TWI474555B - 天線裝置與應用此天線裝置之天線系統及其操作方法 - Google Patents

Description

天線裝置與應用此天線裝置之天線系統及其操作方法

本揭露是有關於一種天線裝置、天線系統與其操作方法，特別是有關於一種具有高隔離度之天線裝置、天線系統與其操作方法。

無線相容認證(WiFi)系統及全球互通微波存取(WiMAX)系統為現今廣泛使用之通訊系統。無線相容認證系統係應用於區域網路(Local Area Network；LAN)，以提供小區域的無線上網服務，例如某些速食店會設置有熱點(Hotspot)來供顧客上網。全球互通微波存取系統則應用於都會網路(Metropolitan Area Network；MAN)，以提供用於連接網路服務的登入線路。無線相容認證系統及全球互通微波存取系統兩者之間係呈現一種互補的關係。

在現今的筆記型電腦或手持式裝置中，應用無線相容認證系統之天線系統通常會使用多重接收多重輸出(Multi-Input Multi-Output；MIMO)之天線系統，例如二個發射端對三個接收端(2×3)或三個發射端對三個接收端(3×3)5之天線系統，而應用於全球互通微波存取系統之天線系統，通常會使用單一輸入多重輸出(Single Input Multi-Output；SIMO)或多重接收多重輸出之天線系統，例如為一個發射端對二個接收端(1×2)或二個發射端對二個接收端(2×2)。

然而，對於無線通訊產品(例如迷你型筆記型電腦或手持式裝置)而言，通常受限於體積大小而只能提供很小的空間來容納MIMO天線系統所應用的多個天線裝置，因此當應用的天線裝置越多時，會導致天線裝置間之距離愈來愈近，造成天線裝置間之隔離度(Isolation)下降，天線裝置間訊號容易相互干擾，而發生通訊錯誤的問題。

目前的天線系統會在接地面上形成一隔離性溝槽介二天線裝置之間，以提高天線的隔離度。然而，這種溝槽會破壞接地面結構，對模組訊號的傳輸造成不良影響。另外一種提升天線間隔離度的方法，即是在接地面周緣上突伸有一延伸部於兩天線裝置間。此延伸部係做為干擾器，且其長度為無線訊號的四分之一波長，如同一個單極天線，將影響天線的工作頻率及輻射場形等重要參數，並增加了天線系統的設計難度。

因此，需要一種天線裝置與天線系統，其不但具有很高的隔離度，而且不會影響訊號的傳輸、天線的工作頻率以及輻射場形。

本發明之一方面是在提供於一種天線裝置與天線系統，其天線裝置之間的間隔可大幅地縮小，而同時具有高隔離度的特性，如此可以減少容納多個天線裝置所需的空間。

本發明之另一方面是在提供於一種天線系統之操作方法，其係利用傳導型/輻射型感應電流相互抵銷原理來改善天線隔離度。

根據本發明之一實施例，此天線裝置包含介質基材、輻射體以及接地面。介質基材具有相對之第一表面與第二表面。接地面係設置於第一表面上且包含第一接地部與第二接地部。第一接地部係實質垂直於第二接地部，以形成L型之接地面。輻射體係設置於第一表面上且包含第一條狀輻射部、第二條狀輻射部以及連接部，其中第一條狀輻射部係實質平行於第一接地部，且第一條狀輻射部之第一端部與第二接地部之間具有間隙。第二條狀輻射部係實質平行於第一接地部且其第一端部係連接至第二接地部。連接部係連接第一輻射部之第二端部與第二輻射部之第二端部，以形成U型開口，此U型開口係朝向第二接地部。

根據本發明之一實施例，此天線系統包含二天線裝置。此二天線裝置係設置於系統接地面上，且這些天線裝置間具有間隔。每一天線裝置包含介質基材、輻射體以及接地面。介質基材具有相對之第一表面與第二表面。接地面係設置於第一表面上且包含第一接地部與第二接地部。第一接地部係實質垂直於第二接地部，以形成L型之接地面。輻射體係設置於第一表面上且包含第一條狀輻射部、第二條狀輻射部以及連接部，其中第一條狀輻射部係實質平行於第一接地部，且第一條狀輻射部之第一端部與第二接地部之間具有間隙。第二條狀輻射部係實質平行於第一接地部且其第一端部係連接至第二接地部。連接部係連接第一輻射部之第二端部與第二輻射部之第二端部，以形成U型開口，此U型開口係朝向第二接地部。在此天線系統中，這些天線裝置之第一接地部係鄰接於系統接地面，且這些天線裝置之其中一者之第二接地部係位於這些天線裝置之輻射體之間。當電子訊號被饋入至天線裝置之一者之輻射體時，電子訊號會從此天線裝置之輻射體流入至接地面，並於另一天線裝置上感應出流向相反之傳導型感應電流和輻射型感應電流，藉此來提升天線裝置間的隔離度。

根據本發明之一實施例，在此操作方法中，首先提供二天線裝置，其中每一天線包含一幅射體和接地面。接著，將天線裝置設置於系統接地面上，並使天線裝置間具有間隔。將電子訊號饋入至天線裝置之一者之輻射體，以使電子訊號從此天線裝置之輻射體流入至接地面，並於天線裝置之另一者上感應出傳導型感應電流，以及利用近場感應來於天線裝置之此另一者上感應出輻射型感應電流，其中，傳導型感應電流之流向係與輻射型感應電流之流向相反，藉此來維持天線裝置之另一者在未工作時之特性，而提升天線裝置間的隔離度。

由上述說明可知，本發明實施例之天線裝置、天線系統與天線系統之操作方法係利用傳導型/輻射型感應電流相互抵銷的原理，來提高天線裝置間的隔離度，如此天線裝置間的間隔可被大幅地縮小，以於有限的天線容置空間中，置入更多的天線裝置。

請參照第1圖，其係繪示根據本發明實施例之天線裝置100的結構俯視圖。天線裝置100包含介質基材110、接地面120、輻射體130以及訊號饋入組件(未繪示)。基材110具有表面112，而接地面120與輻射體130皆設置於表面112上。接地面120包含接地部122和124，其中接地部122係實質垂直於接地部124，以使接地面120呈現L型之外形。在本發明之實施例中，介質基材110之材質為玻璃纖維，而接地面120為導電金屬，但本發明之實施例並不受限於此。

輻射體130包含條狀輻射部132、134以及連接部136。條狀輻射部132與134係實質平行於接地部122，而連接部136係將輻射部132之端部132b連接至輻射部134之端部134b，以形成U型之開口115，此開口115係朝向接地部124。條狀輻射部132之端部132a係電性連接至訊號饋入組件，且端部132a與接地部124之間具有間隙116。輻射部134之端部134a係電性連接至接地部124，如此由訊號饋入組件所饋入之電子訊號便會輻射體130而流入接地面120中。另外，本實施例之天線裝置100為半波長之天線，意即輻射體130的總長度為所發射之電波訊號的波長的一半。

由以上說明可知，天線裝置100為開迴路(Open Loop)之天線。天線裝置100可將訊號饋入組件所饋入之電子訊號轉換成電波訊號來發射出去，以傳遞此電子訊號。另外，在本發明之實施例中，輻射體130之材質為導電金屬，但本發明之實施例並不受限於此。

請參照第2a圖，其係繪示根據本發明實施例之天線系統200的結構俯視圖。天線系統200包含至少二個天線裝置100，天線裝置100之間具有間隔205，以實質分開兩相鄰之天線裝置100。這些天線裝置100係設置於天線容置空間210中，且鄰接於系統接地面220，其中天線容置空間210可為手持裝置或筆記型電腦所提供的空間，而系統接地面220則為手持裝置或筆記型電腦之系統接地面。

在本實施例中，天線裝置100之一者之接地部124係位於兩天線裝置100之輻射體130之間，但本發明實施例之天線裝置之排列方式並不受限於此。在本發明之其他實施例中，亦可將兩天線裝置100之接地部124皆排列在兩天線裝置100之輻射體130之間。

請參照第2b圖，其係繪示天線系統200的感應電流流向示意圖。對於兩個彼此相鄰之天線裝置100而言，其互相影響的機制有兩個，即傳導型感應電流與輻射型感應電流。如第2b圖所繪示，當第2b圖左側的天線裝置100(以下稱為左側天線)工作時，第2b圖右側的天線裝置100(以下稱為右側天線)會因為左側天線的驅動電流而感應產生傳導型感應電流與輻射型感應電流，而其流向也在右側天線上標示出來。由第2b圖可明顯看出，在右側天線之條狀輻射部132上的傳導型感應電流與輻射型感應電流方向是相反的。類似地，在右側天線之接地部124上的傳導型感應電流與輻射型感應電流方向也是相反的，此互相抵消的電流，維持右側天線裝置未動作時應有的特性而提升二天線裝置間的隔離度。

由以上說明可知，本發明實施例之天線系統的操作方法係先於左側天線裝置之輻射體130中饋入電子訊號，使電子訊號經由輻射體130流入至接地面120。接著，右側天線便會感應出相反流向之傳導型感應電流和輻射型感應電流，並互相抵消，其中傳導型感應電流係由左側天線裝置中流入接地面之電子訊號所感應生成，而輻射型感應電流係利用近場感應原理而生成。

本發明實施例係利用傳導型感應電流與輻射型感應電流相互抵銷的原理來提升天線裝置間的隔離度，意即兩相鄰天線裝置100間的間隔205可被大幅地縮小，如此天線系統200所佔據的空間可大幅地縮小，且可較為容易地設置在有限的天線容置空間210中。

請同時參照第3a圖和第3b圖，第3a圖係繪示根據本發明實施例之天線系統300的結構俯視圖，第3b圖係繪示天線系統300的感應電流流向示意圖。天線系統300係類似天線系統200，但不同之處在於天線系統300的天線裝置排列方向與天線系統200不同。由第3a圖可看出，天線系統300的天線裝置排列方向與天線系統200的天線裝置排列方向相反，但其所應用的感應電流相互抵銷原理則是相類似的。例如，在第3b圖中，右側天線之條狀輻射部132上的傳導型感應電流與輻射型感應電流方向是相反的，因此這部份的影響將會互相抵銷。

請同時參照第4a圖和第4b圖，第4a圖係繪示根據本發明實施例之天線系統400的結構俯視圖，第4b圖係繪示天線系統400的感應電流流向示意圖。天線系統400係類似天線系統200，但不同之處在於天線系統400的天線裝置排列方向與天線系統200不同。由第4a圖可看出，兩天線裝置100之接地部124皆排列在兩天線裝置100之輻射體130之間。

值得注意的是，由於排列方向的不同，天線系統400的感應電流流向與天線系統200也不同。例如，在第4b圖中，傳導型感應電流的流向係由輻射體130至接地面120。又例如，輻射型感應電流的流向係由輻射部134流向接地面120，再由接地面120流向輻射部132。雖然，天線系統400的感應電流流向與天線系統200不同，但是傳導型感應電流與輻射型感應電流的流向仍為相反。例如，在第4b圖中，右側天線之條狀輻射部132上的傳導型感應電流與輻射型感應電流方向是相反的，因此這部份的影響將會互相抵銷。又例如，在右側天線之接地部124上的傳導型感應電流與輻射型感應電流方向也是相反的，因此這部份的影響也會互相抵銷。

請同時參照第5a圖和第5b圖，第5a圖係繪示根據本發明實施例之天線裝置500的結構俯視圖，第5b圖係繪示根據本發明實施例之天線裝置500的結構仰視圖。天線裝置500係類似天線裝置100，但不同之處在於天線裝置500更包含饋入電極510，此饋入電極510係設置於與表面112相對之另一表面114上，且饋入電極510之一部份係與條狀輻射部132重疊。

饋入電極510係電性連接至訊號饋入組件，以接收訊號饋入組件所饋入之電子訊號。當電子訊號被施加至饋入電極510後，條狀輻射部132之端部132a上便會被耦合激發出此電子訊號，並透過輻射體130來發射出去。

本實施例之天線裝置500係利用耦合激發的方式來饋入電子訊號，如此可增加訊號的頻寬，以利訊號的傳送。

由以上說明可知，本發明之實施例提供了多種的天線裝置與天線系統，這些天線系統係應用輻射型感應電流和傳導型感應電流相互抵銷的原理，而提升近距離多輸入多輸出天線間之隔離度。另外，本發明實施例之天線裝置可利用印刷式製程來製作，因此製作方式製作交為容易。再者，應用本發明實施例之天線系統的手持式裝置與筆記型電腦可減少提供給天線用的容置空間，簡化手持式裝置與筆記型電腦的機構設計。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，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．．．介質基材

112、114．．．表面

115．．．U型開口

116．．．間隙

120．．．接地面

122、124．．．接地部

130．．．輻射體

132、134．．．條狀輻射部

136．．．連接部

132a、132b．．．端部

134a、134b．．．端部

200．．．天線系統

205．．．間隔

210．．．天線容置空間

220．．．系統接地面

300．．．天線系統

400．．．天線系統

500．．．天線裝置

510．．．饋入電極

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖係繪示根據本發明實施例之天線裝置的結構俯視圖。

第2a圖係繪示根據本發明實施例之天線系統的結構俯視圖。

第2b圖係繪示根據本發明實施例之天線系統的感應電流流向示意圖。

第3a圖係繪示根據本發明實施例之天線系統的結構俯視圖。

第3b圖係繪示根據本發明實施例之天線系統的感應電流流向示意圖。

第4a圖係繪示根據本發明實施例之天線系統的結構俯視圖。

第4b圖係繪示根據本發明實施例之天線系統的感應電流流向示意圖。

第5a圖係繪示根據本發明實施例之天線裝置的結構俯視圖。

第5b圖係繪示根據本發明實施例之天線裝置的結構仰視圖。

100．．．天線裝置

110．．．介質基材

112．．．表面

115．．．U型開口

116．．．間隙

120．．．接地面

122、124．．．接地部

130．．．輻射體

132、134．．．條狀輻射部

136．．．連接部

132a、132b．．．端部

134a、134b．．．端部

Claims (10)

1. 一種天線裝置，用以接收一電子訊號並根據該電子訊號來發射一電波訊號，該天線裝置包含：一介質基材，具有相對之一第一表面與一第二表面；一接地面，設置於該第一表面上且包含一第一接地部與一第二接地部，該第一接地部係實質垂直於該第二接地部，以形成L型之該接地面；以及一輻射體，設置於該第一表面上，其中該輻射體包含：一第一條狀輻射部，實質平行於該第一接地部，且具有一第一端部和一第二端部，其中該第一條狀輻射部之該第一端部與該第二接地部之間具有一間隙；一第二條狀輻射部，實質平行於該第一接地部且具有一第一端部和一第二端部，其中該第二條狀輻射部之該第一端部係連接至該第二接地部；以及一連接部，連接該第一輻射部之該第二端部與該第二輻射部之該第二端部，以形成一U型開口，該U型開口係朝向該第二接地部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中該輻射體之長度係大約等於該電波訊號之波長的一半。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，更包含一訊號饋入組件，電性連接至該第一條狀輻射部之該第一端部，以饋入該電子訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，更包含：一饋入電極，設置於該介質基材之該第二表面上，其中該饋入電極之一部分係與該第一條狀輻射部之該第一端部重疊；以及一訊號饋入組件，電性連接至該饋入電極，以饋入該電子訊號至該饋入電極，並透過耦合方式將該電子訊號耦合至該第一條狀輻射部之該第一端部。
5. 一種天線系統，包含：二天線裝置，設置於一系統接地面上，且該些天線裝置間具有一間隔，其中每一該些天線裝置係用以接收一電子訊號並根據該電子訊號來發射一電波訊號，每一該些天線裝置包含：一介質基材，具有相對之一第一表面與一第二表面；一接地面，設置於該第一表面上且包含一第一接地部與一第二接地部，該第一接地部係實質垂直於該第二接地部，以形成L型之該接地面；以及一輻射體，設置於該第一表面上，其中該輻射體包含：一第一條狀輻射部，實質平行於該第一接地部，且具有一第一端部和一第二端部，其中該第一條狀輻射部之該第一端部與該第二接地部之間具有一間隙；一第二條狀輻射部，實質平行於該第一接地部且具有一第一端部和一第二端部，其中該第二條狀輻射部之該第一端部係連接至該第二接地部；以及一連接部，連接該第一輻射部之該第二端部與該第二輻射部之該第二端部，以形成一U型開口，該U型開口係朝向該第二接地部；其中，該些天線裝置之該些第一接地部係鄰接於該系統接地面，且該些天線裝置之一者之該第二接地部係位於該些天線之該些輻射體之間，當該電子訊號被饋入至該些天線裝置之一者之該輻射體時，該電子訊號會從該些天線裝置之該者之該輻射體流入至該些天線裝置之該者之該接地面，並於該些天線裝置之另一者上感應出一傳導型感應電流，以及利用近場感應來於該些天線裝置之該另一者上感應出與該傳導型感應電流流向相反之一輻射型感應電流，藉此來提升該些天線裝置間的隔離度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之天線系統，其中該些天線裝置之另一者之該第二接地部係位於該些天線裝置之該些輻射體之間。
7. 如申請專利範圍第5項所述之天線系統，其中該輻射體之長度係實質等於該電波訊號之波長的一半。
8. 如申請專利範圍第5項所述之天線系統，更包含一訊號饋入組件，電性連接至該第一條狀輻射部之該第一端部，以饋入該電子訊號。
9. 如申請專利範圍第5項所述之天線系統，更包含：一饋入電極，設置於該介質基材之該第二表面上，其中該饋入電極之一部分係與該第一條狀輻射部之該第一端部重疊；以及一訊號饋入組件，電性連接至該饋入電極，以饋入該電子訊號至該饋入電極，並透過耦合方式將該電子訊號耦合至該第一條狀輻射部之該第一端部。
10. 一種天線系統之操作方法，包含：提供二天線裝置，其中每一該些天線包含一輻射體和一接地面；將該些天線裝置設置於一系統接地面上，並使該些天線裝置間具有一間隔；以及將一電子訊號饋入至該些天線裝置之一者之該輻射體，以使該電子訊號從該些天線裝置之該者之該輻射體流入至該些天線裝置之該者之該接地面，並於該些天線裝置之另一者上感應出一傳導型感應電流，以及利用近場感應來於該些天線裝置之該另一者上感應出與該傳導型感應電流流向相反之一輻射型感應電流；其中，該傳導型感應電流之流向係與該輻射型感應電流之流向相反，藉此來提升該些天線裝置間的隔離度。