TWI473343B

TWI473343B - 天線裝置

Info

Publication number: TWI473343B
Application number: TW100146526A
Authority: TW
Inventors: Chenggeng Jan; Ishan Chen; Chiahong Lin; Tienmin Lin; Yichieh Wang; Chenghsiung Hsu
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2015-02-11
Also published as: TW201324943A; US8686907B2; US20130154890A1

Description

天線裝置

本發明是有關一種天線裝置，且特別有關一種具有二單極天線的天線裝置。

由於科技日新月異，各種類型的無線通訊訊號於消費性電子產品中已蓬勃展發展，例如無線電廣播(AM/FM)、全球行動通訊系統(GSM)、全球定位系統(GPS)、衛星數位廣播(SDARS)、行動數位電視(DVB)等。此外，隨著各種消費電子產品與無線通訊訊號的演進，對於應用在汽車電子上的無線通訊裝置也有正面的幫助，因此在近年來，製造商整合各種無線通訊系統的天線裝置已成為汽車電子發展的趨勢。

一般的單極(monopole)天線因設計容易且相對於偶極天線具有體積小、高增益的特性，因此易應用於車用通訊系統中。但對於接收低頻段700MHz的天線而言，考量到汽車行進時風壓對機構的限制，長度仍是太長。另一方面，車用的天線也可以設置於在車頂上，並利用鰭型的外殼來保護其內的天線不會受日曬、雨淋或風力而損壞。然而，在有限空間中，往往需設置多個天線於以接收不同類型的無線訊號，由於新世代長期演進技術(Long Term Evolution；LTE)使用的頻段多且為寬頻設計，對於多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output；MIMO)的二單極天線來說更具挑戰，例如LTE接收天線的低頻訊號接收部分因高度較高而易受鰭型外殼的空間限制。

此外，習知多輸入多輸出的二個單極天線之間需要足夠的距離以提升隔離度，因此若設置於鰭型外殼中，容易產生過高的互耦效應而失去原有多輸入多輸出天線的特性。

本發明之一技術態樣為一種天線裝置。

根據本發明一實施方式，一種天線裝置包含底座、二單極天線與罩蓋，且定義一投影面垂直於底座。二單極天線大致對稱地凸出於底座上，且二單極天線之間形成有一間隙。二單極天線於投影面上的投影彼此交錯。單極天線包含第一頻率接收部、第二頻率接收部與連接部。第一頻率接收部位於單極天線之靠近底座處。連接部位於第一頻率接收部與第二頻率接收部之間，且連接部形成有一開槽用以調整第一頻率接收部或第二頻率接收部的接收頻率。罩蓋組合於底座上，且罩蓋與底座之間形成一容置空間用以容置二單極天線。

在本發明一實施方式中，其中上述連接部彎折地連接於第一頻率接收部，且二單極天線之二連接部於投影面上的投影形成有一第一交點。

在本發明一實施方式中，其中上述連接部彎折地連接於第二頻率接收部，且二單極天線之二第二頻率接收部於投影面上的投影形成有一第二交點。

在本發明一實施方式中，其中上述第一頻率接收部傾斜地凸出於底座上，且二單極天線之二第一頻率接收部於投影面上的投影形成有一第一交點。

在本發明一實施方式中，其中上述二單極天線之二第一頻率接收部、第二頻率接收部或連接部於投影面上的投影均可以形成有一第二交點，其交點位置乃視需求調整其位置或數量。

在本發明一實施方式中，其中上述二單極天線於投影面上的投影形成有60至120度的夾角。

在本發明一實施方式中，其中上述間隙為3至10公分。

在本發明一實施方式中，其中上述天線裝置更包含一電路板位於底座上，且二單極天線大致對稱地凸出於電路板上。

在本發明一實施方式中，其中上述天線裝置更包含二支撐板立於底座或電路板上，且每一支撐板用以支撐每一單極天線。

在本發明一實施方式中，其中上述天線裝置更包含二隔離體立於電路板上，且二隔離體位於二單極天線之間或二單極天線位於二隔離體之間，此隔離體可為柱狀、板狀或其他幾何形狀。

在本發明一實施方式中，其中上述第一頻率接收部更包含饋入端耦接於電路板。

在本發明一實施方式中，其中上述每一單極天線包含一體成型的金屬薄片。

在本發明上述實施方式中，此天線裝置為多輸入多輸出天線。由於二單極天線可大致對稱地凸出於底座上且二單極天線於投影面上的投影彼此交錯，因此不僅可降低二單極天線的高度以方便地容置於罩蓋與底座之間的容置空間，還可藉由交叉極化的效果提升二單極天線間的隔離度並降低相關性。這樣的設計可避免二單極天線間的互耦效應過大而影響通訊品質。此外，位於連接部的開槽可依據第一頻率接收部或第二頻率接收部的接收頻率而設計，使單極天線為一具有雙頻接收功能的天線。

再者，天線裝置還可包含二支撐板與二隔離體。其中，二支撐板支撐二單極天線，以提升單極天線的強度，使單極天線更穩固地立於底座或電路板上。此外，二隔離體位於二單極天線之間或二單極天線位於二隔離體之間，亦即二隔離體位於二單極天線的內側或外側可以提升二單極天線間的隔離度。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示根據本發明一實施方式之天線裝置100的立體圖。第2圖繪示第1圖之天線裝置100移除罩蓋120後的立體圖。同時參閱第1圖與第2圖，天線裝置100為一種多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output；MIMO)天線，可設置於車頂200上。天線裝置100包含底座110、二單極天線150與罩蓋120，且定義一投影面142垂直於底座110的表面。二單極天線150大致對稱地凸出於底座110上，且二單極天線150之間形成有一間隙D。二單極天線150於投影面142上的投影彼此交錯。罩蓋120組合於底座110上，且罩蓋120與底座110之間形成一容置空間130來容置二單極天線150。

在本實施方式中，間隙D可以為3至10公分，依照設計者需求而定。罩蓋120的材質可以包含BT(Bismaleimide-Triazine)樹脂或玻璃纖維強化環氧樹脂(Fiberglass Reinforced Epoxy Resin；FR4)，且底座110的材質可以為金屬。另一方面，罩蓋120可以具有鰭型的外型。

此外，天線裝置100還可包含二支撐板160立於底座110上，且每一支撐板160支撐每一單極天線150。支撐板160可提升單極天線150的強度，使單極天線150更穩固地立於底座110上。

第3圖繪示根據本發明另一實施方式之天線裝置100(見第1圖)移除罩蓋120後的立體圖。與上述實施方式不同的地方在於，天線裝置100還可選擇性地包含位於底座110上的電路板140。在本實施方式中，二單極天線150大致對稱地凸出於電路板140上，且支撐板160立於電路板140上。二單極天線150於投影面142上的投影仍彼此交錯，且單極天線150仍可由支撐板160支撐，使單極天線150更穩固地立於電路板140上。

由於底座110上設置有電路板140，因此底座110可以為非金屬。在本實施方式中，罩蓋120與底座110的材質可以包含BT樹脂或玻璃纖維強化環氧樹脂。

在以下敘述中，將以第2圖的實施方式為例詳細說明單極天線150的結構與交錯方式，但應瞭解以下所敘述的單極天線150亦可應用於第3圖具有電路板140的實施方式，合先敘明。

第4圖繪示第2圖之單極天線150的前視圖。第5圖繪示第4圖之單極天線150的側視圖。同時參閱第4圖與第5圖，單極天線150包含第一頻率接收部152、第二頻率接收部154與連接部156。第一頻率接收部152位於單極天線150之靠近底座110(見第2圖)處。連接部156位於第一頻率接收部152與第二頻率接收部154之間，且連接部156形成有一開槽158用以調整第一頻率接收部152或第二頻率接收部154的接收頻率，使單極天線150為一具有雙頻接收功能的天線。

同時參閱第2圖與第4圖，第一頻率接收部152與底座110之間的距離H1小於第二頻率接收部154與底座110之間的距離H2。在本實施方式中，第一頻率接收部152可以接收低頻訊號(746-894MHz)，第二頻率接收部154可以接收高頻訊號(1710-2155MHz)。第一頻率接收部152還可包含饋入端159耦接於電路板140(見第3圖)。單極天線150可為一體成型的金屬薄片，因此可降低材料的成本。此外，製造者可採用塗佈、印刷、雷射雕刻、蝕刻或蒸鍍的方式將導電塗料形成於金屬薄片的表面，或直接以漆或膠塗佈於金屬薄片的表面做隔絕接觸的處理。

第6圖繪示第2圖之二單極天線150於投影面142上的投影。同時參閱第2圖與第6圖，二單極天線150於投影面142上的投影彼此交錯。在本實施方式中，連接部156彎折地連接於第一頻率接收部152與第二頻率接收部154，使二單極天線150之二連接部156於投影面142上的投影形成有第一交點P1。因此，二單極天線150於投影面142上的投影形成有夾角θ1，而夾角θ1可以為60至120度。

同時參閱第4圖，具體而言，由於二單極天線150對稱地立於底座110上且二單極天線150於投影面142上的投影彼此交錯，因此不僅可降低二單極天線150的高度(即第二頻率接收部154與底座110之間的距離H2)，以方便地容置於罩蓋120(見第1圖)與底座110之間的容置空間130(見第1圖)，還可藉由交叉極化的效果提升二單極天線150間的隔離度並降低相關性。這樣的設計可避免二單極天線150間的互耦效應過大而影響通訊品質，提高通訊傳輸效率。此外，位於連接部156的開槽158可依據第一頻率接收部152或第二頻率接收部154的接收頻率而設計，使單極天線150具有雙頻接收的功能。

第7A至7D圖繪示根據本發明其他實施方式之二單極天線150於投影面142上的投影。與第6圖相較，第7A圖之二單極天線150的第二頻率接收部154與連接部156間的彎折幅度較小。第7B圖之二單極天線150的第二頻率接收部154與連接部156之間並無彎折。第7C圖之二單極天線150的第二頻率接收部154與連接部156間的彎折幅度較大，使二連接部156於投影面142上的投影形成有第一交點P1，且二第二頻率接收部154於投影面142上的投影形成有第二交點P2。因此，二單極天線150於投影面142上的投影形成有夾角θ1與夾角θ2，其中夾角θ1與夾角θ2可以為60至120度。第7D圖之二單極天線150的第一頻率接收部152、第二頻率接收部154與連接部156之間皆無彎折，第一頻率接收部152傾斜地凸出於底座110(見第2圖)上，使二單極天線150之二第一頻率接收部152或二連接部156於投影面142上的投影形成有第一交點P1。

在本發明上述實施方式中，二單極天線150之二第一頻率接收部152可相互交叉、二第二頻率接收部154可相互交叉，且二連接部156亦可相互交叉。也就是說，二單極天線150於投影面142所交叉的位置或數量可依照設計者需求而定，並不以限制本發明。

應瞭解到，在以下敘述中，已經在上述實施方式中敘述過的內容將不再重複贅述，僅就天線裝置100(見第1圖)內其他的元件加以補充。

第8圖繪示根據本發明另一實施方式之天線裝置100(見第1圖)移除罩蓋120後的立體圖。同時參閱第1圖與第8圖，天線裝置100還可包含立於電路板140上的二隔離體170。在本實施方式中，二隔離體170位於二單極天線150之間，亦即二隔離體170位於二單極天線150的內側。如此一來，二隔離體170可以提升二單極天線150間的隔離度。隔離體170可以為金屬材質。此外，電路板140上還可設置其他種類的天線180、190。其中，天線180可以為全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System；GLONASS)的天線，天線190可以為全球定位系統(Global Positioning System；GPS)的天線。

第9圖繪示根據本發明又一實施方式之天線裝置100(見第1圖)移除罩蓋120後的立體圖。與上述實施方式不同的地方在於二單極天線150位於二隔離體170之間，亦即二隔離體170位於二單極天線150的外側。這樣的設計，二隔離體170仍可提升二單極天線150間的隔離度。

第10A圖至第10B圖繪示第2圖之二單極天線150之電壓駐波比與工作頻率的關係圖。第11A圖至第11B圖繪示第2圖之二單極天線150之隔離度與工作頻率的關係圖。圖式中的M1至M10為不同頻率下的量測點。

第12A圖至第12B圖繪示第2圖之二單極天線150之輻射效率與工作頻率的關係圖。第13A圖至第13B圖繪示第2圖之二單極天線150之二維電場與工作頻率的關係圖。由第10A圖至第13B圖的量測數據可知，此具有二單極天線150的天線裝置100(見第1圖)可穩定且正常地工作。

本發明上述實施方式與先前技術相較，具有以下優點：

(1)　二單極天線大致對稱地立於底座或電路板上且二單極天線於投影面上的投影彼此交錯，因此可降低二單極天線的高度以方便地容置於罩蓋與底座之間的容置空間。

(2)　二單極天線大致對稱地立於底座或電路板上且二單極天線於投影面上的投影彼此交錯，可藉由交叉極化的效果提升二單極天線間的隔離度並降低相關性，提高通訊傳輸效率。

(3)　連接部的開槽可調整第一頻率接收部或第二頻率接收部的接收頻率，使單極天線為一具有雙頻接收功能的天線。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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．．．天線裝置

110．．．底座

120．．．罩蓋

130．．．容置空間

140．．．電路板

142．．．投影面

150．．．單極天線

152．．．第一頻率接收部

154．．．第二頻率接收部

156．．．連接部

158．．．開槽

159．．．饋入端

160．．．支撐板

170．．．隔離體

180．．．天線

190．．．天線

200．．．車頂

D．．．間隙

H1．．．距離

H2．．．距離

M1至M10．．．量測點

P1．．．第一交點

P2．．．第二交點

θ1．．．夾角

θ2．．．夾角

第1圖繪示根據本發明一實施方式之天線裝置的立體圖。

第2圖繪示第1圖之天線裝置移除罩蓋後的立體圖。

第3圖繪示根據本發明另一實施方式之天線裝置移除罩蓋後的立體圖。

第4圖繪示第2圖之單極天線的前視圖。

第5圖繪示第4圖之單極天線的側視圖。

第6圖繪示第2圖之二單極天線於投影面上的投影。

第7A圖繪示根據本發明另一實施方式之二單極天線於投影面上的投影。

第7B圖繪示根據本發明又一實施方式之二單極天線於投影面上的投影。

第7C圖繪示根據本發明再一實施方式之二單極天線於投影面上的投影。

第7D圖繪示根據本發明另一實施方式之二單極天線於投影面上的投影。

第8圖繪示根據本發明另一實施方式之天線裝置移除罩蓋後的立體圖。

第9圖繪示根據本發明又一實施方式之天線裝置移除罩蓋後的立體圖。

第10A圖至第10B圖繪示第2圖之二單極天線之電壓駐波比與工作頻率的關係圖。

第11A圖至第11B圖繪示第2圖之二單極天線之隔離度與工作頻率的關係圖。

第12A圖至第12B圖繪示第2圖之二單極天線之輻射效率與工作頻率的關係圖。

第13A圖至第13B圖繪示第2圖之二單極天線之二維電場與工作頻率的關係圖。

110．．．底座

142．．．投影面

150．．．單極天線

160．．．支撐板

D．．．間隙

Claims

一種天線裝置，包含：一底座，且定義一投影面垂直於該底座；二單極天線，大致對稱地凸出於該底座上，且該二單極天線之間形成有一間隙，該二單極天線於該投影面上的投影彼此交錯，每一該單極天線包含：一第一頻率接收部，位於該單極天線之靠近底座處；一第二頻率接收部；以及一連接部，位於該第一頻率接收部與該第二頻率接收部之間，且該連接部形成有一開槽用以調整該第一頻率接收部或該第二頻率接收部的接收頻率；以及一罩蓋，組合於該底座上，且該罩蓋與該底座之間形成一容置空間用以容置該二單極天線。
如請求項1所述之天線裝置，其中該連接部彎折地連接於該第一頻率接收部，且該二單極天線之該二連接部於該投影面上的投影形成有一第一交點。
如請求項2所述之天線裝置，其中該連接部彎折地連接於該第二頻率接收部，且該二單極天線之該二第二頻率接收部於該投影面上的投影形成有一第二交點。
如請求項1所述之天線裝置，其中該第一頻率接收部傾斜地凸出於該底座上，且該二單極天線之該二第一頻率接收部於該投影面上的投影形成有一第一交點。
如請求項1所述之天線裝置，其中該二單極天線於該投影面上的投影形成有60至120度的夾角。
如請求項1所述之天線裝置，其中該間隙為3至10公分。
如請求項1所述之天線裝置，更包含：二支撐板，立於該底座上，且每一該支撐板用以支撐每一該單極天線。
如請求項1所述之天線裝置，其中每一該單極天線包含一體成型的金屬薄片。
如請求項1所述之天線裝置，更包含：一電路板，位於該底座上，且該二單極天線大致對稱地凸出於該電路板上。
如請求項9所述之天線裝置，更包含：二支撐板，立於該電路板上，且每一該支撐板用以支撐每一該單極天線。
如請求項9所述之天線裝置，更包含：二隔離體，立於該電路板上，且該二隔離體位於該二單極天線之間。
如請求項9所述之天線裝置，更包含：二隔離體，立於該電路板上，且該二單極天線位於該二隔離體之間。
如請求項9所述之天線裝置，其中該第一頻率接收部更包含：一饋入端，耦接於該電路板。