CN1652402A - 同频天线整合结构及方法 - Google Patents

Abstract

一种同频天线整合结构及方法，用以达成一干扰隔离度以避免干扰，此同频天线整合结构包括多个天线本体(radiator)以收发多个无线讯号，这些天线本体之间具有第一高度差及相对应配置，以达成该干扰隔离度，其中，此相对应配置能够使得这些天线本体的电流分布方向皆为正交。此外，这些天线本体任一个更可具有一阶梯状(ladder－shaped)结构，以形成第二高度差于此天线本体的一平面，而且此同频天线整合结构尚可包括多个接地点，配置于这些天线本体之间，以提供这些天线本体接地与促进干扰隔离度。

Description

同频天线整合结构及方法

技术领域：

本发明关于一种同频天线整合结构及方法，特别是关于一种利用天线高度与相对应配置以达成良好干扰隔离度的同频天线整合结构及方法。

背景技术：

随着科技创新，整合多功能的手持式电子产品可能于不久的将会出现，此种电子产品可以包括行动电话、MP3、数位相机、收音机、无线上网、影片播放、录音笔、股票机、翻译机、个人数位助理(personal digital assistant，PDA)、扫描机、游戏机、遥控器、血压计、全球卫星定位系统、数位录影、随身碟及视讯会议等十余种功能于一机。以手持消费性电子产品而言，目前正出现以上述任2种或任3种以上功能整合为一体的趋势。其中更以行动电话与个人数位助理(PDA)对其他功能整合的进展最快，行动电话与个人数位助理俨然成为此种整合趋势中最关键的技术与应用领域，并且肩负着将其他功能整合进来作为附加功能的重要整合平台。

另外，由于消费者对于行动电话技术与功能持续增强等需求与日俱增，将使得多种技术在掌上或口袋型装置的汇合趋势持续下去。为了满足前述整合需求，这类装置的每个子系统体积都必须很小，而且很省电。然而，随着多种无线技术汇聚至整合型的掌上型装置，许多全新的电磁干扰问题也会出现。除了缩小体积和减少功耗的要求外，无线系统中各子系统之间的设计还必须能够相容，而不是相互干扰损害。因此，至少有二个领域的无线通讯技术将持续发展与普及，其如无线网路与蓝芽(bluetooth)技术。

然而，这些无线系统都有自己的发射频谱特性，也需要为自己量身设计的接收机提供相邻通道拒斥能力，而且每一种无线子系统的设计哲学都必须符合「不造成干扰损害」以及「强固可靠的抗干扰能力」要求，其中的「不造成干扰损害」是指发射频谱不能造成其他无线系统的通带杂讯基准(noise floor)大幅增加，而「强固可靠的抗干扰能力」在针对内建无线网路功能的膝上型电脑时，该无线网路子系统与其他无线发射机的距离是数公尺，而非数十公尺，而针对掌上型产品时，这个距离只有几公分，所以无线网路系统所能容忍的干扰源数目会在0dBm至30dBm发射功率范围内与0至1,600MHz频率范围内改变。举例而言，若在5公分之外有另一个天线正在进行PCS传输，且其传输功率为30dBm，那么这项规格就不保证接收机能够正常工作。此时必须加入其他的设计要求，才能确保无线网路、蓝芽和其他无线系统可在这类紧密相邻的环境中工作。更进一步来说，蓝芽和无线网路在掌上型装置中的共存是特别需要解决的难题之一，这个问题对于掌上型产品尤为困难，原因仍是蓝芽和无线网路天线之间的隔离能力有限，因为蓝芽和无线网路都是使用2.4GHz的ISM(Industrial Scientific Medical)频带，在此一提，低频模态WLAN频段为2400MHz至2484MHz，高频模态WLAN频段为5725MHz至5850MHz。因此，基于智慧型行动电话、行动电话和个人数位助理对于无线网路装置的相邻通道拒斥能力、发射频谱、体积和功耗都有其独特要求，并不是每一个无线网路子系统都能满足这些环境的效能需求。除此之外，因为蓝芽是利用无线方式来传送封包，因此天线对于蓝芽装置而言就是很重要的一环，我们必须针对不同的蓝芽装置，采用相对应的天线方式，才会有最大的效应。

几种常用于蓝芽装置的天线类型如下所述：第一种是双极式天线(dipole antenna)，它是一种圆筒式(cylinder)天线，讯号通常由底部馈入，最简单的双极式天线是由同轴电缆所制作而成，其长度与讯号波长有关系，一般此种天线较常使用的长度约为1/2波长或1/4波长。第二种是平面天线(flat panel；planar antenna)，它是一种金属片(metal patch)，通常为正方形或矩形，具有强烈的方向性，因为可以做的很小而放置在印刷电路板(printed circuit board；PCB)上，因此可以降低成本。其中较常使用在蓝芽装置上的平面天线是PIFA(planarinverted F antenna)，其包括一顶部金属层(top patch)、一短路(shorting)脚位，以及一馈送(feeding)脚位，并且该顶部金属层外挂于接地平面之上，而该短路脚位及馈送脚位以相同的长度连接于该顶部金属层与接地平面之间。第三种是微带天线(microstrip antenna)，它是一种在印刷电路板上由导线(track)所制作出来的天线。第四种是晶片型天线(on-chipantenna)，其中蓝芽的终极目标是希望能把天线作在晶片上以降低成本及节省空间，而且当使用晶片型天线时，其电波辐射只有半平面，这对与某些蓝芽装置(例如无线耳机)有很大的优点，并且当有些蓝芽装置需要完整的电波辐射时，可以利用外接天线来达成。另外，有些蓝芽装置的辐射型态需要具有球面形式的全方向性，例如装置为无线广域网路存取设备时，因为不同天线有不同的辐射型态，因此不同的产品在天线的选择上有不同考量，不同的天线亦会有不同的成本与摆设位置。

请参阅图1，其是一依据习知一实施例通讯系统天线配置的示意图。其中，通讯系统印刷电路板11包括一天线本体111与112，其分别具有不同的第一频率及第二频率，其中该天线本体111与112具有相同高度与一间距，以产生一干扰隔离度。然而，此种习知天线配置并不适用于整合多个相同频率天线于一通讯系统，例如一第一频率为802.11WLAN，并且第二频率为蓝芽无线系统，二者皆工作于2.4GHz频带，因为当天线本体111与112的配置距离较短时，尤其蓝芽的工作频段又属于充满干扰的ISM无线频带，故在干扰隔离度不足的情况下，习知架构只能适合于不同工作频带的通讯整合系统与装置，否则天线本体111与天线本体112的间距便需要加大，因此将造成通讯装置体积不易缩减与可携度降低。

承上所述，依据习知通讯系统天线的配置方式，各天线本体与各接地点之间距接近到小于2公厘(  )，甚至趋近于1公厘时，此时的干扰隔离度仅达到4至5dB，因此干扰隔离度偏低所产生的干扰便无法克服。

至此，提出一种同频天线整合结构及方法以整合多个同频天线，以增加这些同频天线的干扰隔离度，并且可以使得多个同频天线本体之间距达成有效控制，实为亟需处理的研发课题之一，也是使用者殷切盼望及本发明人努力之所在。

发明内容：

本发明人基于多年从事通讯系统整合相关技术的研究与相关产品开发维护诸多实务经验，凭借其专业知识、多方研究设计与专题探讨，藉此研究出一种同频平板天线整合结构及方法，可作为习知技术问题的解决依据。

本发明提供的一种同频天线整合结构，是建置于一无线通讯装置而用以达成一干扰隔离度，包括一第一天线本体，以收发一第一操作频段的蓝芽无线讯号，此第一操作频段例如2.4GHz频段；以及一第二天线本体，以收发该第一操作频段的一无线广域网路讯号，其中该第一天线本体及该第二天线本体具有一第一高度差及一相对应配置，以达成该干扰隔离度。

本发明再提供一种同频天线整合结构，是用以达成一干扰隔离度以避免干扰，包括多个天线本体，以收发多个无线讯号，其中各天线本体之间具有一第一高度差及一相对应配置，以达成该干扰隔离度。

本发明再提供一种可抑制相互干扰的同频天线装置，包括多个天线本体，皆用以收发多个无线讯号，其中各天线本体之间具有一第一高度差及一相对应配置；以及各天线本体的接地点，配置于各天线本体之间以供接地，进而提高各天线本体彼此的干扰隔离度。

本发明另提供一种同频天线整合方法，用以达成一干扰隔离度以避免干扰，其提供多个天线本体，以收发多个无线讯号，其中各天线本体之间具有一第一高度差及一相对应配置，并且该相对应配置使得各天线本体的电流分布方向皆为正交。另外，此同频天线整合方法尚可包括以下步骤：形成一阶梯状结构，以产生一第二高度差于任一个天线本体的一平面；以及配置各天线本体的接地点于各天线本体之间以供接地，以提高各天线本体间的干扰隔离度。

本发明又提供一种同频天线整合结构，用以达成一干扰隔离度以避免干扰，包括多个天线本体，其用以收发多个无线讯号，其中各天线本体系具有一第一高度差、一相对应配置以及一阶梯状结构，并且此阶梯状结构是用以形成一第二高度差于任一个天线本体的一平面。

综合上述，本发明提供的同频天线整合结构及方法，其利用各天线的高度差与相对应配置以达成短距离的良好干扰隔离度、减少天线于一通讯系统所需空间及通讯系统整体尺寸，并且由于各天线的距离可相当接近却不至于引发、加重干扰与降低效率，因此消费大众的通讯品质与权益能够获得提升与维护，并且更有利于未来生活的数位化、产品小型化与整合趋势的实现。换言之，本发明提供的同频天线整合结构及方法是藉由天线本体及其电流分布方向的正交，以及多个同频天线本体的接地点分布在各天线本体之间，以达到一良好干扰隔离度与避免天线本体的工作频带互相干扰。并使得各天线本体间的间距控制在小于2公厘，甚至趋近于1公厘，同时也能够使得应用本发明的同频天线整合结构及方法的通讯系统及可携式装置达到空间的有效利用与尺寸缩减。

附图说明：

图1是习知通讯系统天线配置的示意图。

图2是依据本发明较佳实施例同频天线整合结构的示意图。

图3是依据本发明较佳实施例之一同频天线整合结构的示意图。

图4是依据本发明较佳实施例之一同频天线整合结构的侧视图。

图5是依据本发明较佳实施例可抑制相互干扰的同频天线装置的示意图。

图6是本发明同频天线整合结构中的阶梯状结构的示意图。

图7为本发明同频天线整合结构中的另一阶梯状结构的示意图。

图8是依据本发明较佳实施例同频天线整合结构的示意图。

图9是依据本发明较佳实施例同频天线整合结构的侧视图。

图10是依据本发明实施例同频天线整合方法的流程图。

符号说明：

标号1：通讯系统的示意图、标号11：印刷电路板、

标号111：天线本体、标号112：天线本体、

标号2：同频天线整合结构的示意图、

标号21：印刷电路板、标号211：第一天线本体

标号212：第二天线本体、

标号3：同频天线整合结构的示意图

标号21：印刷电路板、标号211：第一天线本体、

标号2111：电流沿Y方向分布、

标号212：第二天线本体、标号2121：电流沿X方向分布、

标号213：第三天线本体、标号2131：电流沿Z方向分布、

标号4：同频天线整合结构的侧视图、

标号21：印刷电路板、标号211：第一天线本体

标号212：第二天线本体、标号213：第三天线本体、

标号2131：电流沿Z方向分布、

标号5：可抑制相互干扰的同频天线装置、

标号51：印刷电路板、标号511：第一天线本体、

标号5111：基座、标号5112：金属层

标号5113：接地点、标号512：第二天线本体

标号5121：天线、标号5122：接地点

标号6：阶梯状结构的示意图

标号61：基座、标号611：底面

标号612：第一顶面、标号613：第二顶面

标号7：阶梯状结构的示意图、

标号71：基座、标号711：底面、标号712：第一顶面、

标号713：侧面、标号714：第二顶面、

标号8：同频天线整合结构的示意图、

标号81：印刷电路板、标号811：第一天线本体

标号8111：第一顶面、标号8112：第二顶面

标号8113：金属层、标号8114：接地点、

标号812：第二天线本体、标号8121：天线、

标号8122：接地点、

标号9：同频天线整合结构的侧视图、

标号S91-S92：同频天线整合方法的流程

实施方式：

首先，请参照图2，其显示本发明一较佳实施例同频天线整合结构的示意图。同频天线整合结构的印刷电路板21包括第一天线本体211以及第二天线本体212，其中第一天线本体211是用以收发第一操作频段的第一无线讯号，例如蓝芽无线讯号，第二天线本体212是用以收发该第一操作频段的第二无线讯号，例如无线广域网路讯号，且第一天线本体211与第二天线本体212间具有第一高度差及相对应配置，此相对应配置使得第一天线本体211与第二天线本体212的电流分布方向形成正交特性。同时，在此实施例中，第一天线本体211更可以为一阶梯状结构，以形成一第二高度差于其平面上。

当然，如图3所示，本实施例同频天线整合结构的印刷电路板21，如同第二图所示包括第一天线本体211、第二天线本体212及第一高度差，更可以包括一第三天线本体213，且第一天线本体211、第二天线本体212以及第三天线本体213间具有第一高度差及一相对应配置。此相对应配置使得第一天线本体211、第二天线本体212以及第三天线本体213的电流分布方向皆为正交。其中，第一天线本体211的电流沿Y方向分布2111，而第二天线本体212的电流沿X方向分布2121，以及第三天线本体213的电流沿Z方向分布2131，此方向分布方式使电流皆成正交。

请一并参照图4所示，其是显示图3实施例同频天线整合结构的侧视图。如图4所示，同频天线整合结构的第一天线本体211、第二天线本体212以及第三天线本体213之间均具有第一高度差以及相对配置，此相对应配置系使得第一天线本体211、第二天线本体212以及第三天线本体213的电流分布方向形成一正交特性，其分布方向如图3所述。

再者，依据图5，其是显示本发明较佳实施例可抑制相互干扰的同频天线装置的示意图。在本实施例中，可抑制相互干扰的同频天线装置的印刷电路板51包括第一天线本体511、第二天线本体512，而第一天线本体511又包含有基座5111、金属层5112以及接地点5113，第二天线本体512又包含有天线5121及其接地点5122。其第一天线本体511及第二天线本体512分别用以收发相对的无线讯号，例如分别为一2.4GHz操作频段的蓝芽无线讯号，或者2.4GHz无线讯号的倍频讯号，例如4.8GHz等，以及一2.4GHz操作频段的无线网路讯号等。其中，第一天线本体511与第二天线本体512具有第一高度差及一相对应配置，该相对应配置使得第一天线本体511及第二天线本体512的电流分布方向形成正交特性，以达成干扰隔离度(例如9至10dB)而避免干扰。另外，在第一天线本体511及第二天线本体512所配置的空间内更包括两个接地点，其分别为接地点5113及5122，以供第一天线本体511及第二天线本体512接地之用。在本实施例中，第一天线本体511、第二天线本体512可以是一平面天线或嵌片天线，例如一PIFA。同时，在此实施例中，第一天线本体511更可以为一阶梯状结构，以形成一第二高度差于其平面上。

为能清楚描述同频天线整合结构中可为阶梯状结构的天线本体，请参照图6，其是显示本发明一种阶梯状结构的天线本体。此阶梯状结构的基座61具有一底面611，相对于底面611形成一第一顶面612及一第二顶面613。同时，第一顶面612与第二顶面613具有一第二高度差且彼此不重叠，以形成阶梯状结构。

又，参照图7，是显示本发明另一种阶梯状结构的天线本体。此种阶梯状结构的基座71具有一底面711，相对于底面711形成一第一顶面712，且在第一顶面712的一边缘垂直向上延伸一侧边713。接着在侧边713的顶边不同于第一顶面712之另一侧水平延伸一具第二顶面714之平面。如此，第二顶面714便与第一顶面712产生一第二高度差，遂为一阶梯状结构。

同时参照图5配合上阶梯状结构，于图8显示其依据本发明较佳实施例同频天线整合结构的示意图。同频天线整合结构是可用于一通讯系统与装置，以达成一干扰隔离度与避免干扰。同频天线整合结构包含印刷电路板81及其上的第一天线本体811及第二天线本体812，其中各天线本体均可以利用数个平面天线或嵌片天线实施，其均用以收发无线讯号，例如一2.4GHz蓝芽无线讯号及无线网路讯号，以及其倍频讯号。同时，前述的第一天线本体811与第二天线本体812之间具有第一高度差与一相对应配置，此相对应配置使得第一天线本体811及第二天线本体812的电流分布方向形成正交特性。在此实施例中，第一天线本体811具有一阶梯状结构，使得第一天线本体811的第一顶面8111与第二顶面8112形成一第二高度差。除此之外，在第一天线本体811的阶梯状结构上具有一金属层8113，且同频天线整合结构更包括接地点8114与8122，其配置于第一天线本体811与第二天线本体812所配置的空间内以供接地之用，如图8所示。

为能清楚描述同频天线整合结构中各天线本体的第一高度差、相对应配置以及阶梯状结构，请一并参照图9，其是依据本发明较佳实施例同频天线整合结构的侧面图。如图所示，同频天线整合结构的印刷电路板81其上包含第一天线本体811及第二天线本体812，其中，第一天线本体811与第二天线本体812之间具有一第一高度差。且第一天线本体811系具有一阶梯状结构，使得第一天线本体811的第一顶面8111与第二顶面8112形成第二高度差，同时，在第一天线本体811的阶梯状结构上具有一金属层8113。此外本实施例中更包括有接地点8114与8122，其配置于第一天线本体811与第二天线812所配置的空间内以供接地。另外，本发明由于天线本体间的间距控制在小于2公厘，甚至趋近于1公厘，让两同频天线的接地点8114与8122更为接近，使得干扰隔离度达13dB以上。

图10是依据本发明实施例同频天线整合方法的流程图。同频天线整合方法包括以下步骤：于步骤S91提供多个天线本体，以收发多个无线讯号，其中各天线本体之间具有第一高度差及相对应配置，以达成干扰隔离度，并且相对应配置系使得这些天线本体的电流分布方向形成正交特性，同时于任一天线本体上形成一阶梯状结构，以产生一第二高度差；于步骤S92配置各天线本体的接地点于各天线本体之间，以供各天线本体接地之用，并且达到一良好干扰隔离度与避免天线本体的工作频带互相干扰。并使得各天线本体间的间距控制在小于2公厘(mm)，甚至趋近于1公厘。

承上所述，由于本发明同频天线整合结构与同频天线整合方法，其同频天线本体间的间距可以接近到小于2公厘，甚至趋近于1公厘，而且当天线本体的电流分布方向形成正交特性时，此时的干扰隔离度可以达到13dB以上，若仅有同频天线本体复数个接地点的靠近与天线本体及其电流分布方向正交等条件之一符合时，此时的干扰隔离度亦可以达到9至10dB，因此能够改善习知技术中干扰隔离度偏低的问题。更进一步而言，由于本发明同频天线的相对应配置结构能够有效缩小同频天线间的间距，使得通讯装置将可更进一步实现尺寸缩减的目的。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及原理的等变化与修饰，均应包含于本发明的申请专利范围内。

Claims (24)

1、一种同频天线整合结构，设于一无线通讯装置，该同频天线整合结构包含：

一第一天线本体，用以收发一第一操作频段的一第一无线讯号；

一第二天线本体，用以收发该第一操作频段的一第二无线讯号，其设于该第一天线本体的一第一对应位置且该第一天线本体及该第二天线本体之间具有一第一预设高度差。

2、如申请专利范围第1项所述的同频天线整合结构，其中该第一无线讯号为一蓝芽无线讯号。

3、如申请专利范围第1项所述的同频天线整合结构，其中该第二无线讯号为一无线广域讯号。

4、如申请专利范围第1项所述的同频天线整合结构，其中该第一对应位置使得该第一天线本体的一电流分布方向与该第二天线本体的一电流分布方向形成一正交特性。

5、如申请专利范围第1项所述的同频天线整合结构，其中该同频天线整合结构更包含一第三天线本体，设于该第一天线本体及该第二天线本体的一第二对应位置，其中该第二相对应配置使得该第三天线本体的一电流分布方向分别与该第一天线本体及该第二天线本体的一电流分布方向形成一正交特性。

6、如申请专利范围第5项所述的同频天线整合结构，其中该第一天线本体形成一阶梯状且该第一天线本体的一第一顶面与该第一天线本体的一第二顶面形成一第二预设高度差。

7、如申请专利范围第5项所述的同频天线整合结构，其中该同频天线整合结构更包含复数个接地点，设于该天线本体之间供以一接地。

8、一种同频天线整合结构，用以达成一干扰隔离度以避免干扰，该同频天线整合结构包含：

至少三个天线本体，是用以收发至少三个无线讯号，其中该三天线本体的相互间各具有一第一预设高度差及一相对应配置，以达成该干扰隔离度。

9、如申请专利范围第8项所述的同频天线整合结构，其中该天线本体形成一阶梯状且该天线本体的一第一顶面与该天线本体的一第二顶面形成一第二预设高度差。

10、如申请专利范围第8项所述的同频天线整合结构，其中该无线讯号为一2.4GHz的无线讯号。

11、如申请专利范围第8项所述的同频天线整合结构，其中该无线讯号为一2.4GHz无线讯号的一倍频讯号。

12、如申请专利范围第8项所述的同频天线整合结构，其中该相对应配置使得该天线本体繁荣一电流分布方向两相互之间形成一正交特性。

13、如申请专利范围第8项所述的同频天线整合结构，其中该同频天线整合结构更包含复数个接地点，配置于该天线本体之间供以接地。

14、如申请专利范围第8项所述的同频天线整合结构，其中该天线本体为一平面天线。

15、如申请专利范围第8项所述的同频天线整合结构，其中该天线本体为一嵌片天线。

16、如申请专利范围第8项所述的同频天线整合结构，其中该同频天线整合结构用于一可携式通讯装置。

17、一种同频天线结构整合方法，设于一无线通讯装置，该同频天线结构整合方法包含：

设一第一天线本体于该无线通讯装置上，用以收发一第一操作频段的一第一无线讯号；

提供于该第一天线本体的一第一对应位置于该无线通讯装置上；

设一第二天线本体于该第一对应位置上，用以收发一第一操作频段的一第二无线讯号且形成一第一预设高度差于该第一天线本体及该第二天线本体之间。

18、如申请专利范围第17项所述的同频天线结构整合方法，其中更包含提供一蓝芽无线讯号作为该第一无线讯号。

19、如申请专利范围第17项所述的同频天线结构整合方法，其中更包含提供一无线广域讯号做为该第二无线讯号。

20、如申请专利范围第17项所述的同频天线结构整合方法，其中形成该第一对应位置步骤中，更包含使该第一天线本体的一电流分布方向与该第二天线本体的一电流分布方向形成一正交特性。

21、如申请专利范围第17项所述的同频天线结构整合方法，其中更包含提供一第三天线本体，设于该第一天线本体及该第二天线本体的一第二对应位置。

22、如申请专利范围第21项所述的同频天线结构整合方法，其中于提供一第三天线本体步骤中，更包含使该第三天线本体的一电流分布方向分别与该第一天线本体及该第二天线本体的一电流分布方向形成一正交特性。

23、如申请专利范围第17项所述的同频天线结构整合方法，其中于设该第一天线本体步骤中，更包含形成一阶梯状且使该第一天线本体的一第一顶面与该第一天线本体的一第二顶面形成一第二预设高度差。

24、如申请专利范围第17项所述的同频天线结构整合方法，其中更包含形成复数个接地点于无线通讯装置上供该天线本体接地。

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