TW202240974A

TW202240974A - 槽孔天線

Info

Publication number: TW202240974A
Application number: TW111110670A
Authority: TW
Inventors: 瑞安科藍
Original assignee: 美商安科諾科技有限公司
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2022-10-16
Also published as: TWI840772B; TWI806511B; US20220329225A1; US11689176B2; US20220328972A1; TW202240970A; US11962281B2; US20220328966A1; TWI815365B; TW202240971A; US11742822B2

Abstract

一種槽孔天線，包含介質基板、接地板、饋電帶線和第一共振器。接地板設置於介質基板的第一側上且定義出槽孔。饋電帶線設置於介質基板的第二側上，且相對於接地板。第一共振器耦接接地板，且水平設置於槽孔內。

Description

槽孔天線

本揭露涉及天線領域，且特別是指一種槽孔天線。

共振天線係設計為在其共振頻率下操作，此共振頻率通常由其物理尺寸決定。例如，傳統槽孔天線在與其槽孔長度對應的共振頻率下共振，器中槽孔長度是訊號波長的一半。然而，由於槽孔長度為固定，傳統槽孔天線通常僅有單一共振頻率以及有限頻寬，導致例如智慧型手機、5G微型基地台（femtocell）等無線通訊設備的使用受到限制。

本揭露之一方面是指一種槽孔天線，其包含介質基板、接地板、饋電帶線和第一共振器。接地板設置於介質基板的第一側上且定義出槽孔。饋電帶線設置於介質基板的第二側上，且相對於接地板。第一共振器耦接接地板，且水平設置於槽孔內。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述第一共振器包含第一電感元件和第一電容元件。第一電感元件電性耦接接地板。第一電容元件串聯電性連接第一電感元件，且電性耦接接地板。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述第一電感元件為第一蜿蜒（meandered）導線，且上述第一電容元件為第一導電貼片。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述第一共振器電容耦接或電感耦接（capacitively or inductively coupled to）接地板。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述接地板和第一共振器為整合結構。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述槽孔天線還包含第二共振器，其耦接接地板，且並聯電性連接第一共振器。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述第二共振器包含第二電感元件和第二電容元件。第二電感元件電性耦接接地板。第二電容元件串聯電性連接第二電感元件，且電性耦接接地板。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述第二電感元件為第二蜿蜒導線，且上述第二電容元件為第二導電貼片。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述第二共振器電容耦接或電感耦接接地板。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述第二導電貼片在槽孔天線的俯視方向上與接地板重疊。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述第二共振器在槽孔天線的俯視方向上與槽孔重疊。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述槽孔天線更包含導電通孔，其穿透介質基板，且電性連接第二共振器和接地板，其中第二共振器設置於介質基板的第二側上方。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述第一共振器和上述第二共振器在槽孔天線的俯視方向上重疊。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述第二共振器水平設置於槽孔內。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述接地板、第一共振器和第二共振器為整合結構。

本揭露之另一方面是指一種槽孔天線，其包含介質基板、接地板、饋電帶線和共振器。接地板設置於介質基板的第一側上，且定義出槽孔。饋電帶線設置於介質基板的第二側上，且相對於接地板。共振器耦接接地板且設置於介質基板的第二側上方，其與槽孔重疊。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述共振器包含電感元件和電容元件。電感元件電性耦接接地板。電容元件串聯電性連接電感元件，且電性耦接接地板。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述電感元件為蜿蜒導線，且上述電容元件為導電貼片。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述共振器電容耦接或電感耦接接地板。

依據本揭露之一或多個實施方式，上述槽孔天線更包含導電通孔，其穿透介質基板，且電性連接共振器和接地板。

以下仔細討論本揭露的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本揭露之範圍。

在本文中所使用的用語僅是為了描述特定實施例，非用以限制申請專利範圍。除非另有限制，否則單數形式的「一」或「該」用語也可用來表示複數形式。

空間相對性用語的使用是為了說明元件在使用或操作時的不同方位，而不只限於圖式所繪示的方向。元件也可以其他方式定向（旋轉90度或在其他方向），而在此使用的空間相對性描述也可以相同方式解讀。

以下說明和申請專利範圍可使用術語「耦接」及其衍生詞。在特定實施例中，「耦接」可指二或多個元件相互直接實體或電性接觸，或是不彼此直接接觸。「耦接」還可指二或多個元件相互操作或動作。

為了簡化和明確說明，本文可能會在各種實施例中重複使用元件符號和/或字母，但這並不表示所討論的各種實施例及/或配置之間有因果關係。

圖1A為依據本揭露一些實施方式之槽孔天線100的立體視圖，其中單一饋電訊號可被施加至單一槽孔天線。如圖1A所示，槽孔天線100包含介質基板110、接地板120、饋電帶線130和共振器140。接地板120和饋電帶線130分別位於介質基板110的相對兩側上方。亦參照圖1B，其為圖1A所示之槽孔天線100的俯視圖，接地板120定義出暴露介質基板110的槽孔121。槽孔121可以是具長度L ₁₂₁的封閉式矩形槽孔，且饋電帶線130在槽孔天線100的俯視方向上與槽孔121重疊，以用於槽孔天線100的電磁激發。依據各設計需求，槽孔121可定義為其他形狀，例如圓形、正方形等。饋電帶線130可以是微帶線（microstrip）、帶線（stripline）、波導、共面波導（coplanar waveguide；CPW）、共面帶線（coplanar stripline；CPS）或類似者。共振器140配置在槽孔121中且耦接接地板120。共振器140可電性連接或電容/電感耦合接地板120。共振器140可與接地板120設置在相同的金屬層中。在一些實作中，接地板120與共振器140同時藉由相同製程形成而成為整合結構。

或者，共振器140可以是藉由使用接合線（bonding wire）所形成的三維共振器結構，且可垂直地延伸至介質基板110的另一側。

特別地，共振器140包含串聯耦接的蜿蜒（meandered）導線141和導電貼片142。蜿蜒導線141和導電貼片142位於靠近槽孔121的邊緣，以避免干擾槽孔天線的電流。蜿蜒導線141可具有圓化（rounded）邊角或尖銳（sharp）邊角。蜿蜒導線141的兩端分別耦接接地板120和導電貼片142。導電貼片142與接地板120實體分離，以作用為電容。如圖1B所示，蜿蜒導線141在槽孔121的長邊緣電性連接或電容/電感耦合接地板120，且導電貼片142在槽孔121的另一長邊緣電性耦合接地板120。由槽孔121的短邊緣沿朝向其另一短邊緣的方向至蜿蜒導線141連接接地板120的末端的距離L’ ₁₂₁短於槽孔121的長度L ₁₂₁。

介質基板110可以是FR4基板、玻璃基板、陶瓷基板、環氧樹脂（epoxy resin）基板、矽基板和/或其他具合適介電材料的基板。接地板120、饋電帶線130、蜿蜒導線141和導電貼片142可由銅、鋁、鎳和/或其他金屬、上述金屬之混合物或合金、電導性金屬化合物和/或其他合適導電材料形成。蜿蜒導線141和/或導電貼片142的圖案可依據槽孔天線100的設計需求調整，且不限於圖1A和圖1B所示的圖案。

槽孔天線100在對應其中的訊號波長的共振頻率產生共振，其中訊號波長為槽孔121的長度L ₁₂₁的兩倍。此外，共振器140產生的共振耦合槽孔天線100的共振模式，這兩個共振的耦合增加槽孔天線100的頻寬。共振器140位於靠近槽孔121的邊緣，以避免干擾槽孔天線100的原電流分佈，且共振器140經調諧為靠近槽孔121的基本操作頻率。共振器140不作用為濾波器，且槽孔121因而完全用為輻射結構。槽孔121在任何頻率皆不具有短路的部分。

圖1C示出圖1B之共振器140的等效電路，其中蜿蜒導線141和導電貼片142分別由電感141’和電容142’表示。依據圖1C所示之等效電路，在其他一些實作中，電感141’可藉由蜿蜒導線141之外的電感元件實施，例如細直導線，且/或電容142’可藉由導電貼片142之外的電容元件實施，例如具指狀交叉（interdigitated）圖案的兩個電極。

圖2A為圖1A和圖1B所示之槽孔天線100的反射係數強度標繪圖。如圖2A所示，第一饋電網路的反射係數強度低於-10dB的頻帶在大約55.52GHz至71.53GHz的範圍。再者，圖2B為圖1A和圖1B所示之槽孔天線100的S11參數史密斯圖（Smith chart）。由圖2B之S11參數曲線可看出槽孔天線100產生雙共振。由圖2A和圖2B可看出，具共振器140的槽孔天線100增加額外共振且因而增加操作頻寬。

圖3A為依據本揭露一些實施方式之槽孔天線300的俯視圖。如圖3A所示，槽孔天線300包含介質基板310、接地板320、饋電帶線330和共振器340A、340B。接地板320定義出暴露介質基板310的槽孔321。槽孔321可以是具長度L ₃₂₁的封閉式矩形槽孔。饋電帶線330在槽孔天線300的俯視方向上與槽孔321重疊。介質基板310、接地板320、槽孔321和饋電帶線330之結構可相同或相似於槽孔天線100之介質基板110、接地板120、槽孔121和饋電帶線130之結構。此外，介質基板310、接地板320與饋電帶線330的類型和/或材料可分別相同或相似於槽孔天線100之介質基板110、接地板120與饋電帶線130的類型和/或材料。

共振器340A配置於槽孔321中且耦接接地板320。共振器340A可電性連接或電容/電感耦合接地板320。共振器340A可與接地板320設置在相同的金屬層中。在一些實作中，接地板320與共振器340A同時藉由相同製程形成而成為整合結構。

特別地，共振器340A包含串聯耦接的蜿蜒導線341和導電貼片342。如圖3A所示，蜿蜒導線341在槽孔321的長邊緣電性連接或電容/電感耦合接地板320，且導電貼片342在槽孔321的另一長邊緣電性耦合接地板320。由槽孔321的短邊緣沿朝向其另一短邊緣的方向至蜿蜒導線341連接接地板320的末端的距離L’ ₃₂₁短於槽孔321的長度L ₃₂₁。

共振器340B與饋電帶線330設置在相同的金屬層中。共振器340B可電性連接或電容/電感耦合接地板320。在一些實作中，饋電帶線330與共振器340B同時藉由相同製程形成。相似地，共振器340B包含串聯耦接的蜿蜒導線343和導電貼片344。如圖3A所示，蜿蜒導線343經由通孔345和連接線346在槽孔321的長邊緣電性連接接地板320，且導電貼片344在槽孔321的另一長邊緣電性耦合接地板320。由於共振器340A、340B分別位於介質基板310的兩對側上方，故其可在槽孔天線300的俯視方向上重疊。舉例而言，如圖3A所示，蜿蜒導線341、343在槽孔天線300的俯視方向上重疊。導電貼片344可在槽孔天線300的俯視方向上與接地板320重疊，以作用為電容。通孔345穿透介質基板310而連接蜿蜒導線343和連接線346的一端，且連接線346的另一端接觸接地板320。由槽孔321的短邊緣沿朝向其另一短邊緣的方向至連接線346連接接地板320的末端的距離L’’ ₃₂₁短於槽孔321的長度L ₃₂₁和距離L’ ₃₂₁。在其他一些實施方式中，通孔345直接接觸接地板320，且連接線346因而可被省略。

相似於槽孔天線100，介質基板310可以是FR4基板、玻璃基板、陶瓷基板、環氧樹脂基板、矽基板和/或其他具合適介電材料的基板，且接地板320、饋電帶線330、蜿蜒導線341、343、導電貼片342、344、通孔345和連接線346可由銅、鋁、鎳和/或其他金屬、上述金屬之混合物或合金、電導性金屬化合物和/或其他合適材料形成。

槽孔天線300在對應其中的訊號波長的共振頻率產生共振，其中訊號波長為槽孔321的長度L ₃₂₁的兩倍。此外，經調諧為靠近槽孔321的基本操作頻率之共振器340A產生的共振耦合槽孔天線300的共振模式。再者，亦經調諧為靠近槽孔321的基本操作頻率之共振器340B產生的共振耦合槽孔天線300的共振模式。共振器340A、340B的調諧頻率（tuning frequency）彼此相異，且經選擇以最佳化整體頻寬。進一步地，共振器340A、340B兩者位於靠近槽孔321的邊緣，以避免干擾槽孔天線300的電流分布。因此，槽孔天線300耦合由每一共振器340A、340B產生的共振，使槽孔天線300的頻寬增加。

共振器340A、340B的輪廓（profiles）可依據本揭露各實施方式變更。舉例而言，在其他一些實作中，蜿蜒導線341、導電貼片342與饋電帶線330設置在相同的金屬層中，蜿蜒導線343、導電貼片344與接地板320設置在相同的金屬層中，且通孔345和連接線346可變更為電性連接蜿蜒導線341與接地板320。此外，共振器340A、340B的位置可調整，使得共振器340A、340B在槽孔天線300的俯視方向上不重疊。

槽孔天線300的共振器340A可相同或相似於圖1A、1B所示之槽孔天線100的共振器140。再者，在一些實作中，槽孔天線100可藉由以槽孔天線300之共振器340B、通孔345和連接線346替換共振器140而變更為具有與圖1C相同的等效電路。

圖3B示出圖3A之共振器340A、340B的等效電路，其中蜿蜒導線341、343和導電貼片342、344分別由電感341’、343’和電容342’、344’表示。電感341’與電容342’的串接以並聯方式電性連接電感343’與電容344’的串接。根據圖3B所示之等效電路，在其他一些實作中，每一電感341’、343’可藉由蜿蜒導線341、343之外的電感元件實施，例如細直導線，且/或每一電容342’、344’可藉由導電貼片342、344之外的電容元件實施，例如具指狀交叉圖案的兩個電極。

圖4為依據本揭露一些實施方式之槽孔天線400的俯視圖。如圖4所示，槽孔天線400包含介質基板410、接地板420、饋電帶線430和共振器440A、440B。接地板420定義出暴露介質基板410的槽孔421。槽孔421可以是具長度L ₄₂₁的封閉式矩形槽孔。饋電帶線430在槽孔天線400的俯視方向上與槽孔421重疊。介質基板410、接地板420、槽孔421與饋電帶線430之結構可相同於槽孔天線100之介質基板110、接地板120、槽孔121與饋電帶線130之結構。此外，介質基板410、接地板420與饋電帶線430的類型和/或材料可分別相同或相似於槽孔天線100之介質基板110、接地板120與饋電帶線130的類型和/或材料。

共振器440A、440B配置在槽孔421中且耦接接地板420。共振器440A、440B可電性連接或電容/電感耦合接地板420。共振器440A、440B與接地板420設置在相同的金屬層中，且共振器440A、440B在槽孔天線400的俯視方向上不重疊。在一些實作中，接地板420與共振器440A、440B同時藉由相同製程形成而成為整合結構。

特別地，共振器440A包含串聯耦接的蜿蜒導線441和導電貼片442，且共振器440B包含串聯耦接的蜿蜒導線443和導電貼片444。如圖4所示，蜿蜒導線441、443在槽孔421的長邊緣電性連接接地板420，且導電貼片442、444在槽孔421的另一長邊緣電性耦合接地板420。由槽孔421的短邊緣沿朝向其另一短邊緣的方向至蜿蜒導線441連接接地板420的末端的距離L’ ₄₂₁距離且至蜿蜒導線443連接接地板420的末端的距離L’’ ₄₂₁均短於槽孔421的長度L ₄₂₁，且距離L’’ ₄₂₁短於距離L’ ₄₂₁。槽孔天線400之每一共振器440A、440B的類型和/或材料可相同或相似於圖1A和圖1B所示之槽孔天線100的類型和/或材料。

槽孔天線400在對應其中的訊號波長的共振頻率產生共振，其中訊號波長為槽孔421的長度L ₄₂₁的兩倍。此外，經調諧為靠近槽孔421的基本操作頻率之共振器440A產生的共振耦合槽孔天線400的共振模式。再者，亦經調諧為靠近槽孔421的基本操作頻率之共振器440B產生的共振耦合槽孔天線400的共振模式。共振器440A、440B的調諧頻率彼此相異，且經選擇以最佳化整體頻寬。進一步地，共振器440A、440B兩者位於靠近槽孔421的邊緣，以避免干擾槽孔天線400的電流分佈。因此，槽孔天線400耦合由每一共振器440A、440B產生的共振，使槽孔天線400的頻寬增加。

圖5A為圖3A所示之槽孔天線300的反射係數強度標繪圖。如圖5A所示，第一饋電網路的反射係數強度低於-10dB的頻帶在大約54.38GHz至75.03GHz的範圍。再者，圖5B為圖3A之槽孔天線300的S11參數史密斯圖。由圖5B之S11參數曲線可看出槽孔天線300產生三共振。由圖5A和圖5B可看出，具共振器340A、340B的槽孔天線300增加兩額外共振且因而增加操作頻寬。相似於槽孔天線300，可預期的是，圖4所示之槽孔天線400亦產生三共振且因而增加操作頻寬。

應注意的是，本揭露不限於圖1A、1B所示之槽孔天線100、圖3A所示之槽孔天線300和圖4所示之槽孔天線400。所屬技術領域中具有通常知識者可依據前述實施方式變更本文所述的槽孔天線而達到具多於兩個並聯電性連接的共振器之槽孔天線。

上述本揭露的實施方式係藉由引入一或多個額外共振器來增加槽孔天線的頻寬，而不增加槽孔天線的整體尺寸，且不需額外的材料層和製程，以降低製造成本。或者，可增加更多基板層和金屬層，且可以相似於本文所述方式，在這些額外層上增加額外共振器。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100,300,400:槽孔天線 110,310,410:介質基板 120,320,420:接地板 121,321,421:槽孔 130,330,430:饋電帶線 140,340A,340B,440A,440B:共振器 141,341,343,441,443:蜿蜒導線 141’,341’,343’:電感 142,342,344,442,444:導電貼片 142’,342’,344’:電容 345:通孔 346:連接線 L₁₂₁,L₃₂₁,L₄₂₁:長度 L’₁₂₁,L’₃₂₁,L’’₃₂₁,L’₄₂₁,L’’₄₂₁:距離

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中： [圖1A]為依據本揭露一些實施方式之槽孔天線的立體視圖； [圖1B]為[圖1A]所示之槽孔天線的俯視圖； [圖1C]示出[圖1B]之共振器的等效電路； [圖2A]為[圖1A]和[圖1B]所示之槽孔天線的反射係數強度標繪圖； [圖2B]為[圖1A]和[圖1B]所示之槽孔天線的S11參數史密斯圖（Smith chart）； [圖3A]為依據本揭露一些實施方式之槽孔天線的俯視圖； [圖3B]示出[圖3A]之共振器的等效電路； [圖4]為依據本揭露一些實施方式之槽孔天線的俯視圖； [圖5A]為[圖3A]所示之槽孔天線的反射係數強度標繪圖；以及 [圖5B]為[圖3A]之槽孔天線的S11參數史密斯圖。

國內寄存資訊（請依寄存機構、日期、號碼順序註記）無國外寄存資訊（請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記）無

100:槽孔天線

110:介質基板

120:接地板

121:槽孔

130:饋電帶線

140:共振器

141:蜿蜒導線

142:導電貼片

Claims

一種槽孔天線，包含：一介質基板；一接地板，設置於該介質基板之一第一側上，且定義出一槽孔；一饋電帶線，設置於該介質基板之一第二側上，且相對於該接地板；以及一第一共振器，耦接該接地板，且水平設置於該槽孔內。
如請求項1所述之槽孔天線，其中該第一共振器包含：一第一電感元件，電性耦接該接地板；以及一第一電容元件，串聯電性連接該第一電感元件，且電性耦接該接地板。
如請求項2所述之槽孔天線，其中該第一電感元件係一第一蜿蜒（meandered）導線，且該第一電容元件係一第一導電貼片。
如請求項1所述之槽孔天線，其中該第一共振器電容耦接或電感耦接（capacitively or inductively coupled to）該接地板。
如請求項1所述之槽孔天線，其中該接地板和該第一共振器係一整合結構。
如請求項1所述之槽孔天線，更包含：一第二共振器，耦接該接地板，且並聯電性連接該第一共振器。
如請求項6所述之槽孔天線，其中該第二共振器包含：一第二電感元件，電性耦接該接地板；以及一第二電容元件，串聯電性連接該第二電感元件，且電性耦接該接地板。
如請求項7所述之槽孔天線，其中該第二電感元件係一第二蜿蜒導線，且該第二電容元件係一第二導電貼片。
如請求項6所述之槽孔天線，其中該第二共振器電容耦接或電感耦接該接地板。
如請求項9所述之槽孔天線，其中該第二導電貼片在該槽孔天線的俯視方向上與該接地板重疊。
如請求項6所述之槽孔天線，其中該第二共振器在該槽孔天線的俯視方向上與該槽孔重疊。
如請求項6所述之槽孔天線，更包含：一導電通孔，穿透該介質基板，且電性連接該第二共振器和該接地板；其中，該第二共振器設置於該介質基板之該第二側之上方。
如請求項12所述之槽孔天線，其中該第一共振器和該第二共振器在該槽孔天線的俯視方向上重疊。
如請求項6所述之槽孔天線，其中該第二共振器水平設置於該槽孔內。
如請求項14所述之槽孔天線，其中該接地板、該第一共振器和該第二共振器係一整合結構。
一種槽孔天線，包含：一介質基板；一接地板，設置於該介質基板之一第一側上，且定義出一槽孔；一饋電帶線，設置於該介質基板之一第二側上，且相對於該接地板；以及一共振器，耦接該接地板且設置於該介質基板之該第二側上方，該共振器與該槽孔重疊。
如請求項16所述之槽孔天線，其中該共振器包含：一電感元件，電性耦接該接地板；以及一電容元件，串聯電性連接該電感元件，且電性耦接該接地板。
如請求項17所述之槽孔天線，其中該電感元件係一蜿蜒導線，且該電容元件係一導電貼片。
如請求項16所述之槽孔天線，其中該共振器電容耦接或電感耦接該接地板。
如請求項16所述之槽孔天線，更包含：一導電通孔，穿透該介質基板，且電性連接該共振器和該接地板。