TWI345334B - Stacked patch antennas - Google Patents

Description

1345334 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種堆疊式平板天線。 【先前技術】 在本節中之陳述僅提供有關本發明之背景資訊，且可 以並不構成習知技術。

_現在參考圖1 ’其顯示無線電接收系統1 〇。如圖所顯 示，系統1〇包括調整至第一中央頻率fcl之第一平板天線 12。系統1〇亦包括調整至第二中央頻率之第二平板天 線14。在-些實施例中，第—中央頻率W可以為由衛星 數位音訊無線電服務（SDARS)(例如：在美國為2 32〇GHz 至2.345GHz等）所使用之頻率，以及第二中央頻率μ可 以為由全球定位系統（GPS)(例如：至少i 575GHz等）所使 用之頻率。 5於圖1中所顯示，一個第一低雜訊放大器⑽ 將來自第-平板天、線12之信號放大。此第二低雜訊放大 器（LNA)18將來自第二平板天線14之信號放大。此等來自

苐一 LNA 16 輿第一 TfsjA 、罘—LNA 18之“號與各具有中央頻率fcl 與fc2之各帶通濾波胃2〇、與22之輸入通訊。第一放大 器24將來自第一帶通濾波器2〇輸出之信號放大。第二放 大器26將來自第二帶通濾波器22輸出之信號放大。 此第一無線電接收器28 &成a & 屯牧队裔U接收來自第一放大器24之信 说。在-些實施例中，此第_無線電接收器28可以為廳 1345334 接收器，其與SIRIUS衛星無線電及/或XM衛星無線電廣 播信號相容。此第二無線電接收器30接收來自第二放大 器26之信號。在一些實施例中，此第二無線電接收器30 可以為GPS接收器，其包括顯示器及/或使用者界面。 可以將第一平板天線12、第二平板天線14、第一 LNA 16、第二LNA 18、第一帶通濾波器20、第二帶通濾波器 22、第一放大器24、以及第二放大器26組裝於一袖珍天 線組件32中。天線組件32可以適合用於安裝於例如汽車 頂之結構上。 可以使用同轴電纜用於製成：在第一放大器24與第一 無線電接收器28間之連接，以及第二放大器26與第二無 線電接收器30間之連接。當與天線組件32之其他元件之 有關成本比較時，第一 LNA 16、第二LNA 18、以及同轴 電纜傾向於相當昂貴。 【發明内容】

根據各種典範實施例’一天線組件通常包括第一平板 天線與第二平板天線。此第一平板天線包括第—饋進點， 且被調整至第一頻率。此第二平板天線包括第二饋進點， 且被調整至第二頻率。此天線組件亦可以包括—傳輸線， 其所具有第一終端與第一饋進點連通。此傳輪線之第二終 端可與第二饋進點連通。 此傳輸線之第一與第二終端之一可以提供信號輸出， 用於由此第一與第二平板天線所接收之信號。此 1345334 亦可以包括一低雜訊放大器，其接收來自傳輸線之信號輸 出之信號。 。〃月】 在其他典範實施例中，此天線組件通常包括第一與第 二平板天線。第-平板天線包括第一饋進點，且被調整至 第一頻率。此第二平板天線包括第二饋進點，且被調整至 第二頻率。在此等實施例中，此天線組件亦可以包括第一 與第二雜訊放大器，用於各自接收來自第一與第二平板天 線之信！虎。此天線組件可以更包括第一與第二帶通、慮波 器，用於各自接收來自第一與第二雜訊放大器輪出二 號。放大器可以接收來自第一帶通滤波器之輸出之作號， 且可以接收來自第二帶通滤波器之輸出之信號。此放大^器 可以產生天線組件之輸出信號。 本發明之其他應用領域將由在此所提供之說明而為明 顯、。應瞭解此說明與特定例之用意僅為說明目的，且其用 意並非限制本發明之範圍。 【實施方式】 在此所說明圖式僅用於呤 仿古斗 ㈣說明目的’且其用意並非以任 了方式限制本發明之範圍。 以下說明僅為典範性質， 明、應用、或使用。在於限制本發 符_§ _ 應瞭解在所有圖式中，相對應之參考 付就顯不類似或相對應元件與特徵。 圖2說明此實施本 收以e 月或更多觀點之典範無線電接 收盗系統50。如同所顯 按 糸統50使用一種結構，以允 5午單一同轴電纜52(或其他適當通信線）將來自放大器7〇 之輸出信號傳輸至分解器或雙工器72，其然後將此輪出信 號分割成：各用於第一無線電接收器54與第二無線電接 收器56之第一與第二信號。此第一與第二信號各具有中 央頻率fcl與fc2。在一些實施例中’此第一無線電接收器 54可以為SDARS接收器，而與SIRIUS衛星無線電廣播信 號及/或XM衛星無線電廣播信號相容。在一些實施例中， 此第二無線電接收器56可以為GPS接收器，其包括顯示 器及/或使用者介面。 系統5 0包括被調整至第一中央頻率fc 1之第一平板天 線58。系統50亦包括被調整至第二中央頻率fc2之第二 平板天線60。在一些實施例中，fcl可以為由全球定位系 統（GPS)所使用之頻率（例如，以及fc2可以為由衛星數位 音訊無線電服務（SDARS)所使用之頻率）。以替代方式，可 以將平板天線58及/或60之一或兩者組態，而各用於接收 除了 GPS與SDARS以外之其他信號，及/或例如藉由調整 天線結構之尺寸、而被調整用於更高或更低頻帶。額外地 或替代地，可以藉由改變基板之介電材料因此達成某（些） 頻帶，而選擇用於第一及/或第二平板天線58、6〇之頻帶 範圍。 可以在以下專利案所揭示典範方式，將二平板天線60 堆疊在第一平板天線58之頂上：2_年…〇日所提出 申請之德國專利申請案號1〇 2〇〇4 〇35 〇64 7、及/或蘭 年7月2G日所提出中凊之美國專利中請案號15， 1345334 • 此兩案所揭示之内容在此整個併入作為參考。 一第一低雜訊放大器（LNA) 62將來自第一平板天線58 之信號放大。一第二低雜訊放大器（LNA)64將來自第二平 板天線60之號放大。此等來自第一與第二[να 62與64 之信號各自通過各具有中心頻率fcl與fc2之帶通濾波器66 與68。將此等來自第一與第二帶通濾波器66與68之輸出 k號組合’且施加至放大器7 〇之輸入。 分解器或雙工器72從放大器70接收信號，且將此信 籲 號分割成以頻率fcl為中心之第一信號、與以頻率fc2為 中心之第二信號。第一無線電接收器54接收此第一信號， 且第二無線電接收器5 6接收此第二信號。 可以將第一平板天線58、第二平板天線60、第一 lna ' 62、第二LNA 04、第一帶通濾波器μ、第二帶通濾波器 68、以及放大器7〇組合成袖珍天線組件74 ^此袖珍天線 組件74可以適合用於安裝在例如汽車頂之結構上。 現在參考圖3 ’其顯示此無線電接收系統80之第二實 • 施例。系統80使用一種結構，其允許單一 LNA 82將：來 自第一平板天線58之信號放大，以及來自第二平板天線6〇 之信號放大。系統80亦使用單一同轴電纜52，將來自放 大器70之信號傳輸至雙工器72。第一平板天線58可以在 由以下專利案所揭示之典範方式堆疊在第二平板天線6 〇 之頂上：2004年7月20日所提出申請之德國專利申請案 號10 2004 035 064.7、及/或2005年7月20日所提出申請 之美國專利申請案號11/185,015，此兩案所揭示之内容在

10 1345334 此整個併入作為參考。 ，，傳輸線84連接介於第一平板天線58之饋進點與第二 ^板天線6〇之饋進點之間。如同於圖6中所示’傳輸線84 :以形成作為在印刷電路板（pcB) 9()上之跡線。以下將更 詳細討論此傳輸線84。

82將來自第二平板天線60之信號放大。LNA 82 亦將^自第—平板天線58之信號放大。此傳輸線84將來 自第-平板天線58之信號傳輸至⑽以之輸入。LNA82 J ”第贡通濾波器66之輸入、以及第二帶通濾 波态68之輸入連通。第一與第二帶通濾波器μ與“之 輸出耦接至且與放大器70之輸入連通。 、 放大器70之輸出與雙工_ 7()之輸人μ 4 :接？來自放…。之輸出之信號’且將此信二割 t頻率叫心之第-信號、與以頻率W為中心之 _ - W。第-無線電接Μ 54接收此第—信號。且第 —無線電接收器56接收此第二信號。 •可以：第一平板天線58、第二平板天“Ο、·〕、 ism66與Ι以及放大器70可以組合成袖珍天線 車==珍天_ %可以適合用於安裝在例如汽 々U 7J 丁尺 丁调咪84。為了使得第一半办 天線58與第二平板天線6〇 > ^ 隹組合可以適當運作，纪 佳應將此兩個平板天線間之任 ) 诂丨姑 仃干擾取小化或至少減少。 減 >、第一平板天線58與第二平板 坂天線60間之干擾等於相 1345334 加此兩天線間之隔離。 在以下之例中’ fcl為在2320MHz與2345MHz間之 SDARS頻率，以及fc2為1575 MHz之Gps頻率。一種增 由傳輸線84所長：供隔離之典範方式為，確定在此〇ρ§ 頻率此來自第一平板天線58之阻抗為高，以及在此sdARS 二率此第一平板天線58之阻抗（由此第二平板天線觀之） 亦保持為高。此可以使用在第一平板天線58與第二平板 =線^60間具有50歐姆特性阻抗之傳輸線M而達成。在 』實靶例中，在GPS頻率此傳輸線84為1/4波長。 八在以介電常數&與磁導率#為特徵之無損失且均質之 介電媒體+，此傳輸線84之效應可以下列此等式分析： Z -n = ^ load j^Spl 丨“ l + jZloadtgPl (式1) 召=2 7Γ / λ 以及 (式2) • λ = ~= (式3) 其中： c=光速， f=頻率， ε r =媒體之相對介電常數，

Zin=在輪入所轉換阻抗（經轉換阻抗），

Zload=在輸入相對侧之阻抗（負載阻抗），以及 12 1345334 λ =波長 如果在GP S頻率此傳齡始 1寻翰線84之長度1為λ /4，則第一 平板天線5 8之低阻抗轉拖占古 科換成咼阻抗，如同由以下式4所 顯示。

Zin - jtg^ 1 - jtg(^ /2) = ^ 式⑷ 在SDARS頻率，傳輸線^之長度為ι 47*λ (大約Μ*

入）。*於第二平板天線6〇具有高阻抗，從第二平板天線 60看第一平板天線58具有以下阻抗：

Zin jtg/5 1^ jtg(7r/2)= 〇〇 式（5) 因此，傳輸線84提供第一平板天線58與第二平板天 線60間之滿意隔離。 在一些實施例中，此傳輸線84包括1/4波長變壓器（在 GPS頻率）’其可操作為無線電頻率扼流器，用於將來自第 一平板天線58之輸出或信號、與來自第二平板天線6〇之 不同的輸出或信號隔離。例如，一些實施例可以具有傳輸 線84,用於將由第一平板天線58所接收之sdars信號、 與第二平板天線60所接收之GPS信號隔離。然而，如同 在此所說明，可以將平板天線58及/或6〇之一或兩者組態： 用於各接收除了 SDARS與GPS以外之其他信號，及/或藉 由例如調整其各介電常數及/或其各天線結構之尺寸、而調 整用於較高或較低頻帶。在一些實施例中，各平板天線58 60包括設置在下部基板之上表面上之丨/2波長（a /2)天 線結構，用於接收在GHz範圍中之衛星所傳輸頻率。 現在參考圖4，其顯示天線組件86之立體圖。第一平 13 1345334 板天線5 8顯不為設置在第-λγ； ^ , λ 牡弟一十板天線60上，第二平板天 線 60 設置在 PCB 90 上。pcr 〇λ - .j. 90之凡件側92包括電路跡 線與塾’以容納LNA 82、帶·搞、，舍、士。》/：, t 八w V逋慮波态66與68、放大器70、 以及傳輸線84之元件。第—導線94提供至第—平板天線 5 8之饋給點之連接。

第一導線96提供至第二平板天線6〇之饋給點之連接。 第一平板天線58包括第一介電層98。在一些實施例中， 此第一介電層98之介電常數大約為2〇。第二平板天線6〇 包括第二介電層99。在一些實施例中，此第二介電層99 之介電常數可以介於（包括）大約2與4之間。在此等實施 例中，此第一介電層98之介電常數通常大於此第二介電 層99之介電常數。此關係通常確保第二平板天線6〇具有 足夠之表面面積，以容納第一平板天線58。 現在參考圖5，組件其顯示於此沿著圖4截線5_5之 截面中之天線組件8 6。第二平板天線6 0提供用於第一 平板天線58之金屬化層。提供此用於第二平板天線6〇之 弟一金屬化層1〇2。此第二金屬化層1〇2在PCB90盘第二 介電層99之間形成層。 現在參考圖6’其顯示PCB 90之元件側92。在此所 說明之實施例中，傳輸線84可以形成作為在pcb 90上之 蜿蜒電路跡線。元件側92亦包括數個墊與跡線1 04，其容 納且連接LN A 82、第一帶通滤波器66、第二帶通濟波器 68、以及放大器70之元件。 應注意’在其中無線信號是在此等天線間傳送之其他 14 1345334 應用中，本發明 < 此等實施例與觀點可以使用於天線應用 之廣泛範圍中’例如：平板天線、汽車通信資訊系統天線、 組態用於接收衛星信號(例如，#星數位音訊無線電服務 (SDARS)、全球定位系統（Gps)、蜂巢信號等）、地面信號 之天線 ' 組態用於接收射頻（RF)能量或無線電傳輸（例如广 調幅/調頻（AM/FM)無線電信號等）之天線，以及上述天線 之、，且&目ilt本發明之範圍不應僅受限於一種特定形式/ 型式之天線組件。 此外可以將在此所揭示之各種天線組件與元件安梦 至廣泛範圍之支持結構，其包括靜止平台與行動平台。例 如，在此所揭示之天線組件除了可以安裝至其他行動平二 之外’可以安裝至公共汽車、火車、以及飛機之支持結構: 因此’在此處特別提及汽車不應被認為：將本發明之範圍 限制於支持結構或環境之任何特定 在此所使用之某種專用術語^參考目的，且因此 其用意並不在於限制。例如，此等專用語“上，，、“下”、“之 上”、“之下”是指所提及圖中之方向。此等專用語例如前 方，，、“後方，，、“後部’，、“底部，，、以及“側面，，說明在此為一 隸任意，參考架構中元件之部份之方向其藉由參考此 «•兄月在纣响中70件之本文與有關圖式而為明顯。此等專用 術語可以包括以上特別提及之字、其衍 義之字。類似地，此等專用纽,,也 ^ ^ 〇第一與第二，，以及其他此 子專用語是指此等結構，其除非由上下文明確顯示， 則並不隱含序列或順序。 15 丄345334 S "纟σ元件或特性以及典範實施例時，此等冠詞“ 一”、 此 5玄之用意為意味著有一或更多個此等元件或特性。 此$專用語“包括，，、“包含，，、以及“具有，，，其用意為包括 且意味著除此等特定說明之元件或特性外，可以有額外之 凡件或特性。應進一步瞭解在此所說明之方法步驟、過程、 以及細作’除非特別辨識為表現之順序，則不應被認為須 要將其表現以特定順序討論或說明。亦應瞭解可以使用額 外或替代步驟。 以上本發明之說明僅為典範性質，以及因此未偏離本 發明要旨之變化之用意為在本發明之範圍中。此等變化並 不被§忍為偏離本發明之精神與範圍。 【圖式簡單說明】 圖1為根據習知技術雙頻無線電接收器系統之功能方 塊圖， 圖2為根據典範實施例無線電接收器系統之功能方塊 圖； 圖3為根據另一典範實施例無線電接收器系統之功能 方塊圖； 圖4為包括於圖3中 〒所顯不之無線電接收器系統中之 堆疊式平板天線之立體圖； 圖5為在圖4中所示堆疊式平板天線之橫戴面圖；以 及 圖6為設置在圖4中所示堆疊式平板天線上之印刷電

16 1345334 路板之平面圖。

【主要元件符號說明】 10 無線電接收系統 12 第一平板天線 14 第二平板天線 16 低雜訊放大器 18 低雜訊放大器 20 帶通濾波器 22 帶通濾波器 24 放大器 26 放大器 28 接收器 30 接收器 32 袖珍天線組件 50 無線電接收系統 52 同軸電鏡 54 接收器 56 接收器 58 第一平板天線 60 第二平板天線 62 低雜訊放大器 64 低雜訊放大器 66 帶通濾波器 17 1345334 68 帶通濾波器 70 放大器 72 雙工器 74 袖珍天線組件 80 無線電接收系統 82 低雜訊放大器 84 傳輸線 86 袖珍天線組件 90 印刷電路板 92 元件側 94 第一導線 96 第二導線 98 第一介電層 99 第二介電層 102 第二金屬化層 104 跡線 18

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 1. 一種天線組件，包括： —第一平板天線，包含第一饋給點 被調整至第一頻率； —第一平板天線，包含第二饋給點 被調整至第二頻率；

   —傳輸線’具有第一終端而 有第二終端而與第二饋給點連通 二終端之一提供一個信號輸出， 與第一平板天線所接收之信號 其接收來自該傳輸線之信號輸出之 如申請專利範圍第1項之天線組件，其中 4第-頻率與衛星數位無線電服務有關，且其中該第 頻率與全球定位系統有關。

   該苐一平板天線 該第二平板天線 與第—饋給點連通，且具 ，1 2亥傳輸線之該第一與第 5亥#號輸出係用於由該第 ，以及 一低雜訊放大器 信號。 .如申請專利範圍第1項之天線紕件，其中 Ml板天W㈣二平板天線堆疊在一起 6_如申請專利範圍 該電路板跡線包括 7.如申請專利範園 19 1 ·如申請專利範圍第1項之天線組件，其中 該傳輸線形成於一印刷電路板上。 2 5,如申請專利範圍第4項之天線組件，其中 該傳輸線包括1路板跡線。 第2項之天線組件，其中 —蜿蜒圖案。 第1項之天線組件，其中 該傳輸線包括一1/4波乒增阿、 統有關。 ， 皮長變壓器，其頻率與全球定位系 8. 如申請專利範圍第1項之天線組件’其中 該天線組件僅包括一個低雜訊放大器。 9. 如申請專利範圍第1項之天線組件，更包括 與第二帶通濾波器，其接收來自該低雜訊放大器 之輪出之信號。

   ，如'請專利範圍第9項之天線組件，更包括 大益其接收來自該第—帶通遽波器之輸出之信 ί收來自該第二帶通據波器之輸出之㈣，且其中 戎放大器產生該天線組件之輸出信號。 如申請專利範圍第10項之天線組件，其中 該天線組件僅包括一個放大器。 12.如申請專利範圍第1〇項之天線組件，其中 該放大器被組態用於與該雙工器通訊，該雙工器接收 來自該放大器之輪

   ^ 铷出k唬，且將其分割成以第一頻率為中 ^之第L唬而用於第一無線電接收器，以及分割成以第 -頻率為中〜之第—信號而用於第二無線電接收器。 13^°申請專利範圍第10項之天線組件，更包括 單通λ鏈路’其係用於將來自該放大器之輸出信 號傳送至該雙工器。 14^申請專利範圍第13項之天線組件，其中 該單-通訊鏈路包括一單一同軸電纜。 15.如申請專利範圍第10項之天線組件，其中 20 上345334 來自該第-與第二帶通濾波器之信號係被組合，且供 應至該放大器之輸入而用於放大。 16.如申請專利範圍第丨項之天線組件，其令 该傳輸線具有在該第一平板天線與該第二平板天線間 又5 〇歐姆之待性阻抗。 1 7.如申請專利範圍第1項之天線組件，其中 该傳輸線之長度在一個與全球定位系統有關之頻率之 為1/4波長，且其中該傳輸線之長度在一個與衛星數位無 線電服務有關之頻率之下大約為丨又ι/2波長。 ^一種天線組件，包括： 線 -第-平板天線’包含第一饋給點，該第—平板天 被調整至第一頻率； 平板天線 一第二平板天線，包含第二饋給點，該第 被調整至第二頻率； 板天線之 一第一低雜訊放大器，其接收來自該第一平 第一低雜訊放大器，其接收來自該第二平板天 器 信號； —第一帶通濾波器，其接 之輸出之信號； 線之 收來自該第一低雜訊放大 該第二低雜訊放大 器 —第二帶通濾波器，其接收來自 之輸出之信號；以及 一玫大器，其接收來自該第一帶。 审通/慮波為之輸出之信 號，且接收來自該第二帶通濾波器 铷出之仏號’該放大 21 1345334 該天線組件僅包括—個該放大器 器產生該天線組件之輪 19.如申請專利範圍 出信號。 第1 8項之天線組件，其中

   20.如申請專利範圍 該放大器被組態用 來自該放大器之輸出信 第1 8項之天線組件，其中 於與一雙工器通訊’該雙工器接收 號，且將其分割成以第一頻率為中 心之第一信號而用於第-無線電接收器，以及分割成以第 率為中心之第二信號而用於第 益 «%*、 收器 2 1 _如申請專利範圍第 1 8項之天線組件，更包括 一早一通訊鏈路，其係用於將來自該放大器之輸出信 號傳送至一個雙工器。 22.如申請專利範圍第2 1項之天線組件，其中 該單一通訊鏈路包括一單一同軸電纜。 23 .如申請專利範圍第1 8項之天線組件，其中 來自該第一與第二帶通濾波器之信號係被組合，且供 應至該放大器之輸入而用於放大。 24. 如申請專利範圍第1 8項之天線組件，其中 該第一頻率與衛星數位無線電服務有關，且其中，該 第二頻率與全球定位系統有關。 25. 如申請專利範圍第18項之天線組件，其中 該第一平板天線與該第二平板天線堆疊在一起。 2 6. —種天線組件，包括： 第一平板天線，包含第一饋給點，該第一平板天線 被調整至第一頻率； 22 j^334 一第二平板天線、其與該第一平板天線堆疊在一起， 第一平板天線包含第一饋給點’該第二平板天線被調整 至與该第一頻率不同之第二頻率； ''傳輸線’具有第一終端而與該第一饋給點連通，且 ―、有苐二終端而與該第二饋給點連通’該傳輸線之該第一 、第—終端之一提供信號輸出’用於由該第一與第二平板 &線所接收之信號； 低雜訊放大器’其接收來自該傳輸線之信號輸出之 第一與第二帶通濾波器，其接收來自該低雜訊放大器 之輪出之信號； 放大裔，其接收來自該第一帶通濾波器之輸出之信 ，，且接收來自該第二帶通濾波器之輸出之信號，該放大 器產生一輸出信號； 雙工器，其接收來自該放大器之輸出信號，且將其 分割成以第一頻率為中心之第一信號而用於第一無線電接 收器，以及分割成以第二頻率為中心之第二信號而用於第 一無線電接收器；以及 -同軸電纜’用於將來自該放大器之輸出信號傳輸至 該雙工器。 27·如申請專利範圍第26項之天線組件，其中 ^ 該第一頻率與衛星數位無線電服務有關，且其中，該 第一頻率與全球定位系統有關。 28_如申請專利範圍第26項之天線組件，其中 23 α亥傳綠^ 一 電路板跡線’而具有在一印刷電路板上 之蜿蜒圖案。 低工 士申明專利範圍第2 6項之天線組件，其令 ^ 、天線組件包括僅一個低雜訊放大器、僅一個放大 2、Μ及僅一個同軸電纜，其係將該放大器連接至該雙工 ° 30.如申請專利範圍第26項之天線組件，其中 該傳輸線之長度在一個與全球定位系統有關之頻率之 下為1/4波長，且其中，該傳輸線之長度在一個與衛星數位 無線電服務有關之頻率之下大約為丨又1/2波長。 十一、圖式： 如次頁

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