TWI509888B - 指向性天線及智慧型天線系統 - Google Patents

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Description

指向性天線及智慧型天線系統
本發明係指一種指向性天線及智慧型天線系統，尤指一種可使用一可攜式裝置之一螢幕之一金屬成分作為一反射板，以產生一指向性輻射場型的指向性天線及智慧型天線系統。
天線設計對具無線通訊功能之可攜式裝置如無線區域網路(wireless local area network，WLAN)或其它行動通訊系統而言相當重要。習知無線通訊裝置係使用一個或複數個全向性天線接收來自所有方向之無線訊號，加上天線分集(antenna diversity)技術以判斷應使用哪一個或哪些全向性天線來接收或傳輸訊號。然而，全向性天線之效能與增益並不夠好。因此，習知技術實有改進之必要，以得到可提供具有較聰明及較佳接收品質之天線設計。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可使用一可攜式裝置之一螢幕之一金屬成分作為一反射板，以產生一指向性輻射場型的指向性天線及智慧型天線系統。
本發明揭露一種指向性天線，用於一可攜式裝置中。該指向性天線包含有至少一天線，設置於該可攜式裝置之一螢幕之一側上， 藉由使用該螢幕之一金屬成分作為一反射板，以產生一指向性輻射場型。
本發明另揭露一種智慧型天線系統，用於一可攜式裝置中。該智慧型天線系統包含有複數個指向性天線。各指向性天線包含有至少一天線，設置於該可攜式裝置之一螢幕之一側上，藉由使用該螢幕之一金屬成分作為一反射板，以產生一指向性輻射場型；其中，該複數個指向性天線所產生之全部指向性輻射場型大致形成一全向性輻射場型。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一智慧型天線系統10之示意圖。智慧型天線系統10係用於一可攜式裝置12中。智慧型天線系統10包含有指向性天線ANT1-ANT4。指向性天線ANT1-ANT4中一指向性天線ANTx包含有至少一天線。該至少一天線係設置於可攜式裝置12之一螢幕14之一側上，並使用螢幕14之一金屬成分作為一反射板，以產生一指向性輻射場型DRPx。設置該至少一天線之螢幕14之該側可為螢幕14之一左側、一右側、一下側、一上側或一背面(未繪出)。指向性天線ANT1-ANT4所產生之所有指向性輻射場型DRP1-DRP4可大致形成一全向性輻射場型。
值得注意的是，相較於全向性天線，指向性天線通常於相對應 指向性輻射場型處相對具有許多優點，如對所欲訊號具有較高增益、較長傳輸距離、較佳接收訊號強度指標(received signal strength indication，RSSI)、較低旁側(side lobe)干擾、低雜訊以及在相同等效全向輻射功率(Equivalent isotropically radiated power，EIRP)要求下具有較低功耗等。因此，在上述配置下，由全部指向性輻射場型DRP1~DRP4所大致形成之全向性輻射場型較由一個或複數個全向性天線所形成之全向性輻射場型具有較佳效能。如此一來，智慧型天線系統10可具有較佳增益及效能。
詳細來說，請參考第2A圖及第2B圖。第2A圖為一全向性天線20及一相對應輻射場型DRP之示意圖，而第2B圖為本發明實施例具有一反射板24之一全向性天線22及一相對應輻射場型DRP’之示意圖。如第2A圖及第2B圖所示，具有反射板24之全向性天線22可提供一指向性輻射場型DRP’。因此，具有反射板24之全向性天線22可作為一指向性天線，並提供較全向性天線20高的增益。舉例來說，具有一驅動器之一偶極(dipole)天線(如所示第2A圖)具有2dB的最大天線增益。若增加一反射板至該偶極天線(如所示第2B圖)，則最大天線增益變為5dB，為原本增益的兩倍。
在此情況下，請繼續參考第1圖。為了設置指向性天線ANTx於螢幕14之該側與可攜式裝置12之一殼體之間的一空間中，該至少一天線可使用螢幕14之該金屬成分作為該反射板，以產生指向性輻射場型DRPx。值得注意的是，由於螢幕14之一側框為金屬，該 金屬成分在習知技術中係用來接地，例如於習知筆記型電腦中一平面倒F天線(plane inverse F antenna，PIFA)中，該金屬成分係用來接地以設計一全向性天線。相較之下，在本發明中，該至少一天線係使用螢幕14之該金屬成分作為指向性天線ANTx之該反射板，以提供較高增益。再者，該至少一天線可進一步設計成於遠場具有建設性干涉，以更加提升增益。
舉例來說，請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一指向性天線30之示意圖。當指向性天線ANTx設置於螢幕14之左側、右側、下側及上側當中一者上時(與殼體之間空間相當窄)，指向性天線30可用來實現指向性天線ANTx。
如第3圖所示，指向性天線30包含有至少一天線。以指向性天線30為一串聯饋入偶極陣列天線(series feed dipole array antenna)為例，指向性天線30另包含有一饋入線、一接墊及一雙層基板。雙層基板可用作一上層金屬及一底層金屬，其可為具有一長度L3及一厚度W(如分別為140mm及0.6mm)之一FR4基板。該至少一天線為串聯饋入，且可為具有一長度L1之一偶極天線D1及具有一長度L2之一偶極天線D2，其中，長度L1與長度L2相等(如50mm)。偶極天線D1與偶極天線D2之間距離d(如70mm)可設計成使偶極天線D1及偶極天線D2具有一特定相位差。該饋入線以雙導體方式將訊號饋入具有該特定相位差之偶極天線D1及偶極天線D2，使得偶極天線D1及偶極天線D2於遠場具有建設性干涉。該接墊係位 於一饋入點，可進行阻抗匹配。一同軸電纜之一火線係連結於該底層金屬之該饋入線，而其一地線係連結於該正面金屬之該接墊。在此設計下，可增加天線之最大增益。
請參考第4A圖及第4B圖。第4A圖為本發明實施例第3圖所示之指向性天線30設置於一筆記型電腦40之一螢幕44之一左側之示意圖，第4B圖為本發明實施例第3圖所示之指向性天線30之回波損耗(return loss，即S11參數)之示意圖。如第4A圖及第4B圖所示，指向性天線30可使用螢幕44之一金屬成分作為一反射板，以產生具有6dB天線增益之一指向性輻射場型。此外，指向性天線30可於2.4GHz~2.5GHz之間具有低於-10dB的回波損耗。依此類推，指向性天線30亦可設置於螢幕44之右側及上側上，以使用螢幕44之金屬成分作為一反射板，進而產生指向性輻射場型。
另一方面，請參考第5A圖，第5A圖為本發明實施例一指向性天線50及一相對應指向性輻射場型之示意圖。當指向性天線ANTx設置於螢幕14之背面上時(與殼體之間空間相當薄但廣)，指向性天線50可用來實現指向性天線ANTx。
如第5A圖所示，指向性天線50包含有至少一天線。以指向性天線50為一平行饋入平板陣列天線(parallel feed patch array antenna)為例，該至少一天線為平行饋入，其可為具有相似尺寸及一平行鎖入網路之四個平板天線P1-P4。指向性天線50可使用螢幕14之一 金屬成分作為一反射板，以產生具有8dB天線增益之一指向性輻射場型。此外，請參考第5B圖，第5B圖為本發明實施例第5A圖所示之指向性天線50之回波損耗之示意圖。如第5B圖所示，指向性天線50可於2.4GHz~2.5GHz之間具有低於-10dB之回波損耗。
值得注意的是，本發明之主要精神在於使用一可攜式裝置之一螢幕之一金屬成分作為一反射板，以產生一指向性輻射場型，使得所產生之所有指向性輻射場型可大致形成一全向性輻射場型，因而具有較佳增益及效能。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，可攜式裝置12係較佳為一筆記型電腦，但亦可為一平板電腦、一行動電話等。
此外，指向性天線30之該至少一天線不限於任何饋入種類、天線種類或數量，只要該至少一天線可設置於螢幕14之左側、右側、下側及上側當中一者上(與殼體之間空間相當窄)，以藉由螢幕14之一金屬成分作為一反射板，進而產生一指向性輻射場型即可。舉例來說，指向性天線30之該至少一天線不限於串聯饋入，亦可為平行饋入；該指向性天線30之該至少一天線亦不限於偶極天線，而可為摺疊偶極天線(folded dipole antenna)或其它種類天線。
另一方面，指向性天線50之該至少一天線亦不限於任何饋入種類、天線種類或數量，只要該至少一天線可設置於螢幕14之背面上(與殼體之間空間相當薄但廣)，以使用螢幕14之一金屬成分作為 一反射板，進而產生一指向性輻射場型即可。舉例來說，指向性天線50之該至少一天線不限於平行饋入，亦可為串聯饋入，只要指向性天線50之該至少一天線中兩支天線具有一特定相位差，使得指向性天線50之該至少一天線中兩支天線於遠場具有建設性干涉即可。
在習知技術中，全向性天線之效能與增益並不夠好。相較之下，本發明使用螢幕之金屬成分作為一反射板，以產生指向性輻射場型，進而大致形成具有較佳增益及效能之一全向性場型。更進一步地，本發明提供一串聯饋入偶極陣列天線設計用於螢幕之左側、右側、下側及上側，以及一平行饋入平板陣列天線設計用於螢幕之背面，進而產生具有較高增益及效能之指向性輻射場型。
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‧‧‧智慧型天線系統
12‧‧‧可攜式裝置
14、44‧‧‧螢幕
20‧‧‧全向性天線
22‧‧‧全向性天線
24‧‧‧反射板
40‧‧‧筆記型電腦
ANT1-ANT4、30、50‧‧‧指向性天線
DRP1-DRP4、DRP’‧‧‧指向性輻射場型
DRP‧‧‧輻射場型
L1、L2、L3‧‧‧長度
d‧‧‧距離
D1、D2‧‧‧偶極天線
W‧‧‧厚度
第1圖為本發明實施例一智慧型天線系統之示意圖。
第2A圖為一全向性天線及一相對應輻射場型之示意圖。
第2B圖為本發明實施例具有一反射板之一全向性天線及一相對應輻射場型之示意圖。
第3圖為本發明實施例一指向性天線之示意圖。
第4A圖為本發明實施例第3圖所示之指向性天線設置於一筆 記型電腦之一螢幕之左側之示意圖。
第4B圖為本發明實施例第3圖所示之指向性天線之回波損耗之示意圖。
第5A圖為本發明另一實施例一指向性天線及一相對應指向性輻射場型之示意圖。
第5B圖為本發明實施例第5A圖所示之指向性天線之回波損耗之示意圖。
10‧‧‧智慧型天線系統
12‧‧‧可攜式裝置
14‧‧‧螢幕
ANT1-ANT4‧‧‧指向性天線
DRP1-DRP4‧‧‧指向性輻射場型

Claims (16)

  1. 一種指向性天線，用於一可攜式裝置中，包含有：至少一第一天線，設置於該可攜式裝置之一螢幕之一側上，其藉由該螢幕之一側之一金屬成分作為一反射板，以產生一指向性輻射場型，其中該至少一第一天線為串聯偶極陣列天線；以及至少一第二天線，設置於該可攜式裝置之該螢幕之一背面上，其藉由該螢幕之背面之一金屬成分作為一反射板，以產生一指向性輻射場型，其中該至少一第二天線為平行饋入平板陣列天線。
  2. 如請求項1所述之指向性天線，其中該至少一第一天線係設置於該可攜式裝置之該螢幕之一右側、一左側、一上側以及一下側當中一者上。
  3. 如請求項2所述之指向性天線，其中該至少一第一天線中兩支天線於遠場具有建設性干涉。
  4. 如請求項3所述之指向性天線，其中該至少一第一天線中兩支天線具有一特定相位差，使得該至少一第一天線中該兩支天線於遠場具有建設性干涉。
  5. 如請求項2所述之指向性天線另包含有一接墊，位於該至少一第一天線之一饋入點，用來進行阻抗匹配。
  6. 如請求項2所述之指向性天線，其中該至少一第一天線係至少一摺疊偶極天線(folded dipole antenna)。
  7. 如請求項1所述之指向性天線，其中該至少一第二天線中兩支天線於遠場具有建設性干涉。
  8. 如請求項7所述之指向性天線，其中該至少一第二天線中兩支天線具有一特定相位差，使得該至少一第二天線中該兩支天線於遠場具有建設性干涉。
  9. 一種智慧型天線系統，用於一可攜式裝置中，包含有：複數個指向性天線，各指向性天線包含有：至少一第一天線，設置於該可攜式裝置之一螢幕之一側上，其藉由該螢幕之一側之一金屬成分作為一反射板，以產生一指向性輻射場型，其中該至少一第一天線為串聯偶極陣列天線；以及至少一第二天線，設置於該可攜式裝置之該螢幕之一背面上，其藉由該螢幕之背面之一金屬成分作為一反射板，以產生一指向性輻射場型，其中該至少一第二天線為平行饋入平板陣列天線； 其中，該複數個指向性天線所產生之全部指向性輻射場型大致形成一全向性輻射場型。
  10. 如請求項9所述之智慧型天線系統，其中該至少一第一天線係設置於該可攜式裝置之該螢幕之一右側、一左側、一上側以及一下側當中一者上。
  11. 如請求項10所述之指向性天線，其中該至少一第一天線中兩支天線於遠場具有建設性干涉。
  12. 如請求項11所述之智慧型天線系統，其中該至少一第一天線中兩支天線具有一特定相位差，使得該至少一天線中該兩支天線於遠場具有建設性干涉。
  13. 如請求項10所述之智慧型天線系統，其中該各指向性天線另包含一接墊，位於該至少一第一天線之一饋入點，用來進行阻抗匹配。
  14. 如請求項10所述之智慧型天線系統，其中該至少一天線係至少一摺疊偶極天線(folded dipole antenna)。
  15. 如請求項9所述之指向性天線，其中該至少一第二天線中兩支天線於遠場具有建設性干涉。
  16. 如請求項15所述之智慧型天線系統，其中該至少一第二天線中兩支天線具有一特定相位差，使得該至少一第二天線中該兩支天線於遠場具有建設性干涉。
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