具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包含」及「包括」一词为开放式的用语，故应解释成「包含但不仅限定于」。「大致」一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，「耦接」一词在本说明书中包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。

图1A显示根据本发明一实施例所述的天线阵列(Antenna Array)100的俯视图。图1B显示根据本发明一实施例所述的天线阵列100的侧视图。请一并参考图1A、图1B。天线阵列100可应用于一移动装置(Mobile Device)中，例如：一智能手机(Smart Phone)、一平板电脑(Tablet Computer)，或是一笔记型电脑(Notebook Computer)。如图1A、图1B所示，天线阵列100至少包括：一介质基板(Dielectric Substrate)110、一接地金属面(GroundMetal Plane)120、一第一天线单元(Antenna Unit)130、一第二天线单元140、一第三天线单元150，以及一第四天线单元160。必须理解的是，虽然未显示于图1A、图1B中，天线阵列100更可包括其他元件，例如：一射频(Radio Frequency，RF)模块，其包括多个信号源，以及多个功率放大器(Power Amplifier，PA)。

介质基板110具有相对的一第一表面E1和一第二表面E2，其中接地金属面120设置于介质基板110的第二表面E2上，以提供一接地电位(Ground Voltage)。介质基板110可为Rogers基板，例如：以RO4350B材质制成。然而，本发明并不仅限于此。在另一些实施例中，介质基板110亦可改为一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷电路板(Printed CircuitBoard，PCB)，或是一软性电路板(Flexible Circuit Board，FCB)。接地金属面120可大致呈现一矩形，其可完全覆盖住介质基板110的第二表面E2。

第一天线单元130包括一第一金属环圈(Metal Loop)131和一第一馈入金属部(Feeding Metal Element)132。例如，第一金属环圈131可大致呈现一较大正方形。第一金属环圈131设置于介质基板110的第一表面E1上。第一金属环圈131具有一第一挖空部分135，其中第一挖空部分135可以大致呈现一较小正方形。第一馈入金属部132可以大致呈现一L字形，其中第一馈入金属部132可与第一金属环圈131至少部分垂直且至少部分平行。第一馈入金属部132可以内嵌于介质基板110的第一表面E1和第二表面E2之间。第一馈入金属部132耦接至一第一信号源(Signal Source)191并邻近于第一金属环圈131，其中第一金属环圈131和第一馈入金属部132之间可形成一第一耦合间隙(Coupling Gap)GC1。详细而言，一第一馈入点(Feeding Point)FP1和一第二馈入点FP2分别位于第一馈入金属部132的二末端处，而第一信号源191可耦接至第一馈入点FP1或第二馈入点FP2两者择一，以激发第一天线单元130。必须注意的是，本说明书中所谓「邻近」或「相邻」一词可指对应的二元件间距小于一既定距离(例如：5mm或更短)，但通常不包括对应的二元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0)。

第二天线单元140包括一第二金属环圈141和一第二馈入金属部142。例如，第二金属环圈141可大致呈现一较大正方形。第二金属环圈141设置于介质基板110的第一表面E1上。第二金属环圈141具有一第二挖空部分145，其中第二挖空部分145可以大致呈现一较小正方形。第二馈入金属部142可以大致呈现一L字形，其中第二馈入金属部142可与第二金属环圈141至少部分垂直且至少部分平行。第二馈入金属部142可以内嵌于介质基板110的第一表面E1和第二表面E2之间。第二馈入金属部142耦接至一第二信号源192并邻近于第二金属环圈141，其中第二金属环圈141和第二馈入金属部142之间可形成一第二耦合间隙GC2。详细而言，一第三馈入点FP3和一第四馈入点FP4分别位于第二馈入金属部142的二末端处，而第二信号源192可耦接至第三馈入点FP3或第四馈入点FP4两者择一，以激发第二天线单元140。

第三天线单元150包括一第三金属环圈151和一第三馈入金属部152。例如，第三金属环圈151可大致呈现一较大正方形。第三金属环圈151设置于介质基板110的第一表面E1上。第三金属环圈151具有一第三挖空部分155，其中第三挖空部分155可以大致呈现一较小正方形。第三馈入金属部152可以大致呈现一L字形，其中第三馈入金属部152可与第三金属环圈151至少部分垂直且至少部分平行。第三馈入金属部152可以内嵌于介质基板110的第一表面E1和第二表面E2之间。第三馈入金属部152耦接至一第三信号源193并邻近于第三金属环圈151，其中第三金属环圈151和第三馈入金属部152之间可形成一第三耦合间隙GC3。详细而言，一第五馈入点FP5和一第六馈入点FP6分别位于第三馈入金属部152的二末端处，而第三信号源193可耦接至第五馈入点FP5或第六馈入点FP6两者择一，以激发第三天线单元150。

第四天线单元160包括一第四金属环圈161和一第四馈入金属部162。例如，第四金属环圈161可大致呈现一较大正方形。第四金属环圈161设置于介质基板110的第一表面E1上。第四金属环圈161具有一第四挖空部分165，其中第四挖空部分165可以大致呈现一较小正方形。第四馈入金属部162可以大致呈现一L字形，其中第四馈入金属部162可与第四金属环圈161至少部分垂直且至少部分平行。第四馈入金属部162可以内嵌于介质基板110的第一表面E1和第二表面E2之间。第四馈入金属部162耦接至一第四信号源194并邻近于第四金属环圈161，其中第四金属环圈161和第四馈入金属部162之间可形成一第四耦合间隙GC4。详细而言，一第七馈入点FP7和一第八馈入点FP8分别位于第四馈入金属部162的二末端处，而第四信号源194可耦接至第七馈入点FP7或第八馈入点FP8两者择一，以激发第四天线单元160。

整体观之，第一金属环圈131、第二金属环圈141、第三金属环圈151，以及第四金属环圈161可具有相同结构，而它们皆大致排列于同一直线上。在一些实施例中，第一金属环圈131、第二金属环圈141、第三金属环圈151，以及第四金属环圈161于介质基板110的第二表面E2上的垂直投影(Vertical Projection)皆完全位于接地金属面120之内。第一金属环圈131、第二金属环圈141、第三金属环圈151，以及第四金属环圈161的形状在本发明中并不特别限制。在另一些实施例中，第一金属环圈131、第二金属环圈141、第三金属环圈151，以及第四金属环圈161的每一者各自大致呈现一圆形、一矩形、一椭圆形、一正三角形，或是一正六边形。

图2显示根据本发明一实施例所述的天线阵列100的返回损失(Return Loss)图，其中横轴代表操作频率(GHz)，而纵轴代表返回损失(dB)。根据图2的量测结果，天线阵列100的第一天线单元130、第二天线单元140、第三天线单元150，以及第四天线单元160皆可涵盖毫米波(Millimeter Wave)操作的一第一频带(Frequency Band)FB1和一第二频带FB2。例如，第一频带FB1可约位于28GHz处，而第二频带FB2可约位于39GHz处。因此，天线阵列100将至少可支援新世代5G通信的宽频操作。

在一些实施例中，天线阵列100的操作原理可如下列所述。若第一信号源191耦接至第一馈入点FP1、第二信号源192耦接至第三馈入点FP3、第三信号源193耦接至第五馈入点FP5，且第四信号源194耦接至第七馈入点FP7，则天线阵列100的一辐射场型(RadiationPattern)将提供一第一极化方向(Polarized Direction)。反之，若第一信号源191耦接至第二馈入点FP2、第二信号源192耦接至第四馈入点FP4、第三信号源193耦接至第六馈入点FP6，且第四信号源194耦接至第八馈入点FP8，则天线阵列100的辐射场型将提供与前述第一极化方向大致互相垂直的一第二极化方向。例如，第一极化方向可为水平极化(平行于XY平面)，而第二极化方向可为垂直极化(平行于Z轴)，但亦不仅限于此。是以，通过选择适当馈入点，天线阵列100可用于发射或接收不同极化方向的信号。另外，天线阵列100的主波束(Main Beam)方向还可通过改变第一信号源191、第二信号源192、第三信号源193，以及第四信号源194之间的馈入相位差(Feeding Phase Difference)来进行调整，请参考下列图3A、图3B的实施例。

图3A显示根据本发明一实施例所述的天线阵列100于第一频带FB1中的辐射增益(Radiation Gain)图(可于XZ平面上量测)，其中横轴代表天顶角(Theta)(度)，而纵轴代表辐射增益(dB)。如图3A所示，一第一曲线CC1代表前述馈入相位差等于-120度时天线阵列100的辐射场型，一第二曲线CC2代表前述馈入相位差等于-60度时天线阵列100的辐射场型，一第三曲线CC3代表前述馈入相位差等于0度时天线阵列100的辐射场型，一第四曲线CC4代表前述馈入相位差等于60度时天线阵列100的辐射场型，而一第五曲线CC5代表前述馈入相位差等于120度时天线阵列100的辐射场型。图3B显示根据本发明一实施例所述的天线阵列100于第二频带FB2中的辐射增益图，其中横轴代表天顶角(Theta)(度)，而纵轴代表辐射增益(dB)。如图3B所示，一第六曲线CC6代表前述馈入相位差等于-120度时天线阵列100的辐射场型，一第七曲线CC7代表前述馈入相位差等于-60度时天线阵列100的辐射场型，一第八曲线CC8代表前述馈入相位差等于0度时天线阵列100的辐射场型，一第九曲线CC9代表前述馈入相位差等于60度时天线阵列100的辐射场型，而一第十曲线CC10代表前述馈入相位差等于120度时天线阵列100的辐射场型。根据图3A、图3B的量测结果，无论是在第一频带FB1或第二频带FB2中，天线阵列100皆可通过控制其馈入相位差而能提供近似全向性(Omnidirectional)的辐射场型。

在一些实施例中，天线阵列100的元件尺寸和元件参数可如下列所述。介质基板110的厚度H1可介于0.6mm至1mm之间，例如：约0.8mm。介质基板110的介电常数(DielectricConstant)可介于3至5之间，例如：约3.48。第一金属环圈131的第一挖空部分135的长度L1、第二金属环圈141的第二挖空部分145的长度L2、第三金属环圈151的第三挖空部分155的长度L3，以及第四金属环圈161的第四挖空部分165的长度L4皆可大致等于天线阵列100的第一频带FB1的0.25倍波长(λ/4)。第一金属环圈131的宽度W1、第二金属环圈141的宽度W2、第三金属环圈151的宽度W3，以及第四金属环圈161的宽度W4皆可介于0.1mm至0.5mm之间，例如：0.3mm。第一馈入金属部132的长度L5、第二馈入金属部142的长度L6、第三馈入金属部152的长度L7，以及第四馈入金属部162的长度L8皆可大致等于天线阵列100的第二频带FB2的0.25倍波长(λ/4)。第一金属环圈131和第二金属环圈141的中心对中心间距(Center-to-Center Spacing)D1、第二金属环圈141和第三金属环圈151的中心对中心间距D2，以及第三金属环圈151和第四金属环圈161的中心对中心间距D3皆可介于天线阵列100的第一频带FB1的0.4倍至1倍波长之间(0.4λ～1λ)。第一耦合间隙GC1的宽度、第二耦合间隙GC2的宽度、第三耦合间隙GC3的宽度，以及第四耦合间隙GC4的宽度皆可介于0.1mm至0.3mm之间，例如：0.2mm。当前述的中心对中心间距D1、D2、D3皆等于天线阵列100的第一频带FB1的0.4倍波长(0.4λ)时，天线阵列100的主波束的可调偏移角度(Tunable Shift Angle)可达其最大值63度，以涵盖最大波束宽。天线阵列100的总长度可约等于20mm，天线阵列100的总宽度可约等于4mm，而天线阵列100的总高度可约等于0.8mm。天线阵列100的最高增益可约为10dB。以上元件尺寸和元件参数的范围根据多次实验结果而求出，其有助于最佳化天线阵列100的总波束宽(Total Beam Width)、操作频宽(Operation Bandwidth)，以及阻抗匹配(Impedance Matching)。

图4显示根据本发明另一实施例所述的天线阵列400的俯视图。图4和图1A相似。在图4的实施例的天线阵列400中，一第一天线单元430的一第一金属环圈431、一第二天线单元440的一第二金属环圈441、一第三天线单元450的一第三金属环圈451，以及一第四天线单元460的一第四金属环圈461彼此互相耦接。换言之，介质基板110的第一表面E1皆大致由金属材质所覆盖，除了第一金属环圈431的一第一挖空部分435、第二金属环圈441的一第二挖空部分445、第三金属环圈451的一第三挖空部分455，以及第四金属环圈461的一第四挖空部分465属于非金属区域(Non-metal Region)以外。根据实际量测结果，此种天线图案可增加设计弹性，但又不致影响天线阵列400的辐射效能。图4的天线阵列400的其余特征皆与图1A、图1B的天线阵列100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

图5显示根据本发明另一实施例所述的天线阵列500的俯视图。图5和图1A相似。在图5的实施例的天线阵列500中，一第一天线单元530的一第一馈入金属部532、一第二天线单元540的一第二馈入金属部542、一第三天线单元550的一第三馈入金属部552，以及一第四天线单元560的一第四馈入金属部562皆沿其各自的中心点旋转约45度。详细而言，第一馈入金属部532与第一金属环圈131既不互相垂直亦不互相平行，第二馈入金属部542与第二金属环圈141既不互相垂直亦不互相平行，第三馈入金属部552与第三金属环圈151既不互相垂直亦不互相平行，而第四馈入金属部562与第四金属环圈161既不互相垂直亦不互相平行。根据实际量测结果，此种天线图案可增加设计弹性，但又不致影响天线阵列500的辐射效能。图5的天线阵列500的其余特征皆与图1A、图1B的天线阵列100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

本发明提出一种新颖的天线阵列，其包括多个槽孔天线结构。相较于传统设计，本发明至少具有较大总波束宽、多极化方向、小尺寸、宽频带，以及低制造成本等优势，故其很适合应用于各种各式的移动通信装置当中。

值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状、元件参数，以及频率范围皆非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的天线阵列并不仅限于图1至图5所图示的状态。本发明可以仅包括图1至图5的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的天线阵列当中。

在本说明书以及权利要求中的序数，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。