TW201909484A - 天線系統 - Google Patents

天線系統 Download PDF

Info

Publication number
TW201909484A
TW201909484A TW106124313A TW106124313A TW201909484A TW 201909484 A TW201909484 A TW 201909484A TW 106124313 A TW106124313 A TW 106124313A TW 106124313 A TW106124313 A TW 106124313A TW 201909484 A TW201909484 A TW 201909484A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
metal
bending structure
planar portion
antenna
diamond
Prior art date
Application number
TW106124313A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI643405B (zh
Inventor
徐杰聖
詹長庚
Original Assignee
啓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 啓碁科技股份有限公司 filed Critical 啓碁科技股份有限公司
Priority to TW106124313A priority Critical patent/TWI643405B/zh
Priority to US15/803,602 priority patent/US10424831B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI643405B publication Critical patent/TWI643405B/zh
Publication of TW201909484A publication Critical patent/TW201909484A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/23—Combinations of reflecting surfaces with refracting or diffracting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations 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 reflecting surfaces
    • H01Q19/108—Combination of a dipole with a plane reflecting surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/22—Combinations 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 a single substantially straight conductive element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

一種天線系統，包括：一雙極化天線、一金屬反射板、一第一金屬彎折結構，以及一第二金屬彎折結構。金屬反射板係用於反射雙極化天線之輻射能量。第一金屬彎折結構包括一第一平面部份和一第二平面部份，其中第二平面部份係經由第一平面部份耦接至金屬反射板之第一邊緣，而第一平面部份和第二平面部份係不互相平行。第二金屬彎折結構包括一第三平面部份和一第四平面部份，其中第四平面部份係經由第三平面部份耦接至金屬反射板之第二邊緣，而第三平面部份和第四平面部份係不互相平行。

Description

天線系統
本發明係關於一種天線系統，特別係關於一種可等化(Equalize)各天線波束寬度(Beam Width)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多極化方向且波束寬度大致均等之天線，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；一金屬反射板，具有相對之一第一邊緣和一第二邊緣，其中該金屬反射板係用於反射該第一雙極化天線之輻射能量；一第一金屬彎折結構，包括一第一平面部份和一第二平面部份，其中該第二平面部份係經由該第一平面部份耦接至該金屬反射板之該第一邊緣，而其中該第一平面部份和該第二平面部份係不互相平行；以及一第二金屬彎折結構，包括一第三平面部份和一第四平面部份，其中該第四平面部份係經由該第三平面部份耦接至該金屬反射板之該第二邊緣，而其中該第三平面部份和該第四平面部份係不互相平行。
在一些實施例中，該第一金屬彎折結構和該第二金屬彎折結構係用於縮小該第一鑽石形偶極天線元件之波束寬度，並增大該第二鑽石形偶極天線元件之波束寬度。
在一些實施例中，該第一金屬彎折結構之長度係小於或等於該金屬反射板之該第一邊緣之長度，而其中該第二金屬彎折結構之長度係小於或等於該金屬反射板之該第二邊緣之長度。
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，該第一鑽石形偶極天線元件係平行於該金屬反射板之該第一邊緣和該第二邊緣，而該第二鑽石形偶極天線元件係垂直於該金屬反射板之該第一邊緣和該第二邊緣。
在一些實施例中，該金屬反射板之該第一邊緣和該第二邊緣之間具有一中心線，而該第一金屬彎折結構之該第二平面部份和該第二金屬彎折結構之該第四平面部份皆朝靠近該中心線之方向作延伸。
在一些實施例中，該天線系統涵蓋介於2300MHz至3800MHz之間之一操作頻帶。
在一些實施例中，該第一雙極化天線和該金屬反射板之間距係等於該操作頻帶之中心頻率之0.25倍波長。
在一些實施例中，該天線系統更包括：一第一金屬片，與該第一雙極化天線分離，其中該第一雙極化天線係介於該第一金屬片和該金屬反射板之間。
在一些實施例中，該第一金屬片之長度係介於該操作頻帶之中心頻率之0.25至0.5倍波長之間。
在一些實施例中，該第一金屬彎折結構之該第一平面部份和該金屬反射板之間形成一第一夾角，該第一金屬彎折結構之該第二平面部份和該第一平面部份之間形成一第二夾角，該第二金屬彎折結構之該第三平面部份和該金屬反射板之間形成一第三夾角，而該第二金屬彎折結構之該第四平面部份和該第三平面部份之間形成一第四夾角。
在一些實施例中，該第三夾角係等於該第一夾角，而該第四夾角係等於該第二夾角。
在一些實施例中，該第一夾角和該第二夾角之總和值係小於270度，而該第三夾角和該第四夾角之總和值係小於270度。
在一些實施例中，該第一夾角、該第二夾角、該第三夾角，以及該第四夾角皆等於90度。
在一些實施例中，該第一金屬彎折結構於該金屬反射板所在之平面上具有一第一垂直投影，該第二金屬彎折結構於該金屬反射板所在之平面上具有一第二垂直投影，而該第一垂直投影之長度和該第二垂直投影之長度皆小於該操作頻帶之中心頻率之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第一金屬彎折結構於該金屬反射板上之高度，以及該第二金屬彎折結構於該金屬反射板上之高度皆小於該操作頻帶之最高頻率之0.5倍波長。
在一些實施例中，該天線系統更包括：一第二雙極化天線，包括一第三鑽石形偶極天線元件和一第四鑽石形偶極天線元件，其中該第二雙極化天線係鄰近於該第一雙極化天線。
在一些實施例中，該天線系統更包括：一第二金屬片，與該第二雙極化天線分離，其中該第二雙極化天線係介於該第二金屬片和該金屬反射板之間。
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，或是其組合來執行信號收發。
100、500‧‧‧天線系統
110‧‧‧第一雙極化天線
111‧‧‧第一鑽石形偶極天線元件
112‧‧‧第二鑽石形偶極天線元件
115‧‧‧第一同軸電纜線
116‧‧‧第一同軸電纜線
120‧‧‧金屬反射板
121‧‧‧金屬反射板之第一邊緣
122‧‧‧金屬反射板之第二邊緣
130‧‧‧第一金屬彎折結構
131‧‧‧第一金屬彎折結構之第一平面部份
132‧‧‧第一金屬彎折結構之第二平面部份
140‧‧‧第二金屬彎折結構
143‧‧‧第二金屬彎折結構之第三平面部份
144‧‧‧第二金屬彎折結構之第四平面部份
150‧‧‧第一金屬片
460‧‧‧拋物面反射器
470‧‧‧複合反射器
471‧‧‧複合反射器之中央部份
472‧‧‧複合反射器之第一側邊部份
473‧‧‧複合反射器之第二側邊部份
474‧‧‧複合反射器之第一等效電感器
475‧‧‧複合反射器之第二等效電感器
580‧‧‧第二雙極化天線
583‧‧‧第三鑽石形偶極天線元件
584‧‧‧第四鑽石形偶極天線元件
590‧‧‧第二金屬片
D1、D2、D3、D4‧‧‧間距
FB‧‧‧操作頻帶
H1‧‧‧第一金屬彎折結構於金屬反射板上之高度
H2‧‧‧第二金屬彎折結構於金屬反射板上之高度
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8‧‧‧長度
LC1‧‧‧中心線
LT1‧‧‧第一金屬彎折結構於金屬反射板上之第一垂直投影 之長度
LT2‧‧‧第二金屬彎折結構於金屬反射板上之第二垂直投影 之長度
S11‧‧‧第一鑽石形偶極天線元件之S11參數
S22‧‧‧第二鑽石形偶極天線元件之S22參數
S21‧‧‧第一鑽石形偶極天線元件和第二鑽石形偶極天線元 件之間之S21參數
W3、W4‧‧‧寬度
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
θ1‧‧‧第一夾角
θ2‧‧‧第二夾角
θ3‧‧‧第三夾角
θ4‧‧‧第四夾角
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之立體圖； 第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之側視圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之S參數圖；第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一鑽石形偶極天線元件於一平面上之輻射場型圖；第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二鑽石形偶極天線元件於一平面上之輻射場型圖；第4A圖係顯示根據本發明一實施例所述之具有第一金屬彎折結構和第二金屬彎折結構之金屬反射板對於第一鑽石型偶極天線之等效電路圖；第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之具有第一金屬彎折結構和第二金屬彎折結構之金屬反射板對於第二鑽石型偶極天線之等效電路圖；第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線系統之立體圖；第6A-6I圖係顯示根據本發明複數個實施例所述之具有第一金屬彎折結構和第二金屬彎折結構之金屬反射板之側視圖；第7A圖係顯示根據本發明一實施例所述之具有第一金屬彎折結構和第二金屬彎折結構之金屬反射板之俯視圖；以及第7B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之具有第一金屬彎折結構和第二金屬彎折結構之金屬反射板之俯視圖。
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天線系統100之立體圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統100之側視圖。請一併參考第1A、1B圖。天線系統100可應用於一無線網路基地台(Wireless Access Point)當中。在第1A、1B圖之實施例中，天線系統100至少包括一第一雙極化天線(Dual-Polarized Antenna)110、一金屬反射板(Metal Reflection Plate)120、一第一金屬彎折結構(Metal Bending Structure)130，以及一第二金屬彎折結構140。必須注意的是， 雖然未顯示於第1A、1B圖中，天線系統100更可包括其他元件，例如：一非導體天線罩(Nonconductive Antenna Cover)、一供電模組(Power Supply Module)，以及一射頻(Radio Frequency，RF)模組。
第一雙極化天線110包括一第一鑽石形偶極天線元件(Diamond-Shaped Dipole Antenna Element)111和一第二鑽石形偶極天線元件112。第一鑽石形偶極天線元件111可經由一第一同軸電纜線(Coaxial Cable)115耦接至一信號源(未顯示)，而第二鑽石形偶極天線元件112可經由一第二同軸電纜線116耦接至前述之信號源。第一鑽石形偶極天線元件111可與第二鑽石形偶極天線元件112相隔一間距(D2)且互相垂直，以達成雙極化之特性。例如，若第一鑽石形偶極天線元件111具有一第一極化方向且第二鑽石形偶極天線元件112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。詳細而言，第一鑽石形偶極天線元件111和第二鑽石形偶極天線元件112各自可包括一正輻射臂和一負輻射臂，其中正輻射臂和負輻射臂各自可大致為一等腰三角形。第一雙極化天線110之每一天線元件之鑽石形狀可用於增加天線系統100之操作頻寬(Operation Bandwidth)。
金屬反射板120係用於反射第一雙極化天線110之輻射能量。詳細而言，金屬反射板120具有一第一邊緣121和一第二邊緣122，其中第一邊緣121和一第二邊緣122係相對且互相平行。第一鑽石形偶極天線元件111可以大致平行於金屬反射板120之第一邊緣121和第二邊緣122。第二鑽石形偶極天線 元件112可以大致垂直於金屬反射板120之第一邊緣121和第二邊緣122。
第一金屬彎折結構130包括一第一平面部份131和一第二平面部份132，其中第二平面部份132係經由第一平面部份131耦接至金屬反射板120之第一邊緣121。第一金屬彎折結構130之第一平面部份131和第二平面部份132係不互相平行。第二金屬彎折結構140包括一第三平面部份143和一第四平面部份144，其中第四平面部份144係經由第三平面部份143耦接至金屬反射板120之第二邊緣122。第二金屬彎折結構140之第三平面部份143和第四平面部份144係不互相平行。金屬反射板120之第一邊緣121和第二邊緣122之間具有一中心線LC1，其中第一雙極化天線110之第一鑽石形偶極天線元件111可與此中心線LC1互相對齊，而第一金屬彎折結構130之第二平面部份132和第二金屬彎折結構140之第四平面部份144皆朝靠近此中心線LC1之方向作延伸。
在一些實施例中，天線系統100更包括一第一金屬片150。第一金屬片150可以呈現一正方形、一矩形、一圓形、一橢圓形，或其他任意形狀。第一金屬片150係為浮接狀態(Floating)並與第一雙極化天線110完全分離，其中第一雙極化天線110係介於第一金屬片150和金屬反射板120之間。第一金屬片150可以部份反射、部份穿透來自第一雙極化天線110之電磁波。根據實際量測結果，第一金屬片150之存在有助於提升第一雙極化天線110之天線增益。必須注意的是，第一金屬片150並非為天線系統100之必要元件，在其他實施例中亦可移除 之。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統100之S參數圖(S parameter)，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，縱軸代表S參數(dB)。在第2圖之實施例中，係以第一鑽石形偶極天線元件111之饋入點(Feeding Point)作為一第一埠(Port 1)，再以第二鑽石形偶極天線元件112之饋入點作為一第二埠(Port 2)。根據第2圖之返回損失(Return Loss)特性(亦即，S11、S22參數之絕對值)可知，天線系統100之第一鑽石形偶極天線元件111和第二鑽石形偶極天線元件112皆至少可涵蓋介於2300MHz至3800MHz之間之一操作頻帶FB。因此，本發明之天線系統100至少可支援LTE(Long Term Evolution)Band 40/Band 41/Band 42/Band 43之多頻帶寬頻操作。另外，天線系統100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。另外，根據第2圖之S21(或S12)參數可知，於前述操作頻帶FB中，第一鑽石形偶極天線元件111和第二鑽石形偶極天線元件112之間之隔離度(亦即，S21參數之絕對值)可達至少約33.9dB，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。
對於一般天線系統而言(不包括第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140)，其常面臨垂直極化天線在水平切面上之波束寬度(Beam Width)過大，但水平極化天線在水平切面上之波束寬度不足之問題，此造成垂直極化天線和水平極化天線兩者在水平切面上之輻射波束寬度不相匹配。例如，若將第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140皆由天線系 統100中移除，則其操作特性可如下表一所示。
在本發明中，第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140可用於等化(Equalize)第一鑽石形偶極天線元件111(例如：垂直極化天線，但不僅限於此)和第二鑽石形偶極天線元件112(例如：水平極化天線，但不僅限於此)兩者之波束寬度。已包括第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之本發明之天線系統100之操作特性係如下表二所示。
比較表一和表二可知，第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140可用於縮小第一鑽石形偶極天線元件111之波束寬度，並增大第二鑽石形偶極天線元件112之波束寬度。例如，在3800MHz之頻率點，第一鑽石形偶極天線元件111之波束寬度係由原本59度縮小為53度，而第二鑽石形偶極天線元件112之波束寬度係由原本42度增大為50度，此二者間之差異明顯縮小。因此，在金屬反射板120之第一邊緣121和第二邊緣122上加入第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140有助於等化(Equalize)第一鑽石形偶極天線元件111和第一鑽石形偶極天線元件112兩者之波束寬度。在此設計下，天線系統100之第一鑽石形偶極天線元件111和第二鑽石形偶極天線元件112將更容易互相匹配，從而可改善天線系統100作為一波束交換天線組(Beam Switching Antenna Assembly)時之輻射性能。
第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一鑽石形偶極天線元件111於XZ平面上之輻射場型圖。第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二鑽石形偶極天線元件112於XZ平面上之輻射場型圖。第3A圖和第3B圖係於2300MHz之頻 率點進行量測。如第3A、3B圖所示，在加入第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之後，第一鑽石形偶極天線元件111和第一鑽石形偶極天線元件112兩者之波束寬度將變得相當接近。
第4A圖係顯示根據本發明一實施例所述之具有第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之金屬反射板120對於第一鑽石形偶極天線元件111之等效電路圖。對於第一鑽石形偶極天線元件111而言，具有第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之金屬反射板120可等效成為一拋物面反射器(Parabolic Reflector)460。相較於原本平面式之金屬反射板120，此拋物面反射器460有助於縮小第一鑽石形偶極天線元件111之波束寬度，並提升第一鑽石形偶極天線元件111之天線增益。
第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之具有第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之金屬反射板120對於第二鑽石形偶極天線元件112之等效電路圖。對於第二鑽石形偶極天線元件112而言，具有第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之金屬反射板120可等效成為一複合反射器(Compound Reflector)470，其包括一中央部份471、一第一側邊部份472、一第二側邊部份473、一第一等效電感器474，以及一第二等效電感器475。第一等效電感器474係耦接於中央部份471和第一側邊部份472之間，而第二等效電感器475係耦接於中央部份471和第二側邊部份473之間。當天線系統100之操作頻率往低頻方向移動時，第一等效電感器474和第二等效電 感器475將各自近似於一短路(Short-Circuited)路徑，使得複合反射器470之整體反射區域變大(亦即，中央部份471、第一側邊部份472，以及第二側邊部份473之總面積)；反之，當天線系統100之操作頻率往高頻方向移動時，第一等效電感器474和第二等效電感器475將各自近似於一開路(Open-Circuited)路徑，使得複合反射器470之整體反射區域變小(亦即，僅中央部份471之面積)。相較於原本平面式之金屬反射板120，此複合反射器470有助於增大第二鑽石形偶極天線元件112之波束寬度，特別是在高頻頻率點效果將特別明顯(例如：3600MHz或以上)。
請再次參考第1A、1B圖。在一些實施例中，天線系統100之元件尺寸可如下列所述。第一鑽石形偶極天線元件111之長度L1大致等於操作頻帶FB之中心頻率之0.5倍波長(λ/2)。第二鑽石形偶極天線元件112之長度L2大致等於操作頻帶FB之中心頻率之0.5倍波長(λ/2)。第一雙極化天線110(或第二鑽石形偶極天線元件112)和金屬反射板120之間距D1大致等於操作頻帶FB之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。在本實施例中，第一鑽石形偶極天線元件111和第二鑽石形偶極天線元件112之間距D2係介於3mm至7mm，且較佳為5mm。第一金屬片150之長度L3或寬度W3係介於操作頻帶FB之中心頻率之0.25至0.5倍波長之間(λ/4~λ/2)。第一雙極化天線110(或第一鑽石形偶極天線元件111)和第一金屬片150之間距D3係介於10mm至20mm之間，且較佳為15mm。金屬反射板120之長度L4係介於60mm至100mm之間，且較佳為80mm。金屬反射板120之寬度W4係介 於100mm至120mm之間，且較佳為110mm。在其他實施例中，間距D2、D3可根據鑽石形偶極天線元件之中心頻率調整。
詳細而言，第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之元件尺寸可如下列所述。第一金屬彎折結構130之第一平面部份131和金屬反射板120之間形成一第一夾角θ1，第一金屬彎折結構130之第二平面部份132和第一平面部份131之間形成一第二夾角θ2，第二金屬彎折結構140之第三平面部份143和金屬反射板120之間形成一第三夾角θ3，而第二金屬彎折結構140之第四平面部份144和第三平面部份143之間形成一第四夾角θ4。為達成所需之電感特性(Inductance)，第一夾角θ1和第二夾角θ2之總和值必須小於270度，而第三夾角θ3和第四夾角θ4之總和值必須小於270度。在一些實施例中，第一夾角θ1、第二夾角θ2、第三夾角θ3，以及第四夾角θ4皆等於90度，使得第一金屬彎折結構130之第二平面部份132和第二金屬彎折結構140之第四平面部份144皆平行於金屬反射板120。若第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140兩者沿中心線LC1呈線對稱，則第三夾角θ3將恰等於第一夾角θ1，且第四夾角θ4將恰等於第二夾角θ2。在另一些實施例中，第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140兩者為非對稱，此時第三夾角θ3可以不等於第一夾角θ1，且第四夾角θ4可以不等於第二夾角θ2。
第一金屬彎折結構130於金屬反射板120所在之平面上具有一第一垂直投影，而第二金屬彎折結構140於金屬反射板120所在之平面上具有一第二垂直投影，其中第一垂直投影之長度LT1和第二垂直投影之長度LT2皆須小於操作頻帶FB 之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。在此所謂「長度」係指各個垂直投影上取二點，其二者所能達到之最大間距。例如，前述之長度LT1、LT2可皆介於5mm至15mm之間，且較佳為10mm。依據微波電路理論，第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之每一者與金屬反射板120可各自等效成為一末端短路之傳輸線(Transmission Line)，以形成前述之第一等效電感器474和第二等效電感器475。一般來說，若第一金屬彎折結構130之第一垂直投影之長度LT1變大和第二金屬彎折結構140之第二垂直投影之長度LT2變大，則第一等效電感器474之電感值和第二等效電感器475之電感值皆會增加；反之，若第一金屬彎折結構130之第一垂直投影之長度LT1變小和第二金屬彎折結構140之第二垂直投影之長度LT2變小，則第一等效電感器474之電感值和第二等效電感器475之電感值皆會減少。
第一金屬彎折結構130於金屬反射板120上之高度H1，以及第二金屬彎折結構140於金屬反射板120上之高度H2皆須小於操作頻帶FB之最高頻率之0.5倍波長(λ/2)。在此所謂「高度」係指各個金屬彎折結構上取一點，其與金屬反射板120所能達到之最大間距。例如，前述之高度H1、H2可各自介於5mm至15mm之間，且較佳為10mm。依據微波電路理論，第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之每一者與金屬反射板120可各自等效成為一平行板波導(Parallel-Plate Waveguide)，其中只有TEM模式(Transverse Electric and Magnetic Mode)之電磁波可於此平行板波導中傳遞，而不會傳遞TE模式(Transverse Electric Mode)或TM模式(Transverse Magnetic Mode)之電磁波。一般來說，若第一金屬彎折結構130之高度H1變大和第二金屬彎折結構140之高度H2變大，則第一等效電感器474之電感值和第二等效電感器475之電感值皆會增加；反之，若第一金屬彎折結構130之高度H1變小和第二金屬彎折結構140之高度H2變小，則第一等效電感器474之電感值和第二等效電感器475之電感值皆會減少。
以上元件尺寸之範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化天線系統100之波束寬度、操作頻帶，以及阻抗匹配(Impedance Matching)。
第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線系統500之立體圖。在第5圖之實施例中，天線系統500更包括一第二雙極化天線580或(且)一第二金屬片590。另外，為與第二雙極化天線580相容，金屬反射板120之長度L4可改為介於180mm至220mm之間，且較佳為200mm。第二雙極化天線580包括一第三鑽石形偶極天線元件583和一第四鑽石形偶極天線元件584，其中第三鑽石形偶極天線元件583係與第四鑽石形偶極天線元件584相隔一間距且互相垂直。例如，第三鑽石形偶極天線元件583可以大致平行於金屬反射板120之第一邊緣121和第二邊緣122(可作為垂直極化天線)，而第四鑽石形偶極天線元件584可以大致垂直於金屬反射板120之第一邊緣121和第二邊緣122(可作為水平極化天線)。第二金屬片590為浮接狀態且與第二雙極化天線580完全分離，其中第二雙極化天線580係介於第二金屬片590和金屬反射板120之間。第二雙極化天線580和第二金屬片590之結構及尺寸皆大致與前述之第一雙極化天 線110和第一金屬片150相同。第二雙極化天線580係鄰近於第一雙極化天線110。例如，第二雙極化天線580和第一雙極化天線110之間距D4可介於50mm至60mm之間，且較佳為56.5mm。在一些實施例中，第一雙極化天線110和第二雙極化天線580係同時開啟而形成一2x2 MIMO之陣列天線系統，其中第一鑽石形偶極天線元件111和第三鑽石形偶極天線元件583係一起被控制，而第二鑽石形偶極天線元件112和第四鑽石形偶極天線元件584係另外一起被控制。在另一些實施例中，第一雙極化天線110和第二雙極化天線580係同時開啟而形成一4x4 MIMO之陣列天線系統，其中第一鑽石形偶極天線元件111、第二鑽石形偶極天線元件112、第三鑽石形偶極天線元件583，以及第四鑽石形偶極天線元件584係各自獨立地被控制。當使用複數個天線系統500環狀排列或者是半面環狀排列時，可以形成一波束交換天線組，並選擇性地使用該任意一天線系統500，或是選擇性地使用該任意相鄰之二個天線系統500之組合來執行信號收發。舉例而言，當欲接收信號來自於四面八方時，波束交換天線組可僅致能(Enable)朝向最大信號強度方向之一天線系統500，而將其他天線系統500禁能(Disabled)。抑或，根據信號強度的方向同時開啟相鄰二個天線系統500以形成一合併波束。必須理解的是，雖然第5圖顯示恰好二支雙極化天線，實際上天線系統500可包括更多或更少數量之雙極化天線，例如：1個、3個、4個、5個，或是6個。
第6A-6I圖係顯示根據本發明複數個實施例所述之具有第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之金屬反 射板120之側視圖。觀察第6A-6I圖可更理解前述之長度LT1、LT2和高度H1、H2係如何定義出來。根據實際量測結果，第6A-6I圖之不同結構皆有助於等化天線系統之各個垂直極化天線和水平極化天線之波束寬度。
第7A圖係顯示根據本發明一實施例所述之具有第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之金屬反射板120之俯視圖。在第7A圖之實施例中，第一金屬彎折結構130之長度L5係小於金屬反射板120之第一邊緣121之長度L7，而第二金屬彎折結構140之長度L6係小於金屬反射板120之第二邊緣122之長度L8。亦即，前述各金屬彎折結構僅涵蓋金屬反射板120之對應邊緣之一部份。第7B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之具有第一金屬彎折結構130和第二金屬彎折結構140之金屬反射板120之俯視圖。在第7B圖之實施例中，第一金屬彎折結構130之長度L5恰等於金屬反射板120之第一邊緣121之長度L7，而第二金屬彎折結構140之長度L6恰等於金屬反射板120之第二邊緣122之長度L8。亦即，前述各金屬彎折結構可涵蓋金屬反射板120之整個對應邊緣。根據實際量測結果，第7A、7B圖之不同結構皆有助於等化天線系統之各個垂直極化天線和水平極化天線之波束寬度，但第7B圖之效果會比第7A圖更好。
本發明提供一種新穎之天線系統，與傳統設計相比，其至少具有下列優勢：(1)可使不同極化方向(例如：水平極化和垂直極化)之天線之波束寬度變得幾乎相同；(2)可提高天線間之隔離度；(3)可涵蓋寬頻帶操作；以及(4)可強化天線 系統之天線增益。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，本發明之天線系統並不僅限於第1-7圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-7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。

Claims (19)

  1. 一種天線系統，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；一金屬反射板，具有相對之一第一邊緣和一第二邊緣，其中該金屬反射板係用於反射該第一雙極化天線之輻射能量；一第一金屬彎折結構，包括一第一平面部份和一第二平面部份，其中該第二平面部份係經由該第一平面部份耦接至該金屬反射板之該第一邊緣，而其中該第一平面部份和該第二平面部份係不互相平行；以及一第二金屬彎折結構，包括一第三平面部份和一第四平面部份，其中該第四平面部份係經由該第三平面部份耦接至該金屬反射板之該第二邊緣，而其中該第三平面部份和該第四平面部份係不互相平行。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該第一金屬彎折結構和該第二金屬彎折結構係用於縮小該第一鑽石形偶極天線元件之波束寬度，並增大該第二鑽石形偶極天線元件之波束寬度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該第一金屬彎折結構之長度係小於或等於該金屬反射板之該第一邊緣之長度，而其中該第二金屬彎折結構之長度係小於或等於該金屬反射板之該第二邊緣之長度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，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。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該第一鑽石形偶極天線元件係平行於該金屬反射板之該第一邊緣和該第二邊緣，而該第二鑽石形偶極天線元件係垂直於該金屬反射板之該第一邊緣和該第二邊緣。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該金屬反射板之該第一邊緣和該第二邊緣之間具有一中心線，而該第一金屬彎折結構之該第二平面部份和該第二金屬彎折結構之該第四平面部份皆朝靠近該中心線之方向作延伸。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該天線系統涵蓋介於2300MHz至3800MHz之間之一操作頻帶。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之天線系統，其中該第一雙極化天線和該金屬反射板之間距係等於該操作頻帶之中心頻率之0.25倍波長。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之天線系統，更包括：一第一金屬片，與該第一雙極化天線分離，其中該第一雙極化天線係介於該第一金屬片和該金屬反射板之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之天線系統，其中該第一金屬片之長度係介於該操作頻帶之中心頻率之0.25至0.5倍波長之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該第一金屬彎折結構之該第一平面部份和該金屬反射板之間形成一第一夾角，該第一金屬彎折結構之該第二平面部份和該第一平面部份之間形成一第二夾角，該第二金屬彎折結構之該第三平 面部份和該金屬反射板之間形成一第三夾角，而該第二金屬彎折結構之該第四平面部份和該第三平面部份之間形成一第四夾角。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之天線系統，其中該第三夾角係等於該第一夾角，而該第四夾角係等於該第二夾角。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之天線系統，其中該第一夾角和該第二夾角之總和值係小於270度，而該第三夾角和該第四夾角之總和值係小於270度。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之天線系統，其中該第一夾角、該第二夾角、該第三夾角，以及該第四夾角皆等於90度。
  15. 如申請專利範圍第7項所述之天線系統，其中該第一金屬彎折結構於該金屬反射板所在之平面上具有一第一垂直投影，該第二金屬彎折結構於該金屬反射板所在之平面上具有一第二垂直投影，而該第一垂直投影之長度和該第二垂直投影之長度皆小於該操作頻帶之中心頻率之0.25倍波長。
  16. 如申請專利範圍第7項所述之天線系統，其中該第一金屬彎折結構於該金屬反射板上之高度，以及該第二金屬彎折結構於該金屬反射板上之高度皆小於該操作頻帶之最高頻率之0.5倍波長。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，更包括：一第二雙極化天線，包括一第三鑽石形偶極天線元件和一第四鑽石形偶極天線元件，其中該第二雙極化天線係鄰近於該一雙極化天線。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之天線系統，更包括： 一第二金屬片，與該第二雙極化天線分離，其中該第二雙極化天線係介於該第二金屬片和該金屬反射板之間。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，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，或是其組合來執行信號收發。
TW106124313A 2017-07-20 2017-07-20 天線系統 TWI643405B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106124313A TWI643405B (zh) 2017-07-20 2017-07-20 天線系統
US15/803,602 US10424831B2 (en) 2017-07-20 2017-11-03 Antenna system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106124313A TWI643405B (zh) 2017-07-20 2017-07-20 天線系統

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI643405B TWI643405B (zh) 2018-12-01
TW201909484A true TW201909484A (zh) 2019-03-01

Family

ID=65014049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106124313A TWI643405B (zh) 2017-07-20 2017-07-20 天線系統

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10424831B2 (zh)
TW (1) TWI643405B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI628862B (zh) * 2016-05-10 2018-07-01 啟碁科技股份有限公司 通訊裝置
EP3830901A4 (en) * 2018-07-31 2022-05-11 Quintel Cayman Limited SPLIT DIAMOND ANTENNA ELEMENT TO CONTROL AZIMUTH PATTERN IN DIFFERENT ARRANGEMENT CONFIGURATIONS
CN109742558A (zh) * 2018-12-29 2019-05-10 江苏省东方世纪网络信息有限公司 双极化顶吸天线
GB201902620D0 (en) * 2019-02-27 2019-04-10 Secr Defence Dual polarised planar antenna, base station and method of manufacture
TWI699043B (zh) * 2019-03-07 2020-07-11 啓碁科技股份有限公司 天線結構
US11217894B2 (en) * 2019-05-30 2022-01-04 Cyntec Co., Ltd. Antenna structure
TWI713257B (zh) * 2019-08-23 2020-12-11 啓碁科技股份有限公司 天線系統
CN111403907B (zh) * 2020-03-23 2021-05-04 西安电子科技大学 一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线
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
WO2023213379A1 (en) * 2022-05-03 2023-11-09 Huawei Technologies Co., Ltd. Antenna structure

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5966102A (en) * 1995-12-14 1999-10-12 Ems Technologies, Inc. Dual polarized array antenna with central polarization control
US5940044A (en) * 1998-01-22 1999-08-17 Allen Telecom Inc. 45 degree polarization diversity antennas
US7639198B2 (en) * 2005-06-02 2009-12-29 Andrew Llc Dipole antenna array having dipole arms tilted at an acute angle
KR20090117945A (ko) * 2007-04-27 2009-11-16 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 금속벽을 구비한 패치안테나
KR100854471B1 (ko) * 2007-08-28 2008-09-09 주식회사 엠티아이 무선 중계기 안테나용 복합소자 및 이를 이용한 다이폴어레이 원편파 안테나
CN102217140B (zh) * 2008-09-22 2015-04-29 株式会社Kmw 用于移动通信的基站的双频段双极化天线
TWI456835B (zh) * 2011-02-18 2014-10-11 Wistron Neweb Corp 天線、複合天線及射頻收發系統
CN203312457U (zh) * 2013-06-07 2013-11-27 深圳国人通信有限公司 天线及其天线底板
TWI514680B (zh) * 2014-03-17 2015-12-21 Wistron Neweb Corp 多頻天線及多頻天線配置方法
TWI563730B (en) * 2015-09-22 2016-12-21 Wistron Neweb Corp Complex antenna
TWI583145B (zh) * 2015-09-22 2017-05-11 啟碁科技股份有限公司 射頻收發系統
US10056701B2 (en) * 2016-04-29 2018-08-21 Laird Technologies, Inc. Multiband WiFi directional antennas

Also Published As

Publication number Publication date
US20190027814A1 (en) 2019-01-24
TWI643405B (zh) 2018-12-01
US10424831B2 (en) 2019-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI643405B (zh) 天線系統
CN102055072B (zh) 宽波束多环形天线模块
US20230114554A1 (en) Ultra-wide bandwidth low-band radiating elements
TWI634700B (zh) 通訊裝置
US8482471B2 (en) Hybrid multiple-input multiple-output antenna module and system of using the same
TWI639275B (zh) 通訊裝置
US10164325B1 (en) Communication device
TWI628862B (zh) 通訊裝置
TWI648911B (zh) 天線結構
TWI736854B (zh) 通訊裝置和天線結構
WO2019223318A1 (zh) 室内基站及其pifa天线
CN111525234A (zh) 双极化天线及客户前置设备
CN107154536B (zh) 天线系统
Alieldin et al. Design of broadband dual-polarized oval-shaped base station antennas for mobile systems
CN109149080B (zh) 通讯装置
KR101523026B1 (ko) 다중대역 옴니 안테나
CN109309287B (zh) 天线系统
TWI464962B (zh) 複合式多天線系統及其無線通訊裝置
TW202109976A (zh) 天線系統
CN110600864B (zh) 天线结构
CN108242586B (zh) 通信装置
CN210692768U (zh) 基站天线和多频带基站天线
CN112467355B (zh) 天线系统
CN111725603B (zh) 通讯装置和天线结构
CN108461894B (zh) 通信装置