TWI784527B

TWI784527B - 陣列天線裝置及其天線單元

Info

Publication number: TWI784527B
Application number: TW110117986A
Authority: TW
Inventors: 陳世宏; 彭建銘; 林超群; 郭昱甫
Original assignee: 啟碁科技股份有限公司
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2022-11-21
Also published as: US20220376405A1; TW202247525A; US11682847B2

Abstract

本發明公開一種陣列天線裝置及其天線單元。所述天線單元包含一天線結構與一模製支撐架。所述天線結構包含一基板及形成於所述基板上的多個微帶天線，並且所述基板形成有呈貫穿狀的多個流道孔。所述模製支撐架為一體成形於所述基板的單件式構造，並且所述模製支撐架具有分別成形於所述基板兩側上的一第一架體與一第二架體、及形成於多個所述流道孔以連接所述第一架體與所述第二架體的多個連接部。

Description

陣列天線裝置及其天線單元

本發明涉及一種天線，尤其涉及一種陣列天線裝置及其天線單元。

現有天線裝置包含有多個天線單元及隔開多個所述天線單元的多個間隔板；也就是說，相鄰的兩個所述天線單元會以一個所述間隔板來分隔。然而，現有天線裝置需在每個所述天線單元上組裝至少一個所述間隔板，使得生產時程拉長，並且多個所述天線單元與多個所述間隔板之間的組裝還容易有公差累積的問題產生。

於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明實施例在於提供一種陣列天線裝置及其天線單元，能有效地改善現有天線裝置所可能產生的缺陷。

本發明實施例公開一種陣列天線裝置，其包括：一第一殼體與一第二殼體，其彼此連接以共同構成一配置空間；以及一天線模組，設置於所述配置空間內，並且所述天線模組包含有：一第一天線單元，包含：一第一天線結構，包含一第一基板及形成於所述第一基板上的多個第一微帶天線(patch antenna)，並且所述第一基板形成有呈貫穿狀的多個流道孔；及一模製支撐架，其為一體成形於所述第一基板的單件式構造，並且所述模製支撐架具有分別成形於所述第一基板兩側上的一第一架體與一第二架體、及形成於多個所述流道孔以連接所述第一架體與所述第二架體的多個連接部；其中，所述第一架體面向所述第一殼體；一第二天線單元，包含有一第二天線結構與一間隔板，並且所述第二天線結構位於所述第二架體與所述間隔板之間；及一饋入天線單元，位於所述第二殼體與所述間隔板之間，並且所述饋入天線單元能用來耦合於所述第二天線結構。

本發明實施例也公開一種陣列天線裝置的天線單元，其包括：一天線結構，包含一基板及形成於所述基板上的多個微帶天線，並且所述基板形成有呈貫穿狀的多個流道孔；以及一模製支撐架，其為一體成形於所述基板的單件式構造，並且所述模製支撐架具有分別成形於所述基板兩側上的一第一架體與一第二架體、及形成於多個所述流道孔以連接所述第一架體與所述第二架體的多個連接部。

本發明實施例另公開一種陣列天線裝置，其包括：一第一殼體與一第二殼體，其彼此連接以共同構成一配置空間；以及一天線模組，設置於所述配置空間內，並且所述天線模組包含有：一第一天線單元，包含：一第一天線結構，包含一第一基板及形成於所述第一基板上的多個第一微帶天線，並且所述第一基板形成有呈貫穿狀的多個貫孔；及一支撐架，包含分別設置於所述第一基板兩側上的一第一架體與一第二架體、及位於多個所述貫孔以連接所述第一架體與所述第二架體的多個連接部；其中，所述第一架體面向所述第一殼體；一第二天線單元，包含有一第二天線結構與一間隔板，並且所述第二天線結構位於所述第二架體與所述間隔板之間；及一饋入天線單元，位於所述第二殼體與所述間隔板之間，並且所述饋入天線單元能用來耦合於所述第二天線結構。

綜上所述，本發明實施例所公開的陣列天線裝置及其天線單元，通過在所述基板(如：所述第一基板)形成有多個所述貫孔孔(如：流道孔)，以使得所述第一架體與所述第二架體能通過位於多個所述貫孔(如：流道孔)內的多個所述連接部，而彼此穩定地形成於所述基板(如：所述第一基板)的兩側，據以減少所述陣列天線裝置所需組裝的元件數量，進而縮短所述陣列天線裝置的生產時程、且能有效降低所述陣列天線裝置之中的元件組裝公差。

為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的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。

100:陣列天線裝置

10:第一殼體

20:第二殼體

30:天線模組

1:第一天線單元

11:第一天線結構

111:第一基板

1111:流道孔

1111a:貫孔

1112:穿孔

112:第一微帶天線

12:模製支撐架

12a:支撐架

121:第一架體

1211:第一分隔框

122:第二架體

1221:第二分隔框

123:連接部

124:扣持臂

2:第二天線單元

21:第二天線結構

211:第二基板

212:第二微帶天線

22:間隔板

3:饋入天線單元

31:電路板

311:天線

312:輻射部

32:饋入線

S:配置空間

D1:第一方向

D2:第二方向

H1:第一高度

H2:第二高度

D1111:間距

D112:最大外徑

圖1為本發明實施例一的陣列天線裝置的立體示意圖。

圖2為圖1的分解示意圖。

圖3為圖1的剖視示意圖。

圖4為圖2的第一天線單元(或天線單元)的立體剖視示意圖。

圖5為圖4的區域V的放大示意圖。

圖6為本發明實施例一的第一天線結構(或天線結構)的上視示意圖。

圖7A為圖6的區域VIIA的放大示意圖。

圖7B為圖7A的變化示意圖。

圖8為圖2的第一天線單元(或天線單元)的上視示意圖。

圖9為圖8的區域IX的放大示意圖。

圖10為圖2的第一天線單元(或天線單元)另一視角的立體剖視示意圖。

圖11為圖10的區域XI的放大示意圖。

圖12A為本發明實施例一的第一天線結構與第二天線結構的局部剖視示意圖。

圖12B為圖12A的分解示意圖。

圖13為圖10的區域XIII的放大示意圖。

圖14為本發明實施例一的饋入天線單元的示意圖。

圖15為本發明實施例二的第一天線結構的局部示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“陣列天線裝置及其天線單元”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[實施例一]

請參閱圖1至圖14所示，其為本發明的實施例一。如圖1至圖3所示，本實施例公開一種陣列天線裝置100，並且所述陣列天線裝置100於本實施例中是以一種衛星天線裝置來說明，其用以將信號發射至衛星與接收來自衛星的信號，但本發明不以此為限。其中，所述陣列天線裝置100包含有一第一殼體10、一第二殼體20、及位於所述第一殼體10與所述第二殼體20之間的一天線模組30。

所述第一殼體10與所述第二殼體20彼此連接以共同構成一配置空間S，並且所述天線模組30設置於所述配置空間S內。其中，所述配置空間S大致呈封閉狀，並且所述第一殼體10與所述第二殼體20的至少其中之一較佳是在所述配置空間S內形成有定位所述天線模組30的構造，而所述第一殼體10與所述第二殼體20的具體結構可依據設計需求而加以調整變化，不以本實施例為限。

所述天線模組30包含有一第一天線單元1、一第二天線單元2、及一饋入天線單元3，並且所述饋入天線單元3、所述第二天線單元2、及所述第一天線單元1於本實施例中是依序堆疊在所述第二殼體20上；也就是說，所述第一天線單元1是鄰近於所述第一殼體10，所述饋入天線單元3設置在所述第二殼體20上，而所述第二天線單元2夾持在所述第一天線單元1與所述饋入天線單元3之間。

需先說明的是，所述第一天線單元1於本實施例中是以搭配於所述第二天線單元2、所述饋入天線單元3、所述第一殼體10、及所述第二殼體20來說明，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述第一天線單元1可以被單獨地應用(如：販賣)或搭配其他構件使用。以下將先說明所述天線模組30的各個元件構造，而後再適時說明彼此之間的連接關係。

如圖4和圖5所示，所述第一天線單元1包含一第一天線結構11及形成於所述第一天線結構11上的一模製支撐架12；也就是說，所述第一天線結構11與所述模製支撐架12於本實施例中是彼此不可拆分的構造。據此，任何可以拆分的天線結構與支撐架則非為本實施例所指的所述第一天線結構11與所述模製支撐架12。

所述第一天線結構11包含一第一基板111及形成於所述第一基板111上的多個第一微帶天線(patch antenna)112。所述第一基板111於本實施例中形成有呈貫穿狀的多個流道孔1111，每個所述流道孔1111於本實施例中大致呈圓孔狀；多個所述第一微帶天線112於本實施例中是形成於所述第一基板111的上表面，並且每個所述第一微帶天線112的形狀大致呈圓形，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，多個所述第一微帶天線112可以形成於所述第一基板111的上表面及/或下表面，並且所述流道孔1111與所述第一微帶天線112的形狀可以依據設計需求而加以調整變化。

更詳細地說，如圖6和圖7A所示，多個所述第一微帶天線112排成各平行於一第一方向D1的多數列，多個所述第一微帶天線112也排成各平行於一第二方向D2的多數行，並且所述第一方向D1垂直於所述第二方向D2。於本實施例中，相鄰任兩列所述第一微帶天線112在所述第二方向D2上未彼此重疊，而相鄰任兩行所述第一微帶天線112在所述第一方向D1上則是局部重疊，但本發明不以此為限。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，相鄰任兩行所述第一微帶天線112在所述第一方向D1上也可以是未彼此重疊。

再者，為使所述第一天線結構11具備有較佳的結構強度，並且也為了避免多個所述流道孔1111的分佈影響到多個所述第一微帶天線112的運作，所述第一天線結構11較佳是具備有下個段落之中的至少其中一個條件，但本發明不受限於此。

如圖6和圖7A所示，多個所述流道孔1111的總面積不大於多個所述第一微帶天線112的總面積，並且每個所述流道孔1111的面積小於任一個所述第一微帶天線112的面積；多個所述流道孔1111的部分是與相鄰兩列所述第一微帶天線112的其中一列所述第一微帶天線112沿所述第一方向D1排列；如圖7A所示，在沿所述第一方向D1排列的一列所述第一微帶天線112與多個所述流道孔1111之中，相鄰的任兩個所述流道孔1111之間留有介於5公厘(mm)至10公厘的一間距D1111，其較佳是不大於任一個所述第一微帶天線112的最大外徑D112，並且在所述第一方向D1上的兩個相鄰所述第一微帶天線112之間設有兩個所述流動孔1111；如圖7A所示，其中一個所述流道孔1111位在分屬相鄰兩行且呈三角形排列的三個所述第一微帶天線112的一形心(centroid)上。

此外，多個所述流道孔1111於上述說明中雖是以圖7A為例，但可依據設計需求而加以調整變化。舉例來說，如圖7B所示，多個所述流道孔1111可以在圖7A的分佈基礎上，進一步增加其數量。

如圖4和圖5所示，所述模製支撐架12為一體成形於所述第一基板111的單件式構造並圍繞於多個所述微帶天線112的外側，並且所述模製支撐架12具有分別成形於所述第一基板111兩側(如：圖4中的所述第一基板111的上板面與下板面)上的一第一架體121與一第二架體122、及形成於多個所述流道孔1111以連接所述第一架體121與所述第二架體122的多個連接部123。需說明的是，為了使所述天線模組30的組裝具備有較高的精度，所述天線模組30於本實施例中是排除所述模製支撐架12以外的其他形式支撐架(如：鉚接架體或扣接架體)。

其中，所述第一架體121以預定圖案分佈於所述第一基板111的所述上板面，所述第一基板111的邊緣被所述第一架體121所包覆，並且所述第一基板111大致位於所述第一架體121所包圍形成的空間之內，據以使得所述第一天線結構11能夠被所述第一架體121保護而避免受到外部直接碰撞。

再者，如圖8和圖9所示，所述第一架體121包含有彼此相連的多個第一分隔框1211，並且多個所述第一分隔框1211(無間隙地)形成於所述第一基板111的所述上板面並圍繞於多個所述第一微帶天線112的外側。其中，每個所述第一分隔框1211所圍繞的所述第一微帶天線112的數量為四個以下，並且每個所述第一分隔框1211相連於至少一個所述連接部123。

更詳細地說，每個所述第一分隔框1211呈正N邊形，N為大於三的正整數，並且彼此相連的任兩個所述第一分隔框1211共用一個邊(也就是，一個所述第一分隔框1211最多相連於N個所述第一分隔框1211)，而每個所述第一分隔框1211的至少半數角落各相連於一個所述連接部123。於本實施例中，N是以六來說明，並且每個所述第一分隔框1211的四個角落各相連於一個所述連接部123，而每個所述第一分隔框1211所圍繞的所述第一微帶天線112的數量為一個，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述第一分隔框1211也可以是正N邊形以外的構造(如：圓形)。

所述第二架體122包含有彼此相連的多個第二分隔框1221，並且多個所述第二分隔框1221(無間隙地)形成於所述第一基板111的所述下板面。於本實施例中，多個所述第二分隔框1221朝向所述第一架體121正投影所形成的一投影區域，其重疊於多個所述第一分隔框1211。

也就是說，所述第一架體121的輪廓於本實施例中大致等同於所述第二架體122的輪廓(如：每個所述第二分隔框1221相連於至少一個所述連接部123)，據以使得所述第一架體121與所述第二架體122能在垂直所述第一基板111的方向具備有較佳的支撐效果，以避免所述第一天線結構11受損。再者，多個所述第一分隔框1211與所述第二分隔框1221還能夠通過多個所述連接部123而穩定地成形與相接。

此外，任一個所述第一分隔框1211具有相對於所述第一基板111(如：所述上板面)的一第一高度H1，並且任一個所述第二分隔框1221具有相對於所述第一基板111(如：所述下板面)的一第二高度H2，其不大於所述第一高度H1。

依上所述，所述第一天線單元1於本實施例中通過在所述第一基板111形成有多個所述流道孔1111，以使得所述第一架體121與所述第二架體122能通過位於多個所述流道孔1111內的多個所述連接部123，而彼此穩定地形成於所述第一基板111的兩側，據以減少所述陣列天線裝置100所需組裝的元件數量，進而縮短所述陣列天線裝置100的生產時程、且能有效降低所述陣列天線裝置100之中的元件組裝公差。

如圖2、圖3、及圖12A所示，所述第二天線單元2包含有一第二天線結構21與一間隔板22，並且所述第二天線結構21位於所述第二架體122與所述間隔板22之間；也就是說，所述第一架體121面向所述第一殼體10，所述第二架體122面向所述第二天線單元2的所述第二天線結構21。

所述第二天線結構21於本實施例中可以是類似於所述第一天線結構11；舉例來說，如圖12A和圖12B所示，所述第二天線結構21包含有一第二基板211及形成於所述第二基板211的多個第二微帶天線212，並且多個所述第二微帶天線212的位置分別對應於多個所述第一微帶天線112的位置。據此，任一個所述第二微帶天線212能夠耦合於其所對應的一個所述第一微帶天線112。

再者，圖3與圖12A所示，所述第二天線結構21連接於(如：黏接於)所述第二架體122，而所述間隔板22連接(如：黏接於)所述第二天線結構21(如：所述第二基板211)與所述饋入天線單元3，但本發明不以此為限。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述間隔板22可以是一體成形於所述第二天線結構21的單件式構造，並且所述第二天線結構21可以不同於所述第一天線結構11。

如圖2、圖3、及圖14所示，所述饋入天線單元3位於所述第二殼體20與所述間隔板22之間，並且所述饋入天線單元3能用來耦合於所述第二天線結構21。於本實施例中，所述饋入天線單元3包含有一電路板31及連接於所述電路板31的至少一條饋入線32，並且所述電路板31包含有鄰近於所述第二天線結構21的至少一個天線311(如：槽孔天線)及耦合於至少一個所述天線311的至少一個輻射部312，而至少一個所述天線311能通過至少一條饋入線32(連接於至少一個輻射部312)而耦合於所述第二天線結構21，並且所述第二天線結構21可以進一步耦合於所述第一天線結構11。

需額外說明的是，如圖10和圖13所示，所述第一基板111於本實施例中形成有分佈於多個所述第一微帶天線112外側且沿著所述第一基板111邊緣分佈的多個穿孔1112，並且所述模製支撐架12包含有自所述第一架體121延伸且分別穿過多個所述穿孔1112的多個扣持臂124，據以使所述第一天線結構11能夠通過多個所述穿孔1112與多個所述扣持臂124而與其他元件組接，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述第一基板111可以不形成有多個所述穿孔1112，並且所述模製支撐架12則是不形成有多個所述扣持臂124。

[實施例二]

請參閱圖15所示，其為本發明的實施例二。由於本實施例類似於上述實施例一，所以兩個實施例的相同處不再加以贅述，而本實施例相較於上述實施例一的差異大致說明如下：

於本實施例中，實施例一的所述流道孔1111改命名為貫孔1111a，並且實施例一中的所述模製支撐架12改以一支撐架12a取代。其中，所述支撐架12a包含有分別設置於所述第一基板111兩側上的一第一架體121與一第二架體122、及位於多個所述貫孔1111a以連接所述第一架體121與所述第二架體122的多個連接部123。

更詳細地說，所述第一架體121與所述第二架體122的至少其中之一具有透光性，用以供雷射光穿透至位於每個所述貫孔1111a內的所述第一架體121與所述第二架體122的部位，進而實現所述第一架體121與所述第二架體122於每個所述貫孔1111a內的連接。於本實施例中，任一個所述貫孔1111a內的所述第一架體121與所述第二架體122的連接處是定義為一個所述連接部123。

[本發明實施例的技術效果]

綜上所述，本發明實施例所公開的陣列天線裝置及其天線單元，通過在所述第一基板形成有多個所述貫孔(如：所述流道孔)，以使得所述第一架體與所述第二架體能通過位於多個所述貫孔(如：所述流道孔)內的多個所述連接部，而彼此穩定地形成於所述第一基板的兩側，據以減少所述陣列天線裝置所需組裝的元件數量，進而縮短所述陣列天線裝置的生產時程、且能有效降低所述陣列天線裝置之中的元件組裝公差。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的專利範圍內。