TW201705614A - 天線系統 - Google Patents

天線系統 Download PDF

Info

Publication number
TW201705614A
TW201705614A TW104124677A TW104124677A TW201705614A TW 201705614 A TW201705614 A TW 201705614A TW 104124677 A TW104124677 A TW 104124677A TW 104124677 A TW104124677 A TW 104124677A TW 201705614 A TW201705614 A TW 201705614A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
antenna
antenna element
reflector
switching circuit
array
Prior art date
Application number
TW104124677A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI572093B (zh
Inventor
黃俊哲
詹長庚
蘇紀綱
Original Assignee
啟碁科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 啟碁科技股份有限公司 filed Critical 啟碁科技股份有限公司
Priority to TW104124677A priority Critical patent/TWI572093B/zh
Priority to US15/095,921 priority patent/US9799963B2/en
Publication of TW201705614A publication Critical patent/TW201705614A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI572093B publication Critical patent/TWI572093B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2291Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used in bluetooth or WI-FI devices of Wireless Local Area Networks [WLAN]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/28Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements
    • H01Q19/30Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements the primary active element being centre-fed and substantially straight, e.g. Yagi antenna
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062Two dimensional planar arrays using dipole aerials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H01Q21/205Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path providing an omnidirectional coverage
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/002Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing at least two patterns of different beamwidth; Variable beamwidth antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/16Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength

Abstract

一種天線系統,包括:一系統接地面、一第一天線陣列,以及一第二天線陣列。該第一天線陣列包括一第一天線元件、一第二天線元件、一第三天線元件,以及一第四天線元件。該第二天線陣列包括一第五天線元件、一第六天線元件、一第七天線元件,以及一第八天線元件。該第二天線陣列係設置於該第一天線陣列和該系統接地面之間。該第一天線陣列具有一第一極化方向,該第二天線陣列具有一第二極化方向,其中該第一極化方向和該第二極化方向係互相正交。

Description

天線系統
本發明係關於一種天線系統,特別係關於一種全向性(Omni-directional)、多極化方向之天線系統。
隨著行動通訊技術的發達,行動裝置在近年日益普遍,常見的例如:手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求,行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍,例如:行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊,而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍,例如:Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
無線網路基地台(Wireless Access Point)是使行動裝置於室內能高速上網之必要元件。然而,由於室內環境充滿了信號反射和多重路徑衰減(Multipath Fading),無線網路基地台必須能同時處理來自各方向和各種極化之信號。因此,如何於無線網路基地台之有限空間中設計出一種全向性(Omni-directional)、多極化方向之天線,已成為現今設計者之一大挑戰。
在較佳實施例中,本發明提供一種天線系統,包括:一系統接地面;一第一天線陣列,包括一第一天線元件、一第二天線元件、一第三天線元件,以及一第四天線元件;以及一第二天線陣列,包括一第五天線元件、一第六天線元件、一第七天線元件,以及一第八天線元件;其中該第二天線陣列係設置於該第一天線陣列和該系統接地面之間;其中該第一天線陣列具有一第一極化方向,該第二天線陣列具有一第二極化方向,而該第一極化方向和該第二極化方向係互相正交。
在一些實施例中,該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件具有相同結構,並係沿著該第一天線陣列之一中心點呈點對稱分佈。
在一些實施例中,該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件皆為偶極天線。
在一些實施例中,該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件係分別設置於一正方形之四個側邊上。
在一些實施例中,該第一天線陣列更包括一第一引向器、一第二引向器、一第三引向器,以及一第四引向器,分別用於導引該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件之輻射能量向外傳遞。
在一些實施例中,該第一天線陣列更包括一第一反射器、一第二反射器、一第三反射器,以及一第四反射器,分別用於反射該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線 元件,以及該第四天線元件之輻射能量向外傳遞。
在一些實施例中,該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件皆為折疊偶極天線。
在一些實施例中,該第一天線陣列更包括一第一切換電路、一第二切換電路、一第三切換電路,以及一第四切換電路,使得該第一天線陣列操作於一指向性模式或一全向性模式。
在一些實施例中,該第一切換電路、該第二切換電路、該第三切換電路,以及該第四切換電路皆為正本負二極體。
在一些實施例中,該第一切換電路、該第二切換電路、該第三切換電路,以及該第四切換電路之每一者係分別耦接於一中心饋入點和該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件之對應一者之間。
在一些實施例中,該第一切換電路、該第二切換電路、該第三切換電路,以及該第四切換電路係分別內嵌於該第一反射器、該第二反射器、該第三反射器,以及該第四反射器之中。
在一些實施例中,該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件係設置於一第一基板上,該第五天線元件和該第七天線元件係設置於一第二基板上,該第六天線元件和該第八天線元件係設置於一第三基板上,而該第一基板、該第二基板,以及該第三基板係互相垂直。
在一些實施例中,該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件,以及該第八天線元件具有相同結構,並係沿著該第二天線陣列之一中心點呈點對稱分佈。
在一些實施例中,該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件,以及該第八天線元件皆為單極天線。
在一些實施例中,該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件,以及該第八天線元件皆為平面倒F字形天線。
在一些實施例中,該第二天線陣列更包括一第五反射器、一第六反射器、一第七反射器,以及一第八反射器,分別用於反射該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件,以及該第八天線元件之輻射能量向外傳遞。
在一些實施例中,該第五反射器、該第六反射器、該第七反射器,以及該第八反射器皆耦接至該系統接地面。
在一些實施例中,該第一天線陣列係大致平行於該系統接地面,而該第二天線陣列係大致垂直於該系統接地面。
在一些實施例中,該第一天線陣列和該第二天線陣列係操作於一低頻頻帶,該低頻頻帶約介於2400MHz至2500MHz之間,而該第一天線陣列和該系統接地面之一間距約等於該低頻頻帶之一中心操作頻率之0.125倍波長。
在一些實施例中,該第一天線陣列和該第二天線陣列係操作於一高頻頻帶,該高頻頻帶約介於4900MHz至5950MHz之間,而該第一天線陣列和該系統接地面之一間距約 等於該高頻頻帶之一中心操作頻率之0.25倍波長。
100、800、900‧‧‧天線系統
110‧‧‧系統接地面
121、221、321‧‧‧第一基板
122、622、722‧‧‧第二基板
123、623、723‧‧‧第三基板
130、230、330、430、530‧‧‧第一天線陣列
131、231、331、431、531‧‧‧第一天線元件
132、232、332、432、532‧‧‧第二天線元件
133、233、333、433、533‧‧‧第三天線元件
134、234、334、434、534‧‧‧第四天線元件
140、640、740‧‧‧第二天線陣列
145、645、745‧‧‧第五天線元件
146、646、746‧‧‧第六天線元件
147、647、747‧‧‧第七天線元件
148、648、748‧‧‧第八天線元件
190‧‧‧信號源
251‧‧‧第一引向器
252‧‧‧第二引向器
253‧‧‧第三引向器
254‧‧‧第四引向器
261、361、561‧‧‧第一反射器
262、362、562‧‧‧第二反射器
263、363、563‧‧‧第三反射器
264、364、564‧‧‧第四反射器
271、272、273、274‧‧‧穿透件
481、581‧‧‧第一切換電路
482、582‧‧‧第二切換電路
483、583‧‧‧第三切換電路
484、584‧‧‧第四切換電路
665、765‧‧‧第五反射器
666、766‧‧‧第六反射器
667、767‧‧‧第七反射器
668、768‧‧‧第八反射器
B1、B2、B3、B4、B5、D1、D2‧‧‧間距
LK‧‧‧扼流電感器
VSS‧‧‧接地電位
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之示意圖;第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列之透視圖;第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列之正面圖;第2C圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列之背面圖;第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列之透視圖;第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列之正面圖;第3C圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列之背面圖;第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列之示意圖;第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列之示意圖;第6A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二天線陣列之立體圖;第6B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二天線陣列之 部份側面圖;第7A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二天線陣列之立體圖;第7B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二天線陣列之部份側面圖;第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之示意圖;第9圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之示意圖;第10A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於全向性模式時之S參數圖;第10B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於全向性模式時之第一輻射場型圖;第10C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於全向性模式時之第二輻射場型圖;第11A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於指向性模式時之S參數圖;第11B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於指向性模式時之第一輻射場型圖;第11C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於指向性模式時之第二輻射場型圖;第12A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於全向性模式時之S參數圖;第12B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低 頻頻帶且操作於全向性模式時之第一輻射場型圖;第12C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於全向性模式時之第二輻射場型圖;第13A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於指向性模式時之S參數圖;第13B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於指向性模式時之第一輻射場型圖;以及第13C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於指向性模式時之第二輻射場型圖。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉出本發明之具體實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統100之示意圖。天線系統100可應用於一無線網路基地台(Wireless Access Point)當中,並提供近似全向性(Omni-directional)之輻射場型。如第1圖所示,天線系統100包括:一系統接地面110、一第一天線陣列130,以及一第二天線陣列140。系統接地面110可以是無線網路基地台之一金屬接地面,並可提供一接地電位VSS。第二天線陣列140係設置於第一天線陣列130和系統接地面110之間。第一天線陣列130和第二天線陣列140皆可由一信號源190所激發。第一天線陣列130包括一第一天線元件131、一第二天線元件132、一第三天線元件133,以及一第四天線元件134。第二天線陣列140包括一第五 天線元件145、一第六天線元件146、一第七天線元件147,以及一第八天線元件148。詳細而言,第一天線元件131、第二天線元件132、第三天線元件133,以及第四天線元件134係設置於一第一基板121上;第五天線元件145和第七天線元件147係設置於一第二基板122上;而第六天線元件146和第八天線元件148係設置於一第三基板123上,其中第一基板121、第二基板122,以及第三基板123係互相垂直,它們的配置近似於座標平面中之X平面、Y平面,以及Z平面。必須注意的是,前述天線元件皆呈環形配置,使得天線系統100能具有近似全向性之輻射場型。另外,第一天線陣列130具有一第一極化方向,而第二天線陣列140具有一第二極化方向,其中第一極化方向和第二極化方向係互相正交。舉例而言,第一極化方向可以是一水平極化方向(例如:X方向或Y方向),而第二極化方向可以是一垂直極化方向(例如:Z方向)。在此設計下,全向性之天線系統100可用於接收或傳送各種極化方向之信號。
第一天線陣列和第二天線陣列之細部結構可如下列實施例所述。必須理解的是,這些實施例僅用於舉例說明,而非用於限制本發明之專利範圍。
第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列230之透視圖。第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列230之正面圖。第2C圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列230之背面圖。請一併參考第2A、2B、2C圖。第一天線陣列230包括一第一天線元件231、一第二天線元件232、一第三天線元件233、一第四天線元件234、一第一 引向器(Director)251、一第二引向器252、一第三引向器253、一第四引向器254、一第一反射器(Reflector)261、一第二反射器262、一第三反射器263,以及一第四反射器264。每一天線元件係設置於對應之一引向器和對應之一反射器之間。在第2A、2B、2C圖之實施例中,第一天線元件231、第二天線元件232、第三天線元件233,以及第四天線元件234皆為偶極天線(Dipole Antenna)。每一偶極天線包括一正向支路和一負向支路,分別位於一第一基板221之一上表面和一下表面上,其中正向支路和負向支路皆為直條形。第一天線元件231、第二天線元件232、第三天線元件233,以及第四天線元件234具有相同結構,並係沿著第一天線陣列230之一中心點呈點對稱分佈。每一天線元件之長度約等於第一天線陣列230之一中心操作頻率之0.5倍波長。詳細而言,第一天線元件231、第二天線元件232、第三天線元件233,以及第四天線元件234係分別設置於正方形之第一基板221之四個側邊上。第一引向器251、第二引向器252、第三引向器253,以及第四引向器254係分別用於導引第一天線元件231、第二天線元件232、第三天線元件233,以及第四天線元件234之輻射能量向外傳遞。每一引向器大致為一直條形。每一引向器之長度約介於第一天線陣列230之中心操作頻率之0.25倍波長至0.5倍波長之間。每一引向器和鄰近之一天線元件之間距B1約介於第一天線陣列230之中心操作頻率之0.15倍波長至0.25倍波長之間。第一反射器261、第二反射器262、第三反射器263,以及第四反射器264係分別用於反射第一天線元件231、第二天線元件232、第三天線元件233,以及第四天線元 件234之輻射能量向外傳遞。每一反射器大致為一U字形,並包括一第一部份和一第二部份,其中第一部份和第二部份可位於第一基板221之下表面上,而第一部份和第二部份之端點可藉由二穿透件(Via)(271、272、273,或274)於第一基板221之上表面上互相連接。每一反射器之長度約介於第一天線陣列230之中心操作頻率之0.5倍波長至1倍波長之間。每一反射器和鄰近之一天線元件之間距B2約介於第一天線陣列230之中心操作頻率之0.15倍波長至0.25倍波長之間。必須注意的是,前述引向器和反射器為選用(Optional)元件,其係用於增強第一天線陣列230之增益(Gain)。在其他實施例中,前述引向器或反射器亦可由第一天線陣列230中移除。
第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列330之透視圖。第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列330之正面圖。第3C圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列330之背面圖。請一併參考第3A、3B、3C圖。第一天線陣列330包括一第一天線元件331、一第二天線元件332、一第三天線元件333、一第四天線元件334、一第一反射器361、一第二反射器362、一第三反射器363,以及一第四反射器364。在第3A、3B、3C圖之實施例中,第一天線元件331、第二天線元件332、第三天線元件333,以及第四天線元件334皆為折疊偶極天線(Folded Dipole Antenna)。每一折疊偶極天線包括一正向支路和一負向支路,分別位於一第一基板321之一上表面和一下表面上,其中正向支路大致為四分之一之一迴圈結構,而負向支路大致為四分之三之迴圈結構。前述 迴圈結構可以大致為一中空矩形。第一天線元件331、第二天線元件332、第三天線元件333,以及第四天線元件334具有相同結構,並係沿著第一天線陣列330之一中心點呈點對稱分佈。每一天線元件之長度約等於第一天線陣列330之一中心操作頻率之0.5倍波長。詳細而言,第一天線元件331、第二天線元件332、第三天線元件333,以及第四天線元件334係分別設置於正方形之第一基板321之四個側邊上。第一反射器361、第二反射器362、第三反射器363,以及第四反射器364係分別用於反射第一天線元件331、第二天線元件332、第三天線元件333,以及第四天線元件334之輻射能量向外傳遞。每一反射器大致為一U字形,並包括一第一部份和一第二部份,其中第一部份和第二部份皆位於第一基板321之下表面上,而第一部份和第二部份之端點皆可耦接至第一基板321之下表面上之對應之一天線饋入線。每一反射器之長度約介於第一天線陣列330之中心操作頻率之0.5倍波長至1倍波長之間。每一反射器和鄰近之一天線元件之間距B3約介於第一天線陣列330之中心操作頻率之0.15倍波長至0.25倍波長之間。必須注意的是,前述反射器為選用元件,其係用於增強第一天線陣列330之增益。在其他實施例中,前述反射器亦可由第一天線陣列330中移除。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列430之示意圖。第一天線陣列430包括一第一天線元件431、一第二天線元件432、一第三天線元件433、一第四天線元件434、一第一切換電路481、一第二切換電路482、一第三切換電路483,以及一第四切換電路484。第一切換電路481、 第二切換電路482、第三切換電路483,以及第四切換電路484之每一者係分別耦接於一中心饋入點491和第一天線元件431、第二天線元件432、第三天線元件433,以及第四天線元件434之對應一者之間。一信號源190係耦接於中心饋入點491和一接地電位VSS之間,並用於激發第一天線陣列430。一扼流電感器LK係耦接於中心饋入點491和接地電位VSS之間,並用於導引直流信號、阻斷交流信號。扼流電感器LK之一電感值可以大於100nH。前述切換電路係用於控制第一天線陣列430操作於一指向性模式(Directional Mode)或一全向性模式(Omni Mode)。舉例而言,當所有切換電路都導通時,第一天線陣列430將操作於全向性模式;而當有任一切換電路未導通時,第一天線陣列430將操作於指向性模式。藉由控制前述切換電路,可輕易調整第一天線陣列430之輻射場型。在一些實施例中,第一切換電路481、第二切換電路482、第三切換電路483,以及第四切換電路484皆為正本負二極體(PIN Diode)。例如,每一正本負二極體之一陽極可耦接至對應之一天線元件,而每一正本負二極體之一陰極可耦接至中心饋入點491。前述正本負二極體可根據一直流信號選擇性地導通或斷開,使得第一天線陣列430於全向性模式和指向性模式之間作切換。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列530之示意圖。第一天線陣列530包括一第一天線元件531、一第二天線元件532、一第三天線元件533、一第四天線元件534、一第一反射器561、一第二反射器562、一第三反射器563、一第四反射器564、一第一切換電路581、一第二切換 電路582、一第三切換電路583,以及一第四切換電路584。與之前實施例不同的是,前述反射器皆位於第一天線陣列530之最外圍。第一切換電路581、第二切換電路582、第三切換電路583,以及第四切換電路584係分別內嵌於第一反射器561、第二反射器562、第三反射器563,以及第四反射器564之中。一信號源190係耦接於一中心饋入點591和一接地電位VSS之間,並用於激發第一天線陣列530。一扼流電感器LK係耦接於中心饋入點591和接地電位VSS之間,並用於導引直流信號、阻斷交流信號。扼流電感器LK之一電感值可以大於100nH。前述切換電路係用於調整前述反射器之等效共振長度,從而控制第一天線陣列530操作於一指向性模式或一全向性模式。舉例而言,當第一切換電路581導通時,第一反射器561之等效共振長度將變長(例如:大於第一天線陣列530之一中心操作頻率之0.5倍波長),因此第一反射器561可用於阻擋來自第一天線元件531之輻射能量;而當第一切換電路581斷開時,第一反射器561之等效共振長度將變短(例如:小於第一天線陣列530之中心操作頻率之0.5倍波長),因此第一反射器561可用於導引第一天線元件531之輻射能量向外傳遞。其他切換電路和反射器之操作原理與此相似。在此設計下,當所有切換電路都斷開時,第一天線陣列530將操作於全向性模式;而當有任一切換電路導通時,第一天線陣列530將操作於指向性模式。藉由控制前述切換電路,可輕易調整第一天線陣列530之輻射場型。在一些實施例中,第一切換電路581、第二切換電路582、第三切換電路583,以及第四切換電路584皆為正本負二極體。前述正本負二極體 可根據一直流信號選擇性地導通或斷開,使得第一天線陣列530於全向性模式和指向性模式之間作切換。
第6A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二天線陣列640之立體圖。第6B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二天線陣列640之部份側面圖。請一併參考第6A、6B圖。第二天線陣列640包括一第五天線元件645、一第六天線元件646、一第七天線元件647、一第八天線元件648、一第五反射器665、一第六反射器666、一第七反射器667,以及一第八反射器668。在第6A、6B圖之實施例中,第五天線元件645、第六天線元件646、第七天線元件647,以及第八天線元件648皆為平面倒F字形天線(Planar Inverted F Antenna,PIFA)。第五天線元件645、第六天線元件646、第七天線元件647,以及第八天線元件648具有相同結構,並係沿著第二天線陣列640之一中心點呈點對稱分佈。詳細而言,第五天線元件645和第七天線元件647係分別設置於一第二基板622之二相對側邊上,而第六天線元件646和第八天線元件648係分別設置於一第三基板623之二相對側邊上,其中第二基板622和第三基板623係互相垂直。第五反射器665、第六反射器666、第七反射器667,以及第八反射器668係分別用於反射第五天線元件645、第六天線元件646、第七天線元件647,以及第八天線元件648之輻射能量向外傳遞。第五反射器665、第六反射器666、第七反射器667,以及第八反射器668皆耦接至一接地電位VSS,其中接地電位VSS可由一系統接地面所提供。每一反射器大致為一Z字形。每一反射器之長度約介於第二天線陣列640之中心操作頻率之 0.5倍波長至1倍波長之間。每一反射器和鄰近之一天線元件之間距B4約介於第二天線陣列640之中心操作頻率之0.15倍波長至0.25倍波長之間。必須注意的是,前述反射器為選用元件,其係用於增強第二天線陣列640之增益。在其他實施例中,前述反射器亦可由第二天線陣列640中移除。
第7A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二天線陣列740之立體圖。第7B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二天線陣列740之部份側面圖。請一併參考第7A、7B圖。第二天線陣列740包括一第五天線元件745、一第六天線元件746、一第七天線元件747、一第八天線元件748、一第五反射器765、一第六反射器766、一第七反射器767,以及一第八反射器768。在第7A、7B圖之實施例中,第五天線元件745、第六天線元件746、第七天線元件747,以及第八天線元件748皆為單極天線(Monopole Antenna)。每一單極天線大致為一直條形。第五天線元件745、第六天線元件746、第七天線元件747,以及第八天線元件748具有相同結構,並係沿著第二天線陣列740之一中心點呈點對稱分佈。詳細而言,第五天線元件745和第七天線元747係分別設置於一第二基板722之二相對側邊上,而第六天線元件746和第八天線元件748係分別設置於一第三基板723之二相對側邊上,其中第二基板722和第三基板723係互相垂直。第五反射器765、第六反射器766、第七反射器767,以及第八反射器768係分別用於反射第五天線元件745、第六天線元件746、第七天線元件747,以及第八天線元件748之輻射能量向外傳遞。第五反射器765、第六反射器766、第七反射器 767,以及第八反射器768皆耦接至一接地電位VSS,其中接地電位VSS可由一系統接地面所提供。每一反射器大致為一倒U字形,其中心部份界定出一矩形缺口,且其二端係朝向相反方向作延伸。每一反射器之長度約介於第二天線陣列740之中心操作頻率之0.5倍波長至1倍波長之間。每一反射器和鄰近之一天線元件之間距B5約介於第二天線陣列740之中心操作頻率之0.15倍波長至0.25倍波長之間。必須注意的是,前述反射器為選用元件,其係用於增強第二天線陣列740之增益。在其他實施例中,前述反射器亦可由第二天線陣列740中移除。
必須理解的是,第二天線陣列亦可如第4、5圖之實施例所述,更包括一第五切換電路、一第六切換電路、一第切換電路,以及一第八切換電路,使得第二天線陣列操作於一指向性模式或一全向性模式,由於其原理十分近似,在此不再作重複說明。
第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統800之示意圖。天線系統800為系統接地面110與前述第一天線陣列230(第2A、2B、2C圖)、第二天線陣列740(第7A、7B圖)之一組合,其中第一天線陣列230係大致平行於系統接地面110,而第二天線陣列740係大致垂直於系統接地面110。在第8圖之實施例中,第一天線陣列230和第二天線陣列740皆操作於一高頻頻帶,而此高頻頻帶約介於4900MHz至5950MHz之間。第一天線陣列230和系統接地面110之一間距D1約等於高頻頻帶之一中心操作頻率之0.25倍波長。根據實際量測結果,天線系統800可具有近似全向性之輻射場型,以及可切換之指向性輻射 場型,並可用於接收及傳送水平和垂直極化方向之信號。
第9圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統900之示意圖。天線系統900為系統接地面110與前述第一天線陣列330(第3A、3B、3C圖)、第二天線陣列640(第6A、6B圖)之一組合,其中第一天線陣列330係大致平行於系統接地面110,而第二天線陣列640係大致垂直於系統接地面110。和第8圖相比,第9圖之第一天線陣列330更水平旋轉約45度,而兩者之高度則幾乎相同。在第9圖之實施例中,第一天線陣列330和第二天線陣列640皆操作於一低頻頻帶,而此低頻頻帶約介於2400MHz至2500MHz之間。第一天線陣列330和系統接地面110之一間距D2約等於低頻頻帶之一中心操作頻率之0.125倍波長。根據實際量測結果,天線系統900可具有近似全向性之輻射場型,以及可切換之指向性輻射場型,並可用於接收及傳送水平和垂直極化方向之信號。
必須注意的是,第1-5圖之第一天線陣列可與第6-7圖之第二天線陣列作任意組合,以形成不同天線系統,其亦可發揮如第8、9圖之實施例之功效。
第10A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於全向性模式時之S參數圖。第10B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於全向性模式時之第一輻射場型圖。第10C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於全向性模式時之第二輻射場型圖。第10B、10C圖係由二個不同截面所量測到之輻射場型,其中此二截面可以大致互相垂直。
第11A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於指向性模式時之S參數圖。第11B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於指向性模式時之第一輻射場型圖。第11C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶且操作於指向性模式時之第二輻射場型圖。第11B、11C圖係由二個不同截面所量測到之輻射場型,其中此二截面可以大致互相垂直。
第12A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於全向性模式時之S參數圖。第12B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於全向性模式時之第一輻射場型圖。第12C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於全向性模式時之第二輻射場型圖。第12B、12C圖係由二個不同截面所量測到之輻射場型,其中此二截面可以大致互相垂直。
第13A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於指向性模式時之S參數圖。第13B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於指向性模式時之第一輻射場型圖。第13C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶且操作於指向性模式時之第二輻射場型圖。第13B、13C圖係由二個不同截面所量測到之輻射場型,其中此二截面可以大致互相垂直。
本發明提供一種2x2之多輸入多輸出(Mulit-Input Multi-Output,MIMO)天線系統。藉由將水平極化和垂直極化之天線元件排列成環形,這些天線陣列可以達成近似全向性之 輻射場型,並同時接收和傳送各種極化方向之信號。另外,若輔以切換電路之使用,則本發明之天線系統更可於指向性模式和全向性模式之間切換。本發明很適合應用於各種室內環境,以克服傳統因信號反射和多重路徑衰減造成通訊品質不佳之問題。
值得注意的是,以上所述之元件尺寸、元件參數、元件形狀,以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。另外,本發明之天線系統並不僅限於第1-9圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-9圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之,並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之天線系統中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數,例如「第一」、「第二」、「第三」等等,彼此之間並沒有順序上的先後關係,其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明的範圍,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可做些許的更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧天線系統
110‧‧‧系統接地面
121‧‧‧第一基板
122‧‧‧第二基板
123‧‧‧第三基板
130‧‧‧第一天線陣列
131‧‧‧第一天線元件
132‧‧‧第二天線元件
133‧‧‧第三天線元件
134‧‧‧第四天線元件
140‧‧‧第二天線陣列
145‧‧‧第五天線元件
146‧‧‧第六天線元件
147‧‧‧第七天線元件
148‧‧‧第八天線元件
190‧‧‧信號源

Claims (20)

  1. 一種天線系統,包括:一系統接地面;一第一天線陣列,包括一第一天線元件、一第二天線元件、一第三天線元件,以及一第四天線元件;以及一第二天線陣列,包括一第五天線元件、一第六天線元件、一第七天線元件,以及一第八天線元件;其中該第二天線陣列係設置於該第一天線陣列和該系統接地面之間;其中該第一天線陣列具有一第一極化方向,該第二天線陣列具有一第二極化方向,而該第一極化方向和該第二極化方向係互相正交。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件具有相同結構,並係沿著該第一天線陣列之一中心點呈點對稱分佈。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件皆為偶極天線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件係分別設置於一正方形之四個側邊上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一天線陣列更包括一第一引向器、一第二引向器、一第三引向器,以 及一第四引向器,分別用於導引該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件之輻射能量向外傳遞。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一天線陣列更包括一第一反射器、一第二反射器、一第三反射器,以及一第四反射器,分別用於反射該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件之輻射能量向外傳遞。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件皆為折疊偶極天線。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之天線系統,其中該第一天線陣列更包括一第一切換電路、一第二切換電路、一第三切換電路,以及一第四切換電路,使得該第一天線陣列操作於一指向性模式或一全向性模式。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之天線系統,其中該第一切換電路、該第二切換電路、該第三切換電路,以及該第四切換電路皆為正本負二極體。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之天線系統,其中該第一切換電路、該第二切換電路、該第三切換電路,以及該第四切換電路之每一者係分別耦接於一中心饋入點和該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件之對應一者之間。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之天線系統,其中該第一切換電 路、該第二切換電路、該第三切換電路,以及該第四切換電路係分別內嵌於該第一反射器、該第二反射器、該第三反射器,以及該第四反射器之中。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一天線元件、該第二天線元件、該第三天線元件,以及該第四天線元件係設置於一第一基板上,該第五天線元件和該第七天線元件係設置於一第二基板上,該第六天線元件和該第八天線元件係設置於一第三基板上,而該第一基板、該第二基板,以及該第三基板係互相垂直。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件,以及該第八天線元件具有相同結構,並係沿著該第二天線陣列之一中心點呈點對稱分佈。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件,以及該第八天線元件皆為單極天線。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件,以及該第八天線元件皆為平面倒F字形天線。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第二天線陣列更包括一第五反射器、一第六反射器、一第七反射器,以及一第八反射器,分別用於反射該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件,以及該第八天線元件之輻射能量向外傳遞。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之天線系統,其中該第五反射器、該第六反射器、該第七反射器,以及該第八反射器皆耦接至該系統接地面。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一天線陣列係大致平行於該系統接地面,而該第二天線陣列係大致垂直於該系統接地面。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之天線系統,其中該第一天線陣列和該第二天線陣列係操作於一低頻頻帶,該低頻頻帶約介於2400MHz至2500MHz之間,而該第一天線陣列和該系統接地面之一間距約等於該低頻頻帶之一中心操作頻率之0.125倍波長。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之天線系統,其中該第一天線陣列和該第二天線陣列係操作於一高頻頻帶,該高頻頻帶約介於4900MHz至5950MHz之間,而該第一天線陣列和該系統接地面之一間距約等於該高頻頻帶之一中心操作頻率之0.25倍波長。
TW104124677A 2015-07-30 2015-07-30 天線系統 TWI572093B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104124677A TWI572093B (zh) 2015-07-30 2015-07-30 天線系統
US15/095,921 US9799963B2 (en) 2015-07-30 2016-04-11 Antenna system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104124677A TWI572093B (zh) 2015-07-30 2015-07-30 天線系統

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201705614A true TW201705614A (zh) 2017-02-01
TWI572093B TWI572093B (zh) 2017-02-21

Family

ID=57883038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104124677A TWI572093B (zh) 2015-07-30 2015-07-30 天線系統

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9799963B2 (zh)
TW (1) TWI572093B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110120581A (zh) * 2018-02-07 2019-08-13 和硕联合科技股份有限公司 天线装置
TWI682585B (zh) * 2018-10-04 2020-01-11 和碩聯合科技股份有限公司 天線裝置
TWI697154B (zh) * 2019-07-12 2020-06-21 啟碁科技股份有限公司 天線結構
US10784577B2 (en) 2018-03-26 2020-09-22 Pegatron Corporation Dual-band antenna module
TWI831450B (zh) * 2022-11-01 2024-02-01 耀登科技股份有限公司 立體式天線結構

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9866069B2 (en) * 2014-12-29 2018-01-09 Ricoh Co., Ltd. Manually beam steered phased array
TWI591894B (zh) * 2016-01-25 2017-07-11 啟碁科技股份有限公司 天線系統
US10305174B2 (en) * 2017-04-05 2019-05-28 Futurewei Technologies, Inc. Dual-polarized, omni-directional, and high-efficiency wearable antenna array
US11038272B2 (en) * 2017-05-29 2021-06-15 Huawei Technologies Co., Ltd. Configurable antenna array with diverse polarizations
TWI639275B (zh) * 2017-06-16 2018-10-21 啓碁科技股份有限公司 通訊裝置
USD824887S1 (en) * 2017-07-21 2018-08-07 Airgain Incorporated Antenna
CN109888513B (zh) * 2017-12-06 2021-07-09 华为技术有限公司 天线阵列及无线通信设备
WO2019168974A1 (en) * 2018-02-27 2019-09-06 Commscope Technologies Llc Mimo antenna module and mimo antenna unit for distributed antenna system
TWI671951B (zh) * 2018-03-09 2019-09-11 啟碁科技股份有限公司 智慧型天線裝置
CN110739534B (zh) * 2018-07-19 2021-08-06 华硕电脑股份有限公司 天线装置及其控制方法
US10651569B2 (en) * 2018-07-20 2020-05-12 Huawei Technologies Co., Ltd. Antenna with selectively enabled inverted-F antenna elements
CN110970708B (zh) * 2018-09-28 2022-03-15 启碁科技股份有限公司 天线系统及其天线结构
KR102573221B1 (ko) * 2018-10-25 2023-08-31 현대자동차주식회사 안테나 및 이를 포함하는 차량
US10797408B1 (en) * 2019-04-18 2020-10-06 Huawei Technologies Co., Ltd. Antenna structure and method for manufacturing the same
US11217894B2 (en) * 2019-05-30 2022-01-04 Cyntec Co., Ltd. Antenna structure
CN113708068B (zh) * 2020-05-20 2023-04-04 华为技术有限公司 天线及通信设备
CN114122684B (zh) * 2020-08-30 2023-04-18 华为技术有限公司 天线装置和无线设备
CN115189143A (zh) * 2021-04-07 2022-10-14 华为技术有限公司 可重构天线和网络设备
CN115224463A (zh) * 2021-04-19 2022-10-21 华为技术有限公司 一种天线及无线设备

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1957506A1 (de) * 1969-11-15 1971-05-19 Guenter Wegener Freistehendes Schwimmbecken
US3836976A (en) * 1973-04-19 1974-09-17 Raytheon Co Closely spaced orthogonal dipole array
KR100526585B1 (ko) * 2002-05-27 2005-11-08 삼성탈레스 주식회사 이중 편파 특성을 갖는 평판형 안테나
US7358922B2 (en) * 2002-12-13 2008-04-15 Commscope, Inc. Of North Carolina Directed dipole antenna
TW200603485A (en) 2004-04-12 2006-01-16 Airgain Inc Switched multi-beam antenna
TWI240456B (en) * 2004-06-23 2005-09-21 Smartant Telecom Co Ltd Receiving antenna for satellite digital audio radio service
US7868843B2 (en) * 2004-08-31 2011-01-11 Fractus, S.A. Slim multi-band antenna array for cellular base stations
TWI323955B (en) * 2007-06-07 2010-04-21 Asustek Comp Inc Smart antenna with adjustable radiation pattern
US8451189B1 (en) * 2009-04-15 2013-05-28 Herbert U. Fluhler Ultra-wide band (UWB) artificial magnetic conductor (AMC) metamaterials for electrically thin antennas and arrays
TWM444617U (zh) * 2012-07-06 2013-01-01 Smartant Telecom Co Ltd 雙極化偶極天線陣列
US9276329B2 (en) * 2012-11-22 2016-03-01 Commscope Technologies Llc Ultra-wideband dual-band cellular basestation antenna
US10038240B2 (en) * 2012-12-21 2018-07-31 Drexel University Wide band reconfigurable planar antenna with omnidirectional and directional radiation patterns
CN104143700B (zh) * 2013-05-10 2017-02-15 中国电信股份有限公司 四极化辐射振子和四极化天线
CN103715519B (zh) * 2013-06-09 2016-12-28 京信通信技术(广州)有限公司 双极化阵列天线及其辐射单元
CN103367897B (zh) * 2013-07-10 2015-02-18 电子科技大学 小型化高隔离度宽频带双极化印刷偶极子天线
CN103606757B (zh) * 2013-11-16 2016-05-25 华中科技大学 一种双频双极化天线阵

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110120581A (zh) * 2018-02-07 2019-08-13 和硕联合科技股份有限公司 天线装置
US10840610B2 (en) 2018-02-07 2020-11-17 Pegatron Corporation Antenna device
US10784577B2 (en) 2018-03-26 2020-09-22 Pegatron Corporation Dual-band antenna module
TWI682585B (zh) * 2018-10-04 2020-01-11 和碩聯合科技股份有限公司 天線裝置
TWI697154B (zh) * 2019-07-12 2020-06-21 啟碁科技股份有限公司 天線結構
TWI831450B (zh) * 2022-11-01 2024-02-01 耀登科技股份有限公司 立體式天線結構

Also Published As

Publication number Publication date
US9799963B2 (en) 2017-10-24
US20170033471A1 (en) 2017-02-02
TWI572093B (zh) 2017-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI572093B (zh) 天線系統
Ding et al. Novel pattern-diversity-based decoupling method and its application to multielement MIMO antenna
Wang et al. A wideband printed dual-antenna with three neutralization lines for mobile terminals
TWI634700B (zh) 通訊裝置
US8410982B2 (en) Unidirectional antenna comprising a dipole and a loop
TWI643405B (zh) 天線系統
TWI639275B (zh) 通訊裝置
TWI628862B (zh) 通訊裝置
CN108292794B (zh) 一种通信设备
CN106450797A (zh) 天线系统
TWM545375U (zh) 天線結構
TWI628859B (zh) 通訊裝置
CN106067590A (zh) 一种双频全向基片集成波导螺旋缝隙天线
US10553944B2 (en) Slot line volumetric antenna
Su Concurrent dual‐band six‐loop‐antenna system with wide 3‐dB beamwidth radiation for MIMO access points
TW201911649A (zh) 超天線
CN107394346B (zh) 通信装置
US9774090B2 (en) Ultra-wide band antenna
CN109149080B (zh) 通讯装置
CN109309287B (zh) 天线系统
US11978963B2 (en) Beam diversity by smart antenna with passive elements
US20220209422A1 (en) Beam diversity by smart antenna without passive elements
CN108242586B (zh) 通信装置
Kowalewski et al. Realization of a pattern reconfigurable antenna employing PIN diodes
Li et al. A 60-GHz eight-beam end-fire magneto-electric dipole array