阅读说明：本技术 阵列天线及可变感测方向的天线系统 (Array antenna and antenna system with variable sensing direction ) 是由 颜安佑 郭荣发 于 2018-11-09 设计创作，主要内容包括：本文提出一种阵列天线及可变感测方向的天线系统。此阵列天线包括一个可挠式基板、两个以上的天线单元以及一条以上的信号传递线。可挠式基板包括两个以上的天线设置区,每一个天线设置区包括堆叠的两个以上的材料层,这些天线设置区通过可挠式材料层连接而形成前述的可挠式基板,且可挠式材料层延伸进入天线设置区中而作为前述材料层的一部分。每一个天线单元设置于相对应的一个天线设置区中。信号传递线设置于可挠式材料层上,并连接于两个天线单元之间以在所连接的两个天线单元之间传递信号。(An array antenna and an antenna system with variable sensing direction are provided. The array antenna comprises a flexible substrate, more than two antenna units and more than one signal transmission line. The flexible substrate comprises more than two antenna setting areas, each antenna setting area comprises more than two stacked material layers, the antenna setting areas are connected through the flexible material layers to form the flexible substrate, and the flexible material layers extend into the antenna setting areas to serve as part of the material layers. Each antenna unit is arranged in a corresponding antenna arrangement area. The signal transmission line is arranged on the flexible material layer and connected between the two antenna units so as to transmit signals between the two connected antenna units.)

阵列天线及可变感测方向的天线系统

技术领域

本发明是一种有关于指向性阵列天线的技术，特别涉及一种阵列天线及可变感测方向的天线系统。

背景技术

在许多的应用层面中，指向性阵列天线常被拿来作为感测外部环境状态的感测器，例如：在汽车的行车过程中，就常用指向性阵列天线来进行四周障碍物的感测，借此达到警示及避免碰撞的效果。

指向性阵列天线是由多个天线单元依照一定方式排列而成的组合式天线，其主波束的指向方向由组成此阵列天线的天线单元各自发出的电磁波的组合所决定。现今用来安装上述天线单元的电路板通常是多层印刷电路板(PCB，Printed Circuit Board)，以通过多层印刷电路板的稳固不易变形的性质来维持阵列天线的主波束的指向方向的稳定性。

然而，也因为多层印刷电路板具有稳固不易变形的性质，所以一旦指向性阵列天线设置完成，其主波束的指向方向以及涵盖范围等特性也会同时受到限制，亦即，指向性阵列天线的感测范围就会同时受到限制，无法自由的根据需求来进行调整。在复杂的应用环境中，这种稳固而不易改变的感测范围常常无法密切配合环境变化所需的感测范围改变，因而造成感测范围出现空档(变成无效的感测)。为此，使用者不得不增加指向性阵列天线感测范围的设置数量以降低感测空档的出现机会。

发明内容

有鉴于此，本说明内容提供一种阵列天线及可变感测方向的天线系统，其通过在具备可挠性的基板上设置天线单元并组成阵列天线，使得阵列天线的感测范围可以经由调整基板的弯曲状态而进行调整，增加天线系统的使用弹性。

从一方面来看，本说明内容提供一种阵列天线。此阵列天线包括一个可挠式基板、两个以上的天线单元以及一条以上的信号传递线。可挠式基板包括两个以上的天线设置区，每一个天线设置区包括堆叠的两个以上的材料层，这些天线设置区通过可挠式材料层连接而形成前述的可挠式基板，且可挠式材料层延伸进入天线设置区中而作为前述材料层的一部分。每一个天线单元设置于相对应的一个天线设置区中。信号传递线设置于可挠式材料层上或可挠式材料层内，并连接于两个天线单元之间以电性耦接这两个天线单元，并在所连接的两个天线单元之间传递信号。

在一个实施例中，前述的每一个天线设置区是一个多层印刷电路板。

在一个实施例中，前述的可挠式材料层为单层或多层的介电材料层。进一步的，当可挠式材料层为多层的介电材料层时，信号传递线被设置于可挠式材料层内。

从另一方面来看，本说明内容提供一种可变感测方向的天线系统，其包括阵列天线以及控制装置。阵列天线包括一个可挠式基板、两个以上的天线单元以及一条以上的信号传递线。可挠式基板包括两个以上的天线设置区，每一个天线设置区包括堆叠的两个以上的材料层，这些天线设置区通过可挠式材料层连接而形成前述的可挠式基板，且可挠式材料层延伸进入天线设置区中而作为前述材料层的一部分。每一个天线单元设置于相对应的一个天线设置区中。信号传递线设置于可挠式材料层上或可挠式材料层内，并连接于两个天线单元之间以电性耦接这两个天线单元，并在所连接的两个天线单元之间传递信号。控制装置连接前述的阵列天线以调整可挠式基板的弯曲状态。

在一个实施例中，前述的每一个天线设置区是一个多层印刷电路板。

在一个实施例中，前述的可挠式材料层为单层或多层的介电材料层。进一步的，当可挠式材料层为多层的介电材料层时，信号传递线被设置于可挠式材料层内。

在一个实施例中，前述的控制装置包括支撑架、驱动结构以及驱动控制器。支撑架包括两个以上的区段支架，每一个区段支架具有固定形状且适于固接至少一个天线设置区；驱动结构具有两个以上的驱动杆，每一个驱动杆对应连接并驱动一个区段支架以改变所驱动的区段支架的位置；驱动控制器电性耦接至驱动结构以控制驱动杆的移动方式。

在一个实施例中，前述的支撑架为汽车车灯的灯架或后视镜架。

由于在具备可挠性的基板上设置天线单元并组成阵列天线，所以本说明所提供的阵列天线的感测范围可以经由调整基板的弯曲状态而进行调整，并因此增加天线系统的使用弹性。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的阵列天线的外观示意图。

图2为根据本发明一实施例的阵列天线的剖面图。

图3为根据本发明一实施例的天线系统的系统架构示意图。

图4为根据本发明一实施例的天线系统的弯曲状态变化示意图。

图5为根据本发明另一实施例的阵列天线的剖面图。

其中，附图标记说明如下：

10：阵列天线

30：天线系统

100：可挠式基板

110、210、212、214：天线单元

120、220：信号传递线

1010、2010、2030：天线设置区

1020、2020：可挠式材料层

2012、2014、2016、2018、2032、2034、2036、2038：材料层

2014a、2014b、2020a、2020b、2020c：介电材料层

3000、3010：区段支架

3100、3110：驱动杆

3200：伺服马达

3300：驱动控制器

L1、L2、X1、X2、Y1、Y2：长度

SI：信号

具体实施方式

请参照图1，其为根据本发明一实施例的阵列天线的外观示意图。在本实施例中，阵列天线10主要包括可挠式基板100、天线单元110以及信号传递线120，可挠式基板100主要由两个以上的天线设置区1010以及连接于相邻的两个天线设置区1010之间的可挠式材料层1020所组成，每个天线单元110被设置在一个天线设置区1010中，信号传递线120则被设置在连接于相邻的两个天线设置区1010之间的可挠式材料层1020上，以于天线单元110之间传递信号。

在图1所示的实施例中，外界会将阵列天线10所需要的信号SI传递至阵列天线10之中，而信号SI则经由天线设置区1010中的导电线路(包含但不限于天线单元110中的导电线路)以及信号传递线120而被进一步地传递至全部的天线单元110。因此，阵列天线10可以根据所输入的信号SI而产生对应的电磁波场型来检测四周环境的状态。

应注意的是，随着阵列天线10的设计需求(例如电磁波场型)改变，有可能在一个天线设置区1010中设置有两个天线单元110，也有可能在某些天线设置区1010中不设置天线单元110。另外，信号传递线120只需要达到能将信号传递至全部的天线单元110的功能即可，并不需要被设置在每一个可挠式材料层1020上。再者，可挠式材料层1020的宽度可以与天线设置区1010的宽度相同或比天线设置区1010的宽度较窄。因此，图1所示的阵列天线10的种种特定配置方式仅是实现本发明的其中一种方式，而不是用来限制本发明技术的条件。

接下来请参照图2，其为根据本发明一实施例的阵列天线的剖面图。图2所示的实施例仅表现出了阵列天线中包含天线单元210、212与214的部分，其中，天线单元210与212一起被设置在天线设置区2010上，天线单元214则被设置在天线设置区2030上。天线设置区2010是一个堆叠四层材料层的印刷电路板，其中包括材料层2012、2014、2016与2018共四个材料层；天线设置区2030也是一个堆叠四层材料层的印刷电路板，其中包括材料层2032、2034、2036与2038共四个材料层。在这些材料层中，有一部分的材料层，例如：材料层2014、2016、2034与2036等，可以选择使用由具备电绝缘特性且柔软的介电材料所制成的介电材料层，而其他的材料层，例如：材料层2012、2018、2032与2038等，则可以选择使用由坚硬不易变形的绝缘材质所制成的绝缘表层。通过类似上述的软硬材质选择，可以同时保有印刷电路板不易变形(不可挠)以及整体阵列天线呈现可挠状态的两种特性。

在本实施例中，天线单元210与212被设置在天线设置区2010的最上面的材料层2012的表面上，天线单元214被设置在天线设置区2030的最上面的材料层2032的表面上。在天线单元210、212与214之间传递信号的信号传递线220被设置在材料层2014与2034以及可挠式材料层2020的表面上，并电性耦接至天线单元210、212与214。若以同样的材料制作材料层2014、2034以及可挠式材料层2020，则可以在同一制程中以同样的材料制作出材料层2014、2034以及可挠式材料层2020，使材料层2014、2034以及可挠式材料层2020被整合为一体，以此增强这些元件之间的整体性而减少彼此分离的可能性。从另一个角度来看，可以将材料层2014或2034延伸到天线设置区2010或2030之外而成为可挠式材料层2020；或者，也可以将可挠式材料层2020延伸进入到天线设置区2010或2030内而成为材料层2014或2034。

应注意的是，本发明中的天线设置区可以是包含两层以上的材料层的多层印刷电路板，而且每一个天线设置区所包含的材料层的层数可以单独设计，不需要完全相同；类似的，虽然图2所示的实施例中的可挠式材料层2020是单独一层的介电材料层(与材料层2014或2034相同材料)，但是可挠式材料层2020也可以配合实际上的设计需求而被设计成包括多层的介电材料层，而信号传递线220则可以被设置在材料层2014与2034以及可挠式材料层2020内。请参照图5，其中可挠式材料层2020包括多层的介电材料层2020a～2020c，而信号传递线220则被设置在介电材料层2020b上，并被介电材料层2020a所覆盖；同时，材料层2014也包括两层的介电材料层2014a与2014b，而信号传递线220则被设置在介电材料层2014b上，并被介电材料层2014a所覆盖。

接下来请参照图3，其为根据本发明一实施例的天线系统的系统架构示意图。本实施例中的天线系统30使用了图2所示的阵列天线，并搭配由支撑架、驱动结构(包括驱动杆3100与3110以及伺服马达3200)以及驱动控制器3300所组成的控制装置，以达到根据指令控制而改变阵列天线位置与调整可挠式基板的弯曲状态的效果。其中，可以根据其他感测装置的感测结果来自动提供控制前述控制装置的指令，例如：可以利用重力感测装置等移动感测装置来感测设置天线系统30的物体的水平角度或其他移动状态，然后再根据这些感测结果来改变阵列天线的位置与调整可挠式基板的弯曲状态。前述的弯曲状态举例如图4。请参照图4，在未调整位置之前，三个天线单元的位置分别位于图4所示的位置400、410与420三处，此时，位于位置400与420两处的天线，其水平位置差异的长度为X1，垂直位置差异的长度为Y1，且连接位置400与420两处天线的信号线的长度为L1。在调整弯曲状态之后，原本位于位置400处的天线维持不动，而原本位于位置410与420两处的天线则分别移动到位置410a与420a两处，此时，连接位置400与420a两处的天线的信号线的长度L2会与先前的长度L1相同，但是位于位置400与420两处的天线，其水平位置差异的长度会从X1变动为X2，垂直位置差异的长度则从Y1变动为Y2。如此一来，通过在信号线长度不变(亦即长度L1等于长度L2)的状况下调整两个天线在空间中的相对位置，就可以改变这两个天线所发出的电磁波组合而成的电磁波场型。

在本实施例中，支撑架包括区段支架3000与3010，驱动结构包括驱动杆3100与3110以及伺服马达3200。区段支架3000与3010分别具有固定形状(例如平面状)，且区段支架3000至少可以用来固接天线设置区2010，区段支架3010至少可以用来固接天线设置区2030。驱动杆3100连接到区段支架3000以及伺服马达3200，以能根据伺服马达3200的运行而改变区段支架3000的位置；同样的，驱动杆3110连接到区段支架3010以及伺服马达3200，以能根据伺服马达3200的运行而改变区段支架3010的位置。驱动控制器3300电性耦接至伺服马达3200，并根据预设的或外界输入的指令来控制伺服马达3200的运行，进而控制驱动杆3100与3110的移动方式。随着驱动杆3100与3110开始移动，区段支架3000的位置、区段支架3010的位置以及区段支架3000与3010之间的夹角θ也会开始出现变化，由天线单元210、212与214所发出的电磁波组合而成的电磁波场型也会因为前述的变化而有所改变。

据此，设计者可以通过适当地设计控制装置中各元件的位置以及运行功能，轻易达到改变阵列天线的电磁波场型的效果。

上述的技术可以运用在生活中的许多层面里。举例来说，现在的车辆许多都配备有随着方向盘转动而主动改变头灯照射方向的技术，若配合运用本说明中所提供的技术而将阵列天线装设在汽车车灯的灯架上，那么就可以随着方向盘的转动而改变阵列天线的感测范围到需要重点检测的位置，进一步使得行车更为安全。除此之外，例如汽车的后视镜等处也可以用来设置前述的阵列天线。

上述的实施例由于在具备可挠性的基板上设置天线单元并组成阵列天线，所以由其组成的阵列天线的感测范围可以经由调整基板的弯曲状态而进行调整，并因此增加天线系统的使用弹性。