TWM586465U - 相位陣列天線結構 - Google Patents

Abstract

本創作公開一種相位陣列天線結構，包含一載體、設置於所述載體一天線層與一線路層、及一相位切換器。所述天線層包含有兩個輻射部，所述線路層包含有一相位天線及一傳輸線路，所述相位天線包含有兩個端部，並且兩個所述端部分別連接於兩個所述輻射部。所述傳輸線路包含有一饋入端及一外接端，並且所述外接端鄰近地設置於所述相位天線。所述相位切換器，連接於所述傳輸線路的所述外接端，並且所述相位切換器能選擇性地連接於所述相位天線的兩個所述端部的其中一個所述端部。

Description

相位陣列天線結構

本創作涉及一種天線結構，尤其涉及一種相位陣列天線結構。

現有的天線結構在需要能夠產生多種天線場型的要求下，大都是採用價格高昂的移相器（phase shifter）；並且在天線領域中，現有天線結構僅能通過移相器來產生多種天線場型也已無形中形成了一種既定印象，因而使得天線領域的研究忽略了對上述線有天線結構進行改良。

於是，本創作人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本創作。

本創作實施例在於提供一種相位陣列天線結構，其能有效地改善現有天線結構所可能產生的缺陷。

本創作實施例公開一種相位陣列天線結構，包括：一載體；一輻射層，包含有N個輻射部並設置於所述載體，N為大於1的正整數；一線路層，設置於所述載體並包含有：N組相位天線單元，分別於位置對應N個所述輻射部，並且每組所述相位天線單元包含有間隔設置且具有不同長度的多個相位天線；及一傳輸線路，包含有一饋入端及N個外接端，並且N個所述外接端分別鄰近地設置於N組所述相位天線單元；以及N個相位切換單元（phase switching unit），分別於位置對應N組所述相位天線單元；其中，N個所述相位切換單元分別連接於所述傳輸線路的N個所述外接端、並且分別連接於N個所述輻射部；其中，於每組所述相位天線單元及相對應的所述相位切換單元中，所述相位切換單元能選擇性地連接於多個所述相位天線的其中一個所述相位天線，以使所述相位陣列天線結構能夠產生至少2N種天線場型。

本創作實施例也公開一種相位陣列天線結構，包括：一載體；一輻射層，包含有兩個輻射部並設置於所述載體； 一線路層，設置於所述載體並包含有：一相位天線，包含有兩個端部，並且兩個所述端部分別連接於兩個所述輻射部；及一傳輸線路，包含有一饋入端及一外接端，並且所述外接端鄰近地設置於所述相位天線；以及一相位切換器，連接於所述傳輸線路的所述外接端，並且所述相位切換器能選擇性地連接於所述相位天線的兩個所述端部的其中一個所述端部。

綜上所述，本創作實施例所公開的相位陣列天線結構，其能通過上述輻射層與線路層的結構設計及搭配，以利於更為有效地搭配於相位切換單元（或相位切換器），進而取代現有天線結構所採用的價格昂貴至少十倍的移相器。

為能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本創作，而非對本創作的保護範圍作任何的限制。

請參閱圖1至圖15，其為本創作的實施例，需先說明的是，本實施例對應附圖所提及的相關數量與外型，僅用來具體地說明本創作的實施方式，以便於了解本創作的內容，而非用來侷限本創作的保護範圍。

[實施例一]

請參閱圖1至圖11所示，其為本創作的實施例一，並且為便於說明本實施例，圖式以X軸、Y軸、Z軸來顯示。如圖1至圖3所示，本實施例公開一種相位陣列天線結構100，其能夠適用於一傳輸頻帶，並且上述傳輸頻帶的一中心頻率對應於一波長。其中，所述相位陣列天線結構100包含一載體1、設置於上述載體1的一輻射層2與一線路層3、及安裝於上述載體1並對應線路層3設置的N個相位切換單元40。

進一步地說，N為大於1的正整數，並且於本實施例的圖式中，N是以4來說明，但本創作不受限於此。舉例來說，在本創作未繪示的其他實施例中，N可以是2、3、或5以上。此外，所述相位陣列天線結構100也可以於載體1上設置有其他構件（如：接地層），但本實施例不對此加以贅述。

如圖1至圖3所示，所述載體1於本實施例中呈板狀、並包含有位於相反側的一第一板面11與一第二板面12，並且所述輻射層2設置於上述載體1的第一板面11，而所述線路層3與N個相位切換單元40則是設置於載體1的第二板面12，但本創作不受限於此。舉例來說，在本創作未繪示的其他實施例中，所述輻射層2也可以和線路層3與N個相位切換單元40的至少其中之一設置於載體1的相同板面。

其中，所述輻射層2包含有N個輻射部21，並且上述N個輻射部21於本實施例中的形狀大致相同（如：方形）且呈矩陣狀形成於所述載體1的第一板面11。所述線路層3包含有分別於位置對應上述N個輻射部21的N組相位天線單元31以及位置對應於上述N組相位天線單元31的一傳輸線路32。

進一步地說，每組相位天線單元31包含有間隔設置且具有不同長度的多個相位天線311。其中，本實施例是通過在載體1內埋置有多個導電柱（未標示），以使每個相位天線311能通過導電柱而連接於相對應的所述輻射部21進而能夠彼此電性耦接。

再者，每組相位天線單元31的多個相位天線311的長度於本實施例中為1/4所述波長的倍數；也就是說，圖3中的每組相位天線單元31的三個相位天線311的長度分別為1/4所述波長、2/4所述波長、3/4所述波長，但本創作不以此為限。其中，於上述每組相位天線單元31中，所述多個相位天線311的至少其中一個所述相位天線311具有一U形部，並且上述U形部的外形也可視為C形。

另，於每組相位天線單元31及相對應的輻射部21中，所述輻射部21朝向上述載體1的第二板面12正投影所形成的一投影區域，其覆蓋至少部分的所述相位天線單元31，並且上述相位天線單元31的每個相位天線311都有至少部分被投影區域所覆蓋。

如圖1至圖3所示，所述傳輸線路32包含有一饋入線路321及相連於上述饋入線路321的一分支線路322。其中，所述饋入線路321於本實施例中大致呈直線狀且具有位於相反側的一饋入端3211及一連接端3212，所述饋入端3211位於上述載體1的邊緣，並且饋入線路321是由饋入端3211延伸穿過兩組相鄰的相位天線單元31直至連接端3212（或分支線路322）。上述饋入端3211能用來連接固定於一個連接器（圖中未示出），用以供所述相位陣列天線結構100與外部裝置進行信號傳輸。

所述分支線路322於本實施例中大致呈H形且具有N個外接端3221，並且上述N個外接端3221分別鄰近地設置於上述N組相位天線單元31；也就是說，所述分支線路322的末端即為上述外接端3221，並且每個外接端3221與相對應的該組相位天線單元31為間隔設置。

再者，所述饋入線路321的連接端3212連接於上述分支線路322，並且所述N個外接端3221可定義出彼此相交的多條交叉線L，而所述連接端3212則是大致位於上述多條交叉線L的一交點上。於本實施例中，所述連接端3212沿所述分支線路322至每個外接端3221的路徑皆相同；也就是說，所述饋入線路321的連接端3212是連接於分支線路322的中心點，據以利於信號的同步傳輸，但本創作不受限於此。

換個角度來看，鄰近所述饋入端3211的兩組相位天線單元31（如：圖3中位於右側的兩組相位天線單元31）是相對於所述連接端3212而與另兩組相位天線單元31（如：圖3中位於左側的兩組相位天線單元31）呈180度旋轉對稱（2-fold rotational symmetry）。

所述N個相位切換單元40分別於位置對應N組所述相位天線單元31，並且本實施例的每個相位切換單元是與相對應的該組相位天線單元31呈相鄰設置。其中，N個所述相位切換單元40分別連接於所述傳輸線路32的N個外接端3221，並且N個所述相位切換單元40也分別連接於N個所述輻射部21。於本實施例中，每個相位切換單元40包含有兩個相位切換器4，並且上述相位切換單元40的其中一個相位切換器4連接於相對應的外接端3221，而其中另一個相位切換器4a則是通過埋置於載體11內的導電柱13而連接於相對應的輻射部21，但本創作不受限於此。舉例來說，在本創作未繪示的其他實施例中，所述相位切換器4也可以是通過導線而間接地連接於相對應的外接端3221或輻射部21；又或者，所述相位切換單元40也可以是單個相位切換器。

再者，於每組相位天線單元31及相對應的相位切換單元40中，所述相位切換單元40能選擇性地連接於多個相位天線311的其中一個相位天線311，以使所述相位陣列天線結構100能夠產生至少2N種天線場型P。也就是說，上述相對應的兩個相位切換器4、4a可以同時連接於相同的一個相位天線311。此外，依據使用者的需求，每個相位切換單元40可以連接於相同長度的相位天線311（如：圖4和圖5），或者每個相位切換單元40也可以連接於不同長度的相位天線311（如：圖6至圖11），進而產生使用者所需的特定天線場型P。據此，於本實施例的N為4的情況下，所述相位陣列天線結構100能夠產生9種的天線場型P（圖式僅呈現其中4種天線場型P）。

依上所述，所述相位陣列天線結構100於本實施例中能通過上述輻射層2與線路層3的結構設計及搭配，以利於更為有效地搭配於相位切換單元40，進而取代現有天線結構所採用的價格昂貴至少十倍的移相器。

[實施例二]

請參閱圖12至圖15所示，其為本創作的實施例二，本實施例類似於上述實施例一，所以兩個實施例的相同處則不再加以贅述，而本實施例與上述實施例一的差異大致說明如下：

如圖12和圖13所示，本實施例公開一種相位陣列天線結構100，其能夠適用於一傳輸頻帶，並且上述傳輸頻帶的一中心頻率對應於一波長。其中，所述相位陣列天線結構100包含一載體1、設置於上述載體1的一輻射層2與一線路層3、及安裝於上述載體1並對應線路層3設置的一相位切換器4。本實施例的載體1構造如同上述實施例一，在此則不加以贅述。

所述輻射層2包含有兩個輻射部21，上述兩個輻射部21於本實施例中的形狀大致相同（如：局部呈螺旋狀）且形成於所述載體1的第一板面11。所述線路層3形成於所述載體1的第一板面11、並包含有連接於上述兩個輻射部21的一相位天線311以及鄰近地設置於上述相位天線311的一傳輸線路32。

進一步地說，所述相位天線311包含有兩個端部3111，並且上述相位天線311的兩個端部3111分別連接於兩個輻射部21。上述相位天線311的長度可以是1/4所述波長的倍數，而所述相位天線311的長度於本實施例中為1/4所述波長，但本創作不受限於此。再者，本實施例的相位天線311是位於兩個所述輻射部21之間，但於本創作未繪示的其他實施例中，上述相位天線311也可以是位於傳輸線路32左側或右側。

所述傳輸線路32於本實施例中大致呈直線狀且具有位於相反側的一饋入端3211及一外接端3221，所述饋入端3211位於上述載體1的邊緣，並且上述饋入線路321是由饋入端3211朝向所述相位天線311延伸、直至外接端3221；上述外接端3221鄰近地設置於相位天線311，也就是說，外接端3221與相位天線311為間隔設置。需額外說明的是，所述相位天線311與上述輻射層2於本實施例中為共平面設置且為一體相連的單件式構造，並且所述相位陣列天線結構100可以是相對於所述傳輸線路32呈鏡像對稱設置，進而利於設計與生產製造，但本創作不受限於此。

所述相位切換器4（直接地或間接地）連接於上述傳輸線路32的外接端3221，並且所述相位切換器4能選擇性地連接於所述相位天線311的兩個端部3111的其中一個端部3111，以使所述相位陣列天線結構100能夠產生2種天線場型P（如：圖14和圖15）。進一步地說，所述兩個輻射部21的其中一個輻射部21能與所述相位天線311共同構成一天線場型P，其與其中另一個所述輻射部21所構成的一天線場型P之間構成90度的一相位差（如：圖14和圖15）。

[本創作實施例的技術效果]

綜上所述，本創作實施例所公開的相位陣列天線結構，其能通過上述輻射層與線路層的結構設計及搭配，以利於更為有效地搭配於相位切換單元（或相位切換器），進而取代現有天線結構所採用的價格昂貴至少十倍的移相器。

以上所公開的內容僅為本創作的優選可行實施例，並非因此侷限本創作的專利範圍，所以凡是運用本創作說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的專利範圍內。

100‧‧‧相位陣列天線結構

1‧‧‧載體

11‧‧‧第一板面

12‧‧‧第二板面

13‧‧‧導電柱

2‧‧‧輻射層

21‧‧‧輻射部

3‧‧‧線路層

31‧‧‧相位天線單元

311‧‧‧相位天線

3111‧‧‧端部

32‧‧‧傳輸線路

321‧‧‧饋入線路

3211‧‧‧饋入端

3212‧‧‧連接端

322‧‧‧分支線路

3221‧‧‧外接端

40‧‧‧相位切換單元

4、4a‧‧‧相位切換器

P‧‧‧天線場型

L‧‧‧交叉線

圖1為本創作實施例一的相位陣列天線結構的立體示意圖。

圖2為圖1的俯視示意圖。

圖3為圖1省略相位切換單元後的俯視示意圖。

圖4為本創作實施例一的相位陣列天線結構的第一種運作模式的俯視示意圖。

圖5為圖4的天線場型示意圖。

圖6為本創作實施例二的相位陣列天線結構的第一種運作模式的俯視示意圖。

圖7為圖6的天線場型示意圖。

圖8為本創作實施例一的相位陣列天線結構的第三種運作模式的俯視示意圖。

圖9為圖8的天線場型示意圖。

圖10為本創作實施例一的相位陣列天線結構的第四種運作模式的俯視示意圖。

圖11為圖10的天線場型示意圖。

圖12為本創作實施例二的相位陣列天線結構的平面示意圖。

圖13為圖1省略相位切換器後的示意圖。

圖14為本創作實施例二的相位陣列天線結構的第一種運作模式的天線場型示意圖。

圖15為本創作實施例二的相位陣列天線結構的第二種運作模式的天線場型示意圖。

Claims (10)

1. 一種相位陣列天線結構，包括： 一載體； 一輻射層，包含有N個輻射部並設置於所述載體，N為大於1的正整數； 一線路層，設置於所述載體並包含有： N組相位天線單元，分別於位置對應N個所述輻射部，並且每組所述相位天線單元包含有間隔設置且具有不同長度的多個相位天線；及 一傳輸線路，包含有一饋入端及N個外接端，並且N個所述外接端分別鄰近地設置於N組所述相位天線單元；以及 N個相位切換單元（phase switching unit），分別於位置對應N組所述相位天線單元；其中，N個所述相位切換單元分別連接於所述傳輸線路的N個所述外接端、並且分別連接於N個所述輻射部； 其中，於每組所述相位天線單元及相對應的所述相位切換單元中，所述相位切換單元能選擇性地連接於多個所述相位天線的其中一個所述相位天線，以使所述相位陣列天線結構能夠產生至少2N種天線場型。
2. 如請求項1所述的相位陣列天線結構，其中，所述傳輸線路包含有： 一饋入線路，具有位於相反側的所述饋入端及一連接端，並且所述饋入端位於所述載體的邊緣；及 一分支線路，具有N個所述外接端，所述饋入線路的所述連接端連接於所述分支線路，並且所述連接端沿所述分支線路至每個所述外接端的路徑皆相同。
3. 如請求項2所述的相位陣列天線結構，其中，N個所述外接端定義出彼此相交的多條交叉線，並且所述連接端位於多條所述交叉線的一交點上。
4. 如請求項2所述的相位陣列天線結構，其中，N為4，並且鄰近所述饋入端的兩組所述相位天線單元是相對於所述連接端而與另兩組所述相位天線單元呈180度旋轉對稱（2-fold rotational symmetry）。
5. 如請求項1所述的相位陣列天線結構，其中，所述相位陣列天線結構適用於一傳輸頻帶，並且所述傳輸頻帶的一中心頻率對應於一波長，而每組所述相位天線單元的多個所述相位天線的所述長度為1/4所述波長的倍數。
6. 如請求項1所述的相位陣列天線結構，其中，於每組所述相位天線單元中，多個所述相位天線的至少其中一個所述相位天線具有一U形部。
7. 如請求項1所述的相位陣列天線結構，其中，所述載體呈板狀且包含有位於相反側的一第一板面與一第二板面，所述輻射層設置於所述第一板面，所述線路層與N個所述相位切換單元設置於所述第二板面；於每組所述相位天線單元及相對應的所述輻射部中，所述輻射部朝向所述第二板面正投影所形成的一投影區域覆蓋至少部分的所述相位天線單元。
8. 一種相位陣列天線結構，包括： 一載體； 一輻射層，包含有兩個輻射部並設置於所述載體； 一線路層，設置於所述載體並包含有： 一相位天線，包含有兩個端部，並且兩個所述端部分別連接於兩個所述輻射部；及 一傳輸線路，包含有一饋入端及一外接端，並且所述外接端鄰近地設置於所述相位天線；以及 一相位切換器，連接於所述傳輸線路的所述外接端，並且所述相位切換器能選擇性地連接於所述相位天線的兩個所述端部的其中一個所述端部。
9. 如請求項8所述的相位陣列天線結構，其中，所述相位天線位於兩個所述輻射部之間，並且所述相位陣列天線結構相對於所述傳輸線路呈鏡像對稱設置。
10. 如請求項8所述的相位陣列天線結構，其中，兩個所述輻射部的其中一個所述輻射部能與所述相位天線共同構成一天線場型，其與其中另一個所述輻射部所構成的一天線場型之間構成90度的一相位差。