TWI381585B

TWI381585B - 雙頻天線裝置

Info

Publication number: TWI381585B
Application number: TW098122033A
Authority: TW
Inventors: Chieh Sheng Hsu; Chang Hsiu Huang
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2013-01-01
Also published as: US8299970B2; US20100328160A1; TW201101588A

Description

雙頻天線裝置

本發明係指一種雙頻天線裝置，尤指一種薄型同心雙頻天線裝置。

隨著全球衛星定位系統(Global Positioning System，GPS)技術的成熟及大眾對於行動通訊的需求，車用衛星通訊裝置，如衛星導航裝置及衛星收音機等，日漸普及於生活中。一般來說，不同的車用衛星通訊裝置的接收天線係各自獨立設置，若使用者欲同時使用衛星導航裝置及衛星收音機，則必須裝設兩個天線，在空間使用上不是很有效率，也不美觀。

因此，習知技術提出了幾種解決方法，將兩個天線整合為單一個天線裝置。請參考第1A圖及第1B圖，第1A圖為習知一雙頻天線裝置10的縱剖面圖，第1B圖為雙頻天線裝置10的俯視圖。雙頻天線裝置10係由並排之天線A1及天線B1所組成，天線A1包含有一輻射元件100A、一介質層102A及一饋入元件104A，而天線B1包含有一輻射元件100B、一介質層102B及一饋入元件104B。其中，介質層102A及102B可為陶瓷材料或印刷電路板的基板材料等。另外，一接地元件106為天線A1、B1共用的接地面。由第1A圖及第1B圖可知，雙頻天線裝置10的接地元件106為長方形且不對稱，造成兩個互為垂直之切面方向的輻射場型大小不一致，有較長接地面的切面方向輻射場型較集中。若天線A1、B1太過靠近，隔離效果不佳。再者，以雙頻天線裝置10的長方形外型而言，其外觀造型也不容易設計。

請參考第2A圖及第2B圖，第2A圖為習知另一雙頻天線裝置20的縱剖面圖，第2B圖為雙頻天線裝置20的俯視圖。雙頻天線裝置20係由重疊之天線A2及天線B2所組成，天線A2包含有一輻射元件200A、一介質層202A及一饋入元件204A，而天線B2包含有一輻射元件200B、一介質層202B及一饋入元件204B。另外，一接地元件206為天線A2、B2共用的接地面。在雙頻天線裝置20中，天線A2及天線B2的輻射場型對稱，但是位於上方的天線A2的饋入元件204A經過下方的天線B2的共振腔，使得兩個天線之間的隔離效果不佳。此外，雙頻天線裝置20的外觀高度增加，造成實際使用時亦不夠美觀。由上可知，習知雙頻天線裝置在輻射場型、隔離性及外觀方面仍有很大的改善空間。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種雙頻天線裝置，具有對稱輻射場型、良好隔離性及薄型外觀。

本發明揭露一種雙頻天線裝置，包含有一第一天線、一第二天線及一導體牆，該第一天線具有一第一極化方向且該第二天線具有一第二極化方向。該第一天線包含有一接地元件；一第一介質層，設置於該接地元件之上；一第一輻射元件，設置於該第一介質層之上；以及一第一饋入元件，電性連接於該第一輻射元件。該導體牆電性連接於該接地元件與該第一輻射元件，以於該接地元件上方形成一空間。該第二天線包含有一第二輻射元件；以及一第二饋入元件，電性連接於該第二輻射元件，並且通過該導體牆所形成的該空間。

請參考第3A圖及第3B圖，第3A圖為本發明實施例一雙頻天線裝置30的縱剖面圖，第3B圖為雙頻天線裝置30的俯視圖。雙頻天線裝置30整合了圓形、同心且極化方向相反的兩個天線A3、B3，天線A3位於內部，天線B3位於外部。天線A3、B3係圓形天線，因此輻射場型對稱。由於天線A3、B3的極化方向相反，左旋和右旋極化的電磁波正交，不容易相互影響。

詳細來說，雙頻天線裝置30包含有輻射元件300A及300B、一介質層302B、饋入元件304A及304B、一接地元件306、一導體牆308及一支撐元件310。輻射元件300A、饋入元件304A及輻射元件300B形成天線A3，其中輻射元件300B等於是天線A3的接地元件。輻射元件300A具有一槽口SA，槽口SA的位置決定了天線A3的極化方向為左旋極化。輻射元件300B、介質層302B、饋入元件304B及接地元件306形成天線B3，介質層302B為天線B3的共振腔。輻射元件300B具有一槽口SB，槽口SB的位置決定了天線B3的極化方向為右旋極化。雙頻天線裝置30與第2圖之雙頻天線裝置20最大不同之處在於，雙頻天線裝置30中位於內部的天線A3利用位於外部的天線B3的輻射元件做為其接地元件。外部之天線B3的分佈面積較大，所以場型較集中；內部的天線A3的分佈面積較小，場型較平坦。因此，實作上可將需要較高指向性(Directivity)的天線置於外部，將較低指向性的天線置於內部。

如第3A圖所示，雙頻天線裝置30中由下而上的各個元件關係說明如下。雙頻天線裝置30的最底層為接地元件306，介質層302B設置於接地元件306之上。輻射元件300B為環狀，設置於介質層302B之上，饋入元件304B電性連接於輻射元件300B。導體牆308與輻射元件300B同心，導體牆308電性連接於輻射元件300B的內圓周與接地元件306，圍繞形成一屏蔽空間，即天線A3的共振腔。支撐元件310設置於接地元件36之上，用來支撐輻射元件300A。饋入元件304A電性連接於輻射元件300A，並且通過天線A3的共振腔。在第3A圖所示之雙頻天線裝置30中，天線A3的共振腔中沒有實體的介質層存在，也可說存在的介質層為空氣。於本發明其它實施例中，天線A3的共振腔中可包含實體介質層，如印刷電路板的基版材料等。

在第2圖之雙頻天線裝置20中，上方天線的饋入元件必須經過下方天線的共振腔，造成兩個天線之間的隔離效果不佳。相較之下，雙頻天線裝置30藉由導體牆308，使天線A3的共振腔與天線B3的共振腔互相獨立，天線A3的饋入元件304A不會通過天線B3的共振腔，大幅降低天線之間的交互影響。支撐元件310除了用來支撐輻射元件300A之外，還可控制輻射元件300A的面積大小，進而控制天線A3的指向性。若支撐元件310的材質為導體且電性連接接地元件306和輻射元件300A時，當支撐元件310的半徑變大，輻射元件300A的面積會相對地變大。類似地，導體牆308的半徑可控制輻射元件300B的面積大小，進而控制天線B3的指向性。若導體牆308的半徑變大，會造成較大面積的天線B3，得到較高的指向性；反之，若導體牆308的半徑變小，天線B3的面積隨之減小，得到較低的指向性。

為了驗證雙頻天線裝置30能否夠改善兩個天線之間的隔離作用，本發明假設雙頻天線裝置30的內部天線A3為一衛星收音機的天線，其中心頻率約為2.326GHz，外部天線B3為一GPS導航裝置的天線，其中心頻率約為1.575GHz，並且以天線A3的饋入元件304A為第二輸出入埠，天線B3的饋入元件304B為第一輸出入埠，進行模擬得到散射係數對頻率之曲線圖，如第4圖及第5圖。第4圖為雙頻天線裝置30位於GPS頻段時的散射係數對頻率之曲線圖，由第4圖可知，於GPS頻段中，天線B3的輸入反射係數S11很小，天線A3的輸入反射係數S22很大，表示天線B3達成共振，天線A3無共振。第5圖為雙頻天線裝置30位於衛星收音機之頻段時的散射係數對頻率之曲線圖，由第5圖可知，於衛星收音機之頻段中，天線A3的輸入反射係數S22很小，天線B3的輸入反射係數S11很大，表示天線B3無共振，而天線A3達成共振。此外，由第4圖及第5圖中兩天線之間的傳輸係數S12至少-30dB可知，雙頻天線裝置30中的天線A3、B3之間的隔離很好。

基於雙頻天線裝置30的架構，本發明進一步延伸出多種雙頻天線裝置。請參考第6A圖至第6D圖，第6A圖至第6D圖分別為本發明實施例雙頻天線裝置60A、60B、60C及60D的縱剖面圖。雙頻天線裝置60A包含有輻射元件600A及600B、介質層602A、602B及602C、饋入元件604A及604B、一接地元件606、一導體牆608及一支撐元件610。相較於雙頻天線裝置30，雙頻天線裝置60A增加了介質層602A及602C。介質層602A設置於輻射元件600B之上，輻射元件600A進一步設置於介質層602A之上。介質層602C位於導體牆608所圍繞出的空間中。雙頻天線裝置60B類似雙頻天線裝置60A，其係於介質層602A可支撐輻射元件600A的條件下，省略支撐元件610。雙頻天線裝置60C及雙頻天線裝置60D分別類似於雙頻天線裝置60A及雙頻天線裝置60B，不同之處在於環狀之輻射元件600B中空的部分被填滿成為一完整的圓形輻射元件。由第6A圖至第6D圖可知，介質層602B及602C可以是實體介質或空氣，介質層602A能否為空氣則要視支撐元件610是否存在而決定。

請注意，本發明之雙頻天線裝置中的天線不限於圓形天線。請參考第7A圖及第7B圖，第7A圖為本發明實施例一雙頻天線裝置70的縱剖面圖，第7B圖為雙頻天線裝置70的俯視圖。類似於雙頻天線裝置30，雙頻天線裝置70整合了同心且極化方向相反的兩個天線A4、B4，不同之處在於雙頻天線裝置70中輻射元件的形狀為矩形。詳細來說，雙頻天線裝置70包含有矩形之輻射元件700A及700B、一介質層702B、饋入元件704A及704B、一接地元件706、一導體牆708及一支撐元件710。輻射元件700A、饋入元件704A及輻射元件700B形成天線A4，其中輻射元件700B等於是天線A4的接地元件。輻射元件700B、介質層702B、饋入元件704B及接地元件706形成天線B4，介質層702B為天線B4的共振腔。

值得注意的是，雙頻天線裝置30中各天線以其圓形輻射元件的槽口位置決定極化方向，而在雙頻天線裝置70中，各天線以矩形輻射元件的截角位置決定極化方向。以第7B圖來看，矩形輻射元件700A的四個邊角中有兩個截角(如虛線處)，分別在左上方及右下方，矩形輻射元件700B的四個邊角中也有兩個截角，分別在右上方及左下方，上述截角的位置決定天線的極化方向。

如第7A圖所示，雙頻天線裝置70中由下而上的各個元件關係說明如下。雙頻天線裝置70的最底層為接地元件706，介質層702B設於接地元件706之上。輻射元件700B設於介質層702B之上，饋入元件704B電性連接於輻射元件700B。導體牆708為矩形，與輻射元件700B同一中心，導體牆708電性連接於輻射元件700B的內側與接地元件706，形成一屏蔽空間，此屏蔽空間為天線A4的共振腔。支撐元件710設置於接地元件706之上，用來支撐矩形輻射元件700A。饋入元件704A電性連接於輻射元件700A，並且通過天線A4的共振腔。當支撐元件710為導體且電性連接接地元件706和輻射元件700A時，天線A4、B4的指向性可透過支撐元件710及導體牆708的半徑大小而改變。除此之外，如同雙頻天線裝置30延伸出雙頻天線裝置60A、60B、60C及60D等變化型，雙頻天線裝置70亦可延伸出類似的變化型，如加入一新介質層以取代支撐元件710等。本領域具通常知識者當可根據第6A圖至第6D圖，推知雙頻天線裝置70的變化型，在此不詳述。

由上述實施例可知，雙頻天線裝置中的導體牆的半徑可彈性地調整，如此一來，當導體牆的半徑擴大，內部天線的高度將能夠降低至與外部天線的高度相同，此時的雙頻天線裝置具有最佳的薄型外觀。請參考第8A圖及第8B圖，第8A圖為本發明實施例一雙頻天線裝置80的縱剖面圖，第8B圖為雙頻天線裝置80的俯視圖。雙頻天線裝置80與第3A圖及第3B圖所示之雙頻天線裝置30類似，不同之處在於雙頻天線裝置80的內部天線A5的高度與外部天線B5的高度相等。雙頻天線裝置80包含有輻射元件800A及800B、介質層802A及802B、饋入元件804A及804B、一接地元件806、一導體牆808及一支撐元件810。輻射元件800A、介質層802A、饋入元件804A及輻射元件800B形成天線A5，其中介質層802A為天線A5的共振腔，輻射元件800B等於是天線A5的接地元件。輻射元件800B、介質層802B、饋入元件804B及接地元件806形成天線B5，介質層802B為天線B5的共振腔。輻射元件800A、800B各自所具有的槽口SA、SB分別決定天線A5、B5的極化方向。

雙頻天線裝置80中各個元件的位置關係與前述實施例相似，在此不贅述。於本發明其它實施例中，只要介質層802A能夠支撐輻射元件800A，支撐元件810可省略。為了驗證雙頻天線裝置80是否能夠改善兩個天線之間的隔離作用，本發明假設雙頻天線裝置80的內部天線A5為一衛星收音機的天線，外部天線B5為一GPS導航裝置的天線，並且以天線A5的饋入元件804A為第二輸出入埠，天線B5的饋入元件804B為第一輸出入埠，進行模擬，得到散射係數對頻率之曲線圖，如第9圖及第10圖。第9圖為雙頻天線裝置80位於GPS頻段時的散射係數對頻率之曲線圖，第10圖為雙頻天線裝置80位於衛星收音機之頻段時的散射係數對頻率之曲線圖，由第9圖及第10圖可知，雙頻天線裝置80中的天線A5、B5有很好的隔離，不容易相互影響。

上述實施例中的輻射元件、接地元件及導體牆通常為金屬材質，介質層可使用陶瓷材料或印刷電路板的基板材料，如玻璃纖維板等，也可能為空氣。請注意，於上述實施例中，介質層的大小沒有限制，比輻射元件大或小皆可。另外，於上述實施例中，每個輻射元件只包含一個槽口或截角，於本發明其它實施例中，每個輻射元件可包含二個槽口或截角，同樣能夠達成左旋或右旋極化。

綜上所述，本發明所提出的雙頻天線裝置係透過大小可調整的導體牆及支撐元件，將兩個天線的共振腔完全隔離，並且控制天線的指向性。進一步地，透過導體牆之半徑的調整，雙頻天線裝置的外觀可以薄型化，不僅更美觀，也更方便使用。

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、20、30、60A、60B、60C、60D、70、80‧‧‧雙頻天線裝置

100A、100B、200A、200B、300A、300B、600A、600B、700A、700B、800A、800B‧‧‧輻射元件

102A、102B、202A、202B、302B、602A、602B、702B、802A、802B‧‧‧介質層

104A、104B、204A、204B、304A、304B、604A、604B、704A、704B、804A、804B‧‧‧饋入元件

106、206、306、606、706、806‧‧‧接地元件

308、608、708、808‧‧‧導體牆

310、610、710、810‧‧‧支撐元件

SA、SB‧‧‧槽口

第1A圖為習知一雙頻天線裝置的縱剖面圖。

第1B圖為第1A圖之雙頻天線裝置的俯視圖。

第2A圖為習知一雙頻天線裝置的縱剖面圖。

第2B圖為第2A圖之雙頻天線裝置的俯視圖。

第3A圖為本發明實施例一雙頻天線裝置的縱剖面圖。

第3B圖為第3A圖之雙頻天線裝置的俯視圖。

第4圖及第5圖為第3A圖之雙頻天線裝置的散射係數對頻率之曲線圖。

第6A圖至第6D圖為本發明實施例雙頻天線裝置的縱剖面圖。

第7A圖為本發明實施例一雙頻天線裝置的縱剖面圖。

第7B圖為第7A圖之雙頻天線裝置的俯視圖。

第8A圖為本發明實施例一雙頻天線裝置的縱剖面圖。

第8B圖為第8A圖之雙頻天線裝置的俯視圖。

第9圖及第10圖為第8A圖之雙頻天線裝置的散射係數對頻率之曲線圖。

30‧‧‧雙頻天線裝置

300A、300B‧‧‧輻射元件

302B‧‧‧介質層

304A、304B‧‧‧饋入元件

306‧‧‧接地元件

308‧‧‧導體牆

310‧‧‧支撐元件

Claims

一種雙頻天線裝置，包含有：一第一天線，具有一第一極化方向，包含有：一接地元件；一第一介質層，設置於該接地元件之上；一第一輻射元件，設置於該第一介質層之上；以及一第一饋入元件，電性連接於該第一輻射元件；一導體牆，電性連接於該接地元件與該第一輻射元件，以於該接地元件上方形成一空間；以及一第二天線，具有一第二極化方向，包含有：一第二輻射元件；以及一第二饋入元件，電性連接於該第二輻射元件，並且通過該導體牆所形成的該空間。
如請求項1所述之雙頻天線裝置，其中該第一極化方向與該第二極化方向相反。
如請求項1所述之雙頻天線裝置，其中該第二天線利用該第一輻射元件做為一接地面。
如請求項1所述之雙頻天線裝置，其另包含有一支撐元件，電性連接於該第二輻射元件，用來支撐該第二輻射元件。
如請求項4所述之雙頻天線裝置，其中該支撐元件另電性連接於該接地元件。
如請求項4所述之雙頻天線裝置，其中該第二輻射元件的高度等於該第一輻射元件的高度。
如請求項4所述之雙頻天線裝置，其另包含有一第二介質層，設置於該第一輻射元件與該第二輻射元件之間。
如請求項1所述之雙頻天線裝置，其另包含有一第二介質層，設置於該第一輻射元件與該第二輻射元件之間，用來支撐該第二輻射元件。
如請求項1所述之雙頻天線裝置，其中該導體牆所形成的該空間包含有一第二介質層。
如請求項9所述之雙頻天線裝置，其中該第二輻射元件的高度等於該第一輻射元件的高度。
如請求項1所述之雙頻天線裝置，其中該第一輻射元件及該第二輻射元件為圓形。
如請求項11所述之雙頻天線裝置，其中該第一輻射元件包含有至少一槽口，以控制該第一天線形成該第一極化方向。
如請求項11所述之雙頻天線裝置，其中該第二輻射元件包含有至少一槽口，以控制該第二天線形成該第二極化方向。
如請求項1所述之雙頻天線裝置，其中該第一輻射元件及該第二輻射元件為方形。
如請求項14所述之雙頻天線裝置，其中該第一輻射元件包含有至少一截角，以控制該第一天線形成該第一極化方向。
如請求項14所述之雙頻天線裝置，其中該第二輻射元件包含有至少一截角，以控制該第二天線形成該第二極化方向。