TWI530021B - 供ｍｉｍｏ通訊系統使用之混合雙極單一槽孔天線 - Google Patents

Description

供MIMO通訊系統使用之混合雙極單一槽孔天線

本發明係有關於天線配置，更有關於用於MIMO通訊系統的印刷天線配置。

印刷天線中的天線元件實現為印刷電路板內的金屬層。現今印刷天線廣泛地於無線通訊系統中使用。這般天線的PCB應用會降低空間與成本並且更增加整體通訊系統的效率。

多重輸入多重輸出(multiple input multiple output,MIMO)係於傳送器與接收器兩端處使用多重天線來改善通訊效能。MIMO技術透過較高的頻譜效率與連結可靠度或多樣性，可在不具有額外頻寬或傳輸功率的情況下顯著的增加資料傳輸率(data throughput)和連結範圍(link range)。

因此，本發明目的為提供一種將兩雙極天線與設置於該兩雙極天線間之單一槽孔天線合併的印刷天線。值得注意的是，所有的天線元件皆包含於PCB並且於MIMO通訊系統中使用。

本發明之實施例提供一種可實現於印刷電路板(PCB)的天線配置具有三金屬共面層，用於多重輸入多重輸出(MIMO)通訊系統。天線配置包括第一雙極天線、與第一雙極天線實質地對稱之第二雙極天線以及實質地設置於第一與第二雙極天線之間的槽孔天線。該些天線係用於MIMO通訊系統，且其外型使其合併輻射圖型顯示實質地全方向性輻射圖型(omni directional radiation pattern)。

因此可實現互補的輻射圖型，其中槽孔天線元件的輻射圖型與雙極天線的死區互補。

為了詳細瞭解本揭露，下列實施方式提供了多個細節。但該發明 所屬技術領域中具有通常知識者則可以明瞭，實現本實施例之教示可不需要該些細節。於其他情況下，為了避免模糊本揭露之教示，已知之方法、程序、元件和電路於此皆未有詳述。

本發明之某些實施例提供一種用於多重輸入多重輸出(multiple input multiple output,MIMO)通訊系統之印刷電路板(printed circuit board,PCB)的天線配置。該天線配置包括第一雙極天線(dipole antenna)、與第一雙極天線實質地對稱的第二雙極天線以及實質地設置於第一與第二雙極天線之間的槽孔天線。

該些天線係用於MIMO通訊系統且其外型與位置使其合併輻射圖型呈現實質地全方向性的輻射圖型。

第1-3圖顯示可用來實現天線結構的金屬層，根據本發明之某些實施例，天線配置包括上100、中200以及下300共面金屬層，每兩相鄰層之間具有絕緣層(未圖示)，其中下層為接地點。

第4圖顯示將各層合併為一天線配置。根據本發明之某些實施例，每個雙極天線410、420包括射頻(radio frequency,RF)信號線構件110、130從上層100側邊突出延伸至一方向，並且透過50歐姆傳輸線120、140耦接至上層；接地構件310、320從下層300側邊突出延伸至相對於RF信號構件的方向，並實質地與RF信號線構件平行。

第5圖顯示PCB的剖面圖。因此，共面層100、200與300之間設置有絕緣材料，例如基底500、510。

根據本發明實施例，每個50歐姆傳輸線120、140皆符合共面波導需求(coplanar waveguides requirements)。

根據本發明之某些實施例，RF信號構件110、130與接地構件310、320實質地為L型並且實質地QQ具有四分之一波長的長度。

根據本發明之某些實施例，RF信號構件110、130具有尖端末端。

本發明之某些實施例之槽孔天線430包括槽孔RF信號線構件150，突出於上層並透過50歐姆傳輸線160耦接至上層，且實質地正 交於從中層延伸之第一槽孔構件，並實質地平行且未與從接地層延伸至相對於第一槽孔方向之第二槽孔構件重疊。

本發明之某些實施例之槽孔構件210、330具有四分之一波長的長度，且其中RF槽孔信號線構件150為L型並具有八分之一波長的長度。

本發明之某些實施例之50歐姆傳輸線符合共面波導需求。

本發明之某些實施例之天線配置是用來操作於2-6GHz頻率範圍內。

根據本發明之某些實施例，天線配置的元件外型係為於操作頻率約為2.4GHz時可有最佳全方向性輻射圖型。

第6-8圖分別顯示第一雙極、第二雙極以及槽孔天線的輻射圖型。這些圖型揭露了每個天線單獨操作時具有死區(dead zone)。這更顯示了將第6圖至第8圖合併會產生實質地全方向性的輻射圖型。

根據本發明之某些實施例，天線配置係與MIMO收發器共同操作。

本發明之某些實施例之MIMO收發器係使用於無線區域網路(wireless local area network,WLAN)通訊系統。

本發明之某些實施例之天線配置係於符合IEEE 802.11家族標準(特別是高傳輸率標準IEEE 802.11n)之無線區域網路通訊系統內操作。

根據本發明之某些實施例，天線配置顯示小於1：2的電壓駐波比(voltage standing wave ratio)。

本發明之某些實施例之第一與第二雙極天線各包括一從上層側邊突出並且透過50歐姆傳輸線耦接至上層的實質為U型之射頻(RF)信號線構件，一接地構件包括從下層側邊突出並且延伸至相反方向的兩個實質為L型之構件，其定義了兩者之間的槽孔且實質地平行於RF信號線構件。此配置使得天線配置可操作於約5GHz。

根據本發明之某些實施例，天線配置更操作於約2.4GHz與5GHz的雙頻帶模式。這可以透過使用5GHz配置，並且進一步增加比接地構件薄且正交於接地構件的L型構件來達成。另外，雙頻帶模式設計中的其他要求為雙極天線是不對稱的。

值得注意的是一實施例係指本發明的其中一個例子或實施。上述所提及的”一實施例”或是”某些實施例”不一定皆是指同一實施例。

即使可以在單一實施例中描述本發明的多種特徵，該些特徵可個別或是以適當的組合方式而存在。相反的，儘管為了清楚表達，本發明可於此於各個別實施例中被描述，本發明也可實現於單一實施例中。

上述”一實施例”、”某些實施例”或是”其他實施例”代表與本發明至少一實施例(並非所有實施例)結合的相關特定特徵、結構或是特性。

值得注意的是，此處所使用的術語與專門用語並非用來限制本發明的範圍而是用來描述本發明實施例。

參考所附說明、圖示以及實施例有助於瞭解本發明的教示之原則與使用。

另外，必須瞭解的是，本發明可以各種方式執行或應用並且可被實現於除了上述實施例之外的其他實施例中。

值得注意的是，實施例中的”包含”與”包括”等語法不同的用語並不不排除增加至少一或多個元件、特徵、步驟、整數或群組至實施例，且該些用語不應被解釋為指明元件、特徵、步驟或整數。

說明書或申請專利範圍中所提到之”一額外”元件並不排除具有一個以上之該額外元件。

值得注意的是，當說明書或申請專利範圍提到”一”元件時，這樣的參考文件不會被解釋為只具有單一的該元件。

值得注意的是，當說明書說明”可”或是”可能”或是”可以”包括元件、特徵、結構或特性時，該特定元件、特徵、結構或特性不一定會 被包括。

除非另外定義，此處所使用之專業與科學專門用語的含義會被本發明所屬技術領域中具有通常知識者所通常瞭解。

本發明可以相同或類似於此處說明的方法與材料來測試或實現。

術語”上”、”中”、”下”、”下部”、”下方”、”上部”以及”上方”不一定代表”下部”元件在”上部”元件下方，或元件在”下方”確實表示位於其他元件”下方”，或是元件在”上方”確實表示位於其他元件”上方”。因此，方向、元件或上述兩者可以倒裝、旋轉、在空間中移動、設置於對角、水平或垂直方向放置、或被類似地修改。因此，必須瞭解此處所使用”下部”、”下方”、”上部”與”上方”等術語僅用來說明某些元件之相對位置，或/和指示第一元件和第二的設置。

任何發表，包含於本說明書中被引用或提及之專利、專利申請案以及文章，皆完全包含至本說明書中，包含之程度等同於各發表皆被詳細地且獨立地被敘明要被包含到本說明書中。再者，本發明之某些實施例中所引用或敘明之任何參照不應被解釋為該些參照為本發明之前案。

本發明雖以一定數量之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，而應為某些較佳實施例之範例。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者可預知之可能的變化、修改、或是應用皆包含於本發明之範圍中。因此，本發明之範圍不應被限定於本說明書中已有之敘述，而應參考附加之專利請求項以及其合法之均等物。

100‧‧‧上層

110‧‧‧射頻信號線構件

120‧‧‧50歐姆傳輸線

130‧‧‧射頻信號線構件

140‧‧‧50歐姆傳輸線

150‧‧‧槽孔射頻信號線構件

160‧‧‧50歐姆傳輸線

200‧‧‧中層

210‧‧‧槽孔構件

300‧‧‧下層

310‧‧‧接地構件

320‧‧‧接地構件

330‧‧‧槽孔構件

410‧‧‧雙極天線

420‧‧‧雙極天線

430‧‧‧槽孔天線

500‧‧‧基底

510‧‧‧基底

第1圖至第3圖顯示根據本發明某些實施例之天線配置元件的範例層。

第4圖顯示根據本發明某些實施例，實現第1圖至第3圖之天線配置元件範例層合併為一層的示意圖。

第5圖顯示根據本發明某些實施例之天線配置層順序的剖面圖。

第6-8圖分別顯示第一雙極天線、第二雙極天線以及槽孔天線之輻射圖型的模擬圖。

連同敘述，上述圖示使得於本發明所屬技術領域中具有通常知識者明瞭本發明如何實際體現。

再者，在適當之狀況下，參照數字可於圖示中被重覆，以指示出相對應或類似之元件。

100‧‧‧上層

110‧‧‧射頻信號線構件

120‧‧‧50歐姆傳輸線

130‧‧‧射頻信號線構件

140‧‧‧50歐姆傳輸線

150‧‧‧槽孔射頻信號線構件

160‧‧‧50歐姆傳輸線

Claims (17)

1. 一種天線配置，實現於一印刷電路板(PCB)，用於多重輸入多重輸出(MIMO)通訊系統，該天線配置包括：一第一雙極天線；一第二雙極天線，實質地與該第一雙極天線對稱；以及一槽孔天線，實質地設置於該第一與第二雙極天線之間；其中該等天線係用於MIMO通訊系統並且被定型而使得其合併輻射圖型顯示實質地全方向性的輻射圖型，該天線配置包括以對準平行方向排列之一上、中以及下共面金屬層。
2. 如申請專利範圍第1項之天線配置，其中在每兩相鄰層之間具有一絕緣層，且其中該下層係接地。
3. 如申請專利範圍第2項之天線配置，其中該第一與第二雙極天線各包括：一射頻(RF)信號線構件，從該上層側邊突出延伸至一方向並且透過一50歐姆傳輸線耦接至該上層；一接地構件，從該下層側邊突出延伸至與該RF信號構件相反方向並且實質地平行該RF信號線構件。
4. 如申請專利範圍第3項之天線配置，其中該50歐姆傳輸線符合共面波導需求。
5. 如申請專利範圍第3項之天線配置，其中該RF信號構件與該接地構件實質，上為L型，且其長度為四分之一波長。
6. 如申請專利範圍第4項之天線配置，其中該RF信號構件具有一尖端末端。
7. 如申請專利範圍第2項之天線配置，其中該槽孔天線包括：一槽孔RF信號線構件，從該上層突出，透過一50歐姆傳輸線與該上層耦接；一第一槽孔構件，從該中層延伸；以及一第二槽孔構件，從該接地層延伸至該第一槽孔的相反方向；其中該第一槽孔RF信號線構件係與該第一槽孔構件實質 地正交，而該第一槽孔構件係與該第二槽孔構件實質地平行且未重疊。
8. 如申請專利範圍第7項之天線配置，其中該槽孔構件的長度為四分一波長，而其中該RF槽孔信號線構件為L型且其長度為八分之一波長。
9. 如申請專利範圍第7項之天線配置，其中該50歐姆傳輸線符合共面波導需求。
10. 如申請專利範圍第1項之天線配置，其係經組構以操作於2-6GHz頻率範圍內。
11. 如申請專利範圍第1項之天線配置，其係經定型以於操作頻率為2.4GHz時可產生最佳全方向性輻射圖型。
12. 如申請專利範圍第1項之天線配置，其係經組構以與一MIMO收發器共同操作。
13. 如申請專利範圍第12項之天線配置，其中該MIMO收發器係經組構以使用於一無線區域網路(WLAN)通訊系統。
14. 如申請專利範圍第13項之天線配置，其中該WLAN通訊系統符合IEEE 802.11家族標準。
15. 如申請專利範圍第13項之天線配置，其電壓駐波比值小於2。
16. 如申請專利範圍第2項之天線配置，其中該第一與第二雙極天線各包括：一實質上為U型之射頻(RF)信號線構件，從該上層側邊突出並透過一50歐姆傳輸線耦接至該上層；以及一接地構件，包括從該下層側邊突出並延伸至相反方向的兩個實質上為L型之構件，其界定設置於該兩L型構件之間並與該RF信號線構件實質地平行的一槽孔；其中該配置係經組構以操作於5GHz。
17. 如申請專利範圍第16項之天線配置，進一步經組構以操作於802.11n與802.11a的一雙頻帶模式中。