CN109149080A - 通讯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种通讯装置，包括一天线系统。该天线系统至少包括一双极化天线、一反射器，以及一平面倒F字形天线。该双极化天线包括一第一钻石形偶极天线元件和一第二钻石形偶极天线元件，其中该第二钻石形偶极天线元件具有二个截角。该反射器邻近于该双极化天线，并用于反射该双极化天线的辐射能量。该平面倒F字形天线至少部分由该反射器所形成。该平面倒F字形天线包括一辐射部、一接地部，以及一馈入部，其中一槽孔形成于该辐射部和该接地部之间，而该槽孔具有宽度变化，以增加该平面倒F字形天线的操作频宽。

Description

通讯装置
技术领域
本发明涉及一种通讯装置，特别是涉及一种通讯装置及其天线系统。
背景技术
随着移动通讯技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式电脑、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讯的功能。有些涵盖长距离的无线通讯范围，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的频带进行通讯，而有些则涵盖短距离的无线通讯范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通讯。
无线网络基地台(Wireless Access Point)是使移动装置于室内能高速上网的必要元件。然而，由于室内环境充满了信号反射和多重路径衰减(Multipath Fading)，无线网络基地台必须能同时处理来自各方向和各种极化的信号。因此，如何于无线网络基地台的有限空间中设计出一种高增益、多极化方向的天线，已成为现今设计者的一大挑战。
发明内容
在优选实施例中，本发明提供一种通讯装置，包括：一天线系统，包括：一第一双极化天线，包括一第一钻石形偶极天线元件和一第二钻石形偶极天线元件，其中该第二钻石形偶极天线元件具有二个截角；一第一反射器，邻近于该第一双极化天线，并用于反射该第一双极化天线的辐射能量；以及一第一平面倒F字形天线，至少部分由该第一反射器所形成，其中该第一平面倒F字形天线包括一辐射部、一接地部，以及一馈入部，一槽孔形成于该辐射部和该接地部之间，而该槽孔具有宽度变化，以增加该第一平面倒F字形天线的操作频宽。
在一些实施例中，该第一平面倒F字形天线涵盖介于746MHz至894MHz之间的一低频频带，而该第一双极化天线涵盖介于1710MHz至2155MHz之间的一高频频带。
在一些实施例中，该第一钻石形偶极天线元件与该第二钻石形偶极天线元件相隔一间距且互相垂直。
在一些实施例中，该第二钻石形偶极天线元件包括一正辐射臂和一负辐射臂，而该正辐射臂和该负辐射臂都为梯形。
在一些实施例中，该第一反射器为一锥台，具有较宽的一上开口和较窄的一下底板，而该第一反射器的该上开口朝向该第一双极化天线。
在一些实施例中，该槽孔为一不等宽L字形。
在一些实施例中，该馈入部跨越该槽孔的该不等宽L字形的最狭窄处，再耦接至该辐射部。
在一些实施例中，该通讯装置还包括：一顶面反射板，耦接至该第一反射器，其中该顶面反射板垂直于该第一反射器。
在一些实施例中，该槽孔的一弯折部分直接紧贴于该顶面反射板。
在一些实施例中，该天线系统还包括邻近于该第一平面倒F字形天线的一第一金属环圈，而该第一金属环圈浮接并与该第一平面倒F字形天线完全分离，以提高该第一平面倒F字形天线的天线增益，其中该第一平面倒F字形天线介于该第一金属环圈和该第一反射器的下底板之间。
在一些实施例中，该第一金属环圈为一空心矩形。
在一些实施例中，该第一金属环圈的总长度介于该低频频带的中心频率的0.25倍至0.5倍波长之间。
在一些实施例中，该天线系统还包括一第二双极化天线、一第二反射器，一第二平面倒F字形天线，以及一第二金属环圈，其中该第二反射器用于反射该第二双极化天线的辐射能量，该第二平面倒F字形天线至少部分由该第二反射器所形成，而该第二金属环圈邻近于该第二平面倒F字形天线。
在一些实施例中，该天线系统还包括一第三双极化天线、一第三反射器，一第三平面倒F字形天线，以及一第三金属环圈，其中该第三反射器用于反射该第三双极化天线的辐射能量，该第三平面倒F字形天线至少部分由该第三反射器所形成，而该第三金属环圈邻近于该第三平面倒F字形天线。
在一些实施例中，该天线系统还包括一第四双极化天线、一第四反射器，一第四平面倒F字形天线，以及一第四金属环圈，其中该第四反射器用于反射该第四双极化天线的辐射能量，该第四平面倒F字形天线至少部分由该第四反射器所形成，而该第四金属环圈邻近于该第四平面倒F字形天线。
在一些实施例中，该第一双极化天线、该第二双极化天线、该第三双极化天线，以及该第四双极化天线为中心对称式分布，并各自涵盖90度的空间角。
在一些实施例中，该天线系统为一波束交换天线组，并选择性地使用该第一双极化天线、该第二双极化天线、该第三双极化天线，以及该第四双极化天线的任二者来执行信号收发。
在一些实施例中，该通讯装置还包括：一金属垫高柱，耦接至该第一反射器、该第二反射器、该第三反射器，以及该第四反射器，其中该金属垫高柱用于支撑该天线系统。
在另一优选实施例中，本发明提供一种通讯装置，包括：一天线系统，包括：一第一双极化天线，包括一第一钻石形偶极天线元件和一第二钻石形偶极天线元件，其中该第二钻石形偶极天线元件具有二个截角；一第一反射器，邻近于该第一双极化天线，并用于反射该第一双极化天线的辐射能量；一第一平面倒F字形天线，至少部分由该第一反射器所形成，其中该第一平面倒F字形天线包括一辐射部、一接地部，以及一馈入部，而一槽孔形成于该辐射部和该接地部之间；以及一第一金属环圈，邻近于该第一平面倒F字形天线，其中该第一金属环圈浮接并与该第一平面倒F字形天线完全分离，以提高该第一平面倒F字形天线的天线增益。
在一些实施例中，该槽孔为一等宽L字形。
附图说明
图1A为本发明一实施例所述的通讯装置的立体图；
图1B为本发明一实施例所述的通讯装置的俯视图；
图1C为本发明一实施例所述的通讯装置的侧视图；
图1D为本发明一实施例所述的通讯装置的侧视图，但所有双极化天线都暂时被移除；
图2A为本发明一实施例所述的通讯装置的立体图；
图2B为本发明一实施例所述的通讯装置的俯视图；
图2C为本发明一实施例所述的通讯装置的侧视图；
图2D为本发明一实施例所述的通讯装置的侧视图，但所有双极化天线都暂时被移除；
图3A为本发明一实施例所述的通讯装置的立体图；
图3B为本发明一实施例所述的通讯装置的俯视图；
图3C为本发明一实施例所述的通讯装置的侧视图；
图3D为本发明一实施例所述的通讯装置的侧视图，但所有双极化天线都暂时被移除；
图4A为本发明一实施例所述的通讯装置的立体图；
图4B为本发明一实施例所述的通讯装置的俯视图；
图4C为本发明一实施例所述的通讯装置的侧视图；
图4D为本发明一实施例所述的通讯装置的侧视图，但所有双极化天线都暂时被移除；
图4E为本发明一实施例所述的通讯装置的天线系统的平面倒F字形天线于低频频带的S参数图；
图5A为本发明一实施例所述的通讯装置的立体图；
图5B为本发明一实施例所述的通讯装置的俯视图；
图5C为本发明一实施例所述的通讯装置的侧视图；
图5D为本发明一实施例所述的通讯装置的侧视图，但所有双极化天线都暂时被移除；以及
图5E为本发明一实施例所述的通讯装置的天线系统的平面倒F字形天线于低频频带的S参数图。
符号说明
100、200、300、400、500～通讯装置；
110、210、310、410、510～天线系统；
120～第一双极化天线；
120-2～第二双极化天线；
120-3～第三双极化天线；
120-4～第四双极化天线；
121～第一钻石形偶极天线元件；
122～第二钻石形偶极天线元件；
123～正辐射臂；
124～负辐射臂；
125、126～截角；
130～第一反射器；
130-2～第二反射器；
130-3～第三反射器；
130-4～第四反射器；
140、240、540～第一平面倒F字形天线；
140-2、240-2、540-2～第二平面倒F字形天线；
140-3、240-3、540-3～第三平面倒F字形天线；
140-4、240-4、540-4～第四平面倒F字形天线；
141、241、541～辐射部；
142、242、542～接地部；
143、243、543～馈入部；
144、244、544～槽孔；
145、245～槽孔的最狭窄处；
150～第一金属环圈；
150-2～第二金属环圈；
150-3～第三金属环圈；
150-4～第四金属环圈；
151～矩形挖空部分；
160～金属垫高柱；
170～顶面反射板；
190～中心点；
246～槽孔的弯折部分；
D1、D2、D3～间距；
L1、L2、L3、L4、L5、L6～长度；
W1、W2、W3、W4～宽度。
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。
在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包含」及「包括」一词为开放式的用语，故应解释成「包含但不仅限定于」。「大致」一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，「耦接」一词在本说明书中包含任何直接及间接的电连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电连接至该第二装置。
图1A显示根据本发明一实施例所述的通讯装置100的立体图。图1B显示根据本发明一实施例所述的通讯装置100的俯视图。图1C显示根据本发明一实施例所述的通讯装置100的侧视图。通讯装置100可应用于一无线网络基地台(Wireless Access Point)当中。如图1A、图1B、图1C所示，通讯装置100至少包括一天线系统110。天线系统110至少包括一第一双极化天线(Dual-Polarized Antenna)120、一第一反射器(Reflector)130，以及一第一平面倒F字形天线(Planar Inverted F Antenna，PIFA)140。为避免视觉遮蔽，图1D显示根据本发明一实施例所述的通讯装置100的侧视图，其中所有双极化天线(包括第一双极化天线120)都暂时被移除。请一并参考图1A、图1B、图1C、图1D以理解本发明。
第一双极化天线120包括一第一钻石形偶极天线元件(Diamond-Shaped DipoleAntenna Element)121和一第二钻石形偶极天线元件122。第一钻石形偶极天线元件121可与第二钻石形偶极天线元件122相隔一间距且互相垂直，以达成双极化的特性。举例而言，若第一钻石形偶极天线元件121具有一第一极化方向且第二钻石形偶极天线元件122具有一第二极化方向，则第一极化方向可与第二极化方向互相垂直。偶极天线元件的前述钻石形状是为了增加天线系统110的高频操作频宽(Bandwidth)而设计。必须注意的是，与第一钻石形偶极天线元件121相比，第二钻石形偶极天线元件122的二个尾端尖角(Tip SharpCorner)都已截除，形成二个截角(Truncated Tips)125、126。例如，第二钻石形偶极天线元件122可包括一正辐射臂123和一负辐射臂124，其中正辐射臂123和负辐射臂124可都大致为梯形(因为三角形的尾端尖角被切掉，所以变成梯形)，且两者可互相对称。此种设计有助于降低第二钻石形偶极天线元件122与第一平面倒F字形天线140于低频频带中的耦合效应(Coupling Effect)，从而可提高天线系统110的相邻平面倒F字形天线之间的低频隔离度(Isolation)。
第一反射器130可为一锥台(Frustum)(中空结构)，具有较宽的一上开口和较窄的一下底板，其中第一反射器130的上开口朝向第一双极化天线120。详细而言，第一反射器130的上开口为较大的一长方形，而第一反射器130的下底板为较小的一长方形。第一反射器130与第一双极化天线120彼此电性隔离(Electrically Isolated)。第一反射器130可用于消除第一双极化天线120的背向辐射及增强其正向辐射，从而可提升第一双极化天线120的天线增益。本发明并不仅限于此。在另一些实施例中，第一反射器130也可改为一无盖三角柱体或一无盖圆柱体(中空结构)，而其上开口也朝向第一双极化天线120，仍不致影响本发明的效果。
第一平面倒F字形天线140至少部分由第一反射器130所形成。第一平面倒F字形天线140包括一辐射部141、一接地部142，以及一馈入部143，其中一槽孔144形成于辐射部141和接地部142之间，此槽孔144具有宽度变化，以增加第一平面倒F字形天线140的低频操作频宽。第一平面倒F字形天线140的辐射部141和接地部142可都属于第一反射器130的一侧壁(Sidewall)的一部分。槽孔144可为一不等宽L字形，其可将辐射部141和接地部142两者至少部分地分离。详细而言，槽孔144中间具有一最狭窄处145，依此为基准，槽孔144的上、下方宽度均逐渐增加。馈入部143可以是一同轴电缆线(Coaxial Cable)。馈入部143可跨越槽孔144的不等宽L字形的最狭窄处145，再耦接至辐射部141，从而可激发第一平面倒F字形天线140。此种设计有助于改善第一平面倒F字形天线140的低频阻抗匹配(ImpedanceMatching)。
在一些实施例中，第一平面倒F字形天线140可以涵盖介于746MHz至894MHz之间的一低频频带，而第一双极化天线120可以涵盖介于1710MHz至2155MHz之间的一高频频带。因此，本发明的天线系统110至少可支援LTE(Long Term Evolution)Band13/Band5/Band 4/Band 2的多频带宽频操作。另外，天线系统110的多极化特性也有助于克服室内环境的多重路径衰减(Multipath Fading)的问题。
在一些实施例中，天线系统110的元件尺寸可如下列所述。第一钻石形偶极天线元件121的总长度L1和第二钻石形偶极天线元件122的总长度L2两者都约为前述高频频带的中心频率的0.5倍波长(λ/2)。第一平面倒F字形天线140的槽孔144的总长度L3约为前述低频频带的中心频率的0.25倍波长(λ/4)。槽孔144的开口端宽度W1大致等于槽孔144的最狭窄处145的宽度。由槽孔144的开口端至其最狭窄处145的长度略大于由槽孔144的闭口端至其最狭窄处145的长度。为产生建设性干涉，第一反射器130和第一双极化天线120(或第二钻石形偶极天线元件122)的间距D1略大于前述高频频带的中心频率的0.25倍波长(λ/4)。以上元件尺寸经由多次模拟而计算得出，其可最佳化天线系统110的所有平面倒F字形天线的增益(Gain)和天线间的隔离度(Isolation)。根据实际量测结果，在将第二钻石形偶极天线元件122的二个尾端尖角截除之后，天线系统110的任二相邻平面倒F字形天线之间的隔离度由原本约9.8dB上升至约11dB，故此种设计可明显改善天线系统110的辐射效能。
在一些实施例中，天线系统110还包括一第二双极化天线120-2、一第二反射器130-2，以及一第二平面倒F字形天线140-2。第二双极化天线120-2相对于第一双极化天线120或相邻于第一双极化天线120。第二反射器130-2用于反射第二双极化天线120-2的辐射能量。第二平面倒F字形天线140-2至少部分由第二反射器130-2所形成。第二双极化天线120-2、第二反射器130-2，以及第二平面倒F字形天线140-2的结构和功能都与前述的第一双极化天线120、第一反射器130，以及第一平面倒F字形天线140相同，而其间差异处仅在于它们朝向不同方向。
在一些实施例中，天线系统110还包括一第三双极化天线120-3、一第三反射器130-3，以及一第三平面倒F字形天线140-3。第三双极化天线120-3相对于第一双极化天线120或相邻于第一双极化天线120。第三反射器130-3用于反射第三双极化天线120-3的辐射能量。第三平面倒F字形天线140-3至少部分由第三反射器130-3所形成。第三双极化天线120-3、第三反射器130-3，以及第三平面倒F字形天线140-3的结构和功能都与前述的第一双极化天线120、第一反射器130，以及第一平面倒F字形天线140相同，而其间差异处仅在于它们朝向不同方向。
在一些实施例中，天线系统110还包括一第四双极化天线120-4、一第四反射器130-4，以及一第四平面倒F字形天线140-4。第四双极化天线120-4相对于第一双极化天线120或相邻于第一双极化天线120。第四反射器130-4用于反射第四双极化天线120-4的辐射能量。第四平面倒F字形天线140-4至少部分由第四反射器130-4所形成。第四双极化天线120-4、第四反射器130-4，以及第四平面倒F字形天线140-4的结构和功能都与前述的第一双极化天线120、第一反射器130，以及第一平面倒F字形天线140相同，而其间差异处仅在于它们朝向不同方向。
在一些实施例中，通讯装置100还包括一金属垫高柱160和一顶面反射板170。金属垫高柱160耦接至第一反射器130、第二反射器130-2、第三反射器130-3，以及第四反射器130-4。金属垫高柱160可为一中空结构，以容纳各种电子电路元件，例如：一处理器、一天线切换模块，以及一匹配电路。金属垫高柱160可用于支撑天线系统110。顶面反射板170也耦接至第一反射器130、第二反射器130-2、第三反射器130-3，以及第四反射器130-4，其中顶面反射板170垂直于第一反射器130、第二反射器130-2、第三反射器130-3，以及第四反射器130-4。顶面反射板170可用于反射天顶方向的辐射，以更增强天线系统110的天线增益。在另一些实施例中，通讯装置100还包括一非导体天线罩(未显示)，其中非导体天线罩可为一中空结构(例如：一空心圆柱体或一空心方柱体，其有一上盖但没有底盖)，而天线系统110和顶面反射板170都完全位于非导体天线罩之内。非导体天线罩可用于保护天线系统110，使得它在运作时不受环境所干扰。举例而言，可以防水和抵抗日晒。
请再次参考图1A、图1B、图1C、图1D。第一双极化天线120、第二双极化天线120-2、第三双极化天线120-3，以及第四双极化天线120-4为相对于一中心点190呈现对称式分布，并各自涵盖90度的空间角。相似地，第一反射器130、第二反射器130-2、第三反射器130-3、第四反射器130-4、第一平面倒F字形天线140、第二平面倒F字形天线140-2、第三平面倒F字形天线140-3，以及第四平面倒F字形天线140-4也可相对于中心点190呈现对称式分布。第一平面倒F字形天线140、第二平面倒F字形天线140-2、第三平面倒F字形天线140-3，以及第四平面倒F字形天线140-4可涵盖相同的低频频带(例如：介于746MHz至894MHz之间)。第一双极化天线120、第二双极化天线120-2、第三双极化天线120-3，以及第四双极化天线120-4可涵盖相同的高频频带(例如：介于1710MHz至2155MHz之间)。在一些实施例中，天线系统110为一波束交换天线组(Beam Switching Antenna Assembly)。此波束交换天线组可同时使用第一平面倒F字形天线140、第二平面倒F字形天线140-2、第三平面倒F字形天线140-3，以及第四平面倒F字形天线140-4的每一者来执行低频信号收发，并可选择性地使用第一双极化天线120、第二双极化天线120-2、第三双极化天线120-3，以及第四双极化天线120-4的至少任意二者来执行高频信号收发。举例而言，当欲接收信号来自于四面八方时，天线系统110可仅致能(Enable)朝向最大信号强度方向的二支双极化天线，而将其余双极化天线都禁能(Disabled)。必须理解的是，虽然图1A、图1B、图1C、图1D显示恰好四支双极化天线和四支平面倒F字形天线，实际上天线系统110可包括更多或更少数量的天线，例如：可仅包括第一双极化天线120、第二双极化天线120-2、第三双极化天线120-3，以及第四双极化天线120-4其中的一或多个，或(且)可仅包括第一平面倒F字形天线140、第二平面倒F字形天线140-2、第三平面倒F字形天线140-3，以及第四平面倒F字形天线140-4其中的一或多个。大致而言，若天线系统110共包括N支双极化天线和N支平面倒F字形天线(例如：N为大于或等于2的一正整数)，则此N支双极化天线和N支平面倒F字形天线可以等分配置于同一周角上，其中任二支相邻的双极化天线之间或任二支相邻的平面倒F字形天线之间所包夹的一劣弧(Minor Arc)的度数恰为(360/N)度。
图2A显示根据本发明一实施例所述的通讯装置200的立体图。图2B显示根据本发明一实施例所述的通讯装置200的俯视图。图2C显示根据本发明一实施例所述的通讯装置200的侧视图。图2D显示根据本发明一实施例所述的通讯装置200的侧视图，其中所有双极化天线都暂时被移除。在图2A、图2B、图2C、图2D的实施例中，通讯装置200的一天线系统210包括具有不同设计的一第一平面倒F字形天线240。第一平面倒F字形天线240包括一辐射部241、一接地部242，以及一馈入部243，其中一槽孔244形成于辐射部241和接地部242之间。槽孔244可为一不等宽L字形，其可将辐射部241和接地部242两者至少部分地分离。详细而言，槽孔244中间具有一最狭窄处245，依此为基准，槽孔244的上、下方宽度均逐渐增加。第一平面倒F字形天线240的槽孔244的总长度L4约为天线系统210的低频频带的中心频率的0.25倍波长(λ/4)。槽孔244的开口端宽度W2大致等于槽孔244的最狭窄处245的宽度。槽孔244的开口端至其最狭窄处245的长度略大于由槽孔244的闭口端至其最狭窄处245的长度。与图1A、图1B、图1C、图1D的实施例不同处在于，槽孔244的一弯折部分246直接紧贴于顶面反射板170(亦即，图1C的槽孔144和顶面反射板170的间距D2可缩减至0)。根据实际量测结果，在将槽孔244的弯折部分246与顶面反射板170的间距缩减至0之后，第一平面倒F字形天线240的天线增益(Antenna Gain)可微幅上升约0.5至0.7dBi。在其他实施例中，天线系统210还包括一第二平面倒F字形天线240-2、一第三平面倒F字形天线240-3，以及一第四平面倒F字形天线240-4其中的一或多个。第二平面倒F字形天线240-2、第三平面倒F字形天线240-3，以及第四平面倒F字形天线240-4的结构和功能都与前述的第一平面倒F字形天线240相同，差异处仅在于它们朝向不同方向。图2A、图2B、图2C、图2D的通讯装置200的其余特征都与图1A、图1B、图1C、图1D的通讯装置100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图3A显示根据本发明一实施例所述的通讯装置300的立体图。图3B显示根据本发明一实施例所述的通讯装置300的俯视图。图3C显示根据本发明一实施例所述的通讯装置300的侧视图。图3D显示根据本发明一实施例所述的通讯装置300的侧视图，其中所有双极化天线都暂时被移除。在图3A、图3B、图3C、图3D的实施例中，通讯装置300的一天线系统310还包括邻近于第一平面倒F字形天线140的一第一金属环圈(Metal Loop)150。为了最佳化天线系统310的阻抗匹配，第一平面倒F字形天线140的形状和宽度于图3A、图3B、图3C、图3D的实施例中略有微调，但是其仍大致呈现一不等宽L字形。第一金属环圈150浮接(Float)并与第一平面倒F字形天线140完全分离。例如，第一金属环圈150和第一平面倒F字形天线140的间距D3可介于于5mm至15mm之间，像是9.55mm。详细而言，第一平面倒F字形天线140介于第一金属环圈150和第一反射器130的下底板之间。第一金属环圈150可为一空心矩形，其内形成一矩形挖空部分151。第一金属环圈150的总长度L5介于天线系统310的低频频带的中心频率的0.25倍至0.5倍波长之间(λ/4至λ/2)。例如，第一金属环圈150可向上延伸至顶面反射板170之上，或(且)可向下延伸至金属垫高柱160之下。就操作原理而言，第一金属环圈150可用于部分反射、部分穿透来自第一平面倒F字形天线140的电磁波以产生建设性干涉(Constructive Interference)，从而可提高第一平面倒F字形天线140的天线增益。根据实际量测结果，在加入第一金属环圈150之后，第一平面倒F字形天线140的天线增益可大幅改善约3至4dBi。在另一些实施例中，第一金属环圈150也可由相同尺寸的一实心矩形金属片所置换(亦即，将矩形挖空部分151完全由金属材质所填满)，而不致影响其效果。另外，若第一金属环圈150的总宽度W3增加，则第一金属环圈150的总长度L5可对应地减少；反之，若第一金属环圈150的总宽度W3减少，则第一金属环圈150的总长度L5可对应地增加。在其他实施例中，天线系统310还包括一第二金属环圈150-2、一第三金属环圈150-3，以及一第四金属环圈150-4其中的一或多个，其分别邻近于第二平面倒F字形天线140-2、第三平面倒F字形天线140-3，以及第四平面倒F字形天线140-4。第二金属环圈150-2、第三金属环圈150-3，以及第四金属环圈150-4的结构和功能都与前述的第一金属环圈150相同，差异处仅在于它们朝向不同方向。图3A、图3B、图3C、图3D的通讯装置300的其余特征都与图1A、图1B、图1C、图1D的通讯装置100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图4A显示根据本发明一实施例所述的通讯装置400的立体图。图4B显示根据本发明一实施例所述的通讯装置400的俯视图。图4C显示根据本发明一实施例所述的通讯装置400的侧视图。图4D显示根据本发明一实施例所述的通讯装置400的侧视图，其中所有双极化天线都暂时被移除。在图4A、图4B、图4C、图4D的实施例中，通讯装置400的一天线系统410还包括邻近于第一平面倒F字形天线240的第一金属环圈150，且第一平面倒F字形天线240的槽孔244的弯折部分246直接紧贴于顶面反射板170。亦即，通讯装置400可视为前述通讯装置200、通讯装置300的一结合体，其同时包括了金属环圈和槽孔延伸至顶部的设计，故可进一步提高第一平面倒F字形天线240的天线增益。根据实际量测结果，在将第一金属环圈150与第一平面倒F字形天线240搭配使用之后，第一平面倒F字形天线240的天线增益可大幅改善约3.5至4.5dBi。在其他实施例中，天线系统410还包括第二金属环圈150-2、第三金属环圈150-3，以及第四金属环圈150-4其中的一或多个，其分别邻近于第二平面倒F字形天线240-2、第三平面倒F字形天线240-3，以及第四平面倒F字形天线240-4。图4A、图4B、图4C、图4D的通讯装置400的其余特征都与图2A、图2B、图2C、图2D的通讯装置200及图3A、图3B、图3C、图3D的通讯装置300相似，故这些实施例均可达成相似的操作效果。
图4E显示根据本发明一实施例所述的通讯装置400的天线系统410的平面倒F字形天线于低频频带的S参数图(S parameter)，其中横轴代表操作频率(MHz)，纵轴代表S21参数(dB)。在图4E的实施例中，是以第一平面倒F字形天线240作为一第一端口(Port 1)，再以与其相邻的第二平面倒F字形天线240-2或是第四平面倒F字形天线240-4作为一第二端口(Port 2)。根据图4E的量测结果可知，在前述低频频带中，相邻的二平面倒F字形天线之间的隔离度(亦即，前述S21参数的绝对值)可达至少约11.4dB。由于隔离度的增加，使得各个平面倒F字形天线的增益值也增加，其已可满足一般多输入多输出(Multi-Input andMulti-Output)天线系统的实际应用需求。
图5A显示根据本发明一实施例所述的通讯装置500的立体图。图5B显示根据本发明一实施例所述的通讯装置500的俯视图。图5C显示根据本发明一实施例所述的通讯装置500的侧视图。图5D显示根据本发明一实施例所述的通讯装置500的侧视图，其中所有双极化天线都暂时被移除。图5A、图5B、图5C、图5D和图3A、图3B、图3C、图3D相似。在图5A、图5B、图5C、图5D的实施例中，通讯装置500的一天线系统510包括具有不同设计的一第一平面倒F字形天线540。第一平面倒F字形天线540包括一辐射部541、一接地部542，以及一馈入部543，其中一槽孔544形成于辐射部541和接地部542之间。与图3A、图3B、图3C、图3D的实施例不同的是，槽孔544为未拓宽的一等宽L字形，其可将辐射部541和接地部542两者至少部分地分离。馈入部543可跨越槽孔544，再耦接至辐射部541，从而可激发第一平面倒F字形天线540。第一平面倒F字形天线540的槽孔544的总长度L6约为天线系统510的低频频带的中心频率的0.25倍波长(λ/4)。槽孔544的开口端宽度W4仅大致为前述已拓宽槽孔144的开口端宽度W1的0.3倍以下。另外，天线系统510还包括邻近于第一平面倒F字形天线540的第一金属环圈150。第一金属环圈150和第一平面倒F字形天线540的间距D3可介于5mm至15mm之间，像是9.55mm。第一金属环圈150浮接并与第一平面倒F字形天线540完全分离。第一金属环圈150用于部分反射、部分穿透来自第一平面倒F字形天线540的电磁波以产生建设性干涉，从而可提高第一平面倒F字形天线540的天线增益。根据实际量测结果，在将第一金属环圈150与第一平面倒F字形天线540搭配使用之后，第一平面倒F字形天线540的天线增益可大幅改善约3.5至4.5dBi。在另一些实施例中，天线系统510还包括一第二平面倒F字形天线540-2、一第三平面倒F字形天线540-3，以及一第四平面倒F字形天线540-4其中的一或多个。第二平面倒F字形天线540-2、第三平面倒F字形天线540-3，以及第四平面倒F字形天线540-4的结构和功能都与前述的第一平面倒F字形天线540相同，差异处仅在于它们朝向不同方向。在其他实施例中，天线系统510还包括第二金属环圈150-2、第三金属环圈150-3，以及第四金属环圈150-4其中的一或多个，其分别邻近于第二平面倒F字形天线540-2、第三平面倒F字形天线540-3，以及第四平面倒F字形天线540-4。图5A、图5B、图5C、图5D的通讯装置500的其余特征都与图3A、图3B、图3C、图3D的通讯装置300相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图5E显示根据本发明一实施例所述的通讯装置500的天线系统510的平面倒F字形天线于低频频带的S参数图(S parameter)，其中横轴代表操作频率(MHz)，纵轴代表S21参数(dB)。在图5E的实施例中，是以第一平面倒F字形天线540作为一第一端口(Port 1)，再以与其相邻的第二平面倒F字形天线540-2或是第四平面倒F字形天线540-4作为一第二端口(Port 2)。根据图5E的量测结果可知，在前述低频频带中，相邻的二平面倒F字形天线之间的隔离度可达至少约13.4dB。由于隔离度的增加，使得各个平面倒F字形天线的增益值亦增加，其已可满足一般多输入多输出天线系统的实际应用需求。
本发明提供一种通讯装置，其天线系统具有高隔离度、高天线增益等优势。因此，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讯品质不佳的问题。
值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件参数、元件形状，以及频率范围都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，本发明的通讯装置及天线系统并不仅限于图1A-图5E所图示的状态。本发明可以仅包括图1A-图5E的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的通讯装置及天线系统中。
在本说明书以及权利要求中的序数，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元件。
虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种通讯装置，包括：
天线系统，包括：
第一双极化天线，包括第一钻石形偶极天线元件和第二钻石形偶极天线元件，其中该第二钻石形偶极天线元件具有二个截角；
第一反射器，邻近于该第一双极化天线，并用于反射该第一双极化天线的辐射能量；以及
第一平面倒F字形天线，至少部分由该第一反射器所形成，其中该第一平面倒F字形天线包括辐射部、接地部，以及馈入部，一槽孔形成于该辐射部和该接地部之间，而该槽孔具有宽度变化，以增加该第一平面倒F字形天线的操作频宽。
2.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第一平面倒F字形天线涵盖介于746MHz至894MHz之间的一低频频带，而该第一双极化天线涵盖介于1710MHz至2155MHz之间的一高频频带。
3.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第一钻石形偶极天线元件与该第二钻石形偶极天线元件相隔一间距且互相垂直。
4.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第二钻石形偶极天线元件包括一正辐射臂和一负辐射臂，而该正辐射臂和该负辐射臂都为梯形。
5.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第一反射器为一锥台，具有较宽的上开口和较窄的下底板，而该第一反射器的该上开口朝向该第一双极化天线。
6.如权利要求1所述的通讯装置，其中该槽孔为一不等宽L字形。
7.如权利要求6所述的通讯装置，其中该馈入部跨越该槽孔的该不等宽L字形的最狭窄处，再耦接至该辐射部。
8.如权利要求1所述的通讯装置，还包括：
顶面反射板，耦接至该第一反射器，其中该顶面反射板垂直于该第一反射器。
9.如权利要求8所述的通讯装置，其中该槽孔的一弯折部分直接紧贴于该顶面反射板。
10.如权利要求5所述的通讯装置，其中该天线系统还包括邻近于该第一平面倒F字形天线的第一金属环圈，而该第一金属环圈浮接并与该第一平面倒F字形天线完全分离，以提高该第一平面倒F字形天线的天线增益，其中该第一平面倒F字形天线介于该第一金属环圈和该下底板之间。
11.如权利要求10所述的通讯装置，其中该第一金属环圈为一空心矩形。
12.如权利要求10所述的通讯装置，其中该第一金属环圈的总长度介于该低频频带的中心频率的0.25倍至0.5倍波长之间。
13.如权利要求1所述的通讯装置，其中该天线系统还包括第二双极化天线、第二反射器、第二平面倒F字形天线以及第二金属环圈，其中该第二反射器用于反射该第二双极化天线的辐射能量，该第二平面倒F字形天线至少部分由该第二反射器所形成，而该第二金属环圈邻近于该第二平面倒F字形天线。
14.如权利要求13所述的通讯装置，其中该天线系统还包括第三双极化天线、第三反射器、第三平面倒F字形天线以及第三金属环圈，其中该第三反射器用于反射该第三双极化天线的辐射能量，该第三平面倒F字形天线至少部分由该第三反射器所形成，而该第三金属环圈邻近于该第三平面倒F字形天线。
15.如权利要求14所述的通讯装置，其中该天线系统还包括第四双极化天线、第四反射器、第四平面倒F字形天线以及第四金属环圈，其中该第四反射器用于反射该第四双极化天线的辐射能量，该第四平面倒F字形天线至少部分由该第四反射器所形成，而该第四金属环圈邻近于该第四平面倒F字形天线。
16.如权利要求15所述的通讯装置，其中该第一双极化天线、该第二双极化天线、该第三双极化天线以及该第四双极化天线为中心对称式分布，并各自涵盖90度的空间角。
17.如权利要求15所述的通讯装置，其中该天线系统为一波束交换天线组，并选择性地使用该第一双极化天线、该第二双极化天线、该第三双极化天线，以及该第四双极化天线的任二者来执行信号收发。
18.如权利要求15所述的通讯装置，还包括：
金属垫高柱，耦接至该第一反射器、该第二反射器、该第三反射器，以及该第四反射器，其中该金属垫高柱用于支撑该天线系统。
19.一种通讯装置，包括：
天线系统，包括：
第一双极化天线，包括第一钻石形偶极天线元件和第二钻石形偶极天线元件，其中该第二钻石形偶极天线元件具有二个截角；
第一反射器，邻近于该第一双极化天线，并用于反射该第一双极化天线的辐射能量；
第一平面倒F字形天线，至少部分由该第一反射器所形成，其中该第一平面倒F字形天线包括辐射部、接地部以及馈入部，而一槽孔形成于该辐射部和该接地部之间；以及
第一金属环圈，邻近于该第一平面倒F字形天线，其中该第一金属环圈浮接并与该第一平面倒F字形天线完全分离，以提高该第一平面倒F字形天线的天线增益。
20.如权利要求19所述的通讯装置，其中该槽孔为一等宽L字形。
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