TWI879564B - 天線模組 - Google Patents

Abstract

一種天線模組，包括一第一介電層、一接地層、一第一輻射體、一饋入導體、一第二介電層、一第二輻射體以及一第三介電層。第一介電層包括一第一表面以及一第二表面，其中，該第一表面相對於該第二表面。接地層設於該第一表面。第一輻射體設於該第二表面。饋入導體耦接該第一輻射體。第二介電層包括一第三表面以及一第四表面，其中，該第三表面相對於該第四表面，該第二介電層覆蓋該第一輻射體，該第三表面接觸該第一輻射體以及該第二表面。第二輻射體設於該第四表面。第三介電層設於該第四表面上並覆蓋該第二輻射體。

Description

天線模組

本發明是關於一種天線模組，特別係有關於一種貼片形式之天線模組(patch antenna module)。

習知的貼片形式之天線模組(patch antenna module)具有兩個彼此層疊的介電層、兩個彼此層疊的輻射體以及接地層。在習知技術中，天線模組的阻抗頻寬(impedance bandwidth)一般小於5％。此外，在常見的配置中，天線模組必須連接晶片(例如，波束成形晶片；beamformer IC)。晶片所產生的高熱會影響天線模組的可靠度以及壽命，因此如何增進天線模組的頻寬是一個具有困難度的課題。

本發明之實施例係為了欲解決習知技術之問題而提供之一種天線模組，適於傳輸一無線訊號。該天線模組包括一第一介電層、一接地層、一第一輻射體、一饋入導體、一第二介電層、一第二輻射體以及一第三介電層。第一介電層包括一第一表面以及一第二表面，其中，該第一表面相對於該第二表面，該第一介電層具有一第一介電係數。接地層設於該第一表面。第一輻射體設於該第二表面，其中，該第一輻射體具有一第一輻射體面積。饋入導體耦接該第一輻射體。第二介電層包括一第三表面以及一第四表面，其中，該第三表面相對於該第四表面，該第二介電層覆蓋該第一輻射體，該第三表面接觸該第一輻射體以及該第二表面，該第二介電層具有一第二介電係數。第二輻射體設於該第四表面，其中，該第二輻射體具有一第二輻射體面積，該第一輻射體面積大於該第二輻射體面積，在一投影面上，該第二輻射體完全落入該第一輻射體定義的投影區域之中。第三介電層設於該第四表面上並覆蓋該第二輻射體，該第三介電層具有一第三介電係數，該第一介電係數大於該第三介電係數，該第三介電係數大於該第二介電係數。

在一實施例中，該第三介電係數等於該第一介電係數與該第二介電係數的平均值。

在一實施例中，該第二輻射體面積小於或等於該第一輻射體面積的0.75倍。

在一實施例中，該第一輻射體呈正方形，該第一輻射體具有一第一邊長，該第二輻射體呈正方形，該第二輻射體具有一第二邊長，該第二邊長小於或等於該第一邊長的0.86倍。

在一實施例中，該第一介電層具有一第一厚度，該第二介電層具有一第二厚度，該第三介電層具有一第三厚度，該第三厚度大於該第一厚度，該第三厚度大於該第二厚度。

在一實施例中，該第三厚度小於兩倍之該第一厚度。

在一實施例中，該無線訊號具有一中心頻率波長，該第一厚度等於該中心頻率波長的0.045倍。

在一實施例中，該饋入導體穿過該接地層以及該第一介電層，該饋入導體之一端連接該第一輻射體之底面。

在一實施例中，該饋入導體設於該第二表面，該饋入導體被夾設於該第一介電層與該第二介電層之間，該饋入導體之一端連接該第一輻射體之側面。

在一實施例中，該天線模組更包括一第四介電層，該第四介電層包括一第五表面以及一第六表面，該第五表面連接該接地層，該接地層被夾設於該第一介電層與該第四介電層之間，該第六表面相對於該第五表面，該饋入導體設於該第六表面之上，該饋入導體並對應該第一輻射體。

相較於習知技術，本發明實施例之天線模組具有較大的頻寬，並且在連接晶片(例如，波束成形晶片；beamformer IC)的情況下，仍然具有良好的可靠度以及使用壽命。

第1圖係顯示本發明第一實施例之天線模組的剖面示意圖。參照第1圖，本發明第一實施例之天線模組A1，適於傳輸一無線訊號。該天線模組A1包括一第一介電層1、一接地層7、一第一輻射體5、一饋入導體801、一第二介電層2、一第二輻射體6以及一第三介電層3。第一介電層1包括一第一表面11以及一第二表面12，其中，該第一表面11相對於該第二表面12，該第一介電層1具有一第一介電係數。接地層7設於該第一表面11。第一輻射體5設於該第二表面12，其中，該第一輻射體5具有一第一輻射體面積。饋入導體801耦接該第一輻射體5。第二介電層2包括一第三表面21以及一第四表面22，其中，該第三表面21相對於該第四表面22，該第二介電層2覆蓋該第一輻射體5，該第三表面21接觸該第一輻射體5以及該第二表面12，該第二介電層2具有一第二介電係數。第二輻射體6設於該第四表面22，其中，該第二輻射體6具有一第二輻射體面積。第三介電層3設於該第四表面22上並覆蓋該第二輻射體6，該第三介電層3具有一第三介電係數，該第一介電係數大於該第三介電係數，該第三介電係數大於該第二介電係數。

在一實施例中，透過上述第三介電層以及各介電層的介電係數大小配置，可達到增進頻寬的效果。

第2圖係顯示本發明第一實施例之天線模組的俯視圖(第三介電層被省略)。搭配參照第1、2圖，在此實施例中，該第一輻射體5之該第一輻射體面積大於該第二輻射體6之該第二輻射體面積，在一投影面上，該第二輻射體6完全落入該第一輻射體5定義的投影區域之中。在一實施例中，上述輻射體的大小配置可以在操作頻段內產生兩個頻率響應，藉此可調整有效的操作頻段範圍。

在一實施例中，該第三介電係數等於該第一介電係數與該第二介電係數的平均值。上述揭露並未限制本發明。在一實施例中，該第三介電係數亦可能略大於或略小於該第一介電係數與該第二介電係數的平均值。例如，在一實施例中，該第一介電係數可以為3.5、該第二介電係數可以為2.2、該第三介電係數可以為2.8。

在一實施例中，該第二輻射體面積小於或等於該第一輻射體面積的0.75倍。

參照第2圖，在一實施例中，該第一輻射體5呈正方形，該第一輻射體5具有一第一邊長51，該第二輻射體6呈正方形，該第二輻射體6具有一第二邊長61，該第二邊長61小於或等於該第一邊長51的0.86倍。

再參照第1圖，在一實施例中，該第一介電層1具有一第一厚度h1，該第二介電層2具有一第二厚度h2，該第三介電層3具有一第三厚度h3，該第三厚度h3大於該第一厚度h1，該第三厚度h3大於該第二厚度h2。在一實施例中，透過上述各介電層的厚度大小配置，可達到增進頻寬的效果。

再參照第1圖，在一實施例中，該第三厚度h3小於兩倍之該第一厚度h1。在一實施例中，該第一厚度h1等於該第二厚度h2。上述揭露並未限制本發明。例如，在一實施例中，該第一厚度h1可以為0.5mm，該第二厚度h2可以為0.5mm，該第三厚度h3可以為0.76mm。

再參照第1圖，在一實施例中，該無線訊號具有一中心頻率波長，該第一厚度h1等於該中心頻率波長的0.045倍。

再參照第1圖，在一實施例中，該饋入導體801穿過該接地層7以及該第一介電層1，該饋入導體801之一端連接該第一輻射體5之底面。

第3圖係顯示本發明第二實施例之天線模組的剖面示意圖。參照第3圖，在一實施例中，天線模組A2之該饋入導體802設於該第二表面12，該饋入導體802被夾設於該第一介電層1與該第二介電層2之間，該饋入導體802之一端連接該第一輻射體5之側面。

第4圖係顯示本發明第三實施例之天線模組的剖面示意圖。參照第4圖，在一實施例中，該天線模組A3更包括一第四介電層4，該第四介電層4包括一第五表面41以及一第六表面42，該第五表面41連接該接地層7，該接地層7被夾設於該第一介電層1與該第四介電層4之間，該第六表面42相對於該第五表面41，該饋入導體803設於該第六表面42之上，該饋入導體803並對應該第一輻射體5。在此實施例中，該饋入導體803以耦合的方式饋入訊號。

在上述第二以及第三實施例中，儘管以不同方式進行訊號饋入，仍然可以達到上述第一實施例之增加頻寬的效果。

第5圖係顯示本發明第一實施例之天線模組相較於習知技術的輸入匹配數據（S11），其中，CON1代表習知技術的輸入匹配數據。I1代表本發明第一實施例之天線模組的輸入匹配數據。第6圖係顯示本發明第一實施例之天線模組相較於習知技術的總效率數據(total efficiency)，其中，CON2代表習知技術的總效率數據。I2代表本發明第一實施例之天線模組的總效率數據。搭配參照第5、6圖，相較於習知技術，本發明第一實施例之天線模組的操作頻段可涵蓋26GHz至32GHz之間，其中，S11數值可低於-10dB，而總效率數值可大於-0.5dB。相較於習知技術，本發明第一實施例之天線模組的頻寬可增加約33％。本發明實施例之天線模組具有較大的頻寬，並且在連接晶片(例如，波束成形晶片；beamformer IC)的情況下，仍然具有良好的可靠度以及使用壽命。

雖然本發明已以具體之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技術者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

A1、A2、A3:天線模組 1:第一介電層 11:第一表面 12:第二表面 2:第二介電層 21:第三表面 22:第四表面 3:第三介電層 4:第四介電層 41:第五表面 42:第六表面 5:第一輻射體 51:第一邊長 6:第二輻射體 61:第二邊長 7:接地層 801、802、803:饋入導體 h1:第一厚度 h2:第二厚度 h3:第三厚度

第1圖係顯示本發明第一實施例之天線模組的剖面示意圖。 第2圖係顯示本發明第一實施例之天線模組的俯視圖(第三介電層被省略)。 第3圖係顯示本發明第二實施例之天線模組的剖面示意圖。 第4圖係顯示本發明第三實施例之天線模組的剖面示意圖。 第5圖係顯示本發明第一實施例之天線模組相較於習知技術的輸入匹配數據（S11）。 第6圖係顯示本發明第一實施例之天線模組相較於習知技術的總效率數據(total efficiency)。

A1:天線模組

1:第一介電層

11:第一表面

12:第二表面

2:第二介電層

21:第三表面

22:第四表面

3:第三介電層

5:第一輻射體

6:第二輻射體

7:接地層

801:饋入導體

h1:第一厚度

h2:第二厚度

h3:第三厚度

Claims (10)

1. 一種天線模組，適於傳輸一無線訊號，包括： 一第一介電層，包括一第一表面以及一第二表面，其中，該第一表面相對於該第二表面，該第一介電層具有一第一介電係數； 一接地層，設於該第一表面； 一第一輻射體，設於該第二表面，其中，該第一輻射體具有一第一輻射體面積； 一饋入導體，耦接該第一輻射體； 一第二介電層，包括一第三表面以及一第四表面，其中，該第三表面相對於該第四表面，該第二介電層覆蓋該第一輻射體，該第三表面接觸該第一輻射體以及該第二表面，該第二介電層具有一第二介電係數； 一第二輻射體，設於該第四表面，其中，該第二輻射體具有一第二輻射體面積，該第一輻射體面積大於該第二輻射體面積，在一投影面上，該第二輻射體完全落入該第一輻射體定義的投影區域之中； 一第三介電層，設於該第四表面上並覆蓋該第二輻射體，該第三介電層具有一第三介電係數，該第一介電係數大於該第三介電係數，該第三介電係數大於該第二介電係數。
2. 如請求項1所述之天線模組，其中，該第三介電係數等於該第一介電係數與該第二介電係數的平均值。
3. 如請求項1所述之天線模組，其中，該第二輻射體面積小於或等於該第一輻射體面積的0.75倍。
4. 如請求項1所述之天線模組，其中，該第一輻射體呈正方形，該第一輻射體具有一第一邊長，該第二輻射體呈正方形，該第二輻射體具有一第二邊長，該第二邊長小於或等於該第一邊長的0.86倍。
5. 如請求項1所述之天線模組，其中，該第一介電層具有一第一厚度，該第二介電層具有一第二厚度，該第三介電層具有一第三厚度，該第三厚度大於該第一厚度，該第三厚度大於該第二厚度。
6. 如請求項5所述之天線模組，其中，該第三厚度小於兩倍之該第一厚度。
7. 如請求項5所述之天線模組，其中，該無線訊號具有一中心頻率波長，該第一厚度等於該中心頻率波長的0.045倍。
8. 如請求項1所述之天線模組，其中，該饋入導體穿過該接地層以及該第一介電層，該饋入導體之一端連接該第一輻射體之底面。
9. 如請求項1所述之天線模組，其中，該饋入導體設於該第二表面，該饋入導體被夾設於該第一介電層與該第二介電層之間，該饋入導體之一端連接該第一輻射體之側面。
10. 如請求項1所述之天線模組，其更包括一第四介電層，該第四介電層包括一第五表面以及一第六表面，該第五表面連接該接地層，該接地層被夾設於該第一介電層與該第四介電層之間，該第六表面相對於該第五表面，該饋入導體設於該第六表面之上，該饋入導體並對應該第一輻射體。

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