TWI543448B - 雙天線單饋線系統 - Google Patents

雙天線單饋線系統 Download PDF

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TWI543448B TW100136938A TW100136938A TWI543448B TW I543448 B TWI543448 B TW I543448B TW 100136938 A TW100136938 A TW 100136938A TW 100136938 A TW100136938 A TW 100136938A TW I543448 B TWI543448 B TW I543448B
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摩勒克斯公司
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Description

雙天線單饋線系統 參考相關申請案
本案請求美國臨時專利申請案第61/392,181號申請日2012年10月12日之優先權，該案全文係以引用方式併入此處。
發明領域
本發明係有關於天線領域，更明確言之係有關於適合用在可攜式裝置之天線領域。
 發明背景
間接饋線天線的使用具有多項效益，而此項技術之討論係提供於PCT申請案第PCT/US10/4797號申請日2010年9月7日，該案全文係以引用方式併入此處。第1圖例示說明可用來提供此種系統之具體設計。低帶天線30包括耦接至耦合器32的饋線31。耦合器32耦接高帶元件35，該高帶元件35具有耦接至高帶元件35的短路37接地。高帶天線40包括耦接至開槽42之饋線，該開槽42具有短路47接地。高帶元件45電容式耦接至開槽42且具有短路48接地。低帶及高帶二天線皆可組配以適當組件，因而確保頻率響應為合宜。舉例言之，電感器或電容器可設置串聯耦合器來調整低帶天線的阻抗。此外，電感器可設置串接於高帶元件與地電位間來調整高帶天線的阻抗。
針對原先天線，低帶HISF天線之阻抗作圖係顯示於第2A圖，匹配50歐姆時顯示於第2B圖。如從第2A及2B圖已知，可從起始值51a(可以是GSM 850的低端)延伸至終止值51b(可以是GSM 900的高端)的低帶頻率範圍51係移位至史密斯圖上的期望位置，使用適當組件(例如在饋線與耦合器間加上電感器或電容器)使得在低帶頻率51的頻率響應係在駐波比(SWR)圓55以內，該駐波比可具3之值。
針對原先天線，高帶LISF天線之阻抗作圖係顯示於第3A圖，針對匹配50歐姆天線係顯示於第3B圖。如從第3A及3B圖已知，可從起始值52a(可以是GSM 1800的低端)延伸至終止值52b(可以是UMTS 1(Rx)的高端)之高帶頻率範圍52係移位至史密斯圖上的期望位置，使得高帶頻率52的頻率響應係落入SWR圓55內部。
雖然描述的系統相當精簡，但將行動裝置製造得更小且更具能效及同時提高效能，已經對通訊系統形成逐漸增高的壓力。晶片設計師將多個通訊晶片組整合入CPU設計中試圖最大化效率與效能。因此期待發展可提升通訊系統效能的天線系統。
 發明概要
天線系統包括組配用於低帶頻率之低帶天線及組配用於高帶頻率之高帶天線。低帶天線及高帶天線可藉單一收發器饋線且藉可具有期望長度之傳輸線耦接在一起。低帶天線係經組配來使得高帶頻率具高阻抗，而高帶天線係經組配來使得低帶頻率具高阻抗。傳輸線可用來對低帶及高帶天線的阻抗加入相位延遲，故該等天線並未組配的相對應頻率係朝向史密斯圖上的無限阻抗點移位。
圖式簡單說明
本發明係於附圖中舉例說明但非限制性，其中相似元件符號指示類似的元件及附圖中：
第1圖顯示天線系統之一實施例之透視圖。
第2A圖顯示於調諧之前低帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第2B圖顯示於調諧之後低帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第3A圖顯示於調諧之前高帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第3B圖顯示於調諧之後高帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第4A圖顯示於加入相位延遲之後低帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第4B圖顯示於加入相位延遲之後高帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第5圖顯示有一傳輸線耦接低帶天線與高帶天線的天線系統之一實施例之示意圖。
第6圖顯示第5圖所示天線系統之複合阻抗之作圖。
第7圖顯示第5圖所示天線系統之對數幅值阻抗之作圖。
第8圖顯示有一傳輸線耦接低帶天線與高帶天線的天線系統之另一實施例之示意圖。
 詳細說明
後文詳細說明部分描述具體實施例但非意圖囿限於明確地揭示的組合。因此除非另行註明，否則此處揭示之特徵可一起組合來形成額外組合，但未顯示於此處以求簡明。
如由第2B圖可知，當低帶天線係經組配來使得低帶頻率範圍51係位在SWR圓55內部時，高帶頻率範圍52之位置係接近史密斯圖上的無限阻抗位置。同理，如從第3B圖瞭解，當高頻帶的高帶頻率範圍52係位在SWR圓55內部時，高帶頻率範圍52之位置係接近史密斯圖上的無限阻抗位置。已經確定調整二天線使得相對應的高或低帶頻率可移位至更接近史密斯圖上的無限阻抗點則將有利。換句話說，於一實施例中，可以讓非共振帶頻率在史密斯圖中之高阻抗點(中間右側)，藉此單純經由將兩個50歐姆饋線點加在一起，兩根天線可組合成單饋線天線。
在匹配入50歐姆前，饋線技術的選擇、LISF對HISF、及史密斯圖中共振帶位置已經經過最佳化來使得非共振帶儘可能接近史密斯圖的高阻抗點(參考第2B圖及第3B圖)。在共振帶已經匹配至50歐姆後，非共振帶然後旋轉入史密斯圖的高阻抗區域，如第4A圖及第4B圖所示(低帶範圍51及高帶範圍52以卵形標記)。業已確定有用的旋轉方法係將相位延遲加至各個天線。
低帶的相位延遲係以2毫米長的50歐姆傳輸線達成，而高帶相位延遲係以17毫米傳輸線達成。現在可單純組合至饋線信號而達成單饋線天線，如第5圖示意顯示。組合天線之複合阻抗係顯示於第6圖，而對數幅值阻抗係顯示於第7圖。
用來組合二信號路徑的傳輸線總長度係模擬成19毫米。但19毫米係針對空氣中的傳輸線(電氣長度)，在行動裝置設計中此點極其不可能，原因在於傳輸線經常係設計於電路板。就該點而言，FR4為用於電路板的最常見基材且具有約4.5之介電常數。於空氣中的19毫米電氣長度係等於典型FR4基材中的約9毫米實體長度。
第1圖所示參考天線構思具有LISF饋線與HISF饋線間的實體距離20毫米。此種長度係比FR4的9毫米期望長度略長。但已確定即便傳輸線長度並非最佳仍可達成可接受的效能。值得注意者，因非共振帶本質上係在史密斯圖的高阻抗區域且有低相速，期望於天線系統具有高帶寬之多個情況下，極少使用傳輸線(或超長傳輸線)仍可發揮效果。
但須注意，針對具有較高Q天線元件的系統，期望更準確的傳輸線仍將有利。原因在於此種天線傾向於具有於非共振帶減小的阻抗帶寬及較快的相速。
雖然前述傳輸線系統可用於標準直接饋線天線，但減小的阻抗帶寬及較快的相速傾向於要求遠較長的傳輸線(約四倍長)。如此長的傳輸線在可攜式系統變得不合實際，因而不可能用在將從輕薄短小系統獲益的任何系統。比較使用開槽饋線天線，標準直接饋線天線也要求更準確/精密的設計，傾向於具有非共振帶之減小的阻抗帶寬及較快的相速所導致的增加的帶寬損耗。因此如所瞭解，須對使用標準直接饋線天線作多項非期望的改變。此等係為使得更難以組合此二標準直接饋線天線的原因。
除了允許單一收發器之外，此一構思的另一項優勢為二饋線間距可經最佳化至特定距離而不影響天線元件的Q。此點為可能，原因在於間接饋線可移動得更為靠近彼此，同時因元件本身並不移動故可維持元件的Q。
移動開槽饋線將影響天線的相移，且可能無法獲得單獨開槽所要求的相移及/或不可行。但藉電路中分開的並聯電容器可增加額外相移。舉例言之，若高帶開槽之相移用於以串聯電感器讓高帶頻率匹配50歐姆，則藉加入電容器80可增加相移，如第8圖所示。
期望相移的分開調諧將最有利於高帶饋線；但相移的分開調諧也可用於低帶饋線。如所瞭解，第8圖描述之實例揭示一個實施例，使用分開電容器來調諧具有過短的電氣長度之開槽。藉以電感器置換電容器，可以調諧具有過長的電氣長度之開槽。
此處提供之揭示內容係就較佳具體實施例描述特徵結構。熟諳技藝人士將瞭解從本文揭示之綜論顯然易知落入於隨附之申請專利範圍的範圍及精髓的多個其它實施例、修改及變化。
30．．．低帶天線
31．．．饋線
32．．．耦合器
35、45．．．高帶元件
31、37、41、47、48．．．短路
40．．．高帶天線
42．．．開槽
51．．．低帶頻率範圍
51a、52a．．．起始值
51b、52b．．．終止值
52．．．高帶頻率範圍
55．．．駐波比(SWR)圓
80．．．電容器
第1圖顯示天線系統之一實施例之透視圖。
第2A圖顯示於調諧之前低帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第2B圖顯示於調諧之後低帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第3A圖顯示於調諧之前高帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第3B圖顯示於調諧之後高帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第4A圖顯示於加入相位延遲之後低帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第4B圖顯示於加入相位延遲之後高帶天線於史密斯圖上之阻抗作圖。
第5圖顯示有一傳輸線耦接低帶天線與高帶天線的天線系統之一實施例之示意圖。
第6圖顯示第5圖所示天線系統之複合阻抗之作圖。
第7圖顯示第5圖所示天線系統之對數幅值阻抗之作圖。
第8圖顯示有一傳輸線耦接低帶天線與高帶天線的天線系統之另一實施例之示意圖。

Claims (4)

  1. 一種天線系統，其係包含：組配來於一低頻率帶共振之一第一天線，該第一天線為間接饋給；及組配來於一高頻率帶共振之一第二天線，該第二天線為間接饋給，其中第一及第二天線二者係藉延伸於其間之一傳輸線饋給，該第一天線係經組配來提供一高阻抗給一高帶頻率輸入，及該第二天線係經組配來提供一高阻抗給一低帶頻率輸入，其中該第二天線包括具有一電氣長度之一開槽及組配來增加該開槽之電氣長度之一電容器。
  2. 如申請專利範圍第1項之天線系統，其中該傳輸線係耦接至一收發器，且該收發器與第一天線間沿該傳輸線之一第一距離係與該收發器與第二天線間沿該傳輸線之一第二距離不同。
  3. 一種天線系統，其包含：組配來於一低頻率帶共振之一第一天線，該第一天線為間接饋給；以及組配來於一高頻率帶共振之一第二天線，該第二天線為間接饋給，其中第一及第二天線二者係藉延伸於其間之一傳輸線饋給，該第一天線係經組配來提供一高阻抗給一高帶頻率輸入，及該第二天線係經組配來提供一高阻抗給一低帶頻率輸入，其中該第二天線包括具有一電氣長度之一開槽及組配來縮短該開槽之電氣長度之 一電感器。
  4. 如申請專利範圍第3項之天線系統，其中該傳輸線係耦接至一收發器及該收發器與第一天線間沿該傳輸線之一第一距離係與該收發器與第二天線間沿該傳輸線之一第二距離不同。
TW100136938A 2010-10-12 2011-10-12 雙天線單饋線系統 TWI543448B (zh)

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