CN111293429B - 自动切换智能天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动切换智能天线装置，包括天线模组、无线晶片、微控制器以及应用单元。天线模组包括接地部、馈入部、主天线、第一二极体、电容、第二二极体、副天线与电感。馈入部连接主天线、第一二极体的阳极与第二二极体的阳极，用以导入射频信号与直流导通电压。第一二极体的阴极连接接地部。电容连接于主天线与接地部之间。第二二极体的阴极连接副天线。电感连接于副天线与接地部之间。导通的第一二极体与主天线构成输入阻抗为接近无穷大的四分之一波长短路线。无线晶片连接馈入部，以提供射频信号。微控制器连接馈入部，以提供直流导通电压。应用单元连接无线晶片与微控制器，以控制微控制器。本发明可达到天线切换的效果。

Description

自动切换智能天线装置

技术领域

本发明涉及一种天线装置，特别是一种自动切换智能天线装置。

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更进行无线通信。

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况下，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自动切换智能天线装置，达到天线互补性的切换效果并易于控制。

本发明的技术方案是这样的，一种自动切换智能天线装置包括：

天线模组，所述天线模组包括接地部、馈入部、主天线、第一二极体、电容、第二二极体、副天线与电感；其中所述馈入部连接所述主天线、所述第一二极体的阳极与所述第二二极体的阳极，用以导入射频信号与直流导通电压；所述第一二极体的阴极连接所述接地部；所述电容连接于所述主天线与所述接地部之间；所述第二二极体的阴极连接所述副天线；所述电感连接于所述副天线与所述接地部之间，其中导通的所述第一二极体与所述主天线构成输入阻抗为接近无穷大的四分之一波长短路线；

无线晶片，连接所述天线模组的所述馈入部，用以提供所述射频信号；

微控制器，连接所述天线模组的所述馈入部，用以提供所述直流导通电压；以及

应用单元，连接所述无线晶片与所述微控制器，依据所述无线晶片由所述天线模组所获得的无线信号，以控制所述微控制器。

进一步地，所述主天线提供第一极化的辐射场型，所述副天线提供第二极化的辐射场型，所述第一极化与所述第二极化两者的极化方向为彼此正交。

进一步地，所述第一极化为垂直极化，所述第二极化为水平极化。

进一步地，所述主天线与所述副天线皆是偶极天线，所述馈入部与所述接地部构成双线传输线；所述天线模组更包括基板，其中所述基板具有彼此平行的上表面与下表面；所述接地部设于所述基板的所述下表面；所述主天线位于所述接地部的左侧，所述主天线包括第一主臂与第二主臂，所述第一主臂设于所述上表面，所述第二主臂设于所述下表面，所述第一主臂连接所述馈入部，所述第二主臂连接所述接地部；第一二极体的阳极连接所述第一主臂，所述第一二极体的阴极连接所述第二主臂；所述电容连接于所述第一主臂与所述第二主臂之间；所述副天线位于所述接地部的一右侧，所述副天线包括第一副臂与第二副臂，所述第一副臂设于所述上表面，所述第二副臂设于所述下表面，所述第一副臂连接所述第二二极体的阴极，所述第二副臂连接所述接地部；所述电感连接于所述第一副臂与所述第二副臂之间。

进一步地，所述第一主臂包括第一主辐射部与第一平行部，所述第一平行部连接于所述馈入部与所述第一主辐射部之间；其中所述第二主臂包括第二主辐射部与第二平行部，所述第二平行部连接于所述接地部与所述第二主辐射部之间，所述第一平行部与所述第二平行部彼此平行；其中所述第一二极体的阳极连接所述第一平行部，所述第一二极体的阴极连接所述第二平行部，所述电容连接于所述第一平行部与所述第二平行部之间；其中所述第一副臂包括第一副辐射部与第三平行部，所述第三平行部连接于所述第二二极体的阴极与所述第一副辐射部之间；其中所述第二副臂包括第二副辐射部与第四平行部，所述第四平行部连接于所述接地部与所述第二副辐射部之间，所述第三平行部与所述第四平行部彼此平行；其中，所述电感连接于所述第三平行部与所述第四平行部之间。

进一步地，所述第一二极体设于所述基板的所述上表面，所述第一二极体的阴极通过所述基板的第一通孔连接所述第二平行部；其中，所述电容设于所述基板的所述上表面以连接所述第一平行部，且所述电容通过所述基板的第二通孔连接所述第二平行部；其中，所述电感设于所述基板的所述上表面以连接所述第三平行部，且所述电感通过所述基板的第三通孔连接所述第四平行部。

进一步地，所述第一平行部与所述第二平行部连接至所述电容的总和导线长度用以调整所述主天线的阻抗匹配，所述第三平行部与所述第四平行部连接至所述电感的总和导线长度用以调整所述副天线的阻抗匹配。

进一步地，包括：中间反射器，设于所述基板的所述下表面，连接所述接地部，且位于所述主天线与所述副天线之间。

进一步地，所述中间反射器为T字形。

进一步地，所述主天线与所述副天线皆工作于5GHz频带。

本发明所提供的技术方案的优点在于，本发明适用于具有多天线的无线通信产品，只需要使用一个共用的馈入部，即可完成射频信号的交流馈电以及切换控制信号的直流馈电，不仅能达成天线互补性的切换效果，更兼具有切换线路简单，容易控制的优点。并且，基于控制线路简化而也能实现降低成本的效果，具有很高的产业应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的自动切换智能天线装置的功能模块图。

图2是本发明实施例提供的天线模组的架构图。

图3是本发明实施例提供的天线模组的平面透视图。

图4是本发明实施例提供的天线模组的上表面的示意图。

图5是本发明实施例提供的天线模组的下表面的透视示意图。

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。

本实施例的自动切换智能天线装置例如是无线网络装置，尤其适用于5GHz频带的无线区域网络装置，例如是笔记型电脑、一体电脑、无线存取器(Access Point)、智能电视等。自动切换智能天线装置包括天线模组1、无线晶片2、微控制器3以及应用单元4。请一并参照图1与图2，图2是本发明实施例提供的天线模组的架构图。天线模组1包括接地部11、馈入部12、主天线13、第一二极体14、电容15、第二二极体16、副天线17与电感18。馈入部12连接主天线13、第一二极体14的阳极与第二二极体16 的阳极，用以导入射频信号与直流导通电压。第一二极体14的阴极连接接地部11。电容15连接于主天线13与接地部11之间。第二二极体16的阴极连接副天线17。电感 18连接于副天线17与接地部11之间。导通的第一二极体14与主天线13构成输入阻抗为接近无穷大的四分之一波长短路线。无线晶片2连接天线模组1的馈入部12，用以提供射频信号。微控制器3连接天线模组1的馈入部，用以提供直流导通电压。应用单元 4连接无线晶片2与微控制器3，依据无线晶片2由天线模组1所获得的无线信号，以控制微控制器3。应用单元4较佳的是自动切换智能天线装置的一个功能模组，例如是一个连接微控器3的处理晶片，或者是与微控制器3整合成为一个晶片，应用单元4利用挂载于自动切换智能天线装置其作业系统的一个应用程式执行控制，例如以无线晶片 2的吞吐量或物理层资料率作为控制切换的依据，也可包括复合式判断机制的算法。

在信号馈入方面，馈入部12不但用做馈入天线的射频信号，也馈入用以导通第一二极体14与第二二极体16的直流导通电压，由于馈入部12是兼用于馈入射频信号与直流信号，则电容15是用以作为直流阻断器，电感18是用以作为射频信号的阻断器。当模式零时，微控制器3不提供直流导通电压，第一二极体14与第二二极体16都没有导通，使得只有主天线13得到射频信号的馈入。当模式一时，微控制器3提供直流导通电压，第一二极体14与第二二极体16同时都导通，为了达成只有副天线17得到射频信号的馈入的目的，由馈入部12往主天线13看过去的输入阻抗值需要利用接地状态 (因导通而接地)的第一二极体14而调整为四分之一波长短路线，造成其输入阻抗为接近无穷大，而不影响副天线17的阻抗匹配。因此，适当设定第一二极体14其阳极连接第一主臂131的位置，以达成四分之一波长短路线的设定。再者，馈入部12与接地部11构成双线传输线为较佳的设计。

上述的天线模组1的主天线13与副天线17可提供互补性的功能。在一实施例中，主天线13提供第一极化的辐射场型，副天线17提供第二极化的辐射场型，第一极化与第二极化两者的极化方向为彼此正交，例如第一极化为垂直极化，第二极化为水平极化，但本发明不因此限定。当模式零时，第一二极体14与第二二极体16都不导通，只有主天线13得到射频信号的馈入主天线13正常工作以产生垂直极化的辐射场型。再者，当模式一时，第一二极体14与第二二极体16都被导通，只有副天线17得到射频信号的馈入，副天线17正常工作以产生水平极化的辐射场型。如此可达成彼此正交的天线极化特性切换。

在下述的另一实施例中，主天线13与副天线17提供不同的辐射场型，以产生辐射场型互补的效果。请参照图3、图4与图5，图3是本发明实施例提供的天线模组的平面透视图，图4是本发明实施例提供的天线模组的上表面的示意图，图5是本发明实施例提供的天线模组的下表面的透视示意图。天线模组包括基板100、接地部11、馈入部 12、主天线13、第一二极体14、电容15、第二二极体16、副天线17以及电感18。在本实施例中的主天线13与副天线17都是偶极天线。基板100具有彼此平行的上表面101 与下表面102。第一二极体14、电容15、第二二极体16与电感18是离散元件且在图4 中以方框显示其元件轮廓图(footprint)，而在图3中为了显示天线整体轮廓而予以省略。基板100上的通孔在图3与图4中则以实心圆点表示。接地部11设于基板100的下表面102。馈入部12设于基板100的上表面101，用以提供射频信号与直流导通电压，在图2中以斜线区域表示馈入点F。主天线13位于接地部11的左侧，在图式中为X轴的正向的一侧。主天线13包括第一主臂131与第二主臂132，第一主臂131设于上表面 101，第二主臂132设于下表面102，第一主臂131连接馈入部12，第二主臂132连接接地部11。第一二极体14的阳极连接第一主臂131，第一二极体14的阴极连接第二主臂132。电容15电连接(此处所指的电连接有别于结构上的连接)于第一主臂131与第二主臂132之间。第二二极体16的阳极连接馈入部12。副天线17位于接地部11的右侧，在图式中为X轴的负向的一侧。副天线17包括第一副臂171与第二副臂172，第一副臂171设于上表面101，第二副臂172设于下表面102，第一副臂171连接第二二极体16的阴极，第二副臂172连接接地部11。电感18电连接(此处所指的电连接有别于结构上的连接)于第一副臂171与第二副臂172之间。上述主天线13与副天线17皆工作于5GHz频带，例如现行广泛使用的5GHz的WiFi频带。

请再次参照图3至图5，接著叙述以偶极天线实现的主天线13与副天线17较佳的结构范例，第一主臂131包括第一主辐射部1311与第一平行部1312，第一平行部1312 连接于馈入部12与第一主辐射部1311之间。第二主臂132包括第二主辐射部1321与第二平行部1322，第二平行部1322连接于接地部11与第二主辐射部1321之间，第一平行部1312与第二平行部1322彼此平行。第一二极体14的阳极连接第一平行部1312，以使导通的第一二极体14与第一平行部1312构成输入阻抗为接近无穷大的四分之一波长短路线，而第一二极体14的阴极连接第二平行部1322。电容15电连接于第一平行部 1312与第二平行部1322之间。第一副臂171包括第一副辐射部1711与第三平行1712 部，第三平行部1712连接于第二二极体16的阴极与第一副辐射部1711之间。第二副臂172包括第二副辐射部1721与第四平行部1722，第四平行部1722连接于接地部11 与第二副辐射部1721之间，第三平行部1712与第四平行部1722彼此平行。电感18电连接于第三平行部1712与第四平行部1722之间。并且，在本实施例中，第一平行部1312 与第二平行部1322不但彼此平行，在从基板100的上方的正视角的角度看，第一平行部1312与第二平行部1322也可彼此完全重叠或调整为部分重叠，而可作为调整阻抗匹配的一种手段，但本发明并不因此限定。再者，本实施例的第一主臂131的第一主辐射部1311与第二主臂132的第二主辐射部1321彼此朝向相反方向延伸，第一副臂171的第一副辐射部1711与第二副臂172的第二副辐射部1721彼此朝向相反方向延伸。在一实施例中，第一主臂131与第二主臂132也可保持一个对称角，并且第一副臂171与第二副臂172也可保持一个对称角，但本发明并不因此限定。

更进一步，由于使用双面的基板100，因此使用通孔方式做线路连接，第一二极体14设于基板100的上表面101，第一二极体14的阴极通过基板100的第一通孔103连接第二主臂132。电容15设于基板100的上表面101，电容15通过基板100的第二通孔104连接第二主臂132，在图式中是电容15利用线路111连接通孔104，然后第二通孔104在下表面102利用线路112连接第二主臂132，其中线路111与线路112的长度以及电容15的电容值可以作为调整阻抗匹配之用，但不限于此。电感18设于基板100 的上表面101，电感18通过基板100的第三通孔105连接第二副臂172，在图式中是电感18利用线路113连接第三通孔105，然后第三通孔105在下表面102利用线路114 连接第二副臂172，其中线路113与线路114的长度以及电感18的电感值可以作为调整阻抗匹配之用，但不限于此。详细地说，较佳的实施方式是，由于第一二极体14设于基板100的上表面101，第一二极体14的阴极通过基板100的第一通孔103连接第二平行部1322。类似的，电容15设于基板100的上表面101以连接第一平行部1312，且电容15通过基板100的第二通孔104连接第二平行部1322。电感18设于基板100的上表面101以连接第三平行部1712，且电感18通过基板100的第三通孔105连接第四平行部1722。因此可知，第一平行部1312与第二平行部1322连接至电容15的总和导线长度用以调整主天线13的阻抗匹配，第三平行部1712与第四平行部1722连接至电感18 的总和导线长度用以调整副天线17的阻抗匹配。除此之外，为了精准调控辐射场型，本实施例的天线模组更包括中间反射器19，中间反射器19例如设于基板100的下表面 102，连接接地部11，且位于主天线13与副天线17之间。所述中间反射器例如为T字形，但本发明并不因此限定。考量辐射场型的需求状态，在其他实施情况，上述的中间反射器19也可以被移除。对辐射场型而言，当模式零时，第一二极体14与第二二极体 16都不导通，主天线13正常工作，辐射场型朝向X轴的正向的方向偏移。其中，当模式零时，只有主天线13得到射频信号的馈入，并没有馈入射频信号至副天线17。再者，当模式一时，第一二极体14与第二二极体16都被导通，只有副天线17得到射频信号的馈入，副天线17正常工作，辐射场型朝向X轴的负向的方向偏移。依据模式零与模式一的切换状态，本实施例的天线模组产生明显的辐射场型切换效果。另外，当应用多组本实施例的天线模组时，则能够产生更多种类的辐射场型切换效果。

综上所述，本发明实施例所提供的自动切换智能天线装置适用于具有多天线的无线通信产品，只需要使用一个共用的馈入部，即可完成射频信号的交流馈电以及切换控制信号的直流馈电，不仅能达成天线互补性，例如为极化互补或辐射场型互补的效果，更兼具有切换线路简单，容易控制的优点。并且，基于控制线路简化而也能实现降低成本的效果，具有很高的产业应用价值。尤其是，对于区域无线网络的无线通信装置，更具有天线产品市场的竞争力。

Claims (10)

1.一种自动切换智能天线装置，其特征在于，包括：

天线模组，所述天线模组包括接地部、馈入部、主天线、第一二极体、电容、第二二极体、副天线与电感；其中所述馈入部连接所述主天线、所述第一二极体的阳极与所述第二二极体的阳极，用以导入射频信号与直流导通电压；所述第一二极体的阴极连接所述接地部；所述电容连接于所述主天线与所述接地部之间；所述第二二极体的阴极连接所述副天线；所述电感连接于所述副天线与所述接地部之间，其中导通的所述第一二极体与所述主天线构成输入阻抗为接近无穷大的四分之一波长短路线；

无线晶片，连接所述天线模组的所述馈入部，用以提供所述射频信号；

微控制器，连接所述天线模组的所述馈入部，用以提供所述直流导通电压；以及

应用单元，连接所述无线晶片与所述微控制器，依据所述无线晶片由所述天线模组所获得的无线信号，以控制所述微控制器。

2.根据权利要求1所述的自动切换智能天线装置，其特征在于，所述主天线提供第一极化的辐射场型，所述副天线提供第二极化的辐射场型，所述第一极化与所述第二极化两者的极化方向为彼此正交。

3.根据权利要求2所述的自动切换智能天线装置，其特征在于，所述第一极化为垂直极化，所述第二极化为水平极化。

4.根据权利要求1所述的自动切换智能天线装置，其特征在于，所述主天线与所述副天线皆是偶极天线，所述馈入部与所述接地部构成双线传输线；所述天线模组更包括基板，其中所述基板具有彼此平行的上表面与下表面；所述接地部设于所述基板的所述下表面；所述主天线位于所述接地部的左侧，所述主天线包括第一主臂与第二主臂，所述第一主臂设于所述上表面，所述第二主臂设于所述下表面，所述第一主臂连接所述馈入部，所述第二主臂连接所述接地部；第一二极体的阳极连接所述第一主臂，所述第一二极体的阴极连接所述第二主臂；所述电容连接于所述第一主臂与所述第二主臂之间；所述副天线位于所述接地部的一右侧，所述副天线包括第一副臂与第二副臂，所述第一副臂设于所述上表面，所述第二副臂设于所述下表面，所述第一副臂连接所述第二二极体的阴极，所述第二副臂连接所述接地部；所述电感连接于所述第一副臂与所述第二副臂之间。

5.根据权利要求4所述的自动切换智能天线装置，其特征在于，所述第一主臂包括第一主辐射部与第一平行部，所述第一平行部连接于所述馈入部与所述第一主辐射部之间；其中所述第二主臂包括第二主辐射部与第二平行部，所述第二平行部连接于所述接地部与所述第二主辐射部之间，所述第一平行部与所述第二平行部彼此平行；其中所述第一二极体的阳极连接所述第一平行部，所述第一二极体的阴极连接所述第二平行部，所述电容连接于所述第一平行部与所述第二平行部之间；其中所述第一副臂包括第一副辐射部与第三平行部，所述第三平行部连接于所述第二二极体的阴极与所述第一副辐射部之间；其中所述第二副臂包括第二副辐射部与第四平行部，所述第四平行部连接于所述接地部与所述第二副辐射部之间，所述第三平行部与所述第四平行部彼此平行；其中，所述电感连接于所述第三平行部与所述第四平行部之间。

6.根据权利要求5所述的自动切换智能天线装置，其特征在于，所述第一二极体设于所述基板的所述上表面，所述第一二极体的阴极通过所述基板的第一通孔连接所述第二平行部；其中，所述电容设于所述基板的所述上表面以连接所述第一平行部，且所述电容通过所述基板的第二通孔连接所述第二平行部；其中，所述电感设于所述基板的所述上表面以连接所述第三平行部，且所述电感通过所述基板的第三通孔连接所述第四平行部。

7.根据权利要求6所述的自动切换智能天线装置，其特征在于，所述第一平行部与所述第二平行部连接至所述电容的总和导线长度用以调整所述主天线的阻抗匹配，所述第三平行部与所述第四平行部连接至所述电感的总和导线长度用以调整所述副天线的阻抗匹配。

8.根据权利要求4所述的自动切换智能天线装置，其特征在于，包括：中间反射器，设于所述基板的所述下表面，连接所述接地部，且位于所述主天线与所述副天线之间。

9.根据权利要求8所述的自动切换智能天线装置，其特征在于，所述中间反射器为T字形。

10.根据权利要求1所述的自动切换智能天线装置，其特征在于，所述主天线与所述副天线皆工作于5GHz频带。

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