TWI741722B - 交錯式陣列天線 - Google Patents
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Abstract
一種交錯式陣列天線,此交錯式陣列天線包括有至少兩種天線群,每一種天線群包括多個相同的天線單元且不同天線群的天線單元具備不同尺寸,這些天線群中的天線單元相互交錯排列而且同一種天線群中相鄰的兩個天線單元以上下翻轉的方式來設置。
Description
本發明是有關於一種陣列天線,特別是有關於一種交錯式陣列天線。
陣列天線是由多個天線單元以固定規則進行排列而將這些天線單元的效應合而為一的天線。請參照圖1,其為現有的串列饋入(series-fed)陣列天線的架構圖。串列饋入陣列天線中每個天線單元的饋出入方向都固定在同一個方向,而且每個天線單元的饋出入端在饋出入面都有相同的相對關係。如圖1所示,串列饋入陣列天線10包括了五個天線單元100~140,每個天線單元100~140的饋出入端都在各天線單元100~140的左邊,且每個天線單元100~140的饋出入端的相對位置都在饋出入面100a~140a的中央。天線單元100~130右側的耦接端分別以微帶線耦接到天線單元110~140的饋出入端以傳遞信號。
然而,由於上述串列饋入陣列天線10的天線輻射主要以x方向陣列方式合成,而y方向由天線單元100~140各自天線特性偶合疊加,所以在將其運用於車用雷達以偵測障礙物時可能會因為y方向偵測角度不足而出現偵測盲區。
有鑑於此,本發明提供一種交錯式陣列天線,其在垂直於陣列天線延伸方向上的輻射角度相對較廣,同時在陣列天線延伸方向上具備了陣列合成效果,而且經由適當地排列還可以減少佈線佔用的面積。
從一個角度來看,本發明的說明內容提供了一種交錯式陣列天線,此交錯式陣列天線包括了第一類型天線群與第二類型天線群。第一類型天線群包括具有第一尺寸的多個第一天線,其中,每一個第一天線在第一角落設置第一天線饋入端,在第二角落設置第一天線耦接端;第二類型天線群包括具有第二尺寸的多個第二天線,其中,每一個第二天線在第三角落設置第二天線饋入端,在第四角落設置第二天線耦接端。前述的第一角落與第二角落不同,第三角落與第四角落不同,而且第一尺寸與第二尺寸不同。在第一天線中,相鄰的居前第一天線與居後第一天線經由第二天線中的居中第二天線而耦接在一起;輸入信號依序經過居前第一天線的第一天線饋入端、居前第一天線的第一天線耦接端、居中第二天線的第二天線饋入端、居中第二天線的第二天線耦接端以及居後第一天線的第一天線饋入端而到達居後第一天線的第一天線耦接端。在第二天線中,相鄰的居前第二天線與居後第二天線經由第一天線中的居中第一天線而耦接在一起,輸入信號依序經過居前第二天線的第二天線饋入端、居前第二天線的第二天線耦接端、居中第一天線的第一天線饋入端、居中第一天線的第一天線耦接端以及居後第二天線的第二天線饋入端而到達居後第二天線的第二天線耦接端。而且,相鄰的兩個第一天線上下翻轉設置,相鄰的兩個第二天線上下翻轉設置,每一個第一天線與第二天線各具有偶數邊緣。
在一個實施例中,上述的第一角落與第二角落沒有共用的邊緣,而第三角落與第四角落有共用的邊緣。
在一個實施例中,第一天線為貼片天線而第二天線為微帶天線。
由於本發明提供的交錯式陣列天線在近距離時可以提供大於90度的天線輻射角度,而不同尺寸的天線則可以分別達到寬角度特性及天線增益調整的需求,因此水平輻射角度相對較廣。另外,經由適當地排列,本發明提供的交錯式陣列天線還可以減少佈線佔用的面積,所以在同樣佈線面積的限制下可以提供比一般串列饋入(series-fed)陣列天線更高的天線增益。
10:串列饋入陣列天線
20、40、40a、40b:交錯式陣列天線
100~140、400~450、400a~450a、400b~450b:天線
100a~140a:饋出入面
200、240、280:第一天線
220、260:第二天線
C1、C3:第一天線耦接端
C2、C4:第二天線耦接端
I1、I3、I5:第一天線饋入端
I2、I4:第二天線饋入端
IN:輸入信號
X:虛線
x、y:方向
圖1為現有技術所使用的串列饋入(series-fed)陣列天線的架構圖。
圖2為根據本發明一實施例的交錯式陣列天線的架構圖。
圖3為根據本發明一實施例的交錯式陣列天線的天線翻轉示意圖。
圖4A為根據本發明另一實施例的交錯式陣列天線的架構圖。
圖4B為根據本發明另一實施例的交錯式陣列天線的架構圖。
圖4C為根據本發明另一實施例的交錯式陣列天線的架構圖。
圖5為根據本發明一實施例的交錯式陣列天線組成天線陣列時的架構圖。
圖6A為以六個天線組成的串列饋入陣列天線的天線場型示意圖。
圖6B為圖2所示的交錯式陣列天線的天線場型示意圖。
圖7A為串列饋入陣列天線的偵測角度與偵測距離的關係示意圖。
圖7B為圖2所示的交錯式陣列天線的偵測角度與偵測距離的關係示意圖。
請參照圖2,其為根據本發明一實施例的交錯式陣列天線的架構圖。在本實施例中,交錯式陣列天線20包括了第一類型天線群與第二類型天線群,其中,第一類型天線群包括尺寸相同的第一天線200、240與280,第二類型天線群包括尺寸相同的第二天線220與260。如圖所示,第一天線200、240及280的尺寸(後稱第一尺寸)與第二天線220及260的尺寸(後稱第二尺寸)並不相同;更具體的,在本實施例中,第一天線200、240及280在圖式的x方向(亦即陣列天線的延伸方向)上的長度與第二天線220及260在圖式的x方向上的長度不相同,而第一天線200、240及280在圖式的y方向(亦即垂直於陣列天線的延伸方向)上的長度與第二天線220及260在圖式的y方向上的長度相同。然而,本發明只需要第一天線200、240及280的尺寸與第二天線220及260的x向尺寸不相同即可,並不需要受限於圖2所示的尺寸關係。
在本發明中,每一個第一天線的其中一個角落(後稱第一角落)設置第一天線饋入端且在另一個角落(後稱第二角落)設置第一天線耦接端;同時,每一個第二天線的其中一個角落(後稱第三角落)設置第二天線饋入端且在另一個角落(後稱第四角落)設置第二天線耦接端。以圖2所示者為例,第一天線200的左下角落設置了第一天線饋入端I1,其右上角落設置了第一天線耦接端C1;第一天線240的左上角落設置了第一天線饋入端I3,其右下角落設置了第一天線耦接端C3;第一天線280的左下角落設置了第一天線饋入端I5,其右上角落設置了第一天線耦接端C5;第二天線220的左下角落設置了第二天線饋入端I2,其右下角落設置了第二天線耦接端C2;第二天線260的左上角落設置了第二天線饋入端I4,其右上角落設置了第二天線耦接端C4。
必須說明的是,雖然第一天線200與第一天線240看起來是不同的天線,但這兩個第一天線200及240實際上是可以由相同的天線經由不同的設置方式而完成的。請參照圖3,其中左側的天線與圖2所示的第一天線200完全相同,而右側的天線則與圖2所示的第一天線240完全相同。當把圖3左側的天線(相當於第一天線200)以交錯式陣列天線20延伸的方向(亦即x方向)為軸向進行上下翻轉,就可以獲得圖3右側的天線(相當於第一天線240)。因此,天線200與天線240實際上可以由相同的天線以軸向進行上下翻轉而獲得。
類似的,天線220與天線260也可以採用與圖3相同的方式由相同的天線以軸向進行上下翻轉而獲得。
請繼續參照圖2。在本實施例中,第一類型天線群與第二類型天線群以交錯方式進行排列,亦即,每兩個第一天線之間設置著一個第二天線,而每兩個第二天線之間設置著一個第一天線。詳細來看,第一天線200與第一天線240之間設置著一個第二天線220以使第一天線200與第一天線240經由傳輸線而與第二天線220而耦接在一起,在這個時候,第一天線200可被稱為居前第一天線、第一天線240可被稱為居後第一天線,而第二天線220可被稱為居中第二天線;在這之後,第一天線240與第一天線280之間設置著一個第二天線260以使第一天線240與第一天線280經由傳輸線而與第二天線260而耦接在一起,在這個時候,第一天線240可被稱為居前第一天線、第一天線280可被稱為居後第一天線,而第二天線260可被稱為居中第二天線;類似的,第二天線220與第二天線260之間設置著一個第一天線240以使第二天線220與第二天線260經由傳輸線而與第一天線240而耦接在一起,在這個時候,第二天線220可被稱為居前第二天線、第二天線260可被稱為居後第二天線,而第一天
線240可被稱為居中第一天線。藉由上述架構,當輸入信號IN被提供到交錯式陣列天線20的時候,輸入信號IN會依序經過第一天線饋入端I1、第一天線耦接端C1、第二天線饋入端I2、第二天線耦接端C2、第一天線饋入端I3、第一天線耦接端C3、第二天線饋入端I4、第二天線耦接端C4以及第一天線饋入端I1而到達第一天線280。
為了使本領域的技術人員可以更輕鬆地根據本說明書來推得其它適用的交錯式陣列天線,請另外參照圖4A。圖4A為根據本發明一實施例的交錯式陣列天線組成天線陣列時的架構圖。如圖4A所示,在交錯式陣列天線40中存在三個類型的天線群,其中,第一類型天線群包括天線400及430,第二類型天線群包括天線410及440,而第三類型天線群包括天線420及450。第一類型天線群、第二類型天線群及第三類型天線群的尺寸互不相同,亦即,天線400、410與420分別具有不同的尺寸。每一個類型的天線群中的天線具有相同的尺寸,亦即,天線400與天線430的尺寸相同、天線410與天線440的尺寸相同,且天線420與天線450的尺寸相同。並且,同一個類型天線群中相鄰的兩個天線(例如天線400及430、天線410及440,以及天線420及450)可由彼此以交錯式陣列天線40的延伸方向為軸進行上下翻轉而得。
圖4B所示的實施例與圖4A所示的實施例有些類似。請參照圖4B,本實施例中的交錯式陣列天線40a中同樣存在三個類型的天線群。與圖4A所示者不同,圖4B所示的交錯式陣列天線40a中的第一類型天線(包括天線400a及430a)、第二類型天線群(包括天線410a及440a)以及第三類型天線群(包括天線420a及450a)都為六角型,其中,天線400a與天線430a的尺寸相同、天線410a與天線440a的尺寸相同且天線420a與天線450a的尺寸相同。值得一提的是,圖4A中的第一類型天線、第二類型
天線群及第三類型天線群的極化方式是線性極化,而圖4B的第一類型天線、第二類型天線群及第三類型天線群的極化方式則因為形狀的變更而變成了橢圓極化或圓極化。設計者可以藉由天線特性來設計不同的第一類型天線群、第二類型天線群及第三類型天線群的外觀而改變各天線的物理特性(例如極化方式或極化方向等)以配合實際上的需求,例如,圖4C所示的交錯式陣列天線40b中的天線400b~450b的形狀與圖4B所示者略有不同,而這樣的形狀使得其極化方式變成了另一種橢圓極化或圓極化。類似的形狀變更並不影響本發明提供之技術的實施,自應歸屬於本發明的涵蓋範圍之內。
總而言之,在本發明中,一個交錯式陣列天線可以包含兩個類型以上的天線群,不同類型的天線群具有不同的尺寸,同一個類型的天線群中的天線具有相同的尺寸且可以為四邊以上的任何偶數邊形,而且同一個類型天線群中相鄰的兩個天線(例如:圖2中的第一天線200及第一天線240、第一天線240及第一天線280、第二天線220及第二天線260)是以上下翻轉的方式來設置。
另外,雖然在同一個類型的天線群中的天線饋入端及天線耦接端的位置是相對固定的,但是不同類型的天線群的天線饋入端及天線耦接端的設計可由本領域的技術人員依照不同的實際需求來進行變化。例如,請參照圖2,雖然第一天線200的第一天線饋入端I1及第一天線耦接端I2是設置在對角(亦即第一角落與第二角落不共用任何邊緣),但是在其它的場合中,也可以將第一角落與第二角落設置為共用一邊的型態,例如圖4A所示的天線410及440。一般來說,在選擇設置天線饋入端及天線耦接端的位置時,可以將多個交錯式陣列天線組合成天線陣列的時候所佔的面積作為其中一個考量因素。舉例來說,請參照圖5,
藉由適當地選擇設置天線饋入端及天線耦接端的位置,在將多個交錯式陣列天線組成天線陣列的時候就可以很好的利用佈線空間而使天線陣列能以更小的面積提供同樣的輻射強度。
在模擬的過程中可以發現本發明提供的交錯式陣列天線提供了比一般的串列饋入(series-fed)陣列天線更寬廣的輻射場。請參照圖6A與圖6B,其中圖6A為以六個天線組成的串列饋入陣列天線(圖1為以五個天線組成的串列饋入陣列天線)的天線場型,圖6B為以圖2所示的交錯式陣列天線的天線場型。根據圖6A與圖6B所示的內容來看,雖然3dB的輻射角度同樣約略落在+39度~-39度之間,但是串列饋入陣列天線在超過3dB之後的輻射強度會隨著角度的增加而快速衰減,而交錯式陣列天線在超過3dB之後的輻射強度的衰減速度不大,所以比串列饋入陣列天線更適合運用在寬頻寬角度的應用環境,例如:車用雷達。
另外,在實際進行量測的時候也可以發現本發明提供的交錯式陣列天線提供更寬廣的量測範圍。請參照圖7A與圖7B,其中圖7A為以四個天線組成的串列饋入陣列天線(圖1為以五個天線組成的串列饋入陣列天線)的偵測角度與偵測距離的關係示意圖,圖7B為以圖2所示的交錯式陣列天線的偵測角度與偵測距離的關係示意圖。根據圖7A與圖7B,串列饋入陣列天線在+60度~-60度之間可以提供10公尺以上的偵測距離,而交錯式陣列天線則可以在+80度~-80度之間提供10公尺以上的偵測距離,所以交錯式陣列天線顯然可以提供較好的量測範圍,當運用於車用雷達上的時候也就可以發現更大範圍內的障礙物。
根據以上說明,本發明提供的交錯式陣列天線在近距離時可以提供較大的天線輻射角度。另外,經由適當地排列,本發明提供的交錯式
陣列天線還可以盡量降低佈線佔用的面積,所以可以在同樣佈線面積的限制下提供比一般串列饋入陣列天線更高的天線增益。
20:交錯式陣列天線
200、240、280:第一天線
220、260:第二天線
C1、C3:第一天線耦接端
C2、C4:第二天線耦接端
I1、I3、I5:第一天線饋入端
I2、I4:第二天線饋入端
IN:輸入信號
Claims (4)
- 一種交錯式陣列天線,其特徵在於包括: 一第一類型天線群,包括具有一第一尺寸的多個第一天線,其中,每一該些第一天線在一第一角落設置一第一天線饋入端,每一該些第一天線在一第二角落設置一第一天線耦接端,該第一角落與該第二角落不同; 一第二類型天線群,包括具有一第二尺寸的多個第二天線,其中,每一該些第二天線在一第三角落設置一第二天線饋入端,每一該些第二天線在一第四角落設置一第二天線耦接端,且該第三角落與該第四角落不同; 其中,該第一尺寸與該第二尺寸不同, 其中,該些第一天線中相鄰的一居前第一天線與一居後第一天線經由該些第二天線中的一居中第二天線而耦接在一起,一輸入信號依序經過該居前第一天線的該第一天線饋入端、該居前第一天線的該第一天線耦接端、該居中第二天線的該第二天線饋入端、該居中第二天線的該第二天線耦接端以及該居後第一天線的該第一天線饋入端而到達該居後第一天線的該第一天線耦接端, 其中,該些第二天線中相鄰的一居前第二天線與一居後第二天線經由該些第一天線中的一居中第一天線而耦接在一起,該輸入信號依序經過該居前第二天線的該第二天線饋入端、該居前第二天線的該第二天線耦接端、該居中第一天線的該第一天線饋入端、該居中第一天線的該第一天線耦接端以及該居後第二天線的該第二天線饋入端而到達該居後第二天線的該第二天線耦接端, 其中,相鄰的兩個該第一天線上下翻轉設置,且相鄰的兩個該第二天線上下翻轉設置,每一該些第一天線及每一該些第二天線分別具有偶數邊緣。
- 如請求項1所述的交錯式陣列天線,其中該第一角落與該第二角落沒有共用的邊緣,且該第三角落與該第四角落有共用的邊緣。
- 如請求項2所述的交錯式陣列天線,其中每一該些第一天線為貼片天線,每一該些第二天線為微帶天線。
- 如請求項1所述的交錯式陣列天線,其中每一該些第一天線為貼片天線,每一該些第二天線為微帶天線。
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