专利名称：平面双向辐射天线的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种天线，且特别是有关于一种平面双向辐射天线。
背景技术：
天线是许多无线通信系统不可或缺的必备元件，且其更是攸关于系统的整体性能的主要构成要件。一般来说，天线依照方向性可区分为无向性(isotropic)天线、全向性 (omni-directional)天线与指向性天线。其中，指向性(directive)天线是针对特定方向的电磁波能量进行传送与收发，因此可以广泛定地应用在以定向性(fixed direction)为主的无线通信系统内。具有双向辐射功能的天线主要是用于同时有三个固定点进行通信的目地，故其指向性(directivity)需高。而一般双向辐射的天线或装置往往是应用两个天线单元(即辐射体)，如两个平板天线(patch antennas)，或是利用槽孔天线(slot antennas)进行双向的辐射。然而此类传统的方式不但会增加产品的复杂度、成本与体积，更无法达成对称 (symmetric)的双向辐射效果(例如因为馈入结构的摆设位置)，或是无法具有高的指向性 (例如因为patch antenna的系统接地面的面积不够大)。有鉴于此，本发明运用单一的平面天线设计，而达成制作简单、成本低、体积小、对称的双向辐射与具高指向性的效果。此外，利用本发明所提出的双向辐射天线所组成的天线阵列，在全空间 (full-space)的扫描上，可运用电子信号调制而合成(synthesize)所需辐射场形，故可免除传统旋转天线阵列所需的机械装置，且可达成即时(real-time)且无时隙(time lag)的扫描。
发明内容
本发明提供一种平面双向辐射天线，具备双向的辐射场型，可简化电子系统的硬件结构。本发明提出一种平面双向辐射天线，包括一基板、一第一反射件、一天线本体、一第二反射件以及一第三反射件。基板包括一第一表面与一第二表面。第一反射件设置在基板的第一表面，且第一反射件的一顶边为向内凹陷，以在第一表面形成一第一凹槽。天线本体设置在基板，并位于第一凹槽内，且天线本体与第一反射件分别对称于一预设方向。第二反射件设置在基板的第二表面，且第二反射件为向内凹，以在第二表面形成一第二凹槽，其中第一凹槽与第二凹槽在一垂直投影面上具有一相互对应的配置。第三反射件设置在基板，并沿着预设方向相对于天线本体，且第三反射件在垂直投影面上覆盖第一凹槽的开口， 以致使平面双向辐射天线产生两波束，其中两波束相对于基板具有第一夹角，即达到双向 fglt (bidirectional radiation) ^ °在本发明的一实施例中，上述的天线本体包括一第一驱动件与一第二驱动件。第一驱动件设置在基板的第一表面，并具有一第一臂与一第二臂。第二驱动件设置在基板的第二表面，并具有一第一臂与一第二臂。其中，第二驱动件从第二反射件延伸而出，第一驱动件与第二驱动件的第一臂在垂直投影面上相互重叠，且第一驱动件与第二驱动件的第二臂对称于预设方向。在本发明的一实施例中，上述的第一反射件包括一第一延伸部与一第二延伸部。 第一延伸部设置在基板的第一表面，并排列在第一驱动件的第一臂的一侧。第二延伸部设置在基板的第一表面，并排列在第一驱动件的第一臂的另一侧。此外，第一延伸部与第二延伸部的端部在垂直投影面上与第二凹槽的底边相互对应。基于上述，本发明是利用第一反射件与第二反射件将由天线本体所辐射而朝向凹槽的底部的电磁能量反射回凹槽的开口，并利用第三反射件将反射至凹槽的开口的电磁能量再次反射回去。如此一来，由天线本体所辐射出的电磁能量将从垂直于基板的方向泄漏出来，进而致使平面双向辐射天线朝着基板的上方与下方同时产生两辐射波束。因此，平面双向辐射天线辐射所具备的双向辐射场型，将有助于简化电子系统的硬件结构，进而有助于电子系统的微型化的发展。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1所示为依据本发明一实施例的平面双向辐射天线的结构示意图。图2所示为依据本发明一实施例的平面双向辐射天线的透视图。图3A所示为依据本发明一实施例的基板的立体示意图。图IBB所示为隧道中，依据本发明一实施例的基板的立体示意图。图4所示为依据本发明另一实施例的平面双向辐射天线的结构示意图。图5所示为依据本发明再一实施例的平面双向辐射天线的透视图。图6所示为依据本发明又一实施例的平面双向辐射天线的透视图。图7所示为依据本发明又一实施例的平面双向辐射天线的透视图。主要元件符号说明100、400、500、600、700 平面双向辐射天线110:基板111 第一表面112:第二表面120、120，第二反射件101,101'凹槽130 天线本体131 第一驱动件131a 第一驱动件的第一臂131b 第一驱动件的第二臂132 第二驱动件132a 第二驱动件的第一臂132b 第二驱动件的第二臂140、140，、140”第一反射件
141、141，、141”第一延伸部142、142，、142”第二延伸部150、150，第三反射件151 第一覆盖部152 第二覆盖部DR:预设方向410 第三覆盖部420:第四覆盖部511 516:第一导孔521 522 第二导孔
具体实施例方式图1所示为依据本发明一实施例的平面双向辐射天线的结构示意图，图2所示为依据本发明一实施例的平面双向辐射天线的透视图，请同时参照图1与图2，平面双向辐射天线100包括一基板110、一第一反射件140、一天线本体130、一第二反射件120与一第三反射件150。在实体配置上，基板110包括一第一表面111与一第二表面112。其中，第一反射件140设置在基板110的第一表面111，第二反射件120设置在基板110的第二表面 112。此外，相对于天线本体130而言，第一反射件140与第二反射件120均具有向内凹的弧状设计，并分别在第一表面111与第二表面112形成一凹槽101。天线本体130包括一第一驱动件131与一第二驱动件132。其中，第一驱动件131 设置在基板110的第一表面111，且第二驱动件132设置在基板110的第二表面112。在实际应用上，天线本体130可以例如是偶极天线(dipoleanterma)，因此第一驱动件131与第二驱动件132的形状分别呈现L形，并各自具有双臂，例如第一驱动件131具有第一臂 131a与第二臂131b，且第二驱动件132具有第一臂13 与第二臂132b。就天线本体130的整体结构来说，第二驱动件132从第二反射件120延伸而出，因此第二反射件120相当于天线本体130的接地面(亦可看成等效的系统接地面)。此外，第一驱动件131的第一臂131a与第二驱动件132的第一臂13 在垂直投影面上相互重叠， 且第一驱动件131的第二臂131b与第二驱动件132的第二臂132b对称于一预设方向DR。第一反射件140包括一第一延伸部141与一第二延伸部142。其中，第一延伸部 141与第二延伸部142均设置在基板110的第一表面111。此外，第一延伸部141排列在第一驱动件131的第一臂131a的一侧，且第二延伸部142排列在第一驱动件131的第一臂 131a的另一侧。值得注意的是，在第一延伸部141与第二延伸部142中分别具有一端部，其靠近第一表面111的凹槽101的底边处，该两端部在垂直投影面上对应于第二表面112上的凹槽101的底边，彼此间的位置关系在垂直投影面上可配置成相互平行、完全重叠或是部分重叠。更明确地，在实际操作上可分成三种相互对应的配置方式(1)垂直投影面上， 第一表面111上的凹槽101的底边可完全对齐重叠在第二表面112上的凹槽101的底边； (2)垂直投影面上，第一表面111上的凹槽101的底边超出于第二表面112上的凹槽101的底边；(3)垂直投影面上，第一表面111上的凹槽101的底边内缩于第二表面112上的凹槽 101的底边。举例来说，在本实施例中，如图2的透视图所示，第一延伸部141与第二延伸部142的两端部(亦即第一表面111上的凹槽101的底边)在垂直投影面上与第二表面112 上的凹槽101的底边完全重叠，因此第一延伸部141与第二延伸部142均呈内凹的弧状。第三反射件150包括一第一覆盖部151与一第二覆盖部152。其中，第一覆盖部 151设置在基板110的第一表面111，并相对于第一驱动件131的第二臂131b。第二覆盖部 152设置在基板110的第二表面112，并相对于第二驱动件132的第二臂132b。此外，第一覆盖部151电性连接第一反射件140的第一延伸部141，且第二覆盖部152电性连接第二反射件120。就平面双向辐射天线100的整体结构来看，如图2所示，天线本体130与第一反射件140分别对称于预设方向DR，且天线本体130是设置在凹槽101内。此外，在本实施例中，凹槽101的底边呈现一抛物线状，而天线本体130即位于抛物线的焦点附近。再者，第一反射件140在垂直投影面上环绕凹槽101的底边，而第三反射件150则在垂直投影面上覆盖凹槽101的开口。借此，第一反射件140、第二反射件120与第三反射件150在垂直投影面上将包围整个天线本体130。如此一来，由天线本体130所辐射出而朝向凹槽101的底部的电磁能量，将会先被第一反射件140与第二反射件120反射，进而将辐射向凹槽101的底部的电磁能量导向至凹槽101的开口。然而，由于凹槽101的开口又被第三反射件150所覆盖，因此原先导向至凹槽101的开口的电磁能量将受到阻挡而再次地被反射回来。据此，天线本体130将无法朝着平行于基板110的任一方向幅射出电磁能量，所以如图3A的基板110的立体示意图所示，天线本体130的电磁能量将从垂直于基板110的方向(也就是+ζ轴与-ζ轴)泄漏出来，进而导致平面双向辐射天线100朝着基板110的上方(例如+z轴)与下方(例如-z 轴)产生两波束。在上述的实施例，其为第一表面111上的凹槽101的底边完全对齐重叠在第二表面112上的凹槽101的底边(如图2及图3A所示的配置方式)，理想状况下，两波束相对于x_y平面的夹角为90度。更进一步地，可借由调整第一表面111上的凹槽101底边与第二表面112上的凹槽101底边彼此间的相对位置(如上所述，凸出或内缩的相对位置关系)，而改变两波束相对于x_y平面的夹角大小，其可能的应用领域如下详述。值得注意的是，由于平面双向辐射天线100具有双向(bidirectional)的辐射场型，故在实际应用上，平面双向辐射天线100将可降低电子系统的面积与体积，例如 车辆防撞系统(vehicular anti-collision system)、微波中继站(microwave relay station)、智能型天线系统(smart antenna system)、以及雷达系统(RADAR system)等。举例来说，一般的微波中继站至少必须架设两个天线，其中一天线是用以接收上一中继站的无线信号，而另一天线则用以传送无线信号给下一中继站。然而，当本实施例的平面双向辐射天线100应用至微波中继站时，由于平面双向辐射天线100可产生双向的辐射场型，故微波中继站只需架设一个此型天线即可达成传统原有的收发特性，进而有效地简化微波中继站的硬件结构。此外，在隧道空间的应用上，由于隧道内不易收到GPS信号或其他无线信号，故可在隧道内的适当处配置本实施例的平面双向辐射天线100，故可将隧道外借由GPS信号中继器(relay)或放大器(amplifier)所传递的GPS信号，直接通过本发明的平面双向辐射天线所幅射出的信号方向(+ζ及-ζ方向)朝向隧道的两端口传送GPS信号，以达成隧道信号增益(tunnel booster)的功能。借此，无论从隧道哪一端口进入的车辆都可都接收到GPS信号。换句话说，本实施例的平面双向辐射天线100也有助于简化GPS信号转继与放大站的硬件结构。在本实施例中，第一表面111上的凹槽101的底边可完全对齐重叠在第二表面112上的凹槽101的底边，理想状况下，两波束的方向(+ζ及-ζ)相对于χ-y平面的夹角Θ1为90度(如图3A所示)。更进一步地，可借由调整第一表面111上的凹槽101底边与第二表面112上的凹槽101底边彼此间的相对位置，而改变任一波束的辐射方向(+ζ 或-z)，该波束相对于x-y平面的夹角为θ 2，其中θ 2小于Θ1。以图;3Β的例子来说若第一表面111上的凹槽101底边，在垂直投影面上内缩在第二表面112上的凹槽101底边， 故可使该波束的辐射路径(+z’ )更接近于行驶在隧道中的车辆，以改善车辆接收GPS信号的功效。本领域技术人员当然可依上述的调整方式，将第一表面111上的凹槽101底边凸出在第二表面112上的凹槽101底边，故可产生出一对称于+ζ’方向的辐射波束(-ζ’)，至于需要哪一特定方向的辐射波束，则可视实际状况而定。相同地，本领域技术人员亦可依上述的调整方式，将第三反射件的摆设方式作适度性地改变，其中第三反射件可包括第一覆盖部151、第二覆盖部152、第三覆盖部410与第四覆盖部420，同样可改变上述任一波束的辐射方向，其中该波束相对于χ-y平面的夹角施小于θ 1。若将所述凹槽与所述覆盖部之间的相对位置一起做适度性的改变，便可同时具有双向辐射的效果。详细的实施状况，则可参考上述如何调整凹槽相对位置的方式，在此则不再详述。此外，在车辆防撞系统的应用上，平面双向辐射天线100可同时检测行进中的车辆与前后双方车辆之间的车距，进而有效降低车辆防撞系统的硬件结构。除此之外，在阵列天线的应用上，例如雷达系统，由于平面双向辐射天线100可同时朝正反两方向进行扫描， 故只需借由电子信号所致的合成波束，雷达系统便无需架设旋转天线阵列的机械装置就可达到全域(full-space)与即时(real-time)扫描的目的，并据此降低雷达系统的硬件结构。更进一步地，若从军事防御的角度来看，雷达系统愈隐密、愈不容易被发现愈好，也就是雷达系统的设置地点，相对于地平面而言可能会比较低，或被外在环境所遮蔽，故在雷达信号侦测效果上势必会受到影响，但若将上述改变波束辐射方向的方法应用于雷达系统中， 便可借由不同的辐射角度，有效地提升雷达系统的准确率。相似地，对于智能型天线系统而言，平面双向辐射天线100的双向扫描的特性将可降低天线单元的数量，进而有助于智能型天线系统的微型化与低价化的实现。值得一提的是，平面双向辐射天线100主要是借由第三反射件150将朝着凹槽101 的开口辐射的电磁能量反射回去。其中，第三反射件150中的第一覆盖部151主要是用以反射第一驱动件131朝着凹槽101的开口所辐射出的能量，而第二覆盖部152则主要是反射第二驱动件132朝着凹槽101的开口所辐射出的能量。因此，在实际应用上，第一覆盖部 151与第二覆盖部152的长度分别大于第一驱动件131的第二臂131b与第二驱动件132的第二臂132b0除此之外，在实际应用上，也可额外设置覆盖部来加强第三反射件150阻挡电磁能量的能力。举例来说，图4所示为依据本发明另一实施例的平面双向辐射天线的结构示意图，将图1与图2所示的实施例相比较之下，图4实施例所示的第三反射件150’还包括一第三覆盖部410与一第四覆盖部420。如图4所示，第三覆盖部410设置在基板110的第一表面111，并在垂直投影面上与第二覆盖部152相互重叠。此外，第四覆盖部420设置在基板110的第二表面112，并在垂直投影面上与第一覆盖部151相互重叠。如此一来，第一表面111上的第一驱动件131将受到第一覆盖部151、第三覆盖部 410以及第一反射件140的包围，而第二表面112上的第二驱动件132将受到第二覆盖部 152、第四覆盖部420以及第二反射件120的包围。借此，第一反射件140、第二反射件120 与第三反射件150将更进一步地增加平面双向辐射天线400在垂直基板110方向上的指向性。值得注意的是，在实际应用上，同时设置第三覆盖部410与第四覆盖部420，或是第三覆盖部410与第四覆盖部420择一设置，都可以达到加强阻挡电磁能量的功能，因此本领域具有通常知识者可依设计所需任意更改第三反射件150’的配置结构。再者，平面双向辐射天线100还可搭配导孔(via)以利用其金属特性之便来提升反射件的特性。举例来说，图5所示为依据本发明再一实施例的平面双向辐射天线的透视图，相较于图1与图2所示的实施例，图5实施例所示的平面双向辐射天线500还包括多个第一导孔，例如第一导孔511 516，以及多个第二导孔，例如第二导孔521 522。其中， 第一导孔511 513贯穿第二反射件120、基板110与第一延伸部141，且第一导孔514 516贯穿第二反射件120、基板110与第二延伸部142。借此，第一反射件140将可通过第一导孔511 516来与第二反射件120电性相连。此外，第二导孔521 522贯穿第一覆盖部151、基板110与第二覆盖部152，以致使第一覆盖部151与第二覆盖部152电性相连。如此一来，随着反射件的特性的提升，将可相对地提高平面双向辐射天线500在垂直基板110 方向上的指向性。此外，在利用导孔提升反射件的特性的同时，也可如图4所示，额外设置覆盖部来加强第三反射件150’阻挡电磁能量的能力。更进一步来看，在上述各实施例中，凹槽101的底边均呈现一抛物线状。然而，在实际应用上，凹槽101的底边的形状并不以此为限，其形状也可为弧状、波浪状、或是折线状。举例来说，图6所示为依据本发明又一实施例的平面双向辐射天线的透视图，相较于图 1与图2所示的实施例，两者主要的差异在于，对于平面双向辐射天线600来说，第一反射件 140’中所形成的凹槽101’的底边的形状，以及第二反射件120’中所形成的凹槽101’的底边的形状。如图6所示，相对应于第一反射件140’与第二反射件120’的内凹弧度的可适性调整，凹槽101，的底边亦呈现折线状。另一方面，在上述各实施例中，第一反射件140的配置均为一平面的布局，但设计者可依设计所需作相对应的面积调整。举例来说，图7所示为依据本发明又一实施例的平面双向辐射天线的透视图，相较于图1与图2所示的实施例，两者主要的差异在于，第一反射件140”的布局面积与形状。在此，如图7所示，第一反射件140”可看成平面金属条(metal strips)而非原先的金属面(plane)。借此，平面双向辐射天线700在基板110的第一表面 111的布局面积将可相应的缩减，进而有助于平面双向辐射天线700的微型化的发展。综上所述，本发明是利用第一反射件、第二反射件、第三反射件在垂直投影面上包围天线本体的方式，致使天线的电磁能量改从垂直于基板的方向而非平行于基板的方向泄漏出来。如此一来，平面双向辐射天线将可朝着基板的上方与下方同时产生两波束，进而形成双向辐射的特性。相对地，在实际应用上，平面双向辐射天线所具备的双向辐射场型，将有助于降低电子系统的硬件结构，进而有助于电子系统的微型化的发展。虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种平面双向辐射天线，包括一基板，包括一第一表面与一第二表面；一第一反射件，设置在该基板的该第一表面，且该第一反射件为向内凹，以在该第一表面形成一第一凹槽；一天线本体，设置在该基板上，并位于该第一凹槽内，且该天线本体与该第一反射件分别对称于一预设方向；一第二反射件，设置在该基板的该第二表面，且该第二反射件为向内凹，以在该第二表面形成一第二凹槽，该第一凹槽与该第二凹槽在一垂直投影面上具有一相互对应的配置； 以及一第三反射件，设置在该基板上，并沿着该预设方向相对于该天线本体，且该第三反射件在该垂直投影面上覆盖该第一凹槽的开口，以致使该平面双向辐射天线产生两波束，其中该两波束相对于该基板具有一第一夹角。
2.根据权利要求1所述的平面双向辐射天线，其中该第三反射件分别电性连接该第一反射件与该第二反射件。
3.根据权利要求1所述的平面双向辐射天线，其中该第一凹槽的底边呈现一弧状、抛物线状或是折线状。
4.根据权利要求1所述的平面双向辐射天线，其中该天线本体包括一第一驱动件，设置在该基板的该第一表面，并具有一第一臂与一第二臂；以及一第二驱动件，设置在该基板的该第二表面，并具有一第一臂与一第二臂，且该第二驱动件从该第二反射件延伸而出，其中该第一与该第二驱动件的所述第一臂在该垂直投影面上相互重叠，且该第一与该第二驱动件的所述第二臂对称于该预设方向。
5.根据权利要求4所述的平面双向辐射天线，其中该第一反射件包括一第一延伸部，设置在该基板的该第一表面，并排列在该第一驱动件的该第一臂的一侧；以及一第二延伸部，设置在该基板的该第一表面，并排列在该第一驱动件的该第一臂的另一侧，其中，该第一延伸部与该第二延伸部的端部在该垂直投影面上与该第二凹槽的底边相互对应。
6.根据权利要求5所述的平面双向辐射天线，还包括多个第一导孔，贯穿该第二反射件、该基板与该第一延伸部，或是贯穿该第二反射件、 该基板与该第二延伸部，以致使该第一反射件与该第二反射件电性相连。
7.根据权利要求4所述的平面双向辐射天线，其中该第三反射件包括一第一覆盖部，设置在该基板的该第一表面，并相对于该第一驱动件的该第二臂；以及一第二覆盖部，设置在该基板的该第二表面，并相对于该第二驱动件的该第二臂，其中，该第一覆盖部与该第二覆盖部分别电性连接该第一反射件与该第二反射件。
8.根据权利要求7所述的平面双向辐射天线，其中该第三反射件还包括一第三覆盖部，设置在该基板的该第一表面，并在该垂直投影面上与该第二覆盖部具有一相互对应的配置。
9.根据权利要求7所述的平面双向辐射天线，其中该第三反射件还包括一第四覆盖部，设置在该基板的该第二表面，并在该垂直投影面上与该第一覆盖部具有一相互对应的配置。
10.根据权利要求7所述的平面双向辐射天线，还包括多个第二导孔，贯穿该第一覆盖部、该基板与该第二覆盖部，以致使该第一覆盖部与该第二覆盖部电性相连。
11.根据权利要求7所述的平面双向辐射天线，其中该第一覆盖部与该第二覆盖部的长度分别大于该第一与该第二驱动件的所述第二臂。
12.根据权利要求1、8或9所述的平面双向辐射天线，其中该相互对应的配置在该垂直投影面上包括完全重叠或是部分重叠。
13.根据权利要求1所述的平面双向辐射天线，其中该相互对应的配置包括该第一凹槽的底边在垂直投影面上内缩于该第二凹槽的底边。
14.根据权利要求1所述的平面双向辐射天线，其中该相互对应的配置包括该第一凹槽的底边在垂直投影面上凸出于该第二凹槽的底边。
15.根据权利要求12所述的平面双向辐射天线，其中该相互对应的配置在该垂直投影面上完全重叠时，该第一夹角为90度，若部分重叠时，该第一夹角则小于90度。
全文摘要
一种平面双向辐射天线，包括基板、第一反射件、天线本体、第二反射件以及第三反射件。第一反射件设置在基板的第一表面，且第一反射件的顶边向内凹陷，以在第一表面形成第一凹槽。天线本体位于第一凹槽内，且天线本体与第一反射件对称于预设方向。第二反射件设置在基板的第二表面，且第二反射件的顶边向内凹，以在第二表面形成第二凹槽。第一凹槽与第二凹槽在垂直投影面上具有相互对应的配置。第三反射件设置在基板的第一与二表面，并沿着预设方向相对于天线本体，且第三反射件在垂直投影面上覆盖第一凹槽的开口，以致使平面双向辐射天线产生两波束，其中两波束相对于基板具有第一夹角，即达到双向辐射的效果。
文档编号H01Q19/18GK102208717SQ20101015778
公开日2011年10月5日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者陈建廷, 黄奂衢 申请人:宏达国际电子股份有限公司