TWI878108B

TWI878108B - 天線架構

Info

Publication number: TWI878108B
Application number: TW113116128A
Authority: TW
Inventors: 黃金鼎; 林佑宣; 洪壐剴; 許治慧; 王俊凱
Original assignee: 和碩聯合科技股份有限公司
Priority date: 2024-04-30
Filing date: 2024-04-30
Publication date: 2025-03-21
Also published as: US20250337170A1

Abstract

一種天線架構包括基板、接地面以及天線模組。基板包括第一、第二面。天線模組設置於第二面且包括饋入端、導線、n個輻射體以及n個耦合件。導線沿第一軸向延伸，且包括第一、第二端及第一、第二區段。第一區段的寬度小於第二區段的寬度。n個輻射體沿著第一軸向交錯地連接於導線的兩側。n個輻射體在沿著第一軸向上的寬度自第一端至第二端先增加再減少。n個耦合件隔開於導線及n個輻射體，序數為奇數的多個耦合件設置於導線的兩側的其中一側，序數為偶數的多個耦合件設置於導線的兩側的另一側。

Description

天線架構

本發明是有關於一種天線架構，且特別是有關於一種最大與最小的輻射場型能量具有較小差異的天線架構。

習知的泰勒雷達天線應用於車用短距離雷達(Short Range Radar, SRR)時，其最大與最小的輻射場型能量之間具有較大的差異。當最大與最小的輻射場型能量之間具有較大的差異時，會造成雷達偵測物體較容易失真。因此，當泰勒雷達天線應用於車用短距離雷達時，要如何避免雷達偵測物體失真，是本領域致力探討的議題。

本發明提供一種天線架構，其最大與最小的輻射場型能量具有較小的差異。

本發明的天線架構，包括一基板、一接地面以及一天線模組。基板包括相對的一第一面及一第二面。接地面設置於第一面，天線模組設置於第二面，且包括一饋入端、一導線、n個輻射體以及n個耦合件。導線沿一第一軸向延伸，且包括相對的一第一端與一第二端、位於第一端與第二端之間的一第一區段與一第二區段，第一端連接於饋入端，第一區段的寬度小於第二區段的寬度。n個輻射體沿著第一軸向交錯地連接於導線的兩側，其中n為偶數，自該第一端起算，n個輻射體中序數為奇數的多個輻射體自導線的兩側的其中一側往一第二軸向延伸，n個輻射體中序數為偶數的多個輻射體自導線的兩側的另一側往第二軸向的反方向延伸，序數為奇數的這些輻射體錯開於序數為偶數的這些輻射體，n個輻射體在沿著第一軸向上的多個寬度自第一端至第二端先增加再減少。n個耦合件隔開於導線及n個輻射體，n個耦合件中序數為奇數的多個耦合件設置於導線的兩側的其中一側，n個耦合件中序數為偶數的多個耦合件設置於導線的兩側的另一側。

在本發明的一實施例中，自上述的第一端起算，n個輻射體中第一個至第n/2個輻射體連接於第一區段，以及n個輻射體中第n/2+1個輻射體至第n個連接於第二區段。

在本發明的一實施例中，上述的天線模組更包括m個匹配元件，自導線沿著第二軸向延伸。

在本發明的一實施例中，上述的m個匹配元件相對n個輻射體中序數為奇數的這些輻射體設置，或者，m個匹配元件相對n個輻射體中序數為偶數的這些輻射體設置，或者，m個匹配元件相對n個輻射體設置。

在本發明的一實施例中，上述的n個輻射體在第二軸向上的長度相同。

在本發明的一實施例中，上述的天線模組激發出一頻段，n個輻射體的長度為頻段的0.5倍波長。

在本發明的一實施例中，上述的n個輻射體中兩兩相鄰的輻射體在第一軸向上的距離相同。

在本發明的一實施例中，上述的天線模組激發出一頻段，上述的距離為頻段的0.5倍波長。

在本發明的一實施例中，上述的n個輻射體第a+1個輻射體的寬度相同於第n-a個輻射體的寬度，a=0~n/2-1。

在本發明的一實施例中，自上述的第一端至第二端，n個輻射體的這些寬度以泰勒多項式(Taylor polynomial)的係數分布。

在本發明的一實施例中，自上述的第一端起算，n個耦合件中第一個至第n/2個耦合件隔開地位於n個輻射體中的第一個至第n/2個輻射體朝向第一端的邊緣旁，第n/2+1個至第n個耦合件隔開地位於n個輻射體中的第n/2+1個至第n個輻射體朝向第二端的邊緣旁。

基於上述，本發明的天線架構的天線模組包括一導線、n個輻射體以及n個耦合件。導線的第一區段的寬度小於第二區段的寬度。n個輻射體交錯地連接於導線的兩側，且n個輻射體的多個寬度自第一端至第二端先增加再減少。n個耦合件隔開於導線及n個輻射體，且部分的n個耦合件位於導線的一側以及另一部分的n個耦合件位於導線的另一側。據此，本發明的天線架構的最大與最小的輻射場型能量具有較小的差異。

圖1A是依照本發明的一實施例的一種天線架構的示意圖。請參閱圖1A，本實施例的天線架構100例如為新型耦合式寬頻泰勒雷達天線，包括一基板110、一接地面120以及一天線模組130。基板110例如為非導電介質基板，包括相對的一第一面112及一第二面114。接地面120例如設置於整面的第一面112。天線模組130設置於第二面114，且對第一面112的投影位於接地面120之內。

如圖1A所示，天線模組130包括一饋入端131、一導線132、n個輻射體133_1~133_n以及n個耦合件134_1~134_n。在本實施例中，n的數量為十個，但在其他實施例中，輻射體以及耦合件的數量也可以為任何偶數個，例如為兩個、四個、八個或十二個，本發明不對輻射體以及耦合件的數量加以限制。

在本實施例中，天線模組130的頻段為76GHz~81GHz，但天線模組130的頻段不以此為限。

請參閱圖1A，導線132沿一第一軸向X延伸，且包括相對的一第一端1321與一第二端1322、位於第一端1321與第二端1322之間的一第一區段1323與一第二區段1324。在本實施例中，第一端1321連接於饋入端131之一側，第一區段1323位於第一端1321與導線132的中心點1325之間，第二區段1324位於第二端1322與中心點1325之間。在本實施例中，饋入端131之另一側連接一訊號源F，且饋入端131的阻抗為50歐姆，但本發明不對饋入端131的阻抗加以限制。

圖1B繪示圖1A的輻射體的長度以及第一區段與第二區段的寬度，如圖1A及圖1B所示，第一區段1323的寬度W1小於第二區段1324的寬度W2。天線架構100透過上述寬度的配置，使第二區段1324的阻抗小於第一區段1323的阻抗，這樣的設計可增加第二端1322的電流強度，以使整體電流分布平均，進而使輻射場型平均。在本實施例中，第一區段1323的阻抗為84歐姆，第二區段1324的阻抗為70歐姆，但不以此為限。

請參閱圖1A，十個輻射體133_1~133_10(即，n=10)沿著第一軸向X交錯地連接於導線132的兩側，自第一端1321起算，十個輻射體133_1~133_10中序數為奇數的多個輻射體133_1、133_3、133_5、133_7、133_9自導線132的兩側的其中一側往一第二軸向Y延伸，序數為偶數的多個輻射體133_2、133_4、133_6、133_8、133_10自導線132的兩側的另一側往第二軸向Y的反方向延伸，並且，序數為奇數的這些輻射體133_1、133_3、133_5、133_7、133_9錯開於序數為偶數的這些輻射體133_2、133_4、133_6、133_8、133_10。在本實施例中，第三軸向Z垂直於第一軸向X與第二軸向Y，但不以此為限。

在本實施例中，十個輻射體133_1~133_10中第一個至第五個輻射體133_1~133_5連接於第一區段1323，第六個至第十個輻射體133_6~133_10連接於第二區段1324。

圖1C繪示圖1A的輻射體的寬度以及輻射體間的距離。請參閱圖1C，十個輻射體133_1~133_10在沿著第一軸向X上的多個寬度W3_1~W3_10自第一端1321至第二端1322先增加再減少。並且，十個輻射體133_1~133_10中自第一端1321起算的第a+1個輻射體的寬度相同於第10-a個輻射體的寬度，a=0~4。

詳細而言，第一個輻射體133_1的寬度W3_1相同於第十個輻射體133_10的寬度W3_10，第二個輻射體133_2的寬度W3_2相同於第九個輻射體133_9的寬度W3_9，第三個輻射體133_3的寬度W3_3相同於第八個輻射體133_8的寬度W3_8，第四個輻射體133_4的寬度W3_4相同於第七個輻射體133_7的寬度W3_7，第五個輻射體133_5的寬度W3_5相同於第六個輻射體133_6的寬度W3_6。

表1是輻射體的寬度與泰勒多項式的係數及阻抗值的對照表。請參閱圖1C及表1，在本實施例中，十個輻射體133_1~133_10自第一端1321至第二端1322的這些寬度W3_1~W3_10例如以泰勒多項式(Taylor polynomial)的係數分布，來設計旁波的準位(Sidelobe level, SLL)，但寬度W3_1~W3_10的係數分布不以此為限。此外，在本實施例中，旁波的準位為-20dB，但本發明不對此加以限制。

輻射體	柴比雪夫係數	阻抗值(歐姆)	寬度(公厘)
133_1	0.38	93.00	W3_1	0.10
133_2	0.51	68.62	W3_2	0.14
133_3	0.72	49.29	W3_3	0.20
133_4	0.90	39.33	W3_4	0.27
133_5	1.00	35.32	W3_5	0.32
133_6	1.00	35.32	W3_6	0.32
133_7	0.90	39.33	W3_7	0.27
133_8	0.72	49.29	W3_8	0.20
133_9	0.51	68.62	W3_9	0.14
133_10	0.38	93.00	W3_10	0.10

表1、輻射體的寬度與泰勒多項式的係數及阻抗值的對照表

請參閱圖1B，在本發明的一實施例中，十個輻射體133_1~133_10在第二軸向Y上的長度L1_1~L1_10相同。在本實施例中，這些長度L1_1~L1_10為天線模組130激發的頻段(例如為78.5GHz)的0.5倍波長。

請參閱圖1C，十個輻射體133_1~133_10中兩兩相鄰的輻射體在第一軸向X上的距離D1相同，具體而言，十個輻射體133_1~133_10中序號相鄰的兩輻射體在第一軸向X上的間隔長度為距離D1，這些距離D1的長度相同。舉例來說，第一個輻射體133_1與第二個輻射體133_2在第一軸向X上的距離D1相同於第二個輻射體133_2與第三個輻射體133_3在第一軸向X上的距離D1。第二個輻射體133_2與第三個輻射體133_3在第一軸向X上的距離D1相同於第三個輻射體133_3與第四個輻射體133_4在第一軸向X上的距離D1，以此類推。在本實施例中，距離D1為天線模組130激發出的頻段(例如為78.5GHz)的0.5倍波長。

請參閱圖1A，十個耦合件134_1~134_10隔開於導線132及十個輻射體133_1~133_10。十個耦合件134_1~134_10中序數為奇數的多個耦合件134_1、134_3、134_5、134_7、134_9設置於導線132的兩側的其中一側，十個耦合件134_1~134_10中序數為偶數的多個耦合件134_2、134_4、134_6、134_8、134_10設置於導線132的兩側的另一側。此外，在本實施例中，自第一端1321起算，在十個耦合件134_1~134_10中第一個至第五個耦合件134_1~134_5隔開地設置於十個輻射體133_1~133_10中的第一個至第五個輻射體133_1~133_5朝向第一端1321的邊緣旁，第六個至第十個耦合件134_6~134_10隔開地設置於十個輻射體133_1~133_10中的第六個至第十個輻射體133_6~133_10朝向第二端1322的邊緣旁。

值得一提的是，天線架構100藉由上述十個輻射體133_1~133_10與十個耦合件134_1~134_10的配置方式，可把輻射場型方向推向中心點1325。

在本實施例中，各輻射體133_1~133_10旁的耦合件數量為一個，但不以此為限，在其他實施例中，各輻射體133_1~133_10旁的耦合件的數量也可為多個。

請參閱圖1A，天線模組130更包括m個匹配元件135_1~135_m，自導線132沿著相反於第二軸向Y的方向延伸，且相對十個輻射體133_1~133_10中多個輻射體而位於導線132的另一側。在本實施例中，m的數量為6個，即，多個匹配元件為匹配元件135_1~135_6，但不以此為限。

在本實施例中，匹配元件135_1位於饋入端131旁以及匹配元件135_1~135_6相對十個輻射體133_1~133_10中序數為偶數的這些輻射體133_2、133_4、133_6、133_8、133_10設置於導線132的另一側，但不以此為限。在其他實施例中，這些匹配元件也可以相對這些輻射體中序數為奇數的這些輻射體設置，或者，這些匹配元件相對全部的輻射體設置。

值得一提的是，天線架構100透過這些匹配元件135_1~135_6的設置，而可調整操作頻率阻抗，以提升寬頻的效果。在本實施例中，操作頻率阻抗為50歐姆，但本發明不對此加以限制。

圖2是本實施例的天線架構的頻率與S11的關係圖。請參閱圖2，本實施例的天線架構100的S11參數在操作頻率76GHz至81GHz中皆可達到工業界-10dB的標準而具有良好的天線表現，且可滿足車用雷達長距離與短距離要求的頻寬。

圖3是本實施例的天線架構YZ平面的輻射場型圖。請參閱圖3，本實施例的天線架構100在操作頻率76GHz至81GHz中，在角度零度時，最大與最小的輻射場型能量之間差在2dB以內，且在角度正負75度內的最大與最小的輻射場型能量之間差在3dB以內，而具有良好的天線表現。

圖4是本實施例的天線架構XZ平面的輻射場型圖。請參閱圖4，本實施例的天線架構100在操作頻率76GHz至81GHz中，在角度零度時，最大與最小的輻射場型能量之間差在2dB以內，且在角度正負15度內的最大與最小的輻射場型能量之間差在5dB以內，而具有良好的天線表現。

綜上所述，本發明的天線架構的天線模組包括一導線、n個輻射體以及n個耦合件。導線的第一區段的寬度小於第二區段的寬度。n個輻射體交錯地連接於導線的兩側，且n個輻射體的多個寬度自第一端至第二端先增加再減少。n個耦合件隔開於導線及n個輻射體，且隔開地位於n個輻射體的一側。於一實施例中，n個輻射體的寬度以泰勒多項式的係數分布。據此，本發明的天線架構具有寬頻效果，且最大與最小的輻射場型能量具有較小的差異。

100:天線架構 110:基板 112:第一面 114:第二面 120:接地面 130:天線模組 131:饋入端 132:導線 133_1~133_10:輻射體 134_1~134_10:耦合件 135_1~135_6:匹配元件 1321:第一端 1322:第二端 1323:第一區段 1324:第二區段 1325:中心點 D1:距離 F:訊號源 L1_1~ L1_10:長度 W1、W2、W3_1~ W3_10:寬度 X:第一軸向 Y:第二軸向 Z:第三軸向

圖1A是依照本發明的一實施例的一種天線架構的示意圖。圖1B繪示圖1A的輻射體的長度以及第一區段與第二區段的寬度。圖1C繪示圖1A的輻射體的寬度以及輻射體間的距離。圖2是本實施例的天線架構的頻率與S11的關係圖。圖3是本實施例的天線架構YZ平面的輻射場型圖。圖4是本實施例的天線架構XZ平面的輻射場型圖。

100:天線架構

110:基板

112:第一面

114:第二面

120:接地面

130:天線模組

131:饋入端

132:導線

133_1~133_10:輻射體

134_1~134_10:耦合件

135_1~135_6:匹配元件

1321:第一端

1322:第二端

1323:第一區段

1324:第二區段

1325:中心點

F:訊號源

X:第一軸向

Y:第二軸向

Z:第三軸向

Claims

一種天線架構，包括：一基板，包括相對的一第一面及一第二面；一接地面，設置於該第一面；以及一天線模組，設置於該第二面，且包括：一饋入端；一導線，沿一第一軸向延伸，且包括相對的一第一端與一第二端、位於該第一端與該第二端之間的一第一區段與一第二區段，該第一端連接於該饋入端，該第一區段的寬度小於該第二區段的寬度； n個輻射體，沿著該第一軸向交錯地連接於該導線的兩側，其中n為偶數，自該第一端起算，該n個輻射體中序數為奇數的多個輻射體自該導線的該兩側的其中一側往一第二軸向延伸，該n個輻射體中序數為偶數的多個輻射體自該導線的該兩側的另一側往該第二軸向的反方向延伸，序數為奇數的該些輻射體錯開於序數為偶數的該些輻射體，該n個輻射體在沿著該第一軸向上的多個寬度自該第一端至該第二端先增加再減少；以及 n個耦合件，隔開於該導線及該n個輻射體，該n個耦合件中序數為奇數的多個耦合件設置於該導線的該兩側的其中一側，該n個耦合件中序數為偶數的多個耦合件設置於該導線的該兩側的另一側。
如請求項1所述的天線架構，其中，自該第一端起算，該n個輻射體中該第一個至該第n/2個輻射體連接於該第一區段，以及該n個輻射體中該第n/2+1個輻射體至該第n個連接於該第二區段。
如請求項1所述的天線架構，該天線模組更包括m個匹配元件，自該導線沿著該第二軸向延伸。
如請求項3所述的天線架構，其中該m個匹配元件相對該n個輻射體中序數為奇數的該些輻射體設置，或者，該m個匹配元件相對該n個輻射體中序數為偶數的該些輻射體設置，或者，該m個匹配元件相對該n個輻射體設置。
如請求項1所述的天線架構，其中該n個輻射體在該第二軸向上的長度相同。
如請求項5所述的天線架構，其中該天線模組激發出一頻段，該n個輻射體的該長度為該頻段的0.5倍波長。
如請求項1所述的天線架構，其中該n個輻射體中兩兩相鄰的輻射體在該第一軸向上的距離相同。
如請求項7所述的天線架構，其中該天線模組激發出一頻段，該距離為該頻段的0.5倍波長。
如請求項1所述的天線架構，其中該n個輻射體第a+1個輻射體的該寬度相同於第n-a個輻射體的該寬度，a=0~n/2-1。
如請求項1所述的天線架構，其中自該第一端至該第二端，該n個輻射體的該些寬度以泰勒多項式(Taylor polynomial)的係數分布。
如請求項1所述的天線架構，其中，自該第一端起算，該n個耦合件中第一個至第n/2個耦合件隔開地位於該n個輻射體中的第一個至第n/2個輻射體朝向該第一端的邊緣旁，第n/2+1個至第n個耦合件隔開地位於該n個輻射體中的第n/2+1個至第n個輻射體朝向該第二端的邊緣旁。