TWI533516B - 可切換式天線 - Google Patents

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TWI533516B
TWI533516B TW103112732A TW103112732A TWI533516B TW I533516 B TWI533516 B TW I533516B TW 103112732 A TW103112732 A TW 103112732A TW 103112732 A TW103112732 A TW 103112732A TW I533516 B TWI533516 B TW I533516B
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switchable
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switchable antenna
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蘇紀綱
詹長庚
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啟碁科技股份有限公司
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
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Description

可切換式天線
本發明係指一種可切換式天線，尤指一種能避免干擾及改善訊號死角(dead zone)，並可適應性地切換至全向模式或指向模式之可切換式天線。
天線係用來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號。常見的天線依其輻射場型分布方式可分為全向性及指向性；顧名思義，全向性天線之場型無特定方向性，故具有較佳覆蓋率，而指向性天線之場型則大致朝一特定方向，可提升特定方向之傳輸效率。
一般而言，天線設計完成後，其方向性即已確定。然而，不同無線通訊應用可能需要操作在不同模式，因此，如何將有效率將通訊裝置切換至全向模式(Omni mode)或指向模式(Directional mode)，就成為業界所努力的目標之一。
因此，本發明主要提供一種可切換式天線，可切換至全向模式或指向模式，且能避免干擾及改善訊號死角。
本發明揭露一種可切換式天線，用來收發射頻訊號，包含有一基板，包含有一上表面及一下表面；一第一輻射部，形成於該基板之該上表面之上，包含有一第一中心及分別由該第一中心延伸出之一第一彎折區段及一第二彎折區段；一第二輻射部，形成於該基板之該下表面之上，包含有一第二中心及分別由該第二中心延伸出之一第三彎折區段及一第四彎折區段，該第三彎折區段及該第四彎折區段係分別對應該第一彎折區段及該第二彎折區 段設置；一第一天線元件，對應該第一彎折區段設置於該上表面之上；一第一切換元件，電性連接至該第一天線元件，用來將該第一天線元件切換為一反射體或一寄生輻射體；一第二天線元件，對應該第二彎折區段設置於該上表面之上；以及一第二切換元件，電性連接至該第二天線元件，用來將該第二天線元件切換為一反射體或一寄生輻射體。
本發明另揭露一種可切換式天線，用來收發射頻訊號，包含有一基板，包含有一上表面及一下表面；一第一輻射部，形成於該基板之該上表面之上，包含有：一第一彎折區段；以及一第二彎折區段；以及一第二輻射部，形成於該基板之該下表面之上，包含有一中心；一第三彎折區段，由該中心延伸，並藉由一第一連通柱電性連接至該第一彎折區段，且對應該第一彎折區段設置；以及一第四彎折區段，由該中心延伸，並藉由一第二連通柱電性連接至該第二彎折區段，且對應該第二彎折區段設置。
10、50、60、68、80、82、84、92‧‧‧可切換式天線
12、52‧‧‧基板
12a、52a‧‧‧上表面
12b、52 b‧‧‧下表面
14‧‧‧控制模組
100、110、500、510‧‧‧輻射部
101、111、511‧‧‧中心
102、104、106、502、504、506、1302、1304、1306、1402、1404、1406、1702、1704、1706‧‧‧上表面彎折區段
112、114、116、512、514、516、1312、1314、1316、1412、1414、1416、1712、1714、1716‧‧‧下表面彎折區段
122、124、126、1022、1024、1026‧‧‧天線元件
132、134、136、532、534、536‧‧‧切換元件
142、144、146、1042、1044、1046‧‧‧延伸區段
152a、152b、154a、154b、156a、156b、552、554、556、558‧‧‧阻流器
162、164、166、562、564、566‧‧‧電阻
102a~106b、112a~116b、502a~506c、512a~516e、522a~526c、1302a~1306c、1312a~1316c、1402a~1406d、1412a~1416d、1702a~1706c、1712a~1716e‧‧‧分段
θ1~θ3、φ1~φ3、α1~α6、β1~β12、δ1~δ6、α1’~α6’、β1’~β12’‧‧‧夾角
D1、D2、D3‧‧‧距離
522、524、526‧‧‧調整元件
542、544、546、1442、1444、1446、1492、1494、1496‧‧‧直流斷電器
572、574、576‧‧‧反射區段
582、584、586、1482、1484、1486‧‧‧連通柱
56‧‧‧射頻訊號處理模組
X、Y、Z‧‧‧方向
第1A~1C圖分別為本發明實施例一可切換式天線之正面、背面、透視示意圖。
第1D~1E圖分別為第1A圖之可切換式天線操作於一全向模式及一指向模式之電流分布示意圖。
第2圖為第1A圖之可切換式天線操作於全向模式之天線共振(電壓駐波比)模擬結果示意圖。
第3A圖為第1A圖之切換元件均不導通時，可切換式天線在60度角對應頻率5500MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第3B圖為第1A圖之切換元件中僅一切換元件導通時，可切換式天線在60度角對應頻率5500MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第3C圖為第1A圖之切換元件中兩個切換元件導通時，可切換式天線在60度角對應頻率5500MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第4A圖為第1A圖之切換元件均不導通時，可切換式天線在60度角之天線場型特性實測結果示意圖。
第4B圖為第1A圖之切換元件中僅一切換元件導通時，可切換式天線在60度角之天線場型特性實測結果示意圖。
第5A~5D圖分別為本發明實施例一可切換式天線之正面、背面、透視及等效電路示意圖。
第6A圖為具有調整元件之第5A圖之可切換式天線對應頻率2500MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第6B圖為不具調整元件之第5A圖之可切換式天線對應頻率2500MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第7A圖為第5A圖之可切換式天線操作於一指向模式之電流分布示意圖。
第7B圖為第5A圖之可切換式天線之天線共振模擬結果示意圖。
第8A圖為第5A圖之切換元件均不導通時，可切換式天線在60度角對應頻率2450MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第8B圖為第5A圖之切換元件中兩個切換元件導通時，可切換式天線在60度角對應頻率2450MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第8C圖為第5A圖之切換元件中兩個切換元件不導通時，可切換式天線在60度角對應頻率2450MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。
第9A圖為第5A圖之切換元件均不導通時，可切換式天線在60度角之天線場型特性實測結果示意圖。
第9B圖為第5A圖之切換元件中兩個切換元件導通時，可切換式天線在60度角之天線場型特性實測結果示意圖。
第9C圖為第5A圖之切換元件中兩個切換元件不導通時，可切換式天線在60度角之天線場型特性實測結果示意圖。
第10圖為本發明實施例一可切換式天線之透視示意圖。
第11圖為本發明實施例一可切換式天線之透視示意圖。
第12圖為本發明實施例一可切換式天線之透視示意圖。
第13圖為本發明實施例一可切換式天線之透視示意圖。
第14圖為本發明實施例一可切換式天線之透視示意圖。
第15圖為本發明實施例一可切換式天線之透視示意圖。
請參考第1A~1E圖，第1A~1C圖分別為本發明實施例一可切換式天線10之正面、背面、透視示意圖，而第1D~1E圖則分別為可切換式天線10操作於一全向模式(omni mode)及一指向模式(directional mode)之電流分布示意圖。如第1A~1C圖所示，可切換式天線10可用於一無線區域網路(如符合IEEE 802.11之無線區域網路)以用來收發射頻訊號。可切換式天線10包含有一基板12、輻射部100、110、天線元件122、124、126、切換元件132、134、136、延伸區段142、144、146、阻流器(chock)152a、152b、154a、154b、156a、156b、電阻162、164、166。輻射部100形成於基板12之一上表面12a之上，包含有一中心101及由中心101延伸出之上表面彎折區段102、104、106。輻射部110形成於基板12之一下表面12b之上，包含有一中心111及由中心111延伸出之下表面彎折區段112、114、116。天線元件122、124、126之一端分別經由切換元件132、134、136及延伸區段142、144、146而耦接於用來提供直流電源之一控制模組14，另一端則分別經由電阻162、164、166耦接至地，因此，當控制模組14分別控制切換元件132、134、136導通時，天線元件122、124、126可分別切換為一反射體，而當控制模組14分別控制切換元件132、134、136不導通時，天線元件122、124、126可分別切換為一寄生輻射體。阻流器152a、154a、156a分別電性耦接於系統地端與天線元件122、124、126之間，而阻流器152b、154b、156b則分別電性耦接於控制模組14與天線元件122、124、126之間，以限制天線元件122、124、126中共振之射頻訊號，避免射頻訊號干擾控制模組14。
簡言之，藉由控制切換元件132、134、136之導通情形，天線元件122、124、126可分別切換為一反射體或一寄生輻射體，以使可切換式天線10操作於全向模式或指向模式，並可進一步調整可切換式天線10之指向性，以避免干擾。
詳細而言，當切換元件132、134、136均不導通時，天線元件122、124、126分別切換為一寄生輻射體，以增加頻寬，並使可切換式天線10操作於一全向模式以全向性地收發射頻訊號，以利偵測、搜尋站台(Station)或其全向操作需求。當切換元件132、134、136其中一者(如切換元件136)導通時，天線元件122、124、126其中一者(如天線元件126)切換為一反射體，而其它天線元件則為寄生輻射體(如天線元件122、124)，而使可切換式天線10操作於一指向模式以指向性地收發射頻訊號(如朝向一方向Y)，從而提升傳輸效率，降低功耗。當僅有切換元件132、134、136其中一者(如切換元件136)不導通時，天線元件122、124、126其中一者(如天線元件126)切換為一寄生輻射體，而其它天線元件則為反射體(如天線元件122、124)，而能提高可切換式天線10之指向性(如反向於方向Y)，並藉由較窄之波束收發射頻訊號，以避免干擾。
為了提高全向性地收發射頻訊號之品質，可切換式天線10之幾何結構可使可切換式天線10形成穩定之環形電流。詳細而言，上表面彎折區段102包含有分段102a、102b，上表面彎折區段104包含有分段104a、104b，上表面彎折區段106包含有分段106a、106b。藉由分段102a、102b之間的一90度夾角θ1、分段104a、104b之間的一90度夾角θ2、分段106a、106b之間的一90度夾角θ3，上表面彎折區段102、104、106可分別形成一順時針彎折之L字型結構，並等分空間。類似地，下表面彎折區段112包含有分段112a、112b，下表面彎折區段114包含有分段114a、114b，下表面彎折區段116包含有分段116a、116b。藉由分段112a、112b之間的一90度夾角φ1、分段114a、114b之間的一90度夾角φ2、分段116a、116b之間的一90度夾 角φ3，下表面彎折區段112、114、116可分別形成一逆時針彎折之L字型結構，並等分空間。如第1C圖所示，於一垂直投影方向Z，中心101、111重疊，且上表面彎折區段102、104、106之順時針彎折之L字型結構與下表面彎折區段112、114、116之逆時針彎折之L字型結構分別形成一T字型結構。據此，當可切換式天線10於全向模式傳送射頻訊號時，電流如第1D圖所示地以順時針或逆時針方向分布於輻射部100、110，而使可切換式天線10具有亞福特環形(Alford loop)天線效應，並藉由可切換式天線10之幾何特徵，可使垂直投影方向Z形成輻射場型之零點(null)，且可切換式天線10之一T字型結構產生之射頻訊號因時間延遲而可與另一T字型結構產生之射頻訊號在空間中互相加乘，並形成全向性場型。
為了加強可切換式天線10之指向性，中心111與天線元件122、124、126之距離D1、D2、D3可介於0.15至0.25倍中心頻率對應之操作波長，中心111與天線元件122、124、126之距離D1、D2、D3較佳為0.15倍中心頻率對應之操作波長，以使操作頻段(如5150MHz~5850MHz)於60度角(即XY平面仰角30度)之前後場型比(F/B)大於5dB。換言之，可切換式天線10之天線共振機制類似於環形天線，因此符合八木天線反射體與輻射體之距離介於0.15至0.25倍之操作波長。
透過模擬及量測可進一步判斷可切換式天線10之不同頻率之天線輻射場型是否符合系統需求。請參考第2~4B圖，第2圖為可切換式天線10操作於全向模式之天線共振(電壓駐波比)模擬結果示意圖，其中，點線代表可切換式天線沒有天線元件122、124、126之天線共振模擬結果，實線代表包含有天線元件122、124、126之可切換式天線10之天線共振模擬結果。如第2圖所示，包含有天線元件122、124、126之可切換式天線10可有效增加頻寬。由於實際應用時，一大片金屬板多配合設置於可切換式天線10下方，以提供屏蔽(shielding)功效或其他用途，然而大片金屬板將導致可切換式天線10之輻射場型向上偏移而產生一傾斜角度。為了適當呈現可切換式天線 10之特性，較佳取樣可切換式天線10在60度角(即XY平面仰角30度)之場型數據。第3A圖為切換元件132、134、136均不導通時，可切換式天線10在60度角對應頻率5500MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。第3B圖為切換元件132、134、136中僅一切換元件導通時，可切換式天線10在60度角對應頻率5500MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。第3C圖為切換元件132、134、136中兩個切換元件導通時，可切換式天線10在60度角對應頻率5500MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。第4A圖為切換元件132、134、136均不導通時，可切換式天線10在60度角之天線場型特性實測結果示意圖，第4B圖為切換元件132、134、136中僅一切換元件導通時，可切換式天線10在60度角之天線場型特性實測結果示意圖。如第3A~4B圖所示，當切換元件導通之數量越多時，波束越為集中。
另一方面，請參考第5A~5D圖，第5A~5D圖分別為本發明實施例一可切換式天線50之正面、背面、透視及等效電路示意圖。如第5A~5C圖所示，可切換式天線50亦可用於一無線區域網路(如符合IEEE 802.55之無線區域網路)以用來收發射頻訊號。可切換式天線50包含有一基板52、輻射部500、510、調整元件522、524、526、切換元件532、534、536、直流斷電器(Direct Current Block)542、544、546、阻流器(chock)552、554、556、558、電阻562、564、566。輻射部500形成於基板52之一上表面52a之上，包含有上表面彎折區段502、504、506。輻射部510形成於基板52之一下表面52b之上，包含有一中心511、由中心511延伸出之下表面彎折區段512、514、516、反射區段572、574、576、連通柱(Via)582、584、586。下表面彎折區段512、514、516對應上表面彎折區段502、504、506，並藉由連通柱582、584、586而電性連接至上表面彎折區段502、504、506，其中，連通柱582、584、586係設置於基板52中。
此外，如第5D圖所示，切換元件532、534、536之一端分別耦接於提供交流訊號之一射頻訊號處理模組56及經由阻流器558而耦接至系統 地端，另一端則分別電性連接至上表面彎折區段502、504、506並經由上表面彎折區段502、504、506、阻流器552、554、556及電阻562、564、566而耦接於提供直流電源之一控制模組54。因此，當控制模組54分別控制切換元件532、534、536導通時，上表面彎折區段502、504、506可分別連接至射頻訊號處理模組56，以收發射頻訊號，而當控制模組54分別控制切換元件532、534、536不導通時，上表面彎折區段502、504、506無法連接至射頻訊號處理模組56。其中，阻流器552、554、556、558可限制上表面彎折區段502、504、506中共振之射頻訊號，以避免射頻訊號干擾控制模組54，而直流斷電器542、544、546則可避免上表面彎折區段502、504、506其中一者(如上表面彎折區段502)之直流電源經由連通柱582、584、586而傳遞至其它上表面彎折區段(如上表面彎折區段504、506)。反射區段572、574、576分別設置於兩相鄰之下表面彎折區段之間，以加強可切換式天線50之指向性。
簡言之，藉由控制切換元件532、534、536之導通情形，上表面彎折區段502、504、506可分別連接至射頻訊號處理模組56，以使可切換式天線50操作於全向模式或指向模式，並可進一步藉由反射區段572、574、576調整可切換式天線50之指向性，以避免干擾。
詳細而言，當切換元件532、534、536均導通時，上表面彎折區段502、504、506分別連接至射頻訊號處理模組56，並且藉由電性連接之下表面彎折區段512、514、516而可使可切換式天線50具有亞福特環形(Alford loop)天線效應，因此可切換式天線50操作於一全向模式以全向性地收發射頻訊號，以利偵測、搜尋站台(Station)或其全向操作需求。當切換元件532、534、536其中一者(如切換元件536)不導通時，僅有兩個上表面彎折區段(如上表面彎折區段502、504)仍連接至射頻訊號處理模組56，且與對應之下表面彎折區段(如下表面彎折區段512、514)形成摺疊偶極天線(Folded dipole antenna)結構，並因對應之反射區段(如反射區段574、576)的作用， 因此可切換式天線50操作於一指向模式以指向性地收發射頻訊號(如朝向一方向Y)，從而提升傳輸效率，降低功耗。當僅有切換元件532、534、536其中一者(如切換元件536)導通時，僅有上表面彎折區段(如上表面彎折區段506)仍連接至射頻訊號處理模組56，且與對應之下表面彎折區段(如下表面彎折區段516)形成摺疊偶極天線結構，並因對應之反射區段(如反射區段574、576)的作用，而能提高可切換式天線50之指向性(如反向於方向Y)，並藉由較窄之波束收發射頻訊號，以避免干擾。
為了提高全向性地收發射頻訊號之品質，可切換式天線50之幾何結構可使可切換式天線50形成穩定之環形電流。詳細而言，上表面彎折區段502包含有分段502a、502b、502c，上表面彎折區段504包含有分段504a、504b、504c，上表面彎折區段506包含有分段506a、506b、506c。藉由分段502a~506c之間的90度夾角α1~α6，上表面彎折區段502、504、506可分別形成順時針彎折結構，並等分空間。類似地，下表面彎折區段512包含有分段512a~512e，下表面彎折區段514包含有分段514a~514e，下表面彎折區段516包含有分段516a~516e。藉由分段512a~516e之間的90度夾角β1~β12，下表面彎折區段512、514、516可分別形成逆時針彎折結構，並等分空間。如第5C圖所示，於一垂直投影方向Z，上表面彎折區段502、504、506與下表面彎折區段512、514、516分別形成一封閉之摺疊偶極天線結構。並且，下表面彎折區段512、514、516可藉由連通柱582、584、586而電性連接至上表面彎折區段502、504、506。據此，當可切換式天線50於全向模式傳送射頻訊號時，可切換式天線50具有亞福特環形(Alford loop)天線效應。
為了加強可切換式天線10之指向性，反射區段572、574、576分別設置於兩相鄰之下表面彎折區段之間，以對應上表面彎折區段502、504、506與下表面彎折區段512、514、516所分別形成之摺疊偶極天線結構，而具有類似於八木天線反射之特性。調整元件522包含有分段522a、522b、522c， 調整元件524包含有分段524a、524b、524c，調整元件526包含有分段526a、526b、526c。並且，藉由分段522a~526c之間的夾角δ1~δ6，對應反射區段572、574、576設置之調整元件522、524、526可分別形成一弓形結構，以加強指向模式之輻射場型交界處之天線增益值，換言之，調整元件522、524、526可增加波束寬，以改善訊號死角(dead zone)。詳細而言，請參考第6A與6B圖，第6A圖為具有調整元件522、524、526之可切換式天線50對應頻率2500MHz之天線場型特性模擬結果示意圖，第6B圖為不具調整元件之可切換式天線對應頻率2500MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。如第6A與6B圖所示，具有調整元件522、524、526之可切換式天線50之波束較寬。
此外，可切換式天線50之幾何結構還可兼顧全向模式與指向模式之阻抗匹配。詳細而言，當可切換式天線50操作於全向模式，上表面彎折區段502、504、506均連接至射頻訊號處理模組56，而當可切換式天線50操作於指向模式，僅部分之上表面彎折區段502、504、506(如上表面彎折區段506)連接至射頻訊號處理模組56。然而，由於一上表面彎折區段(如上表面彎折區段506)可藉由連通柱582、584、586(如連通柱586)而電性連接至下表面彎折區段(如下表面彎折區段516)，而下表面彎折區段(如下表面彎折區段516)可經由中心511連接至其他下表面彎折區段(如下表面彎折區段512、514)及對應之上表面彎折區段(如上表面彎折區段502、504)，因此當可切換式天線50操作於指向模式而使部分之上表面彎折區段502、504、506(如上表面彎折區段506)連接至射頻訊號處理模組56，其它上表面彎折區段及下表面彎折區段(如上表面彎折區段502、504及下表面彎折區段512、514)亦有反向電流，而能確保阻抗匹配。舉例而言，第7A圖為本發明實施例可切換式天線50操作於一指向模式之電流分布示意圖，第7B圖為可切換式天線50之天線共振模擬結果示意圖，其中，細點線為可切換式天線50操作於全向模式之天線共振模擬結果，粗點線、細鍊線、粗鍊線分別為上表面 彎折區段502、504、506之S11值模擬結果，虛線、粗實線、細實線分別為上表面彎折區段502、504、506之天線隔離度模擬結果。
透過模擬及量測可進一步判斷可切換式天線50之不同頻率之天線輻射場型是否符合系統需求。由於實際應用時，一大片金屬板多配合設置於可切換式天線50下方，以提供屏蔽(shielding)功效或其他用途，然而大片金屬板將導致可切換式天線50之輻射場型向上偏移而產生一傾斜角度。為了適當呈現可切換式天線50之特性，較佳取樣可切換式天線50在60度角(即XY平面仰角30度)之場型數據。請參考第8A至9C圖，第8A圖為切換元件532、534、536均不導通時，可切換式天線50在60度角對應頻率2450MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。第8B圖為切換元件532、534、536中兩個切換元件導通時，可切換式天線50在60度角對應頻率2450MHz之天線場型特性模擬結果示意圖。第8C圖為切換元件532、534、536中兩個切換元件不導通時，可切換式天線50在60度角對應頻率2450MHz之天線場型特性模擬結果示意圖，第9A圖為切換元件532、534、536均導通時，可切換式天線50在60度角之天線場型特性實測結果示意圖，第9B圖為切換元件532、534、536中兩個切換元件導通時，可切換式天線50在60度角之天線場型特性實測結果示意圖，第9C圖為切換元件532、534、536中兩個切換元件不導通時，可切換式天線50在60度角之天線場型特性實測結果示意圖。如第8A至9C圖所示，當切換元件導通之數量越少時，波束越為集中。
值得注意的是，可切換式天線10、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，可切換式天線之切換元件可為二極體或電晶體等開關元件，其數目可對應上表面彎折區段之數目而調整，然而，一個上表面彎折區段不限定於對應一個切換元件，而可對應多個切換元件。可切換式天線包含有三個上表面彎折區段及三個下表面彎折區段，但本發明不限於此，而可切換式天線可包含有多個上表面彎折區段及多個下表面彎折區段，或者，可切換式天線僅包含有兩個上表面彎折區段及兩 個下表面彎折區段。並且，上表面彎折區段102、104、106大致為徑向對稱配置而等分空間，因此對應之下表面彎折區段112、114、116亦大致為徑向對稱配置，且上表面彎折區段502、504、506大致為徑向對稱配置而等分空間，因此對應之下表面彎折區段512、514、516亦大致為徑向對稱配置，但本發明不限於此，而可為非對稱配置、矩形配置及鏡像配置。此外，可切換式天線10之天線元件122、124、126、上表面彎折區段102、104、106及下表面彎折區段112、114、116分別具有相同尺寸，且可切換式天線50之上表面彎折區段502、504、506及下表面彎折區段512、514、516分別具有相同尺寸，但本發明不限於此，而可視系統需求或設計考量為多種尺寸配置。另外，天線元件122、124、126、調整元件522、524、526之分段522a~526c、上表面彎折區段102、104、106、502、504、506之分段102a~506c及下表面彎折區段112、114、116、512、514、516之分段112a~516e大致為一直線結構，但本發明不限於此，天線元件、上表面彎折區段及下表面彎折區段亦可為弧狀結構。
此外，可切換式天線10之天線元件122、124、126長度較佳介於0.4至0.475倍的中心頻率對應之操作波長，以作為寄生輻射體而增加頻寬。但切換元件132、134、136若非理想開關而具電容電感效應，則於切換元件132、134、136不導通時，部分電流仍可流經切換元件132、134、136，在此情況下，天線元件122、124、126亦可視系統需求而適當調整。舉例來說，請參考第10圖，第10圖為本發明實施例一可切換式天線60之透視示意圖，可切換式天線60之架構類似於可切換式天線10，故相同元件沿用相同符號表示。其中，如第10圖所示，可切換式天線60之切換元件132、134、136分別設置於天線元件1022、1024、1026與延伸區段1042、1044、1046之間，並且天線元件1022之長度大致等於延伸區段1042之長度，天線元件1024之長度大致等於延伸區段1044之長度，且天線元件1026之長度大致等於延伸區段1046之長度。值得注意的是，本發明之天線元件與延伸區段之長度比例 不限於此，而可視切換元件之特性、天線元件中共振之射頻訊號對應之等效天線元件長度，而調整天線元件與延伸區段之長度比例。天線元件與延伸區段之配置順序亦可適當調整。此外，上表面彎折區段可分別形成一順時針彎折結構，而下表面彎折區段則對應地為逆時針彎折結構，但不以此為限。上表面彎折區段可分別形成逆時針彎折結構，且下表面彎折區段則對應地為順時針彎折結構。其中，彎折結構例如還可以是彎折之L字型結構。
上表面彎折區段及下表面彎折區段之分段數目可視系統需求而適當調整。舉例來說，請參考第11圖，第11圖為本發明實施例一可切換式天線68之透視示意圖，可切換式天線68之架構類似於可切換式天線10，故相同元件沿用相同符號表示。其中，如第11圖所示，上表面彎折區段1302包含有分段1302a、1302b、1302c，上表面彎折區段1304包含有分段1304a、1304b、1304c，上表面彎折區段1306包含有分段1306a、1306b、1306c。而下表面彎折區段1312包含有分段1312a、1312b、1312c，下表面彎折區段1314包含有分段1314a、1314b、1314c，下表面彎折區段1316包含有分段1316a、1316b、1316c。值得注意的是，上表面彎折區段及下表面彎折區段之分段寬度比例與長度比例亦可視系統需求而適當調整，在此不再贅述。
另一方面，可切換式天線之下表面彎折區段與上表面彎折區段之結構可適當調整，而連通柱的位置則對應改變。舉例來說，請參考第12圖，第12圖為本發明實施例一可切換式天線80之透視示意圖，可切換式天線80之架構類似於可切換式天線50，故相同元件沿用相同符號表示。其中，如第12圖所示，上表面彎折區段1402包含有分段1402a~1402d，上表面彎折區段1404包含有分段1404a~1404d，上表面彎折區段1406包含有分段1406a~1406d，並且，下表面彎折區段1412包含有分段1412a~1412d，下表面彎折區段1414包含有分段1414a~1414d，下表面彎折區段1416包含有分段1416a~1416d。而對應地，連通柱1482、1484、1486分別設置於上表面彎折區段1402、1404、1406與下表面彎折區段1412、1414、1416之間以電性連 接上表面彎折區段1402、1404、1406與下表面彎折區段1412、1414、1416。
此外，可切換式天線之直流斷電器之位置亦可於阻流器與輻射部之中心之間做適度調整。舉例來說，請參考第13圖，第13圖為本發明實施例一可切換式天線82之透視示意圖，可切換式天線82之架構類似於可切換式天線50，故相同元件沿用相同符號表示。其中，如第13圖所示，直流斷電器1442、1444、1446係設置於上表面彎折區段502、504、506之末端。然而本發明不以此為限，舉例來說，請參考第14圖，第14圖為本發明實施例一可切換式天線84之透視示意圖，可切換式天線84之架構類似於可切換式天線50，故相同元件沿用相同符號表示。其中，如第14圖所示，直流斷電器1492、1494、1496係設置於下表面彎折區段512、514、516中。
並且，可切換式天線50之調整元件522、524、526之幾何結構亦可視系統需求而適當調整。舉例來說調整元件522、524、526之分段數目不限於3段，而可包含有多個分段，以加強指向模式之輻射場型交界處之天線增益值，而增加波束寬，改善訊號死角。並且，分段之間的夾角、寬度比例與長度比例亦可對應調整，在此不再贅述。並且，上表面彎折區段及下表面彎折區段之分段數目可視系統需求而適當調整。舉例來說，上表面彎折區段502、504、506與下表面彎折區段512、514、516可分別包含有多個分段，而可使上表面彎折區段502、504、506與下表面彎折區段512、514、516分別形成一封閉之凸字形摺疊偶極天線結構。值得注意的是，上表面彎折區段及下表面彎折區段之分段寬度比例與長度比例亦可視系統需求而適當調整，在此不再贅述。
上表面彎折區段及下表面彎折區段之分段夾角可視系統需求而適當調整。舉例來說，請參考第15圖，第15圖為本發明實施例一可切換式天線92之透視示意圖，可切換式天線92之架構類似於可切換式天線10，故相同元件沿用相同符號表示。其中，如第15圖所示，上表面彎折區段1702之分段1702b、1702c之間的夾角α4’大於90度、上表面彎折區段1704之分段 1704b、1704c之間的夾角α5’大於90度、上表面彎折區段1706之分段1706b、1706c之間的夾角α6’大於90度。下表面彎折區段1712之分段1712b、1712c之間的夾角β4’大於90度、分段1712c、1712d之間的夾角β7’及分段1712d、1712e之間的夾角β10’小於90度、下表面彎折區段1714之分段1714b、1714c之間的夾角β5’大於90度、分段1714c、1714d之間的夾角β8’及分段1714d、1714e之間的夾角β11’小於90度、下表面彎折區段1716之分段1716b、1716c之間的夾角β6’大於90度、分段1716c、1716d之間的夾角β9’及分段1716d、1716e之間的夾角β12’小於90度。因此，上表面彎折區段1702、1704、1706與下表面彎折區段1712、1714、1716分別形成一封閉之梯形摺疊偶極天線結構。
綜上所述，藉由控制切換元件之導通情形，可使可切換式天線操作於全向模式或指向模式，並可藉由天線元件或反射區段進一步調整可切換式天線之指向性，以避免干擾。
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‧‧‧可切換式天線
12‧‧‧基板
12a‧‧‧上表面
100、110‧‧‧輻射部
101、111‧‧‧中心
122、124、126‧‧‧天線元件
132、134、136‧‧‧切換元件
142、144、146‧‧‧延伸區段
152a、152b、154a、154b、156a、156b‧‧‧阻流器
162、164、166‧‧‧電阻
X、Y、Z‧‧‧方向

Claims (13)

  1. 一種可切換式天線，用來收發射頻訊號，包含有：一基板，包含有一上表面及一下表面；一第一輻射部，形成於該基板之該上表面之上，包含有一第一中心及分別由該第一中心延伸出之一第一彎折區段及一第二彎折區段；一第二輻射部，形成於該基板之該下表面之上，包含有一第二中心及分別由該第二中心延伸出之一第三彎折區段及一第四彎折區段，該第三彎折區段及該第四彎折區段係分別對應該第一彎折區段及該第二彎折區段設置；一第一天線元件，對應該第一彎折區段設置於該下表面之上；一第一切換元件，電性連接至該第一天線元件，用來將該第一天線元件切換為一反射體或一寄生輻射體；一第二天線元件，對應該第二彎折區段設置於該下表面之上；以及一第二切換元件，電性連接至該第二天線元件，用來將該第二天線元件切換為一反射體或一寄生輻射體。
  2. 如請求項1所述之可切換式天線，其中於一全向模式，該第一切換元件及該第二切換元件均不導通，且該第一天線元件及該第二天線元件分別切換為一寄生輻射體。
  3. 如請求項1所述之可切換式天線，其中於一指向模式，該第一切換元件及該第二切換元件其中至少一者導通而切換為一反射體。
  4. 如請求項1所述之可切換式天線，其中該第二中心於一垂直投影方向與該第一中心重疊，該第一彎折區段與該第三彎折區段於該垂直投影方向形成一第一T字型結構，且該第二彎折區段與該第四彎折區段於該垂直投影方向形成一第二T字型結構。
  5. 如請求項1所述之可切換式天線，另包含有： 一第一阻流器(chock)，耦接於該第一天線元件；一第一延伸區段，耦接至該第一切換元件；一第二阻流器，耦接於一控制模組與該第一延伸區段之間；一第一電阻，耦接於一系統地端與該第一阻流器之間；一第三阻流器，耦接於該第二天線元件；一第二延伸區段，耦接至該第二切換元件；一第四阻流器，耦接於該控制模組與該第二延伸區段之間；以及一第二電阻，耦接於該系統地端與該第三阻流器之間；其中，該控制模組用來選擇性導通該第一切換元件或該第二切換元件。
  6. 一種可切換式天線，用來收發射頻訊號，包含有：一基板，包含有一上表面及一下表面；一第一輻射部，形成於該基板之該上表面之上，包含有：一第一彎折區段；以及一第二彎折區段；一第二輻射部，形成於該基板之該下表面之上，包含有：一中心；一第三彎折區段，由該中心延伸，並藉由一第一連通柱(Via)電性連接至該第一彎折區段，且對應該第一彎折區段設置；以及一第四彎折區段，由該中心延伸，並藉由一第二連通柱電性連接至該第二彎折區段，且對應該第二彎折區段設置；一第一切換元件，用來切換該第一彎折區段與一射頻訊號處理模組之連結；以及一第二切換元件，用來切換該第二彎折區段與該射頻訊號處理模組之連結。
  7. 如請求項6所述之可切換式天線，其中於一全向模式，該第一切換元件及該第二切換元件均導通，該射頻訊號處理模組輸入訊號至該第一彎折 區段及該第二彎折區段。
  8. 如請求項6所述之可切換式天線，其中於一指向模式，該第一切換元件及該第二切換元件其中至少一者不導通。
  9. 如請求項6所述之可切換式天線，其中該第三彎折區段與該第一彎折區段於該垂直投影方向形成一第一摺疊偶極天線(Folded dipole antenna)結構，且該第四彎折區段與該第二彎折區段於該垂直投影方向形成一第二摺疊偶極天線結構。
  10. 如請求項6所述之可切換式天線，另包含有：一第一阻流器(chock)，耦接至該第一彎折區段；一第一電阻，耦接於一控制模組與該第一阻流器之間；一第一直流斷電器(Direct Current Block)，設置於該第一彎折區段中；一第二阻流器，耦接至該第二彎折區段；一第二電阻，耦接於該控制模組與該第二阻流器之間；一第二直流斷電器，設置於該第二彎折區段中；以及一第三阻流器，耦接於該第一切換元件及該第二切換元件與系統地端之間；其中，該控制模組用來選擇性導通該第一切換元件或該第二切換元件。
  11. 如請求項6所述之可切換式天線，其中該第二輻射部另包含有：一第一反射區段，由該中心延伸，且設置於該第三彎折區段與該第四彎折區段之間；以及一第二反射區段，由該中心延伸，且對應該第一反射區段設置。
  12. 如請求項11所述之可切換式天線，另包含有：一第一調整元件，形成於該上表面之上且對應該第一反射區段設置，用來調整波束寬度；以及一第二調整元件，形成於該上表面之上且對應該第二反射區段設置，用來調整波束寬度。
  13. 如請求項6所述之可切換式天線，其中該第一連通柱及該第二連通柱設置於該基板中。
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