天线模块的制作方法

1.本发明是有关于一种模块，且特别是有关于一种天线模块。


背景技术：

2.卫星信号传输需要可提供圆极化偏振无线信号的天线模块。现有天线模块包含数个天线及数条馈入线。为了能激发出圆极化偏振无线信号，天线及馈入线的结构及/或延伸方向可能导致相邻二天线之间的间距过大，例如是大于一个空气波长，此导致天线模块的辐射场型图的主瓣(major lobe)与副瓣(side lobe)特性或位置接近而难以分辨，导致在应用上的困难。因此，提供一新的天线模块以增加天线模块的辐射场型图的主瓣与副瓣的区别是本技术领域业者重要的议题。


技术实现要素：

3.因此，本发明提出一种天线模块，可改善现有问题。
4.本发明一实施例提出一种天线模块。天线模块包括一第一天线、一第二天线及一馈入线。馈入线电性连接第一天线与第二天线。第一天线与第二天线的任一者包括一第一基板、一第一电极、一第二电极及一辅助电极。第一基板具有相对之一第一面与一第二面。第一电极位于第一基板的第二面上且与馈入线重叠，其中第一电极为环形。第二电极具有一通孔，且通孔与第一电极重叠。辅助电极位于通孔内且与第一电极部分重叠。馈入线配置于第一基板的第一面上。
5.本发明另一实施例提出一种天线模块。天线模块包括一第一天线、一第二天线及一馈入线。第二天线与第一天线垂直配置。馈入线串联第一天线与第二天线。
6.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
7.图1a绘示依照本发明一实施例的天线模块的俯视图。
8.图1b绘示图1a的天线模块的后视图。
9.图1c绘示图1a的天线模块沿方向1b
‑
1b’的剖面图。
10.图2绘示图1a的天线模块依据模拟结果的频率与远场辐射能量的关系以及频率与轴比的关系。
11.图3绘示依照本发明一实施例的天线模块的俯视图。
12.图4a绘示依照本发明另一实施例的天线模块的俯视图。
13.图4b绘示图4a的天线模块的后视图。
14.图5绘示依照本发明另一实施例的天线模块的后视图。
15.图6绘示依照本发明另一实施例的天线模块的后视图。
16.图7绘示依照本发明实施例的天线模块在不同夹角下的频率与辐射能量的相关曲线图。
17.其中，附图标记：
18.10a:天线单元
19.100、100’、200、300、400:天线模块
20.110:第一天线
21.111:第一基板
22.112:第一电极
23.113:第二电极
24.113a:通孔
25.114:辅助电极
26.115:第二基板
27.116:介质层
28.120:第二天线
29.111b:第一面
30.111u:第二面
31.130、230、330、430:馈入线
32.131、231:单一直线段
33.131a、231a、334a:第一端
34.131b、231b、334b:第二端
35.132:传输段
36.331、431:第一直线段
37.333、433:第二直线段
38.334:第三直线段
39.a1、a2:夹角
40.c11～c14、c21～c24、c31～c34:曲线
41.d1:第一方向
42.d2:第二方向
43.d3:延伸方向
44.h1:距离
45.lx、ly:长度
46.r1:区域
47.λ:空气波长
具体实施方式
48.下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
49.请参照图1a及图1b，图1a绘示依照本发明一实施例的天线模块100的俯视图，图1b绘示图1a的天线模块100的后视图，而图1c绘示图1a的天线模块100沿方向1b
‑
1b’的剖面图。
50.如图1a所示，天线模块100包括第一天线110、第二天线120及馈入线130。第一天线110与第二天线120垂直配置(例如，第一天线110与第二天线120之间的夹角a1大致上为90
度)。如图1c所示，馈入线130串联第一天线110与第二天线120。第一天线110与第二天线120分别激发出二彼此垂直的线偏振信号，二彼此垂直配置的线偏振信号相位差90度，可耦合成一圆极化偏振无线信号。换言之，本发明实施例的天线模块100可做为圆极化偏振天线模块，适用于卫星信号传输。
51.在实施例中，第一天线110与第二天线120例如是共面配置，例如，第一天线110与第二天线120沿xy平面延伸。第一天线110与第二天线120例如是在xy平面(同一平面)上垂直配置。
52.第一天线110的结构与第二天线120的结构至少部分相同，以下以第一天线110为例说明。
53.如图1a所示，第一天线110及第二天线120沿直线方向延伸，因此可提供良好的线偏振极性信号。如图1c所示，第一天线110包括第一基板111、第一电极112、第二电极113、辅助电极114、第二基板115及介质层116。
54.如图1a及图1c所示，第一基板111具有相对的第一面111b与第二面111u。第一电极112位于第一基板111的第二面111u上且与馈入线130重叠，其中第一电极112为环形。第二电极113具有一通孔113a，且通孔113a与第一电极112重叠。辅助电极114位于通孔113a内且与第一电极112部分重叠。馈入线130配置于第一基板111的第一面111b上。如此，第一天线110可激发出线性偏振信号。
55.如图1c所示，第一电极112与馈入线130例如是沿天线模块100的厚度方向(如，z轴向)重叠，且辅助电极114与第一电极112沿天线模块100的厚度方向(如，z轴向)部分重叠。
56.如图1c所示，第二基板115与第一基板111相对配置，第一电极112、第二电极113、辅助电极114及介质层116位于第二基板115与第一基板111之间。
57.如图1a所示，第一天线110的辅助电极114与第二天线120的辅助电极114之间的距离h1可让第一天线110所激发出的线偏振信号与第二天线120所激发出的线偏振信号的相位差大致上为90度。如此，第一天线110所激发出的线偏振信号与第二天线120所激发出的线偏振信号可耦合成圆极化偏振无线信号。本发明实施例不限定第一天线110的辅助电极114与第二天线120的辅助电极114之间的距离h1的数值，其可视第一天线110相对x轴向的夹角a2而定。
58.如图1a所示，在本实施例中，第一天线110相对x轴向的夹角a2例如是45度，距离h1最短可介于0.2λ～0.3λ之间，距离h1最长可介于0.7λ～0.8λ之间，其中λ为空气波长。如此，可使第一天线110所激发出的线偏振信号与第二天线120所激发出的线偏振信号的相位差大致上为90度。然而，只要第一天线110的辅助电极114与第二天线120的辅助电极114之间的距离h1小于1个空气波长λ即可，本发明实施例不限定距离h1的具体数值。
59.如图1a所示，第一天线110与第二天线120可位于一区域r1内。区域r1例如是多边形、圆形、椭圆形等，本实施例系以多边形为例说明，如正方形。区域r1的边长小于1个空气波长λ。换言之，由于本发明实施例的线型(如，沿直线方向延伸)的天线结构设计，可允许第一天线110与第二天线120排列于一小面积的区域r1内。区域r1的一边可平行于图式的x轴向，而区域r1的相邻边可平行于y轴向。第一天线110及/或第二天线120可位于区域r1内的任意位置，本发明实施例不加以限定。
60.如图1a所示，第一天线110与第二天线120沿x轴向的分布长度l
x
例如是小于0.15
λ，而第一天线110与第二天线120沿y轴向的分布长度l
y
例如是小于0.3λ，其中分布长度l
x
与l
y
视为天线模块的整体大小。本发明实施例不限定分布长度l
x
及l
y
的数值，只要分布长度l
x
及l
y
小于1个空气波长λ(例如，位于区域r1内)即可，本发明实施例不限定分布长度l
x
及l
y
的具体数值。
61.在一模拟结果中，天线模块100的左圆极化偏振(lhcp)与右圆极化偏振(rhcp)的比例大致为1000:1(lhcp:rhcp＝1000:1)，可见天线模块100可耦合出圆极化偏振无线信号(lhcp与rhcp的比例愈大，圆极化偏振程度愈高)。
62.介质层116位于第一电极112与辅助电极114之间。在本实施例中，介质层116包括液晶。介质层116的介电常数会因为液晶导轴的指向改变而变化。换句话说，通过电场使介质层116中的液晶转向，可以改变介质层116的介电系数。由于天线模块100的共振频率会被介质层116的介电系数直接影响，进而改变天线模块100辐射强度。因此，可以通过介质层116来做为天线模块100的开关。在本实施中，第一电极112实际上会与其它导线(未绘出)及/或主动元件(未绘出)电性连接，因此，可以在第一电极112与辅助电极114之间形成电场，以控制介质层116中的液晶的转向(或倾角)。在本实施例中，介质层116的厚度例如小于6微米。在本实施例中，可以用形成液晶显示面板中的液晶层的工艺来形成天线模块100的介质层116，但本发明实施例不以此为限。
63.通过改变液晶倾角可改变天线模块100的共振频率。如此，相较于现有无液晶的天线模块，本发明实施例的天线模块100不需要射频切换器(rf switch)。
64.如图1b所示，在实施例中，天线模块100只需要一条馈入线130即可连接第一天线110与第二天线120。高频电磁信号会于馈入线130与第二电极112之间的介电层116形成电场与磁场，以，传输天线模块100的信号。馈入线130包含单一直线段131及传输段132，单一直线段131的第一端131a与第一天线110的辅助电极114重叠，而单一直线段131的第二端131b与第二天线120的辅助电极114重叠。传输段132连接于单一直线段131，传输段132与单一直线段131可共线，然亦可相交(即，不共线)。
65.请参照图2，其图绘示图1a的天线模块100依据模拟结果的频率与远场(farfield)辐射能量的关系以及频率与轴比(axial ratio)的关系。图2的曲线系依据往
‑
z轴向观看天线模块100的辐射信号所绘制。
66.如图2所示，在频率与远场辐射能量的关系中，曲线c11～c14分别表示介质层116中液晶的不同倾角。由曲线c11～c14可知，不同液晶倾角可改变天线模块100的频率(频偏控制)，例如是共振频率可控制在13.5ghz～14.2ghz之间，如此可实现多频分工的技术效果。然，频偏范围可视实际天线模块100的结构而定，不受前述范围所限定。在频率与轴比的关系中，曲线c21～c24表示分别对应曲线c11～c14。由曲线c21～c24可知，天线模块100在频偏范围内的轴比(大致对应共振频率之点)小于15db(轴比愈小，表示圆极化偏振程度愈高)，足见天线模块100可耦合出圆极化偏振无线信号。
67.请参照图3，其绘示依照本发明另一实施例的天线模块100’的俯视图。天线模块100’包含数个第一天线110、数个第二天线120及至少一馈入线130(未绘示于图3)。一个第一天线110与一个第二天线120组成一天线单元10a，其位于长度l
x
与长度l
y
所组成的区域内。此区域例如是多边形，如矩形或正方形。由于此区域的各边长小于1个空气波长λ，因此相邻二天线单元10a的间距s1可小于1个空气波长λ，使天线模块100’的辐射场型图的主瓣
相较于副瓣更为明显，在应用上更能分辨主瓣的特性及/或位置。此外，虽然未绘示，在本实施例中，一条馈入线130可串接所有天线单元10a的至少一些的第一天线110与第二天线120。
68.请参照图4a及图4b，图4a绘示依照本发明另一实施例的天线模块200的俯视图，而图4b绘示图4a的天线模块200的后视图。
69.天线模块200包括第一天线110、第二天线120及馈入线230。第一天线110与第二天线120垂直配置(例如，第一天线110与第二天线120之间的夹角a1大致上为90度)。馈入线230串联第一天线110与第二天线120。第一天线110与第二天线120分别激发出二彼此垂直之线偏振信号，二彼此垂直配置的线偏振信号相位差90度，可耦合成圆极化偏振无线信号。换言之，本发明实施例的天线模块200可做为圆极化偏振天线模块，适用于卫星信号传输。
70.天线模块200具有与天线模块100相同或相似特征，不同处在于，天线模块200的第一天线110平行或垂直于区域r1的一边。馈入线230的延伸方式及/或结构可对应第一天线110与第二天线120的配置而设计。例如，在本实施例中，馈入线230包含第一直线段231及传输段132。单一直线段231的第一端231a与第一天线110的辅助电极114重叠，而单一直线段231的第二端231b与第二天线120的辅助电极114重叠。传输段132连接于与单一直线段231，传输段132与单一直线段231可共线，然亦可相交(即，不共线)。
71.在本实施例中，第一天线110的延伸方向例如是平行于区域r1的一边。在另一实施例中，第一天线110的延伸方向与区域r1的一边可夹一锐角。
72.在本实施例中，第一天线110相对x轴向的夹角a2例如是90度，距离h1最短可介于0.2λ～0.3λ之间，距离h1最长可介于0.7λ～0.8λ之间。如此，可使第一天线110所激发出的线偏振信号与第二天线120所激发出的线偏振信号的相位差大致上为90度。然而，只要第一天线110的辅助电极114与第二天线120的辅助电极114之间的距离h1小于1个空气波长λ即可，本发明实施例不限定距离h1的具体数值。
73.如图4a所示，第一天线110与第二天线120可位于一区域r1内，区域r1的边长小于1个空气波长λ。换言之，由于本发明实施例之线型之天线结构设计，可允许第一天线110与第二天线120排列于一小面积的区域r1内。图式的x轴向可平行于区域r1的一边，而y轴向可平行于区域r1的相邻边。第一天线110及/或第二天线120可位于区域r1内的任意位置，本发明实施例不加以限定。
74.如图4a所示，第一天线110与第二天线120沿x轴向的分布长度l
x
例如是小于0.45λ，而第一天线110与第二天线120沿y轴向的分布长度l
y
例如是小于0.45λ，其中分布长度l
x
与l
y
视为天线模块的整体大小。本发明实施例不限定分布长度l
x
及l
y
的数值，只要分布长度l
x
及l
y
小于1个空气波长λ(例如，位于区域r1内)即可，本发明实施例不限定分布长度l
x
及l
y
的具体数值。
75.在一模拟结果中，天线模块200的左圆极化偏振与右圆极化偏振的比例大致为200:1(lhcp:rhcp＝1000:1)，可见天线模块200可耦合出圆极化偏振无线信号。依据模拟结果，天线模块200具有类似天线模块100的频率与远场辐射能量的关系、频率与轴比的关系(如图2所示)以及其对应的技术功效，于此不再赘述。
76.请参照图5，其绘示依照本发明另一实施例的天线模块300的后视图。
77.天线模块300包括第一天线110、第二天线120及馈入线330。第一天线110与第二天
线120垂直配置(例如，第一天线110与第二天线120之间的夹角a1大致上为90度)。馈入线330串联第一天线110与第二天线120。第一天线110与第二天线120分别激发出二彼此垂直的线偏振信号，二彼此垂直配置的线偏振信号相位差90度，可耦合成一圆极化偏振无线信号。换言之，本发明实施例的天线模块300可做为圆极化偏振天线模块，适用于卫星信号传输。
78.天线模块300具有与天线模块200相同或相似特征，不同处在于，天线模块300的馈入线330的结构与天线模块200的馈入线230的结构相异。例如，馈入线330包含第一直线段331、传输段132、第二直线段333及第三直线段334，第一直线段331从第一天线110沿第一方向d1延伸至第三直线段334的第一端334a，第二直线段333从第二天线120沿第二方向d2延伸至第三直线段334的第二端334b，第一方向d1与第二方向d2相异，且第三直线段334的延伸方向d3相异于第一方向d1及第二方向d2。
79.在本实施例中，第一方向d1例如是平行于x轴向，而第二方向d2例如是平行于y轴向，第三直线段334的延伸方向d3例如是相交于第一方向d1及第二方向d2，然本发明实施例不以此为限。在另一实施例中，第一方向d1与x轴向可夹一不等于0或180度的角度，而第二方向d2与y轴向可夹一不等于0或180度的角度。
80.如图5所示，第一天线110的辅助电极114与第二天线120的辅助电极114之间的距离h1可让第一天线110所激发出的线偏振信号与第二天线120所激发出的线偏振信号的相位差大致上为90度。如此，第一天线110所激发出的线偏振信号与第二天线120所激发出的线偏振信号可耦合成圆极化偏振无线信号。本发明实施例不限定第一天线110的辅助电极114与第二天线120的辅助电极114之间的距离h1的数值，其可视第一天线110相对x轴向的夹角a2而定。
81.如图5所示，在本实施例中，第一天线110相对x轴向的夹角a2例如是90度，距离h1最短可介于0.2λ～0.3λ之间，距离h1最长可介于0.7λ～0.8λ之间，其中λ为空气波长。如此，可使第一天线110所激发出的线偏振信号与第二天线120所激发出的线偏振信号的相位差大致上为90度。然而，只要第一天线110的辅助电极114与第二天线120的辅助电极114之间的距离h1小于1个空气波长λ即可，本发明实施例不限定距离h1的具体数值。
82.如图5所示，第一天线110与第二天线120可位于一区域r1内，区域r1的边长小于1个空气波长λ。换言之，由于本发明实施例的线型的天线结构设计，可允许第一天线110与第二天线120排列于一小面积的区域r1内。图式的x轴向可平行于区域r1的一边，而y轴向可平行于区域r1的相邻边。第一天线110及/或第二天线120可位于区域r1内的任意位置，本发明实施例不加以限定。
83.如图5所示，第一天线110与第二天线120沿x轴向的分布长度l
x
例如是小于0.42λ，而第一天线110与第二天线120沿y轴向的分布长度l
y
例如是小于0.42λ，其中分布长度l
x
与l
y
视为天线模块的整体大小。本发明实施例不限定分布长度l
x
及l
y
的数值，只要分布长度l
x
及l
y
小于1个空气波长λ(例如，位于区域r1内)即可，本发明实施例不限定分布长度l
x
及l
y
的具体数值。
84.在一模拟结果中，天线模块100的左圆极化偏振(lhcp)与右圆极化偏振(rhcp)的比例大致为275:1(lhcp:rhcp＝275:1)，可见天线模块100可耦合出圆极化偏振无线信号(lhcp与rhcp的比例愈大，圆极化偏振程度愈高)。依据模拟结果，天线模块300具有类似天
线模块100的频率与远场辐射能量的关系、频率与轴比的关系(如图2所示)以及其对应的技术功效，于此不再赘述。
85.请参照图6，其绘示依照本发明另一实施例的天线模块400的后视图。
86.天线模块400包括第一天线110、第二天线120及馈入线430。第一天线110与第二天线120垂直配置(例如，第一天线110与第二天线120之间的夹角a1大致上为90度)。馈入线430串联第一天线110与第二天线120。第一天线110与第二天线120分别激发出二彼此垂直的线偏振信号，二彼此垂直配置的线偏振信号相位差90度，可耦合成一圆极化偏振无线信号。换言之，本发明实施例的天线模块400可做为圆极化偏振天线模块，适用于卫星信号传输。
87.天线模块400具有与天线模块200相同或相似特征，不同处在于，天线模块400的馈入线430的结构与天线模块200的馈入线230相异。例如，馈入线430包含第一直线段431、传输段132及第二直线段433，第一直线段431从第一天线110沿第一方向d1至第二直线段433，第二直线段433从第二天线120沿第二方向d2延伸至第一直线段431，第一方向d1与第二方向d2相异。
88.如图6所示，第一天线110的辅助电极114与第二天线120的辅助电极114之间的距离h1可让第一天线110所激发出的线偏振信号与第二天线120所激发出的线偏振信号的相位差大致上为90度。如此，第一天线110所激发出的线偏振信号与第二天线120所激发出的线偏振信号可耦合成圆极化偏振无线信号。本发明实施例不限定第一天线110的辅助电极114与第二天线120的辅助电极114之间的距离h1的数值，其可视第一天线110相对x轴向的夹角a2而定。
89.如图6所示，在本实施例中，第一天线110相对x轴向的夹角a2例如是90度，距离h1最短可介于0.2λ～0.3λ之间，距离h1最长可介于0.7λ～0.8λ之间，其中λ为空气波长。如此，可使第一天线110所激发出的线偏振信号与第二天线120所激发出的线偏振信号的相位差大致上为90度。然而，只要第一天线110的辅助电极114与第二天线120的辅助电极114之间的距离h1小于1个空气波长λ即可，本发明实施例不限定距离h1的具体数值。
90.如图6所示，第一天线110与第二天线120可位于一区域r1内，区域r1的边长小于1个空气波长λ。换言之，由于本发明实施例的线型的天线结构设计，可允许第一天线110与第二天线120排列于一小面积的区域r1内。图式的x轴向可平行于区域r1的一边，而y轴向可平行于区域r1的相邻边。第一天线110及/或第二天线120可位于区域r1内的任意位置，本发明实施例不加以限定。
91.如图6所示，第一天线110与第二天线120沿x轴向的分布长度l
x
例如是小于0.4λ，而第一天线110与第二天线120沿y轴向的分布长度l
y
例如是小于0.4λ，其中分布长度l
x
与l
y
视为天线模块的整体大小。本发明实施例不限定分布长度l
x
及l
y
的数值，只要分布长度l
x
及l
y
小于1个空气波长λ(例如，位于区域r1内)即可，本发明实施例不限定分布长度l
x
及l
y
的具体数值。
92.在一模拟结果中，天线模块100的左圆极化偏振(lhcp)与右圆极化偏振(rhcp)的比例大致为10:1(lhcp:rhcp＝10:1)，可见天线模块100可耦合出圆极化偏振无线信号(lhcp与rhcp的比例愈大，圆极化偏振程度愈高)。依据模拟结果，天线模块400具有类似天线模块100的频率与远场辐射能量的关系、频率与轴比的关系(如图2所示)以及其对应的技
术功效，于此不再赘述。
93.前述图3的天线模块100’的所有天线单元10a的至少一者可分别由前述天线模块200～400的至少一者的结构(分布长度l
x
与l
y
区域内的结构)取代。天线模块100’的数个天线单元10a可由前述天线模块100～400的至少一者排列而成，即，天线模块100’可混用天线模块100～400的至少一者的结构。
94.前述天线模块100～400不限定夹角a2的数值范围。夹角a2可以是30度、45度(如，天线模块100)、60度或90度(如，天线模块200～400)，或其它介于0～90度之间的任一实数。天线模块的辐射方向及其天线的线偏振方向可视夹角a2而变，但夹角a2的改变对天线模块的共振频率的范围影响不大，请参照以下说明。
95.请参照图7，其绘示依照本发明实施例的天线模块在不同夹角a2下的频率与辐射能量的相关曲线图。由图可知，夹角a2的变化对于天线模块的频宽范围的影响不大。详言之，对于夹角a2为0度的天线模块(曲线c31)、夹角a2为30度的天线模块(曲线c32)、夹角a2为45度的天线模块(曲线c33)及夹角a2为60度的天线模块(曲线c34)而言，其频宽在13.6ghz～13.9ghz的小范围内变动，可见夹角a2的变化对于天线模块的频宽变动的影响不大(即，天线模块的频宽对于夹角a2的变化并不敏感)。如此，即使配合实际状况改变夹角a2的数值设计，也不会改变或不会过度改变天线模块的工作频宽范围。此特性使天线模块在不同夹角a2下仍保有频宽稳定性，可增加天线模块的设计弹性。
96.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。