之工作頻率範圍約為74 GHz至79GHz，此時開槽波導天線1之阻抗頻寬約為5GHz。當下開口LO之口徑Via_Dia為400微米且列中相鄰的二上開口UO之中心距離Via_Sp為500微米時，開槽波導天線1之工作頻率範圍約為75.5GHz至81GHz，此時開槽波導天線1之阻抗頻寬約為5.5GHz。當下開口LO之口徑Via_Dia為450微米且列中相鄰的二上開口UO之中心距離Via_Sp為500微米時，開槽波導天線1之工作頻率範圍約為77GHz至83GHz，此時開槽波導天線1之阻抗頻寬約為6GHz。

依照一般原則設計的話，較難讓開槽波導天線的阻抗頻寬涵蓋在75GHz以上，且在70GHz以上之阻抗頻寬約為3GHz以下。若需要操作在較高之工作頻率範圍，例如77GHz至79GHz，依一般原則設計的開槽波導天線便很難符合使用需求。相較於一般原則設計的結果，本案於一些實施例中提供的開槽波導天線1可操作於在一相對高頻且相對寬頻的工作頻段。

圖6為另一實施例中開槽波導天線1’的立體分解示意圖。圖7為另一實施例中開槽波導天線1’之俯視圖。圖8為圖7的區域I2放大圖。圖9為圖7之區域I3的放大圖。圖10為圖6之開槽波導天線1’沿BB剖面線之剖面圖。請參閱圖6至圖10。在一些實施例中，開槽波導天線1’更包含多個擾動盲孔PSV。多個擾動盲孔PSV自介電層IL靠近第二導電層CL2的一側延伸至介電層IL中。

請參閱圖6及圖7。多個槽孔Slot沿第一軸線Y1軸向上最中央的兩個定義為第一槽孔Slot1與第二槽孔Slot2。第一槽孔Slot1與第二槽孔Slot2分別位於第一軸線Y1的兩側。以圖6來說，此實施例係舉開槽波導天線1’具有八個槽孔slot進行說明，而前述最中央的意思為沿軸線Y方向一端數起的第四個槽孔與第五個槽孔。當開槽波導天線1’具有2N個槽孔時(N為自然數)，最中央兩個槽孔為沿軸線Y方向一端數起的第N個槽孔與第N+1個槽孔。在一些實施例中，多個擾動盲孔PSV包含第一盲孔PSV1與第二盲孔PSV2。第一槽孔Slot1位於第一盲孔PSV1與第一軸線Y1之間，第二槽孔Slot2位第二盲孔PSV2與第一軸線Y1之間。在一些實施例中，多個擾動盲孔PSV的數目為2個。於另些實施例中，擾動盲孔PSV的數量相等於槽孔slot的數量。

第二軸線X1定義於第一槽孔Slot1與第二槽孔Slot2之間。第二軸線X1與第一槽孔Slot1與第二槽孔Slot2等距且垂直第一軸線Y1。在一些實施例中，第一槽孔Slot1與第二槽孔Slot2相對於第二軸線X1的距離D1小於第一盲孔PSV1與第二盲孔PSV2相對第二軸線X1的距離D1’。且第一槽孔Slot1與該第二槽孔Slot2遠離第二軸線X1的短邊相對第二軸線X1的距離D2大於第一盲孔PSV1與第二盲孔PSV2遠離第二軸線X1的端點相對第二軸線X1的距離D2’。

第一軸線Y1與第二軸線X1交於一交點I。在一些實施例中，第一槽孔Slot1及第二槽孔Slot2相對於交點I成點對稱；且第一盲孔PSV1及第二盲孔PSV2也相對於交點I成點對稱。

多個擾動盲孔PSV包含開口O。多個擾動盲孔PSV之開口O朝向第二導電層CL2。請參閱圖8及圖9。在一些實施例中，第一盲孔PSV1之開口O之中心至第一槽孔Slot1之短邊中點連線Y2之距離PSV1_offset_X小於預設空氣波長之0.2倍，且第二盲孔PSV2之開口O之中心至第二槽孔Slot2之短邊中點連線Y3之距離PSV2_offset_X小於預設空氣波長之0.2倍。在一些實施例中，多個擾動盲孔PSV之開口O為一圓形開口。開口O的口徑小於上開口UO的口徑Via_Dia’。

於此些實施例中，槽孔slot實質上為矩形，因此短邊中點連線Y2理想上平行於第一槽孔Slot1的長邊，或者說第一槽孔Slot1的兩長邊對稱於短邊中點連線Y2。類似地，短邊中點連線Y3理想上平行於第二槽孔Slot2的長邊，或者說第二槽孔Slot2的兩長邊對稱於短邊中點連線Y3。

在一些實施例中，第一盲孔PSV1之開口之中心至第一槽孔Slot1之長邊中心連線X2之距離PSV1_offset_Y小於多個槽孔Slot之長邊之長度Slot_I之0.5倍，且第二盲孔PSV2之開口之中心至第二槽孔Slot2之長邊中心連線X3之距離PSV2_offset_Y小於多個槽孔Slot之長邊之長度Slot_I之0.5倍。

在一些實施例中，第一槽孔Slot1的中心較第一盲孔PSV1的中心靠近第二軸線X1。第二槽孔Slot2的中心較第二盲孔PSV2的中心靠近第二軸線X1。在圖7的實施例中，以長邊中心連線X2為分界線將第一槽孔Slot1分為兩半部的話，第一盲孔PSV1鄰設於第一槽孔Slot1遠離第二軸線X1之半部。以長邊中心連線X3為分界線將第二槽孔Slot2分為兩半部的話第二盲孔PSV2鄰設於第二槽孔Slot2遠離第二軸線X1之半部。

請參閱圖10。在此些實施例中，多個擾動盲孔PSV於介電層IL之深度h不大於介電層IL的厚度H的一半。在一些實施例中，多個擾動盲孔PSV於介電層IL之深度h為預設空氣波長之0.05倍。

圖11為一實施例中開槽波導天線1與開槽波導天線1’之輸入回波損耗相對於頻率之示意圖。請參閱圖11。在圖11之實施例中，開槽波導天線1’包含多個擾動盲孔PSV，因而產生一個額外的模態，使得圖11中的S11值在頻率為82GHz附近會降低形成凹陷(frequency dip)，進一步拓寬開槽波導天線1’之阻抗頻寬。於此實施例中，係拓寬阻抗頻寬上限至82.7GHz，此時開槽波導天線1’之阻抗頻寬約為7GHz。相較於開槽波導天線1之阻抗頻寬6GHz，又更拓寬了約1GHz之頻寬。

綜上所述，當設計運作於高頻時，本案提供之開槽波導天線1較依一般設計原則設計出的開槽波導天線，具有較寬的阻抗頻寬。在一些實施例中，開槽波導天線1更包含多個擾動盲孔PSV，以進一步拓寬阻抗頻寬。

雖然本案的技術內容已經以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本案的範疇內，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1,1’:開槽波導天線 CL1:第一導電層 CL2:第二導電層 IL:介電層 Slot:槽孔 PTH:導電通孔 H:厚度 UO:上開口 AA:剖面線 Y1:第一軸線 X1:第二軸線 I:交點 I1:區域 Via_Sp:距離 Via_Dia’:口徑 Via_Dia:口徑 Slot_I:長度 LO:下開口 S11:輸入回波損耗 BB:剖面線 O:開口 Slot1:第一槽孔 Slot2:第二槽孔 PSV:擾動盲孔 PSV1:第一盲孔 PSV2:第二盲孔 I2~I3:區域 D1~D2:距離 D1’~D2’:距離 X2:中心線、長邊中點連線 Y2:中心線、短邊中點連線 PSV1_offset_X:距離 PSV1_offset_Y:距離 X3:中心線、長邊中點連線 Y3:中心線、短邊中點連線 PSV2_offset_X:距離 PSV2_offset_Y:距離 h:深度

圖1為一實施例中開槽波導天線的立體分解示意圖。圖2為一實施例中開槽波導天線之俯視圖。圖3為圖2的區域I1的放大圖。圖4為圖1之開槽波導天線沿AA剖面線之剖面圖。圖5為一實施例中開槽波導天線之輸入回波損耗對頻率之示意圖。圖6為另一實施例中開槽波導天線的立體分解示意圖。圖7為另一實施例中開槽波導天線之俯視圖。圖8為圖7的區域I2的放大圖。圖9為圖7的區域I3的放大圖。圖10為圖6之開槽波導天線沿BB剖面線之剖面圖。圖11為一實施例中開槽波導天線1與開槽波導天線1’之輸入回波損耗相對於頻率之示意圖。

1:開槽波導天線

CL1:第一導電層

CL2:第二導電層

IL:介電層

Slot:槽孔

PTH:導電通孔

H:厚度

UO:上開口

LO:下開口

AA:剖面線

Claims

一種開槽波導天線，包含：一第一導電層；一第二導電層，包含多個槽孔；及一介電層，位於該第一導電層及該第二導電層之間，並包含多個導電通孔，該些導電通孔貫穿該介電層並分置成兩列，各該列中的該些導電通孔間隔鄰設，該些槽孔位於該兩列導電通孔之間；其中，該些導電通孔包含一上開口及一下開口，該上開口朝向該第二導電層，該下開口朝向該第一導電層；其中，該介電層之厚度不小於127公釐(mm)且不大於254公釐，列中相鄰的該二上開口之中心距離為不小於300微米(μm)且不大於500微米，該下開口之口徑不小於列中相鄰的該二上開口之中心距離之0.6倍但小於列中相鄰的該二上開口之中心距離。
如請求項1所述之開槽波導天線，其中該上開口之口徑為該下開口之口徑之0.7倍至0.9倍。
如請求項2所述之開槽波導天線，其中該二列導電通孔相對一第一軸線對稱，該些槽孔沿該第一軸線排列並依序分設於該第一軸線的兩側。
如請求項3所述之開槽波導天線，其中該些槽孔之長邊之長度為一預設空氣波長之0.3倍至0.5倍。
如請求項3所述之開槽波導天線，更包含：多個擾動盲孔，自該介電層靠近該第二導電層的一側延伸至該介電層中。
如請求項5所述之開槽波導天線，其中該些槽孔沿該第一軸線軸向上最中央的兩個定義為一第一槽孔與一第二槽孔，分別位於該第一軸線的兩側，該些擾動盲孔包含一第一盲孔與一第二盲孔，該第一槽孔位於該第一盲孔與該第一軸線之間，該第二槽孔位該第二盲孔與該第一軸線之間。
如請求項6所述之開槽波導天線，其中一第二軸線定義於該第一槽孔與該第二槽孔之間，並與該第一槽孔與該第二槽孔等距，且垂直該第一軸線，該第一槽孔與該第二槽孔相對於該第二軸線的距離小於該第一盲孔與該第二盲孔相對該第二軸線的距離。
如請求項6所述之開槽波導天線，其中一第二軸線定義於該第一槽孔與該第二槽孔之間，並與該第一槽孔與該第二槽孔等距，且垂直該第一軸線，該些槽孔為矩形，該第一槽孔與該第二槽孔遠離該第二軸線的短邊相對該第二軸線的距離大於該第一盲孔與該第二盲孔遠離該第二軸線的端點相對該第二軸線的距離。
如請求項6所述之開槽波導天線，其中一第二軸線定義於該第一槽孔與該第二槽孔之間，並與該第一槽孔與該第二槽孔等距，且垂直該第一軸線，該第一軸線與該第二軸線交於一交點，該第一槽孔及該第二槽孔相對於該交點成點對稱，且該第一盲孔及該第二盲孔相對於該交點成點對稱。
如請求項6所述之開槽波導天線，其中該些擾動盲孔包含一開口，該開口朝向該第二導電層，該第一盲孔之該開口之中心至該第一槽孔之短邊中點連線之距離及該第二盲孔之該開口之中心至該第二槽孔之短邊中點連線之距離小於該預設空氣波長之0.2倍。
如請求項6所述之開槽波導天線，其中一第二軸線定義於該第一槽孔與該第二槽孔之間，並與該第一槽孔與該第二槽孔等距，且垂直該第一軸線，該第一槽孔的中心較該第一盲孔的中心靠近該第二軸線，該第二槽孔的中心較該第二盲孔的中心靠近該第二軸線。
如請求項6所述之開槽波導天線，其中該些擾動盲孔於該介電層之深度為一預設空氣波長之0.05倍。