TW201312952A - 無線通訊裝置及訊號饋入方法 - Google Patents

Abstract

一種無線通訊裝置，包含有一槽孔天線；一射頻訊號處理模組，用來處理由該槽孔天線收發之一射頻訊號；以及一射頻訊號雙工器，耦接於該槽孔天線與該射頻訊號處理模組之間，用來於傳輸時，分離該射頻訊號為一第一頻率成分及一第二頻率成分，以及於接收時，合成該第一頻率成分及該第二頻率成分為該射頻訊號。

Description

無線通訊裝置及訊號饋入方法

本發明係指一種無線通訊裝置及訊號饋入方法，尤指一種用於雙頻收發之無線通訊裝置及訊號饋入方法。

無線存取點、筆記型電腦等具有無線收發功能之電子產品，係透過天線收發射頻訊號，以交換無線訊號及存取無線網路。因此，為了更方便用戶存取無線網路，理想的天線應可運作於多頻帶，並且具有小尺寸，以符合目前電子產品輕、薄、短、小之趨勢。

槽孔天線(slot antenna)，顧名思義，具有用來共振(resonating)單一頻帶的一槽孔，其廣泛地應用於傳統無線裝置中。然而，若無線裝置需運作於雙頻段(dual frequency bands)時，例如為了同時適用於IEEE 802.11 a/b/g通訊規範，則需要兩個單一槽孔天線，以達到雙頻運作之需求，如此不僅增加了天線面積(antenna area)，也可能增加無線通訊裝置之尺寸。再者，若將兩個單一槽孔天線的微帶(microstrip line)線直接耦接，以將射頻訊號由單一饋入點饋入兩個單一槽孔天線，該兩個單一槽孔天線將會彼此相互影響，導致該兩個單一槽孔天線頻率偏移。如此一來，則需要一射頻雙工器(diplexer)來解決頻率偏移。另外，傳統的射頻雙工器係由電容及電感所組成，因此亦增加生產成本。

由上述可知，需設計一新型的能用於雙頻訊號收發之無線通訊裝置，以符合無線電子產品具有小尺寸及低成本之趨勢。

因此，本發明之主要目的即係提供一種用於雙頻收發之無線通訊裝置及訊號饋入方法。

本發明揭露一種無線通訊裝置，包含有一槽孔天線，包含有一第一饋入端及一第二饋入端；一射頻訊號處理模組，用來處理該槽孔天線收發之一射頻訊號；以及一射頻訊號雙工器，耦接於該槽孔天線與該射頻訊號處理模組之間，用來於傳輸時，分離該射頻訊號為一第一頻率成分及一第二頻率成分，以及於接收時，合成該第一頻率成分及該第二頻率成分為該射頻訊號，該射頻訊號雙工器包含有一第一饋入網路，耦接於該槽孔天線之該第一饋入端與該射頻訊號處理模組之間，用來傳輸該射頻訊號之該第一頻率成分及衰減該射頻訊號之該第二頻率成分；以及一第二饋入網路，耦接於該槽孔天線之該第二饋入端與該射頻訊號處理模組之間，用來衰減該射頻訊號之該第一頻率成分，以及傳輸該射頻訊號之該第二頻率成分。

本發明另揭露一種訊號饋入方法，用於一槽孔天線，該訊號饋入方法包含有調整一第一饋入網路，使得該第一饋入網路之一第一輸入阻抗與一第一輻射件匹配，但與一第二輻射件不匹配；其中，該第一輻射件、該第二輻射件分別係該槽孔天線上的輻射件，該第 一輻射件對應於一射頻訊號之一第一頻率成分，該第二輻射件對應於該射頻訊號之一第二頻率成分；以及調整一第二饋入網路，使得該第二饋入網路之一第二輸入阻抗與該第二輻射件匹配，但與該第一輻射件不匹配。

上述之無線通訊裝置及訊號饋入方法能夠實現雙頻訊號之收發。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一無線通訊裝置10之示意圖。無線通訊裝置10可能係一無線存取點(wireless access point，AP)，其作為一無線區域網路以及其他無線通訊裝置之間的存取媒介，其他無線通訊裝置可以係筆記型電腦或是行動電話等無線通訊裝置。無線通訊裝置10包含有一槽孔天線102、一射頻(radio-frequency，RF)訊號處理模組104以及一射頻雙工器106。槽孔天線102用於雙頻操作，其包含有用來接收和發送一射頻訊號RFS的饋入端F1、F2，該射頻訊號RFS可以係符合IEEE 802.11 a/b/g無線通訊標準的無線射頻訊號。射頻訊號處理模組104用來處理槽孔天線102發送或者接收之射頻訊號RFS。射頻雙工器106耦接於槽孔天線102及射頻訊號處理模組104之間，用來於無線通訊裝置10傳輸無線射頻訊號時，將射頻訊號RFS分為頻率成分RFS_1、RFS_2，並於接收無線射頻訊號時，將頻率成分RFS_1、RFS_2合成為射頻訊號RFS。如此一來，無線通訊裝置10可藉由單一槽孔天 線102實現雙頻的發送和接收，收發不同頻段的無線射頻訊號。

具體來說，當射頻訊號處理模組104傳輸射頻訊號RFS時，本發明實施例可透過射頻雙工器106，將射頻訊號RFS分為頻率成分RFS_1(如5.45GHz)以及頻率成分RFS_2(如2.45GHz)。接著，射頻雙工器106分別將頻率成分RFS_1、RFS_2傳輸至饋入端F1、F2，而槽孔天線102相應地將頻率成分RFS_1、RFS_2輻射至空中。另一方面，當槽孔天線102接收頻率成分RFS_1、RFS_2時，射頻雙工器106可將頻率成分RFS_1、RFS_2合成為射頻訊號RFS，而射頻訊號處理模組104則可對射頻訊號RFS進行相關的訊號處理，例如解調變以及解碼等。由此可知，無線通訊裝置10藉由單一槽孔天線102實現雙頻的發送和接收，因此可節省天線面積以及生產成本。

值得注意的是，第1圖係用來說明本發明之主要設計概念，本領域具通常知識者能夠根據不同系統之需求而進行修改。舉例來說，若頻率成分RFS_1之頻率大致等於頻率成分RFS_2之頻率的兩倍，如同802.11a的工作頻率5.45GHz之於802.11b的工作頻率2.45GHz，則射頻雙工器106以及槽孔天線102可以設計成如第2圖所繪的形式。於第2圖中，槽孔天線102包含有輻射件RAD_1、RAD_2，其分別用來輻射射頻訊號RFS中的頻率成分RFS_1、RFS_2。射頻雙工器106包含有饋入網路216、226，其中饋入網路216耦接於饋入端F1及射頻訊號處理模組104之間，饋入網路226 則係耦接於饋入端F2及射頻訊號處理模組104之間。藉由增加饋入網路216，可確定由射頻訊號處理模組104至輻射件RAD_1間的一輸入阻抗Zin_1，同樣地，饋入網路226可確定由射頻訊號處理模組104至輻射件RAD_2的一輸入阻抗Zin_2。

饋入網路216包含有一傳輸線TML_1，耦接於饋入端F1及射頻訊號處理模組104之間，其中傳輸線TML_1的長度L1大約等於頻率成分RFS_2的四分之一波長，也就是約等於RFS_1的半波長。且因為輻射件RAD_1原本阻抗就匹配RFS_1，並且不匹配RFS_2，因此，饋入網路216可傳輸射頻訊號的頻率成分RFS_1(即5.45GHz)，以及衰減射頻訊號的頻率成分RFS_2(即2.45GHz)。

饋入網路226包含有一傳輸線TML_2以及一開路殘段OSB。傳輸線TML_2耦接於饋入端F2與射頻訊號處理模組104之間，傳輸線TML_2的長度L2大約等於頻率成分RFS_1的四分之一波長。開路殘段OSB係並聯於傳輸線TML_2與槽孔天線102之饋入端F2之間，開路殘段OSB的殘段長度Ls大約等於頻率成分RFS_1的四分之一波長。在此情況下，傳輸線TML_2可傳輸射頻訊號的頻率成分RFS_2，且開路殘段OSB可濾出射頻訊號的頻率成分RFS_1。

具體來說，2.45GHz訊號的四分之一波長大約等於5.45GHz訊號的二分之一波長。因此，由傳輸線理論可知，當負載為5.45GHz訊號的天線時，對於2.45GHz訊號來說是不匹配的，當此天線串接 一50歐姆傳輸線的長度等於2.45GHz訊號的四分之一波長時，該傳輸線對於2.45GHz訊號可視為一開路電路；該傳輸線對於5.45GHz訊號可視為一短路電路，使得該傳輸線能傳輸5.45GHz訊號並同時衰減2.45GHz訊號。如此一來，由於傳輸線TML_1的長度L1大約等於頻率成分RFS_2(即2.45GHz)的四分之一波長，透過調整饋入網路216，可使輸入阻抗Zin_1與輻射件RAD_1匹配，但與頻率成分RFS_2不匹配。同理，由於傳輸線TML_2的長度L2大約等於頻率成分RFS_1的四分之一波長，開路殘段OSB的殘段長度Ls大約等於頻率成分RFS_1的四分之一波長，透過調整饋入網路226，可使輸入阻抗Zin_2與輻射件RAD_2匹配，但與頻率成分RFS_1不匹配。因此，饋入網路216可傳輸頻率成分RFS_1並衰減頻率成分RFS_2；反之，饋入網路226可傳輸頻率成分RFS_2並衰減頻率成分RFS_1。

除此之外，輻射件RAD_1、RAD_2的工作頻率係由輻射件RAD_1、RAD_2中的電流路徑所決定。也就是說，為了傳輸較低頻段的射頻訊號，需要較長的電流路徑，而傳輸較高頻段的射頻訊號，僅需較短的電流路徑。因此，輻射件RAD_1、RAD_2的長度或尺寸將影響輻射件RAD_1、RAD_2的工作頻率。在此情況下，若由饋入端F2至射頻訊號處理模組104的距離大約等於頻率成分RFS_1的二分之一波長，則傳輸線TML_2的長度L2可能過短，不足以連接由饋入端F2至射頻訊號處理模組104的距離。舉例來說，若饋入端F2及射頻訊號處理模組104之間的距離大約為2.45GHz訊號的 二分之一波長，因此一長度等於5.45GHz訊號的四分之一波長的傳輸線則會太短，不足以連接該距離。如此一來，請進一步參考第3圖，第3圖為本發明實施例一饋入網路326之示意圖。饋入網路326與第2圖中的饋入網路226之結構相類似，其可替換饋入網路226。相較於饋入網路226，饋入網路326另包含有一延伸傳輸線TML_e，耦接於傳輸線TML_2與饋入端F2之間。延伸傳輸線TML_e的長度Le大約等於頻率成分RFS_2的四分之一波長，其中增加延伸傳輸線TML_e之目的係為了補償由饋入端F2至傳輸線TML_2的距離，並且使輸入阻抗Zin_2與輻射件RAD_2保持匹配。

值得注意的是，本發明主要係藉由調整射頻雙工器106的饋入網路216、226，分離或合成射頻訊號RFS。本領域具通常知識者當可根據不同需求，可適當地變化射頻雙工器之設計。舉例來說，調整饋入網路216、226的方法無任何限制，例如串接傳輸線及並聯殘段的組合方式、傳輸線及開路殘段之長度，以及並聯開路殘段的位置皆未有所限。上述調整方式只要能使輸入阻抗Zin_1與輻射件RAD_1匹配，但與輻射件RAD_2不匹配，且使輸入阻抗Zin_2與輻射件RAD_2匹配，但與輻射件RAD_1不匹配，皆為本發明之範疇。如此一來，槽孔天線102可透過射頻雙工器106的饋入網路216、226，達成雙頻段之運作，不需要兩個傳統單一頻段的槽孔天線，因此不僅可節省天線尺寸，亦能降低無線通訊裝置10的成本。

除此之外，槽孔天線102的實現方式亦無任何限制，只要槽孔天線102可收發訊號RFS即可。舉例來說，第4A圖至第4C圖為槽孔天線102之上視圖、下視圖以及透視圖。如第4A圖至第4C圖所示，槽孔天線102包含有一介質板402，饋入微帶線412、422，輻射件414、424以及一連接元件404，其中，介質板402可以為基板，也可以為空氣或泡棉等介電材質。饋入微帶線412、422形成於介質板402的一底層之上，沿一方向Y延伸，分別用來傳輸射頻訊號之頻率成分RFS_1、RFS_2。輻射件414、424形成於介質板402的一頂層之上，分別用來輻射射頻訊號之頻率成分RFS_1、RFS_2。輻射件414、424另包含有槽孔416、426，沿一方向X延伸。連接元件404形成於介質板402的頂層之上，用來連接輻射件414、424。另外，射頻雙工器106的饋入網路216、226形成於介質板402的底層之上。如第4A圖所示，槽孔天線102的輻射件414、424係分別由兩個切成一半的傳統單槽孔天線所組成。如第4C圖所示，槽孔天線102及射頻雙工器106分別印刷於介質板402的頂層以及底層，如此不僅節省了天線面積，也具有簡易生產的優點。另一方面，一般傳統的射頻雙工器係由電容及電感所組成；相較之下，本發明的射頻雙工器106係由印刷電路板所實現，因此可省去傳統射頻雙工器的電容及電感，大大地節省無線通訊裝置10之製造成本。

關於無線通訊裝置10的運作方式可歸納為一訊號饋入方法50。如第5圖所示，訊號饋入方法50包含有下列步驟：

步驟500：開始。

步驟502：調整饋入網路216，使得饋入網路216之輸入阻抗Zin_1與輻射件RAD_1匹配，但與輻射件RAD_2不匹配。

步驟504：調整饋入網路226，使得饋入網路226之輸入阻抗Zin_2與輻射件RAD_2匹配，但與輻射件RAD_1不匹配。

步驟506：結束。

關於訊號饋入方法50的詳細運作方式可參考上述實施例，於此不多加贅述。

綜上所述，傳統槽孔天線僅運作於單一頻段，若需運作於兩相異的頻段，則需使用兩個單一頻段的槽孔天線，因而增加天線面積及生產成本。本發明藉由在一雙層印刷電路板上結合兩個單一頻段的槽孔天線以及射頻雙工器，因此可節省天線面積以及生產成本。

文中所用術語“大致/大約”是指在可接受的誤差範圍內，所屬領域的技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。比如，開路殘段OSB的殘段長度Ls大約等於頻率成分RFS_1的四分之一波長，是在不影響正確性的情況下，技術人員能夠接受的與“頻率成分RFS_1的四分之一波長”有一定誤差的Ls值。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧無線通訊裝置

102‧‧‧槽孔天線

104‧‧‧射頻訊號處理模組

106‧‧‧射頻雙工器

RFS‧‧‧射頻訊號

F1、F2‧‧‧饋入端

RFS_1、RFS_2‧‧‧頻率成分

216、226、326‧‧‧饋入網路

RAD_1、RAD_2‧‧‧輻射件

Zin_1、Zin_2‧‧‧輸入阻抗

OSB‧‧‧開路殘段

TML_1、TML_2‧‧‧傳輸線

TML_e‧‧‧延伸傳輸線

L1、L2、Ls、Le‧‧‧長度

402‧‧‧介質板

412、422‧‧‧饋入微帶線

414、424‧‧‧輻射件

416、426‧‧‧槽孔

404‧‧‧連接元件

X、Y‧‧‧方向

50‧‧‧步驟

500、502、504、506‧‧‧流程

第1圖為本發明實施例一無線通訊裝置之示意圖。

第2圖為本發明實施例第1圖之射頻雙工器之示意圖。

第3圖為本發明一實施例提供的第2圖之饋入網路之示意圖。

第4A圖至第4C圖分別為本發明實施例一槽孔天線之上視圖、下視圖以及透視圖。

第5圖為本發明實施例一訊號饋入方法之示意圖。

10‧‧‧無線通訊裝置

102‧‧‧槽孔天線

104‧‧‧射頻訊號處理模組

106‧‧‧射頻雙工器

RFS‧‧‧射頻訊號

F1、F2‧‧‧饋入端

RFS_1、RFS_2‧‧‧頻率成分

Claims (14)

1. 一種無線通訊裝置，包含有：一槽孔天線，包含有一第一饋入端及一第二饋入端；一射頻訊號處理模組，用來處理該槽孔天線收發之一射頻訊號；以及一射頻訊號雙工器，耦接於該槽孔天線與該射頻訊號處理模組之間，用來於傳輸時，分離該射頻訊號為一第一頻率成分及一第二頻率成分，以及於接收時，合成該第一頻率成分及該第二頻率成分為該射頻訊號，該射頻訊號雙工器包含有：一第一饋入網路，耦接於該槽孔天線之該第一饋入端與該射頻訊號處理模組之間，用來傳輸該射頻訊號之該第一頻率成分及衰減該射頻訊號之該第二頻率成分；以及一第二饋入網路，耦接於該槽孔天線之該第二饋入端與該射頻訊號處理模組之間，用來衰減該射頻訊號之該第一頻率成分，以及傳輸該射頻訊號之該第二頻率成分。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中該第一饋入網路包含有：一第一傳輸線，耦接於該槽孔天線之該第一饋入端與該訊號處理模組之間，用來傳輸該射頻訊號之該第一頻率成分及衰減該射頻訊號之該第二頻率成分； 其中該第一傳輸線之一長度大於或者等於該第二頻率成分之四分之一波長。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中該第二饋入網路包含有：一第二傳輸線，耦接於該槽孔天線之該第二饋入端與該訊號處理模組之間，用來傳輸該射頻訊號之該第二頻率成分，以及衰減該射頻訊號之該第一頻率成分；以及一開路殘段，並聯於該第二傳輸線與該槽孔天線之間，該開路殘段用來衰減該射頻訊號之該第一頻率成分；其中，該第二傳輸線之該長度及該開路殘段之該長度大約等於該第一頻率成分之四分之一波長。
4. 如申請專利範圍第3項所述之無線通訊裝置，其中該第二饋入網路另包含有：一延伸傳輸線，串接於該第二傳輸線及該槽孔天線之間，該延伸傳輸線用來延伸該第二傳輸線，以補償由該槽孔天線之該第二饋入端至該第二饋入網路之一距離；其中，該延伸傳輸線之一長度大約等於該第二頻率成分之四分之一波長。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中該第一頻率成分之頻率大約等於該第二頻率成分之頻率的兩倍。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中該槽孔天線另包含有：一介質板；一第一輻射件，形成於該介質板之一第一層之上，用來傳輸及接收該射頻訊號之該第一頻率成分；一第二輻射件，形成於該介質板之該第一層之上，用來傳輸及接收該射頻訊號之該第二頻率成分；一連接元件，耦接於該第一輻射件與該第二輻射件之間，用來連接該第一輻射件與該第二輻射件；一第一饋入微帶線，形成於該介質板之一第二層之上，用來傳輸及接收該射頻訊號之該第一頻率成分；以及一第二饋入微帶線，形成於該介質板之一第二層之上，用來傳輸及接收該射頻訊號之該第二頻率成分。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊裝置，其中該第一輻射件與該第二輻射件分別包含有一第一槽孔及一第二槽孔，沿一第一方向形成。
8. 如申請專利範圍第7項所述之無線通訊裝置，其中該第一饋入微帶線與該第二饋入微帶線沿一第二方向形成，其中該第二方向與該第一方向垂直。
9. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊裝置，該第一饋入網路 以及該第二饋入網路形成於該介質板的第二層之上。
10. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊裝置，其中該介質板為基板、空氣介電材質或泡棉介電材質。
11. 一種訊號饋入方法，用於一槽孔天線，該訊號饋入方法包含有：調整一第一饋入網路，使得該第一饋入網路之一第一輸入阻抗與一第一輻射件匹配，但與一第二輻射件不匹配；其中，該第一輻射件、該第二輻射件分別係該槽孔天線上的輻射件，該第一輻射件對應於一射頻訊號之一第一頻率成分，該第二輻射件對應於該射頻訊號之一第二頻率成分；以及調整一第二饋入網路，使得該第二饋入網路之一第二輸入阻抗與該第二輻射件匹配，但與該第一輻射件不匹配。
12. 如申請專利範圍第11項所述之訊號饋入方法，其中調整該第一饋入網路之步驟包含有：串接一傳輸線於該槽孔天線，該傳輸線用來傳輸該射頻訊號之該第一頻率成分，以及衰減該射頻訊號之該第二頻率成分。
13. 如申請專利範圍第11項所述之訊號饋入方法，其中調整該第二饋入網路之步驟包含有：串接一傳輸線於該槽孔天線，該傳輸線用來傳輸該射頻訊號之該第二頻率成分；以及 並聯一開路殘段於該傳輸線與該槽孔天線之間，該開路殘段用來濾出該射頻訊號之該第一頻率成分。
14. 如申請專利範圍第13項所述之訊號饋入方法，其中調整該第二饋入網路之步驟另包含有：串接一延伸傳輸線於該傳輸線與該槽孔天線之間，該延伸傳輸線用來補償由該第二饋入網路至該槽孔天線之一距離。