专利名称：天线阵列的制作方法
技术领域：
本发明公开一种天线阵列，特别是一种平板双向辐射天线阵列。
背景技术：
一般的天线可根据其在平面上的分布分类成全向天线与定向天线。在自由空间 内，任何天线可向各个方向以辐射方式发射能量，但是若以特定的结构来实施天线，会使天 线所发射的能量倾向于集中在某个方向上而获得较大方向性。将多个天线接到同一个信号 源或负载时，便可产生天线阵列；一般将天线接到同一个信号源或负载的方式是以微带线 等用来传输信号的实体导线来进行。在天线阵列中，天线之间设置的相对位置会对于天线 阵列本身传输能量的方向或是增益等特性产生明显的影响，使得天线阵列本身所包括的天 线的设计为举足轻重的课题。
发明内容
本发明公开一种天线阵列，其中该种天线阵列为一种平板双向辐射天线阵列。该 辐射天线阵列包括一微带线组、多个辐射体组、及一底板。该微带线组包括多个微带线 (Microstrip)及一主微带线。该多个微带线耦接到该主微带线。该每一辐射体组包括多个 以微带线串联的辐射体(Radiator)。该多个辐射体组一一耦接到该多个微带线。该底板 的一第一表面用来承载该微带线组及该多个辐射体组。在该多个辐射体组的每一辐射体组 中，该每一辐射体组所包括的该多个辐射体的每一辐射体的长度为该微带线组所传输的一 信号的二分之一波长或该二分之一波长的整数倍。
图1为根据本发明的一第一实施例，所公开的一天线阵列的正表面示意图。图2为图1所示的天线阵列的反表面示意图。图3为根据本发明的一实施例，将图1所示的二辐射体各自替换为一辐射体组所 产生的一天线阵列的示意图。图4为图3所示的天线阵列的反表面示意图。图5为将图3中所示的微带线组由二组扩充为多组所形成的天线阵列的示意图。图6为图5所示的天线阵列的反表面示意图。图7及图8为将图4中所示的微带线组由二组扩充为多组所形成的天线阵列的示 意图，其中图7为该天线阵列的正表面示意图，而图8为该天线阵列的反表面示意图。图9为图7所示的天线阵列的个数为奇数且存在有单一辐射体组位于该天线阵列 的正中央的情况。主要元件符号说明100、200、300天线阵列110,210,310底板120、130、220_1、220_2、...、辐射体 220_(N-I)、220_N、230-_1、 230_2、... 、230_(N-I)、230_N、 320_1、320_2、320_3、320_4、...、 320_(m-3)、320_(m-2)、 320_(m-l)、320_m150,250,350微带线组140,240,340主微带线1401、1402、2401、2402、340_1、微带线 340_2、340_3、340_4、...、 340_(m-3)、340_(m-2)、 340_(m-l),340_m160、2601、2602、2603、2604、金属层 2605、360_1、360_2、360_3、 360 4220,230微带线组
具体实施例方式请参阅图1、图2、及图3。图1为根据本发明的一第一实施例，所公开的一天线阵 列100的正表面示意图。请注意，天线阵列100为一平板双向辐射天线阵列。图2为图1 所示的天线阵列100的反表面示意图。且图3为图1及图2所示的天线阵列100的侧面示 意图。如图1所示，天线阵列100包括一底板110、一第一辐射体120、一第二辐射体130、及 一微带线组150。底板110承载第一辐射体120、第二辐射体130及微带线组150。第一辐 射体120及第二辐射体130沿着底板110的二侧平行排列。微带线组150包括一主微带线 140及二微带线1401、1402，且微带线1401、1402耦接到主微带线140。第一辐射体120及 第二辐射体130个别耦接到微带线1401及1402。主微带线140接收由外部信号源所提供 的信号，并通过微带线1401及1402将信号个别传输给第一辐射体120及第二辐射体130。 第一辐射体120及第二辐射体130所形成的阻抗与微带线组150所形成的阻抗相等，而形 成阻抗匹配。在图1与图2中，是以图示剖面线AA’的方式来指明天线阵列100的正表面与反 表面对应关系。如图2与图3所示，一金属层160是以对应于微带线组150的方式涵盖在 天线阵列100的反表面上，且金属层160与第一辐射体120及第二辐射体130在天线阵列 100的反表面上对应的区块彼此之间成未重叠(Non-overlapping)的状态；请注意，在图2 中是将金属层160在天线阵列100的反表面所涵盖的区域以斜线区域来表示，以明确表示 与图1中天线阵列100的位置对应关系，且在图3中，第二辐射体130、微带线组150、及金 属层160各自的厚度相对于天线阵列100本体的厚度为可忽略的。金属层160的存在可以 阻断第一辐射体120及第二辐射体130的无线信号朝微带线组150在天线阵列100的反表 面上所对应的区块传输，并据此提高上述无线信号在传输时的方向性。请注意，金属层160 可以直接附着、电镀、涂层等方式来依附到底板110的反表面。
假设微带线组150所发射的无线信号的波长为λ，则如图1所示，第一辐射体120
与第二辐射体130之间的距离可为且该距离在本发明的其他实施例中可为Ιλ的整数
2 , 2
倍。除此以外，底板110的底部长度为λ或λ的整数倍，。第一辐射体120及第二辐射体 130两者的长度为或的整数倍。第一辐射体120及第二辐射体130两者与底板110
的二侧的距离各为且第一辐射体120及第二辐射体130两者与底板110的上侧的距离 为^
ο底板110的二侧的长度与金属层160的设置方式有关。参阅图1及图2可知，金 属层160会遮住底板110的反表面一部份，但却不会遮住辐射体的反表面，以避免妨碍辐射 体发射无线信号的正常方向。以图1及图2所示的实施例可知，金属层160占去底板110
二侧边的高的长度为或的整数倍；每一辐射体的长度亦为底板110的二侧长度为
或的整数倍，再加上每一辐射体与底板110上侧的距离为因此底板110的二侧长度 2 8 ,
可为丄λ的整数倍加上且底板Ii0的二侧长度必大于金属层160占去底板110 二侧边 2 8 ,
的高的长度，此因金属层160在底板110上的涂布不可能超过底板110的范围。图1及图2所示为辐射体只有一对的状况。在本发明的某些实施例中，辐射体120 及辐射体130可各自被替换为一辐射体组，其中每一辐射体组包括多个以微带线串联起来 的辐射体，且二辐射体组之间的辐射体彼此一一对应。除此以外，在本发明的某些实施例 中，所使用的辐射体组数量也未必是上述的二个，而可为二个以上。请参阅图4、图5、及图6，为根据本发明的一实施例，将图1所示的辐射体120、130 各自替换为一辐射体组所产生的一天线阵列200的示意图。其中图4为天线阵列200的 正表面的示意图，图5为图4所示的天线阵列200的反表面示意图，而图6为天线阵列200 的侧面示意图。如图4所示，天线阵列200包括一底板210、一第一辐射体组220、一第二辐 射体组230、及一微带线组250。底板210承载第一辐射体组220、第二辐射体组230、及微 带线组250。第一辐射体组220及第二辐射体组230沿着底板210的二侧平行排列。微带 线组250包括一主微带线240及二微带线2401、2402。微带线2401、2402耦接到主微带线 240，并各自耦接到微带线2401及2402。第一辐射体组220及第二辐射体组230个别耦接 到微带线2401及2402。第一辐射体组220包括多个以微带线串联的第一辐射体220_1、
220_2.....220_(N-I)、2204_Ν，且第二辐射体组230包括多个以微带线串联的第二辐射体
2301_1、2302_2、. · ·、2303_(Ν_1)、2304_Ν。第一辐射体 2201 与第二辐射体 2301 对应，第一 辐射体2202与第二辐射体2302对应，...,第一辐射体2203与第二辐射体2303对应，且第 一辐射体2204与第二辐射体2204对应；换句话说，第一辐射体组220与第二辐射体组230 各自所包括的多个辐射体一一对应而二二成对。除此以外，二个相互对应的辐射体之间的
距离为或的整数倍。
在图4、图 5、及图 6 中，图示有剖面线 AlAr、BlBl，、B2B2，、ClCr、C2C2，、DlDl，、 D2D2，、E1E1，、E2E2，、F1F1，来表示图4、图5、图6中底板210正表面与反表面的对应关系。观察图5及图6可知，底板210的反表面上布置有多个金属层沈01、2602、沈03.....2604、沈05，其中金属层沈01对应于微带线组250涵盖在底板210的正表面的部分。请注意，图4 所示的第一辐射体组220所包括的多个串联的第一辐射体中，二个串联的第一辐射体之间 是以一微带线相耦接；同样的，第二辐射体组230所包括的多个串联的第二辐射体中，二个 串联的第二辐射体之间亦以一微带线相耦接；除此以外，由于第一辐射体组220及第二辐 射体组230各自所包括的多个辐射体一一对应，因此用来各自串联第一辐射体组220所包 括的多个第一辐射体及第二辐射体组230所包括的多个第二辐射体的微带线亦一一对应，且二相对应的微带线在底板210的反表面上所对应的面积被多个金属层沈02、2603.....沈04、2605其中之一所覆盖。换句话说，除了金属层沈01以外的其他金属层，用来覆盖用来 串接二辐射体组的微带线，以进一步加强二辐射体组发射信号时的方向性。然而，在本发明的某些实施例中，即使未在底板210的背面包覆金属层沈02.....沈05，天线阵列200所发射信号的方向性亦不会受到太大的影响。请注意，第一辐射体组220及第二辐射体组230 所形成的阻抗与微带线组250所形成的阻抗相等，而形成阻抗匹配。请参阅图7及图8，其为将图4中所示的微带线组由二组扩充为多组所形成的天 线阵列300的示意图，其中图7为天线阵列300的正表面示意图，而图8为天线阵列300的 反表面示意图。如图7所示，天线阵列300包括一底板310、多个辐射体组320-_1、320_2、 320_3、320_4、. . .、320_(m_3)、320_(m_2)、320_(m_l)、320_m、及一微带线组 350。底板 310承载多个辐射体组及微带线组350。多个辐射体组320-_1、320_2.....320_(m_l)、320_m系沿着底板310的二侧平行排列。微带线组350包括一主微带线340及多个微带线340_1、 340_2、340_3、340_4、. . .、340_(m_3)、340_(m_2)、340_(m_l)、340_m，且该多个微带线各自耦接到多个辐射体组320-_1、320_2.....320_(m-l)、320_m及主微带线340。多个辐射体组320-_1、320_2、. . .、320_(m-l)、320_m的每一辐射体组与图2所示的辐射体组220或230相同，或可为长度或的整数倍的均勻宽度金属条，故不再在图7中详细图示。请注意，除 4了图7多个辐射体组320-_1、320_2、. . .、320_(m_l)、320_m可为二二成对或二二成对且中间加上单一辐射体组；假设在图7中，m为偶数，则多个辐射体组320-_1、320_2.....320_(m-1)、320_m即为二二成对的状况；而当m为奇数时，多个辐射体组320__1、320_2.....320_(m-l)、320_m中除了位于中数的一辐射体组在中间以外，位于辐射体组320_ Ξ^1 二侧的其余多个辐射体组为二二成对，图9即图示上述m的值为奇数而使得(m + 1)辐射体组320 (m + 1)位干天线阵列300的正中央的情况，且辐射体组与相邻 2的二辐射体组320_·^^及辐射体组320_·^》(限于篇幅而未示出)之间的距离为的二倍以上的整数倍。上述二二成对的情况以m为偶数时举例来说，辐射体组320-_1、 320_2为一对，辐射体组320_3、320_4为一对，辐射体组320_(M_;3)、320 (M-2)为一对，辐射体组320_(m-l)、320_m为一对；而在m的值为奇数时，除了上述m为偶数时的辐射体组对组 合外，位于中央的辐射体组320_·^^为唯一不成对的辐射体组；除此以外，成对的一对辐射体组之间的距离为的二倍以上的整数倍，例如图7与图9中所示辐射体组320_1及320_2之间的距离为的状况，其中N为值大于或等于2的正整数。在图7、图 8、图 9 中图示有剖面线 Η1Η1’、Η2Η2’、Η3Η3’、Η4Η4’、. · ·、H(Y-I) H(Y-I) ’、ΗΥΗΥ’来表示底板310的正表面与反表面的对应关系。观察图8可知，底板310的 反表面上布置有多个金属层360_1、360_2、360_3、. . .、360_Χ，其中金属层360_1对应于微带线组350涵盖在底板310的正表面的部分。与图5所示相同，金属层360_2、360_3.....360_Χ各自覆盖对应于多个辐射体组320-_1、320_2、. . .、320_(M_l)、320_Μ中负责串联各 辐射体用的微带线面积(未图示在图8中)。请注意，与之前所述相同，即使未使用金属层360_2、360_3.....360_Χ来覆盖串联的微带线所对应的面积，天线阵列300在输出信号的方向性上亦不会受到明显的影响。再者，多个辐射体组320-_1、320_2.....320_(M-I)、320_M所形成的阻抗与微带线组350所形成的阻抗相等，而形成阻抗匹配。请注意，天线阵列200及300所包括的各元件的规格，均与图1所示的规格类似或 相同，故不再另行赘述。本发明系公开多种增加发射信号的方向性的天线阵列。在本发明所公开的天线阵 列中，是以金属层覆盖微带线在底板背侧对应的面积来增强辐射体组在发射信号时的方向 性，并对底板及其承载的各元件以经过设计的规格来制造，以增加本发明所公开的天线阵 列的信号发射功能。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明所做的均等变化与修饰，均应属 本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种天线阵列，包括一微带线组，包括多个微带线及一主微带线，且该多个微带线耦接到该主微带线； 多个辐射体组，每一辐射体组包括多个以微带线串联的辐射体，且该多个辐射体组 一一耦接到该多个微带线；及一底板，其一第一表面用来承载该微带线组及该多个辐射体组； 其中在该多个辐射体组的每一辐射体组中，该每一辐射体组所包括的该多个辐射体的 每一辐射体的长度为该微带线组所传输的一信号的二分之一波长或该二分之一波长的整 数倍。
2.根据权利要求1所述的平板双向辐射天线阵列，另包括一第一金属层，设置在该底板的一第二表面上，且该第一金属层的二侧的长度为该信 号的二分之一波长或该二分之一波长的整数倍；其中该第二表面相对于该第一表面，且该第一金属层对应于该微带线组涵盖在该第二 表面上；其中该第一金属层与该多个辐射体组在该第二表面上所对应的区块成未重叠的状态。
3.根据权利要求2所述的平板双向辐射天线阵列，另包括 多个第二金属层，设置在该第二表面上；其中该多个第二金属层一一对应于该多个辐射体组的每一辐射体组上用来串联该多 个辐射体的微带线而涵盖在该第二表面上；其中该第二金属层与该多个辐射体组在该第二表面上所对应的区块成未重叠的状态。
4.根据权利要求1所述的平板双向辐射天线阵列，其中该底板的一下缘的长度为该信号的波长或该波长的整数倍。
5.根据权利要求4所述的平板双向辐射天线阵列， 其中该多个辐射体组沿着该底板的二侧平行排列；其中在该多个辐射体组中心距离该底板的二侧最近的二个辐射体组与该底板的二侧 的距离为该信号的波长的八分之三；其中该多个辐射体组的每一辐射体组中最接近该底板的一上缘的一个辐射体与该底 板的该上缘的距离为该信号的波长的八分之一。
6.根据权利要求1所述的平板双向辐射天线阵列，其中该多个辐射体组包括一第一辐射体组及多个二二成对的第二辐射体组，二个成对 的第二辐射体组各自包括的多个辐射体一一对应，该第一辐射体组设置在该多个第二辐射 体组的中央，该二个成对的第二辐射体组中二个相互对应的辐射体中心之间的距离为该信 号的二分之一波长的二倍以上的整数倍，且该第一辐射体组与最靠近的二第二辐射体组之 间的距离为该信号的二分之一波长的二倍以上的整数倍。
7.根据权利要求1所述的平板双向辐射天线阵列，其中该多个辐射体组二二成对，二个成对的辐射体组各自包括的多个辐射体一一对 应，该二个成对的辐射体组中二个相互对应的辐射体之间的距离为该信号的二分之一波长 的二倍以上的整数倍。
8.根据权利要求1所述的平板双向辐射天线阵列，其中该多个辐射体组所形成的阻抗与该微带线组所形成的阻抗相等，而形成阻抗匹配。
全文摘要
在天线阵列中，以金属层覆盖微带线在底板反表面对应的面积来增强辐射体组在发射信号时的方向性，并对底板及其承载的各元件以经过设计的规格来制造，以增加天线阵列的信号发射功能。
文档编号H01Q13/08GK102055078SQ200910209389
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者毛绍纲, 邓维康 申请人:立积电子股份有限公司