专利名称：部分反射面天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种部分反射面天线，尤指一种包括一由微带天线数组构成的反射板，且具有低旁波瓣与高增益等优点的部分反射面天线。
背景技术：
近年来，不论在军用或民用的应用领域中，具有一由微带天线数组所构成的部分反射面(Partial Reflective Surface，PRS)的部分反射面天线(Partial Reflective Surface Antenna)已经广泛地被应用。这些部分反射面天线具有低高度(low profile)，且可以使用印刷电路板制作等优点。
但即便如此，这些部分反射面天线所发射的高频讯号仍具有显著的旁波瓣(side lobe)部分，且无法再进一步地减低其占整体波形的比率。此一现象不仅造成此部分反射面天线于其主要发射方向(main beam direction)上所能提供的高频讯号强度无法进一步提高，使其可传输的距离受到限制。此外，其天线增益(gain)也无法随着天线的面积的增加而持续地增加，即当其面积大于一最佳化面积(optimum area)后，其效率(efficiency)(即单位面积的增益)反而随着天线面积的增加下降。目前公知的部分反射面天线的效率最高仅约50％。
图1为公知的部分反射面天线的立体示意图，其中部分反射面天线1包括基板11及反射板12，两者均由FR-4材质的微波基板构成。反射板12是由第一支撑棒141、第二支撑棒142、第三支撑棒143及第四支撑棒144而与基板11的上表面111保持一共振距离(resonant distance)，此共振距离的长短并与部分反射面天线1的设计频率有关。此外，基板11的中央具有一矩形槽孔(图中未示)，此矩形槽孔并电连接于一同轴电缆以输出或接受一高频讯号。
当此部分反射面天线于其发射状态时，此高频讯号在基板11与反射板12之间来回地反射，且经由反射板12所造成的「部分反射」效应的协助，此高频讯号最终穿透反射板12而被部分反射面天线1发射出去。反射板12的长(L)及宽(W)均为12.9cm，其上表面121布设有均匀排列的复数个微带反射单元13。每一微带反射单元的长(L)及宽(W)均为12mm，且每一微带反射单元与邻近的微带反射单元13之间之间距均为1.1mm。
如上所述，虽然公知的部分反射面天线1可藉由适当地调整位于其反射板12上表面121的微带反射单元13的排列方式(调整各微带反射单元13之间的间距)，提升其所发射的高频讯号的讯号/噪声比与指向性。但是，公知的部分反射面天线1所输出的高频讯号的「旁波瓣」部分占整体波形的比率与增益仍无法利用此一方法进一步地降低及提升。
因此，业界亟需一种具有「低旁波瓣」与「高增益」等优点的部分反射面天线，以进一步提升无线通讯系统的天线模块的效能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种部分反射面天线。
为实现上述目的，本发明提供的部分反射面天线，用以接收及输出一高频讯号，包括一具有一上表面的基板，且一讯号输出入口开设于该上表面并用以接收及输出该高频讯号；一反射板，用以部分反射该高频讯号，该反射板的表面布设有第一天线数组与第二天线数组，且该第二天线数组包围该第一天线数组；以及复数个支撑单元，该等支撑单元支撑该反射板于该基板的上表面，且使该反射板与该基板之间维持一特定距离；其中，该第一天线数组由复数个第一微带反射单元构成，该第二天线数组由复数个第二微带反射单元构成；位于该等第一微带反射单元之间的间距小于位于该等第二微带反射单元之间的间距。
其中该基板为FR-4材质的微波基板。
其中该反射板为FR-4材质的微波基板。
其中该等第一微带反射单元的外型为正方形。
其中该等第二微带反射单元的外型为正方形。
其中该等第一微带反射单元的外型为长条形。
其中该等第二微带反射单元的外型为长条形。
其中该等支撑单元由绝缘材质构成。
其中该高频讯号的频率范围介于9GHz及10GHz之间。
其中该反射板为正方形板。
其中该特定距离为该高频讯号波长的二分之一。
其中该讯号输出入口为长方形槽孔。
其中该讯号输出入口电连接于一同轴电缆。
上述本发明的部分反射面天线由将两种具有不同排列方式的天线数组分别布设于其反射板的表面的方式，降低其所发射出的高频讯号的「旁波瓣」的比率，使此高频讯号的能量可更加集中于其主波瓣(main lobe)部分，使得此高频讯号不但可传递更远的距离，也不容易受到干扰。此外，本发明的部分反射面天线可使其增益较公知的的部分反射面天线进一步地提高，使一应用本发明的部分反射面天线的天线模块具有更佳的效能。
图1为公知的部分反射面天线的立体示意图。
图2A为本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的立体示意图。
图2B为本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的反射板的示意图。
图2C为一显示分别位于本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的反射板表面的第一天线数组与第二天线数组的排列方式的示意图。
图3A为第一种公知的部分反射面天线的反射板的示意图。
图3B为一显示位于图3A的反射板表面的微带反射单元的排列方式的示意图。
图4A为第一种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号于磁场平面上的波形示意图。
图4B为第一种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号于电场平面上的波形示意图。
图4C为第一种公知部分反射面天线与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线于各频率范围的增益分布的示意图。
图5A为第二种公知的部分反射面天线的反射板的示意图。
图5B为一显示位于图5A的反射板表面的微带反射单元的排列方式的示意图。
图6A为第二种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号于磁场平面上的波形示意图。
图6B为第二种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号于电场平面上的波形示意图。
图6C为第二种公知部分反射面天线与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线于各频率范围的增益分布的示意图。
图7A为本发明第二较佳实施例的部分反射面天线的反射板的示意图。
图7B为一显示分别位于本发明第二较佳实施例的部分反射面天线的反射板表面的第一天线数组与第二天线数组的排列方式的示意图。
具体实施例方式
图2A为本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的立体示意图，其中部分反射面天线2包括基板21及反射板22，而两者均由厚度0.8mm的FR-4材质的微波基板构成。反射板22系藉由第一支撑棒241、第二支撑棒242、第三支撑棒243及第四支撑棒244而与基板21的上表面211保持一共振距离。此共振距离的长短与部分反射面天线2的设计频率有关，当设计频率(design frequency)为9.3GHz时，此一共振距离约为1.68cm；而当设计频率为9.5GHz时，此一共振距离则约为1.65cm。
此外，基板21的中央具有一矩形槽孔(图中未示)，此矩形槽孔并电连接于一同轴电缆以输出或接受一频率范围介于9.25GHz及9.55GHz之间的高频讯号。当本发明第一较佳实施例的部分反射面天线于其发射状态时，此高频讯号在基板21与反射板22之间来回地反射，且经由反射板22所造成的「部分反射」效应的协助，此高频讯号最终穿透反射板22而被部分反射面天线2发射出去。
如图2B及图2C所示，反射板22的长及宽均为17.8cm，且其表面积为316.84cm2。反射板22的上表面221布设有两种具有不同排列间距的天线数组，即第一天线数组与第二天线数组。在此两种天线数组中，其组成单元的第一微带反射单元231及第二微带反射单元232的长(L)及宽(W)均为12mm，但它们与邻近的微带反射单元之间的间距并不相同。意即，在第一天线数组中，存在于每一第一微带反射单元231与相邻的第一微带反射单元231之间的X方向之间距(Dx1)与Y方向的间距(Dy1)均为1.1mm(Dx1＝Dy1＝1.1mm)。但在第二天线数组中，存在于每一第二微带反射单元232与相邻的第二微带反射单元232之间的X方向的间距(Dx2)与Y方向的间距(Dy2)均为3.14mm(Dx2＝Dy2＝3.14mm)。
图3A为第一种公知的部分反射面天线的反射板的示意图，图3B则为一显示位于此反射板表面的微带反射单元的排列方式的示意图。其中，反射板31是由厚度0.8mm的FR-4材质的微波基板构成，其长及宽均为12.9cm，其表面积则为166.41cm2。反射板31的上表面32布设有均匀排列的复数个微带反射单元33。每一微带反射单元33的长(L)及宽(W)均为12mm，且存在于每一微带反射单元33与与邻近的微带反射单元33之间的X方向的间距(Dx1)与Y方向的间距(Dy1)均为1.1mm(Dx1＝Dy1＝1.1mm)。
接着，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线将与前述的第一种公知部分反射面天线互相比较于下，即比较两者所分别发射出的高频讯号的特征，如旁波瓣(sidelobe level)及增益(gain)，其可证明本发明第一较佳实施例的部分反射面天线相较于前述的第一种公知部分反射面天线具有「低旁波瓣」与「高增益」的优点。
于图4A、图4B及图4C中，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号的特征是以「the third PRS」曲线代表，而前述的第一种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号的特征是以「the first PRS」曲线代表。其中，图4A为前述的第一种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号(频率为9.3GHz)与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号(频率为9.3GHz)于磁场平面(H-plane)上的波形示意图。图4B则为前述的第一种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号(频率为9.3GHz)与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号(频率为9.3GHz)于电场平面(E-plane)上的波形示意图。
从图4A及图4B中可以看出，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号的波形(the third PRS)较前述的第一种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号的波形(the first PRS)集中，尤以位于磁场平面上的波形最为明显。因此，相较于前述的第一种公知部分反射面天线，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线可有效地减低其所发射出的高频讯号的「旁波瓣」部分占整体波形的比率，并使其所发射出的高频讯号的能量更加集中于其主波瓣(main lobe)部分。如此，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射的高频讯号不但可传递更远的距离，其亦不易受到干外界的干扰。
图4C为前述的第一种公知部分反射面天线与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线于各频率范围的增益分布的示意图。其中，两种部分反射面天线的最大增益频率均接近9300MHz(9.3GHz)。
从图4C中可以看出，在整个频率范围(8800MHz至10300MHz)中，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的增益(gain)均大于前述的第一种公知部分反射面天线的增益。而经过适当的计算后，可得出前述的第一种公知部分反射面天线的效率(即单位面积的增益)约为51％，而本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的效率也约为51％。
此外，由于前述的第一种公知部分反射面天线所使用的反射板恰好与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的反射板的第一天线数组所涵盖的部分相同。意即，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的反射板即等同于在前述的第一种公知部分反射面天线所使用的反射板的周围，增加排列较为松散的第二天线数组。此略为增加的面积，使得本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射的讯号的旁波瓣降低，且增益增加。其更进一层的意义为，基板及导体等的损耗并未因面积增加而使天线效率减低，如本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的效率不变。
综上所述，如图4A至图4C所示，由等同于前述的第一种公知部分反射面天线的反射板增加排列较为松散的第二天线数组而形成其反射板的方式，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线相较于前述的第一种公知部分反射面天线可显著地减低其所发射出的高频讯号的「旁波瓣」部分占整体波形的比率，使高频讯号的能量更加集中于其主波瓣部分，而不致影响到其整体的效率(仍约为51％)。本说明书将提出第二种公知的部分反射面天线的反射板于下，以显示在反射板的面积约略相同的情况下，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线可提高天线的效率。
图5A为第二种公知的部分反射面天线的反射板的示意图，图5B则为一显示位于此反射板表面的微带反射单元的排列方式的示意图。其中，反射板51由厚度0.8mm的FR-4材质的微波基板构成，其长及宽分别为19.4cm及16.9cm，其表面积则为327.86cm2。反射板51的上表面52布设有均匀排列的复数个微带反射单元53。每一微带反射单元53的长(L)及宽(W)均为12mm，且存在于每一微带反射单元53与与邻近的微带反射单元53之间的X方向的间距(Dx1)与Y方向的间距(Dy1)均为1.1mm(Dx1＝Dy1＝1.1mm)。
接着，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线将与前述的第二种公知部分反射面天线互相比较于下，即比较两者所分别发射出的高频讯号的特征，如旁波瓣及增益，其可证明本发明第一较佳实施例的部分反射面天线相较于前述的第二种公知部分反射面天线亦具有「低旁波瓣」与「高增益」的优点。
于图6A、图6B及图6C中，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号的特征是以「the third PRS」曲线代表，而前述的第二种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号的特征是以「the secondPRS」曲线代表。其中，图6A为前述的第二种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号(频率为9.3GHz)与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号(频率为9.3GHz)于磁场平面上的波形示意图。图6B则为前述的第二种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号(频率为9.3GHz)与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号(频率为9.3GHz)于电场平面上的波形示意图。
从图6A及图6B中可以看出，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射出的高频讯号的波形(the third PRS)较前述的第二种公知部分反射面天线所发射出的高频讯号的波形(the second PRS)集中，尤以位于磁场平面上的波形最为明显。因此，相较于前述的第二种公知部分反射面天线，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线可有效地减低其所发射出的高频讯号的「旁波瓣」部分占整体波形的比率，并使其所发射出的高频讯号的能量更加集中于其主波瓣部分。如此，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线所发射的高频讯号不但可传递更远的距离，其亦不易受到外界的干扰。
图6C为前述的第二种公知部分反射面天线与本发明第一较佳实施例的部分反射面天线于各频率范围的增益分布的示意图。其中，两种部分反射面天线的最大增益频率均接近9300MHz(9.3GHz)。
从图6C中可以看出，在整个频率范围(8800MHz至10300MHz)中，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的增益(gain)均大于前述的第二种公知部分反射面天线的增益。
而经过适当的计算后，可得出前述的第二种公知部分反射面天线的效率(即单位面积的增益)约为41％，其远低于本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的效率(约为51％)。所以，虽然本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的反射板的面积(316.84cm2)小于前述的第二种公知部分反射面天线的反射板的面积(327.86cm2)，其在整个频率范围(8800MHz至10300MHz)的增益仍大于前述的第二种公知部分反射面天线。
综上所述，如图6A至图6C所示，本发明第一较佳实施例的部分反射面天线相较于前述的第二种公知部分反射面天线仍具有「高增益」的优点。
图7A为本发明第二较佳实施例的部分反射面天线的反射板的示意图，图7B则为一显示分别位于此反射板表面的第一天线数组与第二天线数组的排列方式的示意图。如图7A及图7B所示，反射板71的长及宽为16.8cm及16.5cm，且由厚度0.8mm的FR-4材质的微波基板构成。反射板71的上表面72布设有两种具有不同排列间距的天线数组，即第一天线数组与第二天线数组。在此两种天线数组中，其组成单元的第一微带反射单元731及第二微带反射单元732的尺寸相同，其长(L)及宽(W)分别为17.25mm及0.75mm，但它们与邻近的微带反射单元之间的X方向间距并不相同。意即，在第一天线数组中，存在于每一第一微带反射单元731与相邻的第一微带反射单元731之间的X方向间距(Dx1)为0.75mm，Y方向间距(Dy2)亦为0.75mm。但是，在第二天线数组中，存在于每一第二微带反射单元732与相邻的第二微带反射单元732之间的X方向间距(Dx2)则为2.25mm，Y方向间距(Dy2)为1.6mm。
由于一具有反射板71的本发明第二较佳实施例的部分反射面天线的立体结构与图2A所示的本发明第一较佳实施例的部分反射面天线的立体结构相似，其运作原理也相同。况且，两者之间的差异仅在于反射板的尺寸大小、第一微带反射单元与第二微带反射单元的形状(正方形vs.长方形)以及基板的矩形槽孔的位置。因此，本发明第二较佳实施例的部分反射面天线的立体结构与其运作原理在此不再赘述，特此叙明。意即，本发明第二较佳实施例的部分反射面天线相较于公知的部分反射面天线亦具有「低旁波瓣」与「高增益」的优点。
综上所述，本发明的部分反射面天线所发射出的高频讯号相较于公知的部分反射面天线所发射出的高频讯号而言，不仅其「旁波瓣」的部分占整体波形的比率较低，其天线的增益也较高。因此，一应用本发明的部分反射面天线的天线模块的效能可进一步地提升。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种部分反射面天线，用以接收及输出一高频讯号，包括一具有一上表面的基板，且一讯号输出入口开设于该上表面并用以接收及输出该高频讯号；一反射板，用以部分反射该高频讯号，该反射板的表面布设有第一天线数组与第二天线数组，且该第二天线数组包围该第一天线数组；以及复数个支撑单元，该等支撑单元支撑该反射板于该基板的上表面，且使该反射板与该基板之间维持一特定距离；其中，该第一天线数组由复数个第一微带反射单元构成，该第二天线数组由复数个第二微带反射单元构成；位于该等第一微带反射单元之间的间距小于位于该等第二微带反射单元之间的间距。
2.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该基板为FR-4材质的微波基板。
3.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该反射板为FR-4材质的微波基板。
4.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该等第一微带反射单元的外型为正方形。
5.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该等第二微带反射单元的外型为正方形。
6.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该等第一微带反射单元的外型为长条形。
7.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该等第二微带反射单元的外型为长条形。
8.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该等支撑单元由绝缘材质构成。
9.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该高频讯号的频率范围介于9GHz及10GHz之间。
10.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该反射板为正方形板。
11.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该特定距离为该高频讯号波长的二分之一。
12.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该讯号输出入口为长方形槽孔。
13.如权利要求1所述的部分反射面天线，其特征在于，其中该讯号输出入口电连接于一同轴电缆。
全文摘要
本发明涉及一种部分反射面天线，尤指一种包括一由微带天线数组构成的反射板，且具有低旁波瓣与高增益等优点的部分反射面天线。其包括一具有一上表面的基板，一讯号输出入口开设于此上表面以接收及输出一高频讯号；一部分反射此高频讯号的反射板；以及复数个支撑单元。其中，此反射板的表面布设有分别由复数个第一微带反射单元及复数个第二微带反射单元所构成的第一天线数组及第二天线数组，且此第二天线数组包围此第一天线数组。此外，位于此等第一微带反射单元之间的间距小于位于此等第二微带反射单元之间的间距。
文档编号H01Q13/08GK1960058SQ200510116260
公开日2007年5月9日 申请日期2005年11月4日 优先权日2005年11月4日
发明者张知难, 邱志贤 申请人:大同股份有限公司