CN102055072B - 宽波束多环形天线模块 - Google Patents

Abstract

一种宽波束多环形天线模块，其包括：一接地单元、多个第一环形单元及第二环形单元。该些第一环形单元垂直设置在接地单元的外侧边上，每一个第一环形单元具有一设置在接地单元上的第一短路接脚、一与第一短路接脚相隔一预定距离且悬空的第一信号馈入接脚、及一连接到第一短路接脚及第一信号馈入接脚之间的第一环形辐射本体。该些第二环形单元垂直设置在接地单元的外侧边上，每一个第二环形单元具有一设置在接地单元上的第二短路接脚、一与第二短路接脚相隔一预定距离且悬空的第二信号馈入接脚、及一连接到第二短路接脚及第二信号馈入接脚之间的第二环形辐射本体。

Description

宽波束多环形天线模块

技术领域

本发明关于一种多环形天线模块，特别是一种能够产生良好天线性能的宽波束多环形天线模块(antenna module with widebeam width)。

背景技术

传统无线局域网络或802.11a/b/g/n桥接点天线大多为外露式天线结构，最常见的形式为披覆有塑料或橡胶套筒的偶极天线。这类型天线通常为单频2.4GHz或双频2.4/5GHz天线，其天线主体高度通常为无线宽频路由器或集线器厚度的3倍高，并且天线主体设置在一侧边且外露在机壳上方。使用者在操作上需先安装天线，再调整天线接收位置，天线亦容易遭受外力破坏，且占据空间并破坏美观，特别是应用于多天线系统时。

另外，应用在2.4/5GHz无线局域网络或802.11a/b/g/n的双频天线时，天线大都只有单一个信号馈入点。典型设计的双频天线为一种双频偶极桥接点天线结构，该天线利用两个辐射铜管，有别于传统单频偶极天线使用同轴传输线的中心导线，达成2.4/5GHz双频操作。然而，在同步(concurrent)双频操作时，需额外增加一双工器(diplexer)电路，同步传送/接收2.4GHz与5GHz频带信号至2.4GHz模块与5GHz模块，不但增加成本，且造成整体系统功率损耗。

再者，传统技术还另外公开一种双频交叉极化偶极天线，其公开一双天线系统，包括两项双频偶极天线，以产生两个操作频带，其分别在2.4GHz与5GHz模态附近。然而因为双天线为堆叠结构，整体天线系统亦处于较高姿态。

除了上述缺点外，再者常见的无线宽频桥接点或路由器通常会安装在天花板(on ceiling)、壁挂(wall mount)、桌上(on table)等方位(orientations)，不同位置需不同类型的天线辐射场型。例如，使用在天花板的桥接点天线场型要求为倒三角锥(conical)辐射；壁挂在墙上的桥接点需要高指向性(directional)辐射场型；平躺在桌上的桥接点天线则为全向性(omnidirectional)辐射。但是一般的天线辐射场型只能提供特定的涵盖范围。例如，单极(monopole)天线只能产生水平(horizontal)方向全向性辐射场型或铅直(elevation)方向三角锥(conical)辐射场型；平板/微带天线(patch/microstrip antenna)具有垂向(broadside)辐射场型的特性。这意味着一般的无线宽频桥接点或路由器设备只适合在特定的场合上使用，亦即应用在天花板上的桥接点就不适合作为壁挂式的桥接点，显然地因为天线辐射场型与方向不同，将造成通信死角而产生接收与发射品质不良的问题。

于是，本发明人有感上述缺陷的可改善，且依据多年来从事此方面的相关经验，悉心观察且研究，并配合理论运用，而提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于提供一种宽波束多环形天线模块，其除了尺寸小、高度低、天线之间隔离度小、辐射特性良好、用途范围广(例如可设置在天花板、墙上、桌上等)之外，亦不需额外增加一双工器电路，即可取代传统外露式2.4/5GHz双频桥接点(access-point)天线。此外，本发明多天线模块可内藏于无线宽频路由器(router)或集线器(hub)内，以保持产品整体外观的完整性与美感度。

为了解决上述技术问题，根据本发明的其中一种方案，提供一种宽波束多环形天线模块，其包括：一接地单元、多个第一环形单元及多个第二环形单元。其中，该些第一环形单元环绕该接地单元的几何中心且分别垂直设置在该接地单元的外侧边上，其中每一个第一环形单元具有至少一设置在该接地单元上的第一短路接脚、至少一与上述至少一第一短路接脚相隔一预定距离且悬空在该接地单元上方一预定距离的第一信号馈入接脚、及至少一垂直设置于该接地单元上方一预定距离且连接到上述至少一第一短路接脚及上述至少一第一信号馈入接脚之间的第一环形辐射本体。该些第二环形单元环绕该接地单元的几何中心且分别垂直设置在该接地单元的外侧边上，该第二环形单元与该第一环形单元具有不同天线操作频率，并且该些第二环形单元与该些第一环形单元对称地交错排列，其中每一个第一环形单元的几何中心线与每一个第二环形单元的几何中心线彼此间的夹角相同，每一个第二环形单元具有至少一设置在该接地单元上的第二短路接脚、至少一与上述至少一第二短路接脚相隔一预定距离且悬空在该接地单元上方一预定距离的第二信号馈入接脚、及至少一垂直设置于该接地单元上方一预定距离且连接到上述至少一第二短路接脚及上述至少一第二信号馈入接脚之间的第二环形辐射本体。

为了解决上述技术问题，根据本发明的其中一种方案，提供一种宽波束多环形天线模块，其安装在一天线系统壳体的内部，其中该宽波束多环形天线模块包括：一接地单元、多个第一环形单元及多个第二环形单元。其中，该些第一环形单元环绕该接地单元的几何中心且分别垂直设置在该接地单元的外侧边上，其中每一个第一环形单元具有至少一设置在该接地单元上的第一短路接脚、至少一与上述至少一第一短路接脚相隔一预定距离且悬空在该接地单元上方一预定距离的第一信号馈入接脚、及至少一垂直设置于该接地单元上方一预定距离且连接到上述至少一第一短路接脚及上述至少一第一信号馈入接脚之间的第一环形辐射本体。该些第二环形单元环绕该接地单元的几何中心且分别垂直设置在该接地单元的外侧边上，该第二环形单元与该第一环形单元具有不同天线操作频率，并且该些第二环形单元与该些第一环形单元对称地交错排列，其中每一个第一环形单元的几何中心线与每一个第二环形单元的几何中心线彼此间的夹角相同，每一个第二环形单元具有至少一设置在该接地单元上的第二短路接脚、至少一与上述至少一第二短路接脚相隔一预定距离且悬空在该接地单元上方一预定距离的第二信号馈入接脚、及至少一垂直设置于该接地单元上方一预定距离且连接到上述至少一第二短路接脚及上述至少一第二信号馈入接脚之间的第二环形辐射本体。再者，该接地单元、该些第一环形单元与该些第二环形单元均被包覆在该天线系统壳体的内部。

因此，针对上述宽波束多环形天线模块，本发明的有益效果在于：

1、在本发明所举的例子中，宽波束多环形天线模块包括三个独立的第一环形单元(大环形尺寸)与三个独立的第二环形单元(小环形尺寸)。每一个第一环形单元与每一个第二环形单元分别负责低频2.4GHz频带操作与高频5GHz频带操作，以实现同步双频操作的目的。因此本发明有别于传统的双频天线，传统双频天线只有单一信号馈入端，在同步双频操作时需额外增加一双工器电路，不但增加成本，亦造成整体系统功率的损耗。

2、在本发明所举的例子中，宽波束多环形天线模块的整体高度不超过15mm，以达成内藏式多桥接点天线的可能性。换句话说，本发明宽波束多环形天线模块可内藏于无线宽频路由器(router)或集线器(hub)内，以保持产品整体外观的完整性与美感度。

3、在本发明所举的例子中，通过(1)控制每一个第一环形单元的第一短路接脚及第一信号馈入接脚的间距、(2)控制每一个第二环形单元的第二短路接脚及第二信号馈入接脚的间距、及(3)控制每一个第一环形单元及每一个第二环形单元相对于接地单元的高度，可获得宽波束多环形天线模块在2.4GHz与5GHz无线局域网络频带内良好的阻抗匹配(以2：1VSWR或10dB返回损失定义)。

4、在本发明所举的例子中，因为每一个第一环形单元的第一短路接脚邻近不同天线操作频率的第二环形单元的第二信号馈入接脚(或每一个第二环形单元的第二短路接脚邻近不同天线操作频率的第一环形单元的第一信号馈入接脚)，所以本发明可大幅降低每两个具有不同天线操作频率的第一环形单元与第二环形单元之间的耦合(mutual coupling)，达成隔离度(isolation)在-15dB以下的良好特性。

5、在本发明所举的例子中，每一个第一环形单元及每一个第二环形单元均为一全波长环形天线(one-wavelength loop)，且为一平衡式结构(balancedstructure)，其具有大幅抑制天线接地面(或系统接地面)的表面激发电流的优势，因此接地面(该接地单元)在这里可视为一反射板，而使得本发明的天线辐射场型具有较高的指向性(directivity)，以达成高增益天线的设计。

6、在本发明所举的例子中，每一个第一环形单元及每一个第二环形单元均垂直地放置在接地面的边缘(亦即该接地单元的最外侧边)，天线的辐射场型受到接地面两正交方向(orthogonal directions)(一个方向垂直接地面(与天线平行)，另一个方向则平行接地面)的反射，每一个第一环形单元及每一个第二环形单元在与天线垂直平面的3dB半功率(half-power)波束宽度可涵盖极座标(polar coordinate)上至少一个象限(quadrant)以上的角度(例如：每一个第一环形单元及每一个第二环形单元的3dB半功率波束宽度在2.4与5GHz频带分别大于约141度与155度)，因此每一个第一环形单元及每一个第二环形单元具有较宽的波束宽度辐射场型。

7、当本发明宽波束多环形天线模块的三个第一环形单元(操作于2.4GHz频带)或三个第二环形单元(操作于5GHz频带)一起操作时，三个各自独立的第一环形单元(或三个各自独立的第二环形单元)将组合成可涵盖一个半平面空间并且每一点的天线增益值(或功率大小)都相近的辐射场型。如此，内建有本发明宽波束多环形天线模块的无线宽频桥接点或路由器装置将可放置在不同的环境上使用，例如天花板、墙上、桌上等。

8、本发明宽波束多环形天线模块整体采用金属片冲压(stamping)或切割制作，可由单一辐射金属片成型。因此本发明可有效地节省制作成本及加工时间。

为了能还进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1A为本发明宽波束多环形天线模块的第一实施例的上视示意图；

图1B为本发明宽波束多环形天线模块的第一实施例的立体示意图；

图1C为本发明第一实施例的其中一第一环形单元的前视示意图；

图1D为本发明第一实施例的其中一第二环形单元的前视示意图；

图1E为本发明第一实施例的其中一第一环形单元操作于2442MHz在不同平面(x-z平面、y-z平面、x-y平面)的辐射场型示意图；

图1F为本发明第一实施例的其中一第二环形单元操作于5490MHz在不同平面(x-z平面、y-z平面、x-y平面)的辐射场型示意图；

图1G为本发明第一实施例的三个第一环形单元与三个第二环形单元在不同频率下所得到的反射系数的曲线图；

图1H为本发明第一实施例的每两个环形单元彼此间的隔离度曲线图；

图1I为本发明第一实施例的其中一第一环形单元与其中一第二环形单元在不同频率下所得到的天线增益及辐射效率的曲线图；

图1J为本发明第一实施例内设在一天线系统壳体内的立体示意图；

图2A为本发明第二实施例的其中一第一环形单元的前视示意图；

图2B为本发明第二实施例的其中一第二环形单元的前视示意图；

图3A为本发明第三实施例的其中一第一环形单元的前视示意图；

图3B为本发明第三实施例的其中一第二环形单元的前视示意图；

图4A为本发明宽波束多环形天线模块的第四实施例的上视示意图；以及

图4B为本发明宽波束多环形天线模块的第四实施例的立体示意图。

主要元件符号说明

天线系统壳体         C

宽波束多环形天线模块 M

接地单元             1    穿孔       10

外侧边               100

第一环形单元         2    几何中心线 A

第一短路接脚         20

第一信号馈入接脚     21

第一信号馈入点       210

第一环形辐射本体     22

第一弯曲部           220

第二环形单元         3    几何中心线 B

第二短路接脚         30

第二信号馈入接脚     31

第二信号馈入点       310

第二环形辐射本体     32

第二弯曲部           320

信号导线             4

夹角                 θ、θ′

具体实施方式

请参阅图1A至图1D所示，本发明第一实施例提供一种宽波束多环形天线模块M，其包括：一接地单元1、多个第一环形单元2及多个第二环形单元3。此外，该接地单元1、该些第一环形单元2及该些第二环形单元3可为一体成型式片状体。当然，该些第一环形单元2及该些第二环形单元3亦可分别成型后再设置在该接地单元1上。

其中，该些第一环形单元2与该些第二环形单元3彼此交替且对称地排列在该接地单元1上，并且每一个第一环形单元2的几何中心线A(该几何中心线A连接到该接地单元1的几何中心)与每一个第二环形单元3的几何中心线B(该几何中心线B连接到该接地单元1的几何中心)彼此间的夹角θ为相同。另外，每两个第一环形单元2的两个几何中心线A(或每两个第二环形单元3的两个几何中心线B)彼此间的夹角θ′亦可为相同。

例如：以本发明第一实施例所举的例子而言，该些第一环形单元2的数量为三个，该些第二环形单元3的数量亦为三个，并且每一个第一环形单元2的几何中心线A与每一个第二环形单元3的几何中心线B彼此间的夹角θ为60度(如图1A所示)。然而，上述该些第一环形单元2及该些第二环形单元3的数量及每一个第一环形单元2的几何中心线A与每一个第二环形单元3的几何中心线B彼此间的夹角θ的度数均是用来举例而已，而并非用以限定本发明。

再者，该接地单元1可为正多边形导电板体、圆形导电板体、或任何外观形状的导电板体(本发明第一实施例以正多边形导电板体来作说明)，并且该接地单元1的中央处具有一穿孔10。另外，本发明宽波束多环形天线模块M还进一步包括：多个相对应该些第一环形单元2及该些第二环形单元3的信号导线4，并且该些信号导线4穿过该穿孔10，以使得该些信号导线4通过该穿孔10而达到收纳的效果，并且通过该些信号导线4的使用，以使得该些第一环形单元2及该些第二环形单元3所接收到的天线信号可传递至无线宽频路由器(router)或集线器(hub)内的电路板(图未示)。当然，本发明第一实施例中的接地单元1也可以省略上述穿孔10的设计，而使得该些信号导线4直接延着该接地单元1的上表面贴附，这样也可以使得该些信号导线4达到收纳的效果。

此外，配合图1B及图1C所示，该些第一环形单元2环绕该接地单元1的几何中心并且分别垂直设置在该接地单元1的外侧边100上，其中每一个第一环形单元2具有至少一设置在该接地单元1上的第一短路接脚20、至少一与上述至少一第一短路接脚20相隔一预定距离且悬空在该接地单元1上方一预定距离的第一信号馈入接脚21、及至少一垂直设置于该接地单元1上方一预定距离且连接到上述至少一第一短路接脚20及上述至少一第一信号馈入接脚21之间的第一环形辐射本体22。请参考图1C所示，每一个第一环形单元2的第一短路接脚20与第一信号馈入接脚21对称地设置在每一个第一环形单元2的几何中心线A的两侧。

请配合图1A及图1E所示，依据图1A中所界定的座标方向，图1E显示其中一第一环形单元2(例如图1A中最上面的第一环形单元2(loop1))操作于2442MHz的辐射场型在不同平面(x-z平面、y-z平面、x-y平面)的测量结果。

由图1E中可知，每一个第一环形单元2均为一全波长环形天线(one-wavelength loop)，且为一平衡式结构(balanced structure)，其具有大幅抑制该接地单元1的表面激发电流的优势，因此该接地单元1在这里可视为一反射板，而使得本发明的天线辐射场型具有较高的指向性(directivity)，特别是在+z与-x方向上，以达成高增益天线的设计。

由图1E中可知，每一个第一环形单元2均垂直地放置在该接地单元1的边缘(亦即该接地单元1的最外侧边100)，天线的辐射场型受到该接地单元1两正交方向(orthogonal directions)(一个方向垂直接地面(与天线平行)，另一个方向则平行接地面)的反射，每一个第一环形单元2在与天线垂直平面的3dB半功率(half-power)波束宽度可涵盖极座标(polar coordinate)上至少一个象限(quadrant)以上的角度(例如：图1E中的x-z平面上，每一个第一环形单元2(loop1)在与天线垂直平面的3dB半功率波束宽度在2.4GHz频带大于约141度)，因此每一个第一环形单元2具有较宽的波束宽度辐射场型。换句话说，三个各自独立的第一环形单元2将组合成可涵盖一个半平面空间并且每一点的天线增益值(或功率大小)都相近的辐射场型。如此，内建有本发明宽波束多环形天线模块M的无线宽频桥接点或路由器装置将可放置在不同的环境上使用，例如天花板、墙上、桌上等。

另外，配合图1B及图1D所示，该些第二环形单元3环绕该接地单元1的几何中心并且分别垂直设置在该接地单元1的外侧边100上，其中每一个第二环形单元3具有至少一设置在该接地单元1上的第二短路接脚30、至少一与上述至少一第二短路接脚30相隔一预定距离且悬空在该接地单元1上方一预定距离的第二信号馈入接脚31、及至少一垂直设置于该接地单元1上方一预定距离且连接到上述至少一第二短路接脚30及上述至少一第二信号馈入接脚31之间的第二环形辐射本体32。请参考图1D所示，每一个第二环形单元3的第二短路接脚30与第二信号馈入接脚31对称地设置在每一个第二环形单元3的几何中心线B的两侧。

请配合图1A及图1F所示，依据图1A中所界定的座标方向，图1F显示其中一第二环形单元3(例如图1中最下面的第二环形单元3(6环))操作于5490MHz的辐射场型在不同平面(x-z平面、y-z平面、x-y平面)的测量结果。

由图1F中可知，每一个第二环形单元3均为一全波长环形天线(one-wavelength loop)，且为一平衡式结构(balanced structure)，其具有大幅抑制该接地单元1的表面激发电流的优势，因此该接地单元1在这里可视为一反射板，而使得本发明的天线辐射场型具有较高的指向性(directivity)，特别是在+z与-x方向上，以达成高增益天线的设计。

由图1F中可知，每一个第二环形单元3均垂直地放置在该接地单元1的边缘(亦即该接地单元1的最外侧边100)，天线的辐射场型受到该接地单元1两正交方向(orthogonal directions)(一个方向垂直接地面(与天线平行)，另一个方向则平行接地面)的反射，每一个第二环形单元3在与天线垂直平面的3dB半功率(half-power)波束宽度可涵盖极座标(polar coordinate)上至少一个象限(quadrant)以上的角度(例如：图1F中的x-z平面上，每一个第二环形单元3在与天线垂直平面的3dB半功率(half-power)波束宽度在5GHz频带大于约155度)，因此每一个第二环形单元3具有较宽的波束宽度辐射场型。换句话说，三个各自独立的第二环形单元3将组合成可涵盖一个半平面空间并且每一点的天线增益值(或功率大小)都相近的辐射场型。如此，内建有本发明宽波束多环形天线模块的无线宽频桥接点或路由器装置将可放置在不同的环境上使用，例如天花板、墙上、桌上等。

再者，依据不同的设计需求，该些第一环形单元2及该些第二环形单元3至少具有下列五种不同的设计态样：

一、请参阅图1B所示，每一个第一环形单元2的第一信号馈入接脚21与其中一邻近的第二环形单元3的第二短路接脚30相邻，并且每一个第一环形单元2的第一短路接脚20与另外一邻近的第二环形单元3的第二信号馈入接脚31相邻。

换句话说，以其中一第一环形单元2来看，该第一环形单元2的第一信号馈入接脚21与左边的第二环形单元3的第二短路接脚30相邻，并且该第一环形单元2的第一短路接脚20与右边的第二环形单元3的第二信号馈入接脚31相邻。通过上述接脚间彼此错开的设计，以降低该第一信号馈入接脚21与该第二信号馈入接脚31彼此间产生相互干扰的问题，并且降低该第一短路接脚20与该第二短路接脚30彼此间产生相互干扰的问题。

因此，本发明可大幅降低每两个具有不同天线操作频率的第一环形单元2与第二环形单元3之间的耦合(mutual coupling)，达成隔离度(isolation)在-15dB以下的良好特性。

二、请配合图1C及图1D所示，每一个第一环形单元2的第一短路接脚20与第一信号馈入接脚21彼此相隔一预定距离，并且每一个第二环形单元3的第二短路接脚30与第二信号馈入接脚31彼此相隔一预定距离，以达良好的匹配。此外，依据不同的设计需求，设计者可通过调整此相隔的预定距离，以改变天线的操作频率。另外，上述第一短路接脚20与第一信号馈入接脚21之间的预定距离及上述第二短路接脚30与第二信号馈入接脚31之间的预定距离均可随着所需要天线性能来进行调整。再者，每一个第一环形单元2及每一个第二环形单元3相对于接地单元1的高度亦可随着所需要天线性能来进行调整。

因此，通过(1)控制每一个第一环形单元2的第一短路接脚20及第一信号馈入接脚21的间距、(2)控制每一个第二环形单元3的第二短路接脚30及第二信号馈入接脚31的间距、及(3)控制每一个第一环形单元2及每一个第二环形单元3相对于接地单元1的高度，可获得宽波束多环形天线模块在2.4GHz与5GHz无线局域网络频带内良好的阻抗匹配(以2：1VSWR或10dB返回损失定义)。

三、请配合图1B至图1D所示，每一个第一信号馈入接脚21的底部具有一第一信号馈入点210，并且每一个第二信号馈入接脚31的底部具有一第二信号馈入点310。此外，该些第一信号馈入点210及该些第二信号馈入点310均面向该接地单元1的几何中心(该些第一信号馈入点210及该些第二信号馈入点310分别相对于该接地单元1的几何中心的距离可以不同，但相同操作频带的环形天线的馈入点相对于该接地单元1的几何中心的距离必须相同)。

另外，该些信号导线4分别电性连接到该些第一信号馈入接脚21的该些第一信号馈入点210及该些第二信号馈入接脚31的该些第二信号馈入点310。通过该些信号导线4的使用，以使得该些第一环形单元2及该些第二环形单元3所接收到的天线信号可传递至无线宽频路由器(router)或集线器(hub)内的电路板(图未示)。

四、请配合图1A及图1B所示，每一个第一环形单元2的第一短路接脚20、第一信号馈入接脚21及第一环形辐射本体22位于同一平面或同一曲面上上，并且每一个第二环形单元3的第二短路接脚30、第二信号馈入接脚31及第二环形辐射本体32位于同一平面或同一曲面上。

五、该些第一环形单元2具有相同的天线操作频率(例如低频操作频率)，并且该些第二环形单元3具有相同的天线操作频率(例如高频操作频率)。例如：该些第一环形单元2的天线操作频率可为2.4GHz，并且该些第二环形单元3的天线操作频率可为5GHz。

再者，依据上述五点对于该些第一环形单元2及该些第二环形单元3所界定的结构，举例来说：图1A中显示三个第一环形单元2，定义最上面的为第一个第一环形单元2，左下角为第二个第一环形单元2，右下角为第三个第一环形单元2；图1A中显示三个第二环形单元3，定义右上角为第一个第二环形单元3，左上角为第二个第二环形单元3，最下面为第三个第二环形单元3。

请配合图1A及图1G所示，依据上述对于该些第一环形单元2及该些第二环形单元3所界定的结构来进行测试，而结果显示出该些第一环形单元(由S11、S22、S33所代表)2及该些第二环形单元(由S44、S55、S66所代表)3在不同频率(Frequency)(MHz)下所得到的反射参数(S Parameter)(dB)。由图中可知，在2.4GHz及5GHz的操作频带内具有较低(-10dB以下)的反射参数。

请配合图1A及第图1H所示，依据上述对于该些第一环形单元2及该些第二环形单元3所界定的结构来进行测试，而结果显示出任意一个第一环形单元2与任意一个第二环形单元3彼此间的隔离度曲线。其中，图1H中的S21所代表的是第二个第一环形单元2与第一个第一环形单元2之间的隔离度曲线、S31所代表的是第三个第一环形单元2与第一个第一环形单元2之间的隔离度曲线、S41所代表的是第一个第二环形单元3与第一个第一环形单元2之间的隔离度曲线、S51所代表的是第二个第二环形单元3与第一个第一环形单元2之间的隔离度曲线、S61所代表的是第三个第二环形单元3与第一个第一环形单元2之间的隔离度曲线、S54所代表的是第二个第二环形单元3与第一个第二环形单元3之间的隔离度曲线、S64所代表的是第三个第二环形单元3与第一个第二环形单元3之间的隔离度曲线。由图中可知，在2.4GHz及5GHz频带内的隔离度(isolation)可以达成在-15dB以下的良好特性。

请配合图1A及第图1I所示，依据上述对于该些第一环形单元2及该些第二环形单元3所界定的结构来进行测试，而结果显示出第一个第一环形单元2(loop1)及第三个第二环形单元3(loop6)在不同频率(Frequency)(MHz)下所得到的天线增益(antenna gain)(dBi)及辐射效率(radiation efficiency)(％)。由图中可知，该些第一环形单元的增益在6.5dBi附近，该些第二环形单元在5.5dBi附近，天线辐射效率都在80％以上。

另外，请参阅图1J所示，本发明宽波束多环形天线模块M可安装在一天线系统壳体C(例如：无线宽频路由器的天线系统壳体或集线器的天线系统壳体)的内部，例如安装在天线系统壳体的上盖内侧，其中该接地单元1、该些第一环形单元2及该些第二环形单元3均被包覆在该天线系统壳体C的内部。因此，本发明宽波束多环形天线模块M可内藏于无线宽频路由器(router)或集线器(hub)内，所以本发明的宽波束多环形天线模块M不需外露在天线系统壳体C外部，以保持产品整体外观的完整性与美感度。

再者，本发明第二实施例提供一种宽波束多环形天线模块M，其包括：一接地单元1、多个第一环形单元2及多个第二环形单元3。由图2A及图2B中可知，第二实施例与第一实施例最大的差别在于：在第二实施例中，每一个第一环形单元2的第一环形辐射本体22为一连接到该第一短路接脚20及该第一信号馈入接脚21之间的弧形体，并且每一个第二环形单元3的第一环形辐射本体32为一连接到该第二短路接脚30及该第二信号馈入接脚31之间的弧形体。当然，第二实施例依然可以达到上述第一实施例的宽波束多环形天线模块M所能产生的功能与效果。

此外，本发明第三实施例提供一种宽波束多环形天线模块M，其包括：一接地单元1、多个第一环形单元2及多个第二环形单元3。由图3A及图3B中可知，第三实施例与第一实施例最大的差别在于：在第三实施例中，每一个第一环形单元2的第一环形辐射本体22具有两个相对称的第一弯曲部220，并且每一个第二环形单元3的第二环形辐射本体32具有两个相对称的第二弯曲部320。增加辐射本体的长度，可提供较长的谐振路径，降低天线操作频率，进而缩小天线尺寸。当然，第三实施例依然可以达到上述第一实施例的宽波束多环形天线模块M所能产生的功能与效果。

请参阅图4A及图4B所示，本发明第四实施例提供一种宽波束多环形天线模块M，其包括：一接地单元1、多个第一环形单元2及多个第二环形单元3。由图中可知，第四实施例与第一实施例最大的差别在于：在第四实施例中，每一个第一环形单元2的第一短路接脚20、第一信号馈入接脚21及第一环形辐射本体22位于同一曲面上，并且每一个第二环形单元3的第二短路接脚30、第二信号馈入接脚31及第二环形辐射本体32位于同一曲面上。在此实施例中还可增加环形辐射本体两侧边的宽度，以提供较长的谐振路径，且又不会造成整体体积上的增加。当然，第四实施例依然可以达到上述第一实施例的宽波束多环形天线模块M所能产生的功能与效果。

综上所述，本发明的宽波束多环形天线模块至少具有下列的优点：

1、在本发明所举的例子中，宽波束多环形天线模块包括三个独立的第一环形单元(大环形尺寸)与三个独立的第二环形单元(小环形尺寸)。每一个第一环形单元与每一个第二环形单元分别负责低频2.4GHz频带操作与高频5GHz频带操作，以实现同步双频操作的目的。因此本发明有别于传统的双频天线，传统双频天线只有单一信号馈入端，在同步双频操作时需额外增加一双工器电路，不但增加成本，亦造成整体系统功率的损耗。

2、在本发明所举的例子中，宽波束多环形天线模块的整体高度不超过15mm，以达成内藏式多桥接点天线的可能性。换句话说，本发明宽波束多环形天线模块可内藏在无线宽频路由器(router)或集线器(hub)内，以保持产品整体外观的完整性与美感度。

3、在本发明所举的例子中，通过(1)控制每一个第一环形单元的第一短路接脚及第一信号馈入接脚的间距、(2)控制每一个第二环形单元的第二短路接脚及第二信号馈入接脚的间距、及(3)控制每一个第一环形单元及每一个第二环形单元相对于接地单元的高度，可获得宽波束多环形天线模块在2.4GHz与5GHz无线局域网络频带内良好的阻抗匹配(以2：1VSWR或10dB返回损失定义)。

4、在本发明所举的例子中，因为每一个第一环形单元的第一短路接脚邻近不同天线操作频率的第二环形单元的第二信号馈入接脚(或每一个第二环形单元的第二短路接脚邻近不同天线操作频率的第一环形单元的第一信号馈入接脚)，所以本发明可大幅降低每两个具有不同天线操作频率的第一环形单元与第二环形单元之间的耦合(mutual coupling)，达成隔离度(isolation)在-15dB以下的良好特性。

5、在本发明所举的例子中，每一个第一环形单元及每一个第二环形单元均为一全波长环形天线(one-wavelength loop)，且为一平衡式结构(balancedstructure)，其具有大幅抑制天线接地面(或系统接地面)的表面激发电流的优势，因此接地面(该接地单元)在这里可视为一反射板，而使得本发明的天线辐射场型具有较高的指向性(directivity)，以达成高增益天线的设计。

6、在本发明所举的例子中，每一个第一环形单元及每一个第二环形单元均垂直地放置在接地面的边缘(亦即该接地单元的最外侧边)，天线的辐射场型受到接地面两正交方向(orthogonal directions)(一个方向垂直接地面(与天线平行)，另一个方向则平行接地面)的反射，每一个第一环形单元及每一个第二环形单元在与天线垂直平面的的3dB半功率(half-power)波束宽度可涵盖极座标(polar coordinate)上至少一个象限(quadrant)以上的角度(例如：每一个第一环形单元及每一个第二环形单元的3dB半功率波束宽度在2.4与5GHz频带分别大于约141度与155度)，因此每一个第一环形单元及每一个第二环形单元具有较宽的波束宽度辐射场型。

7、当本发明宽波束多环形天线模块的三个第一环形单元(操作于2.4GHz频带)或三个第二环形单元(操作于5GHz频带)一起操作时，三个各自独立的第一环形单元(或三个各自独立的第二环形单元)将组合成可涵盖一个半平面空间并且每一点的天线增益值(或功率大小)都相近的辐射场型。如此，内建有本发明宽波束多环形天线模块的无线宽频桥接点或路由器装置将可放置在不同的环境上使用，例如天花板、墙上、桌上等。

8、本发明宽波束多环形天线模块整体采用金属片冲压(stamping)或切割制作，可由单一辐射金属片成型。因此本发明可有效地节省制作成本及加工时间。

本发明的所有范围应以权利要求书为准，凡合于本发明的精神与其类似变化的实施例，均应包括在本发明的范畴中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易想到的变化或修饰均应涵盖本发明中。

Claims (10)

1.一种宽波束多环形天线模块，其特征在于，包括：

一接地单元；

多个第一环形单元，其环绕该接地单元的几何中心且分别垂直设置在该接地单元的外侧边上，其中每一个第一环形单元具有至少一设置在该接地单元上的第一短路接脚、至少一与上述至少一第一短路接脚相隔一预定距离且悬空在该接地单元上方一预定距离的第一信号馈入接脚、及至少一垂直设置于该接地单元上方一预定距离且连接到上述至少一第一短路接脚及上述至少一第一信号馈入接脚之间的第一环形辐射本体；以及

多个第二环形单元，其环绕该接地单元的几何中心且分别垂直设置在该接地单元的外侧边上，该第二环形单元与该第一环形单元具有不同天线操作频率，并且该些第二环形单元与该些第一环形单元对称地交错排列，其中每一个第一环形单元的几何中心线与每一个第二环形单元的几何中心线彼此间的夹角相同，每一个第二环形单元具有至少一设置在该接地单元上的第二短路接脚、至少一与上述至少一第二短路接脚相隔一预定距离且悬空在该接地单元上方一预定距离的第二信号馈入接脚、及至少一垂直设置于该接地单元上方一预定距离且连接到上述至少一第二短路接脚及上述至少一第二信号馈入接脚之间的第二环形辐射本体。

2.根据权利要求1所述的宽波束多环形天线模块，其特征在于：还进一步包括：多个相对应该些第一环形单元及该些第二环形单元的信号导线，其分别电性连接到该些第一信号馈入接脚及该些第二信号馈入接脚，其中该接地单元的中央处具有一穿孔，并且该些信号导线穿过该穿孔。

3.根据权利要求1所述的宽波束多环形天线模块，其特征在于：其中每一个第一环形单元的第一信号馈入接脚与其中一邻近的第二环形单元的第二短路接脚相邻，并且每一个第一环形单元的第一短路接脚与另外一邻近的第二环形单元的第二信号馈入接脚相邻。

4.根据权利要求1所述的宽波束多环形天线模块，其特征在于：每一个第一环形单元的第一短路接脚与第一信号馈入接脚对称地设置在每一个第一环形单元的几何中心线的两侧，并且每一个第二环形单元的第二短路接脚与第二信号馈入接脚对称地设置在每一个第二环形单元的几何中心线的两侧。

5.根据权利要求1所述的宽波束多环形天线模块，其特征在于：每一个第一环形单元的第一短路接脚、第一信号馈入接脚及第一环形辐射本体位于同一平面或同一曲面上，并且每一个第二环形单元的第二短路接脚、第二信号馈入接脚及第二环形辐射本体位于同一平面或同一曲面上。

6.根据权利要求1所述的宽波束多环形天线模块，其特征在于：该些第一环形单元具有相同的天线操作频率，并且该些第二环形单元具有相同的天线操作频率。

7.根据权利要求1所述的宽波束多环形天线模块，其特征在于：该接地单元、该些第一环形单元及该些第二环形单元为一体成型式片状体。

8.根据权利要求1所述的宽波束多环形天线模块，其特征在于：每一个第一环形单元的第一环形辐射本体为一连接到该第一短路接脚及该第一信号馈入接脚之间的弧形体，并且每一个第二环形单元的第二环形辐射本体为一连接到该第二短路接脚及该第二信号馈入接脚之间的弧形体。

9.根据权利要求1所述的宽波束多环形天线模块，其特征在于：每一个第一环形单元的第一环形辐射本体具有两个相对称的第一弯曲部，并且每一个第二环形单元的第二环形辐射本体具有两个相对称的第二弯曲部。

10.一种宽波束多环形天线模块，其安装在一天线系统壳体的内部，其中该宽波束多环形天线模块的特征在于，包括：

一接地单元；

多个第一环形单元，其环绕该接地单元的几何中心且分别垂直设置在该接地单元的外侧边上，其中每一个第一环形单元具有至少一设置在该接地单元上的第一短路接脚、至少一与上述至少一第一短路接脚相隔一预定距离且悬空在该接地单元上方一预定距离的第一信号馈入接脚、及至少一垂直设置于该接地单元上方一预定距离且连接到上述至少一第一短路接脚及上述至少一第一信号馈入接脚之间的第一环形辐射本体；以及

多个第二环形单元，其环绕该接地单元的几何中心且分别垂直设置在该接地单元的外侧边上，该第二环形单元与该第一环形单元具有不同天线操作频率，并且该些第二环形单元与该些第一环形单元对称地交错排列，其中每一个第一环形单元的几何中心线与每一个第二环形单元的几何中心线彼此间的夹角相同，每一个第二环形单元具有至少一设置在该接地单元上的第二短路接脚、至少一与上述至少一第二短路接脚相隔一预定距离且悬空在该接地单元上方一预定距离的第二信号馈入接脚、及至少一垂直设置于该接地单元上方一预定距离且连接到上述至少一第二短路接脚及上述至少一第二信号馈入接脚之间的第二环形辐射本体；

其中，该接地单元、该些第一环形单元与该些第二环形单元均被包覆在该天线系统壳体的内部。

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