天線陣列的製作方法

2023-06-07 04:55:41

專利名稱：天線陣列的製作方法
技術領域：
本發明公開一種天線陣列，特別是一種平板雙向輻射天線陣列。
背景技術：
一般的天線可根據其在平面上的分布分類成全向天線與定向天線。在自由空間 內，任何天線可向各個方向以輻射方式發射能量，但是若以特定的結構來實施天線，會使天 線所發射的能量傾向於集中在某個方向上而獲得較大方向性。將多個天線接到同一個信號 源或負載時，便可產生天線陣列；一般將天線接到同一個信號源或負載的方式是以微帶線 等用來傳輸信號的實體導線來進行。在天線陣列中，天線之間設置的相對位置會對於天線 陣列本身傳輸能量的方向或是增益等特性產生明顯的影響，使得天線陣列本身所包括的天 線的設計為舉足輕重的課題。

發明內容
本發明公開一種天線陣列，其中該種天線陣列為一種平板雙向輻射天線陣列。該 輻射天線陣列包括一微帶線組、多個輻射體組、及一底板。該微帶線組包括多個微帶線 (Microstrip)及一主微帶線。該多個微帶線耦接到該主微帶線。該每一輻射體組包括多個 以微帶線串聯的輻射體(Radiator)。該多個輻射體組一一耦接到該多個微帶線。該底板 的一第一表面用來承載該微帶線組及該多個輻射體組。在該多個輻射體組的每一輻射體組 中，該每一輻射體組所包括的該多個輻射體的每一輻射體的長度為該微帶線組所傳輸的一 信號的二分之一波長或該二分之一波長的整數倍。


圖1為根據本發明的一第一實施例，所公開的一天線陣列的正表面示意圖。圖2為圖1所示的天線陣列的反表面示意圖。圖3為根據本發明的一實施例，將圖1所示的二輻射體各自替換為一輻射體組所 產生的一天線陣列的示意圖。圖4為圖3所示的天線陣列的反表面示意圖。圖5為將圖3中所示的微帶線組由二組擴充為多組所形成的天線陣列的示意圖。圖6為圖5所示的天線陣列的反表面示意圖。圖7及圖8為將圖4中所示的微帶線組由二組擴充為多組所形成的天線陣列的示 意圖，其中圖7為該天線陣列的正表面示意圖，而圖8為該天線陣列的反表面示意圖。圖9為圖7所示的天線陣列的個數為奇數且存在有單一輻射體組位於該天線陣列 的正中央的情況。主要元件符號說明100、200、300天線陣列110,210,310底板120、130、220_1、220_2、...、輻射體 220_(N-I)、220_N、230-_1、 230_2、... 、230_(N-I)、230_N、 320_1、320_2、320_3、320_4、...、 320_(m-3)、320_(m-2)、 320_(m-l)、320_m150,250,350微帶線組140,240,340主微帶線1401、1402、2401、2402、340_1、微帶線 340_2、340_3、340_4、...、 340_(m-3)、340_(m-2)、 340_(m-l),340_m160、2601、2602、2603、2604、金屬層 2605、360_1、360_2、360_3、 360 4220,230微帶線組
具體實施例方式請參閱圖1、圖2、及圖3。圖1為根據本發明的一第一實施例，所公開的一天線陣 列100的正表面示意圖。請注意，天線陣列100為一平板雙向輻射天線陣列。圖2為圖1 所示的天線陣列100的反表面示意圖。且圖3為圖1及圖2所示的天線陣列100的側面示 意圖。如圖1所示，天線陣列100包括一底板110、一第一輻射體120、一第二輻射體130、及 一微帶線組150。底板110承載第一輻射體120、第二輻射體130及微帶線組150。第一輻 射體120及第二輻射體130沿著底板110的二側平行排列。微帶線組150包括一主微帶線 140及二微帶線1401、1402，且微帶線1401、1402耦接到主微帶線140。第一輻射體120及 第二輻射體130個別耦接到微帶線1401及1402。主微帶線140接收由外部信號源所提供 的信號，並通過微帶線1401及1402將信號個別傳輸給第一輻射體120及第二輻射體130。 第一輻射體120及第二輻射體130所形成的阻抗與微帶線組150所形成的阻抗相等，而形 成阻抗匹配。在圖1與圖2中，是以圖示剖面線AA』的方式來指明天線陣列100的正表面與反 表面對應關係。如圖2與圖3所示，一金屬層160是以對應於微帶線組150的方式涵蓋在 天線陣列100的反表面上，且金屬層160與第一輻射體120及第二輻射體130在天線陣列 100的反表面上對應的區塊彼此之間成未重疊(Non-overlapping)的狀態；請注意，在圖2 中是將金屬層160在天線陣列100的反表面所涵蓋的區域以斜線區域來表示，以明確表示 與圖1中天線陣列100的位置對應關係，且在圖3中，第二輻射體130、微帶線組150、及金 屬層160各自的厚度相對於天線陣列100本體的厚度為可忽略的。金屬層160的存在可以 阻斷第一輻射體120及第二輻射體130的無線信號朝微帶線組150在天線陣列100的反表 面上所對應的區塊傳輸，並據此提高上述無線信號在傳輸時的方向性。請注意，金屬層160 可以直接附著、電鍍、塗層等方式來依附到底板110的反表面。
假設微帶線組150所發射的無線信號的波長為λ，則如圖1所示，第一輻射體120
與第二輻射體130之間的距離可為且該距離在本發明的其他實施例中可為Ιλ的整數
2 , 2
倍。除此以外，底板110的底部長度為λ或λ的整數倍，。第一輻射體120及第二輻射體 130兩者的長度為或的整數倍。第一輻射體120及第二輻射體130兩者與底板110
的二側的距離各為且第一輻射體120及第二輻射體130兩者與底板110的上側的距離 為^
ο底板110的二側的長度與金屬層160的設置方式有關。參閱圖1及圖2可知，金 屬層160會遮住底板110的反表面一部份，但卻不會遮住輻射體的反表面，以避免妨礙輻射 體發射無線信號的正常方向。以圖1及圖2所示的實施例可知，金屬層160佔去底板110
二側邊的高的長度為或的整數倍；每一輻射體的長度亦為底板110的二側長度為
或的整數倍，再加上每一輻射體與底板110上側的距離為因此底板110的二側長度 2 8 ,
可為丄λ的整數倍加上且底板Ii0的二側長度必大於金屬層160佔去底板110 二側邊 2 8 ,
的高的長度，此因金屬層160在底板110上的塗布不可能超過底板110的範圍。圖1及圖2所示為輻射體只有一對的狀況。在本發明的某些實施例中，輻射體120 及輻射體130可各自被替換為一輻射體組，其中每一輻射體組包括多個以微帶線串聯起來 的輻射體，且二輻射體組之間的輻射體彼此一一對應。除此以外，在本發明的某些實施例 中，所使用的輻射體組數量也未必是上述的二個，而可為二個以上。請參閱圖4、圖5、及圖6，為根據本發明的一實施例，將圖1所示的輻射體120、130 各自替換為一輻射體組所產生的一天線陣列200的示意圖。其中圖4為天線陣列200的 正表面的示意圖，圖5為圖4所示的天線陣列200的反表面示意圖，而圖6為天線陣列200 的側面示意圖。如圖4所示，天線陣列200包括一底板210、一第一輻射體組220、一第二輻 射體組230、及一微帶線組250。底板210承載第一輻射體組220、第二輻射體組230、及微 帶線組250。第一輻射體組220及第二輻射體組230沿著底板210的二側平行排列。微帶 線組250包括一主微帶線240及二微帶線2401、2402。微帶線2401、2402耦接到主微帶線 240，並各自耦接到微帶線2401及2402。第一輻射體組220及第二輻射體組230個別耦接 到微帶線2401及2402。第一輻射體組220包括多個以微帶線串聯的第一輻射體220_1、
220_2.....220_(N-I)、2204_Ν，且第二輻射體組230包括多個以微帶線串聯的第二輻射體
2301_1、2302_2、. · ·、2303_(Ν_1)、2304_Ν。第一輻射體 2201 與第二輻射體 2301 對應，第一 輻射體2202與第二輻射體2302對應，...,第一輻射體2203與第二輻射體2303對應，且第 一輻射體2204與第二輻射體2204對應；換句話說，第一輻射體組220與第二輻射體組230 各自所包括的多個輻射體一一對應而二二成對。除此以外，二個相互對應的輻射體之間的
距離為或的整數倍。
在圖4、圖 5、及圖 6 中，圖示有剖面線 AlAr、BlBl，、B2B2，、ClCr、C2C2，、DlDl，、 D2D2，、E1E1，、E2E2，、F1F1，來表示圖4、圖5、圖6中底板210正表面與反表面的對應關係。觀察圖5及圖6可知，底板210的反表面上布置有多個金屬層沈01、2602、沈03.....2604、沈05，其中金屬層沈01對應於微帶線組250涵蓋在底板210的正表面的部分。請注意，圖4 所示的第一輻射體組220所包括的多個串聯的第一輻射體中，二個串聯的第一輻射體之間 是以一微帶線相耦接；同樣的，第二輻射體組230所包括的多個串聯的第二輻射體中，二個 串聯的第二輻射體之間亦以一微帶線相耦接；除此以外，由於第一輻射體組220及第二輻 射體組230各自所包括的多個輻射體一一對應，因此用來各自串聯第一輻射體組220所包 括的多個第一輻射體及第二輻射體組230所包括的多個第二輻射體的微帶線亦一一對應，且二相對應的微帶線在底板210的反表面上所對應的面積被多個金屬層沈02、2603.....沈04、2605其中之一所覆蓋。換句話說，除了金屬層沈01以外的其他金屬層，用來覆蓋用來 串接二輻射體組的微帶線，以進一步加強二輻射體組發射信號時的方向性。然而，在本發明的某些實施例中，即使未在底板210的背麵包覆金屬層沈02.....沈05，天線陣列200所發射信號的方向性亦不會受到太大的影響。請注意，第一輻射體組220及第二輻射體組230 所形成的阻抗與微帶線組250所形成的阻抗相等，而形成阻抗匹配。請參閱圖7及圖8，其為將圖4中所示的微帶線組由二組擴充為多組所形成的天 線陣列300的示意圖，其中圖7為天線陣列300的正表面示意圖，而圖8為天線陣列300的 反表面示意圖。如圖7所示，天線陣列300包括一底板310、多個輻射體組320-_1、320_2、 320_3、320_4、. . .、320_(m_3)、320_(m_2)、320_(m_l)、320_m、及一微帶線組 350。底板 310承載多個輻射體組及微帶線組350。多個輻射體組320-_1、320_2.....320_(m_l)、320_m系沿著底板310的二側平行排列。微帶線組350包括一主微帶線340及多個微帶線340_1、 340_2、340_3、340_4、. . .、340_(m_3)、340_(m_2)、340_(m_l)、340_m，且該多個微帶線各自耦接到多個輻射體組320-_1、320_2.....320_(m-l)、320_m及主微帶線340。多個輻射體組320-_1、320_2、. . .、320_(m-l)、320_m的每一輻射體組與圖2所示的輻射體組220或230相同，或可為長度或的整數倍的均勻寬度金屬條，故不再在圖7中詳細圖示。請注意，除 4了圖7多個輻射體組320-_1、320_2、. . .、320_(m_l)、320_m可為二二成對或二二成對且中間加上單一輻射體組；假設在圖7中，m為偶數，則多個輻射體組320-_1、320_2.....320_(m-1)、320_m即為二二成對的狀況；而當m為奇數時，多個輻射體組320__1、320_2.....320_(m-l)、320_m中除了位於中數的一輻射體組在中間以外，位於輻射體組320_ Ξ^1 二側的其餘多個輻射體組為二二成對，圖9即圖示上述m的值為奇數而使得(m + 1)輻射體組320 (m + 1)位幹天線陣列300的正中央的情況，且輻射體組與相鄰 2的二輻射體組320_·^^及輻射體組320_·^》(限於篇幅而未示出)之間的距離為的二倍以上的整數倍。上述二二成對的情況以m為偶數時舉例來說，輻射體組320-_1、 320_2為一對，輻射體組320_3、320_4為一對，輻射體組320_(M_;3)、320 (M-2)為一對，輻射體組320_(m-l)、320_m為一對；而在m的值為奇數時，除了上述m為偶數時的輻射體組對組 合外，位於中央的輻射體組320_·^^為唯一不成對的輻射體組；除此以外，成對的一對輻射體組之間的距離為的二倍以上的整數倍，例如圖7與圖9中所示輻射體組320_1及320_2之間的距離為的狀況，其中N為值大於或等於2的正整數。在圖7、圖 8、圖 9 中圖示有剖面線 Η1Η1』、Η2Η2』、Η3Η3』、Η4Η4』、. · ·、H(Y-I) H(Y-I) 』、ΗΥΗΥ』來表示底板310的正表面與反表面的對應關係。觀察圖8可知，底板310的 反表面上布置有多個金屬層360_1、360_2、360_3、. . .、360_Χ，其中金屬層360_1對應於微帶線組350涵蓋在底板310的正表面的部分。與圖5所示相同，金屬層360_2、360_3.....360_Χ各自覆蓋對應於多個輻射體組320-_1、320_2、. . .、320_(M_l)、320_Μ中負責串聯各 輻射體用的微帶線面積(未圖示在圖8中)。請注意，與之前所述相同，即使未使用金屬層360_2、360_3.....360_Χ來覆蓋串聯的微帶線所對應的面積，天線陣列300在輸出信號的方向性上亦不會受到明顯的影響。再者，多個輻射體組320-_1、320_2.....320_(M-I)、320_M所形成的阻抗與微帶線組350所形成的阻抗相等，而形成阻抗匹配。請注意，天線陣列200及300所包括的各元件的規格，均與圖1所示的規格類似或 相同，故不再另行贅述。本發明系公開多種增加發射信號的方向性的天線陣列。在本發明所公開的天線陣 列中，是以金屬層覆蓋微帶線在底板背側對應的面積來增強輻射體組在發射信號時的方向 性，並對底板及其承載的各元件以經過設計的規格來製造，以增加本發明所公開的天線陣 列的信號發射功能。以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明所做的均等變化與修飾，均應屬 本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種天線陣列，包括一微帶線組，包括多個微帶線及一主微帶線，且該多個微帶線耦接到該主微帶線； 多個輻射體組，每一輻射體組包括多個以微帶線串聯的輻射體，且該多個輻射體組 一一耦接到該多個微帶線；及一底板，其一第一表面用來承載該微帶線組及該多個輻射體組； 其中在該多個輻射體組的每一輻射體組中，該每一輻射體組所包括的該多個輻射體的 每一輻射體的長度為該微帶線組所傳輸的一信號的二分之一波長或該二分之一波長的整 數倍。
2.根據權利要求1所述的平板雙向輻射天線陣列，另包括一第一金屬層，設置在該底板的一第二表面上，且該第一金屬層的二側的長度為該信 號的二分之一波長或該二分之一波長的整數倍；其中該第二表面相對於該第一表面，且該第一金屬層對應於該微帶線組涵蓋在該第二 表面上；其中該第一金屬層與該多個輻射體組在該第二表面上所對應的區塊成未重疊的狀態。
3.根據權利要求2所述的平板雙向輻射天線陣列，另包括 多個第二金屬層，設置在該第二表面上；其中該多個第二金屬層一一對應於該多個輻射體組的每一輻射體組上用來串聯該多 個輻射體的微帶線而涵蓋在該第二表面上；其中該第二金屬層與該多個輻射體組在該第二表面上所對應的區塊成未重疊的狀態。
4.根據權利要求1所述的平板雙向輻射天線陣列，其中該底板的一下緣的長度為該信號的波長或該波長的整數倍。
5.根據權利要求4所述的平板雙向輻射天線陣列， 其中該多個輻射體組沿著該底板的二側平行排列；其中在該多個輻射體組中心距離該底板的二側最近的二個輻射體組與該底板的二側 的距離為該信號的波長的八分之三；其中該多個輻射體組的每一輻射體組中最接近該底板的一上緣的一個輻射體與該底 板的該上緣的距離為該信號的波長的八分之一。
6.根據權利要求1所述的平板雙向輻射天線陣列，其中該多個輻射體組包括一第一輻射體組及多個二二成對的第二輻射體組，二個成對 的第二輻射體組各自包括的多個輻射體一一對應，該第一輻射體組設置在該多個第二輻射 體組的中央，該二個成對的第二輻射體組中二個相互對應的輻射體中心之間的距離為該信 號的二分之一波長的二倍以上的整數倍，且該第一輻射體組與最靠近的二第二輻射體組之 間的距離為該信號的二分之一波長的二倍以上的整數倍。
7.根據權利要求1所述的平板雙向輻射天線陣列，其中該多個輻射體組二二成對，二個成對的輻射體組各自包括的多個輻射體一一對 應，該二個成對的輻射體組中二個相互對應的輻射體之間的距離為該信號的二分之一波長 的二倍以上的整數倍。
8.根據權利要求1所述的平板雙向輻射天線陣列，其中該多個輻射體組所形成的阻抗與該微帶線組所形成的阻抗相等，而形成阻抗匹配。
全文摘要
在天線陣列中，以金屬層覆蓋微帶線在底板反表面對應的面積來增強輻射體組在發射信號時的方向性，並對底板及其承載的各元件以經過設計的規格來製造，以增加天線陣列的信號發射功能。
文檔編號H01Q13/08GK102055078SQ200910209389
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月6日 優先權日2009年11月6日
發明者毛紹綱, 鄧維康 申請人:立積電子股份有限公司