本发明公开了一种天线结构装置，包含一衬底、一第一天线单元和一第二天线单元。该衬底具有一第一表面和相对该第一表面的一第二表面。该第一天线单元设置于该第一表面，并在其外侧边缘处具有至少一内宽外窄的第一扇形槽缝。该第二天线单元设置于该第二表面，并通过一连接孔连接穿过该衬底连接至该第一天线单元。该至少一第一扇形槽缝的半径为该天线结构装置的中心频率的四分之一波长的奇数整数倍。本发明公开的天线结构装置利用扇形槽缝结构，达成使该天线结构装置的辐射场型偏向的目的。
一衬底，具有一第一表面和相对该第一表面的一第二表面；
一第一天线单元，设置于该第一表面，并在其外侧边缘处具有至少一内宽外窄的第一扇形槽缝；以及一第二天线单元，设置于该第二表面，并通过一连接孔穿过该衬底而连接至该第一天线单元；
其中该至少一第一扇形槽缝的半径为该天线结构装置的中心频率的四分之一波长的奇数整数倍。
2.根据权利要求1的天线结构装置，其中该第二天线单元在其外侧边缘处具有至少一内宽外窄的第二扇形槽缝，且该至少一第二扇形槽缝的半径为该天线结构装置的中心频率的四分之一波长的奇数整数倍。
3.根据权利要求2的天线结构装置，其中该至少一第一扇形槽缝的数量不等于该至少一第二扇形槽缝的数量。
4.根据权利要求2的天线结构装置，其中该至少一第一扇形槽缝的数量等于该至少一第二扇形槽缝的数量。
5.根据权利要求1的天线结构装置，其中该第一天线单元为一刀片状，且其刀锋向外。
6.根据权利要求1的天线结构装置，其中该第二天线单元为一刀片状，且其刀锋向外。
7.根据权利要求1的天线结构装置，其中该第一天线单元和第二天线单元在该衬底上的设置左右对称。
8.根据权利要求1的天线结构装置，其中该第一天线单元和第二天线单元在该衬底上的设置部分重迭。
9.根据权利要求1的天线结构装置，其中该第一天线单元和第二天线单元的设置形成一渐进式槽缝天线。
10.根据权利要求1的天线结构装置，其中该至少一第一扇形槽缝的扇形夹角为10至
11.根据权利要求2的天线结构装置，其中该至少一第二扇形槽缝的扇形夹角为10至
一衬底，具有一第一表面和相对该第一表面的一第二表面；
一第一天线单元，设置于该第一表面，并在其外侧边缘处具有至少一内宽外窄的第一扇形槽缝；以及一第二天线单元，设置于该第二表面，并通过一连接孔穿过该衬底而连接至该第一天线单元；
其中该至少一第一扇形槽缝的半径为该多波束天线阵列系统的中心频率的四分之一波长的奇数整数倍。
13.根据权利要求12的多波束天线阵列系统，其中每一天线结构装置的该第二天线单元在其外侧边缘处具有至少一内宽外窄的第二扇形槽缝，且该至少一第二扇形槽缝的半径为该多波束天线阵列系统的中心频率的四分之一波长的奇数整数倍。
14.根据权利要求12的多波束天线阵列系统，其中每一天线结构装置的该第一天线单元都为一刀片状，且其刀锋向外。
15.根据权利要求12的多波束天线阵列系统，其中每一天线结构装置的该第二天线单元都为一刀片状，且其刀锋向外。
16.根据权利要求12的多波束天线阵列系统，其中每一天线结构装置的该第一天线单元和该第二天线单元在该衬底上的设置左右对称。
17.根据权利要求12的多波束天线阵列系统，其中每一天线结构装置的该第一天线单元和该第二天线单元在该衬底上的设置部分重迭。
18.根据权利要求12的多波束天线阵列系统，其中每一天线结构装置的该至少一第一扇形槽缝的扇形夹角为10至30度之间。
19.根据权利要求13的多波束天线阵列系统，其中每一天线结构装置的该至少一第二扇形槽缝的扇形夹角为10至30度之间。
20.根据权利要求12的多波束天线阵列系统，其中每一天线结构装置的该第一天线单元和该第二天线单元的设置形成一渐进式槽缝天线。
天线结构装置及其所组成的多波束天线阵列系统
技术领域
[0001] 本发明关于一种天线结构装置及其所组成的多波束天线阵列系统。
背景技术
[0002] 天线阵列(antenna array)由多个等向性(isotropic)的辐射体，例如天线所组成。天线阵列通过所流经的电流以造成振幅和相位的差异。相比于单一天线，天线阵列具有更高的操控性。因此，天线阵列拥有较广的适用范围。
[0003] 举例来说，多波束天线阵列(multi-beam antenna array)常用于近场微波成像的应用中。在近场微波成像的应用中，辐射源以球面波的形式通过透镜聚焦在焦平面的天线阵列上。成像平面越大，所需要的焦平面曲率越大。因此，在焦平面上的接收天线阵列就需要适应曲率而旋转。然而，若应用旋转的天线阵列，则不仅各阵列单元的辐射场型会彼此互相干扰，且连接后端射频电路的传输线线路也会相当复杂，进而导致分辨率下降和需要消耗相当可观的能量。
[0004] 因此，业界所需要的是一种天线结构装置，其可以排列形成一多波束的天线阵列，其不仅可以重组天线的辐射波束方向，且又可以抗同波段噪声干扰。该排列而成的多波束天线阵列不需要移动或旋转天线本体，就可以满足于透镜天线的多波束需求，并抑制旁波束(side lobe level)，维持透镜的空间解析能力。本发明即提供该天线结构装置及多波束天线阵列。
发明内容
[0005] 本发明公开了一种天线结构装置，包含一衬底、一第一天线单元和一第二天线单元。该衬底具有一第一表面和相对该第一表面的一第二表面。该第一天线单元设置于该第一表面，并在其外侧边缘处具有至少一内宽外窄的第一扇形槽缝。该第二天线单元设置于该第二表面，并通过一连接孔连接穿过该衬底连接至该第一天线单元。该至少一第一扇形槽缝的半径为该天线结构装置的中心频率的四分之一波长的奇数整数倍。
[0006] 本发明公开了一种多波束天线阵列系统，包含一衬底和多个天线结构装置。该衬底具有一第一表面和相对该第一表面的一第二表面。这些天线结构装置设置于该衬底上，并呈阵列排列。每一天线结构装置都包含一第一天线单元和一第二天线单元。每一第一天线单元设置于该第一表面，并在其外侧边缘处具有至少一内宽外窄的第一扇形槽缝。每一第二天线单元设置于该第二表面，并通过一连接孔连接穿过该衬底连接至一第一天线单元。该至少一第一扇形槽缝的半径为该多波束天线阵列系统的中心频率的四分之一波长的奇数整数倍。
[0007] 本发明公开的天线结构装置利用扇形槽缝结构，达成使该天线结构装置的辐射场型偏向的目的。
[0008] 上文已经概略地叙述本发明的技术特征，并使下文的详细描述得以获得较好的理解。构成本发明权利要求的其它技术特征将描述于下文。本发明所属技术领域中普通技术人员应该可以理解，下文公开的概念与特定实施例可以作为基础而相当轻易地予以修改或设计其它结构或工艺而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域中普通技术人员也应该可以理解，这类等同的替换并无法脱离后附的权利要求所提出的本发明的精神和范围。
附图说明
[0009] 图1显示本发明一实施例的一天线结构装置的示意图；
[0010] 图2显示本发明一实施例的一天线单元的局部放大图；
[0011] 图3显示本发明一实施例的一天线结构装置的辐射场型图；
[0012] 图4显示本发明的另一实施例的一天线结构装置的示意图；
[0013] 图5显示本发明的另一实施例的一天线结构装置的辐射场型图；以及[0014] 图6显示本发明一实施例的多波束天线阵列系统的示意图。
[0015] 【主要元件符号说明】
[0016] 100 天线结构装置
[0017] 102 衬底
[0018] 104 第一天线单元
[0019] 106 第二天线单元
[0020] 150 第一扇形槽缝
[0021] 170 第一表面
[0022] 180 第二表面
[0023] 190 连接孔
[0024] 400 天线结构装置
[0025] 402 衬底
[0026] 404 第一天线单元
[0027] 406 第二天线单元
[0028] 460 第二扇形槽缝
[0029] 600 多波束天线阵列系统
[0030] 602 衬底
[0031] 604 天线结构装置
[0032] 690 透镜
具体实施方式
[0033] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0034] 本发明在此所探讨的方向为一种天线结构装置及其所组成的多波束天线阵列系统。为了能彻底地理解本发明，将在下列的描述中提出详尽的组成。显然地，本发明的实现并未限定于本发明技术领域的技术人员所熟悉的特殊细节。另一方面，众所周知的组成并未描述在细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的优选实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地实现在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以之后的权利要求为准。
[0035] 图1显示本发明一实施例的天线结构装置的示意图。如图1所示，该天线结构装置100包含一衬底102、一第一天线单元104和一第二天线单元106。该衬底102具有一第一表面170和相对该第一表面的一第二表面180。该第一天线单元104呈刀片状，且其刀锋向外，并设置于该衬底102的第一表面，且在其外侧边缘处具有至少一内宽外窄的第一扇形槽缝150。该第二天线单元也呈刀片状，且其刀锋向外，并设置于该衬底102的第二表面，且通过一连接孔190连接穿过该衬底102连接至该第一天线单元104。该第一天线单元104和该第二天线单元106在该衬底102上的设置呈左右对称，且该第一天线单元104和该第二天线单元106在该衬底102上的设置部分重迭。如图1所示，该第一天线单元104和和该第二天线单元106的设置形成一渐进式槽缝天线架构(tapered slot antenna)。值得注意的是，该至少一第一扇形槽缝150的半径为该天线结构装置100的中心频率的四分之一波长的奇数整数倍。
[0036] 图2显示该第一天线单元104的局部放大图。如图2所示，该第一天线单元104共包含三个第一扇形槽缝150，其中每一第一扇形槽缝150的半径为该天线结构装置100的中心频率的四分之一波长，其扇形的圆心位于该第一天线单元104的边缘外侧。在本发明的部分实施例中，这些第一扇形槽缝150的扇形夹角为10至30度之间。根据传输线阻抗转换(impedance transformer)的原理，由于这些第一扇形槽缝150的半径为该天线结构装置100的中心频率的四分之一波长的奇数整数倍，其出入的等效电路可以视为短路状态。换而言之，流经该第一天线单元104的电流视这些第一扇形槽缝150为短路状态。由于短路架构具有吸引电流的特性，流经该第一天线单元104的电流将会沿着这些第一扇形槽缝150的边缘流通，如图2的箭头所示。重新参照图1，由于该第二天线单元106为一完整的平面，并未包含槽缝。因此，流经该第二天线单元106的电流路径将短于流经该第一天线单元104的电流路径。因此，该第一天线单元104的电流波相位将落后于该第二天线单元106的电流波相位，而使得该天线结构装置100的辐射场型改变。
[0037] 图3显示该天线结构装置100的辐射场型图。如图3所示，由于流经该第一天线单元104的电流波相位落后于流经该第二天线单元106的电流波相位，该天线结构装置100的辐射场型偏向该第一天线单元104的方向。
[0038] 图4显示本发明的另一实施例的天线结构装置的示意图。如图4所示，该天线结构装置400包含一衬底402、一第一天线单元404和一第二天线单元406。该天线结构装置400相似于图1的天线结构装置100。差异在于该第二天线单元406共包含三个第二扇形槽缝460，而该第一天线单元404不包含扇形槽缝。因此，流经该第一天线单元404的电流波相位领先于流经该第二天线单元406的电流波相位。
[0039] 图5显示该天线结构装置400的辐射场型图。如图5所示，由于流经该第一天线单元404的电流波相位领先于流经该第二天线单元406的电流波相位，该天线结构装置400的辐射场型偏向该第二天线单元406的方向。
[0040] 综合前述，天线设计人员可以自由增删这些第一扇形槽缝和这些第二扇形槽缝的数量，以达成所欲设计的辐射场型。这些第一扇形槽缝的数量可以相等或不等于这些第二扇形槽缝的数量，且本发明的这些第一扇形槽缝和第二扇形槽缝的数量不限于三个，而可以包含各种数量的扇形槽缝。
[0041] 重新参照图2，根据传输线阻抗转换的原理，由这些第一扇形槽缝150外侧所得的等效电路为一开路电路。由于开路电路具有和短路电路相反的特性，同波段的电波较不易从这些第一扇形槽缝150的一侧接收，因此该第一天线单元104具有抗同波段噪声干扰的能力。
[0042] 在近场微波成像的应用中，透镜天线是决定空间分辨率的关键元件。若要求大范围成像，则需要在透镜的焦平面排列天线阵列。经由思乃尔定律与惠更司理论可知，如果天线远离天线其辐射场的旁波束会越来越大，则干扰主波束的真实信号越强。因此，需要适当调整焦平面上的天线阵列场型，让经由透镜辐射出的场型能够维持足够低的旁波束。通过结合本发明的天线结构装置，并相应地调整各天线结构装置的辐射场型，即可以完成可应用于近场微波成像的透镜天线。
[0043] 图6显示本发明一实施例的多波束天线阵列系统的示意图。如图6所示，该多波束天线阵列系统600包含一衬底602和多个天线结构装置604。其中，每一天线结构装置604都具有类似图1或图4的天线结构装置。如图4所示，这些位于该多波束天线阵列系统
600左侧的天线结构装置604的第一扇形槽缝的数量多于第二扇形槽缝的数量。反之，这些位于该多波束天线阵列系统600右侧的天线结构装置604的第一扇形槽缝的数量少于第二扇形槽缝的数量。这些位于该多波束天线阵列系统600中间的天线结构装置604的第一扇形槽缝的数量等于第二扇形槽缝的数量。因此，这些位于该多波束天线阵列系统600左侧的天线结构装置604具有偏向右侧的辐射场型；这些位于该多波束天线阵列系统600右侧的天线结构装置604具有偏向左侧的辐射场型；而这些位于该多波束天线阵列系统600中间的天线结构装置604具有不偏向的辐射场型。该多波束天线阵列系统600的上方具有一透镜690。该多波束天线阵列系统600的设计使其辐射场型可以对应至该透镜690的焦平面。
[0044] 重新参照图3和图5，由于这些具有偏向辐射场型的天线结构装置604为非均匀的辐射场型，使得经由透镜690辐射出的场型能够维持足够低的旁波束，故可以维持透镜690的空间解析能力。此外，由于各天线结构装置604的第一扇形槽缝和第二扇形槽缝由外侧向内侧得到的等效电路为开路电路，因此可以降低各天线结构装置604间的耦合效应，进而提升隔绝度(isolation)。
[0045] 综上所述，本发明的天线结构装置利用扇形槽缝结构，达到使该天线结构装置的辐射场型偏向的目的。通过改变扇形槽缝的数量，即可以改变辐射场型的偏移量。因此，结合多个天线结构装置的多波束天线阵列系统即可以应用于近场微波成像而无须旋转天线阵列。
[0046] 本发明的技术内容及技术特点已在上文中充分公开，然而熟悉本项技术的人士仍然可能基于本发明的教导及启示而作种种不背离本发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围应该不限于实施例所公开的范围，而应该包括各种不背离本发明的替换及修改，并为以上的权利要求所涵盖。
