TW200408163A - Improved cellular antenna architecture - Google Patents

Description

200408163 五、發明說明（1) 發明之領域 及 本發明係提供一種夭治^ 四頻射頻信號之天線2::構，尤指-種用來接收 三頻 背景說明 無線資料服務的需卡 要的-部☆。為了滿足;^:成現今社會生活中非常重 網路存取' 電子郵件傳費者對於热線貧料服務，例如： 求，個人資料助理或智彗划視2會議以及多媒體應用的需 網路環境 供-個不僅有豐富以，電話等㈣體裝置必須提 ^ ^ u及無時無刻都能讓消費者使用的 =目别，曰及的全球移動通訊（GSM)系統為例，全 球移動通訊糸統所使用的信號頻率可標準化為85〇MHz、 900MHz、UOOMHz' 19〇〇MHz等幾個特定的操作頻率。上述 的四個頻譜中’較低的兩個頻率較早被廣泛應用到整個世 界。而1 8 0 0 MHz的操作頻率或GSM ι 8 0 0 (也稱之DCS 1800 以及個人通說網路（personal communication services, PCN))被逐漸使用於歐洲或亞洲等國。1 9 0 0 MHz操作頻率 或GSM 1 9 0 0 (也稱之DCS 1 9 0 0、PCS 1 9 0 0以及個人通訊服 務（personal communication services, PCS))則被使用 在美國和加拿大。一個有著三頻（tri-band)或四頻

200408163 五、發明說明（2) (q u a d - b a n d )移動單元之天線架構能夠清楚的傳送或接收 這些不同頻率的信號，能與更多無線或多媒體系統相容以 保持更大的商業優勢。 詳細影響天線設計的因素在此就不贅述。但影響天線 的效率在於尺寸和天線形狀間的關係還有目標頻率的波 長，隨著任何天線的目標頻率的增加，會使天線效率變 差。在單頻天線效能幾乎超越雙頻天線時，若目標頻率範 圍能合理的相近，例如8 5 0 MHz和9 0 0 MHz，則適當的雙頻 設計天線也是可以接受的。因為近似頻率的最佳化天線是 擁有近似的尺寸，所以一個好的阻抗匹配可同時涵蓋兩個 頻率以及將影響效率的電壓駐波比（V ο 11 a g e S t a n d i n g W a v e R a t i ο， V S W R )維持在合理的限制範圍約2 : 1之内。換 言之，若單一天線用在不同且實質上非諧波之頻率，不可 能取得對兩個不同頻率以及VSWR上升即增益急速降低的尺 寸與阻抗匹配。 天線所設計涵蓋的特定頻率範圍所指定的最佳化尺寸 天線，如果該預定的頻率太大或不適合該天線，具有天線 功能的信號反射干擾會產生增益損失，並需要額外的電力 以便作傳輸或接收之用。大多數移動單元都是以電池做為 電源，所以不能輕易浪費電力，而最終才能等效符合於天 線所要的操作頻率。因此，習知移動單元僅能有效地涵蓋 相對較窄的頻率範圍。

200408163 五、發明說明（3) 現今最常使用的移動天線架構絕大部分是平面式或纏 繞式，而兩者在雙頻上都有極佳的表現。但是，意圖將這 兩種型式轉換成三頻或四頻天線以應用在GSM的四種頻率 時會遭遇上述現存的嚴重問題。首先，一個三頻與四頻天 線需承受因容納所需頻譜和頻寬所造成的高VSWR值，其 次，高VSWR值會導致低平均增益（average gain)，因此移 動單元需要額外的電力，最後，倘若用兩個平面型天線或 兩個纏繞型天線來容納所需的頻率範圍會造成一個大尺寸 或很差的冗餘設計。 因為上述種種缺點，目前的天線設計既不適合現今的 個人資料助理或智慧型行動電話產品發展，也不能夠通過 現今GSM標準所需的輸出功率和敏感度測試。 發明概述

200408163 五、發明說明（4) 包含一具有一第一操作頻率及一第二操作頻率之第一天線 以及一具有一第三操作頻率及一第四操作頻率之第二天 線。該移動單元利用一簡單控制電路來整合該兩天線，而 該兩天線能一塊工作在低VSWR和所需增益下的三頻或四頻 接收端。該控制電路包含一相位電路，該相位電路可以是 傳輸線電路或電容電感電路，也能夠在移動單元的電路板 上形成而有最低的成本。該控制電路形成一相位轉換電路 以防止該二天線載入彼此的内容。 處樣重的 線這的抗 天。盈阻 式力輕高 繞能合供 纏作適提 和操也並 式的用， 面善應離 平改業分 的一商與 有供和合 現提產結 用以生率 利路量功 於電大的 在換的化 點轉本簡 優位成有 的相低擁。 明易合並術 發簡適，技 本一構計合 和架設耦 理的量共 或之 頻10 三元。 一 單出 。動伸 圖移表 意在外 示裝之 ο 單安1 5 簡1元 之線單 構天動 架式移 分面自 部平2 線一線 天含天 明包式 明 發10繞 說 本元纏 細 為單一 詳 一動及 之 圖移以 明、 頻， 發 四内 平面式天線1 5實質上是二維的（2-dimentional)，其 包含電導性，並與發射機（t r a n s m i 11 e r )和接收機 (r e c e i v e r )的阻抗相匹配，且其尺寸與形狀可適當的操作

200408163 五、發明說明（5) 於一第一頻率及一第二頻率，例如：8 5 0MHz和9 0 0MHz。因 為8 5 0 MHz和9 0 0MHz其實相當近似，單一平面型天線15可 輕易設計出低VSWR，滿足所需平均功率和外觀簡單相容尺 寸的天線。 纏繞式天線2 0也包含電導性，並與發射機 transmitter)彳口接收機（receiver)的阻抗相匹§己，且其 尺寸與形狀可適當的操作於一第三頻率及一第四頻率，例 如：1800MHz (也稱之為D C S 1 8 0 0以及個人通訊網路 (personal communication services, PCN))和 1900MHz (也稱之DCS 1900、PCS 1900以及個人通訊服務 (personal communication services, PCS))° 中，移動單元1 0也 3 0包含一第一相位轉換電路 普通RF射 電路50， 這兩個相 電路之形 本。控制 包含一控制 4 5，其設置 頻電路70間 其設置於纏 位轉換電路 式，並可形 電路30形成 此的内容， 線2 0成一單一天線 天線皆有較佳阻抗匹 損耗，使得該單一天 圖 之平面式 含一第二 RF射頻電 線網路或 電路板上 以防止兩 天線1 5和 統天線相 低VSWR值 天線1 5和 相位轉換 路7 0間， 電容電感 以節省成 天線1 5、 纏繞式天 較，允許 ，並因此 2 0載入彼 對於每個 降低功率 電路30， 於移動單 。控制電 繞式天線 4 5、5 0可 成於移動 一相位轉 並有效結 因為這種 控制電路 元1 0内部 路3 0另包 2 0和普通 以是傳輸 單元1 0的 換網路用 合平面式 結合與傳 配，產生 線無論接

200408163 五、發明說明（6) 收到該目標頻率中的那一個頻率的無線電訊號皆能具有較 高的增益。 本發明第二實施例不同於第一實施例在於第二平面式 天線代替纏繞式天線2 0裝設於移動單元1 0内。控制電路3 0 和所包含的相位轉換電路4 5、5 0仍舊與前述主要揭露功能 益显 〇 本發明第三實施例不同於第一實施例在於一第二纏繞 式天線代替平面式天線1 5突出自移動單元1 0内。控制電路 3 〇和其所包含的相位轉換電路4 5、5 0之功能與前述所揭露 的相同裝置之功能相同。 很明顯的，要用85 0MHz和9 0 0MHz平面式天線15的搭 配，與用於1 8 0 0 MHz和1 9 0 0 MHz纏繞式天線20的搭配僅是設 計上的選擇，本發明亦能包含所有目標頻率的排列組合， 這意味著每個天線可以被用於涵蓋前述實施例之外的頻 率。舉例來說，要用85 0MHz和9 0 0MHz纒繞式天線20的搭 配，與用於1 8 0 0 Μ Η z和1 9 0 0 Μ Η z平面式天線1 5的搭配也是屬 於本發明的範缚。 相較於習知技術，本發明移動單元1 0沒有增加額外的 電力消耗即具有所需的增益，且允許三頻和四頻之傳輸和 接收。因為移動單元1 0—般是利用電池來運作，因此移動

第10頁 200408163 五、發明說明（7) 單元1 0的電力消耗比例是很關鍵的，控制電路3 0整合兩天 線，每一天線都最佳化一特殊的頻諸對。控制單元3 0包含 一相位轉換電路4 5、5 0對應至每一個天線1 5、2 0。相位轉 換電路4 5、5 0能防止天線1 5、2 0載入彼此的内容。而本發 明之天線架構能有效排除多餘的VSWR以增加增益。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請 專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利之涵 蓋範圍。

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Claims (1)

1. 200408163 六、申請專利範圍 1. 一種無線通訊系統之移動單元，其包含： 一第一天線，具有一第一操作頻率及一第二操作頻 率； 一第二天線，具有一第三操作頻率及一第四操作頻 率；以及 一控制電路，用以整合該第一天線及該第二天線，其 中，該控制電路更包含一相位轉換電路，用以防止該第一 天線操作於該第三操作頻率該第四操作頻率，以及防止該 第二天線操作於該第一操作頻率或該第二操作頻率。 2. 如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中該第一 天線係平面式（p 1 a n e r )。 3. 如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中，該第 一天線係纏繞式（w h i p )。 4. 如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中該第二 天線係平面式。 5. 如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中，該第 二天線係纏繞式。 6. 如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中該第一 操作頻率係為8 5 0 MHZ。

   第13頁 200408163 六、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中該第二 操作頻率係為9 0 0 Μ Η Z。 8. 如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中該第三 操作頻率係為1 8 0 0 Μ Η Ζ。 9. 如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中該第四 操作頻率係為1 9 0 0 Μ Η Ζ。 1 0.如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中該相位 轉換電路係為一傳輸線電路（transmission line network)〇 1 1 .如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中該相位 轉換電路係為一電容電感電路（lump inductive and capacitive network)0 1 2 .如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中該移動 單元係一個人數位助理（personal digital assistant, PDA)。 1 3 .如申請專利範圍第1項所述之移動單元，其中該移動 單元係一智慧型行動電話（s m a r t p h ο n e )。

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