CN104979642B

CN104979642B - 多频天线及多频天线配置方法

Info

Publication number: CN104979642B
Application number: CN201410130996.8A
Authority: CN
Inventors: 徐杰圣; 詹长庚
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN104979642A

Abstract

本发明公开一种多频天线及多频天线配置方法。多频天线配置方法用来配置一多频天线以收发多个频段的无线电信号，包含决定该多频天线的一磁导体反射板与一第一辐射金属部之间的一距离；根据一配置要求，计算该磁导体反射板于该距离对应该多个频段中第一、第二频段的第一、第二中心频率的第一、第二反射相位值；决定该多频天线的长度与宽度；调整该磁导体反射板的一材料与一几何特征，以改变该磁导体反射板的多个反射相位相对于多个频率的一关系曲线，而使第一、第二中心频率对应的第一、第二反射相位等于第一、第二反射相位值；根据该关系曲线，决定该材料与该几何特征。

Description

多频天线及多频天线配置方法

技术领域

本发明涉及一种多频天线及多频天线配置方法，特别是涉及一种可涵盖多个频段、且具有高增益值、宽频、高隔离度、小尺寸的多频天线及多频天线配置方法。

背景技术

具有无线通讯功能的电子产品，如笔记本电脑、个人数字助理（Personal DigitalAssistant）等，通过天线来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号，进而存取无线网路。因此，为了让使用者能更方便地存取无线通讯网路，理想天线的频宽应在许可范围内尽可能地增加，而尺寸则应尽量减小，以配合电子产品体积缩小的趋势。此外，随着无线通讯技术不断演进，电子产品所配置的天线数量可能增加。举例来说，长期演进（Long TermEvolution，LTE）无线通讯系统支援多输入多输出（Multi-input Multi-output，MIMO）通讯技术，即相关电子产品可通过多重（或多组）天线同步收发无线信号，以在不增加频宽或总发射功率耗损（Transmit Power Expenditure）的情况下，大幅地增加系统的数据吞吐量（Throughput）及传送距离，进而有效提高无线通讯系统的频谱效率及传输速率，改善通讯品质。

此外，长期演进无线通讯系统共采用44个频段，涵盖的频率从最低的698MHz，到最高的3800MHz。由于频段的分散和杂乱，即使在同一国家或地区，系统业者仍可能同时使用多个频段。在此情形下，如何设计符合传输需求的天线，同时兼顾尺寸及功能，已成为业界所努力的目标之一。

发明内容

因此，本发明主要目的在于提供一种多频天线及多频天线配置方法，以涵盖多个频段，并兼具高增益值、宽频、高隔离度及较小尺寸。

为达上述目的，本发明公开一种多频天线配置方法，用来配置一多频天线以收发多个频段的无线电信号，该多频天线配置方法包含有决定该多频天线的一磁导体（magnetic conductor）反射板与该多频天线的一第一辐射金属部之间的一距离，其中，该磁导体反射板用来反射该无线电信号，以增加该多频天线的增益值；根据一配置要求，计算该磁导体反射板于该距离对应该多个频段中一第一频段的一第一中心频率的一第一反射相位值及对应该多个频段中一第二频段的一第二中心频率的一第二反射相位值，其中该配置要求该无线电信号与反射的该无线电信号于空间中至少一位置形成建设性干涉；决定该多频天线的一长度与一宽度；调整该磁导体反射板的一材料与一几何特征，以改变该磁导体反射板的多个反射相位相对于多个频率的一关系曲线，而使该第一中心频率对应的一第一反射相位等于该第一反射相位值，且使该第二中心频率对应的一第二反射相位等于该第二反射相位值；以及根据该关系曲线，决定该磁导体反射板的该材料与该几何特征。

本发明还公开一种多频天线，用来收发多个频段的无线电信号，包含有一磁导体（magnetic conductor）反射板，用来反射该无线电信号，以增加该多频天线的增益值；以及一第一辐射金属部，位于该磁导体反射板之上；其中，该磁导体反射板、该第一辐射金属部及该支撑件根据一多频天线配置方法而设置，该多频天线配置方法包含决定该磁导体反射板与该第一辐射金属部之间的一距离；根据一配置要求，计算该磁导体反射板于该距离对应该多个频段中一第一频段的一第一中心频率的一第一反射相位值及对应该多个频段中一第二频段的一第二中心频率的一第二反射相位值，其中该配置要求系使该无线电信号与反射的该无线电信号于空间中至少一位置形成建设性干涉；决定该多频天线的一长度与一宽度；调整该磁导体反射板的一材料与一几何特征，以改变该磁导体反射板的多个反射相位相对于多个频率的一关系曲线，而使该第一中心频率对应的一第一反射相位等于该第一反射相位值，且使该第二中心频率对应的一第二反射相位等于该第二反射相位值；以及根据该关系曲线，决定该磁导体反射板的该材料与该几何特征。

附图说明

图1A为本发明实施例一多频天线的正面示意图；

图1B为图1A的多频天线的背面示意图；

图1C为图1A的多频天线的上视示意图；

图1D为图1C的多频天线于C-C’的截面示意图；

图1E为图1A的多频天线的局部示意图；

图2为图1A的多频天线的磁导体反射板的频率与反射相位的关系曲线的示意图；

图3为本发明实施例适用于图1A的多频天线的多频天线配置方法的流程示意图；

图4A为图1A的一多频天线的天线共振模拟结果示意图；

图4B、图4C分别为图4A的多频天线对应不同频率821MHz及2570MHz的天线场型特性模拟结果示意图；

图4D为图4A的多频天线的场型特性表；

图5A为图1A的另一多频天线的天线共振模拟结果示意图；

图5B、图5C分别为图5A的多频天线对应不同频率821MHz及2570MHz的天线场型特性模拟结果示意图；

图5D为图5A的多频天线的场型特性表；

图6为本发明实施例一偶极天线在磁导体反射板平面上的示意图；

图7A为图6的偶极天线的一磁导体反射板的频率与反射相位的关系曲线的示意图，其中，对应频率826.5MHz时的反射相位为120°；

图7B为图6的偶极天线在H=60.5mm和磁导体反射相位为120°时，对应频率826.5MHz的天线场型特性模拟结果示意图；

图8A为图6的偶极天线的一磁导体反射板的频率与反射相位的关系曲线的示意图，其中，对应频率826.5MHz时的反射相位为60°；

图8B为图6的偶极天线在H=30.1mm和磁导体反射相位为60°时，对应频率826.5MHz的天线场型特性模拟结果示意图；

图9A为图6的偶极天线的一磁导体反射板的频率与反射相位的关系曲线的示意图，其中，对应频率826.5MHz时的反射相位为-60°；

图9B为图6的偶极天线在H=151.3mm和磁导体反射相位为-60°时，对应频率826.5MHz的天线场型特性模拟结果示意图；

图10A为图6的偶极天线的一磁导体反射板的频率与反射相位的关系曲线的示意图，其中，对应频率826.5MHz时的反射相位为-120°；

图10B为图6的偶极天线在H=120.0mm和磁导体反射相位为-120°时，对应频率826.5MHz的天线场型特性模拟结果示意图；

图11为本发明实施例适用于图1A的多频天线的多频天线配置方法的流程示意图。

符号说明

50 多频天线

500、900 磁导体反射板

510、520、910 辐射金属部

530、540 支撑件

D2、D3、H 距离

302 金属平板

304 介质层

MP11～MP33 金属突出物

SQ11～SQ33 正方形金属板

VIA11～VIA33 金属圆柱

P1 间距

W1 宽度

FB1、FB2 频段

FC1、FC2 中心频率

PH1、PH2 反射相位

PD1、PD2 反射相位范围

510a、520a、510b、520b 辐射金属片

512、522 传输线芯线

514、524 传输线金属编织

60、140 多频天线配置方法

90 偶极天线

具体实施方式

二输入二输出的长期演进无线通讯系统可通过一双极化天线进行无线信号收发，而针对长期演进无线通讯系统的多个频段，例如Band20（其接收频段大致介于791MHz～821MHz，发射频段大致介于832MHz～862MHz）与Band7（其接收频段大致介于2620MHz～2690MHz，发射频段大致介于2500MHz～2570MHz）的信号，同一天线必需同时使用1倍频和3倍频的高阶模态（higher order mode）以同时满足Band20与7的频段要求。并且，在满足系统电子特性的条件下，天线尺寸也需要尽量减小。在此情形下，本发明以偶极（dipole）天线结构为辐射体，以确保两个极化方向的隔离度及减小旁瓣（side lobe），并结合可增加天线增益值的一反射体，而提供具有高增益值、宽频、高隔离度、小尺寸的多频天线。

其中，若反射体为（或近似）一理想电导体（Perfect Electric Conductor，PEC）构成的反射板，则可大致完全反射无线电信号。然而，对应不同频率的无线电信号入射至反射板时，反射相位均大致为180度，因此为了使由辐射体收发的无线电信号与经由反射板而反射的无线电信号能在空间中同相位而建设性加乘，反射板与辐射体相隔的距离较佳为无线电信号波长的四分之一。在此情况下，若将天线操作于多个频段，在一倍频时距离设定为最长波长（如830MHz对应的波长-361.4mm）的四分之一（如90.4mm），此时天线在这一倍频下有最佳的高度距离，则对于频段中较短的波长（如2倍频1853MHz对应的波长或3倍频2480MHz对应的波长），反射板与辐射体相隔的距离会大于最佳距离，而无法同时提供最佳的反射效果。例如，天线的辐射电磁场在830MHz有良好的加乘效果，而使得天线增益值加大，但是在1853MHz时，中间场形的部分天线增益值被抵销而产生凹陷，接着，在2480MHz虽有加乘效果但旁瓣较大。换言之，理想电导体的反射板无法同时对应不同的频率而均提供最佳反射效果。

为了解决上述问题，反射体可为（或近似）一理想磁导体（Perfect MagneticConductor，PMC）构成的反射板，则当辐射体与反射板相隔零距离时，所有频率的无线电信号的反射相位均为0度，因此由辐射体收发的无线电信号与经由反射板而反射的无线电信号能在空间中同相位而建设性加乘。类似的，反射板也可为具有金属周期结构的一人工磁导体（Artificial Magnetic Conductor，AMC）构成，然而，对应不同的频率，人工磁导体的反射相位介于-180度与180度之间，且仅于很窄的频率范围，人工磁导体具有理想磁导体的特性。在此情况下，若将天线操作于多个频段，因此可适当调整人工磁导体反射板的材料与几何特征，以使特定频段的中心频率对应的反射相位为零。举例来说，可将一第一频段（即Band20）与一第二频段（即Band7）的第一、第二中心频率对应的反射相位分别调整为零，然而由于中心频率的斜率均不平缓，而第二中心频率的斜率又相当陡，因此频率与反射相位的关系曲线有较剧烈的变化，而第一、第二频段对应的反射相位范围无法趋近0度，即中心频率的对应0度反射相位的频宽较为受限。换言之，天线的频宽相对较窄。

为了解决上述问题，本发明进一步提供一多频天线50，如图1A～图1E所示。图1A为本发明实施例一多频天线50的正面示意图，图1B为本发明实施例多频天线50的背面示意图，图1C为本发明实施例多频天线50的上视示意图，图1D为多频天线50沿图1C的剖线C-C’的截面示意图，图1E为多频天线50的局部示意图。如图1A～图1E所示，多频天线50包含有一磁导体反射板500、辐射金属部510、520及支撑件530、540。磁导体反射板500为一蕈状（mushroom-type）结构的人工磁导体，其包含有一金属平板302、介质层304及周期排列成3×3阵列排列的多个金属突出物金属突出物MP11～MP33。其中，金属突出物MP11～MP33分别由正方形金属板SQ11～SQ33与金属圆柱VIA11～VIA33组成而大致具有一蕈状外型，并部分电连接至金属平板302而设置于金属平板302上，而介质层304则可填满金属平板302与金属突出物MP11～MP33之间的空隙。此外，辐射金属部510、520为用来收发无线电信号的主要辐射体，其中，辐射金属部510为极化倾斜45度的一主教帽状偶极天线（bishop hat dipole），辐射金属部520为极化倾斜135度的另一主教帽状偶极天线，换言之，辐射金属部510、520的中线大致呈90度以收发互相正交的两种极化方向的无线电信号，并且，主教帽状偶极天线可增加频宽，且能有效利用空间，并使辐射金属部510、520之间有较小的重叠面积，而能提高隔离度。

如图1D所示，支撑件530、540则介于辐射金属部510、520与磁导体反射板500之间，用来固定辐射金属部510、520与磁导体反射板500分别相隔距离D2、D3，以使辐射金属部510、520与磁导体反射板500之间不互相电连接。同时，如图1E所示，能量由传输线馈入辐射金属部510、520，而馈入传输线芯线512、522连接至辐射金属部510、520的辐射金属片510b、520b，传输线金属编织514、524则连接至辐射金属部510、520的辐射金属片510a、520a。值得注意的是，距离D2、D3大致介于0到四分之一无线电信号波长之间，即距离D2、D3较佳地大于0且小于四分之一的无线电信号波长，且距离D2、D3根据一多频天线配置方法60（于后详述）而配置。此外，距离D2、D3较佳相等，但为了方便焊接，距离D2、D3也可有适当的差距，以避免传输线芯线512、522之间发生短路。

此外，请参考图2，图2为本发明实施例多频天线50的磁导体反射板500的频率与反射相位的关系曲线的示意图。其中，一频段FB1（如Band20）可对应至一反射相位范围PD1，频段FB1的一中心频率FC1可对应至一反射相位PH1，同样地，一频段FB2（如Band7）可对应至一反射相位范围PD2，频段FB2的一中心频率FC2可对应至一反射相位PH2。并且，根据多频天线配置方法60，多频天线50所操作的频段FB1、FB2的中心频率FC1、FC2不再对应0度的反射相位，以增加多频天线的频宽。

简单而言，通过多频天线配置方法60可适当配置距离D2、D3及磁导体反射板500的材料与几何特征，可使由辐射金属部510、520收发的多个频段的无线电信号与经由磁导体反射板500反射的多个频段的无线电信号能在空间中同相位而互相加乘，以增加多频天线50的增益值，并可缩小多频天线50所需的尺寸。此外，互相正交的辐射金属部510、520分别为主教帽状偶极天线，可增加频宽，且能有效利用空间，并使辐射金属部510、520之间有较小的重叠面积，而能提高两种极化方向的隔离度。

请参考图3，图3为本发明实施例适用于多频天线50的多频天线配置方法60的流程示意图。多频天线配置方法60包含以下步骤：

步骤S600：开始。

步骤S602：决定多频天线50的磁导体反射板500与多频天线50的辐射金属部510之间的距离D2。

步骤S604：根据一配置要求，计算磁导体反射板500于距离D2对应多个频段中的频段FB1的中心频率FC1的一第一反射相位值及对应多个频段的频段FB2的中心频率FC2的一第二反射相位值。

步骤S606：决定多频天线50的一长度与一宽度。

步骤S608：调整磁导体反射板500的材料与几何特征，以改变磁导体反射板500的多个反射相位相对于多个频率的一关系曲线，而使频段FB1的中心频率FC1对应的反射相位PH1等于第一反射相位值，且使频段FB2的中心频率FC2对应的反射相位PH2等于第二反射相位值。

步骤S610：根据关系曲线，决定磁导体反射板500的材料与几何特征。

步骤S612：通过多频天线50的支撑件530，固定磁导体反射板500与辐射金属部510相隔距离D2，并使磁导体反射板500与辐射金属部510之间不互相电连接。

步骤S614：结束。

换言之，为了设置多频天线50的磁导体反射板500、辐射金属部510、520及支撑件530、540，多频天线配置方法60先决定磁导体反射板500与辐射金属部510之间的距离D2。接着，根据一配置要求，计算磁导体反射板500于距离D2（如45.4mm）对应频段FB1（如Band20）的中心频率FC1（如826.5MHz）的第一反射相位值及磁导体反射板500于距离D2对应频段FB2（如Band7）的中心频率FC2（如2595MHz）的第二反射相位值。其中，配置要求用来使无线电信号与反射的无线电信号于空间中至少一位置形成建设性干涉，举例来说，由于距离D2大致介于0到四分之一无线电信号波长之间，因此，根据配置要求，第一反射相位值θ1及第二反射相位值θ2可分别符合公式1、2：

θ1=4πD2/λ1 （公式1），

θ2=4πD2/λ2-2π （公式2），

其中，λ1、λ2分别为中心频率FC1、FC2对应的波长。如此一来，对应中心频率FC1的无线电信号与（对应中心频率FC1且被磁导体反射板500）反射的无线电信号于一位置的一第一相位差为零，以形成建设性加乘，并且，中心频率FC2相较中心频率FC1为下一个可对应距离D2而形成建设性加乘的频率，因此，对应中心频率FC2的无线电信号与（对应中心频率FC2并被磁导体反射板500）反射的无线电信号于一位置的一第二相位差为2π。较佳地，第一反射相位值θ1介于0度与180度之间（如90度），而第二反射相位值θ2介于-180度与0度之间（如-77.4度）。举例来说，表一列出磁导体反射板500于不同的距离D2且对应826.5MHz的第一反射相位值及对应2595MHz的第二反射相位值。

（表一）

接着，决定多频天线50的长度与宽度，此时也可调整磁导体反射板500的金属突出物数目。在决定磁导体反射板500与辐射金属部510的距离D2（如45.9mm）及多频天线50的长度（如120mm）与宽度（如120mm）后，可进一步调整磁导体反射板500的材料与几何特征，以改变磁导体反射板500的关系曲线，而使频段FB1（如Band20）的中心频率FC1（如826.5MHz）对应的反射相位PH1等于第一反射相位值（即90度），且使频段FB2（如Band7）的中心频率FC2（如2595MHz）对应的反射相位PH2等于第二反射相位值（即-77.4度），即辐射金属部510收发的频率FC1、FC2的无线电信号与经由磁导体反射板500反射的频率FC1、FC2的无线电信号能在空间中同相位而互相加乘，而能增加多频天线50的增益值。由于反射相位介于0度与180度之间或介于-180度与0度之间时，反射相位相对于频率的关系曲线较为平缓，因此当第一反射相位值介于0度与180度之间（如90度）且第二反射相位值介于-180度与0度之间（如-77.4度）时，可使辐射金属部510收发的频段FB1、FB2的无线电信号与经由磁导体反射板500反射的频段FB1、FB2的无线电信号能在空间中也大致同相位而能互相加乘，也就是有较宽频的表现。

根据关系曲线而决定磁导体反射板500的材料与几何特征后，可进一步通过多频天线50的支撑件530，固定磁导体反射板500与辐射金属部510相隔距离D2，并使磁导体反射板500与辐射金属部510之间不互相电连接。同样地，磁导体反射板500与辐射金属部520的距离D3也可以类似的方式设置，然而，由于距离D2大致等于距离D3，因此也可依据距离D2而直接利用支撑件540固定磁导体反射板500与辐射金属部520。

由上述可知，通过多频天线配置方法60可适当配置距离D2、D3及磁导体反射板500的材料与几何特征，可使由辐射金属部510、520收发的多个频段的无线电信号与经由磁导体反射板500反射的多个频段的无线电信号能在空间中同相位而互相加乘，以增加多频天线50的增益值。同时，由于反射相位介于0度与180度之间或介于-180度与0度之间时，反射相位相对于频率的一关系曲线较为平缓，因此可确保多频天线50有较宽的频宽。此外，由于距离D2、D3大致介于0到四分之一无线电信号波长之间，且多频天线50的长度与宽度可自由决定，因此可缩小多频天线50的尺寸。

通过模拟及量测可进一步判断多频天线50的不同频率的天线辐射场型是否符合系统需求。请参考图4A至4D，其中，多频天线50的长度与宽度均设定为120mm，距离D2设定为45.9mm，磁导体反射板500的厚度设定为22.2mm，因此多频天线50的总高度设定为68.1mm。图4A为上述尺寸下多频天线50的天线共振模拟结果示意图，其中，长虚线代表多频天线50的辐射金属部510的天线共振模拟结果，实线代表多频天线50的辐射金属部520的天线共振模拟结果，短虚线代表多频天线50的辐射金属部510、520的天线隔离度模拟结果。如图4A所示，在Band7与Band20的频段中，多频天线50的辐射金属部510、520的返回损耗（S11值）分别在-9dB、-10.7dB以下，且辐射金属部510、520的隔离度都至少在50dB以上。图4B、4C分别为上述尺寸下多频天线50对应不同频率821MHz及2570MHz的天线场型特性模拟结果示意图，其中，实线代表多频天线50的同极化在0度角的辐射场型，点线代表多频天线50的同极化在90度角的辐射场型，长虚线代表多频天线50的正交极化在0度角的辐射场型，短虚线代表多频天线50的正交极化在90度角的辐射场型。另外，图4D为多频天线50的场型特性表，表二为多频天线50的天线特性表，由表二及图4A～图4D可知，多频天线50能充分满足长期演进无线通讯系统的Band7与20的要求。

（表二）

频段	Band20	Band7
			返回损耗	>9.0dB	>10.7dB
隔离度	>50.0dB	>50.0dB
			最大增益值	5.50～6.16dBi	10.1～11.1dBi
前后场型比（F/B）	>12.1dB	>9.2dB
			H截面的3dB波束宽	96°～106°	39°～42°

极化隔离度（Co/Cx）

>26.7dB

>18.3dB

若进一步缩减多频天线50的尺寸，使多频天线50的长度与宽度均设定为105mm，距离D2设定为43mm，磁导体反射板500的厚度设定为21.2mm，因此多频天线50的总高度设定为64.2mm，则相关模拟结果如图5A至图5D所示。图5A为上述尺寸下多频天线50的天线共振模拟结果示意图，其中，长虚线代表多频天线50的辐射金属部510的天线共振模拟结果，实线代表多频天线50的辐射金属部520的天线共振模拟结果，短虚线代表多频天线50的辐射金属部510、520的天线隔离度模拟结果。如图5A所示，在Band7与Band20的频段中，多频天线50的辐射金属部510、520的返回损耗（S11值）分别在-7.2dB、-9dB以下，且辐射金属部510、520的隔离度分别至少在29.7dB、43.8dB以上。图5B、图5C分别为上述尺寸下多频天线50对应不同频率821MHz及2570MHz的天线场型特性模拟结果示意图，其中，实线代表多频天线50的同极化在0度角的辐射场型，点线代表多频天线50的同极化在90度角的辐射场型，长虚线代表多频天线50的正交极化在0度角的辐射场型，短虚线代表多频天线50的正交极化在90度角的辐射场型。另外，图5D为上述尺寸下多频天线50的场型特性表，表三为多频天线50的天线特性表，由表三及图5A～图5D可知，即使缩小尺寸，多频天线50仍能充分满足长期演进无线通讯系统的Band7与20的要求。

（表三）

频段	Band20	Band7
			返回损耗	>7.2dB	>9.0dB
隔离度	>29.7dB	>43.8dB
			最大增益值	5.01～6.27dBi	9.37～10.6dBi
前后场型比（F/B）	>7.0dB	>8.3dB
			H截面的3dB波束宽	92°～104°	40°～44°
极化隔离度（Co/Cx）	>19.6dB	>16.7dB

值得注意的是，多频天线50为本发明的实施例，本领域具通常知识者当可据以做不同的变化。举例来说，辐射金属部510、520为一主教帽状偶极天线，但不限于此而可为其他种类的偶极天线，如一领结形偶极天线（bowtie dipole）、一菱形偶极天线（diamonddipole）或一椭圆形偶极天线（elliptic dipole），但不限于此。并且，磁导体反射板500可具有一蕈状（mushroom-type）结构或其他类型的周期结构。支撑件530、540可为一圆柱状的支撑柱以固定辐射金属部510、520，其与辐射金属部510、520的相对位置可视不同设计考虑而适当调整，或者可通过单一的支撑件而一并固定辐射金属部510、520，并且，传输线可包覆于支撑件中。但本发明的支撑件不以此为限，支撑件也可为一绝缘层，以固定辐射金属部与磁导体反射板，以使辐射金属部与磁导体反射板之间不互相电连接。并且，距离D2、D3大致介于0到四分之一无线电信号波长之间，但不限于此，距离也可视系统需求而调整，因此，反射相位值θ３、θ４符合公式3、4：

θ３=4πD/λ1+2nπ （公式3），

θ４=4πD/λ2+2mπ （公式4），

其中，n、m为任意整数。此外，多频天线50操作于频段FB1、FB2，但不限于此，而可操作于多个频段，并通过改变磁导体反射板的关系曲线，而使辐射金属部收发的多个频段无线电信号与经由磁导体反射板而反射的无线电信号能在空间中大致同相位而能互相加乘。

此外，磁导体反射板可提供-180度到180度的反射相位，严格来说，-180度到180度的反射相位均可应用于多频天线，但不同的反射相位会影响辐射金属部与磁导体反射板的距离，且进一步影响频宽（如反射相位为0度时，频宽较小）。举例来说，表四即列出反射相位为180度、120度、60度、0度、-60度、-120度及-180度时，辐射金属部与磁导体反射板的距离，其中，最短距离为零，最长距离为波长的二分之一。根据表四，可分别设置多频天线。详细而言，请参考图6～图10B，图6为本发明实施例一偶极天线90在磁导体反射板平面上的示意图，其中，偶极天线90的架构与多频天线50相似，不同之处在于，偶极天线90的辐射金属部910为一偶极天线，磁导体反射板900的金属突出物为3×3的阵列排列，金属突出物之间的间距P1设定为100mm，正方形金属板的宽度W1设定为95mm，且介质层为空气。

在此情况下，若磁导体反射板900的厚度设定为11.1mm，磁导体反射板900与辐射金属部910相隔的距离H设定为60.5mm，则图7A为磁导体反射板900的频率与反射相位的关系曲线的示意图，图7B为偶极天线90对应频率826.5MHz的天线场型特性模拟结果示意图，其中，磁导体反射板900对应频率826.5MHz时的反射相位为120°。若磁导体反射板900的厚度设定为15.2mm，磁导体反射板900与辐射金属部910相隔的距离H设定为30.1mm，则图8A为磁导体反射板900的频率与反射相位的关系曲线的示意图，图8B为偶极天线90对应频率826.5MHz的天线场型特性模拟结果示意图，其中，磁导体反射板900对应频率826.5MHz时的反射相位为60°。若磁导体反射板900的厚度设定为22.6mm，磁导体反射板900与辐射金属部910相隔的距离H设定为151.3mm，则图9A为磁导体反射板900的频率与反射相位的关系曲线的示意图，图9B为偶极天线90对应频率826.5MHz的天线场型特性模拟结果示意图，其中，磁导体反射板900对应频率826.5MHz时的反射相位为-60°。若磁导体反射板900的厚度设定为45mm，磁导体反射板900与辐射金属部910相隔的距离H设定为120.0mm，则图10A为磁导体反射板900的频率与反射相位的关系曲线的示意图，图10B为偶极天线90对应频率826.5MHz的天线场型特性模拟结果示意图，其中，磁导体反射板900对应频率826.5MHz时的反射相位为-120°。如图7A～图10B所示，辐射金属部110收发的826.5MHz的无线电信号与经由磁导体反射板900反射的826.5MHz的无线电信号能在空间中同相位而互相加乘。

（表四）

反射相位	辐射金属部与磁导体反射板的距离
		l80°	90.7mm
l20°	60.5mm
		60°	30.2mm
0°	0mm
		-60°	151.2mm
-120°	120.9mm
		-180°	90.7mm

另一方面，多频天线配置方法也可视不同系统需求或设计考虑而适当调整。举例来说，请参考图11，图11为本发明实施例适用于多频天线50的多频天线配置方法11的流程示意图。多频天线配置方法11包含以下步骤：

步骤S1400：开始。

步骤S1402：决定多频天线50的磁导体反射板500与多频天线50的辐射金属部510之间的距离D2。

步骤S1404：根据一配置要求，计算磁导体反射板500于距离D2对应多个频段中的频段FB1的一第一相位值范围及距离D2对应多个频段的频段FB2的第二反射相位值范围。

步骤S1406：决定多频天线50的一长度与一宽度。

步骤S1408：调整磁导体反射板500的材料与几何特征，以改变磁导体反射板500的多个反射相位相对于多个频率的一关系曲线，而使频段FB1对应的反射相位范围PD1大致等于第一反射相位值范围，且使频段FB2对应的反射相位范围PD2大致等于第二反射相位值范围。

步骤S1410：根据关系曲线，决定磁导体反射板500的材料与几何特征。

步骤S1412：通过多频天线50的支撑件530，固定磁导体反射板500与辐射金属部510相隔距离D2，并使磁导体反射板500与辐射金属部510之间不互相电连接。

步骤S1414：结束。

由上述可知，多频天线配置方法140与图3的多频天线配置方法60大致相似，两者不同之处在于，多频天线配置方法140是计算频段FB1、FB2的第一反射相位值范围与第二反射相位值范围，并且，关系曲线适当调整后，可使频段FB1对应的反射相位范围PD1大致等于第一反射相位值范围，且使频段FB2对应的反射相位范围PD2大致等于第二反射相位值范围。换言之，多频天线配置方法140直接调整关系曲线，以使辐射金属部510收发的频段FB1、FB2的无线电信号与经由磁导体反射板500反射的频段FB1、FB2的无线电信号均能在空间中同相位而能互相加乘。

综上所述，本发明通过适当配置辐射金属部与磁导体反射板的距离及磁导体反射板的材料与几何特征，可使由辐射金属部收发的多个频段的无线电信号与经由磁导体反射板反射的多个频段的无线电信号能在空间中同相位而互相加乘，以增加多频天线的增益值。并且，由于反射相位介于0度与180度之间或介于-180度与0度之间时，反射相位相对于频率的一关系曲线较为平缓，因此可确保多频天线有较宽的频宽。此外，由于辐射金属部与磁导体反射板的距离大致介于0到四分之一无线电信号波长之间，且多频天线的长度与宽度可自由决定，因此可缩小多频天线的尺寸。另一方面，互相正交的辐射金属部分别为主教帽状偶极天线而可增加频宽，且能有效利用空间，并使辐射金属部之间有较小的重叠面积，而能提高两种极化方向的隔离度。

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，都应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种多频天线配置方法，用来配置一多频天线以收发多个频段的无线电信号，该多频天线配置方法包含有：

决定该多频天线的一磁导体(magnetic conductor)反射板与该多频天线的一第一辐射金属部之间的一距离，其中，该磁导体反射板用来反射该无线电信号，以增加该多频天线的增益值，并且其中，该磁导体反射板设置为人工磁导体构成的反射板；

根据一配置要求，计算该磁导体反射板于该距离对应该多个频段中一第一频段的一第一中心频率的一第一反射相位值及对应该多个频段中一第二频段的一第二中心频率的一第二反射相位值，其中该配置要求使该无线电信号与反射的该无线电信号于空间中至少一位置形成建设性干涉；

决定该多频天线的一长度与一宽度；

调整该磁导体反射板的一材料与一几何特征，以改变该磁导体反射板的多个反射相位相对于多个频率的一关系曲线，而使该第一中心频率对应的一第一反射相位等于该第一反射相位值，且使该第二中心频率对应的一第二反射相位等于该第二反射相位值；以及

根据该关系曲线，决定该磁导体反射板的该材料与该几何特征。

2.如权利要求1所述的多频天线配置方法，其中该第一反射相位值介于0度与180度之间，且该第二反射相位值介于-180度与0度之间。

3.如权利要求1所述的多频天线配置方法，其中，该磁导体反射板包括金属平板和多个反射元件，反射元件由金属板和连通柱组成，并部分电连接至金属平板而设置于金属平板上，并且其中该几何特征选自该磁导体反射板的一长度、该磁导体反射板的一宽度、该磁导体反射板的一高度、该磁导体反射板的多个反射元件的一长度、该磁导体反射板的该多个反射元件的一宽度及该磁导体反射板的多个连通柱(via)的一半径。

4.如权利要求1所述的多频天线配置方法，其中该距离小于该无线电信号的该多个频段的波长的四分之一。

5.如权利要求1所述的多频天线配置方法，其中该多频天线另包含有第二辐射金属部，对应该第一辐射金属部设置，且该第一辐射金属部的一中线与该第二辐射金属部的一中线大致呈90度，以收发两种极化方向的无线电信号。

6.如权利要求1所述的多频天线配置方法，另包含有通过该多频天线的一支撑件，固定该磁导体反射板与该第一辐射金属部相隔该距离，并使该磁导体反射板与该第一辐射金属部之间不互相电连接。

7.如权利要求4所述的多频天线配置方法，其中根据该配置要求，该第一反射相位值θ₁符合θ₁＝4πD/λ1，该第二反射相位值θ₂符合θ₂＝4πD/λ2-2π，D为该距离，λ1为该第一中心频率对应的一第一波长，且λ2为该第二中心频率对应的一第二波长，以使对应该第一中心频率的该无线电信号与反射的该无线电信号于该至少一位置的一第一相位差为零，且对应该第二中心频率的该无线电信号与反射的该无线电信号于该至少一位置的一第二相位差为2π。

8.一种多频天线，用来收发多个频段的无线电信号，包含有：

磁导体(magnetic conductor)反射板，用来反射该无线电信号，以增加该多频天线的增益值，其中，该磁导体反射板设置为人工磁导体构成的反射板；以及

第一辐射金属部，位于该磁导体反射板之上；

其中，该磁导体反射板、该第一辐射金属部及一支撑件根据一多频天线配置方法而设置，该多频天线配置方法包含决定该磁导体反射板与该第一辐射金属部之间的一距离；根据一配置要求，计算该磁导体反射板于该距离对应该多个频段中一第一频段的一第一中心频率的一第一反射相位值及对应该多个频段中一第二频段的一第二中心频率的一第二反射相位值，其中该配置要求使该无线电信号与反射的该无线电信号于空间中至少一位置形成建设性干涉；决定该多频天线的一长度与一宽度；调整该磁导体反射板的一材料与一几何特征，以改变该磁导体反射板的多个反射相位相对于多个频率的一关系曲线，而使该第一中心频率对应的一第一反射相位等于该第一反射相位值，且使该第二中心频率对应的一第二反射相位等于该第二反射相位值；以及根据该关系曲线，决定该磁导体反射板的该材料与该几何特征。

9.如权利要求8所述的多频天线，其中该第一反射相位值介于0度与180度之间，且该第二反射相位值介于-180度与0度之间。

10.如权利要求8所述的多频天线，其中，该磁导体反射板包括金属平板和多个反射元件，反射元件由金属板和连通柱组成，并部分电连接至金属平板而设置于金属平板上，并且其中该几何特征选自该磁导体反射板的一长度、该磁导体反射板的一宽度、该磁导体反射板的一高度、该磁导体反射板的多个反射元件的一长度、该磁导体反射板的该多个反射元件的一宽度及该磁导体反射板的多个连通柱(via)的一半径。

11.如权利要求8所述的多频天线，其中该距离小于该无线电信号的该多个频段的波长的四分之一。

12.如权利要求8所述的多频天线，还包含有第二辐射金属部，对应该第一辐射金属部设置，且该第一辐射金属部的一中线与该第二辐射金属部的一中线大致呈90度，以收发两种极化方向的无线电信号。

13.如权利要求8所述的多频天线，其中该支撑件用来固定该磁导体反射板与该第一辐射金属部相隔该距离，以使该磁导体反射板与该第一辐射金属部之间不互相电连接。

14.如权利要求11所述的多频天线，其中根据该配置要求，该第一反射相位值θ₁符合θ₁＝4πD/λ1，该第二反射相位值θ₂符合θ₂＝4πD/λ2-2π，D为该距离，λ1为该第一中心频率对应的一第一波长，且λ2为该第二中心频率对应的一第二波长，以使对应该第一中心频率的该无线电信号与反射的该无线电信号于该至少一位置的一第一相位差为零，且对应该第二中心频率的该无线电信号与反射的该无线电信号于该至少一位置的一第二相位差为2π。