天线结构和中继器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年7月27日在韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请第10-2021-0098712号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种天线结构和中继器。更特别地，本发明涉及一种包括能够在多个频段中进行辐射的天线单元的天线结构。

背景技术

随着信息技术的发展，诸如Wi-Fi、蓝牙等的无线通信技术被应用或嵌入到图像显示装置、电子装置、架构等中。

随着移动通信技术的快速发展，在各种移动装置中需要能够操作高频或超高频通信的天线。

因此，可能需要使用单个天线装置在多个频段中实现辐射特性。在这种情况下，高频天线和低频天线可能被包括在一个装置中。

然而，当不同频段的天线被设置为彼此相邻时，不同天线的辐射和阻抗特性可能受到阻断和干扰。

另外，当不同频段的天线被设置为彼此分离时，天线布置的空间可能增大，从而损害应用天线装置的结构的空间效率和美观性。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种具有改进的辐射特性和辐射可靠性的天线结构。

(1)一种天线结构，其包括：传输线；以及与传输线连接的辐射器，辐射器具有直线形周边区域和由直线形周边区域分开的多个弧形周边区域，其中在平面图中辐射器的相对于传输线的最外侧部分具有其中任何一个弧形周边区域。

(2)根据上述(1)的天线结构，其中辐射器包括由直线形周边区域分开的第一辐射部分和第二辐射部分。

(3)根据上述(2)的天线结构，其中弧形周边区域包括第一弧形周边和第二弧形周边，并且第一辐射部分具有第一弧形周边，并且第二辐射部分具有第二弧形周边。

(4)根据上述(3)的天线结构，其中辐射器还包括设置在第一辐射部分与第二辐射部分之间的第一中间部分。

(5)根据上述(4)的天线结构，其中第一凹部形成在第一辐射部分与第一中间部分之间的边界处。

(6)根据上述(4)的天线结构，其中辐射器还包括设置在第二辐射部分与传输线之间的第二中间部分。

(7)根据上述(6)的天线结构，其中第二凹部形成在第二辐射部分与第二中间部分之间的边界处。

(8)根据上述(6)的天线结构，其中第一中间部分和第二中间部分各自具有直线形周边。

(9)根据上述(3)的天线结构，其中第二辐射部分的平均谐振频率大于第一辐射部分的平均谐振频率。

(10)根据上述(9)的天线结构，其中第二辐射部分具有至少三个频段的辐射频段。

(11)根据上述(1)的天线结构，其还包括引导图案，引导图案设置在传输线周围并且与辐射器和传输线物理地间隔开。

(12)根据上述(11)的天线结构，其中引导图案具有第一渐缩横向侧部，并且传输线具有第二渐缩横向侧部。

(13)根据上述(12)的天线结构，其中第一渐缩横向侧部和第二渐缩横向侧部彼此面对地延伸。

(14)根据上述(13)的天线结构，其中传输线包括馈电部分以及从馈电部分伸出的与辐射器连接的扩大部分，并且扩大部分具有第二渐缩横向侧部。

(15)根据上述(14)的天线结构，其中一对引导图案彼此面对，使得馈电部分插在它们之间。

(16)根据上述(11)的天线结构，其中引导图案通过与传输线耦合而用作辅助辐射器。

(17)一种中继器，其包括根据上述(1)的天线结构。

根据本发明的实施方式，被包括在天线结构中的天线单元可以包括多个圆形区域。圆形区域可以由直线区域或凹陷部分隔开，并且可以在没有频率冲突的情况下通过单个辐射器有效地实现一种在多个频段中驱动的宽带天线。

在一些实施方式中，天线单元可以包括与辐射器物理地分离的辅助辐射器。可以通过与辅助辐射器和传输线进行耦合来为天线单元添加高频段辐射。

在示例性实施方式中，可以使用上述天线结构来实现一种具有0.1MHz到10GHz的范围内的多个谐振频率的宽带天线。

附图说明

图1和图2分别是示出根据示例性实施方式的天线结构的示意性平面图和示意性剖视图。

图3是示出根据示例性实施方式的天线结构的示意性平面图。

图4是示出根据示例性实施方式的天线结构的示意性剖视图。

图5是示出根据比较例的天线结构的示意性剖视图。

图6是表示来自实施例和比较例的天线结构的天线增益模拟结果的曲线图。

图7是示出应用了根据示例性实施方式的天线结构的中继器的示意图。

具体实施方式

根据本发明的示例性实施方式，提供了一种通过单个天线单元提供多频段辐射的天线结构。

在下文中，将参照附图详细描述本发明。然而，本领域技术人员将理解，提供参照附图描述的这些实施方式是用于进一步理解本发明的精神，并非是对详细说明和所附权利要求中公开的要保护的主题进行限制。

图1和图2分别是示出根据示例性实施方式的天线结构的示意性平面图和示意性剖视图。为了便于描述，在图2中省略了天线单元110的详细元件/结构。

天线结构可以包括介电层105和形成在介电层105上的天线单元110。

介电层105例如可以包括透明树脂材料。例如，介电层105可以包括聚酯类树脂，例如聚对苯二甲酸乙二酯、聚间苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二酯；纤维素类树脂，例如二乙酰纤维素和三乙酰纤维素；聚碳酸酯类树脂；丙烯酸树脂，例如聚(甲基)丙烯酸甲酯和聚(甲基)丙烯酸乙酯；苯乙烯类树脂，例如聚苯乙烯和丙烯腈-苯乙烯共聚物；聚烯烃类树脂，例如聚乙烯、聚丙烯、环烯烃或具有降冰片烯结构的聚烯烃和乙烯-丙烯共聚物；氯乙烯类树脂；酰胺类树脂，例如尼龙和芳族聚酰胺；酰亚胺类树脂；聚醚砜类树脂；砜类树脂；聚醚醚酮类树脂；聚苯硫醚树脂；乙烯醇类树脂；偏二氯乙烯类树脂；乙烯醇缩丁醛类树脂；烯丙基化物类树脂；聚甲醛类树脂；环氧类树脂；聚氨酯或丙烯酸聚氨酯类树脂；有机硅类树脂等。它们可以单独使用或两种以上组合使用。

在一些实施方式中，介电层105可以包括诸如光学透明粘合剂(OCA)、光学透明树脂(OCR)等的粘合膜。

在一些实施方式中，介电层105可以包括诸如玻璃、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等的无机绝缘材料。

在一个实施方式中，介电层105可以被设置为基本上单一的层。

在一个实施方式中，介电层105可以包括至少两个层的多层结构。例如，介电层105可以包括基板层和天线介电层，并且可以在基板层与天线介电层之间包括粘合层。

可以通过介电层105形成电容或电感，从而可以调节可以驱动或操作天线结构的频段。在一些实施方式中，介电层105的介电常数可调节到大约1.5到大约12的范围内。如果介电常数超过大约12，则驱动频率可能被过度降低，从而可能无法实现期望的高频段或超高频段下的驱动。

天线单元110可以包括辐射器120和与辐射器120连接的传输线130。在示例性实施方式中，天线单元110可以包括设置在传输线130周围并且与辐射器120和传输线130物理地间隔开的引导图案140。

在示例性实施方式中，天线单元110可以包括第一辐射部分122、第二辐射部分124和第三辐射部分126，并且可以包括第一中间部分123和第二中间部分125。第一辐射部分122、第二辐射部分124、第一中间部分123和第二中间部分125可以被包括在辐射器120中，并且可以具有不同的形状和面积。

在一些实施方式中，第三辐射部分126可以包括传输线130和引导图案140。在平面图中，第二中间部分125、第二辐射部分124、第一中间部分123和第一辐射部分122可以从传输线130开始按序地设置。

第一辐射部分122在平面图中可以对应于辐射器120的在天线单元110的长度方向上相对于传输线140的最上部或最外侧的部分。在示例性实施方式中，第一辐射部分122可以具有第一弧形周边P1。第一弧形周边P1可以具有朝向辐射器120的外部凸出的形状。

第一辐射部分122可以被设置为辐射器120或天线单元110的低频辐射器。例如，可以通过第一辐射部分122实现从天线单元110获得的最低频段的辐射。例如，第一辐射部分122的谐振频率可以在大约0.1GHz到1.5GHz的范围内。

在一个实施方式中，可以通过第一辐射部分122获得对应于LTE1频段的辐射频段。在一个实施方式中，第一辐射部分122的谐振频率可以在0.5GHz到1GHz或0.6GHz到1GHz的范围内。

如上所述，第一辐射部分122的周边可以具有弧形形状。因此，可以改进来自第一辐射部分122的辐射特性，因此可以完全改进来自天线单元110的天线增益。

第二辐射部分124可以具有第二弧形周边P2。第二辐射部分124的平均谐振频率可以大于第一辐射部分122的平均谐振频率。例如，第二辐射部分124的谐振频率可以在大约1.5GHz到6GHz的范围内。

在一个实施方式中，可以通过第二辐射部分124获得至少三个频段的辐射段。例如，可以通过第二辐射部分124实现包括第一辐射频段、第二辐射频段和第三辐射频段的宽带辐射。

第一辐射频段可以覆盖LTE2频段/2.4GHz Wi-Fi频段的辐射频段。例如，第一辐射频段可以在大约1.7GHz到3GHz或大约1.7GHz到2.7GHz的范围内。

第二辐射频段可以覆盖Sub-6 5G的辐射频段。例如，第二辐射频段可以在大约3GHz到4GHz或大约3.3GHz到3.8GHz的范围内。

第三辐射频段可以覆盖5GHz Wi-Fi频段。例如，第三辐射频段可以在大约5GHz到6GHz或大约5.1GHz到5.9GHz的范围内。

第二辐射部分124可以具有一对第二弧形周边P2朝向辐射器120的横向侧部以凸出和对称的形状彼此面对的形状。因此，可以有效地实现覆盖上述的第一至第三辐射频段的宽带辐射部分。

第一中间部分123可以设置在第一辐射部分122与第二辐射部分124之间。第一中间部分123可以用作第一辐射部分122和第二辐射部分124的上述频段之间的分离区域。

在示例性实施方式中，第一中间部分123可以具有直线形周边，并且辐射器120可以具有通过第一中间部分123凹入而形成的第一凹部R1。可以形成凹形的中间部分，从而可以增强第一辐射部分122和第二辐射部分124的独立辐射特性。例如，可以防止来自第一辐射部分122的上述低频段辐射干扰第二辐射部分124的宽带辐射。

第二中间部分125可以设置在传输线130与第二辐射部分124之间。从传输线130输送的具有预定阻抗的信号可以在没有信号损失的情况下通过第二中间部分125有效地传递到第二辐射部分124。

在示例性实施方式中，第二中间部分125可具有直线形周边。例如，第二中间部分125可以具有矩形形状。因此，可以在没有阻抗变化的情况下通过第二中间部分125实现对第二辐射部分124的有效信号传输。

在一些实施方式中，辐射器120可具有通过第二中间部分125凹入而形成的第二凹部R2。可以通过第二凹部R2进一步改进第二辐射部分124的辐射独立性和辐射可靠性。

传输线130例如可以将驱动信号或电力从驱动集成电路(IC)芯片输送到辐射器120。在一些实施方式中，传输线130可以包括扩大部分134和馈电部分132。

例如，馈电部分132可以通过天线电缆与驱动集成电路芯片电连接。扩大部分134可以具有线宽从馈电部分132开始扩大的形状。例如，扩大部分134的宽度可以在从馈电部分132到第二中间部分125的方向上逐渐增大。

扩大部分134可以用作阻抗匹配图案，其可以将从馈电部分132输送的信号传输到具有预定阻抗的第二中间部分125。

引导图案140可以在传输线130周围设置成与辐射器120和传输线130间隔开。例如，一对引导图案140可以设置成在中间插有传输线130的情况下彼此面对。

引导图案140可以促进从传输线130到辐射器120的电力和信号传输。例如，引导图案140可以用作共面波导(CPW)图案。

在示例性实施方式中，引导图案140可以用作辅助辐射器。例如，第三辐射部分126可以通过引导图案140与传输线130的扩大部分134之间的电耦合部来限定。

在一些实施方式中，第三辐射部分126的平均谐振频率可以大于第二辐射部分124的平均谐振频率。在一个实施方式中，可以通过第三辐射部分126添加在第二辐射部分124中实现的上述的第二辐射频段和第三辐射频段的辐射。

因此，可以提高与作为相对较高的频段的第二辐射频段和第三辐射频段对应的增益，并且可以改进频率独立性和频率分离的特性。

引导图案140和扩大部分134可以各自具有渐缩的侧部。如图1所示，引导图案140可以具有第一渐缩横向侧部TS1，并且扩大部分134可以具有第二渐缩横向侧部TS2。第一渐缩横向侧部TS1和第二渐缩横向侧部TS2可彼此间隔开地彼此面对。

可以通过上述渐缩横向侧部TS1和TS2来促进引导图案140和扩大部分134的耦合。另外，可以通过如上所述的扩大部分134的渐缩形状来实现天线单元110的阻抗匹配。

上述的第一辐射部分122、第一中间部分123、第二辐射部分124和第二中间部分125可以一体地形成为单一构件。在一些实施方式中，辐射器120和传输线130也可以形成为一体的单一构件。

天线单元110可以包括银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、铂(Pt)、钯(Pd)、铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、铌(Nb)、钽(Ta)、钒(V)、铁(Fe)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、锡(Sn)、钼(Mo)、钙(Ca)或含有其中至少一种金属的合金。它们可以单独使用或至少两种组合使用。

在一个实施方式中，天线单元110可以包括银(Ag)或银合金(例如，银-钯-铜(APC))或者铜(Cu)或铜合金(例如，铜-钙(CuCa))，以实现低电阻和细线宽图案。

在一些实施方式中，天线单元110可以包括透明导电氧化物，例如铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、锌氧化物(ZnOx)等等。

在一些实施方式中，天线单元110可以包括透明导电氧化物层和金属层的堆叠结构。例如，天线单元110可以包括透明导电氧化物层-金属层的双层结构，或透明导电氧化物层-金属层-透明导电氧化物层的三层结构。在这种情况下，可以通过金属层来提高柔性，并且还可以通过金属层的低电阻来提高信号传输速度。可以通过透明导电氧化物层来提高耐腐蚀性和透明度。

在一个实施方式中，天线单元110可以包括超材料。

在一些实施方式中，天线单元110可以包括黑化部分，从而可以降低天线单元110的表面处的反射率以抑制光反射引起的视觉图案识别。

在一个实施方式中，可以将被包括在天线单元110中的金属层的表面转化为金属氧化物或金属硫化物来形成黑化层。在一个实施方式中，可以在天线单元110或金属层上形成诸如黑色材料覆层或镀层的黑化层。黑色材料或镀层可以包括硅、碳、铜、钼、锡、铬、钼、镍、钴或含有其中至少一种的氧化物、硫化物或合金。

考虑到反射率降低效果和天线辐射特性，可以调节黑化层的组成和厚度。

根据上述示例性实施方式，辐射器120可以包括由至少一个直线形周边区域分开的多个弧形周边区域，并且辐射器的最上部部分可以具有第一弧形周边P1。因此，可以提供一种能够以高独立性和改进的增益在多个频段中进行辐射的宽带天线。在示例性实施方式中，可以通过天线单元110实现至少三个频段的辐射特性。

此外，可以利用引导图案140的耦合效应来添加高频段中的辐射增益。

图3是示出根据示例性实施方式的天线结构的示意性平面图。

参照图3，天线结构还可以包括围绕天线单元110设置的虚设网状图案150。例如，虚设网状图案150可以通过分离区域155与天线单元110电气和物理地分离。

例如，可以在介电层105上形成包括上述的金属或合金的导电层。可以在沿着包括如上所述的天线单元110的直线形周边区域和弧形周边区域的轮廓蚀刻出导电层的同时形成网状结构。因此，可以形成通过分离区域155彼此间隔开的天线单元110和虚设网状图案150。

在一些实施方式中，天线单元110还可以共用网状结构。因此，可以提高天线单元110的透光率，并且可以使虚设网状图案150分布成使得天线单元110周围的光学特性可以变得均匀。因此，可以防止天线单元110被视觉识别。

在一个实施方式中，天线单元110可以完全包括网状结构。在一个实施方式中，为了馈电效率，传输线130的至少一部分可以包括实心结构。例如，传输线130的馈电部分132可以具有实心结构。

在一个实施方式中，引导图案140也可以具有实心结构，并且可以通过上述耦合效应促进辅助辐射。

虚设网状图案150可以包括彼此相交形成网状结构的导电线。在一些实施方式中，虚设网状图案150可以包括切断导电线的切割区域。因此，可以防止天线单元110的辐射特性受到虚设网状图案150的干扰。

图4是示出根据示例性实施方式的天线结构的示意性剖视图。

参照图4，天线单元110可以设置在第一介电层105a与第二介电层105b之间。例如，天线单元110可以被夹在或埋在第一介电层105a与第二介电层105b之间。

第一介电层105a和第二介电层105b可以设置在天线单元110的上部区域和下部区域处，使得天线单元110周围的介电和辐射环境可以变得均匀。

在一些实施方式中，第二介电层105b可以用作天线单元110或天线结构的保护膜。

在一些实施方式中，天线结构可以包括两个以上的天线单元110。例如，多个天线单元110可以被布置为形成阵列。因此，可以提高天线结构的整体增益。

图5是示出了根据比较例的天线结构的示意性剖视图。图6是表示来自实施例和比较例的天线结构的天线增益模拟结果的曲线图。

具体地，图6是通过根据实施例制造具有图1所示的结构的天线结构并且根据比较例制造图5所示的天线结构并随后在相同条件下测量辐射室中的增益值而获得的曲线图。

如图5所示，除了第一辐射部分122a具有去除了弧形周边的矩形形状之外，制造的比较例的天线结构具有与实施例的天线结构相同的材料和相同的尺寸。

参照图6，在弧形周边形成在最上部部分处的实施例的天线结构中，从低频段到高频段增益值整体增加。

上述天线结构可以应用于各种结构和物体，诸如建筑物、窗户、车辆、装饰雕塑、引导标志(例如，方向标志、紧急出口标志、应急灯)，并且可以被设置为中继天线结构。

图7是示出应用了根据示例性实施方式的天线结构的中继器的示意图。例如，图7示出了被设置为中继天线结构的天线结构。

参照图7，天线结构可以具有能够固定到诸如墙壁或天花板的建筑结构上的结构。例如，上述天线单元110可以插入或附接于基板102。

例如，基板102可以被设置为参照图1描述的介电层105，并且第一介电层105a和第二介电层105b可一起被设置为参照图4描述的基板102。天线单元110可以嵌入到基板102中。基板102可以被设置为各种装饰结构、指示标志等。

在一些实施方式中，上述天线结构可以通过薄膜的形式附接于基板102。

在一些实施方式中，如上所述，可以在天线单元110周围形成虚设网状图案150来减少或防止天线单元110被视觉识别。天线单元110的至少一部分也可以具有网状图案结构。

第一固定单元160可与基板102的一个侧部结合，从而与传输线130的馈电部分132耦合。第一固定单元160例如可具有夹具形状。第二固定单元170可以插入到墙壁或天花板中从而被包括在天线结构中，以固定天线结构。第二固定单元170例如可以具有螺钉形状。

天线电缆180可以插入到第二固定单元170和第一固定单元160中，以向天线单元110的馈电部分132供电。

天线电缆180例如可以嵌入到建筑物的内壁或车辆的窗户中，以与外部电源、集成电路芯片或集成电路板耦合。因此，可以向天线单元110供电来执行天线辐射。