CN110649396A - 通信装置 - Google Patents

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CN110649396A CN201810670377.6A CN201810670377A CN110649396A CN 110649396 A CN110649396 A CN 110649396A CN 201810670377 A CN201810670377 A CN 201810670377A CN 110649396 A CN110649396 A CN 110649396A
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    • H01Q9/285—Planar dipole

Abstract

一种通信装置，包括：第一天线组合、第二天线组合，以及金属分隔面。该金属分隔面介于该第一天线组合和该第二天线组合之间。该第一天线组合包括四个天线元件。该第二天线组合包括八个天线元件。该第一天线组合的两个天线元件和该第二天线组合的四个天线元件均具有第一极化方向。该第一天线组合的另外两个天线元件和该第二天线组合的另外四个天线元件均具有第二极化方向。该第二极化方向不同于该第一极化方向。

Description

通信装置
技术领域
本发明有关于一种通信装置，特别是关于一种高隔离度(High Isolation)、全向性(Omnidirectional)的通信装置。
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：手提式电脑、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的便携式电子装置。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)，无线网络基站必须能同时处理来自各方向的信号。因此，如何于无线网络基站的有限空间中设计出一种高隔离度(High Isolation)、全向性(Omnidirectional)的通信装置，已成为现今设计者的一大挑战。
发明内容
在较佳实施例中，本发明提供一种通信装置，包括：第一天线组合，包括：第一天线元件；第二天线元件，相对于该第一天线元件；第三天线元件；以及第四天线元件，相对于该第三天线元件；第二天线组合，包括：第五天线元件；第六天线元件，相邻于该第五天线元件；第七天线元件，相邻于该第六天线元件且相对于该第五天线元件；第八天线元件，相邻于该第五天线元件及该第七天线元件且相对于该第六天线元件；第九天线元件；第十天线元件；第十一天线元件，相对于该第九天线元件；以及第十二天线元件，相对于该第十天线元件，其中该第五天线元件、该第六天线元件、该第七天线元件，以及该第八天线元件系与该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件交错排列；以及金属分隔面，介于该第一天线组合和该第二天线组合之间；其中该第一天线元件、该第二天线元件、该第五天线元件、该第六天线元件、该第七天线元件，以及该第八天线元件均具有第一极化方向；其中该第三天线元件、该第四天线元件、该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件均具有第二极化方向；其中该第二极化方向不同于该第一极化方向。
在一些实施例中，该第二极化方向与该第一极化方向互相垂直。
在一些实施例中，该第一极化方向平行于该金属分隔面，而该第二极化方向垂直于该金属分隔面。
在一些实施例中，该第一天线组合涵盖介于2400MHz至2500MHz之间的第一频带，以及介于5150MHz至5850MHz之间的第二频带。
在一些实施例中，该第二天线组合涵盖介于5150MHz至5850MHz之间的第二频带。
在一些实施例中，该第一天线元件和该第二天线元件与该第三天线元件和该第四天线元件交错排列。
在一些实施例中，该金属分隔面的长度大于或等于该第一频带的最低频率的0.5倍波长。
在一些实施例中，该第一天线元件和该第二天线元件的间距大于或等于该第一频带的最低频率的0.125倍波长。
在一些实施例中，该第三天线元件和该第四天线元件的间距大于或等于该第一频带的最低频率的0.25倍波长。
在一些实施例中，该第五天线元件、该第六天线元件、该第七天线元件，以及该第八天线元件中的任相邻二者的间距大于或等于该第二频带的最低频率的0.125倍波长。
在一些实施例中，该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件中的任相邻二者的间距大于或等于该第二频带的最低频率的0.25倍波长。
在一些实施例中，该金属分隔面与该第一天线元件、该第二天线元件、该第五天线元件、该第六天线元件、该第七天线元件，以及该第八天线元件的每一者的间距均大于或等于该第二频带的最高频率的0.125倍波长。
在一些实施例中，该第三天线元件和该第四天线元件于该金属分隔面上具有第一垂直投影，该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件于该金属分隔面上具有第二垂直投影，而该第二垂直投影系与该第一垂直投影至少部份重叠。
在一些实施例中，该金属分隔面与该第三天线元件和该第四天线元件的每一者之间均具有第一距离，该金属分隔面与该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件的每一者之间均具有第二距离，而该第一距离和该第二距离的总和大于或等于该第二频带的最低频率的1倍波长。
在一些实施例中，该第三天线元件和该第四天线元件于该金属分隔面上具有第一垂直投影，该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件于该金属分隔面上具有第二垂直投影，而该第二垂直投影系与该第一垂直投影完全不重叠。
在一些实施例中，该金属分隔面与该第三天线元件和该第四天线元件的每一者之间均具有第一距离，该金属分隔面与该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件的每一者之间均具有第二距离，而该第一距离和该第二距离的总和大于或等于该第二频带的最低频率的0.5倍波长。
在一些实施例中，该金属分隔面具有一个或多个槽孔。
在一些实施例中，每一所述槽孔的长度均等于该第二频带的最低频率的0.25倍波长。
在一些实施例中，该通信装置还包括：金属反射面，其中该第二天线组合介于该金属分隔面和该金属反射面之间。
附图说明
图1A为显示根据本发明一实施例所述的通信装置的立体图。
图1B为显示根据本发明一实施例所述的通信装置的俯视图。
图1C为显示根据本发明一实施例所述的通信装置的侧视图。
图2A为显示根据本发明一实施例所述的通信装置的俯视图。
图2B为显示根据本发明一实施例所述的通信装置的俯视图。
图3为显示根据本发明一实施例所述的通信装置的立体图。
图4A为显示根据本发明一实施例所述的天线系统的完整示意图。
图4B为显示根据本发明一实施例所述的天线系统的上层部份示意图。
图4C为显示根据本发明一实施例所述的天线系统的下层部份示意图。
图5A为显示根据本发明一实施例所述的天线系统的完整示意图。
图5B为显示根据本发明一实施例所述的天线系统的上层部份示意图。
图5C为显示根据本发明一实施例所述的天线系统的下层部份示意图。
图6A为显示根据本发明一实施例所述的天线系统的完整示意图。
图6B为显示根据本发明一实施例所述的天线系统的上层部份示意图。
图6C为显示根据本发明一实施例所述的天线系统的下层部份示意图。
图7为显示根据本发明一实施例所述的天线系统的电压驻波比图。
图8A为显示根据本发明一实施例所述的天线系统于低频频带中的辐射场型图。
图8B为显示根据本发明一实施例所述的天线系统于高频频带中的辐射场型图。
图9为显示根据本发明一实施例所述的无线网络基站的示意图。
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，并配合所附图式，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性连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接至第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。
图1A为显示根据本发明一实施例所述的通信装置700的立体图。图1B为显示根据本发明一实施例所述的通信装置700的俯视图。图1C为显示根据本发明一实施例所述的通信装置700的侧视图。请一并参考图1A、1B、1C。通信装置700可应用于无线网络基站(WirelessAccess Point)当中。在图1A、1B、1C的实施例中，通信装置700包括第一天线组合710、第二天线组合720，以及金属分隔面730，其中金属分隔面730介于第一天线组合710和第二天线组合720之间，并用于将第一天线组合710和第二天线组合720完全分隔开。例如，第一天线组合710可位于金属分隔面730的上方，而第二天线组合720可位于金属分隔面730的下方，但不仅限于此。金属分隔面730可具有任意的形状，例如：正方形、圆形、三角形、椭圆形、梯形、矩形，或是不规则形。
第一天线组合710包括第一天线元件711、第二天线元件712、第三天线元件713，以及第四天线元件714。第二天线组合720包括第五天线元件721、第六天线元件722、第七天线元件723、第八天线元件724、第九天线元件725、第十天线元件726、第十一天线元件727，以及第十二天线元件728。前述天线元件的形状和种类于本发明中并不特别限制。举例而言，前述天线元件中的任一者可为单极天线(Monopole Antenna)、偶极天线(DipoleAntenna)、螺旋天线(Helical Antenna)、补钉天线(Patch Antenna)、循环天线(LoopAntenna)，或是芯片天线(Chip Antenna)，但亦不仅限于此。
第一天线元件711、第二天线元件712、第五天线元件721、第六天线元件722、第七天线元件723，以及第八天线元件724均具有第一极化方向(Polarization Direction)，而第三天线元件713、第四天线元件714、第九天线元件725、第十天线元件726、第十一天线元件727，以及第十二天线元件728均具有第二极化方向，其中第二极化方向不同于第一极化方向。在一些实施例中，第二极化方向与第一极化方向互相垂直。例如，第一极化方向可以是水平极化方向，其平行于金属分隔面730(或平行于XY平面)，而第二极化方向可以是垂直极化方向，其垂直于金属分隔面730(或平行于Z轴)。
在第一天线组合710中，第一天线元件711和第二天线元件712可与第三天线元件713和第四天线元件714交错排列。在第二天线组合720中，第五天线元件721、第六天线元件722、第七天线元件723，以及第八天线元件724可与第九天线元件725、第十天线元件726、第十一天线元件727，以及第十二天线元件728交错排列。亦即，无论是第一天线组合710或是第二天线组合720，任一具有第一极化方向的天线元件均可介于两个具有第二极化方向的天线元件之间，而任一具有第二极化方向的天线元件均可介于两个具有第一极化方向的天线元件之间。此种设计可提升相邻天线元件之间的隔离度(Isolation)，同时增强通信装置700的天线极化分集(Antenna Polarization Diversity)。
在一些实施例中，第一天线元件711、第二天线元件712、第五天线元件721、第六天线元件722、第七天线元件723，以及第八天线元件724、第九天线元件725、第十天线元件726、第十一天线元件727，以及第十二天线元件728均为印刷电路板(Printed CircuitBoard，PCB)天线，其藉由塑料支撑元件(未显示)而固定于金属分隔面730上。在一些实施例中，第三天线元件713和第四天线元件714均为铁件(Ironware)天线，其直接锁附固定于金属分隔面730上。详细而言，第三天线元件713和第四天线元件714于金属分隔面730上具有第一垂直投影(Vertical Projection)，而第九天线元件725、第十天线元件726、第十一天线元件727，以及第十二天线元件728于金属分隔面730上具有第二垂直投影，其中第二垂直投影可与第一垂直投影至少部份重叠。例如，第三天线元件713的垂直投影可与第十二天线元件728的垂直投影至少部份重叠，而第四天线元件714的垂直投影可与第十天线元件726的垂直投影至少部份重叠，但亦不仅限于此。
在一些实施例中，第一天线组合710的每一天线元件均可涵盖介于2400MHz至2500MHz之间的第一频带，以及介于5150MHz至5850MHz之间的第二频带。另外，第二天线组合720的每一天线元件均可涵盖介于5150MHz至5850MHz之间的第二频带。因此，通信装置700至少可支持WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz/5GHz的双频带操作。根据实际量测结果，第一天线组合710和第二天线组合720之间的隔离度于前述第二频带内均可达40dB以上，其中同一天线组合内任两个相邻天线元件之间的隔离度均可达20dB以上。另外，第一天线组合710和第二天线组合720均可具有近似全向性(Omnidirectional)的辐射场型(Radiation Pattern)。以上性能参数已可符合一般移动通信的实际应用需求。
在一些实施例中，通信装置700的元件尺寸系如下列所述。金属分隔面730的长度L5(例如：正方形的金属分隔面730的各边长度)可以大于或等于前述第一频带的最低频率的0.5倍波长(λ/2)。第一天线元件711和第二天线元件712的间距D3可以大于或等于前述第一频带的最低频率的0.125倍波长(λ/8)。第三天线元件713和第四天线元件714的间距D4可以大于或等于前述第一频带的最低频率的0.25倍波长(λ/4)。第五天线元件721、第六天线元件722、第七天线元件723，以及第八天线元件724的任相邻二者的间距D5均可大于或等于前述第二频带的最低频率的0.125倍波长(λ/8)。第九天线元件725、第十天线元件726、第十一天线元件727，以及第十二天线元件728的任相邻二者的间距D6均可大于或等于前述第二频带的最低频率的0.25倍波长(λ/4)。金属分隔面730与第一天线元件711和第二天线元件712的每一者的间距D7均可大于或等于前述第二频带的最高频率的0.125倍波长(λ/8)。金属分隔面730与第五天线元件721、第六天线元件722、第七天线元件723，以及第八天线元件724的每一者的间距D8均可大于或等于前述第二频带的最高频率的0.125倍波长(λ/8)。金属分隔面730与第三天线元件713和第四天线元件714的每一者之间均具有第一距离D9，而金属分隔面730与第九天线元件725、第十天线元件726、第十一天线元件727，以及第十二天线元件728的每一者之间均具有第二距离D10，其中第一距离D9和第二距离D10的总和可以大于或等于前述第二频带的最低频率的1倍波长(λ)。以上尺寸和距离的范围系根据多次实验结果而得出，其有助于优化通信装置700的隔离度和辐射场型。
图2A为显示根据本发明一实施例所述的通信装置800的俯视图。图2A和图1B相似。在图2A的实施例中，第二天线组合720沿通信装置800的中心点稍作旋转。详细而言，第三天线元件713和第四天线元件714于金属分隔面730上具有第一垂直投影，而第九天线元件725、第十天线元件726、第十一天线元件727，以及第十二天线元件728于金属分隔面730上具有第二垂直投影，其中第二垂直投影系与第一垂直投影完全不重叠。根据实际量测结果，此种交错排列的设计可降低第一天线组合710和第二天线组合720之间于第二极化方向上的互相干扰，从而可进一步微缩通信装置800的尺寸(特别是指Z轴上的高度)。请再次参考图1C。金属分隔面730与第三天线元件713和第四天线元件714的每一者之间均具有第一距离D9，而金属分隔面730与第九天线元件725、第十天线元件726、第十一天线元件727，以及第十二天线元件728的每一者之间均具有第二距离D10。若采用图2A的交错设计，则第一距离D9和第二距离D10的总和可以仅大于或等于通信装置800的第二频带的最低频率的0.5倍波长(λ/2)(缩小50％以上)。图2A的通信装置800的其余特征均与图1A、1B、1C的通信装置700类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图2B为显示根据本发明一实施例所述的通信装置850的俯视图。图2B和图2A相似。在图2B的实施例中，通信装置850的金属分隔面830具有一个或多个槽孔(Slot)851、852，其中每一所述槽孔851、852的长度L6均大致等于通信装置850的第二频带的最低频率的0.25倍波长(λ/4)。例如，槽孔851可介于第三天线元件713的垂直投影和第十一天线元件727的垂直投影之间，而槽孔852可介于第四天线元件714的垂直投影和第九天线元件725的垂直投影之间，但亦不仅限于此。根据实际量测结果，此种槽孔设计可降低第一天线组合710和第二天线组合720之间于第二极化方向上的互相干扰，从而可进一步微缩通信装置850的尺寸(特别是指Z轴上的高度)。必须理解的是，虽然图2B恰显示两个槽孔851、852，但在其他实施例中，金属分隔面830更可依不同需求而具有更多或更少个槽孔。图2B的通信装置850的其余特征均与图2A的通信装置800类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图3为显示根据本发明一实施例所述的通信装置900的立体图。图3和图1A相似。在图3的实施例中，通信装置900还包括金属反射面960，其邻近于第二天线组合720。必须注意的是，本说明书中所谓“邻近”或“相邻”一词可指对应的二元件间距小于一既定距离(例如：10mm或更短)，亦可包括对应的二元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0)。第二天线组合720介于金属分隔面730和金属反射面960之间。例如，金属反射面960可以是无线网络基站的金属外壳，但亦不仅限于此。根据实际量测结果，此种反射面的设计可降低第一天线组合710和第二天线组合720之间于第二极化方向上的互相干扰，从而可进一步微缩通信装置900的尺寸(特别是指Z轴上的高度)。图3的通信装置900的其余特征均与图1A、1B、1C的通信装置700类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
以下实施例将介绍具有第一极化方向的各个天线元件的详细结构。必须注意的是，第一天线元件711、第二天线元件712、第五天线元件721、第六天线元件722、第七天线元件723，以及第八天线元件724中的每一者均可称的为“天线系统(Antenna System)”，而以下这些天线系统的设计图案仅为举例，而非用于限制本发明。
图4A为显示根据本发明一实施例所述的天线系统(Antenna System)100的完整示意图。天线系统100可以形成于介质基板(Dielectric Substrate)105的上表面和下表面。介质基板105可以是印刷电路板或是FR4基板(Flame Retardant 4 Substrate)。图4B为显示根据本发明一实施例所述的天线系统100的上层部份示意图，亦即位于介质基板105的上表面的一部份天线图案(Antenna Pattern)。图4C为显示根据本发明一实施例所述的天线系统100的下层部份示意图，亦即位于介质基板105的下表面的另一部份天线图案。图4A为图4B和图4C两者的结合。必须注意的是，图4B为图4A的俯视图，但图4C为图4A的下层天线图案的透视图而非为其背视图(两者会相差180的翻转)。请一并参考图4A、4B、4C。天线系统100可应用于无线网络基站当中。在图4A、4B、4C的实施例中，天线系统100包括：第一传输线(Transmission Line)111、第二传输线112、第三传输线113、第四传输线114、第一偶极天线(Dipole Antenna)120、第二偶极天线130、第三偶极天线140、第四偶极天线150、第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190。前述每一偶极天线均包括位于介质基板105的上表面的辐射体以及位于介质基板105的下表面的另一辐射体。每一传输线均包括位于介质基板105的上表面以及下表面相对位置的传输路径。前述分别位于上、下表面的辐射体系由分别位于上、下表面的对应传输线的一端并朝不同方向作延伸。
天线系统100具有馈入点(Feeding Point)FP，其可耦接至射频(RadioFrequency，RF)模块(未显示)。此射频模块可用于激发天线系统100。第一传输线111、第二传输线112、第三传输线113、第四传输线114、第一偶极天线120、第二偶极天线130、第三偶极天线140、第四偶极天线150、第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190可将馈入点FP设为中心而呈现一点对称分布图形。详细而言，第一传输线111及第一偶极天线120、第五偶极天线160可当作第一通信单元；第二传输线112及第二偶极天线130、第六偶极天线170可当作第二通信单元；第三传输线113及第三偶极天线140、第七偶极天线180可当作第三通信单元；而第四传输线114及第四偶极天线150、第八偶极天线190可当作第四通信单元。此四个通信单元具有完全相同的结构，差异处仅在于其朝向不同方向，使得天线系统100可以接收或传送四面八方的信号。在其他实施例中，天线系统100可包括更少或更多的通信单元。
第一传输线111、第二传输线112、第三传输线113，以及第四传输线114的任意相邻两者(例如：第二传输线112和第三传输线113，或是第一传输线111和第四传输线114)可以大致互相垂直，使得第一传输线111、第二传输线112、第三传输线113，以及第四传输线114的组合可以大致呈现十字形(Cross Shape)。第一偶极天线120经由第一传输线111耦接至馈入点FP，第二偶极天线130经由第二传输线112耦接至馈入点FP，第三偶极天线140经由第三传输线113耦接至馈入点FP，而第四偶极天线150经由第四传输线114耦接至馈入点FP。为了调整阻抗匹配(Impedance Matching)，前述的传输线的每一者可具有不等宽的结构。例如，每一传输线可包括较宽部份和较窄部份，其中较宽部份可直接连接至前述的偶极天线的对应一者，而较窄部份可直接连接至馈入点FP。在另一些实施例中，较窄部份亦可直接连接至前述的偶极天线的对应一者，而较宽部份可直接连接至馈入点FP。在另一些实施例中，前述的传输线的每一者亦可改为等宽结构。
详细而言，第一偶极天线120、第二偶极天线130、第三偶极天线140，以及第四偶极天线150各自包括一正辐射支路和一负辐射支路(分别设置于介质基板105的上表面和下表面)，其中正辐射支路和负辐射支路之间的夹角θ系小于100度。在一些实施例中，正辐射支路和负辐射支路之间的夹角θ约等于90度，使得第一偶极天线120、第二偶极天线130、第三偶极天线140，以及第四偶极天线150的组合大致形成第一正方形，其中第一传输线111、第二传输线112、第三传输线113、第四传输线114、第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190均由第一正方形所包围。
第五偶极天线160耦接至第一传输线111，并介于第一偶极天线120和馈入点FP之间。第六偶极天线170耦接至第二传输线112，并介于第二偶极天线130和馈入点FP之间。第七偶极天线180耦接至第三传输线113，并介于第三偶极天线140和馈入点FP之间。第八偶极天线190耦接至第四传输线114，并介于第四偶极天线150和馈入点FP之间。第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190的每一者的可分别耦接至第一传输线111、第二传输线112、第三传输线113、第四传输线114的对应一者的中央处，亦即，对应的传输线的较宽部份和较窄部份两者的交界处。
详细而言，第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190各自分别位于上表面以及下表面的二辐射体为正辐射段和负辐射段(分别设置于介质基板105的上表面和下表面)，在一些实施例中，正辐射段和负辐射段系大致互相平行且朝相反的方向作延伸，使得第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190的一组合大致形成第二正方形，其中第二正方形的面积小于前述由第一偶极天线120、第二偶极天线130、第三偶极天线140、第四偶极天线150所形成的第一正方形的面积，而第二正方形系由第一正方形所围绕。馈入点FP位于第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190所形成的第二正方形的中心处。
在天线原理方面，第一偶极天线120、第二偶极天线130、第三偶极天线140，以及第四偶极天线150的每一者可均涵盖一低频频带；另外，第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190的每一者可均涵盖一高频频带。例如，前述的低频频带可约介于2400MHz至2500MHz之间，而前述的高频频带可约介于5150MHz至5850MHz之间。
藉由针对天线系统100的各个偶极天线的支路作适当的弯折设计，可有效地微缩天线系统100的整体尺寸。和传统的阿尔福德环形天线(Alford Loop Antenna)相比，天线系统100可缩小约30％至40％的总面积，且不会影响其操作频带及辐射效率。因此，天线系统100可兼得小尺寸、宽频带、全向性，以及高天线效率等多重优势。
图5A为显示根据本发明一实施例所述的天线系统200的完整示意图。图5B为显示根据本发明一实施例所述的天线系统200的上层部份示意图。图5C为显示根据本发明一实施例所述的天线系统200的下层部份示意图。图5A、5B、5C与图4A、4B、4C相似。在图5A、5B、5C的实施例中，天线系统200的第五偶极天线260、第六偶极天线270、第七偶极天线280，以及第八偶极天线290具有不同的延伸方向。详细而言，第五偶极天线260、第六偶极天线270、第七偶极天线280，以及第八偶极天线290各自包括一正辐射段和一负辐射段(分别设置于介质基板105的上表面和下表面)，其中正辐射段和负辐射段系大致互相垂直且朝远离对应的传输线的方向作延伸，使得第五偶极天线260、第六偶极天线270、第七偶极天线280，以及第八偶极天线290的组合大致形成第二正方形，其中第二正方形的面积小于前述由第一偶极天线120、第二偶极天线130、第三偶极天线140，以及第四偶极天线150所形成的第一正方形的面积，而第二正方形系由第一正方形所围绕。馈入点FP系位于第五偶极天线260、第六偶极天线270、第七偶极天线280，以及第八偶极天线290所形成的第二正方形的中心处。第五偶极天线260、第六偶极天线270、第七偶极天线280，以及第八偶极天线290的配置方式可用于调整天线系统200的高频频带的极化方向(Polarization Direction)，且不会额外增加天线系统200的整体面积。图5A、5B、5C的天线系统200的其余特征均与图4A、4B、4C的天线系统100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图6A为显示根据本发明一实施例所述的天线系统300的完整示意图。图6B为显示根据本发明一实施例所述的天线系统300的上层部份示意图。图6C为显示根据本发明一实施例所述的天线系统300的下层部份示意图。图6A、6B、6C与图4A、4B、4C相似。在图6A、6B、6C的实施例中，天线系统300还包括第一导向器(Director)301、第二导向器302、第三导向器303，以及第四导向器304。第一导向器301耦接至第一传输线111，并介于第一偶极天线120和第五偶极天线160之间。第二导向器302耦接至第二传输线112，并介于第二偶极天线130和第六偶极天线170之间。第三导向器303耦接至第三传输线113，并介于第三偶极天线140和第七偶极天线180之间。第四导向器304耦接至第四传输线114，并介于第四偶极天线150和第八偶极天线190之间。详细而言，第一导向器301、第二导向器302、第三导向器303，以及第四导向器304各自包括一正延伸支路和一负延伸支路(两者同时设置于介质基板105的上表面，或是同时设置于介质基板105的下表面)，而其中正延伸支路和负延伸支路系大致互相平行且朝相反方向作延伸。第一导向器301、第二导向器302、第三导向器303，以及第四导向器304的每一者可以大致与第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190的对应一者互相平行。第一导向器301、第二导向器302、第三导向器303，以及第四导向器304可将高频辐射导引向外，此有助于增强天线系统300的高频频带的辐射场型，且不会额外增加天线系统300的整体面积。图6A、6B、6C的天线系统300的其余特征均与图4A、4B、4C的天线系统100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图7为显示根据本发明一实施例所述的天线系统300的电压驻波比(VoltageStanding Wave Ratio，VSWR)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表电压驻波比。根据图7的量测结果可知，天线系统300至少可涵盖介于2400MHz至2500MHz之间的低频频带FB1，以及介于5150MHz至5850MHz之间的高频频带FB2，使得天线系统300至少可支持WLAN2.4GHz/5GHz的双频带操作。
图8A为显示根据本发明一实施例所述的天线系统300于低频频带FB1中的辐射场型图(Radiation Pattern)，其系沿着XY平面进行量测。图8B为显示根据本发明一实施例所述的天线系统300于高频频带FB2中的辐射场型图，其亦沿着XY平面进行量测。根据图8A、8B的量测结果可知，天线系统300可视为改良版的阿尔福德环形天线，在缩小整体尺寸的前提下，其亦可于所需的高、低频带中均产生近似全向性的辐射场型，以符合实际应用需求。
在一些实施例中，第一偶极天线120、第二偶极天线130、第三偶极天线140，以及第四偶极天线150的每一者的总长度L1可大致等于低频频带FB1的0.5倍波长(λ/2)。第五偶极天线160(或260)、第六偶极天线170(或270)、第七偶极天线180(或280)，以及第八偶极天线190(或290)的每一者的总长度L2可大致等于高频频带FB2的0.5倍波长(λ/2)。在一些实施例中，天线系统100、200、300的元件尺寸可根据下列方程式(1)至(6)进行估算。
Figure BDA0001707999980000131
Figure BDA0001707999980000132
其中参数A、参数B的单位均为毫米(mm)，低频频带FB1的中心频率系设定为αGHz，高频频带FB2的中心频率系设定为βGHz，介质基板105的介电常数(Dielectric Constant)设定为C。
0.6·A＜L1＜1.4·A..........................................(3)
其中L1代表第一偶极天线120、第二偶极天线130、第三偶极天线140，以及第四偶极天线150中的每一者的总长度。
0.6·B＜L2＜1.4·B..........................................(4)
其中L2代表第五偶极天线160(或260)、第六偶极天线170(或270)、第七偶极天线180(或280)，以及第八偶极天线190(或290)中的每一者的总长度。
0.3·A＜L3＜0.7·A..........................................(5)
其中L3代表第一传输线111、第二传输线112、第三传输线113，以及第四传输线114中的每一者的正投影的长度。
0.3·B＜D1＜0.7·B..........................................(6)
其中D1代表第五偶极天线160(或260)、第六偶极天线170(或270)、第七偶极天线180(或280)，以及第八偶极天线190(或290)的每一者与馈入点FP的间距。
在一些实施例中，第一导向器301、第二导向器302、第三导向器303，以及第四导向器304中的每一者的与第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190中的对应一者的间距D2可大致等于前述间距D1，其计算方式可如方程式(6)所述。在另一些实施例中，第一导向器301、第二导向器302、第三导向器303，以及第四导向器304的每一者的总长度L4可大致为第五偶极天线160、第六偶极天线170、第七偶极天线180，以及第八偶极天线190的每一者的总长度L2的0.4倍至1.1倍之间(亦即，0.4·L2＜L4＜1.1·L2)，其计算方式可如方程式(4)所述。须注意的是，以上根据方程式(1)至(6)所估算的元件尺寸范围是根据多次实验结果而求出，其可用于优化天线系统100、200、300的操作频带及阻抗匹配。
图9为显示根据本发明一实施例所述的无线网络基站600的示意图。在图9的实施例中，无线网络基站600包括壳体610、天线系统620，以及射频电路630。壳体610可为任意形状的空心结构。天线系统620和射频电路630可设置于壳体610内，其中天线系统620系电性连接至射频电路630。必须注意的是，天线系统620可以是前述天线系统100、200、300其中的任一者，其功能、结构均如之前实施例所述。
本发明提出一种新颖的通信装置，与传统技术相比，其至少具备下列优势：(1)涵盖较宽频带；(2)提供近似全向性的辐射场型；(3)有效地缩小整体天线尺寸；(4)提高天线元件之间的隔离度；(5)结构简单容易大量生产；(6)可降低整体制造成本；以及(7)可应用于各种不同环境而无须再作校正。因此，本发明很适合应用于各种多频带通信装置或是无线网络基站当中。
值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状，以及频率范围均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。本发明的通信装置并不仅限于图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，并非所有图标的特征均须同时实施于本发明的通信装置当中。
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。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求为准。
【符号说明】
700、800、850、900～通信装置；
710～第一天线组合；
711～第一天线元件；
712～第二天线元件；
713～第三天线元件；
714～第四天线元件；
720～第二天线组合；
721～第五天线元件；
722～第六天线元件；
723～第七天线元件；
724～第八天线元件；
725～第九天线元件；
726～第十天线元件；
727～第十一天线元件；
728～第十二天线元件；
730、830～金属分隔面；
851、852～槽孔；
960～金属反射面；
100、200、300、620～天线系统；
105～介质基板；
111～第一传输线；
112～第二传输线；
113～第三传输线；
114～第四传输线；
120～第一偶极天线；
130～第二偶极天线；
140～第三偶极天线；
150～第四偶极天线；
160、260～第五偶极天线；
170、270～第六偶极天线；
180、280～第七偶极天线；
190、290～第八偶极天线；
301～第一导向器；
302～第二导向器；
303～第三导向器；
304～第四导向器；
600～无线网络基站；
610～壳体；
630～射频电路；
FB1～低频频带；
FB2～高频频带；
FP～馈入点；
L1、L2、L3、L4、L5、L6～长度；
D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8～间距；
D9～第一距离；
D10～第二距离；
X～X轴；
Y～Y轴；
Z～Z轴；
θ～夹角。

Claims (19)

1.一种通信装置，包括：
第一天线组合，包括：
第一天线元件；
第二天线元件，相对于该第一天线元件；
第三天线元件；以及
第四天线元件，相对于该第三天线元件；
第二天线组合，包括：
第五天线元件；
第六天线元件，相邻于该第五天线元件；
第七天线元件，相邻于该第六天线元件且相对于该第五天线元件；
第八天线元件，相邻于该第五天线元件及该第七天线元件且相对于该第六天线元件；
第九天线元件；
第十天线元件；
第十一天线元件，相对于该第九天线元件；以及
第十二天线元件，相对于该第十天线元件，其中该第五天线元件、该第六天线元件、该第七天线元件，以及该第八天线元件与该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件交错排列；以及
金属分隔面，介于该第一天线组合和该第二天线组合之间；
其中该第一天线元件、该第二天线元件、该第五天线元件、该第六天线元件、该第七天线元件，以及该第八天线元件均具有第一极化方向；
其中该第三天线元件、该第四天线元件、该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件均具有第二极化方向；
其中该第二极化方向不同于该第一极化方向。
2.如权利要求1所述的通信装置，其中该第二极化方向与该第一极化方向互相垂直。
3.如权利要求1所述的通信装置，其中该第一极化方向平行于该金属分隔面，而该第二极化方向垂直于该金属分隔面。
4.如权利要求1所述的通信装置，其中该第一天线组合涵盖介于2400MHz至2500MHz之间的第一频带，以及介于5150MHz至5850MHz之间的第二频带。
5.如权利要求1所述的通信装置，其中该第二天线组合涵盖介于5150MHz至5850MHz之间的第二频带。
6.如权利要求1所述的通信装置，其中该第一天线元件和该第二天线元件与该第三天线元件和该第四天线元件交错排列。
7.如权利要求4所述的通信装置，其中该金属分隔面的长度大于或等于该第一频带的最低频率的0.5倍波长。
8.如权利要求4所述的通信装置，其中该第一天线元件和该第二天线元件的间距大于或等于该第一频带的最低频率的0.125倍波长。
9.如权利要求4所述的通信装置，其中该第三天线元件和该第四天线元件的间距大于或等于该第一频带的最低频率的0.25倍波长。
10.如权利要求4所述的通信装置，其中该第五天线元件、该第六天线元件、该第七天线元件，以及该第八天线元件中的任相邻二者的间距大于或等于该第二频带的最低频率的0.125倍波长。
11.如权利要求4所述的通信装置，其中该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件中的任相邻二者的间距大于或等于该第二频带的最低频率的0.25倍波长。
12.如权利要求4所述的通信装置，其中该金属分隔面与该第一天线元件、该第二天线元件、该第五天线元件、该第六天线元件、该第七天线元件，以及该第八天线元件的每一者的间距均大于或等于该第二频带的最高频率的0.125倍波长。
13.如权利要求4所述的通信装置，其中该第三天线元件和该第四天线元件于该金属分隔面上具有第一垂直投影，该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件于该金属分隔面上具有第二垂直投影，而该第二垂直投影与该第一垂直投影至少部份重叠。
14.如权利要求13所述的通信装置，其中该金属分隔面与该第三天线元件和该第四天线元件中的每一者之间均具有第一距离，该金属分隔面与该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件中的每一者之间均具有第二距离，而该第一距离和该第二距离的总和大于或等于该第二频带的最低频率的1倍波长。
15.如权利要求4所述的通信装置，其中该第三天线元件和该第四天线元件于该金属分隔面上具有第一垂直投影，该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件于该金属分隔面上具有第二垂直投影，而该第二垂直投影与该第一垂直投影完全不重叠。
16.如权利要求15所述的通信装置，其中该金属分隔面与该第三天线元件和该第四天线元件中的每一者之间均具有第一距离，该金属分隔面与该第九天线元件、该第十天线元件、该第十一天线元件，以及该第十二天线元件中的每一者之间均具有第二距离，而该第一距离和该第二距离的总和大于或等于该第二频带的最低频率的0.5倍波长。
17.如权利要求15所述的通信装置，其中该金属分隔面具有一个或多个槽孔。
18.如权利要求17所述的通信装置，其中每一所述槽孔的长度均等于该第二频带的最低频率的0.25倍波长。
19.如权利要求1所述的通信装置，还包括：
金属反射面，其中该第二天线组合介于该金属分隔面和该金属反射面之间。
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