TWM583136U - 毫米波陣列天線結構 - Google Patents

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TWM583136U
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昭元 沈
廖偉盛
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逢甲大學
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Abstract

一種毫米波陣列天線結構，包括：一組依陣列編排的輻射體，該組輻射體彼此隔著一間距，所述的輻射體是四邊形元件，其被一槽孔圍成一小面積部，該小面積部不在輻射體的中央位置。該毫米波陣列天線還有多組中和線與二平行的耦合件。其中，該組中和線電連接相鄰二輻射體的角落。而且，該組輻射體在二耦合件之間。該組中和線減少毫米波陣列天線彼此間的影響，相對提高隔離度。同時，該槽孔與耦合件產生額外的場型模態，使毫米波陣列天線可操作在25GHz~28GHz的頻寬範圍，亦能擴張到24GHz~30GHz的頻寬範圍。

Description

毫米波陣列天線結構
本創作涉及無線電波傳輸資訊的技術，特別是指一種適用於5G世代的毫米波陣列天線結構。
隨著通訊技術的快速發展，通訊系統結合無線區域網路(Wireless Local Area Network，縮寫WLAN)應用在許多行動裝置，譬如智慧型通訊器、個人數位助理(Personal Digital Assistant，縮寫PDA)與筆記型電腦(NoteBook Computer或Laptop Computer)等。
無線區域網路以無線電波作為傳遞媒介，採用多輸入多輸出(Multi-Input Multi-Output，縮寫MIMO)技術來提高天線的通訊品質，解決空中訊號相互干擾的問題。
另外，行動裝置朝向小型化、功能強以及多頻帶發展，陸續研發一些WLAN天線，譬如台灣第M513468號「多頻帶單平面天線結構及應用該天線結構的行動裝置」新型專利案。
鑒於此，本創作提供之毫米波陣列天線，主要目的在於：減少毫米波陣列天線彼此間的影響，兩天線的間隔距離可小於0.01個波長，相對提高隔離度，兼具額外的場型模態產生，做好迎接5G世代來臨的準備。
此處所稱的5G，是Fifth Generation Mobile Networks或者是 5th Generation Wireless Systems的簡稱，隸屬於4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系統後延伸最新一代蜂窩行動通訊技術，推出新無線技術(New Radio，縮寫NR)來規範低頻(FR1，低於6GHz)和更高頻率(FR2，高於24GHz)的毫米波範圍。
緣於上述目的之達成，本創作的毫米波陣列天線結構包括：一組依陣列編排的輻射體，該組輻射體彼此隔著一間距，所述的輻射體是四邊形元件，其被一槽孔圍成一小面積部，該小面積部不在輻射體的中央位置。
該毫米波陣列天線還有多組中和線與二平行的耦合件。其中，該組中和線電連接相鄰二輻射體的角落。而且，該組輻射體在二耦合件之間。
如此，本創作的毫米波陣列天線中，該組中和線減少毫米波陣列天線彼此間的影響，相對提高隔離度。同時，該槽孔與耦合件產生額外的場型模態，使毫米波陣列天線可操作在25GHz~28GHz的頻寬範圍，亦能擴張到24GHz~30GHz的頻寬範圍。
為使本創作之上述目的、特徵和優點，更加淺顯易懂，茲舉一個或以上較佳的實施例，配合所附的圖式詳細說明如下。
10‧‧‧毫米波陣列天線
20‧‧‧板材
22‧‧‧第一平面
24‧‧‧第二平面
26‧‧‧電連接柱
30‧‧‧輻射體
302‧‧‧小面積部
32‧‧‧中和線
322‧‧‧連接段
324、326‧‧‧腳
34‧‧‧間距
36‧‧‧槽孔
361‧‧‧第一隔離部
362‧‧‧第二隔離部
38‧‧‧耦合件
40‧‧‧接地面
42‧‧‧隔離孔
44‧‧‧饋入部
46‧‧‧火線
A、B、C、D‧‧‧角
Eθ‧‧‧第一電場
Eφ‧‧‧第二電場
第1圖是本創作毫米波陣列天線結構較佳實施例的立體圖。
第2圖是毫米波陣列天線結構不同視角的立體圖。
第3圖是毫米波陣列天線結構去除板材後的局部立體圖。
第4圖是從Y軸方向觀察X-Z平面的場型模擬圖。
第5圖是從X軸方向觀察Y-Z平面的場型模擬圖。
第6圖是從Z軸方向觀察X-Y平面的場型模擬圖。
第7圖是毫米波陣列天線結構的增益模擬表。
第8圖是毫米波陣列天線結構的反射損失模擬表。
第1圖從第一視角看到毫米波陣列天線10較佳的實施例，該毫米波陣列天線10有一板材20，該板材20是不導電的矩形板，該矩形板的第一平面22設置導電的一組輻射體30、多組中和線32與二耦合件38。去除板材20後，第3圖繪製該輻射體30、中和線32與耦合件38對應一接地面40。
具體而言，二耦合件38印刷在板材20的第一平面22上，二者相互平行的並排在該組輻射體30兩側，每個耦合件38與輻射體30隔著一間距34。在本實施例，該組輻射體30彼此隔著間距34並依線陣列編排。某些實施例，該組輻射體30得依九宮格或圓形陣列編排。
此處所稱的間距34，大約是0.1毫米(mm)。
所述的輻射體30是四邊形體，該四邊形體擁有A、B、C與D四個角。該輻射體30有一槽孔36，所述的槽孔36在輻射體30圍成一小面積部302。在本實施例，該輻射體30是矩形體，該矩形體擁有3.6×5平方毫米(mm2)的面積。某些實施例中，所述的輻射體30是正方形體。
從毫米波陣列天線10的角度來看，該槽孔36底部被板材20封閉，屬於單方向通往外界的凹槽。從輻射體30的角度來看，所述的槽孔36是上、下相通的孔洞。無論如何，該槽孔36由一第一隔離部361與一組平行的第二隔離部362所組成。其中，該第一隔離部361平行於輻射體30的AB邊與CD邊，而且AB邊到第一隔離部361的距離比第一隔離部361到CD邊的距離還要遠。該組第二隔離部362從第一隔離部361兩端朝向CD 邊的垂直方向延伸，每個第二隔離部362的長度小於第一隔離部361的長度。因此，該小面積部302不在輻射體30的中央位置。
該組中和線32是由兩個形狀一致、方向相反的中和線32組成，每個中和線32有一連接段322，該連接段322兩端分別垂直聯結一腳324、326，共同構成U型的線性結構體。該組中和線32之一用兩根腳324、326電連接相鄰二輻射體30的角A、B，另一個中和線32的兩根腳324、326電連接相同的兩個輻射體30的角C、D。因此，該組中和線32位於間距34的兩端，彼此的開口相向。
第2圖從第二視角看到毫米波陣列天線10的具體結構，該板材20的第二平面24平行於第一平面，在第二平面24印刷一接地面40與一組饋入部44。所述的接地面40是導電的，其有數量等於該組饋入部44的隔離孔42，該隔離孔42是容積大於饋入部44體積或面積的矩形孔，該矩形孔位於輻射體30(見第1圖)的下方。該饋入部44是矩形片體，該矩形片體在隔離孔42中。透過一火線46將饋入部44的短邊與接地面40連在一起，該饋入部44其餘的部分不觸及接地面40圍成隔離孔42的壁面。
配合第3圖來看，所述的板材20(參閱第1圖)被二排電連接柱26通過。第一排電連接柱26數量等於小面積部302的數量，每根電連接柱26二端分別電連接小面積部302與饋入部44。第二排外側的兩根電連接柱26用來連接耦合件38與接地面40，中間的電連接柱26以兩根為一組，每組電連接柱26分列於火線46兩旁，用來連接單一輻射體30的角C、D與接地面40。
回頭看到的第1圖，本實施例界定板材20短邊的平行方向為正X軸方向，長邊的平行方向視為正Y軸方向，以致第一平面22充當XY平面，而且垂直第一平面22且指向輻射體30的方向作為正Z軸方向。
如第4~6圖所示，所述的毫米波陣列天線實現波束操控或波束成形(Beamforming)，表現X-Z平面、Y-Z平面與X-Y平面中，一第一電場Eθ和一第二電場Eφ的輻射方向。
在第7圖中，頻率約26.6GHz時，所述的毫米波陣列天線增益為10dBi。
如第8圖所示，該毫米波陣列天線之10dB重疊頻寬約為5.2GHz(25.2~30.4GHz)。因此，該毫米波陣列天線可操作在25GHz~28GHz的頻寬範圍，亦能擴張到24GHz~30GHz的頻寬範圍。

Claims (8)

  1. 一種毫米波陣列天線結構，包括：一組依陣列編排的輻射體(30)，該組輻射體(30)彼此隔著一間距(34)，所述的輻射體(30)是四邊形元件，其被一槽孔(36)圍成一小面積部(302)，該小面積部(302)不在輻射體(30)的中央位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的毫米波陣列天線結構，其中，該槽孔(36)有一第一隔離部(361)與一組第二隔離部(362)，所述的第一隔離部(361)平行於輻射體(30)一邊(AB)，該組第二隔離部(362)是平行的，分別從第一隔離部(361)兩端朝向輻射體(30)對邊(CD)的垂直方向延伸，該第二隔離部(362)的長度小於第一隔離部(361)的長度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的毫米波陣列天線結構，其中，該輻射體(30)面積為3.6×5平方毫米(mm2)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的毫米波陣列天線結構，其中，該間距(34)是0.1毫米(mm)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的毫米波陣列天線結構，還有多組中和線(32)，該組中和線(32)電連接相鄰二輻射體(30)的角落。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的毫米波陣列天線結構，其中，該中和線 (32)有一連接段(322)，二腳(324、326)垂直聯結於連接段(322)兩端，其中之一腳(324)電連接輻射體(30)的角(B或D)，其餘的腳(326)電連接輻射體(30)的角(A或C)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的毫米波陣列天線結構，還有二平行的耦合件(38)，該組輻射體(30)在二耦合件(38)之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的毫米波陣列天線結構，其中，該組輻射體(30)印刷在一板材(20)的第一平面(22)，該板材(20)在平行第一平面(22)的第二平面(24)印刷導電的一接地面(40)與一組饋入部(44)，所述的接地面(40)有數量等於該組饋入部(44)的隔離孔(42)，該饋入部(44)在隔離孔(42)中，一火線(46)將局部的饋入部(44)與接地面(40)連在一起，該饋入部(44)其餘的部分不觸及接地面(40)圍成隔離孔(42)的壁面；二排通過板材(20)的電連接柱(26)，一排電連接柱(26)分別電連接小面積部(302)與饋入部(44)，另排電連接柱(26)以兩根為一組，每組電連接柱(26)連接單一輻射體(30)的二角(C、D)與接地面(40)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI792268B (zh) * 2020-04-30 2023-02-11 大陸商深圳市睿德通訊科技有限公司 毫米波與非毫米波天線整合模組系統和電子設備

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