TWI514680B - 多頻天線及多頻天線配置方法 - Google Patents

多頻天線及多頻天線配置方法 Download PDF

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TWI514680B TW103109977A TW103109977A TWI514680B TW I514680 B TWI514680 B TW I514680B TW 103109977 A TW103109977 A TW 103109977A TW 103109977 A TW103109977 A TW 103109977A TW I514680 B TWI514680 B TW I514680B
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Description

多頻天線及多頻天線配置方法
本發明係指一種多頻天線及多頻天線配置方法，尤指一種可涵蓋多個頻段、且具有高增益值、寬頻、高隔離度、小尺寸之多頻天線及多頻天線配置方法。
具有無線通訊功能的電子產品，如筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant)等，係透過天線來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號，進而存取無線網路。因此，為了讓使用者能更方便地存取無線通訊網路，理想天線的頻寬應在許可範圍內儘可能地增加，而尺寸則應儘量減小，以配合電子產品體積縮小之趨勢。此外，隨著無線通訊技術不斷演進，電子產品所配置的天線數量可能增加。舉例來說，長期演進(Long Term Evolution，LTE)無線通訊系統支援多輸入多輸出(Multi-input Multi-output，MIMO)通訊技術，亦即相關電子產品可透過多重(或多組)天線同步收發無線訊號，以在不增加頻寬或總發射功率耗損(Transmit Power Expenditure)的情況下，大幅地增加系統的資料吞吐量(Throughput)及傳送距離，進而有效提升無線通訊系統之頻譜效率及傳輸速率，改善通訊品質。
此外，長期演進無線通訊系統共採用44個頻段，涵蓋的頻率從最低的698MHz，到最高的3800MHz。由於頻段的分散和雜亂，即使在同一國家或地區，系統業者仍可能同時使用多個頻段。在此情形下，如何設計符合傳輸需求的天線，同時兼顧尺寸及功能，已成為業界所努力的目標之一。
因此，本發明主要提供一種多頻天線及多頻天線配置方法，以涵 蓋多個頻段，並兼具高增益值、寬頻、高隔離度及較小尺寸。
本發明揭露一種多頻天線配置方法，用來配置一多頻天線以收發複數個頻段之無線電訊號，該多頻天線配置方法包含有決定該多頻天線之一磁導體(magnetic conductor)反射板與該多頻天線之一第一輻射金屬部之間之一距離，其中，該磁導體反射板係用來反射該無線電訊號，以增加該多頻天線之增益值；根據一配置要求，計算該磁導體反射板於該距離對應該複數個頻段中一第一頻段之一第一中心頻率之一第一反射相位值及對應該複數個頻段中一第二頻段之一第二中心頻率之一第二反射相位值，其中該配置要求係使該無線電訊號與反射之該無線電訊號於空間中至少一位置形成建設性干涉；決定該多頻天線之一長度與一寬度；調整該磁導體反射板之一材料與一幾何特徵，以改變該磁導體反射板之複數個反射相位相對於複數個頻率之一關係曲線，而使該第一中心頻率對應之一第一反射相位等於該第一反射相位值，且使該第二中心頻率對應之一第二反射相位等於該第二反射相位值；以及根據該關係曲線，決定該磁導體反射板之該材料與該幾何特徵。
本發明另揭露一種多頻天線，用來收發複數個頻段之無線電訊號，包含有一磁導體(magnetic conductor)反射板，用來反射該無線電訊號，以增加該多頻天線之增益值；以及一第一輻射金屬部，位於該磁導體反射板之上；其中，該磁導體反射板、該第一輻射金屬部及該支撐件係根據一多頻天線配置方法而設置，該多頻天線配置方法包含決定該磁導體反射板與該第一輻射金屬部之間之一距離；根據一配置要求，計算該磁導體反射板於該距離對應該複數個頻段中一第一頻段之一第一中心頻率之一第一反射相位值及對應該複數個頻段中一第二頻段之一第二中心頻率之一第二反射相位值，其中該配置要求係使該無線電訊號與反射之該無線電訊號於空間中至少一位置形成建設性干涉；決定該多頻天線之一長度與一寬度；調整該磁導體反射板之一材料與一幾何特徵，以改變該磁導體反射板之複數個反射相位相對於複數個頻率之一關係曲線，而使該第一中心頻率對應之一第一反射相位等於該第 一反射相位值，且使該第二中心頻率對應之一第二反射相位等於該第二反射相位值；以及根據該關係曲線，決定該磁導體反射板之該材料與該幾何特徵。
50‧‧‧多頻天線
500、900‧‧‧磁導體反射板
510、520、910‧‧‧輻射金屬部
530、540‧‧‧支撐件
D2、D3、H‧‧‧距離
302‧‧‧金屬平板
304‧‧‧介質層
MP11~MP33‧‧‧金屬突出物
SQ11~SQ33‧‧‧正方形金屬板
VIA11~VIA33‧‧‧金屬圓柱
P1‧‧‧間距
W1‧‧‧寬度
FB1、FB2‧‧‧頻段
FC1、FC2‧‧‧中心頻率
PH1、PH2‧‧‧反射相位
PD1、PD2‧‧‧反射相位範圍
510a、520a、510b、520b‧‧‧輻射金屬片
512、522‧‧‧傳輸線芯線
514、524‧‧‧傳輸線金屬編織
60、140‧‧‧多頻天線配置方法
90‧‧‧偶極天線
第1A圖為本發明實施例一多頻天線之正面示意圖。
第1B圖為第1A圖之多頻天線之背面示意圖。
第1C圖為第1A圖之多頻天線之上視示意圖。
第1D圖為第1C圖之多頻天線於C-C’之截面示意圖。
第1E圖為第1A圖之多頻天線之局部示意圖。
第2圖為第1A圖之多頻天線之磁導體反射板之頻率與反射相位之關係曲線的示意圖。
第3圖為本發明實施例適用於第1A圖之多頻天線之多頻天線配置方法之流程示意圖。
第4A圖為第1A圖之一多頻天線之天線共振模擬結果示意圖。
第4B、4C圖分別為第4A圖之多頻天線對應不同頻率821MHz及2570MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第4D圖為第4A圖之多頻天線之場型特性表。
第5A圖為第1A圖之另一多頻天線之天線共振模擬結果示意圖。
第5B、5C圖分別為第5A圖之多頻天線對應不同頻率821MHz及2570MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第5D圖為第5A圖之多頻天線之場型特性表。
第6圖為本發明實施例一偶極天線在磁導體反射板平面上之示意圖。
第7A圖為第6圖之偶極天線之一磁導體反射板之頻率與反射相位之關係曲線的示意圖，其中，對應頻率826.5MHz時的反射相位為120°。
第7B圖為第6圖之偶極天線在H=60.5mm和磁導體反射相位為120°時，對應頻率826.5MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第8A圖為第6圖之偶極天線之一磁導體反射板之頻率與反射相位之關係曲線的示意圖，其中，對應頻率826.5MHz時的反射相位為60°。
第8B圖為第6圖之偶極天線在H=30.1mm和磁導體反射相位為60°時，對應頻率826.5MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第9A圖為第6圖之偶極天線之一磁導體反射板之頻率與反射相位之關係曲線的示意圖，其中，對應頻率826.5MHz時的反射相位為-60°。
第9B圖為第6圖之偶極天線在H=151.3mm和磁導體反射相位為-60°時，對應頻率826.5MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第10A圖為第6圖之偶極天線之一磁導體反射板之頻率與反射相位之關係曲線的示意圖，其中，對應頻率826.5MHz時的反射相位為-120°。
第10B圖為第6圖之偶極天線在H=120.0mm和磁導體反射相位為-120°時，對應頻率826.5MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第11圖為本發明實施例適用於第1A圖之多頻天線之多頻天線配置方法之流程示意圖。
二輸入二輸出之長期演進無線通訊系統可透過一雙極化天線進行無線訊號收發，而針對長期演進無線通訊系統之多個頻段，例如Band20(其接收頻段大致介於791MHz~821MHz，發射頻段大致介於832MHz~862MHz)與Band7(其接收頻段大致介於2620MHz~2690MHz，發射頻段大致介於2500MHz~2570MHz)之訊號，同一天線必需同時使用1倍頻和3倍頻的高階模態(higher order mode)以同時滿足Band20與7之頻段要求。並且，在滿足系統電子特性的條件下，天線尺寸亦須儘量減小。在此情形下，本發明係以偶極(dipole)天線結構為輻射體，以確保兩個極化方向的隔離度及減小旁瓣(side lobe)，並結合可增加天線增益值的一反射體，而提供具有高增益值、寬頻、高隔離度、小尺寸之多頻天線。
其中，若反射體為(或近似)一理想電導體(Perfect Electric Conductor，PEC)構成之反射板，則可大致完全反射無線電訊號。然而，對應不同頻率之無線電訊號入射至反射板時，反射相位均大致為180度，因此為了使由輻射體收發的無線電訊號與經由反射板而反射的無線電訊號能在空間中同相位而建設性加乘，反射板與輻射體相隔之距離較佳為無線電訊號波長的四分之一。在此情況下，若將天線操作於多個頻段，在一倍頻時距離設定為最長波長(如830MHz對應之波長-361.4mm)的四分之一(如90.4mm)，此時天線在這一倍頻下有最佳的高度距離，則對於頻段中較短的波長(如2倍頻1853MHz對應之波長或3倍頻2480MHz對應之波長)，反射板與輻射體相隔之距離會大於最佳距離，而無法同時提供最佳的反射效果。例如，天線的幅射電磁場在830MHz有良好之加乘效果，而使得天線增益值加大，但是在1853MHz時，中間場形的部分天線增益值被抵銷而產生凹陷，接著，在2480MHz雖有加乘效果但旁瓣較大。換言之，理想電導體之反射板無法同時對應不同的頻率而均提供最佳反射效果。
為了解決上述問題，反射體可為(或近似)一理想磁導體(Perfect Magnetic Conductor，PMC)構成之反射板，則當輻射體與反射板相隔零距離時，所有頻率之無線電訊號的反射相位均為0度，因此由輻射體收發的無線電訊號與經由反射板而反射的無線電訊號能在空間中同相位而建設性加乘。類似的，反射板亦可為具有金屬週期結構之一人工磁導體(Artificial Magnetic Conductor，AMC)構成，然而，對應不同之頻率，人工磁導體之反射相位介於-180度與180度之間，且僅於很窄的頻率範圍，人工磁導體具有理想磁導體之特性。在此情況下，若將天線操作於多個頻段，因此可適當調整人工磁導體反射板之材料與幾何特徵，以使特定頻段之中心頻率對應之反射相位為零。舉例來說，可將一第一頻段(即Band20)與一第二頻段(即Band7)之第一、第二中心頻率對應之反射相位分別調整為零，然而由於中心頻率之斜率均不平緩，而第二中心頻率之斜率又相當陡，因此頻率與反射相位之關係曲線有較劇烈之變化，而第一、第二頻段對應之反射相位範圍無法趨近0度， 意即中心頻率的對應0度反射相位的頻寬較為受限。換言之，天線之頻寬相對較窄。
為了解決上述問題，本發明進一步提供一多頻天線50，如第1A~1E圖所示。第1A圖為本發明實施例一多頻天線50之正面示意圖，第1B圖為本發明實施例多頻天線50之背面示意圖，第1C圖為本發明實施例多頻天線50之上視示意圖，第1D圖為多頻天線50沿第1C圖之剖線C-C’之截面示意圖，第1E圖為多頻天線50之局部示意圖。如第1A~1E圖所示，多頻天線50包含有一磁導體反射板500、輻射金屬部510、520及支撐件530、540。磁導體反射板500為一蕈狀(mushroom-type)結構之人工磁導體，其包含有一金屬平板302、介質層304及週期排列成3×3陣列排列之複數個金屬突出物金屬突出物MP11~MP33。其中，金屬突出物MP11~MP33分別由正方形金屬板SQ11~SQ33與金屬圓柱VIA11~VIA33組成而大致具有一蕈狀外型，並部分電性連接至金屬平板302而設置於金屬平板302上，而介質層304則可填滿金屬平板302與金屬突出物MP11~MP33之間的空隙。此外，輻射金屬部510、520為用來收發無線電訊號之主要輻射體，其中，輻射金屬部510為極化傾斜45度之一主教帽狀偶極天線(bishop hat dipole)，輻射金屬部520為極化傾斜135度之另一主教帽狀偶極天線，換言之，輻射金屬部510、520之中線大致呈90度以收發互相正交之兩種極化方向之無線電訊號，並且，主教帽狀偶極天線可增加頻寬，且能有效利用空間，並使輻射金屬部510、520之間有較小的重疊面積，而能提高隔離度。
如第1D圖所示，支撐件530、540則介於輻射金屬部510、520與磁導體反射板500之間，用來固定輻射金屬部510、520與磁導體反射板500分別相隔距離D2、D3，以使輻射金屬部510、520與磁導體反射板500之間不互相電性連結。同時，如第1E圖所示，能量由傳輸線饋入輻射金屬部510、520，而饋入傳輸線芯線512、522連接至輻射金屬部510、520之輻射金屬片510b、520b，傳輸線金屬編織514、524則連接至輻射金屬部510、520 之輻射金屬片510a、520a。值得注意的是，距離D2、D3大致介於0到四分之一無線電訊號波長之間，意即距離D2、D3較佳地大於0且小於四分之一的無線電訊號波長，且距離D2、D3係根據一多頻天線配置方法60(於後詳述)而配置。此外，距離D2、D3較佳相等，但為了方便焊接，距離D2、D3亦可有適當之差距，以避免傳輸線芯線512、522之間發生短路。
此外，請參考第2圖，第2圖為本發明實施例多頻天線50之磁導體反射板500之頻率與反射相位之關係曲線的示意圖。其中，一頻段FB1(如Band20)可對應至一反射相位範圍PD1，頻段FB1之一中心頻率FC1可對應至一反射相位PH1，同樣地，一頻段FB2(如Band7)可對應至一反射相位範圍PD2，頻段FB2之一中心頻率FC2可對應至一反射相位PH2。並且，根據多頻天線配置方法60，多頻天線50所操作的頻段FB1、FB2之中心頻率FC1、FC2不再對應0度之反射相位，以增加多頻天線的頻寬。
簡單而言，藉由多頻天線配置方法60可適當配置距離D2、D3及磁導體反射板500之材料與幾何特徵，可使由輻射金屬部510、520收發的多個頻段之無線電訊號與經由磁導體反射板500反射的多個頻段之無線電訊號能在空間中同相位而互相加乘，以增加多頻天線50之增益值，並可縮小多頻天線50所需之尺寸。此外，互相正交之輻射金屬部510、520分別為主教帽狀偶極天線，可增加頻寬，且能有效利用空間，並使輻射金屬部510、520之間有較小的重疊面積，而能提高兩種極化方向之隔離度。
請參考第3圖，第3圖為本發明實施例適用於多頻天線50之多頻天線配置方法60之流程示意圖。多頻天線配置方法60包含以下步驟：步驟S600：開始。
步驟S602：決定多頻天線50之磁導體反射板500與多頻天線50之輻射金屬部510之間之距離D2。
步驟S604：根據一配置要求，計算磁導體反射板500於距離D2對應複數個頻段中的頻段FB1之中心頻率FC1之一第一反射相位值及對應複 數個頻段的頻段FB2之中心頻率FC2之一第二反射相位值。
步驟S606：決定多頻天線50之一長度與一寬度。
步驟S608：調整磁導體反射板500之材料與幾何特徵，以改變磁導體反射板500之複數個反射相位相對於複數個頻率之一關係曲線，而使頻段FB1之中心頻率FC1對應之反射相位PH1等於第一反射相位值，且使頻段FB2之中心頻率FC2對應之反射相位PH2等於第二反射相位值。
步驟S610：根據關係曲線，決定磁導體反射板500之材料與幾何特徵。
步驟S612：藉由多頻天線50之支撐件530，固定磁導體反射板500與輻射金屬部510相隔距離D2，並使磁導體反射板500與輻射金屬部510之間不互相電性連結。
步驟S614：結束。
換言之，為了設置多頻天線50之磁導體反射板500、輻射金屬部510、520及支撐件530、540，多頻天線配置方法60係先決定磁導體反射板500與輻射金屬部510之間之距離D2。接著，根據一配置要求，計算磁導體反射板500於距離D2(如45.4mm)對應頻段FB1(如Band20)之中心頻率FC1(如826.5MHz)之第一反射相位值及磁導體反射板500於距離D2對應頻段FB2(如Band7)之中心頻率FC2(如2595MHz)之第二反射相位值。其中，配置要求係用來使無線電訊號與反射之無線電訊號於空間中至少一位置形成建設性干涉，舉例來說，由於距離D2大致介於0到四分之一無線電訊號波長之間，因此，根據配置要求，第一反射相位值θ 1及第二反射相位值θ 2可分別符合公式1、2：θ 1=4 π D2/λ 1 (公式1)，θ 2=4 π D2/λ 2-2 π (公式2)，其中，λ 1、λ 2分別為中心頻率FC1、FC2對應之波長。如此一來，對應中心頻率FC1之無線電訊號與(對應中心頻率FC1且被磁導體反射 板500)反射之無線電訊號於一位置之一第一相位差為零，以形成建設性加乘，並且，中心頻率FC2相較中心頻率FC1為下一個可對應距離D2而形成建設性加乘之頻率，因此，對應中心頻率FC2之無線電訊號與(對應中心頻率FC2並被磁導體反射板500)反射之無線電訊號於一位置之一第二相位差為2 π。較佳地，第一反射相位值θ 1介於0度與180度之間(如90度)，而第二反射相位值θ 2介於-180度與0度之間(如-77.4度)。舉例來說，表一即列出磁導體反射板500於不同的距離D2且對應826.5MHz之第一反射相位值及對應2595MHz之第二反射相位值。
接著，決定多頻天線50之長度與寬度，此時亦可調整磁導體反射板500之金屬突出物數目。在決定磁導體反射板500與輻射金屬部510之距離D2(如45.9mm)及多頻天線50之長度(如120mm)與寬度(如120mm)後，可進一步調整磁導體反射板500之材料與幾何特徵，以改變磁導體反射板500之關係曲線，而使頻段FB1(如Band20)之中心頻率FC1(如826.5MHz)對應之反射相位PH1等於第一反射相位值(即90度)，且使頻段FB2(如Band7)之中心頻率FC2(如2595MHz)對應之反射相位PH2等於第二反射 相位值(即-77.4度)，意即，輻射金屬部510收發的頻率FC1、FC2之無線電訊號與經由磁導體反射板500反射的頻率FC1、FC2之無線電訊號能在空間中同相位而互相加乘，而能增加多頻天線50之增益值。由於反射相位介於0度與180度之間或介於-180度與0度之間時，反射相位相對於頻率之關係曲線較為平緩，因此當第一反射相位值介於0度與180度之間(如90度)且第二反射相位值介於-180度與0度之間(如-77.4度)時，可使輻射金屬部510收發的頻段FB1、FB2之無線電訊號與經由磁導體反射板500反射的頻段FB1、FB2之無線電訊號能在空間中亦大致同相位而能互相加乘，也就是有較寬頻的表現。
根據關係曲線而決定磁導體反射板500之材料與幾何特徵後，可進一步藉由多頻天線50之支撐件530，固定磁導體反射板500與輻射金屬部510相隔距離D2，並使磁導體反射板500與輻射金屬部510之間不互相電性連結。同樣地，磁導體反射板500與輻射金屬部520之距離D3亦可以類似的方式設置，然而，由於距離D2大致等於距離D3，因此亦可依據距離D2而直接利用支撐件540固定磁導體反射板500與輻射金屬部520。
由上述可知，藉由多頻天線配置方法60可適當配置距離D2、D3及磁導體反射板500之材料與幾何特徵，可使由輻射金屬部510、520收發的多個頻段之無線電訊號與經由磁導體反射板500反射的多個頻段之無線電訊號能在空間中同相位而互相加乘，以增加多頻天線50之增益值。同時，由於反射相位介於0度與180度之間或介於-180度與0度之間時，反射相位相對於頻率之一關係曲線較為平緩，因此可確保多頻天線50有較寬之頻寬。此外，由於距離D2、D3大致介於0到四分之一無線電訊號波長之間，且多頻天線50之長度與寬度可自由決定，因此可縮小多頻天線50之尺寸。
透過模擬及量測可進一步判斷多頻天線50之不同頻率之天線輻射場型是否符合系統需求。請參考第4A至4D圖，其中，多頻天線50之長度與寬度均設定為120mm，距離D2設定為45.9mm，磁導體反射板500之厚 度設定為22.2mm，因此多頻天線50之總高度設定為68.1mm。第4A圖為上述尺寸下多頻天線50之天線共振模擬結果示意圖，其中，長虛線代表多頻天線50之輻射金屬部510之天線共振模擬結果，實線代表多頻天線50之輻射金屬部520之天線共振模擬結果，短虛線代表多頻天線50之輻射金屬部510、520之天線隔離度模擬結果。如第4A圖所示，在Band7與Band20的頻段中，多頻天線50之輻射金屬部510、520的返回損耗(S11值)分別在-9dB、-10.7dB以下，且輻射金屬部510、520的隔離度都至少在50dB以上。第4B、4C圖分別為上述尺寸下多頻天線50對應不同頻率821MHz及2570MHz之天線場型特性模擬結果示意圖，其中，實線代表多頻天線50之同極化在0度角之輻射場型，點線代表多頻天線50之同極化在90度角之輻射場型，長虛線代表多頻天線50之正交極化在0度角之輻射場型，短虛線代表多頻天線50之正交極化在90度角之輻射場型。另外，第4D圖為多頻天線50之場型特性表，表二為多頻天線50之天線特性表，由表二及第4A~4D圖可知，多頻天線50能充分滿足長期演進無線通訊系統的Band7與20之要求。
若進一步縮減多頻天線50之尺寸，使多頻天線50之長度與寬度均設定為105mm，距離D2設定為43mm，磁導體反射板500之厚度設定為21.2mm，因此多頻天線50之總高度設定為64.2mm，則相關模擬結果如第5A圖至第5D圖所示。第5A圖為上述尺寸下多頻天線50之天線共振模擬結果 示意圖，其中，長虛線代表多頻天線50之輻射金屬部510之天線共振模擬結果，實線代表多頻天線50之輻射金屬部520之天線共振模擬結果，短虛線代表多頻天線50之輻射金屬部510、520之天線隔離度模擬結果。如第5A圖所示，在Band7與Band20的頻段中，多頻天線50之輻射金屬部510、520的返回損耗(S11值)分別在-7.2dB、-9dB以下，且輻射金屬部510、520的隔離度分別至少在29.7dB、43.8dB以上。第5B、5C圖分別為上述尺寸下多頻天線50對應不同頻率821MHz及2570MHz之天線場型特性模擬結果示意圖，其中，實線代表多頻天線50之同極化在0度角之輻射場型，點線代表多頻天線50之同極化在90度角之輻射場型，長虛線代表多頻天線50之正交極化在0度角之輻射場型，短虛線代表多頻天線50之正交極化在90度角之輻射場型。另外，第5D圖為上述尺寸下多頻天線50之場型特性表，表三為多頻天線50之天線特性表，由表三及第5A~5D圖可知，即使縮小尺寸，多頻天線50仍能充分滿足長期演進無線通訊系統的Band7與20之要求。
值得注意的是，多頻天線50係為本發明之實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之變化。舉例來說，輻射金屬部510、520為一主教帽狀偶極天線，但不限於此而可為其他種類之偶極天線，如一領結形偶極天線(bowtie dipole)、一菱形偶極天線(diamond dipole)或一橢圓形偶極天線(elliptic dipole)，但不限於此。並且，磁導體反射板500可具有一蕈狀 (mushroom-type)結構或其他類型之週期結構。支撐件530、540可為一圓柱狀之支撐柱以固定輻射金屬部510、520，其與輻射金屬部510、520之相對位置可視不同設計考量而適當調整，或者可藉由單一之支撐件而一併固定輻射金屬部510、520，並且，傳輸線可包覆於支撐件中。但本發明之支撐件不以此為限，支撐件亦可為一絕緣層，以固定輻射金屬部與磁導體反射板，以使輻射金屬部與磁導體反射板之間不互相電性連結。並且，距離D2、D3大致介於0到四分之一無線電訊號波長之間，但不限於此，距離亦可視系統需求而調整，因此，反射相位值θ 3、θ 4符合公式3、4：θ 3=4 π D/λ 1+2n π (公式3)，θ 4=4 π D/λ 2+2m π (公式4)，其中，n、m為任意整數。此外，多頻天線50係操作於頻段FB1、FB2，但不限於此，而可操作於多個頻段，並透過改變磁導體反射板之關係曲線，而使輻射金屬部收發的多個頻段無線電訊號與經由磁導體反射板而反射的無線電訊號能在空間中大致同相位而能互相加乘。
此外，磁導體反射板可提供-180度到180度的反射相位，嚴格來說，-180度到180度的反射相位均可應用於多頻天線，惟不同的反射相位會影響輻射金屬部與磁導體反射板之距離，且進一步影響頻寬(如反射相位為0度時，頻寬較小)。舉例來說，表四即列出反射相位為180度、120度、60度、0度、-60度、-120度及-180度時，輻射金屬部與磁導體反射板之距離，其中，最短距離為零，最長距離為波長的二分之一。根據表四，可分別設置多頻天線。詳細而言，請參考第6~10B圖，第6圖為本發明實施例一偶極天線90在磁導體反射板平面上之示意圖，其中，偶極天線90之架構與多頻天線50相似，不同之處在於，偶極天線90之輻射金屬部910為一偶極天線，磁導體反射板900之金屬突出物為3×3之陣列排列，金屬突出物之間的間距P1設定為100mm，正方形金屬板之寬度W1設定為95mm，且介質層為空氣。
在此情況下，若磁導體反射板900之厚度設定為11.1mm，磁導體 反射板900與輻射金屬部910相隔之距離H設定為60.5mm，則第7A圖為磁導體反射板900之頻率與反射相位之關係曲線的示意圖，第7B圖為偶極天線90對應頻率826.5MHz之天線場型特性模擬結果示意圖，其中，磁導體反射板900對應頻率826.5MHz時的反射相位為120°。若磁導體反射板900之厚度設定為15.2mm，磁導體反射板900與輻射金屬部910相隔之距離H設定為30.1mm，則第8A圖為磁導體反射板900之頻率與反射相位之關係曲線的示意圖，第8B圖為偶極天線90對應頻率826.5MHz之天線場型特性模擬結果示意圖，其中，磁導體反射板900對應頻率826.5MHz時的反射相位為60°。若磁導體反射板900之厚度設定為22.6mm，磁導體反射板900與輻射金屬部910相隔之距離H設定為151.3mm，則第9A圖為磁導體反射板900之頻率與反射相位之關係曲線的示意圖，第9B圖為偶極天線90對應頻率826.5MHz之天線場型特性模擬結果示意圖，其中，磁導體反射板900對應頻率826.5MHz時的反射相位為-60°。若磁導體反射板900之厚度設定為45mm，磁導體反射板900與輻射金屬部910相隔之距離H設定為120.0mm，則第10A圖為磁導體反射板900之頻率與反射相位之關係曲線的示意圖，第10B圖為偶極天線90對應頻率826.5MHz之天線場型特性模擬結果示意圖，其中，磁導體反射板900對應頻率826.5MHz時的反射相位為-120°。如第7A~10B圖所示，輻射金屬部110收發的826.5MHz之無線電訊號與經由磁導體反射板900反射的826.5MHz之無線電訊號能在空間中同相位而互相加乘。
另一方面，多頻天線配置方法亦可視不同系統需求或設計考量而適當調整。舉例來說，請參考第11圖，第11圖為本發明實施例適用於多頻天線50之多頻天線配置方法11之流程示意圖。多頻天線配置方法11包含以下步驟：步驟S1400：開始。
步驟S1402：決定多頻天線50之磁導體反射板500與多頻天線50之輻射金屬部510之間之距離D2。
步驟S1404：根據一配置要求，計算磁導體反射板500於距離D2對應複數個頻段中的頻段FB1之一第一相位值範圍及距離D2對應複數個頻段的頻段FB2之第二反射相位值範圍。
步驟S1406：決定多頻天線50之一長度與一寬度。
步驟S1408：調整磁導體反射板500之材料與幾何特徵，以改變磁導體反射板500之複數個反射相位相對於複數個頻率之一關係曲線，而使頻段FB1對應之反射相位範圍PD1大致等於第一反射相位值範圍，且使頻段FB2對應之反射相位範圍PD2大致等於第二反射相位值範圍。
步驟S1410：根據關係曲線，決定磁導體反射板500之材料與幾何特徵。
步驟S1412：藉由多頻天線50之支撐件530，固定磁導體反射板500與輻射金屬部510相隔距離D2，並使磁導體反射板500與輻射金屬部510之間不互相電性連結。
步驟S1414：結束。
由上述可知，多頻天線配置方法140與第3圖之多頻天線配置方法60大致相似，兩者不同之處在於，多頻天線配置方法140係計算頻段FB1、 FB2之第一反射相位值範圍與第二反射相位值範圍，並且，關係曲線適當調整後，可使頻段FB1對應之反射相位範圍PD1大致等於第一反射相位值範圍，且使頻段FB2對應之反射相位範圍PD2大致等於第二反射相位值範圍。換言之，多頻天線配置方法140係直接調整關係曲線，以使輻射金屬部510收發的頻段FB1、FB2之無線電訊號與經由磁導體反射板500反射的頻段FB1、FB2之無線電訊號均能在空間中同相位而能互相加乘。
綜上所述，本發明係藉由適當配置輻射金屬部與磁導體反射板之距離及磁導體反射板之材料與幾何特徵，可使由輻射金屬部收發的多個頻段之無線電訊號與經由磁導體反射板反射的多個頻段之無線電訊號能在空間中同相位而互相加乘，以增加多頻天線之增益值。並且，由於反射相位介於0度與180度之間或介於-180度與0度之間時，反射相位相對於頻率之一關係曲線較為平緩，因此可確保多頻天線有較寬之頻寬。此外，由於輻射金屬部與磁導體反射板之距離大致介於0到四分之一無線電訊號波長之間，且多頻天線之長度與寬度可自由決定，因此可縮小多頻天線之尺寸。另一方面，互相正交之輻射金屬部分別為主教帽狀偶極天線而可增加頻寬，且能有效利用空間，並使輻射金屬部之間有較小的重疊面積，而能提高兩種極化方向之隔離度。
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。
50‧‧‧多頻天線
500‧‧‧反射板
510、520‧‧‧輻射金屬部
512、522‧‧‧傳輸線芯線
302‧‧‧金屬平板
304‧‧‧介質層
MP11~MP33‧‧‧金屬突出物
SQ11~SQ33‧‧‧正方形金屬板
VIA11~VIA33‧‧‧金屬圓柱
510a、520a、510b、520b‧‧‧輻射金屬片

Claims (14)

  1. 一種多頻天線配置方法，用來配置一多頻天線以收發複數個頻段之無線電訊號，該多頻天線配置方法包含有：決定該多頻天線之一磁導體(magnetic conductor)反射板與該多頻天線之一第一輻射金屬部之間之一距離，其中，該磁導體反射板係用來反射該無線電訊號，以增加該多頻天線之增益值；根據一配置要求，計算該磁導體反射板於該距離對應該複數個頻段中一第一頻段之一第一中心頻率之一第一反射相位值及對應該複數個頻段中一第二頻段之一第二中心頻率之一第二反射相位值，其中該配置要求係使該無線電訊號與反射之該無線電訊號於空間中至少一位置形成建設性干涉；決定該多頻天線之一長度與一寬度；調整該磁導體反射板之一材料與一幾何特徵，以改變該磁導體反射板之複數個反射相位相對於複數個頻率之一關係曲線，而使該第一中心頻率對應之一第一反射相位等於該第一反射相位值，且使該第二中心頻率對應之一第二反射相位等於該第二反射相位值；以及根據該關係曲線，決定該磁導體反射板之該材料與該幾何特徵。
  2. 如請求項1所述之多頻天線配置方法，其中該第一反射相位值介於0度與180度之間，且該第二反射相位值介於-180度與0度之間。
  3. 如請求項1所述之多頻天線配置方法，其中該幾何特徵係選自該磁導體反射板之一長度、該磁導體反射板之一寬度、該磁導體反射板之一高度、該磁導體反射板之複數個反射元件之一長度、該磁導體反射板之該複數個反射元件之一寬度及該磁導體反射板之複數個連通柱(via)之一半徑。
  4. 如請求項1所述之多頻天線配置方法，其中該距離小於該無線電訊號之該複數個頻段之波長之四分之一。
  5. 如請求項1所述之多頻天線配置方法，其中該多頻天線另包含有一第二輻射金屬部，對應該第一輻射金屬部設置，且該第一輻射金屬部之一中線與該第二輻射金屬部之一中線大致呈90度，以收發兩種極化方向之無線電訊號。
  6. 如請求項1所述之多頻天線配置方法，另包含有藉由該多頻天線之一支撐件，固定該磁導體反射板與該第一輻射金屬部相隔該距離，並使該磁導體反射板與該第一輻射金屬部之間不互相電性連結。
  7. 如請求項4所述之多頻天線配置方法，其中根據該配置要求，該第一反射相位值θ1符合θ1=4πD/λ1，該第二反射相位值θ2符合θ2=4πD/λ2-2π，D為該距離，λ1為該第一中心頻率對應之一第一波長，且λ2為該第二中心頻率對應之一第二波長，以使對應該第一中心頻率之該無線電訊號與反射之該無線電訊號於該至少一位置之一第一相位差為零，且對應該第二中心頻率之該無線電訊號與反射之該無線電訊號於該至少一位置之一第二相位差為2π。
  8. 一種多頻天線，用來收發複數個頻段之無線電訊號，包含有：一磁導體(magnetic conductor)反射板，用來反射該無線電訊號，以增加該多頻天線之增益值；以及一第一輻射金屬部，位於該磁導體反射板之上；其中，該磁導體反射板及該第一輻射金屬部係根據一多頻天線配置方法而設置，該多頻天線配置方法包含決定該磁導體反射板與該第一輻射金屬部之間之一距離；根據一配置要求，計算該磁導體反射板於該距離對應該複數個頻段中一第一頻段之一第一中心頻率之一第一反射相位值及對應該複數個頻段中一第二頻段之一第二中心頻率之一第二反射相位值，其中該配置要求係使該無線電訊號與反射之該無線電訊號於空間中至少一位置形成建設性干涉；決定該多頻天線之一長度與一寬度；調整該磁導體反射板之一材料與一幾何特徵，以改變該磁 導體反射板之複數個反射相位相對於複數個頻率之一關係曲線，而使該第一中心頻率對應之一第一反射相位等於該第一反射相位值，且使該第二中心頻率對應之一第二反射相位等於該第二反射相位值；以及根據該關係曲線，決定該磁導體反射板之該材料與該幾何特徵。
  9. 如請求項8所述之多頻天線，其中該第一反射相位值介於0度與180度之間，且該第二反射相位值介於-180度與0度之間。
  10. 如請求項8所述之多頻天線，其中該幾何特徵係選自該磁導體反射板之一長度、該磁導體反射板之一寬度、該磁導體反射板之一高度、該磁導體反射板之複數個反射元件之一長度、該磁導體反射板之該複數個反射元件之一寬度及該磁導體反射板之複數個連通柱(via)之一半徑。
  11. 如請求項8所述之多頻天線，其中該距離小於該無線電訊號之該複數個頻段之波長之四分之一。
  12. 如請求項8所述之多頻天線，另包含有一第二輻射金屬部，對應該第一輻射金屬部設置，且該第一輻射金屬部之一中線與該第二輻射金屬部之一中線大致呈90度，以收發兩種極化方向之無線電訊號。
  13. 如請求項8所述之多頻天線，另包含有一支撐件，用來固定該磁導體反射板與該第一輻射金屬部相隔該距離，以使該磁導體反射板與該第一輻射金屬部之間不互相電性連結。
  14. 如請求項11所述之多頻天線，其中根據該配置要求，該第一反射相位值θ1符合θ1=4πD/λ1，該第二反射相位值θ2符合θ2=4πD/λ2-2π，D為該距離，λ1為該第一中心頻率對應之一第一波長，且λ2為該第二中心頻率對應之一第二波長，以使對應該第一中心頻率之該無線電訊號與反射之該無線電訊號於該至少一位置之一第一相位差為零，且對應該第二中心頻率之該無線電訊號與反射之該無線電訊號於該至少一位置之一第二相位差為2π。
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