TWI832465B

TWI832465B - 透光天線

Info

Publication number: TWI832465B
Application number: TW111137587A
Authority: TW
Inventors: 張若蘭; 李美儒; 蔡承樺; 陳孟萱; 陳巍中
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2021-11-10
Filing date: 2022-10-03
Publication date: 2024-02-11
Also published as: TW202320412A; TWI818665B; TWI832459B; TW202319906A; TW202320016A

Abstract

一種透光天線，包括基板、第一導電圖案與第二導電圖案。第一導電圖案配置於基板的第一表面，且包括第一餽線單元、第一輻射單元、第一耦合單元、第一寄生單元、第二輻射單元與第二耦合單元。第一餽線單元連接第二輻射單元。第一輻射單元與第二輻射單元位於第一耦合單元與第二耦合單元之間。第一寄生單元的一側連接第二耦合單元。第一寄生單元的另一側鄰接第一耦合單元。第二導電圖案配置於基板的第二表面，且包括第二餽線單元、第三耦合單元、第二寄生單元與第四耦合單元。第二餽線單元在第一表面上的正投影重疊第一餽線單元、第一輻射單元與第二輻射單元。第三耦合單元、第四耦合單元與第二寄生單元在第一表面上的正投影重疊第一耦合單元、第二耦合單元與第一寄生單元。

Description

透光天線

本發明是有關於一種天線，且特別是有關於一種透光天線。

目前無線通訊技術逐漸採用中繼轉傳(relay)技術來改善無線通訊涵蓋面積、群體移動性(group mobility)、基地台邊際傳輸量(cell-edge throughput)以及提供臨時的網路佈建方式。在第5代（5G）通訊系統中，為了提升訊號的覆蓋率，基地台最好設置在大樓的中間層，而不是距離地面較遠的樓頂。但城市環境複雜，要找到安裝天線的地方極為困難，若能將天線安裝在室內窗戶，透過玻璃來提高覆蓋率，透光天線採用透光且不顯眼的設計兼具美觀與功能，可省去大量選址及站點安裝的困擾。當然，透光天線的效能表現也直接影響無線網路的使用者的使用體驗。

本發明實施例提供一種透光天線，具有較佳的效能表現。

本發明實施例的透光天線包括一基板、一第一導電圖案與一第二導電圖案。基板具有相對的一第一表面與一第二表面。第一導電圖案配置於第一表面，且包括一第一餽線單元、一第一輻射單元、一第一耦合單元、一第一寄生單元、一第二輻射單元與一第二耦合單元。第一餽線單元連接第二輻射單元。第一輻射單元與第二輻射單元位於第一耦合單元與第二耦合單元之間。第一寄生單元的一側連接第二耦合單元。第一寄生單元的另一側鄰接第一耦合單元。第二導電圖案配置於第二表面，且包括一第二餽線單元、一第三耦合單元、一第二寄生單元與一第四耦合單元。第二餽線單元在第一表面上的正投影重疊第一餽線單元、第一輻射單元與第二輻射單元。第三耦合單元在第一表面上的正投影重疊第一耦合單元。第四耦合單元在第一表面上的正投影重疊第二耦合單元。第二寄生單元在第一表面上的正投影重疊第一寄生單元。第二寄生單元的一側連接第四耦合單元。第二寄生單元的另一側鄰接第三耦合單元。

基於上述，本發明實施例的透光天線具有寬頻、高增益與多頻的特性。

圖1是依照本發明的一實施例的一種透光天線的立體示意圖。請參照圖1，本實施例的透光天線100包括一基板110、一第一導電圖案120與一第二導電圖案130。基板110具有相對的一第一表面112與一第二表面114。第一導電圖案120配置於第一表面112，且包括一第一餽線單元120A、一第一輻射單元120B、一第一耦合單元120D、一第一寄生單元120E、一第二輻射單元120C與一第二耦合單元120F。第一餽線單元120A連接第二輻射單元120C。第一輻射單元120B與第二輻射單元120C位於第一耦合單元120D與第二耦合單元120F之間。第一寄生單元120E的一側連接第二耦合單元120F。第一寄生單元120E的另一側鄰接第一耦合單元120D。第二導電圖案130配置於第二表面114，且包括一第二餽線單元130A、一第三耦合單元130B、一第二寄生單元130C與一第四耦合單元130D。第二餽線單元130A在第一表面112上的正投影重疊第一餽線單元120A、第一輻射單元120B與第二輻射單元120C。第三耦合單元130B在第一表面112上的正投影重疊第一耦合單元120D。第四耦合單元130D在第一表面112上的正投影重疊第二耦合單元120F。第二寄生單元130C在第一表面112上的正投影重疊第一寄生單元120E。第二寄生單元130C的一側連接第四耦合單元130D。第二寄生單元130C的另一側鄰接第三耦合單元130B。

在本實施例的透光天線100中，第一導電圖案120的第一餽線單元120A與第二導電圖案130的第二餽線單元130A互相耦合，使得訊號可以採用電容餽入的方式餽入。此外，第一導電圖案120與第二導電圖案130都具有高透光性，適合安裝在室內而提高室內的網路的覆蓋率，避免天線安裝在戶外並以很長的纜線拉入室內時的纜線訊號損失，也不影響室內採光且保持美觀。並且，本實施例的透光天線100具有全平面電流、多頻、窄波束、高增益等特性。

在本實施例中，基板110沒有導電通孔。也就是，透光天線100不需要設置會遮蔽光線的導電通孔，而是利用第一餽線單元120A與第二餽線單元130A將訊號餽入的位置拉到基板110的邊緣，避免在透光天線100的中央區域產生不透光的點，不會影響視線且可保持美觀。在本實施例中，透光天線100可更包括一餽線150。第一餽線單元120A與第二餽線單元130A分別在基板110的邊緣電性連接餽線150。

在本實施例中，基板110包括相互疊置的一第一基板110A與一第二基板110B。第一基板110A背向第二基板110B的表面是第一表面112。第二基板110B背向第一基板110A的表面是第二表面114。第一基板110A與第二基板110B例如是以彼此直接接觸而實質上沒有間隙的方式相互疊置。在此架構下，第一導電圖案120可以單面製程形成在第一基板110A上，第二導電圖案130也可以單面製程形成在第二基板110B上，整體的製程成本較低且良率較高。

在本實施例中，透光天線100更包括一電磁波反射板140，與基板110保持距離的疊置。也就是，電磁波反射板140與基板110疊在一起，但彼此保持距離。由於配置了電磁波反射板140，具有電磁波反射和屏蔽功能，可提升天線的指向性，還可以隔絕環境影響。在本實施例中，透光天線100具有一操作波長。電磁波反射板140與基板110之間的距離D10例如是介於操作波長的0.25倍至2倍之間。舉例來說，電磁波反射板140與基板110之間的距離D10可以是3公分。

在本實施例中，第二導電圖案130位於第一導電圖案120與電磁波反射板140之間。但在其他實施例中，也可以是第一導電圖案120位於第二導電圖案130與電磁波反射板140之間。

圖2是圖1的透光天線100的第一導電圖案120的示意圖。請參照圖2，在本實施例中，第一輻射單元120B與第二輻射單元120C呈梯形。另外，第一耦合單元120D與第二耦合單元120F也可以呈梯形。本實施例中，這些輻射單元的梯形的兩個底角並不相等，但本發明不侷限於此。第一輻射單元120B與第一耦合單元120D並不相連，而第二輻射單元120C與第二耦合單元120F也不相連。第一輻射單元120B位於第二輻射單元120C與第一耦合單元120D之間。第二輻射單元120C位於第一輻射單元120B與第二耦合單元120F之間。

在本實施例中，第一輻射單元120B的形狀與第二輻射單元120C的形狀是以兩者之間的交界線L10為對稱線的線對稱圖案。本實施例中，雖然第一輻射單元120B的形狀不完全與第二輻射單元120C的形狀呈線對稱狀態，因第二輻射單元120C在中間部分有一小缺口，但實質上仍大致呈線對稱狀態。在本實施例中，第一耦合單元120D的形狀與第二耦合單元120F的形狀是以兩者之間的交界線L10為對稱線的線對稱圖案。類似地，第一耦合單元120D的形狀與第二耦合單元120F的形狀並不需要是完全地呈線對稱狀態，也可以只是實質上呈線對稱狀態。此外，本實施例中，第一輻射單元120B的形狀與第一耦合單元120D的形狀實質上相同，但本發明不侷限於此。

在本實施例中，第一導電圖案120更具有一第三寄生單元120G。第三寄生單元120G連接第一耦合單元120D。第一寄生單元120E的另一側鄰接第一耦合單元120D與第三寄生單元120G。

圖3是圖1的透光天線100的第二導電圖案130的示意圖。請參照圖2與圖3，在本實施例中，第三耦合單元130B與第四耦合單元130D呈梯形。本實施例中，這些輻射單元的梯形的兩個底角並不相等，但本發明不侷限於此。在本實施例中，第二導電圖案130更具有一第四寄生單元130E。第四寄生單元130E連接第三耦合單元130B。第二寄生單元130C的另一側鄰接第三耦合單元130B與第四寄生單元130E。第四寄生單元130E在第一表面112上的正投影重疊第三寄生單元120G。

圖4是圖1的透光天線的電磁波反射板140的導電區142的示意圖。請參照圖1與圖4，在本實施例中，電磁波反射板140具有一導電區142。第二導電圖案130與第一導電圖案120在電磁波反射板140上的正投影全部落在導電區142。當然，第一餽線單元120A與第二餽線單元130A在邊緣的部分，有可能沒有落在導電區142。

以圖1及圖2的透光天線100進行模擬後得到下列數據。其中，三個基板的尺寸都是100 mm × 100 mm，導電圖案的厚度為0.7 mm，電磁波反射板140與基板110之間的距離是3公分，第二餽線單元130A靠近第四耦合單元130D的一側的長度是51 mm，第二餽線單元130A靠近第三耦合單元130B的一側的長度是25 mm。透光天線100在1.8GHz、2.1GHz與3.5GHz的前後比(Front-Back Ratio)分別是21.9dB、52.07dB與3330.4dB，透光天線100在1.8GHz的XZ切面與YZ切面的峰值增益(Peak Gain)分別是7.92dB與7.96dB，透光天線100在2.1GHz的XZ切面與YZ切面的峰值增益分別是7.15dB與7.2dB，透光天線100在3.5GHz的XZ切面與YZ切面的峰值增益分別是6.28dB與8.13dB。透光天線100在1.8GHz附近的可用頻率介於1.6GHz與2.2GHz之間，換算出的天線頻寬為32%，亦即具有寬頻特性。透光天線100在3.5GHz附近的可用頻率介於1.2GHz與4.4GHz之間，換算出的天線頻寬為32%，亦即具有寬頻特性。

圖5是圖1的透光天線的第一導電圖案的局部示意圖。請參照圖1與圖5，在本實施例中，第一導電圖案120與第二導電圖案130是網狀金屬。也就是說，在圖1中所見的第一導電圖案120與第二導電圖案130的範圍內，在放大狀態時可以看到是由網狀金屬構成，因此光線可從網狀金屬的網目通過，使得第一導電圖案120與第二導電圖案130可以透光。在本實施例中，網狀金屬具有一線寬W12與一網目寬W14。考慮到透光性，線寬W12例如是介於網目寬W14的0.05倍至0.1倍之間。此外，若製程可行，可讓第一導電圖案120與第二導電圖案130的網目盡量完全重疊，以提高透光性。

圖6是圖1的透光天線的第一導電圖案120的局部剖面示意圖。請參照圖6，在本實施例中，透光天線100更包括一保護層160，覆蓋第一導電圖案120與第二導電圖案130。保護層160可保護第一導電圖案120與第二導電圖案130。此外，藉由適當地選擇保護層160的材料，可發揮折射率匹配的功能，以提高透光天線100的透光性。再者，保護層160也可具有導電性，以降低第一導電圖案120與第二導電圖案130的整體的阻抗，進而提升訊號傳輸的效率。當保護層160具有導電性時，保護層160並不覆蓋整個第一表面112與第二表面114。保護層160覆蓋的區域大致相等於第一導電圖案120分佈的區域以及第二導電圖案130分佈的區域，以避免改變輻射單元的外型而影響訊號的收發。

圖7是依照本發明的另一實施例的一種透光天線的立體示意圖。圖7中，各元件的尺寸及比例都經過調整，僅為方便示意，並非實際尺寸及比例。請參照圖7，本實施例的透光天線200大致與圖1的透光天線100相同，在此僅說明兩者的差異。本實施例的基板210更包括一光學膠層270，配置於第一基板110A與第二基板110B之間。光學膠層270可以提升第一導電圖案120與第二導電圖案130的對位的精準性。並且，選擇具有適當的折射率的材料來做為光學膠層270，也可提升基板210的透光性。本實施例的透光天線200可更包括外框280，用於固定電磁波反射板140、第一基板110A與第二基板110B。

圖8是依照本發明的再一實施例的一種透光天線的立體示意圖。圖8中，各元件的尺寸及比例都經過調整，僅為方便示意，並非實際尺寸及比例。請參照圖8，本實施例的透光天線300大致與圖1的透光天線100相同，差異在於，本實施例的基板310是單一基板，並不是由兩個或更多基板組合而成。因此，透光天線300的透光性較佳。

綜上所述，本發明的透光天線可以安裝在室內而減少纜線訊號損失，還具有全平面電流、多頻、窄波束、高增益等特性。

100,200,300:透光天線 110,210,310:基板 110A:第一基板 110B:第二基板 112:第一表面 114:第二表面 120:第一導電圖案 120A:第一餽線單元 120B:第一輻射單元 120C:第二輻射單元 120D:第一耦合單元 120E:第一寄生單元 120F:第二耦合單元 120G:第三寄生單元 130:第二導電圖案 130A:第二餽線單元 130B:第三耦合單元 130C:第二寄生單元 130D:第四耦合單元 130E:第四寄生單元 140:電磁波反射板 142:導電區 150:餽線 160:保護層 270:光學膠層 280:外框 D10:距離 L10:交界線 W12:線寬 W14:網目寬

圖1是依照本發明的一實施例的一種透光天線的立體示意圖。圖2是圖1的透光天線的第一導電圖案的示意圖。圖3是圖1的透光天線的第二導電圖案的示意圖。圖4是圖1的透光天線的電磁波反射板的導電區的示意圖。圖5是圖1的透光天線的第一導電圖案的局部示意圖。圖6是圖1的透光天線的第一導電圖案的局部剖面示意圖。圖7是依照本發明的另一實施例的一種透光天線的立體示意圖。圖8是依照本發明的再一實施例的一種透光天線的立體示意圖。

100:透光天線

110:基板

110A:第一基板

110B:第二基板

112:第一表面

114:第二表面

120:第一導電圖案

120A:第一餽線單元

120B:第一輻射單元

120C:第二輻射單元

120D:第一耦合單元

120E:第一寄生單元

120F:第二耦合單元

120G:第三寄生單元

130:第二導電圖案

130A:第二餽線單元

130B:第三耦合單元

130C:第二寄生單元

130D:第四耦合單元

130E:第四寄生單元

140:電磁波反射板

150:餽線

D10:距離

Claims

一種透光天線，包括：一基板，具有相對的一第一表面與一第二表面；一第一導電圖案，配置於該第一表面，且包括一第一餽線單元、一第一輻射單元、一第一耦合單元、一第一寄生單元、一第二輻射單元與一第二耦合單元，其中該第一餽線單元連接該第二輻射單元，該第一輻射單元與該第二輻射單元位於該第一耦合單元與該第二耦合單元之間，該第一寄生單元的一側連接該第二耦合單元，該第一寄生單元的另一側鄰接該第一耦合單元；以及一第二導電圖案，配置於該第二表面，且包括一第二餽線單元、一第三耦合單元、一第二寄生單元與一第四耦合單元，其中該第二餽線單元在該第一表面上的正投影重疊該第一餽線單元、該第一輻射單元與該第二輻射單元，該第三耦合單元在該第一表面上的正投影重疊該第一耦合單元，該第四耦合單元在該第一表面上的正投影重疊該第二耦合單元，該第二寄生單元在該第一表面上的正投影重疊該第一寄生單元，該第二寄生單元的一側連接該第四耦合單元，該第二寄生單元的另一側鄰接該第三耦合單元，該第一導電圖案與該第二導電圖案具透光性。
如請求項1所述的透光天線，更包括一電磁波反射板，與該基板保持距離的疊置。
如請求項2所述的透光天線，其中該第二導電圖案位於該第一導電圖案與該電磁波反射板之間。
如請求項2所述的透光天線，其中該電磁波反射板具有一導電區，該第二導電圖案與該第一導電圖案在該電磁波反射板上的正投影全部落在該導電區。
如請求項2所述的透光天線，其中該透光天線具有一操作波長，該電磁波反射板與該基板之間的距離介於該操作波長的0.25倍至2倍之間。
如請求項1所述的透光天線，其中該基板沒有導電通孔。
如請求項1所述的透光天線，更包括一餽線，其中該第一餽線單元與該第二餽線單元分別在該基板的邊緣電性連接該餽線。
如請求項1所述的透光天線，其中該第一輻射單元與該第二輻射單元呈梯形。
如請求項1所述的透光天線，其中該第一耦合單元、該第二耦合單元、該第三耦合單元與該第四耦合單元呈梯形。
如請求項1所述的透光天線，其中該第一導電圖案更具有一第三寄生單元，該第二導電圖案更具有一第四寄生單元，該第三寄生單元連接該第一耦合單元，該第四寄生單元連接該第三耦合單元，該第一寄生單元的另一側鄰接該第一耦合單元與該第三寄生單元，該第二寄生單元的另一側鄰接該第三耦合單元與該第四寄生單元，該第四寄生單元在該第一表面上的正投影重疊該第三寄生單元。
如請求項1所述的透光天線，其中該基板包括相互疊置的一第一基板與一第二基板，該第一基板背向該第二基板的表面是該第一表面，該第二基板背向該第一基板的表面是該第二表面。
如請求項11所述的透光天線，其中該基板更包括一光學膠層，配置於該第一基板與該第二基板之間。
如請求項1所述的透光天線，其中該第一輻射單元的形狀與該第二輻射單元的形狀是以兩者之間的交界線為對稱線的線對稱圖案。
如請求項1所述的透光天線，更包括一保護層，覆蓋該第一導電圖案與該第二導電圖案。
如請求項1所述的透光天線，其中該第一導電圖案與該第二導電圖案是網狀金屬。
如請求項15所述的透光天線，其中該網狀金屬具有一線寬與一網目寬，該線寬介於該網目寬的0.05倍至0.1倍之間。