TW201332214A - 寬頻雙極化天線 - Google Patents

Abstract

一種天線，其包含一寬頻垂直極化單極輻射元件；一反射器，其在大致垂直於該單極輻射元件之一垂直軸之一第一平面中具有突出物；複數個水平極化輻射元件，其等相對於該單極輻射元件大致同心配置，該等水平極化輻射元件之各者在大致垂直於該垂直軸之一第二平面中具有一突出物，該第二平面在沿著該垂直軸之一方向上偏離該第一平面；及一饋電配置，其用於對該單極及水平極化輻射元件饋電。

Description

寬頻雙極化天線

本發明大致係關於天線且更特定言之係關於用於無線通信之雙極化天線。

本文參考2001年1月27日申請之名為《BROADBAND,DUAL PORT,DUAL POLARIZED INDOOR AND/OR OUTDOOR ANTENNA》之美國臨時專利申請案第61/436,645號，其揭示內容以引用的方式併入本文中且根據37 CFR 1.78(a)(4)及(5)(i)主張其優先權。

據信下列公開案代表最新技術：「A New Design of Horizontally Polarized and Dual-Polarized Uni-Planar Conical Beam Antennas for HYPERLAN」，N.J.McEwan等人，IEEE Transactions on Antennas and Propagation，第51卷第(2)號，2003年；「A Wide-Band Low-Profile Conical Beam Antenna with Horizontal Polarization for Indoor Wireless Communication」，K.M.Luk等人，IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，第8卷，2009年；「A Notch Wire Composite Antenna for Polarization Diversity Reception」，K.Nobuhiro等人，IEEE Transactions on Antennas and Propagation，1998年6月；「Dual Polarized Omnidirectional Array Element for MIMO Systems」，A.N.Gonzalez，KTH Signals,Sensors and Systems，2005年。

「A Shorted Magneto-Electric Dipole with J-Shaped Strip Feed」，Z.Y.Zhang等人，Progress In Electromagnetics Research Letters，第12卷，2009年；「Dual Polarized Omnidirectional Antenna」，D.Skaufel，Master's Degree Project,KTH Signals,Sensors and Systems，2005年；「Dual-Polarized Omnidirectional Planar Slot Antenna for WLAN Applications」，A.Ezzeldin等人，IEEE Transactions on Antennas and Propagation，第53卷第(9)號，2005年；「A Wideband E Plane Omnidirectional Antenna」，M.Hanqing 等人，7th International Symposium on Antennas,Propagation and EM Theory，2006年；「A Horizontally Polarized Omnidirectional Printed Antenna for WLAN Applications」，C.C.Lin等人，IEEE Transactions on Antennas and Propagation，第54卷第(11)號，2006年；「A 2.4GHz Omni-directional Horizontally Polarized Planar Printed Antenna for WLAN Applications」，C.C.Lin等人，Antennas and Propagation Society International Symposium，2003年；「A Broadband Dual-Polarized Magneto-Electric Dipole Antenna With Simple Feeds」，B.Wu等人，IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，第8卷，2009年；「A Dual-Polarized Antenna with Pattern Diversity」，S. Yang等人，IEEE Antennas and Propagation Magazine，第6卷，2008；「Wide Band Coplanar Waveguide-Fed Monopole Antenna」，J.Kim等人，Proceedings of EuCap，2006年；「Conical-Beam Horizontally Polarized Cross-Slot Antenna」，I.Shtrikman等人，3rd International Conference on Computational Electromagnetics and Its Applications，2004年；「Design of Very Wide-band Linear-Polarized Antennas」，E.Antonino等人，Journnes International Sur Antennas，2004年；「Wide-Band Planar Monopole Antennas」，N.Prasad，IEEE Transactions on Antennas and Propagation，第46卷第(2)號，1998年；「A Wide-Band Slot Antenna Design Employing A Fictitious Short Circuit Concept」，N.Behdad等人，IEEE Transactions on Antennas and Propagation，第53卷，2005年；「A Microstrip-Fed Ultra-Wideband Slot Antenna」，M Leib等人，Antennas and Propagation Society International Symposium，2009年；「A Low Cost UWB Printed Dipole Antenna with High Performances」，E.Gueguen等人，IEEE International Conference on Ultra-Wideband，2005年；「A Windmill-shaped Loop Antenna for Polarization Diversity」，D.S.Kim等人，Antennas and Propagation Society International Symposium，2007年；「Wideband Slot Antenna for WLAN Access Points」，C.R.Medeiros等人，IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，第9卷，2010年；「Reseau d'antennes a 6 capteurs en diversite de polarisation」，P.Brachat等人，13th International Symposium on Antennas，2004年；「The Effect of Antenna Orientation and Polarization on MIMO Capacity」，A.N.Gonzalez等人，Antennas and Propagation Society International Symposium，2005年；「High Performance UWB Planar Antenna Design」，K.Wong，CONVERGE-Applications Workshop for High-Performance Design，2005年；美國專利：4,814,777；5,760,750；5,940,048；6,034,649；6,259,418；6,281,849；6,404,396；6,518,929；6,529,172；6,573,876；6,741,210；6,693,600；6,980,166；6,980,167；7,064,725；7,006,047；7,023,396；7,027,004；7,091,907；7,138,952；7,283,101；7,405,710；及7,688,273；及美國專利公開案：2006/0232490；2006/0232489；2008/0030418；及2010/0097286。

本發明試圖提供特別適於多重輸入多重輸出(MIMO)效能的新穎的緊湊寬頻雙極化天線。

因此根據本發明之較佳實施例提供一種天線，其包含寬 頻垂直極化單極輻射元件；反射器，其在大致垂直於單極輻射元件之垂直軸之第一平面中具有突出物；複數個水平極化輻射元件，其等相對於單極輻射元件大致同心配置，水平極化輻射元件之各者在大致垂直於垂直軸之第二平面中具有突出物，第二平面在沿著垂直軸之方向上偏離第一平面；及饋電配置，其用於對單極及水平極化輻射元件饋電。

根據本發明之較佳實施例，單極輻射元件包含錐形輻射元件。

較佳，錐形輻射元件包含上導電圓柱形元件及下導電錐形元件，上圓柱形元件及下錐形元件藉由內分隔元件及外支撐架固持為部分重疊組態。

或者，單極輻射元件包含直立多分支結構。

根據本發明之另一較佳實施例，複數個水平極化輻射元件包含水平極化輻射元件之陣列。

較佳，水平極化輻射元件之陣列包含水平極化偶極之陣列。

較佳，陣列包含配置為正方形狀組態之四個偶極。

或者，水平極化輻射元件之陣列包含水平極化環形輻射元件之陣列。

較佳，複數個水平極化輻射元件垂直於垂直軸。

根據本發明之另一較佳實施例，單極輻射元件輻射垂直極化之錐形全向射束。

較佳，複數個水平極化輻射元件輻射水平極化之錐形全 向射束。

較佳，垂直極化射束及水平極化射束之極化互相正交。

根據本發明之又一較佳實施例，反射器包含接地平面。

較佳，反射器係平面。

或者，反射器係非平面。

較佳，反射器具有倒金字塔組態。

根據本發明之另一較佳實施例，饋電配置包含對單極輻射元件饋電之第一埠及對複數個水平極化輻射元件饋電之第二埠。

較佳，第一埠流電連接至單極輻射元件。

較佳，第二埠連接至對複數個水平極化輻射元件饋電之共同饋電網路。

較佳，饋電網路包含微帶線。

此外或或者，饋電網路包含同軸電纜。

較佳，饋電網路包含多平面饋電網路。

較佳，複數個水平極化輻射元件包含複數個寬頻水平極化輻射元件。

根據本發明之另一較佳實施例，天線亦包含相對於單極輻射元件大致同心配置之第二複數個水平極化輻射元件，該等水平極化輻射元件之每一者在大致垂直於垂直軸之第三平面中具有突出物，第三平面在沿著垂直軸之一方向上偏離第一平面及第二平面。

較佳，天線包含多頻天線。

較佳，第二複數個水平極化輻射元件包含水平極化輻射 元件之陣列。

較佳，水平極化輻射元件包含偶極。

較佳，第二複數個水平極化輻射元件垂直於垂直軸。

可從結合圖式進行之下文詳細描述中更全面地理解和瞭解本發明。

現參考圖1，其係根據本發明之較佳實施例構建及操作之天線之示意圖；如圖1所見，提供天線100。天線100較佳為室內型天線且尤佳經調適以安裝在天花板102上。但是，應瞭解天線100或可經調適以取決於天線之操作需求安裝在許多室內及/或室外表面上。

如放大部分104最佳所見，天線100包含本文舉例而言具體實施為寬頻垂直極化錐形單極輻射元件106之寬頻垂直極化單極輻射元件。本文中舉例而言具體實施為四個水平極化偶極108之陣列之複數個水平極化輻射元件相對於單極106大致同心配置。

應瞭解天線100因此組成能夠經由垂直極化單極106及水平極化偶極108之陣列之同時各自操作而同時輻射垂直及水平極化射頻(RF)信號之雙極化天線。歸因於其等互相正交之極化，單極106及偶極108之陣列去關聯，使得天線100尤其適於MIMO應用。

應進一步瞭解，如下文例示，單極106及偶極108之陣列之結構及配置僅為例示性且垂直極化單極輻射元件及水平 極化輻射元件之多種其他實施例及配置亦可行。

單極106及偶極108之陣列較佳設置在反射器112之上表面110上，該反射器112較佳形成天線100之接地平面。反射器112之存在係本發明之較佳實施例之特定特徵且產生天線100之操作之數個重要優點。

反射器112之大小、形狀及位置用於控制單極106及偶極108之陣列兩者之輻射場型。在本發明之尤佳實施例中，反射器112相對於單極106配置以在大致垂直於單極106之垂直軸114之第一平面中具有突出物。在圖1所示之天線之實施例中，舉例而言，反射器112展示為界定垂直於單極106之垂直軸114之平面之平面元件。

偶極108之陣列較佳經配置使得各偶極在大致垂直於單極輻射元件106之垂直軸114之第二平面中具有突出物，第二平面在沿著單極106之垂直軸114之方向上偏離由反射器112界定之平面。在圖1所示之天線之實施例中，舉例而言，偶極108之陣列展示為包括垂直於單極106之垂直軸114設置且相對於由反射器112界定之平面抬高之直立偶極結構。

相對於單極106及偶極108之陣列之反射器112之上述配置導致由單極106及偶極108之陣列形成錐形、全向輻射場型。此等輻射場型使得天線100尤適於部署為天花板安裝型天線，如圖示的RF射束116所示。此外，由於單極106及偶極108之陣列具有類似輻射場型，故天線100在其操作環境內提供完全平衡的水平及垂直極化射束覆蓋。

除影響單極106及偶極108之陣列之輻射場型外，反射器112亦用於吸收單極106與偶極108之陣列之間之雜散RF輻射，藉此改良其間之隔離。

此外，反射器112之存在改良單極106及偶極108之陣列與其等環境之隔離且因此降低天線100對實體及電外部影響之敏感性。

歸因於單極106及偶極108之陣列之平衡、錐形、全向及完全隔離之射束型樣，天線100可以高RF資料處理速率及最小衰減及散射效應伺服多個使用者，諸如使用者118、120及122。此外，由於單極106及偶極108之陣列彼此鄰近地安裝在由反射器112形成之單個平台上，故天線100極緊湊且與習知MIMO天線相比製作相對簡單及便宜。天線100之水平範圍進一步藉由偶極108之陣列相對於反射器112之直立而非平坦配置而有利地減小。

在天線100操作時，單極106及偶極108之陣列由饋電配置饋電。較佳，單極106在第一埠(未展示)上接收垂直極化之RF輸入信號且偶極108之陣列在第二埠(未展示)上接收水平極化之RF輸入信號。此等第一輸入埠及第二輸入埠較佳定位在相對於單極106及偶極108之陣列較佳所定位之表面110之反射器112之下側上。下文參考圖2A至圖2C說明經由其對單極106及偶極108之陣列較佳饋電之饋電配置之進一步細節。

天線100視需要可由天線罩124容置，該天線罩124較佳具有美觀及保護功能兩者。天線罩124可由不扭曲天線100 之較佳輻射場型之任意適當材料形成。

現參考圖2A、圖2B及圖2C，其等係圖1所示之類型之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖。

如圖2A至圖2C所見，天線100包含由水平極化偶極108之陣列同心圍繞且定位在反射器112之上表面110上之垂直極化錐形單極輻射元件106。如圖2C最清楚所見，反射器112位於垂直於單極106之垂直軸114之第一平面中。

單極106較佳係寬頻錐形單極，其較佳包括上導電圓柱形元件200及下導電錐形元件202。如圖2C最清楚所見，圓柱形元件200及錐形元件202較佳藉由內介電間隔元件204及外支撐介電支架206固持為部分重疊組態。但是，應瞭解所示之單極106之實施例僅為例示性且多種其他寬頻單極輻射元件可行且包含在本發明之範疇中。

如圖2B最清楚所見，偶極108之陣列較佳包括配置為圍繞單極106之正方形狀組態之四個偶極208、210、212及214。但是應瞭解，偶極108之陣列相對於單極106之其他大致同心配置或可行。如圖2C最清楚所見，各自偶極208、210、212及214之每一者位於垂直於單極106之垂直軸114之第二平面中且在沿著垂直軸114之方向上相對於由反射器112界定之第一平面抬高。

如圖2C最清楚所見，在天線100操作時，單極106較佳經由第一饋電埠216接收垂直極化之RF輸入信號，該第一埠216較佳經由反射器112中形成之孔隙218流電連接至錐形元件202。

偶極108之陣列較佳經由第二饋電埠220接收水平極化之RF輸入信號。根據本發明之尤佳實施例，第二饋電埠220上接收之水平極化之RF信號經由共同饋電網路222輸送至各自偶極208、210、212及214之每一者，該共同饋電網路222較佳形成在介電基板224上。因此，如圖2B最清楚所見，共同饋電網路222較佳包含激發偶極208之第一饋電分支226、激發偶極210之第二饋電分支228、激發偶極212之第三饋電分支230及激發偶極214之第四饋電分支232。饋電網路222之饋電分支226、228、230及232之各者較佳以圖2A及圖2C中之饋電分支226及228之情況中可見之開端鉤狀結構終止在各相應偶極之基極上。應瞭解，如下文例示，此一饋電結構僅為例示性且饋電網路222可終止為經調適用於對偶極108之陣列饋電之其他組態。

如圖2A中最清楚所見，饋電網路222係多平面饋電網路，其較佳具有位於由反射器112所界定之第一平面中及垂直於第一平面之部分。饋電網路222之多平面結構係本發明之較佳實施例之特定特徵且尤其用於區分本發明之天線與通常使用平面饋電網路之習知MIMO天線。饋電網路222之多平面構造藉由使可能因與偶極108之陣列位於相同平面中之饋電網路之存在而在其間形成之干擾最小化而使單極106與偶極108之陣列之間之隔離最佳化。

藉由共同饋電網路222對個別的各自偶極208、210、212及214饋電係本發明之較佳實施例之又一特定特徵。當各自偶極208、210、212及214之每一者接收共相信號時，共 同饋電網路之使用賦予固有寬頻效能給偶極108之陣列。

饋電網路222較佳由微帶線形成。或者，饋電網路222可由本技術中已知之任意適當傳輸線(包含舉例而言同軸電纜)形成。

多個孔234視需要形成在反射器212中以促進反射器212至支撐表面，諸如圖1所見之天花板102之附接。孔234亦可用於視需要將天線罩，諸如圖1所示之天線罩124附接至天線100。

現參考圖3A至圖3C，其等係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖。

如圖3A至圖3C所見，提供天線300。天線300包含寬頻垂直極化單極輻射元件306及本文中舉例而言，具體實施為相對於單極306同心配置之四個水平極化偶極308之陣列之複數個水平極化輻射元件。單極306及偶極308之陣列較佳定位在反射器312之上表面310上。

如圖3C中最清楚所見，反射器312較佳在垂直於單極306之垂直軸314之第一平面中具有突出物且偶極308之陣列之各偶極在垂直於垂直軸314之第二平面中具有突出物，第二平面在沿著垂直軸314之方向上相對於第一平面抬高。

單極306較佳在第一饋電埠316上接收垂直極化之RF輸入信號，該第一埠316較佳經由形成在反射器312中之孔隙318流電連接至單極306之基極。偶極308之陣列較佳在第二饋電埠320上接收水平極化之RF輸入信號，該RF信號較 佳經由共同饋電網路322傳輸至偶極308之陣列之各偶極，藉此賦予固有寬頻效能給偶極308之陣列。饋電網路322較佳形成在介電基板324之表面上。

多個孔326視需要形成在反射器312中以促進反射器312至支撐表面，諸如天花板之附接。孔326亦可用於視需要將天線罩附接至天線300。

天線300亦視需要包含印刷濾波器328，該印刷濾波器328較佳印刷在介電基板324上。濾波器諸如濾波器328之使用在本技術中眾所周知且用於經由過濾穿過其間之非所要頻率之輻射而改良單極306與偶極308之陣列之間之隔離。

應瞭解天線300可在除單極306之結構以外之每個相關方面類似於天線100。鑑於在天線100中，單極106較佳具體實施為寬頻錐形單極，故如圖3B中最清楚所見，在天線300中，單極306較佳具體實施為有利地具有窄佔據面積之寬頻直立精細分支結構。應瞭解圖2A至圖2C及圖3A至圖3C分別所示之錐形及分支單極僅為例示性且多種其他寬頻垂直極化單極輻射元件亦可行。

此外，天線300視需要可在饋電網路322之組態方面不同於天線100。鑑於在天線100中，形成饋電網路222之微帶線較佳以開端鉤狀組態終止在各偶極下方，故在天線300中，形成饋電網路322之微帶線較佳延伸至各偶極中，藉此直接對偶極308之陣列饋電。但是，應瞭解所示之饋電網路322之組態僅為例示性且本技術中已知之其他饋電配 置亦可行。

天線300之其他特徵及優點大致如上文參考天線100所述且包含其緊湊結構、多平面饋電網路及平衡、錐形、全向及去關聯垂直及水平極化正交輻射場型。

現參考圖4A至圖4C，其等係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖。

如圖4A至圖4C所見，提供天線400。天線400包含寬頻垂直極化分支單極輻射元件406及本文中舉例而言，具體實施為相對於單極406同心配置之四個水平極化偶極408之陣列之複數個水平極化輻射元件。單極406及偶極408之陣列較佳定位在反射器412之上表面410上。

如圖4C中最清楚所見，反射器412較佳在垂直於單極406之垂直軸414之第一平面中具有突出物且偶極408之陣列之各偶極在垂直於垂直軸414之第二平面中具有突出物，第二平面在沿著垂直軸414之方向上相對於第一平面抬高。

單極406較佳在第一饋電埠416上接收垂直極化之RF輸入信號，該第一埠416較佳經由形成在反射器412中之孔隙418流電連接至單極406之基極。偶極408之陣列較佳在第二饋電埠420上接收水平極化之RF輸入信號，該RF信號較佳經由共同饋電網路422傳輸至偶極408之陣列之各偶極，藉此賦予固有寬頻效能給偶極408之陣列。饋電網路422較佳形成在介電基板424之表面上。

多個孔426視需要形成在反射器412中以促進反射器412 至支撐表面，諸如天花板之附接。孔426亦可用於視需要將天線罩附接至天線400。

應瞭解天線400可在除偶極408之陣列之定向以外之每個相關方面類似於天線300。鑑於在天線300中，偶極308之陣列之各偶極具有筆直、直立定向，藉此在天線400中，各偶極位於垂直於單極306之垂直軸314之平面中，偶極408之陣列之各偶極具有傾斜定向。如圖4C中最清楚所見，偶極408之陣列之各偶極因此在垂直於單極406之垂直軸414之平面中具有突出物。

應瞭解偶極300及400之各自陣列之筆直及傾斜定向僅為例示性且水平極化輻射元件之其他定向亦可行，前提是各水平極化輻射元件在垂直於單極輻射元件之垂直軸之平面中具有突出物。

天線400之其他特徵及優點大致如上文參考天線300所述且包含其緊湊結構、多平面饋電網路及平衡、錐形、全向及去關聯垂直及水平極化正交輻射場型。

現參考圖5A至圖5C，其等係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖。

如圖5A至圖5C所見，提供天線500。天線500包含寬頻垂直極化錐形單極輻射元件506及本文中舉例而言，具體實施為較佳相對於單極506同心配置之四個水平極化環形輻射元件508之陣列之複數個水平極化輻射元件。單極506及環形輻射元件508之陣列較佳定位在反射器512之上表面 510上。

如圖5C中最清楚所見，反射器512較佳在垂直於單極506之垂直軸514之第一平面中具有突出物且環形輻射元件508之陣列之各環較佳在垂直於垂直軸514之第二平面中具有突出物，第二平面在沿著垂直軸514之方向上相對於第一平面抬高。

單極506較佳在第一饋電埠516上接收垂直極化之RF輸入信號，該第一埠516較佳經由形成在反射器512中之孔隙518流電連接至單極506之基極。環形輻射元件508之陣列較佳在第二饋電埠520上接收水平極化之RF輸入信號，該RF信號較佳經由共同饋電網路522傳輸至環形輻射元件508之陣列之各環，藉此賦予固有寬頻效能給環形輻射元件508之陣列。饋電網路522較佳形成在介電基板524之表面上。

多個孔526視需要形成在反射器512中以促進反射器512至支撐表面，諸如天花板之附接。孔526亦可用於視需要將天線罩附接至天線500。

應瞭解天線500可在除水平極化輻射元件之結構以外之每個相關方面類似於天線100。鑑於在天線100中，水平極化輻射元件較佳具體實施為複數個水平極化偶極輻射元件108，故在天線500中，水平極化輻射元件較佳具體實施為複數個水平極化環形輻射元件508。

應瞭解圖1至圖4C及圖5A至圖5C中分別所示之偶極及環形輻射元件僅為例示性且多種其他水平極化輻射元件亦可 行且包含在本發明之範疇中。

天線500之其他特徵及優點大致如上文參考天線100所述且包含其緊湊結構、多平面饋電網路及平衡、錐形、全向及去關聯垂直及水平極化正交輻射場型。

現參考圖6A至圖6C，其等係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖。

如圖6A至圖6C所見，提供天線600。天線600包含寬頻垂直極化錐形單極輻射元件606及本文中舉例而言，具體實施為相對於單極606同心配置之四個偶極608之陣列之複數個水平極化輻射元件。單極606及偶極608之陣列較佳定位在反射器612之上表面610上。

如圖6C中最清楚所見，反射器612較佳在垂直於單極606之垂直軸614之第一平面中具有突出物且偶極608之陣列之各偶極在垂直於垂直軸614之第二平面中具有突出物，第二平面在沿著垂直軸614之方向上相對於第一平面抬高。

單極606較佳在第一饋電埠616上接收垂直極化之RF輸入信號，該第一埠616較佳經由形成在反射器612中之孔隙618流電連接至單極606之基極。偶極608之陣列較佳在第二饋電埠620上接收水平極化之RF輸入信號，該RF信號較佳經由共同饋電網路622傳輸至偶極608之陣列之各偶極，藉此賦予固有寬頻效能給偶極608之陣列。饋電網路622較佳形成在介電基板624之表面上。

多個孔626視需要形成在反射器612中以促進反射器612 至支撐表面，諸如天花板之附接。孔626亦可用於視需要將天線罩附接至天線600。

應瞭解天線600可在除所述反射器612之結構以外之每個相關方面類似於天線100。鑑於在天線100中，反射器112較佳具體實施為垂直於單極106之垂直軸114放置之圓形平面元件，故在天線600中，反射器612較佳具體實施為淺的倒金字塔元件。如圖6C中最清楚所見，反射器612因此在垂直於單極606之垂直軸614之平面中具有突出物。

應瞭解圖1至圖5C及圖6A至圖6C中分別所示之圓形平面反射器及倒金字塔反射器之形狀僅為例示性且多種其他反射器組態可行，前提是反射器在垂直於單極輻射元件之垂直軸之平面中具有突出物。

天線600之其他特徵及優點大致如上文參考天線100所述且包含其緊湊結構、多平面饋電網路及平衡、錐形、全向及去關聯垂直及水平極化正交輻射場型。

現參考圖7A至圖7C，其等係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖。

如圖7A至圖7C所見，提供天線700。天線700包含寬頻垂直極化單極輻射元件706及本文中舉例而言，具體實施為相對於單極706同心配置之四個偶極708之陣列之複數個水平極化輻射元件。單極706及偶極708之陣列較佳定位在反射器712之上表面710上。

如圖7C中最清楚所見，反射器712較佳在垂直於單極706 之垂直軸714之第一平面中具有突出物且偶極708之陣列之各偶極在垂直於垂直軸714之第二平面中具有突出物，第二平面在沿著垂直軸714之方向上相對於第一平面抬高。

單極706較佳在第一饋電埠716上接收垂直極化之RF輸入信號，該第一埠716較佳經由形成在反射器712中之孔隙718流電連接至單極706之基極。偶極708之陣列較佳在第二饋電埠(未展示)上接收水平極化之RF輸入信號，該RF信號較佳經由共同饋電網路722傳輸至偶極708之陣列之各偶極，藉此賦予固有寬頻效能給偶極708之陣列。如本技術中眾所周知，饋電網路722較佳包括同軸電纜且視需要可包含微帶功分器。

多個孔726視需要形成在反射器712中以促進反射器712至支撐表面，諸如天花板之附接。孔726亦可用於視需要將天線罩附接至天線700。

應瞭解除包含較佳具體實施為天線700中之水平極化偶極輻射元件730之外陣列之額外複數個水平極化輻射元件外，天線700可在每個相關方面類似於天線300。如從偶極708之內陣列與偶極730之外陣列之對比中可知，除其尺寸外，偶極708之內陣列可大致類似偶極730之外陣列。偶極730之外陣列較佳在其圓周及高度上大於偶極708之內陣列，藉此偶極730之外陣列較佳經調適以在不同於偶極708之內陣列之頻帶下操作。

應瞭解天線700因此組成能夠在分別由偶極708之內陣列及偶極730之外陣列提供之兩個水平極化之頻帶下操作之 多頻天線。偶極730之外陣列較佳由共同饋電網路732饋電。如本技術中眾所周知，共同饋電網路732較佳包括同軸電纜且可視需要包含微帶功分器。濾波器可視需要包含在天線700中以提高內偶極陣列708與外偶極陣列730之間之電隔離。

如圖7C中最清楚所見，偶極730之陣列之各偶極較佳在垂直於垂直軸714之第三平面中具有突出物，第三平面偏離由反射器712界定之第一平面及由偶極708之陣列界定之第二平面。

應瞭解雖然在所示之天線700之實施例中，偶極708之內陣列及偶極730之外陣列展示為包括相同類型之偶極，但是偶極708之內陣列及偶極730之外陣列或可包括不同類型之偶極。此外，偶極730之外陣列或可包括除偶極之外之水平極化輻射元件，包含但不限於環形輻射元件。

天線700之其他特徵及優點大致如上文參考天線300所述且包含其緊湊結構、多平面饋電網路及平衡、錐形、全向及去關聯垂直及水平極化正交輻射場型。此外，天線700之結構歸因於其多頻能力而特別有利。

現參考圖8A至圖8C，其等係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖。

如圖8A至圖8C所見，提供天線800。天線800包含寬頻垂直極化單極輻射元件806及本文中舉例而言，具體實施為相對於單極806同心配置之四個水平極化偶極808之陣列 之複數個水平極化輻射元件。單極806及偶極808之陣列較佳定位在反射器812之上表面810上。

如圖8C中最清楚所見，反射器812較佳在垂直於單極806之垂直軸814之第一平面中具有突出物且偶極808之陣列之各偶極在垂直於垂直軸814之第二平面中具有突出物，第二平面在沿著垂直軸814之方向上相對於第一平面抬高。

單極806較佳在第一饋電埠816上接收垂直極化之RF輸入信號，該第一埠816較佳經由形成在反射器812中之孔隙818流電連接至單極806之基極。偶極808之陣列較佳在第二饋電埠(未展示)上接收水平極化之RF輸入信號，該RF信號較佳經由共同饋電網路822傳輸至偶極808之陣列之各偶極，藉此賦予固有寬頻效能給偶極808之陣列。如本技術中眾所周知，饋電網路822較佳包括同軸電纜且可視需要包含微帶功分器。

多個孔826視需要形成在反射器812中以促進反射器812至支撐表面，諸如天花板之附接。孔826亦可用於視需要將天線罩附接至天線800。

天線800進一步包含本文中舉例而言，具體實施為相對於單極806同心配置之水平極化偶極830之外陣列及偶極808之內陣列之額外複數個水平極化輻射元件。偶極808之內陣列及偶極830之外陣列較佳各自以兩個不同的水平極化頻帶輻射，藉此允許天線800操作為多頻天線。偶極830之外陣列較佳由共同饋電網路832饋電。如本技術中眾所周知，饋電網路832較佳包括同軸電纜且可視需要包含微 帶功分器。濾波器可視需要包含在天線800中以提高內偶極陣列808與外偶極陣列830之間之電隔離。

應瞭解天線800可在除偶極830之外陣列之定向以外之每個相關方面類似於天線700。鑑於在天線700中，偶極730之外陣列之各偶極具有筆直、直立定向，藉此各偶極垂直於單極706之垂直軸714，故在天線800中，偶極830之外陣列之各偶極具有傾斜定向。如圖8C中最清楚所見，偶極830之外陣列之各偶極因此在垂直於單極806之垂直軸814之第三平面中具有突出物，第三平面偏離分別由反射器812及偶極808之內陣列界定之第一平面及第二平面。

應瞭解偶極730及830之各自外陣列之筆直及傾斜定向僅為例示性且水平極化輻射元件之其他定向亦可行，前提是各水平極化輻射元件在垂直於單極輻射元件之垂直軸之平面中具有突出物。

天線800之其他特徵及優點大致如上文參考天線700所述且包含其緊湊結構、多平面饋電網路及平衡、錐形、全向及去關聯垂直及多頻水平極化正交輻射場型。

實驗結果

在本節中，提出針對根據圖1至圖2C所示之本發明之實施例構建及操作之雙極化天線而產生之實驗資料。應瞭解所獲得之結果代表根據上述本發明之實施例之任意者構建及操作之雙極化天線之效能。

天線結構之細節

反射器包括鋁且具有400 mm之直徑。各偶極具有150 mm之高度且與單極分開達115 mm之距離。天線被由PC/ABS形成之天線罩覆蓋且具有110 mm之高度。

根據本技術中眾所周知之方法在天線腔室中測量上述天線之輻射場型、回波損耗及隔離。

輻射場型

現參考圖9A、9B及9C，其等係分別展示圖1至圖2C所示之類型之天線中之垂直極化輻射元件之輻射場型之一橫切及兩個縱切之簡化曲線圖；及參考圖10A、圖10B及圖10C，其等係分別展示圖1至圖2C所示之類型之天線中之水平極化輻射元件之輻射場型之一橫切及兩個縱切之簡化曲線圖。

如圖9A及圖10A所見，垂直極化輻射元件及水平極化輻射元件兩者在操作頻率範圍內具有全向輻射場型。

如圖9B、圖9C、圖10B及圖10C所見，垂直極化輻射元件及水平極化輻射元件兩者具有錐形輻射場型。如從對應於垂直極化單極之輻射場型之縱切之圖9B及圖9C與對應於水平極化偶極之輻射場型之縱切之圖10B及圖10C之比較可見，垂直極化輻射元件及水平極化輻射元件之輻射場型在所測量之頻率內非常類似。因此，圖1至圖2C之天線在其操作環境內提供平衡的水平及垂直極化覆蓋，使其非常適於MIMO應用。

回波損耗及隔離

現參考圖11A、圖11B及圖11C，其等係分別展示圖1至圖2C所示之類型之天線中之水平極化輻射元件及垂直極化 輻射元件之回波損耗及其間之隔離之簡化曲線圖。

如圖11A所見，水平極化偶極陣列之回波損耗在698 MHz至806 MHz之頻率範圍中優於-10 dB。水平極化偶極陣列之固有寬頻效能由曲線圖之寬最小值指示，橫跨大約698 MHz至806 MHz之頻率範圍。

如圖11A所見，垂直極化單極陣列之回波損耗在698 MHz至960 MHz之頻率範圍中優於-10 dB。垂直極化單極之寬頻效能由曲線圖之寬最小值指示，橫跨大約698 MHz至2700 MHz之頻率範圍。

如圖11C所見，垂直極化單極與水平極化偶極陣列之間之隔離優於-20 dB。如上所述，本發明之天線中之垂直極化輻射元件與水平極化輻射元件之間之良好隔離可歸因於天線之許多較佳特徵，包含水平極化輻射元件及垂直極化輻射元件之互相正交極化、反射器之配置及饋電網路之多平面組態。垂直極化輻射元件與水平極化輻射元件之間之隔離亦受垂直極化單極輻射元件與水平極化輻射元件之間之分離影響。

熟習此項技術者應瞭解本發明不限於下文特別主張之內容。而是，本發明之範疇包含如熟習此項技術者在閱讀參考圖式之上文描述時可能想到且非在先前技術中的上文所述之特徵之各種組合及子組合及其修改及變化。

100‧‧‧天線

102‧‧‧天花板

104‧‧‧放大部分

106‧‧‧垂直極化單極

108‧‧‧水平極化偶極

110‧‧‧反射器112之上表面

112‧‧‧反射器

114‧‧‧垂直軸

116‧‧‧射頻(RF)射束

118‧‧‧使用者

120‧‧‧使用者

122‧‧‧使用者

124‧‧‧天線罩

200‧‧‧上導電圓柱形元件

202‧‧‧下導電錐形元件

204‧‧‧內介電間隔元件

206‧‧‧外支撐介電支架

208‧‧‧偶極

210‧‧‧偶極

212‧‧‧偶極

214‧‧‧偶極

216‧‧‧第一饋電埠

218‧‧‧孔隙

220‧‧‧第二饋電埠

222‧‧‧饋電網路

224‧‧‧介電基板

226‧‧‧第一饋電分支

228‧‧‧第二饋電分支

230‧‧‧第三饋電分支

232‧‧‧第四饋電分支

234‧‧‧孔

300‧‧‧天線

306‧‧‧寬頻垂直極化單極輻射元件

308‧‧‧水平極化偶極

310‧‧‧反射器312之上表面

312‧‧‧反射器

314‧‧‧垂直軸

316‧‧‧第一饋電埠

318‧‧‧孔隙

320‧‧‧第二饋電埠

322‧‧‧共同饋電網路

324‧‧‧介電基板

326‧‧‧孔

328‧‧‧印刷濾波器

400‧‧‧天線

406‧‧‧寬頻垂直極化分支單極輻射元件

408‧‧‧水平極化偶極

410‧‧‧反射器412之上表面

412‧‧‧反射器

414‧‧‧垂直軸

416‧‧‧第一饋電埠

418‧‧‧孔隙

420‧‧‧第二饋電埠

422‧‧‧饋電網路

424‧‧‧介電基板

426‧‧‧孔

500‧‧‧天線

506‧‧‧寬頻垂直極化錐形單極輻射元件

508‧‧‧水平極化環形輻射元件

510‧‧‧反射器512之上表面

512‧‧‧反射器

514‧‧‧垂直軸

516‧‧‧第一饋電埠

518‧‧‧孔隙

520‧‧‧第二饋電埠

522‧‧‧饋電網路

524‧‧‧介電基板

526‧‧‧孔

600‧‧‧天線

606‧‧‧寬頻垂直極化錐形單極輻射元件

608‧‧‧水平極化偶極

610‧‧‧反射器612之上表面

612‧‧‧反射器

614‧‧‧垂直軸

616‧‧‧第一饋電埠

618‧‧‧孔隙

620‧‧‧第二饋電埠

622‧‧‧饋電網路

624‧‧‧介電基板

626‧‧‧孔

700‧‧‧天線

706‧‧‧寬頻垂直極化單極輻射元件

708‧‧‧偶極

710‧‧‧反射器712之上表面

712‧‧‧反射器

714‧‧‧垂直軸

716‧‧‧第一饋電埠

718‧‧‧孔隙

722‧‧‧饋電網路

726‧‧‧孔

730‧‧‧水平極化偶極輻射元件

732‧‧‧饋電網路

800‧‧‧天線

806‧‧‧寬頻垂直極化單極輻射元件

808‧‧‧水平極化偶極

810‧‧‧反射器812之上表面

812‧‧‧反射器

814‧‧‧垂直軸

816‧‧‧第一饋電埠

818‧‧‧孔隙

822‧‧‧饋電網路

826‧‧‧孔

830‧‧‧水平極化偶極

832‧‧‧饋電網路

圖1係根據本發明之較佳實施例構建及操作之天線之示意圖； 圖2A、圖2B及圖2C係圖1所示之類型之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖。圖3A、圖3B及圖3C係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖；圖4A、圖4B及圖4C係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖；圖5A、圖5B及圖5C係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖；圖6A、圖6B及圖6C係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖；圖7A、圖7B及圖7C係根據本發明之另一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖；圖8A、圖8B及圖8C係根據本發明之又一較佳實施例構建及操作之天線之各自簡化透視圖、俯視圖及截面圖；圖9A、圖9B及圖9C係分別展示圖1至圖2C所示之類型之天線中之垂直極化輻射元件之輻射場型之一橫切及兩個縱切之簡化曲線圖；圖10A、圖10B及圖10C係分別展示圖1至圖2C所示之類型之天線中之水平極化輻射元件之輻射場型之一橫切及兩個縱切之簡化曲線圖；及圖11A、圖11B及圖11C係分別展示圖1至圖2C所示之類型之天線中之水平極化輻射元件及垂直極化輻射元件之回程損耗及其間之隔離之簡化曲線圖。

100‧‧‧天線

106‧‧‧垂直極化單極

108‧‧‧水平極化偶極

110‧‧‧反射器112之上表面

112‧‧‧反射器

114‧‧‧垂直軸

200‧‧‧上導電圓柱形元件

202‧‧‧下導電錐形元件

204‧‧‧內介電間隔元件

206‧‧‧外支撐介電支架

222‧‧‧饋電網路

226‧‧‧第一饋電分支

228‧‧‧第二饋電分支

Claims (28)

1. 一種天線，其包括：一寬頻垂直極化單極輻射元件；一反射器，其在大致垂直於該單極輻射元件之一垂直軸之一第一平面中具有一突出物；複數個水平極化輻射元件，其等相對於該單極輻射元件大致同心配置，該等水平極化輻射元件之每一者在大致垂直於該垂直軸之一第二平面中具有一突出物，該第二平面在沿著該垂直軸之一方向上偏離該第一平面；及一饋電配置，其用於對該單極及該等水平極化輻射元件饋電。
2. 如請求項1之天線，其中該單極輻射元件包括一錐形輻射元件。
3. 如請求項2之天線，其中該錐形輻射元件包括一上導電圓柱形元件及一下導電錐形元件，該上圓柱形元件及該下錐形元件藉由一內分隔元件及一外支撐架固持為部分重疊組態。
4. 如請求項1之天線，其中該單極輻射元件包括一直立多分支結構。
5. 如請求項1之天線，其中該複數個水平極化輻射元件包括水平極化輻射元件之一陣列。
6. 如請求項5之天線，其中水平極化輻射元件之該陣列包括水平極化偶極之一陣列。
7. 如請求項6之天線，其中該陣列包括配置為正方形狀組 態之四個偶極。
8. 如請求項5之天線，其中水平極化輻射元件之該陣列包括水平極化環形輻射元件之一陣列。
9. 如請求項1之天線，其中該複數個水平極化輻射元件垂直於該垂直軸。
10. 如請求項1之天線，其中該單極輻射元件輻射一垂直極化之錐形全向射束。
11. 如請求項10之天線，其中該複數個水平極化輻射元件輻射水平極化之錐形全向射束。
12. 如請求項11之天線，其中該等垂直及水平極化射束之極化互相正交。
13. 如請求項1之天線，其中該反射器包括一接地平面。
14. 如請求項13之天線，其中該反射器係平面。
15. 如請求項13之天線，其中該反射器係非平面。
16. 如請求項15之天線，其中該反射器具有一倒金字塔組態。
17. 如請求項1之天線，其中該饋電配置包括對該單極輻射元件饋電之一第一埠及對該複數個水平極化輻射元件饋電之一第二埠。
18. 如請求項17之天線，其中該第一埠流電連接至該單極輻射元件。
19. 如請求項17之天線，其中該第二埠連接至對該複數個水平極化輻射元件饋電之一共同饋電網路。
20. 如請求項19之天線，其中該饋電網路包括微帶線。
21. 如請求項19之天線，其中該饋電網路包括同軸電纜。
22. 如請求項19之天線，其中該饋電網路包括多平面饋電網路。
23. 如請求項19之天線，其中該複數個水平極化輻射元件包括複數個寬頻水平極化輻射元件。
24. 如先前請求項中任一項之天線，且其亦包括第二複數個水平極化輻射元件，該第二複數個水平極化輻射元件相對於該單極輻射元件大致同心配置，該等水平極化輻射元件之每一者在大致垂直於該垂直軸之一第三平面中具有一突出物，該第三平面在沿著該垂直軸之一方向上偏離該第一平面及該第二平面。
25. 如請求項24之天線，其中該天線包括一多頻天線。
26. 如請求項24之天線，其中該第二複數個水平極化輻射元件包括水平極化輻射元件之一陣列。
27. 如請求項26之天線，其中該等水平極化輻射元件包括偶極。
28. 如請求項24之天線，其中該第二複數個水平極化輻射元件垂直於該垂直軸。