TWI740645B - 高增益天線陣列及高增益天線陣列配置 - Google Patents

Abstract

一種高增益天線陣列，包括基板、第一天線、第一臂、第二天線、第二臂以及金屬板。第一天線與第二天線設於基板的上表面，接地面設於基板的下表面。第一臂連接第一二極體與第一延伸段，第一臂通過第一二極體連接接地面，第一延伸段通過第一電容連接接地面，第一臂與接地面的右側邊呈一直線。第一天線位於第一臂與第二天線之間。第二臂連接第二二極體與第二延伸段，第二臂通過第二二極體連接接地面，第二延伸段通過第二電容連接接地面，第二臂與接地面的左側邊呈一直線，第二天線位於第二臂與第一天線之間。金屬板與接地面為共地，金屬板的面積大於接地面的面積，金屬板與基板平行且保持一間距。依據第一二極體與第二二極體的導通狀態，達成三種輻射場型狀態的切換。

Description

高增益天線陣列及高增益天線陣列配置

本發明有關於一種天線陣列，且特別是一種高增益天線陣列及高增益天線陣列配置。

單一天線的輻射場型依據天線基本工作原理而有所差異，各種輻射場型有不同的應用，若要實現多種輻射場型與高增益的效果，通常使用兩個以上的天線並將其組成陣列，也就是天線陣列。

一般而言，雖然可用天線陣列控制特定輻射場型，但天線陣列的需要使用複雜的控制電路(包括開關、相位控制及饋入網路等)。傳統的天線陣列設計所使用的多個開關、饋入網路，除了要考慮信號相位的問題，也要考慮傳輸損耗的問題。尤其，在現行電子裝置對於天線要求輕薄短小的情況下，若要同時提供高增益與多種輻射場型切換操作，傳統上需要為了多個天線單而引入複雜的信號饋入網路(包括相位切換)，造成天線陣列產品的製造成本難以降低。

為了解決前述的先前技術問題，本發明實施例提供一種高增益天線陣列，包括基板、第一天線、第一臂、第二天線、 第二臂以及金屬板。基板具有上表面與下表面，下表面設有接地面，接地面具有四個側邊，所述四個側邊分別為前側邊、後側邊、右側邊與左側邊，其中前側邊與後側邊彼此平行，右側邊與左側邊彼此平行。第一天線設於上表面。第一臂連接第一二極體與第一延伸段，第一臂通過第一二極體連接接地面，且第一延伸段通過第一電容連接接地面，其中第一臂與接地面的右側邊呈一直線。第二天線設於上表面，其中第一天線位於第一臂與第二天線之間。第二臂連接第二二極體與第二延伸段，第二臂通過第二二極體連接接地面，且第二延伸段通過第二電容連接接地面，其中第二臂與接地面的左側邊呈一直線，其中第二天線位於第二臂與第一天線之間。金屬板與接地面為共地，金屬板的面積大於接地面的面積，金屬板與基板平行且保持一間距。其中，依據第一二極體與第二二極體的導通狀態，高增益天線陣列具有三種輻射場型狀態的切換。

本發明實施例也提供一種高增益天線陣列配置，包括兩個如前述之高增益天線陣列，分別為第一高增益天線陣列與第二高增益天線陣列，其中第一高增益天線陣列與第二高增益天線陣列彼此水平相鄰且彼此擺置相差角度大於或等於90度夾角。

綜上所述，本發明實施例提供一種高增益天線陣列與高增益天線陣列配置，不需要對饋入信號做相位控制，而能實現可切換的三種高增益輻射場型，利用金屬板與接地面共同構成的反射效果以提高天線增益，並使用二極體的切換達到三種輻射場型變換。不但線路配置簡易，也能夠容易實現利用複數個此高增益天線陣列構成配置的單極化或雙極化天線陣列組，不論是單 一極化或雙極化應用皆具有高度穩定性的高增益，且具有場型切換控制容易的技術效果，具有性能穩定且線路簡易的高度產業應用價值。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1:基板

2:第一天線

3:第一臂

4:第二天線

5:第二臂

6:金屬板

11:上表面

12:下表面

121:接地面

121a:前側邊

121b:後側邊

121c:右側邊

121d:左側邊

31:第一二極體

32:第一延伸段

33:第一電容

51:第二二極體

52:第二延伸段

53:第二電容

X:軸

Y:軸

Z:軸

7:饋入線

F:饋入點

811:第一高增益天線陣列

812:第二高增益天線陣列

810:第一天線組

820:第二天線組

821:第三高增益天線陣列

822:第四高增益天線陣列

圖1是本發明實施例提供的高增益天線陣列的立體示意圖。

圖2是本發明實施例提供的高增益天線陣列的三種輻射場型的示意圖。

圖3是本發明實施例提供的高增益天線陣列配置的立體示意圖。

圖4是本發明另一實施例提供的高增益天線陣列配置的立體示意圖。

圖5是本發明另一實施例提供的高增益天線陣列配置的立體示意圖。

請參照圖1，圖1是本發明實施例提供的高增益天線陣列的立體示意圖。高增益天線陣列包括基板1、第一天線2、第一臂3、第二天線4、第二臂5以及金屬板6。基板1具有上表面11與下表面12，下表面12設有接地面121，接地面121具有四個側邊， 所述四個側邊分別為前側邊121a、後側邊121b、右側邊121c與左側邊121d，其中前側邊121a與後側邊121b彼此平行，右側邊121c與左側邊121d彼此平行，因此接地面121例如為矩形或平行四邊形。第一天線2設於上表面11。第一臂3連接第一二極體31與第一延伸段32，第一臂3通過第一二極體31連接接地面121，且第一延伸段32通過第一電容33連接接地面121，其中第一臂3與接地面121的右側邊121c呈一直線。第二天線4設於上表面11，其中第一天線2位於第一臂3與第二天線4之間。第二臂5連接第二二極體51與第二延伸段52，第二臂5通過第二二極體51連接接地面121，且第二延伸段52通過第二電容53連接接地面121，其中第二臂5與接地面121的左側邊121d呈一直線，其中第二天線4位於第二臂5與第一天線2之間。金屬板6與接地面121為共地(共同接地)，金屬板6的面積大於接地面121的面積，金屬板6與基板1平行且保持一間距。其中，依據第一二極體31與第二二極體51的導通狀態，高增益天線陣列具有三種輻射場型狀態的切換。前述第一二極體與31第二二極體51的直流導通切換電路在此省略，所述直流導通切換電路須提供大於或等於所述二極體的導通電壓，並配合電壓切換的功能。另外，較佳的，依據圖1實施例，第一延伸段32位於第一臂3與第一天線2之間，第二延伸段52位於第二臂5與第二天線4之間。再者，金屬板6與基板1的間距固定方式例如是使用低介電常數保麗龍材質或塑膠材質做填充支架，但並不因此限定。

請繼續參照圖1，在天線的饋入部分，饋入線路7連接第一天線2與第二天線4，用以由饋入點F提供無相位差的信號饋入給第一天線2與第二天線4，並且可見饋入線路7是微帶線的設 計。較佳的，第一天線2且垂直於前側邊121a，第二天線4垂直於前側邊121a，第一天線2與第二天線4彼此並排，在此的第一天線2與第二天線4為單極天線，但不限於此。較佳的，第一臂3、第一二極體31、第一延伸段32、第一電容33、第二臂5、第二二極體51、第二延伸段52與第二電容53皆設於基板1的下表面12，前述元件設於下表面12的方便處是前述元件與接地面121可以直接在下表面12連接而不需要利用貫孔(貫穿基板1)。並且，第一二極體31、第一電容33、第二二極體51與第二電容53是設置於下表面12的表面黏著元件。

請參照圖2，圖2是本發明實施例提供的高增益天線陣列的三種輻射場型的示意圖，其中所使用的第一天線2與第二天線4的工作頻率是2.6GHz，但不以此為限。在三種輻射場型方面，區分為模式零、模式一、與模式二。基板1朝上的方向為正Z軸向(+Z)，金屬板6與接地面121用以使高增益天線陣列的輻射場型朝向正Z軸向偏移，用以提高天線增益。模式零：第一二極體31與第二二極體51都不導通，天線增益最大的方向朝向是正Z軸向。模式一：第一二極體31導通，且第二二極體51不導通。第一二極體31導通時，第一臂3構成四分之一波長反射體，天線增益最大的方向則修正為朝向正X軸向(+X)做偏移。換句話說，在第一二極體31導通且第二二極體51不導通時，輻射場型進一步朝向左側邊121d偏移。模式二：第一二極體31不導通，且第二二極體51導通。第二二極體51導通時，第二臂5構成四分之一波長反射體，天線增益最大的方向則修正為朝向負X軸向(-X)做偏移。換句話說，第一二極體31不導通且第二二極體51導通時，輻射場型進一步朝向右側 邊121c偏移。

請參考圖3與圖4，本發明實施例也提供一種高增益天線陣列配置，包括兩個如前述之高增益天線陣列，分別為第一高增益天線陣列811與第二高增益天線陣列812，其中第一高增益天線陣列811與第二高增益天線陣列812彼此水平相鄰且彼此擺置相差角度大於或等於90度夾角。在圖3實施例中，第一高增益天線陣列811與第二高增益天線陣列812彼此水平相鄰且彼此擺置相差角度為於180度夾角，以構成單極化配置。也就是，第一高增益天線陣列811與第二高增益天線陣列812彼此水平地背對背配置，以構成單極化配置，此配置相較於單一個高增益天線而言具有可進一步調整輻射場型的優點，例如調整第一高增益天線陣列811與第二高增益天線陣列812兩者間的距離可以改變最大增益與主波束的波束形狀。在圖4實施例中，第一高增益天線陣列811與第二高增益天線陣列812彼此擺置相差角度等於90度夾角，以構成雙極化配置，實現雙極化且輻射場型可調整的配置方案。

請參照圖5，第一高增益天線陣列811與第二高增益天線陣列812可構成第一天線組810，圖5的高增益天線陣列配置更包括第二天線組820，第二天線組820與第一天線組810相同，第一天線組810與第二天線組820彼此為同向且水平地相鄰配置。第二天線組820包括兩個如前面實施例所述之高增益天線陣列，分別為第三高增益天線陣列821與第四高增益天線陣列822，第三高增益天線陣列821與第一高增益天線陣列811相鄰，第四高增益天線陣列822與第二高增益天線陣列812相鄰，藉此實現四天線的配置方案。

綜上所述，本發明實施例所提供的種高增益天線陣列與高增益天線陣列配置，不需要對饋入信號做相位控制，而能實現可切換的三種高增益輻射場型，利用金屬板與接地面共同構成的反射效果以提高天線增益，並使用二極體的切換達到三種輻射場型變換。不但線路配置簡易，也能夠容易實現利用複數個此高增益天線陣列構成配置的單極化或雙極化天線陣列組，不論是單一極化或雙極化應用皆具有高度穩定性的高增益，且具有場型切換控制容易的技術效果，具有性能穩定且線路簡易的高度產業應用價值。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

1:基板

2:第一天線

3:第一臂

4:第二天線

5:第二臂

6:金屬板

11:上表面

12:下表面

121:接地面

121a:前側邊

121b:後側邊

121c:右側邊

121d:左側邊

31:第一二極體

32:第一延伸段

33:第一電容

51:第二二極體

52:第二延伸段

53:第二電容

X:軸

Y:軸

Z:軸

7:饋入線

F:饋入點

Claims (9)

1. 一種高增益天線陣列配置，包括兩個相同的高增益天線陣列，分別為一第一高增益天線陣列與一第二高增益天線陣列，其中該第一高增益天線陣列與該第二高增益天線陣列彼此水平相鄰且彼此擺置相差角度大於或等於90度夾角；其中，該第一高增益天線陣列，包括：一基板，具有一上表面與一下表面，該下表面設有一接地面，該接地面具有四個側邊，所述四個側邊分別為一前側邊、一後側邊、一右側邊與一左側邊，其中該前側邊與該後側邊彼此平行，該右側邊與該左側邊彼此平行；一第一天線，設於該上表面；一第一臂，連接一第一二極體與一第一延伸段，該第一臂通過該第一二極體連接該接地面，且該第一延伸段通過一第一電容連接該接地面，其中該第一臂與該接地面的該右側邊呈一直線；一第二天線，設於該上表面，其中該第一天線位於該第一臂與該第二天線之間；一第二臂，連接一第二二極體與一第二延伸段，該第二臂通過該第二二極體連接該接地面，且該第二延伸段通過一第二電容連接該接地面，其中該第二臂與該接地面的一左側邊呈一直線，其中該第二天線位於該第二臂與該第一天線之間；以及一金屬板，該金屬板位於該基板的下方且與該接地面為共地，該金屬板的面積大於該接地面的面積，該金屬板與該基板平行且保持一間距；其中，依據該第一二極體與該第二二極體的導通狀態，該高 增益天線陣列具有三種輻射場型狀態的切換。
2. 根據請求項第1項所述之高增益天線陣列配置，其中該第一高增益天線陣列更包括一饋入線路，該饋入線路連接該第一天線與該第二天線，用以提供無相位差的信號饋入給該第一天線與該第二天線。
3. 根據請求項第1項所述之高增益天線陣列配置，其中該第一二極體導通時，該第一臂構成四分之一波長反射體；該第二二極體導通時，該第二臂構成四分之一波長反射體。
4. 根據請求項第3項所述之高增益天線陣列配置，其中該基板朝上的方向為正Z軸向，該金屬板與該接地面用以使該第一高增益天線陣列的輻射場型朝向該正Z軸向偏移，用以提高天線增益；其中，在該第一二極體導通且該第二二極體不導通時，輻射場型進一步朝向該左側邊偏移；其中，在該第一二極體不導通且該第二二極體導通時，輻射場型進一步朝向該右側邊偏移。
5. 根據請求項第1項所述之高增益天線陣列配置，其中該第一延伸段位於該第一臂與該第一天線之間，該第二延伸段位於該第二臂與該第二天線之間。
6. 根據請求項第1項所述之高增益天線陣列配置，其中該第一高增益天線陣列與該第二高增益天線陣列彼此擺置相差角度等於90度夾角，以構成雙極化配置。
7. 根據請求項第1項所述之高增益天線陣列配置，其中該第一高增益天線陣列與該第二高增益天線陣列彼此擺置相差角度等於180度夾角，且彼此水平地背對背配置，以構成單極化配置。
8. 根據請求項第7項所述之高增益天線陣列配置，其中該第一高 增益天線陣列與該第二高增益天線陣列構成第一天線組，該高增益天線陣列配置更包括一第二天線組，該第二天線組與該第一天線組相同，該第一天線組與該第二天線組彼此為同向且水平地相鄰配置。
9. 根據請求項第8項所述之高增益天線陣列配置，其中該第二天線組包括兩個如請求項第1項所述之高增益天線陣列，分別為一第三高增益天線陣列與一第四高增益天線陣列，該第三高增益天線陣列與該第一高增益天線陣列相鄰，該第四高增益天線陣列與該第二高增益天線陣列相鄰。

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