TW201906229A - 通訊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種通訊裝置，包括一天線系統。該天線系統至少包括一雙極化天線、一反射器，以及一平面倒F字形天線。該雙極化天線包括一第一鑽石形偶極天線元件和一第二鑽石形偶極天線元件，其中該第二鑽石形偶極天線元件具有二個截角。該反射器係鄰近於該雙極化天線，並用於反射該雙極化天線之輻射能量。該平面倒F字形天線係至少部份由該反射器所形成。該平面倒F字形天線包括一輻射部、一接地部，以及一饋入部，其中一槽孔係形成於該輻射部和該接地部之間，而該槽孔具有寬度變化，以增加該平面倒F字形天線之操作頻寬。

Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別係關於一種通訊裝置及其天線系統。
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高增益、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，本發明提供一種通訊裝置，包括：一天線系統，包括：一第一雙極化天線，包括一第一鑽石形偶極天線元件和一第二鑽石形偶極天線元件，其中該第二鑽石形偶極天線元件具有二個截角；一第一反射器，鄰近於該第一雙極化天線，並用於反射該第一雙極化天線之輻射能量；以及一第一平面倒F字形天線，至少部份由該第一反射器所形成，其中該第一平面倒F字形天線包括一輻射部、一接地部，以及一饋入部，一槽孔係形成於該輻射部和該接地部之間，而該槽孔具有寬度變化，以增加該第一平面倒F字形天線之操作頻寬。
在一些實施例中，該第一平面倒F字形天線涵蓋介於746MHz至894MHz之間之一低頻頻帶，而該第一雙極化天線係涵蓋介於1710MHz至2155MHz之間之一高頻頻帶。
在一些實施例中，該第一鑽石形偶極天線元件係與該第二鑽石形偶極天線元件相隔一間距且互相垂直。
在一些實施例中，該第二鑽石形偶極天線元件包括一正輻射臂和一負輻射臂，而該正輻射臂和該負輻射臂皆為梯形。
在一些實施例中，該第一反射器為一錐台，具有較寬之一上開口和較窄之一下底板，而該第一反射器之該上開口係朝向該第一雙極化天線。
在一些實施例中，該槽孔為一不等寬L字形。
在一些實施例中，該饋入部係跨越該槽孔之該不等寬L字形之最狹窄處，再耦接至該輻射部。
在一些實施例中，該通訊裝置更包括：一頂面反射板，耦接至該第一反射器，其中該頂面反射板係垂直於該第一反射器。
在一些實施例中，該槽孔之一彎折部份係直接緊貼於該頂面反射板。
在一些實施例中，該天線系統更包括鄰近於該第一平面倒F字形天線之一第一金屬環圈，而該第一金屬環圈係浮接並與該第一平面倒F字形天線完全分離，以提高該第一平面倒F字形天線之天線增益，其中該第一平面倒F字形天線係介於該第一金屬環圈和該第一反射器的下底板之間。
在一些實施例中，該第一金屬環圈為一空心矩形。
在一些實施例中，該第一金屬環圈之總長度係介於該低頻頻帶之中心頻率之0.25倍至0.5倍波長之間。
在一些實施例中，該天線系統更包括一第二雙極化天線、一第二反射器，一第二平面倒F字形天線，以及一第二金屬環圈，其中該第二反射器係用於反射該第二雙極化天線之輻射能量，該第二平面倒F字形天線係至少部份由該第二反射器所形成，而該第二金屬環圈係鄰近於該第二平面倒F字形天線。
在一些實施例中，該天線系統更包括一第三雙極化天線、一第三反射器，一第三平面倒F字形天線，以及一第三金屬環圈，其中該第三反射器係用於反射該第三雙極化天線之輻射能量，該第三平面倒F字形天線係至少部份由該第三反 射器所形成，而該第三金屬環圈係鄰近於該第三平面倒F字形天線。
在一些實施例中，該天線系統更包括一第四雙極化天線、一第四反射器，一第四平面倒F字形天線，以及一第四金屬環圈，其中該第四反射器係用於反射該第四雙極化天線之輻射能量，該第四平面倒F字形天線係至少部份由該第四反射器所形成，而該第四金屬環圈係鄰近於該第四平面倒F字形天線。
在一些實施例中，該第一雙極化天線、該第二雙極化天線、該第三雙極化天線，以及該第四雙極化天線為中心對稱式分布，並各自涵蓋90度之空間角。
在一些實施例中，該天線系統為一波束交換天線組，並選擇性地使用該第一雙極化天線、該第二雙極化天線、該第三雙極化天線，以及該第四雙極化天線之任二者來執行信號收發。
在一些實施例中，該通訊裝置更包括：一金屬墊高柱，耦接至該第一反射器、該第二反射器、該第三反射器，以及該第四反射器，其中該金屬墊高柱係用於支撐該天線系統。
在另一較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包括：一天線系統，包括：一第一雙極化天線，包括一第一鑽石形偶極天線元件和一第二鑽石形偶極天線元件，其中該第二鑽石形偶極天線元件具有二個截角；一第一反射器，鄰近於該第一雙極化天線，並用於反射該第一雙極化天線之輻射能量； 一第一平面倒F字形天線，至少部份由該第一反射器所形成，其中該第一平面倒F字形天線包括一輻射部、一接地部，以及一饋入部，而一槽孔係形成於該輻射部和該接地部之間；以及一第一金屬環圈，鄰近於該第一平面倒F字形天線，其中該第一金屬環圈係浮接並與該第一平面倒F字形天線完全分離，以提高該第一平面倒F字形天線之天線增益。
在一些實施例中，該槽孔為一等寬L字形。
100、200、300、400、500‧‧‧通訊裝置
110、210、310、410、510‧‧‧天線系統
120‧‧‧第一雙極化天線
120-2‧‧‧第二雙極化天線
120-3‧‧‧第三雙極化天線
120-4‧‧‧第四雙極化天線
121‧‧‧第一鑽石形偶極天線元件
122‧‧‧第二鑽石形偶極天線元件
123‧‧‧正輻射臂
124‧‧‧負輻射臂
125、126‧‧‧截角
130‧‧‧第一反射器
130-2‧‧‧第二反射器
130-3‧‧‧第三反射器
130-4‧‧‧第四反射器
140、240、540‧‧‧第一平面倒F字形天線
140-2、240-2、540-2‧‧‧第二平面倒F字形天線
140-3、240-3、540-3‧‧‧第三平面倒F字形天線
140-4、240-4、540-4‧‧‧第四平面倒F字形天線
141、241、541‧‧‧輻射部
142、242、542‧‧‧接地部
143、243、543‧‧‧饋入部
144、244、544‧‧‧槽孔
145、245‧‧‧槽孔之最狹窄處
150‧‧‧第一金屬環圈
150-2‧‧‧第二金屬環圈
150-3‧‧‧第三金屬環圈
150-4‧‧‧第四金屬環圈
151‧‧‧矩形挖空部份
160‧‧‧金屬墊高柱
170‧‧‧頂面反射板
190‧‧‧中心點
246‧‧‧槽孔之彎折部份
D1、D2、D3‧‧‧間距
L1、L2、L3、L4、L5、L6‧‧‧長度
W1、W2、W3、W4‧‧‧寬度
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之立體圖；第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖；第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視圖；第1D圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視圖，但所有雙極化天線皆暫時被移除；第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之立體圖；第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖；第2C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視圖；第2D圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視 圖，但所有雙極化天線皆暫時被移除；第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之立體圖；第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖；第3C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視圖；第3D圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視圖，但所有雙極化天線皆暫時被移除；第4A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之立體圖；第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖；第4C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視圖；第4D圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視圖，但所有雙極化天線皆暫時被移除；第4E圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之天線系統之平面倒F字形天線於低頻頻帶之S參數圖；第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之立體圖；第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖；第5C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視 圖；第5D圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視圖，但所有雙極化天線皆暫時被移除；以及第5E圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之天線系統之平面倒F字形天線於低頻頻帶之S參數圖。
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。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置100之立體圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通 訊裝置100之俯視圖。第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置100之側視圖。通訊裝置100可應用於一無線網路基地台(Wireless Access Point)當中。如第1A、1B、1C圖所示，通訊裝置100至少包括一天線系統110。天線系統110至少包括一第一雙極化天線(Dual-Polarized Antenna)120、一第一反射器(Reflector)130，以及一第一平面倒F字形天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)140。為避免視覺遮蔽，第1D圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置100之側視圖，其中所有雙極化天線(包括第一雙極化天線120)皆暫時被移除。請一併參考第1A、1B、1C、1D圖以理解本發明。
第一雙極化天線120包括一第一鑽石形偶極天線元件(Diamond-Shaped Dipole Antenna Element)121和一第二鑽石形偶極天線元件122。第一鑽石形偶極天線元件121可與第二鑽石形偶極天線元件122相隔一間距且互相垂直，以達成雙極化之特性。舉例而言，若第一鑽石形偶極天線元件121具有一第一極化方向且第二鑽石形偶極天線元件122具有一第二極化方向，則第一極化方向可與第二極化方向互相垂直。偶極天線元件之前述鑽石形狀係為了增加天線系統110之高頻操作頻寬(Bandwidth)而設計。必須注意的是，與第一鑽石形偶極天線元件121相比，第二鑽石形偶極天線元件122之二個尾端尖角(Tip Sharp Corner)皆已截除，形成二個截角(Truncated Tips)125、126。例如，第二鑽石形偶極天線元件122可包括一正輻射臂123和一負輻射臂124，其中正輻射臂123和負輻射臂124可皆大致為梯形(因為三角形之尾端尖角被切掉，所以變成梯形)，且兩 者可互相對稱。此種設計有助於降低第二鑽石形偶極天線元件122與第一平面倒F字形天線140於低頻頻帶中之耦合效應(Coupling Effect)，從而可提高天線系統110之相鄰平面倒F字形天線之間之低頻隔離度(Isolation)。
第一反射器130可為一錐台(Frustum)(中空結構)，具有較寬之一上開口和較窄之一下底板，其中第一反射器130之上開口係朝向第一雙極化天線120。詳細而言，第一反射器130之上開口為較大之一長方形，而第一反射器130之下底板為較小之一長方形。第一反射器130與第一雙極化天線120係彼此電性隔離(Electrically Isolated)。第一反射器130可用於消除第一雙極化天線120之背向輻射及增強其正向輻射，從而可提升第一雙極化天線120之天線增益。本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，第一反射器130亦可改為一無蓋三角柱體或一無蓋圓柱體(中空結構)，而其上開口亦朝向第一雙極化天線120，仍不致影響本發明之效果。
第一平面倒F字形天線140係至少部份由第一反射器130所形成。第一平面倒F字形天線140包括一輻射部141、一接地部142，以及一饋入部143，其中一槽孔144係形成於輻射部141和接地部142之間，此槽孔144具有寬度變化，以增加第一平面倒F字形天線140之低頻操作頻寬。第一平面倒F字形天線140之輻射部141和接地部142可皆屬於第一反射器130之一側壁(Sidewall)之一部份。槽孔144可為一不等寬L字形，其可將輻射部141和接地部142兩者至少部份地分離。詳細而言，槽孔144中間具有一最狹窄處145，依此為基準，槽孔144之上、 下方寬度均逐漸增加。饋入部143可以是一同軸電纜線(Coaxial Cable)。饋入部143可跨越槽孔144之不等寬L字形之最狹窄處145，再耦接至輻射部141，從而可激發第一平面倒F字形天線140。此種設計有助於改善第一平面倒F字形天線140之低頻阻抗匹配(Impedance Matching)。
在一些實施例中，第一平面倒F字形天線140可以涵蓋介於746MHz至894MHz之間之一低頻頻帶，而第一雙極化天線120可以涵蓋介於1710MHz至2155MHz之間之一高頻頻帶。因此，本發明之天線系統110至少可支援LTE(Long Term Evolution)Band13/Band5/Band 4/Band 2之多頻帶寬頻操作。另外，天線系統110之多極化特性亦有助於克服室內環境之多重路徑衰減(Multipath Fading)之問題。
在一些實施例中，天線系統110之元件尺寸可如下列所述。第一鑽石形偶極天線元件121之總長度L1和第二鑽石形偶極天線元件122之總長度L2兩者皆約為前述高頻頻帶之中心頻率之0.5倍波長(λ/2)。第一平面倒F字形天線140之槽孔144之總長度L3約為前述低頻頻帶之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。槽孔144之開口端寬度W1係大致等於槽孔144之最狹窄處145之寬度。由槽孔144之開口端至其最狹窄處145之長度係略大於由槽孔144之閉口端至其最狹窄處145之長度。為產生建設性干涉，第一反射器130和第一雙極化天線120(或第二鑽石形偶極天線元件122)之間距D1係略大於前述高頻頻帶之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。以上元件尺寸係經由多次模擬而計算得出，其可最佳化天線系統110之所有平面倒F字形天線之增益(Gain) 和天線間之隔離度(Isolation)。根據實際量測結果，在將第二鑽石形偶極天線元件122之二個尾端尖角截除之後，天線系統110之任二相鄰平面倒F字形天線之間之隔離度係由原本約9.8dB上升至約11dB，故此種設計可明顯改善天線系統110之輻射效能。
在一些實施例中，天線系統110更包括一第二雙極化天線120-2、一第二反射器130-2，以及一第二平面倒F字形天線140-2。第二雙極化天線120-2係相對於第一雙極化天線120或相鄰於第一雙極化天線120。第二反射器130-2係用於反射第二雙極化天線120-2之輻射能量。第二平面倒F字形天線140-2係至少部份由第二反射器130-2所形成。第二雙極化天線120-2、第二反射器130-2，以及第二平面倒F字形天線140-2之結構和功能皆與前述之第一雙極化天線120、第一反射器130，以及第一平面倒F字形天線140相同，而其間差異處僅在於它們朝向不同方向。
在一些實施例中，天線系統110更包括一第三雙極化天線120-3、一第三反射器130-3，以及一第三平面倒F字形天線140-3。第三雙極化天線120-3係相對於第一雙極化天線120或相鄰於第一雙極化天線120。第三反射器130-3係用於反射第三雙極化天線120-3之輻射能量。第三平面倒F字形天線140-3係至少部份由第三反射器130-3所形成。第三雙極化天線120-3、第三反射器130-3，以及第三平面倒F字形天線140-3之結構和功能皆與前述之第一雙極化天線120、第一反射器130，以及第一平面倒F字形天線140相同，而其間差異處僅在於它們朝向不 同方向。
在一些實施例中，天線系統110更包括一第四雙極化天線120-4、一第四反射器130-4，以及一第四平面倒F字形天線140-4。第四雙極化天線120-4係相對於第一雙極化天線120或相鄰於第一雙極化天線120。第四反射器130-4係用於反射第四雙極化天線120-4之輻射能量。第四平面倒F字形天線140-4係至少部份由第四反射器130-4所形成。第四雙極化天線120-4、第四反射器130-4，以及第四平面倒F字形天線140-4之結構和功能皆與前述之第一雙極化天線120、第一反射器130，以及第一平面倒F字形天線140相同，而其間差異處僅在於它們朝向不同方向。
在一些實施例中，通訊裝置100更包括一金屬墊高柱160和一頂面反射板170。金屬墊高柱160係耦接至第一反射器130、第二反射器130-2、第三反射器130-3，以及第四反射器130-4。金屬墊高柱160可為一中空結構，以容納各種電子電路元件，例如：一處理器、一天線切換模組，以及一匹配電路。金屬墊高柱160可用於支撐天線系統110。頂面反射板170亦耦接至第一反射器130、第二反射器130-2、第三反射器130-3，以及第四反射器130-4，其中頂面反射板170係垂直於第一反射器130、第二反射器130-2、第三反射器130-3，以及第四反射器130-4。頂面反射板170可用於反射天頂方向之輻射，以更增強天線系統110之天線增益。在另一些實施例中，通訊裝置100更包括一非導體天線罩(未顯示)，其中非導體天線罩可為一中空結構(例如：一空心圓柱體或一空心方柱體，其有一上蓋但沒 有底蓋)，而天線系統110和頂面反射板170皆完全位於非導體天線罩之內。非導體天線罩可用於保護天線系統110，使得它在運作時不受環境所干擾。舉例而言，可以防水和抵抗日曬。
請再次參考第1A、1B、1C、1D圖。第一雙極化天線120、第二雙極化天線120-2、第三雙極化天線120-3，以及第四雙極化天線120-4為係相對於一中心點190呈現對稱式分布，並各自涵蓋90度之空間角。相似地，第一反射器130、第二反射器130-2、第三反射器130-3、第四反射器130-4、第一平面倒F字形天線140、第二平面倒F字形天線140-2、第三平面倒F字形天線140-3，以及第四平面倒F字形天線140-4亦可相對於中心點190呈現對稱式分布。第一平面倒F字形天線140、第二平面倒F字形天線140-2、第三平面倒F字形天線140-3，以及第四平面倒F字形天線140-4可涵蓋相同之低頻頻帶(例如：介於746MHz至894MHz之間)。第一雙極化天線120、第二雙極化天線120-2、第三雙極化天線120-3，以及第四雙極化天線120-4可涵蓋相同之高頻頻帶(例如：介於1710MHz至2155MHz之間)。在一些實施例中，天線系統110為一波束交換天線組(Beam Switching Anteuna Assembly)。此波束交換天線組可同時使用第一平面倒F字形天線140、第二平面倒F字形天線140-2、第三平面倒F字形天線140-3，以及第四平面倒F字形天線140-4之每一者來執行低頻信號收發，並可選擇性地使用第一雙極化天線120、第二雙極化天線120-2、第三雙極化天線120-3，以及第四雙極化天線120-4之至少任意二者來執行高頻信號收發。舉例而言，當欲接收信號來自於四面八方時，天線系統110可僅致 能(Enable)朝向最大信號強度方向之二支雙極化天線，而將其餘雙極化天線皆禁能(Disabled)。必須理解的是，雖然第1A、1B、1C圖、1D顯示恰好四支雙極化天線和四支平面倒F字形天線，實際上天線系統110可包括更多或更少數量之天線，例如：可僅包括第一雙極化天線120、第二雙極化天線120-2、第三雙極化天線120-3，以及第四雙極化天線120-4其中之一或複數者，或(且)可僅包括第一平面倒F字形天線140、第二平面倒F字形天線140-2、第三平面倒F字形天線140-3，以及第四平面倒F字形天線140-4其中之一或複數者。大致而言，若天線系統110共包括N支雙極化天線和N支平面倒F字形天線(例如：N為大於或等於2之一正整數)，則此N支雙極化天線和N支平面倒F字形天線可以等分配置於同一周角上，其中任二支相鄰之雙極化天線之間或任二支相鄰之平面倒F字形天線之間所包夾之一劣弧(Minor Arc)之度數恰為(360/N)度。
第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置200之立體圖。第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置200之俯視圖。第2C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置200之側視圖。第2D圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置200之側視圖，其中所有雙極化天線皆暫時被移除。在第2A、2B、2C、2D圖之實施例中，通訊裝置200之一天線系統210包括具有不同設計之一第一平面倒F字形天線240。第一平面倒F字形天線240包括一輻射部241、一接地部242，以及一饋入部243，其中一槽孔244係形成於輻射部241和接地部242之間。槽孔244可為一不等寬L字形，其可將輻射部241和接 地部242兩者至少部份地分離。詳細而言，槽孔244中間具有一最狹窄處245，依此為基準，槽孔244之上、下方寬度均逐漸增加。第一平面倒F字形天線240之槽孔244之總長度L4約為天線系統210之低頻頻帶之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。槽孔244之開口端寬度W2係大致等於槽孔244之最狹窄處245之寬度。槽孔244之開口端至其最狹窄處245之長度係略大於由槽孔244之閉口端至其最狹窄處245之長度。與第1A、1B、1C、1D圖之實施例不同處在於，槽孔244之一彎折部份246係直接緊貼於頂面反射板170(亦即，第1C圖之槽孔144和頂面反射板170之間距D2可縮減至0)。根據實際量測結果，在將槽孔244之彎折部份246與頂面反射板170之間距縮減至0之後，第一平面倒F字形天線240之天線增益(Antenna Gain)可微幅上升約0.5至0.7dBi。在其他實施例中，天線系統210更包括一第二平面倒F字形天線240-2、一第三平面倒F字形天線240-3，以及一第四平面倒F字形天線240-4其中之一或複數者。第二平面倒F字形天線240-2、第三平面倒F字形天線240-3，以及第四平面倒F字形天線240-4之結構和功能皆與前述之第一平面倒F字形天線240相同，差異處僅在於它們朝向不同方向。第2A、2B、2C、2D圖之通訊裝置200之其餘特徵皆與第1A、1B、1C、1D圖之通訊裝置100相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置300之立體圖。第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置300之俯視圖。第3C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置300之側視圖。第3D圖係顯示根據本發明一實施例 所述之通訊裝置300之側視圖，其中所有雙極化天線皆暫時被移除。在第3A、3B、3C、3D圖之實施例中，通訊裝置300之一天線系統310更包括鄰近於第一平面倒F字形天線140之一第一金屬環圈(Metal Loop)150。為了最佳化天線系統310之阻抗匹配，第一平面倒F字形天線140之形狀和寬度於第3A、3B、3C、3D圖之實施例中略有微調，惟其仍大致呈現一不等寬L字形。第一金屬環圈150係浮接(Float)並與第一平面倒F字形天線140完全分離。例如，第一金屬環圈150和第一平面倒F字形天線140之間距D3可介於於5mm至15mm之間，像是9.55mm。詳細而言，第一平面倒F字形天線140係介於第一金屬環圈150和第一反射器130的下底板之間。第一金屬環圈150可為一空心矩形，其內形成一矩形挖空部份151。第一金屬環圈150之總長度L5係介於天線系統310之低頻頻帶之中心頻率之0.25倍至0.5倍波長之間(λ/4至λ/2)。例如，第一金屬環圈150可向上延伸至頂面反射板170之上，或(且)可向下延伸至金屬墊高柱160之下。就操作原理而言，第一金屬環圈150可用於部份反射、部份穿透來自第一平面倒F字形天線140之電磁波以產生建設性干設(Constructive Interference)，從而可提高第一平面倒F字形天線140之天線增益。根據實際量測結果，在加入第一金屬環圈150之後，第一平面倒F字形天線140之天線增益可大幅改善約3至4dBi。在另一些實施例中，第一金屬環圈150亦可由相同尺寸之一實心矩形金屬片所置換(亦即，將矩形挖空部份151完全由金屬材質所填滿)，而不致影響其效果。另外，若第一金屬環圈150之總寬度W3增加，則第一金屬環圈150之總長度L5可對 應地減少；反之，若第一金屬環圈150之總寬度W3減少，則第一金屬環圈150之總長度L5可對應地增加。在其他實施例中，天線系統310更包括一第二金屬環圈150-2、一第三金屬環圈150-3，以及一第四金屬環圈150-4其中之一或複數者，其係分別鄰近於第二平面倒F字形天線140-2、第三平面倒F字形天線140-3，以及第四平面倒F字形天線140-4。第二金屬環圈150-2、第三金屬環圈150-3，以及第四金屬環圈150-4之結構和功能皆與前述之第一金屬環圈150相同，差異處僅在於它們朝向不同方向。第3A、3B、3C、3D圖之通訊裝置300之其餘特徵皆與第1A、1B、1C、1D圖之通訊裝置100相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第4A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置400之立體圖。第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置400之俯視圖。第4C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置400之側視圖。第4D圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置400之側視圖，其中所有雙極化天線皆暫時被移除。在第4A、4B、4C、4D圖之實施例中，通訊裝置400之一天線系統410更包括鄰近於第一平面倒F字形天線240之第一金屬環圈150，且第一平面倒F字形天線240之槽孔244之彎折部份246係直接緊貼於頂面反射板170。亦即，通訊裝置400可視為前述通訊裝置200、通訊裝置300之一結合體，其同時包括了金屬環圈和槽孔延伸至頂部之設計，故可進一步提高第一平面倒F字形天線240之天線增益。根據實際量測結果，在將第一金屬環圈150與第一平面倒F字形天線240搭配使用之後，第一平面 倒F字形天線240之天線增益可大幅改善約3.5至4.5dBi。在其他實施例中，天線系統410更包括第二金屬環圈150-2、第三金屬環圈150-3，以及第四金屬環圈150-4其中之一或複數者，其係分別鄰近於第二平面倒F字形天線240-2、第三平面倒F字形天線240-3，以及第四平面倒F字形天線240-4。第4A、4B、4C、4D圖之通訊裝置400之其餘特徵皆與第2A、2B、2C、2D圖之通訊裝置200及第3A、3B、3C、3D圖之通訊裝置300相似，故這些實施例均可達成相似之操作效果。
第4E圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置400之天線系統410之平面倒F字形天線於低頻頻帶之S參數圖(S parameter)，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，縱軸代表S21參數(dB)。在第4E圖之實施例中，係以第一平面倒F字形天線240作為一第一埠(Port 1)，再以與其相鄰之第二平面倒F字形天線240-2或是第四平面倒F字形天線240-4作為一第二埠(Port 2)。根據第4E圖之量測結果可知，於前述低頻頻帶中，相鄰之二平面倒F字形天線之間之隔離度(亦即，前述S21參數之絕對值)可達至少約11.4dB。由於隔離度的增加，使得各個平面倒F字形天線之增益值亦增加，其已可滿足一般多輸入多輸出(Multi-Input and Multi-Output)天線系統之實際應用需求。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置500之立體圖。第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置500之俯視圖。第5C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置500之側視圖。第5D圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置500之側視圖，其中所有雙極化天線皆暫時被 移除。第5A、5B、5C、5D圖和第3A、3B、3C、3D圖相似。在第5A、5B、5C、5D圖之實施例中，通訊裝置500之一天線系統510包括具有不同設計之一第一平面倒F字形天線540。第一平面倒F字形天線540包括一輻射部541、一接地部542，以及一饋入部543，其中一槽孔544係形成於輻射部541和接地部542之間。與第3A、3B、3C、3D圖之實施例不同的是，槽孔544為未拓寬之一等寬L字形，其可將輻射部541和接地部542兩者至少部份地分離。饋入部543可跨越槽孔544，再耦接至輻射部541，從而可激發第一平面倒F字形天線540。第一平面倒F字形天線540之槽孔544之總長度L6約為天線系統510之低頻頻帶之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。槽孔544之開口端寬度W4僅大致為前述已拓寬槽孔144之開口端寬度W1之0.3倍以下。另外，天線系統510更包括鄰近於第一平面倒F字形天線540之第一金屬環圈150。第一金屬環圈150和第一平面倒F字形天線540之間距D3可介於於5mm至15mm之間，像是9.55mm。第一金屬環圈150係浮接並與第一平面倒F字形天線540完全分離。第一金屬環圈150係用於部份反射、部份穿透來自第一平面倒F字形天線540之電磁波以產生建設性干涉，從而可提高第一平面倒F字形天線540之天線增益。根據實際量測結果，在將第一金屬環圈150與第一平面倒F字形天線540搭配使用之後，第一平面倒F字形天線540之天線增益可大幅改善約3.5至4.5dBi。在另一些實施例中，天線系統510更包括一第二平面倒F字形天線540-2、一第三平面倒F字形天線540-3，以及一第四平面倒F字形天線540-4其中之一或複數者。第二平面倒F字形天線540-2、第三 平面倒F字形天線540-3，以及第四平面倒F字形天線540-4之結構和功能皆與前述之第一平面倒F字形天線540相同，差異處僅在於它們朝向不同方向。在其他實施例中，天線系統510更包括第二金屬環圈150-2、第三金屬環圈150-3，以及第四金屬環圈150-4其中之一或複數者，其係分別鄰近於第二平面倒F字形天線540-2、第三平面倒F字形天線540-3，以及第四平面倒F字形天線540-4。第5A、5B、5C、5D圖之通訊裝置500之其餘特徵皆與第3A、3B、3C、3D圖之通訊裝置300相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第5E圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置500之天線系統510之平面倒F字形天線於低頻頻帶之S參數圖(S parameter)，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，縱軸代表S21參數(dB)。在第5E圖之實施例中，係以第一平面倒F字形天線540作為一第一埠(Port 1)，再以與其相鄰之第二平面倒F字形天線540-2或是第四平面倒F字形天線540-4作為一第二埠(Port 2)。根據第5E圖之量測結果可知，於前述低頻頻帶中，相鄰之二平面倒F字形天線之間之隔離度可達至少約13.4dB。由於隔離度的增加，使得各個平面倒F字形天線之增益值亦增加，其已可滿足一般多輸入多輸出天線系統之實際應用需求。
本發明提供一種通訊裝置，其天線系統具有高隔離度、高天線增益等優勢。因此，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，本發明之通訊裝置及天線系統並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5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通訊裝置及天線系統中。
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。

Claims (20)

  1. 一種通訊裝置，包括：一天線系統，包括：一第一雙極化天線，包括一第一鑽石形偶極天線元件和一第二鑽石形偶極天線元件，其中該第二鑽石形偶極天線元件具有二個截角；一第一反射器，鄰近於該第一雙極化天線，並用於反射該第一雙極化天線之輻射能量；以及一第一平面倒F字形天線，至少部份由該第一反射器所形成，其中該第一平面倒F字形天線包括一輻射部、一接地部，以及一饋入部，一槽孔係形成於該輻射部和該接地部之間，而該槽孔具有寬度變化，以增加該第一平面倒F字形天線之操作頻寬。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一平面倒F字形天線涵蓋介於746MHz至894MHz之間之一低頻頻帶，而該第一雙極化天線係涵蓋介於1710MHz至2155MHz之間之一高頻頻帶。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一鑽石形偶極天線元件係與該第二鑽石形偶極天線元件相隔一間距且互相垂直。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二鑽石形偶極天線元件包括一正輻射臂和一負輻射臂，而該正輻射臂和該負輻射臂皆為梯形。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一反射器 為一錐台，具有較寬之一上開口和較窄之一下底板，而該第一反射器之該上開口係朝向該第一雙極化天線。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該槽孔為一不等寬L字形。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之通訊裝置，其中該饋入部係跨越該槽孔之該不等寬L字形之最狹窄處，再耦接至該輻射部。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一頂面反射板，耦接至該第一反射器，其中該頂面反射板係垂直於該第一反射器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之通訊裝置，其中該槽孔之一彎折部份係直接緊貼於該頂面反射板。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該天線系統更包括鄰近於該第一平面倒F字形天線之一第一金屬環圈，而該第一金屬環圈係浮接並與該第一平面倒F字形天線完全分離，以提高該第一平面倒F字形天線之天線增益，其中該第一平面倒F字形天線係介於該第一金屬環圈和該下底板之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之通訊裝置，其中該第一金屬環圈為一空心矩形。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之通訊裝置，其中該第一金屬環圈之總長度係介於該低頻頻帶之中心頻率之0.25倍至0.5倍波長之間。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線系統更 包括一第二雙極化天線、一第二反射器，一第二平面倒F字形天線，以及一第二金屬環圈，其中該第二反射器係用於反射該第二雙極化天線之輻射能量，該第二平面倒F字形天線係至少部份由該第二反射器所形成，而該第二金屬環圈係鄰近於該第二平面倒F字形天線。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之通訊裝置，其中該天線系統更包括一第三雙極化天線、一第三反射器，一第三平面倒F字形天線，以及一第三金屬環圈，其中該第三反射器係用於反射該第三雙極化天線之輻射能量，該第三平面倒F字形天線係至少部份由該第三反射器所形成，而該第三金屬環圈係鄰近於該第三平面倒F字形天線。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之通訊裝置，其中該天線系統更包括一第四雙極化天線、一第四反射器，一第四平面倒F字形天線，以及一第四金屬環圈，其中該第四反射器係用於反射該第四雙極化天線之輻射能量，該第四平面倒F字形天線係至少部份由該第四反射器所形成，而該第四金屬環圈係鄰近於該第四平面倒F字形天線。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之通訊裝置，其中該第一雙極化天線、該第二雙極化天線、該第三雙極化天線，以及該第四雙極化天線為中心對稱式分布，並各自涵蓋90度之空間角。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之通訊裝置，其中該天線系統為一波束交換天線組，並選擇性地使用該第一雙極化天線、該第二雙極化天線、該第三雙極化天線，以及該第四雙極化 天線之任二者來執行信號收發。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之通訊裝置，更包括：一金屬墊高柱，耦接至該第一反射器、該第二反射器、該第三反射器，以及該第四反射器，其中該金屬墊高柱係用於支撐該天線系統。
  19. 一種通訊裝置，包括：一天線系統，包括：一第一雙極化天線，包括一第一鑽石形偶極天線元件和一第二鑽石形偶極天線元件，其中該第二鑽石形偶極天線元件具有二個截角；一第一反射器，鄰近於該第一雙極化天線，並用於反射該第一雙極化天線之輻射能量；一第一平面倒F字形天線，至少部份由該第一反射器所形成，其中該第一平面倒F字形天線包括一輻射部、一接地部，以及一饋入部，而一槽孔係形成於該輻射部和該接地部之間；以及一第一金屬環圈，鄰近於該第一平面倒F字形天線，其中該第一金屬環圈係浮接並與該第一平面倒F字形天線完全分離，以提高該第一平面倒F字形天線之天線增益。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之通訊裝置，其中該槽孔為一等寬L字形。
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