CN106450797A - 天线系统 - Google Patents

Abstract

一种天线系统。该天线系统包括：一系统接地面、一第一天线阵列，以及一第二天线阵列；该第一天线阵列包括一第一天线组件、一第二天线组件、一第三天线组件，以及一第四天线组件；该第二天线阵列包括一第五天线组件、一第六天线组件、一第七天线组件，以及一第八天线组件；其中该第二天线阵列设置于该第一天线阵列和该系统接地面之间；其中该第一天线阵列具有一第一极化方向，该第二天线阵列具有一第二极化方向，而该第一极化方向和该第二极化方向互相正交。本发明适合应用于各种室内环境，以克服传统因信号反射和多重路径衰减造成通信质量不佳的问题。

Description

天线系统

技术领域

本发明涉及一种天线系统，特别涉及一种全向性(Omni-directional)、多极化方向的天线系统。

背景技术

随着移动通信技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式计算机、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求，移动装置通常具有无线通信的功能。有些涵盖长距离的无线通信范围，例如：移动电话使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系统及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的频带进行通信，而有些则涵盖短距离的无线通信范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通信。

无线网络基站(Wireless Access Point)是使移动装置在室内能高速上网的必要组件。然而，由于室内环境充满了信号反射和多重路径衰减(Multipath Fading)，无线网络基站必须能同时处理来自各方向和各种极化的信号。因此，如何在无线网络基站的有限空间中设计出一种全向性、多极化方向的天线，已成为现今设计者的一大挑战。

因此，需要提供一种天线系统来满足上述需求。

发明内容

在较佳实施例中，本发明提供一种天线系统，该天线系统包括：一系统接地面；一第一天线阵列，该第一天线阵列包括一第一天线组件、一第二天线组件、一第三天线组件，以及一第四天线组件；以及一第二天线阵列，该第二天线阵列包括一第五天线组件、一第六天线组件、一第七天线组件，以及一第八天线组件；其中该第二天线阵列设置于该第一天线阵列和该系统接地面之间；其中该第一天线阵列具有一第一极化方向，该第二天线阵列具有一第二极化方向，而该第一极化方向和该第二极化方向互相正交。

在一些实施例中，该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件具有相同结构，并沿着该第一天线阵列的一中心点呈点对称分布。

在一些实施例中，该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件皆为偶极天线。

在一些实施例中，该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件分别设置于一正方形的四个侧边上。

在一些实施例中，该第一天线阵列还包括一第一引向器、一第二引向器、一第三引向器，以及一第四引向器，分别用于导引该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件的辐射能量向外传递。

在一些实施例中，该第一天线阵列还包括一第一反射器、一第二反射器、一第三反射器，以及一第四反射器，分别用于反射该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件的辐射能量向外传递。

在一些实施例中，该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件皆为折叠偶极天线。

在一些实施例中，该第一天线阵列还包括一第一切换电路、一第二切换电路、一第三切换电路，以及一第四切换电路，使得该第一天线阵列操作于一指向性模式或一全向性模式。

在一些实施例中，该第一切换电路、该第二切换电路、该第三切换电路，以及该第四切换电路皆为正-本-负二极管。

在一些实施例中，该第一切换电路、该第二切换电路、该第三切换电路，以及该第四切换电路的每一者分别耦接于一中心馈入点和该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件的对应一者之间。

在一些实施例中，该第一切换电路、该第二切换电路、该第三切换电路，以及该第四切换电路分别内嵌于该第一反射器、该第二反射器、该第三反射器，以及该第四反射器之中。

在一些实施例中，该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件设置于一第一基板上，该第五天线组件和该第七天线组件设置于一第二基板上，该第六天线组件和该第八天线组件设置于一第三基板上，而该第一基板、该第二基板，以及该第三基板互相垂直。

在一些实施例中，该第五天线组件、该第六天线组件、该第七天线组件，以及该第八天线组件具有相同结构，并沿着该第二天线阵列的一中心点呈点对称分布。

在一些实施例中，该第五天线组件、该第六天线组件、该第七天线组件，以及该第八天线组件皆为单极天线。

在一些实施例中，该第五天线组件、该第六天线组件、该第七天线组件，以及该第八天线组件皆为平面倒F字形天线。

在一些实施例中，该第二天线阵列还包括一第五反射器、一第六反射器、一第七反射器，以及一第八反射器，分别用于反射该第五天线组件、该第六天线组件、该第七天线组件，以及该第八天线组件的辐射能量向外传递。

在一些实施例中，该第五反射器、该第六反射器、该第七反射器，以及该第八反射器皆耦接至该系统接地面。

在一些实施例中，该第一天线阵列大致平行于该系统接地面，而该第二天线阵列大致垂直于该系统接地面。

在一些实施例中，该第一天线阵列和该第二天线阵列操作于一低频频带，该低频频带约介于2400MHz至2500MHz之间，而该第一天线阵列和该系统接地面的一间距约等于该低频频带的一中心操作频率的0.125倍波长。

在一些实施例中，该第一天线阵列和该第二天线阵列操作于一高频频带，该高频频带约介于4900MHz至5950MHz之间，而该第一天线阵列和该系统接地面的一间距约等于该高频频带的一中心操作频率的0.25倍波长。

本发明藉由将水平极化和垂直极化的天线组件排列成环形，这些天线阵列可以达成近似全向性的辐射场型，并同时接收和传送各种极化方向的信号。另外，若辅以切换电路的使用，则本发明的天线系统还可在指向性模式和全向性模式之间切换。本发明很适合应用于各种室内环境，以克服传统因信号反射和多重路径衰减造成通信质量不佳的问题。

附图说明

图1显示根据本发明一实施例所述的天线系统的示意图；

图2A显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列的透视图；

图2B显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列的正面图；

图2C显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列的背面图；

图3A显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列的透视图；

图3B显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列的正面图；

图3C显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列的背面图；

图4显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列的示意图；

图5显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列的示意图；

图6A显示根据本发明一实施例所述的第二天线阵列的立体图；

图6B显示根据本发明一实施例所述的第二天线阵列的部分侧面图；

图7A显示根据本发明一实施例所述的第二天线阵列的立体图；

图7B显示根据本发明一实施例所述的第二天线阵列的部分侧面图；

图8显示根据本发明一实施例所述的天线系统的示意图；

图9显示根据本发明一实施例所述的天线系统的示意图；

图10A显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于全向性模式时的S参数图；

图10B显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于全向性模式时的第一辐射场型图；

图10C显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于全向性模式时的第二辐射场型图；

图11A显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于指向性模式时的S参数图；

图11B显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于指向性模式时的第一辐射场型图；

图11C显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于指向性模式时的第二辐射场型图；

图12A显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于全向性模式时的S参数图；

图12B显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于全向性模式时的第一辐射场型图；

图12C显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于全向性模式时的第二辐射场型图；

图13A显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于指向性模式时的S参数图；

图13B显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于指向性模式时的第一辐射场型图；以及

图13C显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于指向性模式时的第二辐射场型图。

主要组件符号说明：

100、800、900 天线系统

110 系统接地面

121、221、321 第一基板

122、622、722 第二基板

123、623、723 第三基板

130、230、330、430、530 第一天线阵列

131、231、331、431、531 第一天线组件

132、232、332、432、532 第二天线组件

133、233、333、433、533 第三天线组件

134、234、334、434、534 第四天线组件

140、640、740 第二天线阵列

145、645、745 第五天线组件

146、646、746 第六天线组件

147、647、747 第七天线组件

148、648、748 第八天线组件

190 信号源

251 第一引向器

252 第二引向器

253 第三引向器

254 第四引向器

261、361、561 第一反射器

262、362、562 第二反射器

263、363、563 第三反射器

264、364、564 第四反射器

271、272、273、274 穿透件

481、581 第一切换电路

482、582 第二切换电路

483、583 第三切换电路

484、584 第四切换电路

665、765 第五反射器

666、766 第六反射器

667、767 第七反射器

668、768 第八反射器

B1、B2、B3、B4、B5、D1、D2 间距

LK 扼流电感器

VSS 接地电位

具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下。

图1显示根据本发明一实施例所述的天线系统100的示意图。天线系统100可应用于一无线网络基站当中，并提供近似全向性的辐射场型。如图1所示，天线系统100包括：一系统接地面110、一第一天线阵列130，以及一第二天线阵列140。系统接地面110可以是无线网络基站的一金属接地面，并可提供一接地电位VSS。第二天线阵列140设置于第一天线阵列130和系统接地面110之间。第一天线阵列130和第二天线阵列140皆可由一信号源190所激发。第一天线阵列130包括一第一天线组件131、一第二天线组件132、一第三天线组件133，以及一第四天线组件134。第二天线阵列140包括一第五天线组件145、一第六天线组件146、一第七天线组件147，以及一第八天线组件148。详细而言，第一天线组件131、第二天线组件132、第三天线组件133，以及第四天线组件134设置于一第一基板121上；第五天线组件145和第七天线组件147设置于一第二基板122上；而第六天线组件146和第八天线组件148设置于一第三基板123上，其中第一基板121、第二基板122，以及第三基板123互相垂直，它们的配置近似于坐标平面中的X平面、Y平面，以及Z平面。必须注意的是，前述天线组件皆呈环形配置，使得天线系统100能具有近似全向性的辐射场型。另外，第一天线阵列130具有一第一极化方向，而第二天线阵列140具有一第二极化方向，其中第一极化方向和第二极化方向互相正交。举例而言，第一极化方向可以是一水平极化方向(例如：X方向或Y方向)，而第二极化方向可以是一垂直极化方向(例如：Z方向)。在此设计下，全向性的天线系统100可用于接收或传送各种极化方向的信号。

第一天线阵列和第二天线阵列的细部结构可如下列实施例所述。必须理解的是，这些实施例仅用于举例说明，而非用于限制本发明的专利范围。

图2A显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列230的透视图。图2B显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列230的正面图。图2C显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列230的背面图。请一并参考图2A、图2B、图2C。第一天线阵列230包括一第一天线组件231、一第二天线组件232、一第三天线组件233、一第四天线组件234、一第一引向器(Director)251、一第二引向器252、一第三引向器253、一第四引向器254、一第一反射器(Reflector)261、一第二反射器262、一第三反射器263，以及一第四反射器264。每一天线组件设置于对应的一引向器和对应的一反射器之间。在图2A、图2B、图2C的实施例中，第一天线组件231、第二天线组件232、第三天线组件233，以及第四天线组件234皆为偶极天线(Dipole Antenna)。每一偶极天线包括一正向支路和一负向支路，分别位于一第一基板221的一上表面和一下表面上，其中正向支路和负向支路皆为直条形。第一天线组件231、第二天线组件232、第三天线组件233，以及第四天线组件234具有相同结构，并沿着第一天线阵列230的一中心点呈点对称分布。每一天线组件的长度约等于第一天线阵列230的一中心操作频率的0.5倍波长。详细而言，第一天线组件231、第二天线组件232、第三天线组件233，以及第四天线组件234分别设置于正方形的第一基板221的四个侧边上。第一引向器251、第二引向器252、第三引向器253，以及第四引向器254分别用于导引第一天线组件231、第二天线组件232、第三天线组件233，以及第四天线组件234的辐射能量向外传递。每一引向器大致为一直条形。每一引向器的长度约介于第一天线阵列230的中心操作频率的0.25倍波长至0.5倍波长之间。每一引向器和邻近的一天线组件的间距B1约介于第一天线阵列230的中心操作频率的0.15倍波长至0.25倍波长之间。第一反射器261、第二反射器262、第三反射器263，以及第四反射器264分别用于反射第一天线组件231、第二天线组件232、第三天线组件233，以及第四天线组件234的辐射能量向外传递。每一反射器大致为一U字形，并包括一第一部分和一第二部分，其中第一部分和第二部分可位于第一基板221的下表面上，而第一部分和第二部分的端点可藉由二穿透件(Via)(271、272、273，或274)在第一基板221的上表面上互相连接。每一反射器的长度约介于第一天线阵列230的中心操作频率的0.5倍波长至1倍波长之间。每一反射器和邻近的一天线组件的间距B2约介于第一天线阵列230的中心操作频率的0.15倍波长至0.25倍波长之间。必须注意的是，前述引向器和反射器为选用(Optional)组件，其用于增强第一天线阵列230的增益(Gain)。在其他实施例中，前述引向器或反射器亦可由第一天线阵列230中移除。

图3A显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列330的透视图。图3B显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列330的正面图。图3C显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列330的背面图。请一并参考图3A、图3B、图3C。第一天线阵列330包括一第一天线组件331、一第二天线组件332、一第三天线组件333、一第四天线组件334、一第一反射器361、一第二反射器362、一第三反射器363，以及一第四反射器364。在图3A、图3B、图3C的实施例中，第一天线组件331、第二天线组件332、第三天线组件333，以及第四天线组件334皆为折叠偶极天线(Folded Dipole Antenna)。每一折叠偶极天线包括一正向支路和一负向支路，分别位于一第一基板321的一上表面和一下表面上，其中正向支路大致为四分之一的一循环结构，而负向支路大致为四分之三的循环结构。前述循环结构可以大致为一中空矩形。第一天线组件331、第二天线组件332、第三天线组件333，以及第四天线组件334具有相同结构，并沿着第一天线阵列330的一中心点呈点对称分布。每一天线组件的长度约等于第一天线阵列330的一中心操作频率的0.5倍波长。详细而言，第一天线组件331、第二天线组件332、第三天线组件333，以及第四天线组件334分别设置于正方形的第一基板321的四个侧边上。第一反射器361、第二反射器362、第三反射器363，以及第四反射器364分别用于反射第一天线组件331、第二天线组件332、第三天线组件333，以及第四天线组件334的辐射能量向外传递。每一反射器大致为一U字形，并包括一第一部分和一第二部分，其中第一部分和第二部分皆位于第一基板321的下表面上，而第一部分和第二部分的端点皆可耦接至第一基板321的下表面上的对应的一天线馈入线。每一反射器的长度约介于第一天线阵列330的中心操作频率的0.5倍波长至1倍波长之间。每一反射器和邻近的一天线组件的间距B3约介于第一天线阵列330的中心操作频率的0.15倍波长至0.25倍波长之间。必须注意的是，前述反射器为选用组件，其用于增强第一天线阵列330的增益。在其他实施例中，前述反射器亦可由第一天线阵列330中移除。

图4显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列430的示意图。第一天线阵列430包括一第一天线组件431、一第二天线组件432、一第三天线组件433、一第四天线组件434、一第一切换电路481、一第二切换电路482、一第三切换电路483，以及一第四切换电路484。第一切换电路481、第二切换电路482、第三切换电路483，以及第四切换电路484的每一者分别耦接于一中心馈入点491和第一天线组件431、第二天线组件432、第三天线组件433，以及第四天线组件434的对应一者之间。一信号源190耦接于中心馈入点491和一接地电位VSS之间，并用于激发第一天线阵列430。一扼流电感器LK耦接于中心馈入点491和接地电位VSS之间，并用于导引直流信号、阻断交流信号。扼流电感器LK的一电感值可以大于100nH。前述切换电路用于控制第一天线阵列430操作于一指向性模式(Directional Mode)或一全向性模式(Omni Mode)。举例而言，当所有切换电路都导通时，第一天线阵列430将操作于全向性模式；而当有任一切换电路未导通时，第一天线阵列430将操作于指向性模式。藉由控制前述切换电路，可轻易调整第一天线阵列430的辐射场型。在一些实施例中，第一切换电路481、第二切换电路482、第三切换电路483，以及第四切换电路484皆为正-本-负二极管(PIN Diode)。例如，每一正-本-负二极管的一阳极可耦接至对应的一天线组件，而每一正-本-负二极管的一阴极可耦接至中心馈入点491。前述正-本-负二极管可根据一直流信号选择性地导通或断开，使得第一天线阵列430在全向性模式和指向性模式之间作切换。

图5显示根据本发明一实施例所述的第一天线阵列530的示意图。第一天线阵列530包括一第一天线组件531、一第二天线组件532、一第三天线组件533、一第四天线组件534、一第一反射器561、一第二反射器562、一第三反射器563、一第四反射器564、一第一切换电路581、一第二切换电路582、一第三切换电路583，以及一第四切换电路584。与之前实施例不同的是，前述反射器皆位于第一天线阵列530的最外围。第一切换电路581、第二切换电路582、第三切换电路583，以及第四切换电路584分别内嵌于第一反射器561、第二反射器562、第三反射器563，以及第四反射器564之中。一信号源190耦接于一中心馈入点591和一接地电位VSS之间，并用于激发第一天线阵列530。一扼流电感器LK耦接于中心馈入点591和接地电位VSS之间，并用于导引直流信号、阻断交流信号。扼流电感器LK的一电感值可以大于100nH。前述切换电路用于调整前述反射器的等效共振长度，从而控制第一天线阵列530操作于一指向性模式或一全向性模式。举例而言，当第一切换电路581导通时，第一反射器561的等效共振长度将变长(例如：大于第一天线阵列530的一中心操作频率的0.5倍波长)，因此第一反射器561可用于阻挡来自第一天线组件531的辐射能量；而当第一切换电路581断开时，第一反射器561的等效共振长度将变短(例如：小于第一天线阵列530的中心操作频率的0.5倍波长)，因此第一反射器561可用于导引第一天线组件531的辐射能量向外传递。其他切换电路和反射器的操作原理与此相似。在此设计下，当所有切换电路都断开时，第一天线阵列530将操作于全向性模式；而当有任一切换电路导通时，第一天线阵列530将操作于指向性模式。藉由控制前述切换电路，可轻易调整第一天线阵列530的辐射场型。在一些实施例中，第一切换电路581、第二切换电路582、第三切换电路583，以及第四切换电路584皆为正-本-负二极管。前述正-本-负二极管可根据一直流信号选择性地导通或断开，使得第一天线阵列530在全向性模式和指向性模式之间作切换。

图6A显示根据本发明一实施例所述的第二天线阵列640的立体图。图6B显示根据本发明一实施例所述的第二天线阵列640的部分侧面图。请一并参考图6A、图6B。第二天线阵列640包括一第五天线组件645、一第六天线组件646、一第七天线组件647、一第八天线组件648、一第五反射器665、一第六反射器666、一第七反射器667，以及一第八反射器668。在图6A、图6B的实施例中，第五天线组件645、第六天线组件646、第七天线组件647，以及第八天线组件648皆为平面倒F字形天线(Planar Inverted F Antenna，PIFA)。第五天线组件645、第六天线组件646、第七天线组件647，以及第八天线组件648具有相同结构，并沿着第二天线阵列640的一中心点呈点对称分布。详细而言，第五天线组件645和第七天线组件647分别设置于一第二基板622的二相对侧边上，而第六天线组件646和第八天线组件648分别设置于一第三基板623的二相对侧边上，其中第二基板622和第三基板623互相垂直。第五反射器665、第六反射器666、第七反射器667，以及第八反射器668分别用于反射第五天线组件645、第六天线组件646、第七天线组件647，以及第八天线组件648的辐射能量向外传递。第五反射器665、第六反射器666、第七反射器667，以及第八反射器668皆耦接至一接地电位VSS，其中接地电位VSS可由一系统接地面所提供。每一反射器大致为一Z字形。每一反射器的长度约介于第二天线阵列640的中心操作频率的0.5倍波长至1倍波长之间。每一反射器和邻近的一天线组件的间距B4约介于第二天线阵列640的中心操作频率的0.15倍波长至0.25倍波长之间。必须注意的是，前述反射器为选用组件，其用于增强第二天线阵列640的增益。在其他实施例中，前述反射器亦可由第二天线阵列640中移除。

图7A显示根据本发明一实施例所述的第二天线阵列740的立体图。图7B显示根据本发明一实施例所述的第二天线阵列740的部分侧面图。请一并参考图7A、图7B。第二天线阵列740包括一第五天线组件745、一第六天线组件746、一第七天线组件747、一第八天线组件748、一第五反射器765、一第六反射器766、一第七反射器767，以及一第八反射器768。在图7A、图7B的实施例中，第五天线组件745、第六天线组件746、第七天线组件747，以及第八天线组件748皆为单极天线(Monopole Antenna)。每一单极天线大致为一直条形。第五天线组件745、第六天线组件746、第七天线组件747，以及第八天线组件748具有相同结构，并沿着第二天线阵列740的一中心点呈点对称分布。详细而言，第五天线组件745和第七天线元747分别设置于一第二基板722的二相对侧边上，而第六天线组件746和第八天线组件748分别设置于一第三基板723的二相对侧边上，其中第二基板722和第三基板723互相垂直。第五反射器765、第六反射器766、第七反射器767，以及第八反射器768分别用于反射第五天线组件745、第六天线组件746、第七天线组件747，以及第八天线组件748的辐射能量向外传递。第五反射器765、第六反射器766、第七反射器767，以及第八反射器768皆耦接至一接地电位VSS，其中接地电位VSS可由一系统接地面所提供。每一反射器大致为一倒U字形，其中心部分界定出一矩形缺口，且其二端朝向相反方向延伸。每一反射器的长度约介于第二天线阵列740的中心操作频率的0.5倍波长至1倍波长之间。每一反射器和邻近的一天线组件的间距B5约介于第二天线阵列740的中心操作频率的0.15倍波长至0.25倍波长之间。必须注意的是，前述反射器为选用组件，其用于增强第二天线阵列740的增益。在其他实施例中，前述反射器亦可由第二天线阵列740中移除。

必须理解的是，第二天线阵列亦可如图4、图5的实施例所述，还包括一第五切换电路、一第六切换电路、一第切换电路，以及一第八切换电路，使得第二天线阵列操作于一指向性模式或一全向性模式，由于其原理十分近似，在此不再作重复说明。

图8显示根据本发明一实施例所述的天线系统800的示意图。天线系统800为系统接地面110与前述第一天线阵列230(图2A、图2B、图2C)、第二天线阵列740(图7A、图7B)的一组合，其中第一天线阵列230大致平行于系统接地面110，而第二天线阵列740大致垂直于系统接地面110。在图8的实施例中，第一天线阵列230和第二天线阵列740皆操作于一高频频带，而此高频频带约介于4900MHz至5950MHz之间。第一天线阵列230和系统接地面110的一间距D1约等于高频频带的一中心操作频率的0.25倍波长。根据实际测量结果，天线系统800可具有近似全向性的辐射场型，以及可切换的指向性辐射场型，并可用于接收及传送水平和垂直极化方向的信号。

图9显示根据本发明一实施例所述的天线系统900的示意图。天线系统900为系统接地面110与前述第一天线阵列330(图3A、图3B、图3C)、第二天线阵列640(图6A、图6B)的一组合，其中第一天线阵列330大致平行于系统接地面110，而第二天线阵列640大致垂直于系统接地面110。和图8相比，图9的第一天线阵列330还水平旋转约45度，而两者的高度则几乎相同。在图9的实施例中，第一天线阵列330和第二天线阵列640皆操作于一低频频带，而此低频频带约介于2400MHz至2500MHz之间。第一天线阵列330和系统接地面110的一间距D2约等于低频频带的一中心操作频率的0.125倍波长。根据实际测量结果，天线系统900可具有近似全向性的辐射场型，以及可切换的指向性辐射场型，并可用于接收及传送水平和垂直极化方向的信号。

必须注意的是，图1-5的第一天线阵列可与图6-7的第二天线阵列作任意组合，以形成不同天线系统，其亦可发挥如图8、图9的实施例的功效。

图10A显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于全向性模式时的S参数图。图10B显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于全向性模式时的第一辐射场型图。图10C显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于全向性模式时的第二辐射场型图。图10B、图10C由二个不同截面所测量到的辐射场型，其中此二截面可以大致互相垂直。

图11A显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于指向性模式时的S参数图。图11B显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于指向性模式时的第一辐射场型图。图11C显示根据本发明一实施例所述的天线系统在高频频带且操作于指向性模式时的第二辐射场型图。图11B、图11C由二个不同截面所测量到的辐射场型，其中此二截面可以大致互相垂直。

图12A显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于全向性模式时的S参数图。图12B显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于全向性模式时的第一辐射场型图。图12C显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于全向性模式时的第二辐射场型图。图12B、图12C由二个不同截面所测量到的辐射场型，其中此二截面可以大致互相垂直。

图13A显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于指向性模式时的S参数图。图13B显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于指向性模式时的第一辐射场型图。图13C显示根据本发明一实施例所述的天线系统在低频频带且操作于指向性模式时的第二辐射场型图。图13B、图13C由二个不同截面所测量到的辐射场型，其中此二截面可以大致互相垂直。

本发明提供一种2x2的多输入多输出(Mulit-Input Multi-Output，MIMO)天线系统。藉由将水平极化和垂直极化的天线组件排列成环形，这些天线阵列可以达成近似全向性的辐射场型，并同时接收和传送各种极化方向的信号。另外，若辅以切换电路的使用，则本发明的天线系统还可在指向性模式和全向性模式之间切换。本发明很适合应用于各种室内环境，以克服传统因信号反射和多重路径衰减造成通信质量不佳的问题。

值得注意的是，以上所述的组件尺寸、组件参数、组件形状，以及频率范围皆非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。另外，本发明的天线系统并不仅限于图1-9所图示的状态。本发明可以仅包括图1-9的任何一个或多个实施例的任何一项或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的天线系统中。

在本说明书以及权利要求书中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同组件。

本发明虽以较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (20)

1.一种天线系统，该天线系统包括：

一系统接地面；

一第一天线阵列，该第一天线阵列包括一第一天线组件、一第二天线组件、一第三天线组件，以及一第四天线组件；以及

一第二天线阵列，该第二天线阵列包括一第五天线组件、一第六天线组件、一第七天线组件，以及一第八天线组件；

其中该第二天线阵列设置于该第一天线阵列和该系统接地面之间；

其中该第一天线阵列具有一第一极化方向，该第二天线阵列具有一第二极化方向，而该第一极化方向和该第二极化方向互相正交。

2.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件具有相同结构，并沿着该第一天线阵列的一中心点呈点对称分布。

3.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件皆为偶极天线。

4.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件分别设置于一正方形的四个侧边上。

5.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一天线阵列还包括一第一引向器、一第二引向器、一第三引向器，以及一第四引向器，分别用于导引该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件的辐射能量向外传递。

6.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一天线阵列还包括一第一反射器、一第二反射器、一第三反射器，以及一第四反射器，分别用于反射该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件的辐射能量向外传递。

7.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件皆为折叠偶极天线。

8.如权利要求6所述的天线系统，其中该第一天线阵列还包括一第一切换电路、一第二切换电路、一第三切换电路，以及一第四切换电路，使得该第一天线阵列操作于一指向性模式或一全向性模式。

9.如权利要求8所述的天线系统，其中该第一切换电路、该第二切换电路、该第三切换电路，以及该第四切换电路皆为正-本-负二极管。

10.如权利要求8所述的天线系统，其中该第一切换电路、该第二切换电路、该第三切换电路，以及该第四切换电路的每一者分别耦接于一中心馈入点和该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件的对应一者之间。

11.如权利要求8所述的天线系统，其中该第一切换电路、该第二切换电路、该第三切换电路，以及该第四切换电路分别内嵌于该第一反射器、该第二反射器、该第三反射器，以及该第四反射器之中。

12.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一天线组件、该第二天线组件、该第三天线组件，以及该第四天线组件设置于一第一基板上，该第五天线组件和该第七天线组件设置于一第二基板上，该第六天线组件和该第八天线组件设置于一第三基板上，而该第一基板、该第二基板，以及该第三基板互相垂直。

13.如权利要求1所述的天线系统，其中该第五天线组件、该第六天线组件、该第七天线组件，以及该第八天线组件具有相同结构，并沿着该第二天线阵列的一中心点呈点对称分布。

14.如权利要求1所述的天线系统，其中该第五天线组件、该第六天线组件、该第七天线组件，以及该第八天线组件皆为单极天线。

15.如权利要求1所述的天线系统，其中该第五天线组件、该第六天线组件、该第七天线组件，以及该第八天线组件皆为平面倒F字形天线。

16.如权利要求1所述的天线系统，其中该第二天线阵列还包括一第五反射器、一第六反射器、一第七反射器，以及一第八反射器，分别用于反射该第五天线组件、该第六天线组件、该第七天线组件，以及该第八天线组件的辐射能量向外传递。

17.如权利要求16所述的天线系统，其中该第五反射器、该第六反射器、该第七反射器，以及该第八反射器皆耦接至该系统接地面。

18.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一天线阵列大致平行于该系统接地面，而该第二天线阵列大致垂直于该系统接地面。

19.如权利要求18所述的天线系统，其中该第一天线阵列和该第二天线阵列操作于一低频频带，该低频频带约介于2400MHz至2500MHz之间，而该第一天线阵列和该系统接地面的一间距约等于该低频频带的一中心操作频率的0.125倍波长。

20.如权利要求18所述的天线系统，其中该第一天线阵列和该第二天线阵列操作于一高频频带，该高频频带约介于4900MHz至5950MHz之间，而该第一天线阵列和该系统接地面的一间距约等于该高频频带的一中心操作频率的0.25倍波长。