TWM639777U

TWM639777U - 分離式天線

Info

Publication number: TWM639777U
Application number: TW111212876U
Authority: TW
Inventors: 蘇逸龍; 楊成發; 林文雄; 王歆崴
Original assignee: 佐臻股份有限公司
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2023-04-11

Abstract

一種分離式天線，其包含：一金屬塊，設有一第一表面及一第二表面；以及至少一天線，設於該金屬塊，每一個該天線設有一第一開口及一第二開口，該第一開口形成於該金屬塊的第一表面，該第二開口形成於該金屬塊的第二表面，該第一開口與該第二開口相連通形成一中空腔體，且該第一開口的截面積大於該第二開口的截面積。藉此，本案的分離式天線相較於以往將天線設於PCB板上的設計，是將天線設於該金屬塊，且該金屬塊為鋁塊，只有積體電路及走線設於PCB板上，本案的優勢為：天線模組化、走線佈局限制少、走線長度更短、傳輸損耗更少、鋁塊具有散熱與保護的作用。

Description

分離式天線

一種分離式天線，尤指一種號角天線。

如中華人民共和國專利字號第CN110311208B號所揭示的一種「在PCB集成喇叭天線的無線通訊設備、生產方法和用途」，請參閱第CN110311208B號案的圖1，該無線通訊設備包括：印刷電路板(PCB)，該印刷電路板包括介電基板和由介電基板隔開的導電軌道；至少一根喇叭天線。喇叭天線是通過由PCB基板支撐並附接到PCB基板的凸緣的表面安裝部件(SMC)，並且，喇叭天線佈置成在PCB基板的每一側上具有波導和輻射孔，且喇叭天線的每個肋條與PCB的軌道直接接觸或靠近。

然而，習知技術是將天線設於PCB板上，因此在走線布局(Layout)時，除了需要考慮到走線不能與天線所占據的區域重疊，亦需要將每段走線的物理長度設為一致以滿足訊號同相位，所以往往需要在有限空間內設置走線，且勢必會為了滿足訊號同相位而需要額外長度的走線，如此將產生過多額外的傳輸損耗。

是故，要如何解決上述缺失，即為本創作人所欲解決困難點之所在。

有鑑於習用所述，因此本創作在於解決及改善習用所存在之問題與缺失為目的。

為達以上目的，本創作提供一種分離式天線，其包含：一金屬塊，設有一第一表面及一第二表面；以及至少一天線，設於該金屬塊，每一個該天線設有一第一開口及一第二開口，該第一開口形成於該金屬塊的第一表面，該第二開口形成於該金屬塊的第二表面，該第一開口與該第二開口相連通形成一中空腔體，且該第一開口的截面積大於該第二開口的截面積。

其中，該第一開口的形狀選自正方形、長方形及圓形之其中一者。

其中，該第一開口的中心點與該第二開口的中心點在同一垂直線上。

其中，每一個該天線之間具有一間距。

其中，該金屬塊為鋁塊。

藉此，本案的分離式天線相較於以往將天線設於PCB板上的設計，是將天線設於該金屬塊，且該金屬塊為鋁塊，只有積體電路及走線設於PCB板上，本案的優勢為：天線模組化、走線佈局限制少、走線長度更短、傳輸損耗更少、鋁塊具有散熱與保護的作用。

1:金屬塊

11:第一表面

12:第二表面

2:天線

21:第一開口

22:第二開口

23:中空腔體

10:Tx天線

20:Rx天線

A1:中心點

A2:中心點

d:間距

2d:兩倍間距

X:磁場方向

Y:電場方向

Z:傳播方向

〔圖1〕為本創作分離式天線的示意圖。

〔圖2〕為本創作中天線的第一開口為圓形之示意圖。

〔圖3〕為本創作中第一開口的中心點與第二開口的中心點在同一垂直線上之示意圖。

〔圖4〕為本創作中磁場平面扇形號角天線的示意圖。

〔圖5〕為本創作中電場平面扇形號角天線的示意圖。

〔圖6〕為本創作中金字塔形號角天線的示意圖。

〔圖7〕為本創作中天線設於金屬塊的示意圖。

為使貴審查員方便簡捷瞭解本創作之其他特徵內容與優點及其所達成之功效能夠更為顯現，茲將本創作配合附圖，詳細說明如下：

請參閱圖1及圖2所示，本創作提供一種分離式天線，其包含：一金屬塊1及至少一天線2。

該金屬塊1設有一第一表面11及一第二表面12。該金屬塊1可為鋁塊。該第一表面11與該第二表面12相互平行。

該至少一天線2設於該金屬塊1，每一個該天線2設有一第一開口21及一第二開口22，該第一開口21形成於該金屬塊1的第一表面11，該第二開口22形成於該金屬塊1的第二表面12，該第一開口21與該第二開口22相連通形成一中空腔體23，且該第一開口21的截面積大於該第二開口22的截面積。該至少一天線2為號角天線(horn antenna)，號角天線也稱為喇叭天線，是從該第二開口22朝向該第一開口21延伸且逐漸擴大呈號角狀(即喇叭狀)。該第一開口21的形狀選自正方形、長方形(繪示於圖1)及圓形(繪示於圖2)之其中一者。該第一開口21的中心點A1與該第二開口22的中心點A2在同一垂直線上(繪示於圖3)。

總體來說，天線是一種用來發射或接收無線電波的設備，無線電波是一種電磁波，電磁波由同相振盪(in-phase oscillator)且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，電磁波其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面，也就是說電磁波是橫波，電磁波在傳播時，電場方向與磁場方向彼此相互垂直，又都垂直於傳播方向。

號角天線依形狀可分為三種基本類型，分別是磁場平面扇形號角天線(H-plane Sectoral Horn)、電場平面扇形號角天線(E-plane Sectoral Horn)、金字塔形號角天線(Pyramidal Horn)。在圖4、圖5及圖6中定義出傳播方向Z，電場方向Y，磁場方向X，請參閱圖4所示，磁場平面扇形號角天線是指在電場方向Y保持不變，在磁場方向X逐漸拓展變寬。電場平面扇形號角天線是指在磁場方向X保持不變，在電場方向Y逐漸拓展變寬。金字塔形號角天線是指在電場方向Y與磁場方向X皆逐漸拓展變寬，導致該第一開口21變大。

請繼續參閱圖1所示，該至少一天線2需由一PCB板(圖中未示)作為饋入，並在該至少一天線2的第二開口22處設有一波導管(圖中未示)，通過該波導管與該PCB板連接。該PCB板上設有積體電路(Integrated Circuit，IC)。波導管是一種用於傳導高頻電磁波的元件，和同軸電纜相似，只是其傳輸的電磁波頻率更高。波導管有很多形式，最常見的是一個空心金屬管。該至少一天線2(鋁塊製的號角天線)與IC端的PCB板(圖中未示)是分開的，透過螺絲相互鎖緊即可固定，因此具有模組化的能力，可搭配不同的PCB板形成不同模組之組合。

請參閱圖7所示，該至少一天線2的數量可為七個，形成三發射與四接收(3T4R)的結構，3T是指三個Tx天線10，Tx天線10是用來發射電磁波，4R是指四個Rx天線20，Rx天線20是用來接收電磁波。三發射與四接收(3T4R)的結構相較於二發射與四接收(2T4R)的結構，可增加等效天線數量，有助於增加角度解析度，亦能提供偵測物體在空間中的三維座標的功能。

一般來說，為了提高角度解析度，其中一個方法是增加所使用的天線數量，亦即增加Rx天線20的數量。然而過多的天線會增加整體體積與製造成本。因此採用多輸入多輸出雷達(MIMO Radar)的原理便可解決此問題，其可透過少量的天線，配合不同的間距擺放，達到相當於多支天線的效果，不僅省下體積與成本，亦能增加角度解析度。

在本案中，每一個該天線2之間具有一間距d。當四支Rx天線20以間距d擺放，而三支Tx天線10則以兩倍間距2d擺放，其效果相當於1T12R，其中將一支Tx天線10往上移動間距d，能產生二維的MIMO陣列，便能偵測3D空間之物體。透過以上方式便能使用較少的天線來有效增加角度解析度。其中d為半波長，若以60GHz計算，則d=2.5mm。

綜上所述，以往雷達用的天線皆是設計在PCB板上，例如貼片天線(Patch antenna)，其為了滿足訊號從每支天線到達IC端的相位為同相位，避免後端的數位訊號處理(DSP)產生誤判，因此在走線佈局(Layout)時，除了需要考慮走線不能與天線所占據的區域重疊，亦需要將每段走線的物理長度設為一致以滿足訊號同相位，所以往往需要在有限空間內設置走線，且勢必會為了滿足訊號同相位而需要額外長度的走線，如此將產生過多額外的傳輸損耗。然而，請參閱圖1，本案的該至少一天線2是設於該金屬塊1，該天線2在該PCB板上並無佔據任何空間，因此該PCB板在走線布局時能有更大空間、更少的限制，既能縮短走線的物理長度以減少傳輸損耗，亦能滿足訊號同相位之需求。

此外，由於該至少一天線2是設於該金屬塊1，除了具有輻射電磁波的用途，亦能將IC端的熱能透過鋁塊良好的散熱性，將熱能散布到外界，更能作為該PCB板的外殼，以保護該PCB板上的IC。因此，本案的分離式天線相較於以往將天線設於PCB板上的設計，具有的優勢為：天線模組化、走線佈局限制少、走線長度更短、傳輸損耗更少、鋁塊具有散熱與保護的作用。

以上所論述者，僅為本創作較佳實施例而已，並非用以限定本創作之專利範圍；故在不脫離本創作之精神與範圍內所作之等效形狀、構造或組合之變換，皆應涵蓋於本創作之專利範圍內。