CN110474152A - 具有八模式的天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有八模式的天线，包括接地面、全向性天线、第一寄生元件、第二寄生元件、第三寄生元件与第四寄生元件。第一寄生元件、第二寄生元件、第三寄生元件与第四寄生元件依据全向性天线为中心而对称地竖立于全向性天线的四周。第一寄生元件通过第一电容连接接地面且通过导通的第一二极管导通接地面以缩短接地路径。第二寄生元件通过第二电容连接接地面且通过导通的第二二极管导通接地面以缩短接地路径。第三寄生元件通过第三电容连接接地面且通过导通的第三二极管导通接地面以缩短接地路径。第四寄生元件通过第四电容连接接地面且通过导通的第四二极管导通接地面以缩短接地路径。上述二极管的导通状态用以控制产生八种模式。

Description

具有八模式的天线

技术领域

本发明涉及一种天线，特别是一种具有八模式的天线。

背景技术

天线的辐射场型依据天线基本工作原理而有所差异，各种辐射场型有不同的应用，例如，全向性的辐射场型适用于终端装置，以让终端装置可以接收到各方向的无线信号。又例如，基地台天线，如无线网络接取器(Wireless Access Point)的天线，则可能需要能够产生特定方向的辐射场型，以与位于各种特定位置的终端装置能进行无线通信。

一般而言，虽然可用阵列天线控制特定辐射场型，但阵列天线的控制电路(包括开关、相位控制及馈入网络等)引入了更多的传输损耗的问题。再者，尤其在现行电子装置对于天线要求轻薄短小的情況下，馈入网络的电路面积可能比天线阵列还大，而造成天线阵列模组整体体积难以缩小，使得传统上使用可控辐射场型天线产品其制造成本的大幅增加。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种具有八模式的天线，利用单一天线与简单控制电路以实现多种辐射场型控制的目。

本发明的技术方案是这样的：一种具有八模式的天线，包括：

接地面；

全向性天线，竖立于所述接地面之上，用以激发一全向性辐射场型；

第一寄生元件，竖立于所述接地面的第一开孔区，所述第一开孔区设有第一二极管与第一电容，所述第一寄生元件通过所述第一电容连接所述接地面，且所述第一寄生元件通过导通的所述第一二极管导通所述接地面以缩短接地路径；

第二寄生元件，竖立于所述接地面的第二开孔区，所述第二开孔区设有第二二极管与第二电容，所述第二寄生元件通过所述第二电容连接所述接地面，且所述第二寄生元件通过导通的所述第二二极管导通所述接地面以缩短接地路径；

第三寄生元件，竖立于所述接地面的第三开孔区，所述第三开孔区设有第三二极管与第三电容，所述第三寄生元件通过所述第三电容连接所述接地面，且所述第三寄生元件通过导通的所述第三二极管导通所述接地面以缩短接地路径；以及

第四寄生元件，竖立于所述接地面的第四开孔区，所述第四开孔区设有第四二极管与第四电容，所述第四寄生元件通过所述第四电容连接所述接地面，且所述第四寄生元件通过导通的所述第四二极管导通所述接地面以缩短接地路径；

其中，所述第一寄生元件、所述第二寄生元件、所述第三寄生元件与所述第四寄生元件依据所述全向性天线为中心而对称地竖立于所述全向性天线的四周；所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管与所述第四二极管的导通状态用以控制产生八种模式。

进一步地，当只有所述第一二极管导通时，用以产生第一模式；当只有所述第二二极管导通时，用以产生第二模式；当只有所述第三二极管导通时，用以产生第三模式；当只有所述第四二极管导通时，用以产生第四模式；当只有所述第一二极管与所述第二二极管导通时，用以产生第五模式；当只有所述第二二极管与所述第三二极管导通时，用以产生第六模式；当只有所述第三二极管与所述第四二极管导通时，用以产生第七模式；当只有所述第四二极管与所述第一二极管导通时，用以产生第八模式。

进一步地，所述第一模式、所述第二模式、所述第三模式与所述第四模式在平行于所述接地面的四个辐射场型其最大增益处彼此各差90度，其中所述第五模式、所述第六模式、所述第七模式与所述第八模式在平行于所述接地面的四个辐射场型其最大增益处彼此各差90度，所述第一模式、所述第二模式、所述第三模式、所述第四模式、所述第五模式、所述第六模式、所述第七模式与所述第八模式用以产生平行于所述接地面的八个对称性方向的八种指向性辐射场型。

进一步地，所述第一二极管比所述第一电容更靠近所述全向性天线，所述第二二极管比所述第二电容更靠近所述全向性天线，所述第三二极管比所述第三电容更靠近所述全向性天线，所述第四二极管比所述第四电容更靠近所述全向性天线。

进一步地，所述全向性天线是垂直于所述接地面的单极天线，其中所述第一寄生元件、所述第二寄生元件、所述第三寄生元件与所述第四寄生元件皆是垂直于所述接地面的直条形金属。

进一步地，所述全向性天线工作于2.4GHz頻带，其中所述全向性天线是长度为20毫米的单极天线。

进一步地，所述第一寄生元件、所述第二寄生元件、所述第三寄生元件与所述第四寄生元件各自与所述全向性天线保持11.5毫米的距离。

进一步地，所述第一寄生元件、所述第二寄生元件、所述第三寄生元件与所述第四寄生元件的直条形金属长度皆为25毫米。

进一步地，所述具有八模式的天线用于无线网络装置，所述无线网络装置包括无线芯片、应用单元与控制单元，所述全向性天线连接所述无线芯片；所述应用单元连接所述无线芯片，由所述无线芯片接收所述具有八模式的天线的接收信号强度指示或接收资料率；所述控制单元连接所述应用单元、所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管与所述第四二极管，所述控制单元受控于所述应用单元用以控制所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管与所述第四二极管的导通状态，以控制所述具有八模式的天线的辐射场型。

进一步地，所述具有八模式的天线的等效天线效率在模式可重置的情況下大于100％。

本发明所提供的技术方案的优点在于，利用单一天线与简单控制电路以实现多种辐射场型控制的目，寄生元件的接地路径控制电路可简易地使寄生元件轻易地切换为引导器(director)或反射器(reflector)，具有很高的产业应用价值。当使寄生元件的二极管比电容更靠近全向性天线时，能够使缩短接地路径的效果更显著，藉此使辐射场型控制(或改变)的效果更显著，更具天线产品化的产品竞争力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的具有八模式的天线其接地面的平面示意图。

图2是本发明实施例提供的具有八模式的天线结构的示意图。

图3是本发明实施例提供的具有八模式的天线工作于2.4GHz时的第零模式的辐射场型图。

图4是本发明实施例提供的具有八模式的天线工作于2.4GHz时的第一模式的辐射场型图。

图5是本发明实施例提供的具有八模式的天线工作于2.4GHz时的第二模式的辐射场型图。

图6是本发明实施例提供的具有八模式的天线工作于2.4GHz时的第三模式的辐射场型图。

图7是本发明实施例提供的具有八模式的天线工作于2.4GHz时的第四模式的辐射场型图。

图8是本发明实施例提供的具有八模式的天线工作于2.4GHz时的第五模式的辐射场型图。

图9是本发明实施例提供的具有八模式的天线工作于2.4GHz时的第六模式的辐射场型图。

图10是本发明实施例提供的具有八模式的天线工作于2.4GHz时的第七模式的辐射场型图。

图11是本发明实施例提供的具有八模式的天线工作于2.4GHz时的第八模式的辐射场型图。

图12是本发明实施例提供的具八模式的天线用于无线网络装置的功能模块图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

请参照图1与图2，图1是本发明实施例提供的具有八模式的天线其接地面的平面示意图，图2是本发明实施例提供的具有八模式的天线其结构的示意图。具有八模式的天线包括接地面1、全向性天线2、第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33与第四寄生元件34。全向性天线2竖立于接地面1之上，用以激发全向性辐射场型，其馈入则设置于全向性天线2与接地面1之间。第一寄生元件31竖立于接地面1的第一开孔区11，第一开孔区11设有第一二极管D1与第一电容C1，第一寄生元件31通过第一电容C1连接接地面1，且第一寄生元件31通过导通的第一二极管D1导通接地面1以缩短接地路径。第二寄生元件32竖立于接地面1的第二开孔区12，第二开孔区12设有第二二极管D2与第二电容C2，第二寄生元件32通过第二电容C2连接接地面1，且第二寄生元件32通过导通的第二二极管D2导通接地面1以缩短接地路径。第三寄生元件33竖立于接地面1的第三开孔区13，第三开孔区13设有第三二极管D3与第三电容C3，第三寄生元件33通过第三电容C3连接接地面1，且第三寄生元件33通过导通的第三二极管D3导通接地面1以缩短接地路径。第四寄生元件34竖立于接地面1的第四开孔区14，第四开孔区14设有第四二极管D4与第四电容C4，第四寄生元件34通过第四电容C4连接接地面1，且第四寄生元件34通过导通的第四二极管D4导通接地面1以缩短接地路径。第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33与第四寄生元件34依据全向性天线2为中心而对称地竖立于全向性天线2的四周。较佳的，接地面1设置于微波基板100，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3与第四电容C4是设置于微波基板100的表面粘帖元件。所述全向性天线2例如是垂直于接地面1的单极天线。并且，为了达到各模式辐射场型的对称性，第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33与第四寄生元件34例如皆是垂直于接地面1的直条形金属，但本发明并不因此限定。

对辐射场型控制而言，当第一寄生元件31所连接的第一二极管D1导通时可使第一寄生元件31成为引导器(director)，第一二极管D1不导通时则使第一寄生元件31成为反射器(reflector)。当第二寄生元件32所连接的第二二极管D2导通时可使第二寄生元件32成为引导器，第二二极管D2不导通时则使第二寄生元件32成为反射器。当第三寄生元件33所连接的第三二极管D3导通时可使第三寄生元件33成为引导器，第三二极管D3不导通时则使第三寄生元件33成为反射器。当第四寄生元件34所连接的第四二极管D4导通时可使第四寄生元件34成为引导器，第四二极管D4不导通时则使第四寄生元件34成为反射器。上述的第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33与第四寄生元件34也可替换为其他形状或结构，只要能实现反射器与引导器的切换即可。

进一步，参考图1，较佳的，第一二极管D1比第一电容C1更靠近全向性天线2，第二二极管D2比第二电容C2更靠近全向性天线2，第三二极管D3比第三电容C3更靠近全向性天线2，第四二极管D4比第四电容C4更靠近全向性天线2，使得上述二极管(D1、D2、D3、D4)比上述电容(C1、C2、C3、C4)更靠近全向性天线2，更可强化上述二极管能够缩短上述寄生元件(31、32、33、34)的接地路径的效果。反之，若上述二极管(D1、D2、D3、D4)比上述电容(C1、C2、C3、C4)更远离全向性天线2，则缩短接地路径的效果较弱。

第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3与第四二极管D4的导通与否是受控于各自的直流控制线(在实施例的图中省略)，直流控制线的正电压(导通电压)可以直接馈入于上述二极管(D1、D2、D3、D4)的阳极，或者直流控制线的正电压端以连接于上述寄生元件(31、32、33、34)的方式让足以导通上述二极管(D1、D2、D3、D4)的直流电压引入上述二极管(D1、D2、D3、D4)，直流控制线的接地则连接接地面1，其他具有等效功能的直流馈线方式不在此赘述。第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3与第四二极管D4的导通状态用以控制产生八种模式(八种辐射场型)。上述的八种模式敘述如下：当只有第一二极管D1导通时，用以产生第一模式；当只有第二二极管D2导通时，用以产生第二模式；当只有第三二极管D3导通时，用以产生第三模式；当只有第四二极管D4导通时，用以产生第四模式；当只有第一二极管D1与第二二极管D2导通时，用以产生第五模式；当只有第二二极管D2与第三二极管D3导通时，用以产生第六模式；当只有第三二极管D3与第四二极管D4导通时，用以产生第七模式；当只有第四二极管D4与第一二极管D1导通时，用以产生第八模式。

进一步，具体的实施例如下，当设計全向性天线2工作于2.4GHz頻带，全向性天线2例如是长度为20毫米(mm)的单极天线，图2的单极天线末端是加上一圆盘以减少天线高度。第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33与第四寄生元件34各自与全向性天线2保持11.5毫米的距离，其中第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33与第四寄生元件34的直条形金属长度皆为25毫米，并且上述直条形金属的末端也可增加圆盘以减少寄生元件(31、32、33、34)的高度。以下以全向性天线2工作于2.4GHz頻带为例子，当第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3与第四二极管D4皆不导通时，可称为第零模式，辐射场型请参考图3所示。接着，请参考图4至图11所示的辐射场型，所述第一模式、第二模式、第三模式与第四模式在平行于接地面1的四个辐射场型其最大增益处彼此各差90度，其中在第一模式时的第一寄生元件31成为引导器，辐射场型最大增益处在Y轴的负向(-Y)，如图4所示；在第二模式时的第二寄生元件32成为引导器，辐射场型最大增益处在X轴的正向(+X)，如图5所示；在第三模式时的第三寄生元件33成为引导器，辐射场型最大增益处在Y轴的正向(+Y)，如图6所示；在第四模式时的第四寄生元件34成为引导器，辐射场型最大增益处在X轴的负向(-X)，如图7所示。接着，第五模式、第六模式、第七模式与第八模式在平行于接地面的四个辐射场型其最大增益处彼此各差90度，其中第五模式的辐射场型其最大增益处在+X轴向与-Y轴向的45度夹角处，如图8所示；第六模式的辐射场型其最大增益处在+X轴向与+Y轴向的45度夹角处，如图9所示；第七模式的辐射场型其最大增益处在-X轴向与+Y轴向的45度夹角处，如图10所示；第八模式的辐射场型其最大增益处在-X轴向与-Y轴向的45度夹角处，如图11所示。并且，一并参考图4与图5，第一模式、第二模式、第三模式、第四模式、第五模式、第六模式、第七模式与第八模式用以产生平行于接地面1的八个对称性方向的八种指向性辐射场型。

接着，前述实施例的具八模式的天线可用于无线网络装置，请参考图12，所述无线网络装置包括无线芯片4、应用单元5与控制单元6，全向性天线2连接无线芯片4。应用单元5连接无线芯片4，由无线芯片4接收具有八模式的天线的接收信号强度指示(RSSI)或接收资料率(data rate)。控制单元6连接应用单元5、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3与第四二极管D4，控制单元6受控于应用单元5用以控制第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3与第四二极管D4的导通状态，以控制具有八模式的天线的辐射场型。所述具有八模式的天线的等效天线效率在模式可重置的情況下大于100％，具有高效性的商业价值。

Claims (10)

1.一种具有八模式的天线，其特征在于，包括：

接地面；

全向性天线，竖立于所述接地面之上，用以激发一全向性辐射场型；

第一寄生元件，竖立于所述接地面的第一开孔区，所述第一开孔区设有第一二极管与第一电容，所述第一寄生元件通过所述第一电容连接所述接地面，且所述第一寄生元件通过导通的所述第一二极管导通所述接地面以缩短接地路径；

第二寄生元件，竖立于所述接地面的第二开孔区，所述第二开孔区设有第二二极管与第二电容，所述第二寄生元件通过所述第二电容连接所述接地面，且所述第二寄生元件通过导通的所述第二二极管导通所述接地面以缩短接地路径；

第三寄生元件，竖立于所述接地面的第三开孔区，所述第三开孔区设有第三二极管与第三电容，所述第三寄生元件通过所述第三电容连接所述接地面，且所述第三寄生元件通过导通的所述第三二极管导通所述接地面以缩短接地路径；以及

第四寄生元件，竖立于所述接地面的第四开孔区，所述第四开孔区设有第四二极管与第四电容，所述第四寄生元件通过所述第四电容连接所述接地面，且所述第四寄生元件通过导通的所述第四二极管导通所述接地面以缩短接地路径；

其中，所述第一寄生元件、所述第二寄生元件、所述第三寄生元件与所述第四寄生元件依据所述全向性天线为中心而对称地竖立于所述全向性天线的四周；所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管与所述第四二极管的导通状态用以控制产生八种模式。

2.根据权利要求1所述的具有八模式的天线，其特征在于，当只有所述第一二极管导通时，用以产生第一模式；当只有所述第二二极管导通时，用以产生第二模式；当只有所述第三二极管导通时，用以产生第三模式；当只有所述第四二极管导通时，用以产生第四模式；当只有所述第一二极管与所述第二二极管导通时，用以产生第五模式；当只有所述第二二极管与所述第三二极管导通时，用以产生第六模式；当只有所述第三二极管与所述第四二极管导通时，用以产生第七模式；当只有所述第四二极管与所述第一二极管导通时，用以产生第八模式。

3.根据权利要求2所述的具有八模式的天线，其特征在于，所述第一模式、所述第二模式、所述第三模式与所述第四模式在平行于所述接地面的四个辐射场型其最大增益处彼此各差90度，其中所述第五模式、所述第六模式、所述第七模式与所述第八模式在平行于所述接地面的四个辐射场型其最大增益处彼此各差90度，所述第一模式、所述第二模式、所述第三模式、所述第四模式、所述第五模式、所述第六模式、所述第七模式与所述第八模式用以产生平行于所述接地面的八个对称性方向的八种指向性辐射场型。

4.根据权利要求1所述的具有八模式的天线，其特征在于，所述第一二极管比所述第一电容更靠近所述全向性天线，所述第二二极管比所述第二电容更靠近所述全向性天线，所述第三二极管比所述第三电容更靠近所述全向性天线，所述第四二极管比所述第四电容更靠近所述全向性天线。

5.根据权利要求1所述的具有八模式的天线，其特征在于，所述全向性天线是垂直于所述接地面的单极天线，其中所述第一寄生元件、所述第二寄生元件、所述第三寄生元件与所述第四寄生元件皆是垂直于所述接地面的直条形金属。

6.根据权利要求5所述的具有八模式的天线，其特征在于，所述全向性天线工作于2.4GHz頻带，其中所述全向性天线是长度为20毫米的单极天线。

7.根据权利要求6所述的具有八模式的天线，其特征在于，所述第一寄生元件、所述第二寄生元件、所述第三寄生元件与所述第四寄生元件各自与所述全向性天线保持11.5毫米的距离。

8.根据权利要求7所述的具有八模式的天线，其特征在于，所述第一寄生元件、所述第二寄生元件、所述第三寄生元件与所述第四寄生元件的直条形金属长度皆为25毫米。

9.根据权利要求1所述的具有八模式的天线，其特征在于，所述具有八模式的天线用于无线网络装置，所述无线网络装置包括无线芯片、应用单元与控制单元，所述全向性天线连接所述无线芯片；所述应用单元连接所述无线芯片，由所述无线芯片接收所述具有八模式的天线的接收信号强度指示或接收资料率；所述控制单元连接所述应用单元、所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管与所述第四二极管，所述控制单元受控于所述应用单元用以控制所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管与所述第四二极管的导通状态，以控制所述具有八模式的天线的辐射场型。

10.根据权利要求1所述的具有八模式的天线，其特征在于，所述具有八模式的天线的等效天线效率在模式可重置的情況下大于100％。