微带天线收发器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种微带天线收发器，可切换极化，其包含有一基板、一第一开关元件、一第二开关元件、一天线模块、一第一微带线以及一第二微带线。该第一及第二开关元件位于该基板的一第一面。该天线模块位于该基板的一第二面，包含有一辐射金属片、一垂直极化馈入点以及一水平极化馈入点。该辐射金属片包含有一第一图案槽孔，该第一图案槽孔的尺寸相关于该第一开关元件及该第二开关元件的反射相位以产生一右旋极化信号或一左旋极化信号。该第一及第二微带线分别电连接于该垂直极化馈入点与该第一开关元件之间；及该水平极化馈入点与该第二开关元件之间。
【专利说明】
微带天线收发器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种微带天线收发器，尤其是涉及一种可切换极化的微带天线收发 器。
【背景技术】
[0002] 卫星通讯具有覆盖范围广大及不受地面环境干扰等优点，广泛用于军事、探测及 商用通讯服务如卫星导航、卫星语音广播或卫星电视广播等。现今，许多电子装置也可通过 外接天线来接收卫星信号，例如智能型手机、平板电脑等。一般而言，卫星信号的频率范围 可从1. 466GHz到1. 472GHz，卫星于该频段上可同时提供两种正交信号，其中一种为左旋极 化信号，另一种为右旋极化信号。若要接收该两种正交信号，则需要同时具备有一左旋极化 天线模块及一右旋极化天线模块。然而，在实际应用上，电子装置通常不会于同一时间内处 理该两种正交信号，只会选择其中之一，并且两个单独的天线模块会占据许多空间并增加 成本，因此，可将该左旋极化天线模块及该右旋极化天线模块合而为一。
[0003] 现有天线收发器需包含有两个开关元件、一混合式电路及一平板微带天线。混合 式电路包含有两个输入传输端口及两个输出传输端口。当两个开关元件不同时导通而使 一信号仅经由一个输入传输端口进入混合式电路时，混合式电路将信号等分为相位相差90 度的两个传送信号，再分别经由两个输出传输端口传送至平板微带天线，并通过平板微带 天线产生一垂直极化信号与一水平极化信号，而辐射至空气中。由于两个传送信号的相位 相差90度，因此，天线收发器可产生左旋极化或是右旋极化的天线场形。此外，因为平板微 带天线的两个馈入点分别对应连接两个输出传输端口，当能量相同的传送信号进入平板微 带天线之后，会个别产生垂直和水平极化的电磁场，而且因为平板微带天线的垂直和水平 空间具有对称性，所以垂直极化信号与水平极化信号的辐射能量不受彼此影响，具有高度 的隔离性。
[0004] 由上述可知，现有天线收发器对于二正交信号具有高度的隔离性，然而，欲达成混 合式电路的功能，其长及宽需有1/4波长的长度，因此，在目前卫星信号的低频率下，混合 式电路需占据很大的板材面积，花费的成本也相对提高。因此，如何减少天线成本并可同时 达到处理两种正交信号的目的，已成为业界的目标之一。
【发明内容】
[0005] 因此，本发明的主要目的在于提供一种可切换极化的微带天线收发器。
[0006] 为达上述目的，本发明揭露一种可切换极化的微带天线收发器，包含有一基板，包 含有一第一面及一第二面；一第一开关元件，位于该基板的该第一面；一第二开关元件，位 于该基板的该第一面；一天线模块，位于该基板的该第二面，包含有一辐射金属片，包含有 一第一图案槽孔，该第一图案槽孔的尺寸相关于该第一开关元件及该第二开关元件的反射 相位，以产生一右旋极化信号或一左旋极化信号；一垂直极化馈入点；以及一水平极化馈 入点，该垂直极化馈入点与该水平极化馈入点对称于一对称轴；一第一微带线，电连接于该 垂直极化馈入点与该第一开关元件之间；以及一第二微带线，电连接于该水平极化馈入点 与该第二开关元件之间。
【附图说明】
[0007] 图1A为本发明实施例一微带天线收发器的正面示意图；
[0008] 图1B为图1A的微带天线收发器的背面示意图；
[0009] 图1C为图1A的微带天线收发器沿图1A的剖线A-A'的截面示意图；
[0010] 图2为图1A的微带天线收发器于开关元件136、138的不同反射相位的天线共振 模拟结果示意图；
[0011] 图3至图10分别为图1A的微带天线收发器于开关元件136、138的不同反射相位 时对应频率1. 469GHz的天线场型特性模拟结果示意图；
[0012] 图11为本发明实施例一微带天线收发器的正面示意图；
[0013] 图12为本发明实施例一微带天线收发器的正面示意图。
[0014] 符号说明
[0015] 10、11~14 微带天线收发器
[0016] 100 基板
[0017] 106、108 开口
[0018] 110 接地金属片
[0019] 120 天线模块
[0020] 122 介质层
[0021] 124、124a~124d 辐射金属片
[0022] 126 垂直极化馈入点
[0023] 128 水平极化馈入点
[0024] 136、138 开关元件
[0025] 146、148 微带线
[0026] X 垂直方向
[0027] Y 水平方向
[0028] SV 垂直极化信号
[0029] SH 水平极化信号
[0030] XS 对称轴
[0031] CHUCH2 截角
[0032] SL1、SL2、SL_a ~SL_d 图案槽孔
[0033] L1、L2 距离
[0034] T 信号
[0035] SL1_L、SL1_W、SL2_L、SL2_W 尺寸
[0036] C 中心点
[0037] SL1_D、SL2_D、126D、128D 偏移位置
【具体实施方式】
[0038] 请参考图1A至图1C，图1A为本发明实施例一微带天线收发器10的正面示意图， 图1Β为微带天线收发器10的背面示意图，图1C为微带天线收发器10沿图1Α的剖线Α-Α' 的截面不意图。微带天线收发器10包含有一基板100、一接地金属片110、一天线模块120、 开关元件136、138及微带线146、148。开关元件136、138位于基板100的一面，而接地金属 片110及天线模块120则位于基板100的另一面，且接地金属片110设置于天线模块120 和基板100之间。天线模块120包含有一介质层122、一福射金属片124、一垂直极化馈入 点126及一水平极化馈入点128。介质层122用来隔离接地金属片110与辐射金属片124。 辐射金属片124为主要辐射体，其可使电磁波沿一垂直方向X或一水平方向Υ共振，而辐射 出一垂直极化信号SV与一水平极化信号SH。福射金属片124的形状为对称于一对称轴XS 的一六边形，更精确来说是一矩形截去两对角而形成截角CH1、CH2,用以控制天线模块120 的垂直极化信号SV与水平极化信号SH之间的能量转换。并且，辐射金属片124包含有图 案槽孔SL1、SL2,用来调整垂直极化信号SV与水平极化信号SH的相对相位，以合成一右旋 极化信号或一左旋极化信号。其中，图案槽孔SL1、SL2分别对称于对称轴XS，并分别设置 于垂直极化馈入点126与水平极化馈入点128的两侧。
[0039] 此外，垂直极化馈入点126与水平极化馈入点128也对称于对称轴XS。微带线146 经由基板100的一开口 106而电连接于垂直极化馈入点126与开关元件136之间，并通过开 关元件136控制天线模块120而传送或接收垂直极化信号SV。微带线148则经由基板100 的一开口 108而电连接于水平极化馈入点128与开关元件138之间，并通过开关元件138 控制天线模块120而传送或接收水平极化信号SH。其中，微带线146、148的长度大致为垂 直极化馈入点126或水平极化馈入点128至基板100的最短距离，且微带线146、148从开 关元件136、138至开口 106、108的距离L1、L2分别接近0,也就是说，微带线146、148仅提 供电连接功能，而几乎不会影响信号的相位。在此情况下，可缩小微带天线收发器10的尺 寸，并有效降低微带线146、148造成的能量损耗，而提高增益值及减少噪声。
[0040] 简言之，微带天线收发器10通过控制开关元件136、138以传送或接收不同极化的 信号（即左旋极化信号与右旋极化信号），如此一来，微带天线收发器10可通过切换方式分 时处理不同极化的信号，以节省成本并达到利用同一天线收发器来处理不同极化信号的目 的。
[0041] 针对发射一信号T的运作而言，当开关元件136导通而开关元件138关闭（不导 通）时，信号T由开关元件136进入微带天线收发器10,通过微带线146馈入至垂直极化馈 入点126以于天线模块120产生垂直极化信号SV，而辐射至空气中。然而，由于辐射金属 片124具有截角CH1、CH2,因此信号T会转换部分能量并进入水平极化馈入点128,经由微 带线148,先传送至关闭状态中的开关元件138再反射回水平极化馈入点128,并于天线模 块120产生水平极化信号SH，而辐射至空气中。由于信号传输路径不同，且信号经过图案 槽孔SL1、SL2会改变相位，因此，水平极化信号SH相对垂直极化信号SV有相位差（phase shift)。值得一提的是，微带天线收发器10可通过调整辐射金属片124的截角CH1、CH2或 是垂直极化馈入点126及水平极化馈入点128相对辐射金属片124的中心点C的偏移位置 126D、128D，使得垂直极化信号SV与水平极化信号SH的能量大小大致相同，并且可对应开 关元件136、138的反射相位来调整图案槽孔SL1、SL2的尺寸SL1_L、SL1_W、SL2_L、SL2_W 以及图案槽孔SL1、SL2几何中心相对中心点C的偏移位置SL1_D、SL2_D，使得垂直极化信 号SV的相位领先水平极化信号SH的相位约90度，以合成左旋极化的天线场形。在此情况 下，图案槽孔SL1、SL2的尺寸SL1_L、SL1_W、SL2_L、SL2_W及偏移位置SL1_D、SL2_D相关于 开关元件136、138的反射相位。
[0042] 同理，当开关元件138导通而开关元件136关闭时，信号T由开关元件138进入微 带天线收发器10,通过微带线148馈入至水平极化馈入点128以于天线模块120产生水平 极化信号SH，而辐射至空气中。然而，由于辐射金属片124具有截角CHI、CH2,信号T会转 换部分能量并进入垂直极化馈入点126,经由微带线146,先传送至关闭状态中的开关元件 136再反射回垂直极化馈入点126,并于天线模块120产生垂直极化信号SV，而辐射至空气 中。类似地，由于信号传输路径不同，且信号经过图案槽孔SL1、SL2会改变相位，因此，垂 直极化信号SV相对水平极化信号SH有相位差。相同地，也可调整辐射金属片124的截角 CH1、CH2或是垂直极化馈入点126及水平极化馈入点128相对中心点C的偏移位置126D、 128D，使得垂直极化信号SV与水平极化信号SH的能量大小大致相同，并且可对应开关元件 136、138的反射相位来调整图案槽孔SL1、SL2的尺寸SL1_L、SL1_W、SL2_L、SL2_W以及图案 槽孔SL1、SL2几何中心相对中心点C的偏移位置SL1_D、SL2_D，并使得垂直极化信号SV的 相位落后水平极化信号SH的相位约90度，以合成右旋极化的天线场形。
[0043] 由此可知，本发明实施例的微带天线收发器10可通过调整信号的馈入点，以处理 不同极化的信号。再者，针对接收运作时，微带天线收发器10也可通过控制开关元件136 及开关元件138来传输从天线模块120接收到的左旋极化信号或是右旋极化信号至一后端 电路模块（未绘示于图1A至图1C)以进行信号处理。另外，相较于发射运作，当应用于接 收运作时，开关元件136及开关元件138需转向180度，以符合信号传输方向。
[0044] 微带天线收发器10为本发明的一实施例，本领域具通常知识者当可据以做不同 的变化及修饰。举例来说，对应开关元件136、138的不同反射相位（如为-180度至180 度），可适当设计天线，以获得所需的电磁场解。请参考表一、表二及图2至图10。图2为微 带天线收发器10于开关元件136、138的反射相位为180度、135度、90度、45度、0度、-45 度、-90度、-135度时的天线共振模拟结果示意图。图3至图10分别为微带天线收发器10 于开关元件136、138的反射相位为180度、135度、90度、45度、0度、-45度、-90度、-135 度时对应频率1. 469GHz的天线场型特性模拟结果示意图，其中，粗实线代表微带天线收发 器10的同极化在〇度角切面的辐射场型，粗虚线代表微带天线收发器10的同极化在90度 角切面的辐射场型，细实线代表微带天线收发器10的正交极化在0度角切面的辐射场型， 细虚线代表微带天线收发器10的正交极化在90度角切面的辐射场型。并且，表一分别为 图3至图6中的微带天线收发器10的尺寸相对开关元件136、138反射相位的天线特性表， 且表二分别为图7至图10中的微带天线收发器10的尺寸相对开关元件136、138反射相位 的天线特性表。由图2及表一和表二可知，当开关元件136、138关闭的反射相位为180度、 135度、90度、45度、0度、-45度、-90度、-135度时，返回损耗（S11值）于频率1.466GHz 至 1. 472GHz 的最大值分别为-21. 0dB、-25. 0dB、-21. 2dB、-22. 4dB、-22. 9dB、-27. 7dB、-24. 6dB及-17.3dB，并且，微带天线收发器10可满足增益值、极化隔离度（Co/Cx)的要求，而能 提供轴比（axial ratio)趋近于1的圆极化信号。换句话说，可对应开关元件136、138的 反射相位来调整图案槽孔SL1、SL2的尺寸及偏移位置，并因此改变垂直极化信号SV与水平 极化信号SH之间的相位差，以获得所需的电磁场解，而不需改变天线模块120的天线尺寸。
[0045] (表一）
[0046]
[0049] 另一方面，开关元件136、138可通过二极管元件或晶体管元件来实现，但不限于 此。开关元件136、138分别位于垂直方向X、水平方向Y上，但不以此为限。对应开关元件 136、138的不同反射相位，微带线146、148的长度均不改变，且微带线146、148从开关元件 136、138至开口 106、108的距离Ll、L2分别接近0,因此微带线146、148仅提供电连接功 能，而几乎不会影响信号的相位。在此情况下，可缩小微带天线收发器10的尺寸，并有效降 低微带线146、148造成的能量损耗，而提高增益值及减少噪声。但本发明不限于此，微带线 146、148的长度也可视不同设计需求而适当调整。
[0050] 此外，辐射金属片124的图案槽孔SL1、SL2的形状为一 L字形，但不以此为限。举 例来说，图11至图12为本发明实施例微带天线收发器11~12的正面示意图，其中，微带 天线收发器11、12的图案槽孔SL_a、SL_b的形状分别为一十字形及一多重弯折形。值得注 意的是，为了维持微带天线收发器11~12的辐射金属片124a~124b的共振特性，图案槽 孔SL_a~SL_b为封闭（close)结构，且不会切割福射金属片124a~124b而形成独立的 碎片，以避免影响共振频率。并且，对于沿垂直方向X共振的垂直极化信号SV，图案槽孔优 选沿水平方向Y延伸，而对于沿水平方向Y共振的水平极化信号SH，图案槽孔优选沿垂直方 向X延伸，在此情况下，图案槽孔优选地对称于对称轴XS。图11至图12中的图案槽孔SL_ a~51^_13可取代图1A中的图案槽孔SL1、SL2,或可增加至图1A中的辐射金属片124,而使 辐射金属片124包含有多个图案槽孔。
[0051] 综上所述，本发明的微带天线收发器通过控制开关元件以及调整辐射金属片的截 角、馈入点的偏移位置或是图案槽孔的尺寸及偏移位置，以达到分时传送或接收不同极性 的信号以及节省成本的目的。并且，通过缩减微带线的长度，可缩小微带天线收发器的尺 寸，并有效降低微带线造成的能量损耗，而提高增益值及减少噪声。
[0052] 以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修 饰，都应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种可切换极化的微带天线收发器，包含有： 基板，包含有第一面及第二面； 第一开关元件，位于该基板的该第一面； 第二开关元件，位于该基板的该第一面；以及 天线模块，位于该基板的该第二面，包含有 辐射金属片，包含有第一图案槽孔，该第一图案槽孔的尺寸及偏移位置相关于该第一 开关元件及该第二开关元件的反射相位，以产生一右旋极化信号或一左旋极化信号； 垂直极化馈入点；以及 水平极化馈入点，该垂直极化馈入点与该水平极化馈入点对称于一对称轴。2. 如权利要求1所述的微带天线收发器，其中该垂直极化馈入点设置于该基板的该第 二面且沿着一第一方向设置于该第一方向上的一第一位置，该水平极化馈入点设置于该基 板的该第二面且沿着一第二方向设置于该第二方向上的一第二位置，该第一方向及该第二 方向大致垂直。3. 如权利要求1所述的微带天线收发器，其中该天线模块的该辐射金属片的形状为 一四边形截去两对角而形成的一六边形。4. 如权利要求3所述的微带天线收发器，其中该辐射金属片还包含有第二图案槽孔， 该第一图案槽孔及该第二图案槽孔对称于该辐射金属片的该对称轴，该第一图案槽孔设置 于该垂直极化馈入点及该水平极化馈入点的一侧，且该第二图案槽孔对应设置于该垂直极 化馈入点及该水平极化馈入点的另一侧。5. 如权利要求4所述的微带天线收发器，其中该第一图案槽孔及该第二图案槽孔的形 状可选自L字形、十字形及多重弯折形。6. 如权利要求3所述的微带天线收发器，其通过该辐射金属片的两截角而使能量分配 于一第一线性极化信号及一第二线性极化信号，并通过该第一图案槽孔的尺寸而使该第一 线性极化信号及该第二线性极化信号的相位差为90度，以合成该第一线性极化信号及该 第二线性极化信号为一右旋极化信号或一左旋极化信号，其中，该第一线性极化信号及该 第二线性极化信号的极化方向互相垂直。7. 如权利要求1所述的微带天线收发器，其中该第一开关元件及该第二开关元件为二 极管元件或晶体管元件。8. 如权利要求1所述的微带天线收发器，还包含有： 接地金属片，位于该基板的该第二面，且设置于该天线模块与该基板之间； 第一微带线，电连接于该垂直极化馈入点与该第一开关元件之间；以及 第二微带线，电连接于该水平极化馈入点与该第二开关元件之间。
【文档编号】H01Q15/24GK105990682SQ201510057386
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月4日
【发明人】徐杰圣
【申请人】启碁科技股份有限公司