CN102237575A - 结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的天线组 - Google Patents

Abstract

结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的天线组，包含壳体，至少一个全球微波互联接入天线，安装于该壳体内，至少一个无线兼容认证天线，安装于该壳体内，及电路板，安装于该壳体内，用来处理该至少一个全球微波互联接入天线及该至少一个无线兼容认证天线收发的信号，该至少一个无线兼容认证天线是实质上与该至少一个全球微波互联接入天线正交。本发明利用全球微波互联接入平面偶极天线数组可达成高增益的效能。

Description

结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的天线组

技术领域

本发明是有关于一种多频天线，尤指一种结合无线兼容认证(Wi-Fi，Wireless Fidelity)天线及全球微波互联接入(Wimax，Worldwide Interoperabilityfor Microwave Access)天线的多频天线。

背景技术

随着无线通讯科技的日益发展，行动电话、笔记型计算机或个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等可携式电子产品能通过天线来收发无线信号，因此能连接至无线广域网络(Wireless Wide Area Network，WWAN)来进行数据交换，让使用者能够浏览网页或收发电子邮件。

在不同无线通讯系统中，各种无线通讯网路的操作频率亦会有所不同。举例来说，无线兼容认证网络系统的操作频带约在2.4GHz-2.5GHz、全球微波互联接入网络系统的操作频带约在2.3GHz-2.7GHz、宽带分码多任务存取(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)系统的操作频带约在1850MHz-2025MHz、以及全球行动通讯(Global System for Mobilecommunications，GSM)1900系统的操作频带约在1850MHz-1990MHz。为了让使用者能更方便地存取不同的无线通讯网路，双频或是多频的天线便油然而生。

台湾专利公告号第562253号“多频数组天线改良结构”提供一种多频数组天线改良结构，此多频数组天线以绝缘基板作为本体，在本体的正、反面作电路数组排列，其中，绝缘基板正面的电路安排，是于基板中心线设一中心电路，在中心电路适当处，左右对称延伸一对以上支电路，支电路末端平行于基板两侧向上延伸如臂状，多段组成一电路数组排列。于该基板正、反面数组电路适当处的支电路臂部、脚部末端备有独立铜箔区及一线圈，独立铜箔区和本体数组电路间会产生电容效应，而该线圈具有电感效应，利用此电感(L)、电容(C)产生LC振荡，而可达到收发多种频率(2.4GHz、5.2GHz、5.8GHz)的功效。

在台湾专利公告号第562253号“多频数组天线改良结构”中，是利用电感、电容产生电感电容振荡，而达到收发多种频率的功效，但是会有增益值不高的缺点。另外，现有技术的方法通常无法于有限的空间中有效的设计出最佳增益的偶极天线数组，加上无线兼容认证天线型式选择不当，使得两种天线共存时，常导致两者的间隔离度不佳。此外，现有技术缺点在于全球互通微波存取天线数组设计上无法获得最佳的增益与场型，同时会因天线数组中的功率分配器(power divider)的电路布局设计的方式导致漏波，此缺点也导致其与无线兼容认证天线共存时，无法具有好的隔离度。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的多频天线，包含壳体；至少一个全球微波互联接入天线，安装于该壳体内；至少一个无线兼容认证天线，安装于该壳体内，该至少一个无线兼容认证天线是实质上与该至少一个全球微波互联接入天线正交；及电路板，安装于该壳体内，用来处理该至少一个全球微波互联接入天线及该至少一个无线兼容认证天线收发的信号。

附图说明

图1是本发明的一个实施例提供一种结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的多频天线的示意图。

图2是从图1的YZ平面看结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的多频天线的示意图。

图3是从图1的XZ平面看结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的多频天线的示意图。

图4是全球微波互联接入天线数组的示意图。

图5是无线兼容认证天线和第二基板的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100                         多频天线

102                         壳体

104、106                    全球微波互联接入天线数组

108、110                    无线兼容认证天线

112                         第一印刷电路板

114、116                    第一基板

118、120                    第二基板

1042                        功率分配器

1044-1050、1084             微带线天线辐射组件

1052                        讯号输入点

1054、1086                  地端辐射组件

1082                        馈入点

具体实施方式

考虑两种通讯协议的频段，全球微波互联接入信号是在2.3-2.7GHz，无线兼容认证信号是在2.4-2.5GHz，所以设计出的结合两者的天线必须各自在工作频段中使用且不互相干扰。而为了使全球微波互联接入天线数组及无线兼容认证天线不互相干扰，排除在电路板上通过额外增加电子零件增加隔离度的方法，选择采用全球微波互联接入天线数组与无线兼容认证天线的电流极化方向互相垂直的方式，以达到高隔离度的需求。

请参照图1至图3，图1是本发明的一实施例提供一种结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的多频天线100的示意图，图2是从图1的YZ平面看多频天线100的示意图，图3是从图1的XZ平面看多频天线100的示意图。多频天线100包含一壳体102、两全球微波互联接入天线数组104和106、两无线兼容认证天线108和110、一第一印刷电路板112、两第一基板114和116、两第二基板118和120。全球微波互联接入天线数组104设置于壳体102内的第一基板114上，全球微波互联接入天线数组106设置于壳体102内的第一基板116上，全球微波互联接入天线数组104和106是用以收发全球微波互联接入信号，另外，第一基板114和第一基板116两者是电连接于第一印刷电路板112。无线兼容认证天线108设置于壳体102内的第二基板118上，无线兼容认证天线110设置于壳体102内的第二基板120上，无线兼容认证天线108和无线兼容认证天线110是用以收发无线兼容认证信号，另外，第二基板118和第二基板120两者是安插于第一印刷电路板112上且电连接于第一印刷电路板112。第一印刷电路板112安装于壳体102内，用来处理全球微波互联接入天线104和106及无线兼容认证天线108和110收发的信号。

如图1所示，无线兼容认证天线108和110的天线电路布局为XZ方向且其天线辐射组件的电流极化方向是X方向，而全球微波互联接入天线数组104和106的天线，包含功率分配器与若干多个天线辐射组件，两者电路布局于YZ方向，可使功率分配器可能产生的漏波限制在YZ方向，且天线辐射组件电流极化方向也在于Z方向。也就是说，无线兼容认证天线108和110的天线电流极化方向和全球微波互联接入天线数组104和106的功率分配器与天线电流极化方向正交(但本发明并不受限上述天线摆放方式，只要是使无线兼容认证天线和全球微波互联接入天线数组的天线电流极化方向保持实质上正交的摆放方式，皆属于本发明的范围)，因此使得全球微波互联接入天线数组104和106与无线兼容认证天线组108和110的电流极化方向垂直，让全球微波互联接入天线数组104和106与无线兼容认证天线组108和110各自保持良好的收讯质量互不干扰，达到高隔离度的效能。

请参照图4，图4是全球微波互联接入天线数组104的示意图。因为全球微波互联接入天线数组106和全球微波互联接入天线数组104完全相同，所以图4仅说明全球微波互联接入天线数组104，而全球微波互联接入天线数组106的部分不再赘述。全球微波互联接入天线数组104包含一功率分配器1042、多个微带线(microstrip line)天线辐射组件1044-1050、一信号输入点1052、一地端辐射组件1054对应至微带线天线辐射组件1044-1050并与其搭配为天线辐射体。全球微波互联接入天线数组104设置在第一基板114上，全球微波互联接入天线数组104具有双面架构，在第一基板114的一面是微带线天线辐射组件1044-1050构成的天线数组以及功率分配器1042，在第一基板120的另一面是地端辐射组件1054，微带线架构的好处是漏波较共平面波导等单面传输架构少，而全球微波互联接入天线数组104的数组天线结构能同时收发全球微波互联接入信号以及得到较高的增益值(因为全球微波互联接入信号是为户外基地台发射的信号，在其到达天线的过程中，可能受周遭环境影响而衰减严重，因此全球微波互联接入天线需要较高的增益值)。另外，第一基板114的材料可为介电材料、陶瓷材料、玻璃材料、磁性材料、高分子材料，或是多种前述材料等的复合材料。

请参照图2和图4，在图2和图4的实施例中，微带线天线辐射组件1044-1050与地端辐射组件1054的长度实质上各自分别是为全球微波互联接入天线数组104所欲收发的无线电信号在空气中的波长的四分之一且此长度会随着第一基板114的介电常数越高而稍有减少。两个在垂直排列方向上相邻的天线辐射组件的距离实质上是为全球微波互联接入天线数组104所欲收发的无线电信号在空气中的波长(λ₁)。微带线天线辐射组件1044和1046两者中心的距离实质上是为全球微波互联接入天线所欲收发的无线电信号的波长的0.1-0.3倍(而全球微波互联接入天线数组104和106的中心点的距离实质至少需为全球微波互联接入天线数组104所欲收发的无线电信号的波长的(n/4)倍(即(n+1)λ₁/4)，其中n是为正整数时，两者的间的隔离度可达-10dB以下。而以上全球微波互联接入天线数组104的尺寸仅为本发明一实施例，只要是结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的多频天线，皆属本发明的范畴)。

请参照图5，图5是无线兼容认证天线108和第二基板118的示意图。因为无线兼容认证天线108和无线兼容认证天线110的天线架构完全相同，所以图5仅说明无线兼容认证天线108，而无线兼容认证天线110的部分不再赘述。无线兼容认证天线108设置在第二基板118上，无线兼容认证天线108和全球微波互联接入天线数组104一样也具有双面架构，图5是为无线兼容认证天线108和第二基板118的正面的示意图，如图5所示，无线兼容认证天线108是为一偶极(dipole)天线，本发明并不以此为限，无线兼容认证天线108也可是单极(mono-pole)天线或任何单一线性极化的天线。无线兼容认证天线108的长度(包含微带线天线辐射组件1084与其对应的地端辐射组件1086)实质上是为无线兼容认证天线108所欲收发的无线电信号在空气中的波长的二分之一

且此长度会随着第二基板118的介电常数越高而稍有减少，无线兼容认证信号由馈入点1082输入，1086为地端辐射组件，为天线辐射组件1084的地端同时兼有辐射组件的功能。因为无线兼容认证天线108所欲收发的无线兼容认证信号为室内信号，所以无线兼容认证天线108并不用像全球微波互联接入天线数组104形成数组天线结构，提高其增益值。另外，第二基板118的材料可为介电材料、陶瓷材料、玻璃材料、磁性材料、高分子材料，或是多种前述材料等的复合材料。而以上全球微波互联接入天线数组104的尺寸及无线兼容认证天线108的尺寸仅为本发明一实施例，只要是结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的多频天线，皆属本发明的范畴。

本发明利用全球微波互联接入平面偶极天线数组达成高增益效能，另外在考虑空间分集(space diversity)与极化分集(polarization diversity)的情况下，找到无线兼容认证偶极式天线合适的摆放位置(与全球微波互联接入平面偶极天线数组正交)，使得本发明的高隔离度与高增益的特性达到较现有技术更好的效果。

前述的全球微波互联接入天线和无线兼容认证天线的布局方式并不限定本发明，凡是通过正交方式来实现上述两种天线共存的高隔离度多频天线，皆属本发明的范畴。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种结合无线兼容认证天线及全球微波互联接入天线的多频天线，包含：

一壳体；

该多频天线的特征在于还包含：

至少一个全球微波互联接入天线，安装于该壳体内；

至少一个无线兼容认证天线，安装于该壳体内，该至少一个无线兼容认证天线与该至少一个全球微波互联接入天线正交；及

一第一印刷电路板，安装于该壳体内，用来处理该至少一个全球微波互

联接入天线及该至少一个无线兼容认证天线收发的信号。

2.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，该多频天线还包含至少一第一基板，安装于该壳体内，其中每一个全球微波互联接入天线是设置于一第一基板上，且该个全球微波互联接入天线包含一功率分配器，及多个天线辐射组件，连接于该功率分配器，该多个天线辐射组件是以数组的方式排列。

3.如权利要求1或2所述的多频天线，其特征在于，该多频天线还包含至少一个第二基板，安装于该壳体内，其中每一个无线兼容认证天线是设置于一第二基板上。

4.如权利要求3所述的多频天线，其特征在于，该第二基板是安插于该第一印刷电路板上。

5.如权利要求2所述的多频天线，其特征在于，每一个天线辐射组件与地端辐射组件各别的长度为该个全球微波互联接入天线所欲收发的无线电信号的波长的四分之一，且根据下列方程式决定该个天线辐射组件与地端辐射组件各别的长度为

$\frac{L_1}{2}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{4\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{re}1}}}-{\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{oc}1};$

其中：

λ₁＝全球互通天线所欲收发的无线电信号在空气中的波长；

ε_re1＝空气与第一基板介质的等效介电常数；及

ΔI_oc1＝全球互通天线开路端的等效电容。

6.如权利要求2所述的多频天线，其特征在于，每两个在垂直方向上相邻的天线辐射组件的馈入点的距离为该个全球微波互联接入天线所欲收发的无线电信号在空气中的波长。

7.如权利要求2所述的多频天线，其特征在于，每两个在水平方向上相邻的天线辐射组件的馈入点的距离为该个全球微波互联接入天线所欲收发的无线电信号在空气中的波长的0.1-0.3倍。

8.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，每两个全球微波互联接入天线的中心点的距离为该两个全球微波互联接入天线所欲收发的无线电信号的波长的(n+1)/4倍，其中n是为正整数。

9.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，该个无线兼容认证天线是为一单极天线或一偶极天线或任何单一线性极化的天线。

10.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，每一个无线兼容认证天线的长度为该个无线兼容认证天线所欲收发的无线电信号在空气中的波长的二分之一，且根据下列方程式决定该无线兼容认证天线的长度L₂：

$L_2=\frac{{\mathrm{\λ}}_2}{2\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{re}2}}}-{2\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{oc}2};$

其中：

L₂＝无线兼容认证天线的天线辐射组件的长度与地端辐射组件的长度的总和；

λ₂＝无线兼容认证天线所欲收发的无线电信号在空气中的波长；

ε_re2＝空气与第二基板介质的等效介电常数；及

ΔI_oc2＝无线兼容认证天线开路端的等效电容。

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