TWM600485U - 天線模組 - Google Patents

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Abstract

一種天線模組，包括三陣列天線組及三接地層。三陣列天線組分別位於不同的平面，各陣列天線組包括多個貼片天線。三接地層分別配置於三陣列天線組旁且與對應的三陣列天線組分別具有間隔。

Description

天線模組
本新型創作是有關於一種天線模組，且特別是有關於一種具有陣列天線組的天線模組。
傳統毫米波陣列天線設計方式是，在一個非導電性的平板結構上設置多個矩形微帶型天線(Rectangular Microstrip Patch Antenna)，而形成陣列天線。操作上會將不同相位差的電流饋入這些矩形微帶型天線，以使輻射場型產生波束成形(Beamforming)效果。輻射場型的波束寛(beamforming bandwidth)，決定此陣列天線所輻射的能量範圍。目前，傳統毫米波陣列天線的波束寛僅為60度，而難以滿足現今的需求。
本新型創作提供一種天線模組，其可產生較大的波束寛。
本新型創作的一種天線模組，包括三陣列天線組及三接地層。三陣列天線組分別位於不同的平面，各陣列天線組包括多個貼片天線。三接地層分別配置於三陣列天線組旁且與對應的三陣列天線組分別具有間隔。
在本新型創作的一實施例中，上述的天線模組更包括一基板組件，包括非位於同一面的三個部分，三個部分分別包括相對的三個第一面及三個第二面，三陣列天線組分別配置於三個第一面，三接地層分別配置於三第二面。
在本新型創作的一實施例中，上述的三個部分為三個平板結構，或者，三個部分構成一弧狀結構。
在本新型創作的一實施例中，上述的三陣列天線組對三個第二面的投影分別位於三接地層的範圍之內。
在本新型創作的一實施例中，上述的三接地層分布於整個三個第二面。
在本新型創作的一實施例中，上述的天線模組激發出一頻段，各貼片天線的對角線長度為頻段的0.5倍波長。
在本新型創作的一實施例中，上述的三陣列天線組依序排列，三陣列天線組的相鄰的其中兩者之間具有一第一夾角，相鄰的另外兩者之間具有一第二夾角，第一夾角與第二夾角的範圍介於90度至150度之間。
在本新型創作的一實施例中，上述的第一夾角相同於第二夾角。
在本新型創作的一實施例中，上述的各貼片天線包括位於中心的一饋入端。在本新型創作的一實施例中，上述在各陣列天線組的兩相鄰這些貼片天線中，分別具有最靠近於彼此的兩邊緣，兩邊緣平行於彼此。
基於上述，本新型創作的天線模組具有位於不同的平面的三陣列天線組，三接地層分別配置於三陣列天線組旁且隔開於三陣列天線組。上述的設計可使得天線模組的輻射場型能夠具有較大的波束寬，而具有較大的通訊傳輸能量覆蓋範圍。
圖1是依照本新型創作的一實施例的一種天線模組的示意圖。請參閱圖1，本實施例的天線模組100以寛波束毫米波陣列天線為例，其可應用於5G行動通訊，操作頻率於37GHz。當然，天線模組100可應用的頻段不以上述為限制。
在本實施例中，天線模組100包括三陣列天線組120、一基板組件105及三個接地層130。要說明的是，陣列天線組120與接地層130的數量不僅以三個為限制，在其他實施例中，陣列天線組120與接地層130的數量可以是多於三個。例如，這些陣列天線組120可為九個(但不限)而環繞成圈。
在本實施例中，三陣列天線組120分別位於不同的平面。三個接地層130分別配置於三陣列天線組120旁且與三陣列天線組120相隔設置。更具體地說，基板組件105為介電層。基板組件105包括位於非同一平面的三個部分(例如是三個平板結構110)，三個部分(三個平板結構110)分別包括相對的三個第一面112及三個第二面114，三陣列天線組120分別配置於三個第一面112，三個接地層130分別配置於三個第二面114。
此外，在其他實施例中，陣列天線組120與接地層130之間也可以不設有基板組件105，而是存在一空氣層(未繪示)，只要陣列天線組120隔開於接地層130即可。
在本實施例中，三個接地層130分布於三個第二面114的全部區域，而使得三個陣列天線組120對三個第二面114的投影分別位於三個接地層130的範圍之內。當然，在其他實施例中，三個接地層130也可以只分布於三個第二面114的部分區域，只要三個陣列天線組120對三個第二面114的投影分別位於三個接地層130的範圍之內即可。
在本實施例中，各陣列天線組120包括多個貼片天線121。舉例來說，各陣列天線組120可包括兩個貼片天線121，但在其他實施例中，貼片天線121的數量可多於兩個。各貼片天線121包括位於中心的一饋入端122，饋入端122的位置是可調整，進而改變各貼片天線121的輸入阻抗值。
本實施例的天線模組100激發出一頻段，例如是37GHz，但不以此為限制，各貼片天線121的對角線長度L為頻段的0.5倍波長。在本實施例中，貼片天線121的形狀例如是正方形，但在其他實施例中，貼片天線121的形狀也可以是長方形，貼片天線121的形狀不以上述為限制，只要對角線長度L滿足頻段的0.5倍波長即可。
另外，在本實施例中，這些貼片天線121的形狀與尺寸相同。當然，在其他實施例中，其中一個陣列天線組120的貼片天線121的形狀與尺寸也可以不同於另一個陣列天線組120的貼片天線121的形狀與尺寸，並不以圖式為限制。
此外，在各陣列天線組120中的兩相鄰貼片天線121分別具有最靠近於彼此的兩邊緣123，兩邊緣123平行於彼此。在本實施例中，各陣列天線組120的這些貼片天線121是以相同角度貼附在平板結構110的第一面112上。
要說明的是，雖然在本實施例中，三個陣列天線組120的這些貼片天線121都是以相同角度貼到基板組件105上，但在其他實施例中，其中一個陣列天線組120的貼片天線121在基板組件105的角度也可以不同於另一個陣列天線組120的貼片天線121在基板組件105的角度。
如圖1所示，三陣列天線組120的相鄰的其中兩者之間具有一第一夾角θ1，相鄰的另外兩者之間具有一第二夾角θ2，第一夾角θ1與第二夾角θ2的範圍介於90度至150度之間。在本實施例中，第一夾角θ1相同於第二夾角θ2，而可提供對稱的輻射場型，第一夾角θ1與第二夾角θ2的範圍例如是120度。當然，在其他實施例中，也可以視特殊的輻射場型需求，來使第一夾角θ1不同於第二夾角θ2。
圖2A至圖2G是將不同相位差的電流饋入圖1的天線模組時的二維波束輻射場型示意圖。在本實施例中，天線模組100總共有六個饋入端122，圖2A至圖2G是使用CST軟體模擬對圖1的天線模組100中由左至右的這六個饋入端122分別輸入不同相位差的電流的二維波束輻射場型結果。
請先參閱圖2A，當對圖1的天線模組100中由左至右的這六個饋入端122分別輸入相位為0、90、0、0、90、0的電流時，主波束會位於0度，且增益為9.5dBi。
請參閱圖2B，當對圖1的天線模組100中由左至右的這六個饋入端122分別輸入相位為0、90、270、90、90、180的電流時，主波束會位於25度，增益為8.2dBi。
請參閱圖2C，當對圖1的天線模組100中由左至右的這六個饋入端122分別輸入相位為180、90、90、270、90、0的電流時，主波束會位於-25度，增益為8.2dBi。
請參閱圖2D，當對圖1的天線模組100中由左至右的這六個饋入端122分別輸入相位為0、90、90、270、90、90的電流時，主波束會位於50度，增益為7.4dBi。
請參閱圖2E，當對圖1的天線模組100中由左至右的這六個饋入端122分別輸入相位為90、90、270、90、90、0的電流時，主波束會位於-50度，增益為7.4dBi。
請參閱圖2F，當對圖1的天線模組100中由左至右的這六個饋入端122分別輸入相位為0、180、270、0、90、90的電流時，主波束會位於60度，增益為6.3dBi。
請參閱圖2G，當對圖1的天線模組100中由左至右的這六個饋入端122分別輸入相位為90、90、0、270、180、0的電流時，主波束會位於-60度，增益為6.3dBi。
由圖2A至圖2G可知，本實施的天線模組100的最大的波束寛的範圍為負60度至正60度，整體範圍可達到120度。因此，本實施的天線模組100應用於5G行動通訊產品時，可使通訊傳輸能量範圍覆蓋面積為傳統設計方式的2倍。
圖3是依照本新型創作的另一實施例的一種天線模組的示意圖。請參閱圖3，在本實施例中，天線模組100a的基板組件105a也可以具有一弧狀結構110a，基板組件105a的位於非同一面的三個部分也可以是弧狀結構110a上的不同部位。
綜上所述，本新型創作的天線模組具有位於不同的平面的三陣列天線組，三接地層分別配置於三陣列天線組旁且隔開於三陣列天線組。上述的設計可使得天線模組的輻射場型能夠具有較大的波束寬，而具有較大的通訊傳輸能量覆蓋範圍。
θ1:第一夾角 θ2:第二夾角 L:長度 100、100a:天線模組 105、105a:基板組件 110:平板結構 110a:弧狀結構 112:第一面 114:第二面 120:陣列天線組 121:貼片天線 122:饋入端 123:邊緣 130:接地層
圖1是依照本新型創作的一實施例的一種天線模組的示意圖。 圖2A至圖2G是將不同相位差的電流饋入圖1的天線模組時的二維波束輻射場型示意圖。 圖3是依照本新型創作的另一實施例的一種天線模組的示意圖。
θ 1:第一夾角
θ 2:第二夾角
L:長度
100:天線模組
105:基板組件
110:平板結構
112:第一面
114:第二面
120:陣列天線組
121:貼片天線
122:饋入端
123:邊緣
130:接地層

Claims (10)

  1. 一種天線模組，包括： 三陣列天線組，分別位於不同的平面，各該陣列天線組包括多個貼片天線；以及 三接地層，分別配置於該三陣列天線組旁且與對應的該三陣列天線組分別具有間隔。
  2. 如請求項1所述的天線模組，更包括: 一基板組件，包括非位於同一面的三個部分，該三個部分分別包括相對的三個第一面及三個第二面，該三陣列天線組分別配置於該三個第一面，該三接地層分別配置於該三個第二面。
  3. 如請求項2所述的天線模組，其中該三個部分為三個平板結構，或者，該三個部分構成一弧狀結構。
  4. 如請求項2所述的天線模組，其中該三陣列天線組對該三個第二面的投影分別位於該三接地層的範圍之內。
  5. 如請求項2所述的天線模組，其中該三接地層分布於整個該三個第二面。
  6. 如請求項1所述的天線模組，其中該天線模組激發出一頻段，各該貼片天線的對角線長度為該頻段的0.5倍波長。
  7. 如請求項1所述的天線模組，其中該三陣列天線組的相鄰的其中兩者之間具有一第一夾角，相鄰的另外兩者之間具有一第二夾角，該第一夾角與該第二夾角的範圍介於90度至150度之間。
  8. 如請求項7所述的天線模組，其中該第一夾角相同於該第二夾角。
  9. 如請求項1所述的天線模組，其中各該貼片天線包括位於中心的一饋入端。
  10. 如請求項1所述的天線模組，其中在各該陣列天線組的兩相鄰該些貼片天線分別具有最靠近於彼此的兩邊緣，該兩邊緣平行於彼此。
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