CN106033835A - 天线模块及其天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种天线模块及其天线结构，天线结构包含底板、多个子天线单元与主天线单元。主天线单元由底板的侧边垂直延伸而出。子天线单元由底板的另多个相异侧边垂直延伸而出且围绕主天线单元。底板具有不规则形状，用以电性连接外部接地点。子天线单元具有子信号馈入部用以接收子电流，而主天线单元具有主信号馈入部用以接收主电流。子天线单元用以与底板提供多个子电流路径。当子电流分别流经对应的子电流路径时，产生对应的子辐射场。主天线单元用以与底板提供主电流路径，当主电流流经主电流路径时，产生主辐射场。

Description

天线模块及其天线结构

技术领域

本发明涉及一种天线模块及其天线结构，尤其涉及一种用于无线基地台(wireless access point,WAP或AP)的天线模块及其天线结构。

背景技术

在21世纪初，无线基地台因为其价格低廉以及容易安装使用的特性使其快速地流行。无线基地台可以避免电子装置如个人电脑或笔电的乙太网络缆线因为整理不易，而容易缠结、混乱。且要是在建筑施工之初没有事先规划走线，在增设新的有线网络时，经常需要破坏建筑结构以削足适履，更增混乱。

使用无线基地台建立无线网络可以大幅减少这些不便，而给予用户更大的自由，不至于被缆线绑缚住。但随着移动电子装置的普及，无线基地台常常要做为移动中的电子装置的接取点(access point)。此时无线基地台常常会面临收讯范围不足或收讯方向不正确的问题。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的在于揭露一种天线模块及其天线结构，用以使无线基地台可以根据移动电子装置的位置变换收讯范围或收讯方向。使无线基地台可以因时制宜地与移动电子装置进行通讯，以增进无线通讯的便利。

本发明提供了一种天线结构，包含底板、多个子天线单元与主天线单元。底板具有不规则形状，用以电性连接外部接地点。主天线单元由底板的一侧边垂直延伸而出。子天线单元由底板的其余多个相异侧边垂直延伸而出且围绕主天线单元。子天线单元具有子信号馈入部用以接收子电流，而主天线单元具有主信号馈入部用以接收主电流。子天线单元用以与底板提供子电流路径。当子电流分别流经对应的子电流路径时，产生对应的子辐射场。主天线单元用以与底板提供主电流路径，当主电流流经主电流路径时，产生主辐射场。其中，天线结构根据主辐射场结合子辐射场所产生的指向型辐射场，以收发某一特定方向的无线信号。

本发明更提供了一种天线模块，包含天线结构与多个开关单元，其中天线结构包含底板、多个子天线单元与主天线单元。底板具有不规则形状，用以电性连接外部接地点。主天线单元由底板的另一侧边垂直延伸而出。子天线单元由底板的其余多个相异侧边垂直延伸而出且围绕主天线单元。子天线单元具有子信号馈入部用以接收子电流，而主天线单元具有主信号馈入部用以接收主电流。子天线单元用以与底板提供子电流路径。当子电流分别流经对应的子电流路径时，产生对应的子辐射场。主天线单元用以与底板提供主电流路径，当主电流流经主电流路径时，产生主辐射场。所述多个开关单元的一端分别电性连接所述多个子天线单元其中之一的信号馈入部，而这些开关单元的另一端分别接收子电流。每一个开关单元用以于被导通时提供子电流给子天线单元。其中，当开关单元至少其中之一被导通时，天线模块根据主辐射场结合子辐射场所产生的指向型辐射场，以收发某一特定方向的无线信号。

综上所述，本发明提供了一种天线模块及其天线结构，天线结构具有主天线单元用以产生主辐射场，还具有多个子天线单元以产生子辐射场。天线模块则包含前述天线结构以及多个开关单元以选择性地产生所述的子辐射场。藉此，天线模块可以切换其辐射场型为所欲方向的指向型辐射场型，进而能根据使用者位置改变数据传输方向，提高通讯品质，十分具有实用性。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A本发明一实施例中天线结构的立体示意图；

图1B为图1A的天线结构的侧视示意图；

图2A本发明另一实施例中天线结构的立体示意图；

图2B为图2A的天线结构的侧视示意图；

图3本发明一实施例中天线模块的示意图；

图4本发明一实施例中第一辐射场型的示意图；

图5本发明一实施例中第二辐射场型的示意图；

图6本发明一实施例中第三辐射场型的示意图；

图7本发明一实施例中第四辐射场型的示意图；

图8本发明一实施例中第五辐射场型的示意图；

图9本发明一实施例中第六辐射场型的示意图；

图10本发明一实施例中第七辐射场型的示意图。

其中，附图标记

1、1’ 天线结构

2 天线模块

10、10’ 底板

11a～11d、11a’～11d’ 子天线单元

110a～110d、110a’～110d’ ㄇ字形结构

112a～112d、112a’～112d’ 子信号馈入部

114a’～114d’ 延伸部

12、12’ 主天线单元

120、120’ 连接部

122、122’ 主信号馈入部

B1～B7、B1’～B7’、D1～D7 辅助线

SW_a’～SW_d’ 开关单元

x、y、z 座标轴

具体实施方式

以下在实施方式中叙述本发明的详细特征，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且依据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下实施例进一步说明本发明的诸面向，但非以任何面向限制本发明的范畴。

需先一提的是，为使附图简明易懂，所附的附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构。因此，所显示的元件并非以实际实施时的数目、形状、尺寸比例等加以绘制，其实际实施时主天线与子天线的规格尺寸以及外型实为一种选择性的设计，且其元件布局形态可能更为复杂，先于叙明。

请一并参照图1A与图1B以协助说明天线结构的实际态样，图1A本发明一实施例中天线结构的立体示意图。图1B为1A图的天线结构的侧视示意图。如图1A所示，本发明的天线模块中的天线结构1是以可导电的材料藉一体成形的方式挠曲制成；然于实务上也可分别制成上述的各天线单元后再组装成天线结构1，故在此仅为举例介绍本发明天线结构的制造方式，并不加以限制。所述导电材料可例如为铜、铝等金属材料，在此亦不加以限制。天线结构1包含底板10、多个子天线单元11a～11d及主天线单元12。底板10具有不规则形状，此不规则形状可以根据本发明的天线结构1所应用的系统、电子装置其机构设计的考量而有所不同，在此并不加以限制。

所述的多个子天线单元11a～11d是分别由底板10的多个相异侧边垂直延伸而出。如图1A所示，根据各子天线单元11a～11d的相对位置，可以说子天线单元11a～11d形成一个虚拟四边形，子天线单元11a～11d分占此虚拟四边形的四个顶点。所述主天线单元12由底板10其余的一侧边垂直延伸而出，且主天线单元12位于所述的虚拟四边形内，亦即且子天线单元11a～11d围绕主天线单元12。需要注意的是，主天线单元12与子天线单元11a～11d是朝同一方向自底板10垂直延伸而出；且此天线结构1用以收发具有第一频率的无线信号，此第一频率例如为5吉赫(Giga Hertz,GHz)。

为求使本文各附图的相对方位简明易懂，各图中均绘示有相对应的座标轴以指示各图间的对应方位。例如图1右下角绘示有三维xyz座标轴，用以指示天线结构1各部件的相对方位。可以看出，本实施例中的天线结构1其底板10是位于xy平面(x轴、y轴所构成的平面)上，而主天线单元12及子天线单元11a～11d则朝z轴方向自底板10垂直延伸而出。图1B是为由逆y轴方向朝xz平面观的的侧视图，从图1B可以看出主天线单元12与子天线单元11a、11d共yz平面。往后各图则以此类推，不再予以赘述。

延续先前叙述，底板10用以电性连接外部接地点，并藉以形成一接地面。主天线单元12具有主信号馈入部122用以接收主电流，且主天线单元12用以与该底板10提供该天线结构1一条主电流路径。当所述主电流由主信号馈入部122进入天线结构1，并流经该主电流路径时，天线结构1产生主辐射场，用以收发所述具有第一频率的无线信号。而子天线单元11a～11d分别具有子信号馈入部112a～112d用以分别接收子电流，子天线单元11a～11d用以与底板10提供天线结构1多个子电流路径。更明确地来说，每一个子天线单元11a～11d分别与底板10形成一条子电流路径。而当所述子电流分别由子信号馈入部112a～112d进入天线结构1，并流经对应的子电流路径时，天线结构1产生对应的子辐射场。

值得注意的是，当所述的主电流与至少一子电流同时进入天线结构1，并分别流经对应的主电流路径与子电流路径时，天线结构1同时产生所述的主辐射场与子辐射场。此时，主辐射场受子辐射场影响而改变其场型，进而产生一指向型辐射场。此指向型辐射场系指向某一个特定方向，亦即指向型辐射场的能量集中于特定的方向。当所述天线结构1藉指向型辐射场收发无线信号时，可更有效地收发某个特定方向上的无线信号，并且提升上述无线信号的信号品质。

事实上，主天线单元12与子天线单元11a～11d的形状不同，其具有的阻抗(matching)也会对应改变，进而使得前述主电流、子电流流经其对应的电流路径时，其产生的主辐射场与子辐射场会根据阻抗的不同而具有不同的场型以及频率。如图1A所示，主天线单元12包含有连接部120用以连接底板10，其中所述连接部120具有第一蜿蜒形状。而主天线单元12的主信号馈入部122是自连接部120的侧边，朝逆z轴方向延伸而出，并朝该底板10所在的平面延伸。

且如图1B所示，主信号馈入部122突出于所述平面。而子天线单元11a～11d基本上是为一ㄇ字形结构110a～110d，所述ㄇ字形结构110a～110d的一端连接底板10，另一端则是子天线单元11a～11d的子信号馈入部112a～112d。如图所示，子信号馈入部112a～112d是朝底板10所在的平面延伸。且如图1B所示，子信号馈入部112a～112d垂直并突出于底板10所在的平面。

请参照图2A、图2B，图2A本发明另一实施例中天线结构的立体示意图，图2B为图2A的天线结构的侧视示意图。图2A所对应实施例的天线结构1’具有与图1A、图1B所对应者不同形状的主天线单元12’与子天线单元11a’～11d’，使图2A所对应实施例得以是用于收发具有第二频率的无线信号，所述第二频率例如为2.4吉赫。如图示，与前述实施例的天线结构1不同的是，此实施例中天线结构1’的主天线单元12’的连接部120’具有第二蜿蜒形状，且子天线单元11a’～11d’的结构更与前述实施例有所不同。

延续先前叙述，在此实施例中的子天线单元11a’～11d’包含ㄇ字形结构110a’～110d’，且ㄇ字形结构110a’～110d’是平行于底板10’。ㄇ字形结构110a’～110d’的一端朝底板10’垂直延伸出延伸部114a’～114d’，用以垂直连接底板10’且同时垂直于ㄇ字形结构110a’～110d’；而子信号馈入部112a’～112d’自ㄇ字形结构110a’～110d’的另一端垂直延伸而出，且更朝所述第二方向亦即底板所在的平面延伸。如图2B所示，子信号馈入部112a’～112d’突出于该底板10’所在的平面，且同时垂直于ㄇ字形结构110a～110d’。

于实务上，除了以调整各天线单元的形状进而形成不同的阻抗来产生不同的辐射场型来收发不同频率的无线信号之外，本发明的天线模块还可以控制流经天线结构1、1’的子电流以调整辐射场型。以下以包含天线结构1’的天线模块进行说明。请参照图3，图3本发明一实施例中天线模块的示意图。在图3中的天线模块2包含如图2A、图2B中的天线结构1’以及多个对应于子天线单元11a’～11d’的开关单元。如图所示，以各部件的等效功能而言，底板10’分别电性连接主天线单元12’与开关单元SW_a’～SW_d’，各开关单元SW_a’～SW_d’再分别电性连接子天线单元11a’～11d’。

更详细地来说，每一开关单元SW_a’～SW_d’包含有两个端点，其中一端电性连接延伸部114a’～114d’靠近基板1’的一端，另一端电性连接延伸部114a’～114d’远离基板1’的另一端。所述的开关单元SW_a’～SW_d’可以选择性地被导通，以选择性地使子电流流经子天线单元11a’～11d’与基板1’所形成的电流路径。举开关单元SW_a’为例来说，当开关单元SW_a’被导通时，子电流流经子天线单元11a’与基板1’所形成的电流路径，使得子天线单元11a’据以产生对应的子辐射场。而开关单元SW_b’～SW_d’与子天线单元11b’～11d’的对应作动关系则可以此类推。

承接上述，每一开关单元SW_a’～SW_d’可以独立地导通或不导通；换句话说，每一个子天线单元11a’～11d’可以独立地根据开关单元SW_a’～SW_d’的导通与否，而产生对应的子辐射场。意即，借着控制导通开关单元SW_a’～SW_d’的个数，可以控制不同个数、方位的子辐射场，进而产生所欲的指向型辐射场。所述开关单元SW_a’～SW_d’可例如为开关二极管(switching diode)或者金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，在此并不加以限制。

以下以具有天线结构1’的天线模块2为例，以说明辐射场型根据导通开关单元的个数及其所在方位的不同而产生的变化，为求叙述简明，在此更进一步定义子天线单元11a’～11d’依序为第一、第二、第三、第四子天线单元11a’～11d’，而对应于第一、第二、第三、第四子天线单元11a’～11d’的开关单元SW_a’～SW_d’依序为第一、第二、第三、第四子开关单元SW_a’～SW_d’。天线结构1、1’所产生的辐射场型实际上是一三维不规则球型；为求叙述简明，以下所用以举例的场型图系以一垂直于所述底板10、10’的方向观测得的场型数据所绘成的二维场型图。更详细地说，所述的观测方向是为前述的第二方向。

请参照图4协助说明，图4本发明一实施例中第一辐射场型的示意图。图4由多个以虚线绘成的同心圆所构成，同心圆的圆心为前述天线结构1’的中心点。每一不同半径的同心圆圆周代表具有不同的分贝值(decibel,dB)的辐射强度，其中最外圈是10分贝，圆心则是-20分贝。在最外圈的同心圆外以逆时针方向标注有0度、30度以至330度的方位角。其中0度角对应至第一子天线单元11a’所在的方位，90度角对应至第二子天线单元11b’所在的方位，180度角对应至第三子天线单元11c’所在的方位，而270度角则对应至第四子天线单元11d’所在的方位。而0度角、180度角构成的轴线更对应至前述各图的y轴，且90度角、270度角构成的轴线则对应至前述各图的x轴。

在图4所对应实施例中，第一、第二、第三与第四开关单元SW_a’～SW_d’皆不导通，此时只有主电流流经主电流路径，子电流并未进入天线结构1’的各子天线单元11a’、11b’、11c’、11d’。此时天线结构1’对应产生如图4的第一辐射场型，此第一辐射场型亦为所述的主辐射场的场型。第一辐射场型的能量最集中处是在于辅助线D1所指的方向，此时天线模块2可藉由第一辐射场型收发所有方向上的信号；而相对于其他方向，天线模块2可更有效率地收发辅助线B1、B1’所夹的范围内的无线信号。

请接着参照图5，图5本发明一实施例中第二辐射场型的示意图。在此实施例中，除了主电流经主信号馈入部122’进入主电流路径产生主辐射场外，第一开关单元SW_a’导通使得子电流流经位于0度角方位的第一子天线单元11a’与底板10’所形成的子电流路径，并对应产生相对应的子辐射场型。子辐射场型与主辐射场型互相叠加、推挤，最后产生如图5的第二辐射场型。第二辐射场型的能量最集中处是位于辅助线D2所指的方向；而相对于其他方向，天线模块2可更有效率地收发辅助线B2、B2’所夹范围内的无线信号。

请参照图6，图6本发明一实施例中第三辐射场型的示意图。此时除了主电流经主信号馈入点馈入天线结构1’产生主辐射场外，对应于90度角的第二开关单元SW_b’导通，使得子电流进入第二子天线单元11b’与底板10’所形成的子电流路径，并产生相对应的子辐射场。主辐射场与子辐射场互相叠合、推挤，最后产生如图6所示的第三辐射场型。第三辐射场型的能量最集中于辅助线D3所指的方向，而此时天线模块2可藉由第三辐射场型收发所有方向上的信号；而相对于其他方向，天线模块2可更有效率地收发辅助线B3、B3’所夹范围内的无线信号。如图示，由于受不同的子辐射场影响，辅助线D3所指向的角度又不同于辅助线D1、D2所指的角度。

请参照图7，图7本发明一实施例中第四辐射场型的示意图。不同于图6所欲示意的是，在图7中只有对应于180度角的第三开关单元SW_c’被导通，并产生相对应的子辐射场。主辐射场与子辐射场互相叠合推挤，最后产生如图7所示的第四辐射场型。第四辐射场型的能量最集中处是位于辅助线D4所指的方向，而此时天线模块2可藉由第四辐射场型收发所有方向上的信号；而相对于其他方向，天线模块2可更有效率地收发辅助线B4、B4’所夹的范围内的无线信号。

请参照图8，图8本发明一实施例中第五辐射场型的示意图。在图8中只有对应于270度角的第四开关单元SW_d’被导通，并产生相对应的子辐射场。主辐射场与子辐射场互相叠合推挤，最后产生如图8所示的第五辐射场型。第五辐射场型的能量最集中处是位于辅助线D5所指的方向，而此时天线模块2可藉由第五辐射场型收发所有方向上的信号；而相对于其他方向，天线模块2可更有效率地收发辅助线B5、B5’所夹的范围内的无线信号。

因此，综合以上对图4～图8的说明可以得知，本发明的天线模块可以藉由选择性地同时导通单一的开关单元组合，以馈入子电流至各子天线单元SW_a’～SW_d’相对应的子电流路径，并对应产生如第4～8图的辐射场型，且其中每一辐射场型所指向的方向都有所不同。故，借着切换所述辐射场型，天线模块2除了可以收发各方向上的无线信号外，更有效率地收发各辅助线B1、B1’～B5、B5’所夹的不同方向上、不同范围内的无线信号。

除了图4～图8所示意的以导通单一开关单元所形成的辐射场型外，天线模块2更可以导通多个开关单元以形成不同组合，来产生其他对应的辐射场型。请参照图9与图10，图9本发明一实施例中第六辐射场型的示意图，图10本发明一实施例中第七辐射场型的示意图。其中，图9为导通开关单元SW_a’与SW_b’时的场型，而图10为导通开关单元SW_a’、SW_b’与SW_c’时的场型。如图所示，图9与图10所对应实施例时更提供了与图4～图8所示意的不同的场型，以应实际需求而变化。且于此二实施例中，天线模块2可更有效率地收发辅助线B6、B6’或辅助线B7、B7’所夹范围中的无线信号。此间细节是为所属技术领域具通常知识者能根据前述内容类推，故于此不再重复赘述。

综上所述，本发明提供了一种天线模块及其天线结构，此天线结构具有主天线单元用以根据馈入主信号产生主辐射场，还具有多个子天线单元用以根据馈入子信号产生子辐射场。天线模块除了包含前述天线结构，更包含多个开关单元以选择性地导通对应开关单元，藉以选择性地馈入对应的子电流给对应的子天线单元，以产生所述的子辐射场。藉此，天线模块可以选择性地切换产生子辐射场型，以产生指向所欲方向的指向型辐射场型。因此本发明的一种天线模块及其天线结构实能根据使用者位置改变数据传输方向，适合作为智能型天线使用以提高通讯品质，十分具有实用性。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包含：

一底板，具有一不规则形状，用以电性连接一接地点；

多个子天线单元，分别由该底板的多个相异侧边垂直延伸而出，该些子天线单元分别具有一子信号馈入部用以分别接收一子电流，每一该子天线单元用以与该底板提供一子电流路径，并于该子电流流经该子电流路径时产生一子辐射场；以及

一主天线单元，由该底板的另一侧边垂直延伸而出，且该些子天线单元围绕该主天线单元，该主天线单元具有一主信号馈入部用以接收一主电流，该主天线单元用以与该底板提供一主电流路径，并于该主电流流经该主电流路径时产生一主辐射场；

其中，该天线结构根据该主辐射场结合至少一该子辐射场所产生的一指向型辐射场，以收发某一特定方向的无线信号。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该主天线单元更包含一连接部用以连接该底板，该连接部具有一蜿蜒形状，该主天线单元的该主信号馈入部自该连接部的一侧边延伸而出，并朝该底板所在的一平面延伸，且突出于该平面。

3.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，每一该子天线单元为一ㄇ字形结构，该ㄇ字形结构的一端连接该底板，每一该子天线单元的该子信号馈入部为该ㄇ字形结构的另一端，且该子信号馈入部朝该底板所在的一平面延伸，并垂直且突出于该平面。

4.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，每一该子天线单元更包含一ㄇ字形结构，该ㄇ字形结构平行于该底板，该ㄇ字形结构的一端朝该底板垂直延伸出一延伸部，用以垂直连接该底板且同时垂直于该ㄇ字形结构，该子信号馈入部自该ㄇ字形结构的另一端垂直延伸而出，并突出于该底板所在的平面且同时垂直于该ㄇ字形结构。

5.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该天线结构以一体成形的方式制成，而该些子天线单元分占一虚拟四边形的各顶点，且该主天线单元位于该虚拟四边形所占范围内。

6.一种天线模块，其特征在于，包含：

一天线结构，包含：

一底板，具有一不规则形状，用以电性连接一接地点；

多个子天线单元，分别由该底板的多个相异侧边垂直延伸而出，该些子天线单元分别具有一子信号馈入部用以分别接收一子电流，每一该子天线单元用以与该底板提供一子电流路径，并于该子电流流经该子电流路径时产生一子辐射场；及

一主天线单元，由该底板的一侧边垂直延伸而出，且该些子天线单元围绕该主天线单元，该主天线单元具有一主信号馈入部用以接收一主电流，该主天线单元用以与该底板提供一主电流路径，并于该主电流流经该主电流路径时产生一主辐射场；以及

多个开关单元，该些开关单元的一端分别电性连接该些子天线单元其中之一的该子信号馈入部，该些开关单元的另一端分别接收该子电流，每一该开关单元用以于被导通时提供该子电流给该些子天线单元其中之一；

其中，当该些开关单元至少其中之一被导通时，该天线模块根据该主辐射场结合至少一该子辐射场所产生的一指向型辐射场，以收发某一特定方向的无线信号。

7.根据权利要求6所述的天线模块，其特征在于，该主天线单元更包含一连接部用以连接该底板，该连接部具有一蜿蜒形状，该主天线单元的该子信号馈入部自该连接部的一侧边延伸而出，并朝该底板所在的一平面延伸，且突出于该平面。

8.根据权利要求6所述的天线模块，其特征在于，每一该子天线单元为一ㄇ字形结构，该ㄇ字形结构的一端连接该底板，每一该子天线单元的该子信号馈入部为该ㄇ字形连接部的另一端，且该子信号馈入部朝该底板所在的一平面延伸，并垂直且突出于该平面。

9.根据权利要求6所述的天线模块，其特征在于，每一该子天线单元包含一ㄇ字形结构，该ㄇ字形结构平行于该底板，该ㄇ字形结构的一端朝该底板垂直延伸出一延伸部，用以垂直连接该底板且同时垂直于该ㄇ字形结构，该子信号馈入部自该ㄇ字形结构的另一端垂直延伸而出，并突出于该底板所在的平面且同时垂直于该ㄇ字形结构。

10.根据权利要求6所述的天线模块，其特征在于，该天线结构以一体成形的方式制成，而该些子天线单元分占一虚拟四边形的各顶点，且该主天线单元位于该虚拟四边形所占范围内。