專利名稱：天線單元的制作方法
技術領域：
本發明有關于一種天線單元，且特別有關于一種具有改進天線間隔離度與改進波束寬度的天線單元。發明所述的天線單元適用于相控陣天線(Phased-array antenna)。
背景技術：
圖1是傳統天線1的示意圖，包含天線基板10、饋入基板(feed substrate) 20、微帶貼片(microstrip patch) 30、接地平面 40 以及微帶饋入線(microstrip feed line) 50。天線基板10包含第一表面11與第二表面12。饋入基板20包含第三表面21與第四表面22。微帶貼片30配置在第一表面11上。接地平面40配置在第三表面21上。第二表面12與接地平面40相連。耦合孔(coupling aperture) 41形成于接地平面40上。微帶饋入線50配置在第四表面22上。微帶饋入線50通過耦合孔41將信號饋入至天線基板10并與微帶貼片30形成無線信號激發。傳統天線一般帶寬過窄，具有不可忽略的背向輻射(backradiation)與不必要的表面波輻射(surface wave radiation)問題。此外，當傳統天線依陣列形式排布時，天線間的隔離效果欠佳。
發明內容
為克服傳統天線的上述缺陷，特提供以下技術方案本發明提供一種天線單元，包含第一基板，包含第一表面與第二表面，其中第一表面與第二表面分別設在第一基板的相對兩面；第一導電層，配置在第一表面上；第二導電層，配置在第二表面上，其中由多個第一導電通孔圍繞的主開孔形成于第二導電層上，多個第一導電通孔電性連接第一導電層與第二導電層，以及主開孔與圍繞的多個第一導電通孔確定輻射腔；第一平面導電環，圍繞輻射腔；以及饋入導體，用以將傳輸線信號饋入天線單元。本發明另提供一種天線單元，包含第一基板，包含第一表面與第二表面，其中第一表面與第二表面分別設在第一基板的相對兩面；第一導電層，配置在第一表面上；第二導電層，配置在第二表面上，其中由多個第一導電通孔圍繞的主開孔形成于第二導電層上，多個第一導電通孔電性連接第一導電層與第二導電層，以及主開孔與圍繞的多個第一導電通孔確定輻射腔；以及饋入導體，用以將傳輸線信號饋入天線單元，其中饋入導體位于第一導電層與第二導電層之間。本發明再提供一種天線單元，包含第一基板，包含第一表面與第二表面，其中第一表面與第二表面分別設在第一基板的相對兩面；第一導電層，配置在第一表面上；第二導電層，配置在第二表面上，其中由多個第一導電通孔圍繞的主開孔形成于第二導電層上，多個第一導電通孔電性連接第一導電層與第二導電層，以及主開孔與圍繞的多個第一導電通孔決定輻射腔；第二基板，包含第三表面與第四表面，其中第三表面與第四表面分別設在第二基板的相對兩面，第三表面接觸第二導電層；零個以上平面導電環圍繞輻射腔并嵌入第二基板中；以及饋入導體，用以將傳輸線信號饋入天線單元。
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本發明所提供的天線單元具有改進天線間隔離度的特性。此外，饋入導體在第一導電層與第二導電層之間延伸以將傳輸線信號饋入天線單元(更低饋入結構)。因此，本發明提供的更低饋入結構的天線單元在φ= O與φ= 90兩個方向提供改進的對稱增益場型。
圖1是傳統天線的示意圖。圖2是本發明第一實施例的天線單元的示意圖。圖3是本發明第一實施例的天線單元的電場(E)平面與磁場(H)平面的天線場型。圖4是沿第2圖IV-IV方向的剖面圖。圖5是本發明第二實施例的天線單元的示意圖。圖6是本發明第二實施例的另一變化例的天線單元的示意圖。圖7是本發明的第三實施例的天線單元的示意圖。圖8Α 8F是本發明的調整例。圖9是本發明第四實施例的天線單元的示意圖。圖IOA是本發明的調整例。圖IOB是本發明的另一調整例。
具體實施例方式在說明書及權利要求書當中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。所屬技術領域的技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及權利要求書并不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異作為區分的準則。在通篇說明書及權利要求項中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接于第二裝置，或透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。圖2是本發明第一實施例的天線單元100的示意圖。天線單元100包含第一基板110、第二基板120、第一導電層130、第二導電層140、零個以上平面導電環(planarconductive ring)(平面導電環151與152)、饋入導體160、貼片170以及多個第一導電通孔(conductive vias) 181。第一基板110包含第一表面111與第二表面112，其中第一表面111與第二表面112分別設在第一基板110的相對兩面。第二基板120包含第三表面121與第四表面122，其中第三表面121與第四表面122分別設在第二基板120的相對兩面。第三表面121與第二導電層140相連接。第一導電層130配置在第一表面111上。第二導電層140配置在第二表面112上，其中被第一導電通孔181圍繞的主開孔(main opening) 141形成于第二導電層140上，第一導電層通孔181電性連接第一導電層130與第二導電層140，以及主開孔141與圍繞的通孔確定輻射腔。第一平面導電環151位于第一導電層130與第二導電層140之間(嵌入第一基板110中)。第二平面導電環152位于第一平面導電環151之上并嵌入第二基板120中，此外最上端的第二平面導電環152可配置在第二基板120上。第一平面導電環151與第二平面導電環152圍繞上述輻射腔。第一導電通孔181將第一導電層130、第二導電層140、第一平面導電環151以及第二平面導電環152連接。圍繞輻射腔的第一導電通孔181的間距滿足第一預定規則，其中在第一預定規則的實施例中，每兩個相鄰的導電通孔的間距g可被設計為小于λ/8，λ為傳輸線信號的波長。在實施例中，第一導電層130與第二導電層140為接地層，因此圍繞的第一導電通孔181、第一平面導電環151以及第二平面導電環152也為接地的。饋入導體160在第一導電層130與第二導電層140之間延伸至輻射腔以將傳輸線信號饋入天線單元100。貼片170配置在主開孔141上面的第四表面122上，并與饋入導體160相分離。在第一實施例中，具有主開孔141的第二導電層140、第一平面導電環151、第二平面導電環152、第一導電通孔181以及第一導電層130形成腔體。饋入導體160所產生的表面波電流在第一基板110與第二基板120中被平面形成的腔體阻斷。因此，第一實施例的天線單元100提供改進的隔離與穩定的主動式阻抗以達到較大的掃描角度。此外，饋入導體160在第一導電層130與第二導電層140之間延伸以將傳輸線信號饋入天線單元110 (更低饋入的結構)。圖3是本發明第一實施例的天線單元的電場(E)平面與磁場(H)平面的天線場型，如圖3所示，第一實施例的天線單元100在φ= 0與φ= 90兩個方向提供較大以及改進的對稱增益場型。圖4是沿著圖2IV-IV方向的剖面圖。零個以上第二平面導電環152嵌入第二基板120中。雖然零個以上第二平面導電環152彼此分離，但它們皆連接于第一導電通孔181。如圖4所示，第一導電通孔181延伸穿過第一基板110與第二基板120。第一平面導電環151與饋入導體160相分離。第一平面導電環151可位于饋入導體160的上面或下面，或與饋入導體160位于相同的平面上。在第一平面導電環151與饋入導體160位于相同的平面上的情況中，第一平面導電環151包含缺口(notch)，上述缺口使得饋入導體160可由此通過。在圖4所示的實施例中，第一導電層130與第二導電環152的頂層之間的高度h大約為0.25λ，其中λ為傳輸線信號的波長。在第一預定規則的實施例中，每兩個相鄰的導電通孔的間距g可被設計為小于λ /8。高度h與間距g皆可進行調整。圖5是本發明的第二實施例的天線單元102’的示意圖，其中第二平面導電環152被省略。與先前技術相比，本發明第二實施例也提供改進的隔離。圖6是本發明第二實施例的另一變化例的天線單元102”的示意圖。如圖6所示，第一導電環151可進一步被省略。具有較低饋入的結構的天線單元(饋入導體160在第一導電層130與第二導電層140之間延伸)也可在φ= 0與φ= 90兩個方向提供改進的對稱增益場型。圖7是本發明的第三實施例的天線單元103的示意圖，其中饋入導體160位于較高處，更具體地，位于第二導電層140上的第二基板120中。借助天線單元103的平面導電環，天線單元103依然可提供改進的隔離與穩定的主動式阻抗以達到較大的掃描角度。在上述的實施例中，第一平面導電環與第二平面導電環可為由印刷形成的平面金屬環。第一基板與第二基板可由多個基板層構成。圖8Α 8F是本發明的調整實施例，如圖8Α所示，貼片170可被省略，如圖8Β 8F所示，貼片170可有不同的形狀，可置于不同的方向，或置于一個陣列中。圖9是本發明第四實施例的天線單元104的示意圖，其中饋入導體160’、第一平面導電環151’以及第二平面導電環152’皆為圓形。如第四實施例所示，饋入導體160’與平面導電環151，和152，的形狀可作調整。圖IOA是本發明的調整例，其包含天線陣列，天線陣列嵌入多層封裝基板中，天線陣列由2x2的天線單元100、102、102，、102”、103或104組成，調整例進一步包含垂直同軸電纜，其由多個第二導電通孔182與中心導體161構成，用以將饋入導體160與不必要的耦合隔離，并將信號發送至其他導電層。第二導電通孔182連接第一導電層130與第二導電層140，并至少圍饒同軸電纜的中心導體161的一部分。在一個天線陣列中，饋入導體160與同軸電纜之間的連接被縮短，并且上述連接被接地的通孔所圍繞以最小化傳輸線的損耗并減少不必要的耦合，其中不必要的耦合不僅來自于鄰近的天線，也可來自于封裝的電源面(power plane)與其他連線。圖IOB是本發明的另一調整例，如圖IOB所示，多個第三導電通孔183排列于饋入導體160的饋入線周圍。第二導電通孔182與第三導電通孔183可提供較低的饋入線損耗，并減少不必要的耦合，其中不必要的耦合可來自于鄰近天線的饋入導體160或封裝布局的其他信號線。本發明的圖IOA與圖IOB所示實施例皆可由低成本的標準印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)或低溫共燒陶瓷(Low TemperatureCo-fired Ceramic, LTCC)工藝較容易地完成批量生產。請注意，像“第一”，“第二”，“第三”等在說明書中修飾元件的序詞并不意味著任何優先權，優先級，或者一個元件的等級高于其他元件或者方法運行的時間順序，而僅僅作為標號用于區分一個具有確切名稱的元件與具有相同名稱(除了修飾序詞)的另一元件。本發明雖以較佳實施例揭露如上，但是其并非用以限定本發明的范圍，任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，做均等的變化與修飾，皆屬于本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種天線單元，包含第一基板，包含第一表面與第二表面，其中該第一表面與該第二表面分別設在該第一基板的相對兩面；第一導電層，配置在該第一表面上；第二導電層，配置在該第二表面上，其中由多個第一導電通孔圍繞的主開孔形成在該第二導電層上，該多個第一導電通孔電性連接該第一導電層與第二導電層，以及該主開孔與圍繞的該多個第一導電通孔確定輻射腔；第一平面導電環，圍繞該輻射腔；以及饋入導體，用以將傳輸線信號饋入該天線單元。
2.如權利要求1所述的天線單元，其特征在于該饋入導體位于該第一導電層與該第二導電層之間。
3.如權利要求1所述的天線單元，其特征在于零個以上第一平面導電環位于該第一導電層與該第二導電層之間。
4.如權利要求1所述的天線單元，其特征在于該第一平面導電環嵌入該第一基板中。
5.如權利要求4所述的天線單元，其特征在于該第一平面導電環電性連接該多個第一導電通孔。
6.如權利要求1所述的天線單元，進一步包含第二基板，其中該第二基板包含第三表面與第四表面，該第三表面與該第四表面分別設在該第二基板的相對兩面；以及貼片，配置在該主開孔上面的該第四表面上，并且與該饋入導體相分離，其中該第三表面與該第二導電層相連接。
7.如權利要求6所述的天線單元，進一步包含零個以上第二平面導電環，該第二平面導電環圍繞該輻射腔，其中該第二平面導電環位于該第一平面導電環上面并嵌入該第二基板中。
8.如權利要求6所述的天線單元，進一步包含零個以上第二平面導電環，該第二平面導電環圍繞該輻射腔，其中該第二平面導電環位于該第一平面導電環上面并配置在該第二基板上。
9.如權利要求7或8所述的天線單元，其特征在于該第一平面導電環與該第二平面導電環電性連接于該第一導電層與該第二導電層。
10.如權利要求6所述的天線單元，其特征在于該饋入導體嵌入該第二導電層上面的該第二基板中。
11.如權利要求1所述的天線單元，進一步包含垂直同軸電纜，其由多個第二導電通孔與中心導體構成，用以將該饋入導體與不必要的耦合隔離，并將信號發送至其他導電層。
12.如權利要求1所述的天線單元，其特征在于該多個第一導電通孔的每相鄰兩者的間距小于λ/8。
13.如權利要求1所述的天線單元，進一步包含多個第三導電通孔，該多個第三導電通孔排列在該饋入導體的饋入線周圍。
14.一種天線單元，包含第一基板，包含第一表面與第二表面，其中該第一表面與該第二表面分別設在該第一基板的相對兩面；第一導電層，配置在該第一表面上；第二導電層，配置在該第二表面上，其中由多個第一導電通孔圍繞的主開孔形成于該第二導電層上，該多個第一導電通孔電性連接該第一導電層與第二導電層，以及該主開孔與圍繞的該多個第一導電通孔確定輻射腔；以及饋入導體，用以將傳輸線信號饋入該天線單元，其中該饋入導體位于該第一導電層與該第二導電層之間。
15.如權利要求14所述的天線單元，其特征在于該多個第一導電通孔的每相鄰兩者的間距小于λ/8。
16.一種天線單元，包含第一基板，包含第一表面與第二表面，其中該第一表面與該第二表面分別設在該第一基板的相對兩面；第一導電層，配置在該第一表面上；第二導電層，配置在該第二表面上，其中由多個第一導電通孔圍繞的主開孔形成于該第二導電層上，該多個第一導電通孔電性連接該第一導電層與該第二導電層，以及該主開孔與圍繞的該多個第一導電通孔確定輻射腔；第二基板，包含第三表面與第四表面，其中該第三表面與該第四表面分別設在該第二基板的相對兩面，該第三表面接觸該第二導電層；零個以上平面導電環圍繞該輻射腔并嵌入該第二基板中；以及饋入導體，用以將傳輸線信號饋入該天線單元。
17.如權利要求16所述的天線單元，進一步包含貼片，配置在該主開孔上面的該第四表面上，并且與該饋入導體相分離。
18.如權利要求16所述的天線單元，其特征在于該多個第一導電通孔的每相鄰兩者的間距小于λ/8。
全文摘要
本發明提供一種天線單元，包含第一基板、第一導電層、第二導電層、第一平面導電環以及饋入導體。上述第一基板包含第一表面與第二表面，其中第一表面與第二表面分別設在第一基板的相對兩面；第一導電層，配置在第一表面上；第二導電層，配置在第二表面上，其中由多個第一導電通孔圍繞的主開孔形成于第二導電層上，上述多個第一導電通孔電性連接第一導電層與第二導電層，以及主開孔與圍繞的多個第一導電通孔確定輻射腔；第一平面導電環，圍繞輻射腔；以及饋入導體，用以將傳輸線信號饋入天線單元。本發明提供的天線單元具有改進天線間隔離度的特性和改進的對稱增益場型。
文檔編號H01Q1/52GK102570013SQ20111032713
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月25日 優先權日2010年12月23日
發明者王俊明, 陳鶴中 申請人:聯發科技股份有限公司