TWI544685B - 天線裝置及天線系統 - Google Patents

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Description

天線裝置及天線系統
本發明是有關於一種天線裝置，特別是指一種全向性(Omnidirectional)水平極化(Horizontally Polarized)天線。本發明還有關於一種包含有該天線裝置的天線系統。
隨著通訊科技的蓬勃發展，用於收發無線射頻訊號的重要元件一天線，其相關的研究課題成為通訊發展相當重要的一環。天線一般而言可分為全向性天線及定向(或稱指向)性天線。又按極化的性質可分為水平極化、垂直極化、圓極化等。全向性水平極化天線例如典型的阿爾福德(Alford)環形天線。中華民國發明專利公告號第310486號所揭示之「全向性水平極化迴線式Alford帶狀天線」即為全向性水平極化之阿爾福德環形天線。
然而阿爾福德環形天線具有水平截面積大的缺點，無法符合現今電子通訊裝置縮小化的需求。因此，如何發展出一種新的全向性水平極化天線，能解決前述現有技術的缺點，遂成為本案進一步要探討的主題。
因此，本發明之目的，即在提供一種全向性水平極化之天線裝置。
本發明之另一目的，即在提供一種全向性水平極化之天線系統。
於是，本發明天線裝置，包含一第一槽孔天線及第二槽孔天線。該第一槽孔天線通過一第一平面並接收一第一射頻訊號。該第二槽孔天線連接該第一槽孔天線，並通過一第二平面且接收一第二射頻訊號。該第二平面垂直於該第一平面。該第二射頻訊號的相位與該第一射頻訊號的相位相差九十度。
該第一槽孔天線具有一第一主槽孔，該第二槽孔天線具有一第二主槽孔，該第二主槽孔連通該第一主槽孔。該第一槽孔天線及該第二槽孔天線是以共面波導的形式饋入該第一射頻訊號及該第二射頻訊號。
更具體來說，該第一槽孔天線包括一第一天線本體及一第一饋入導體，該第一天線本體界定出該第一主槽孔並具有二第一接地部及一連接該等第一接地部的第一本體部，該等第一接地部分別具有一第一接地端，該第一饋入導體由該第一本體部伸入該第一主槽孔並延伸至該等第一接地部之間且具有一供饋入該第一射頻訊號的第一饋入端。
該第二槽孔天線包括一第二天線本體及一第二饋入導體，該第二天線本體界定出該第二主槽孔並具有二第二接地部及一連接該等第二接地部的第二本體部，該等 第二接地部分別具有一第二接地端，該第二饋入導體由該第二本體部伸入該第二主槽孔並延伸至該等第二接地部之間且具有一供饋入該第二射頻訊號的第二饋入端。
該第一天線本體還界定出複數個連通該第一主槽孔的第一次槽孔，該第二天線本體還界定出複數個連通該第二主槽孔的第二次槽孔。
各該第一次槽孔具有一第一延伸段，及一連通該第一延伸段與該第一主槽孔的第一連通段，各該第二次槽孔具有一第二延伸段，及一連通該第二延伸段與該第二主槽孔的第二連通段，各該第一連通段沿一第一方向延伸，各該第二連通段沿一第二方向延伸，各該第一延伸段、各該第二延伸段、該第一主槽孔及該第二主槽孔沿一第三方向延伸，該第一方向、該第二方向及該第三方向彼此相互垂直。
本發明天線系統，包含一訊號處理單元及一天線裝置。該訊號處理單元接收一原始射頻訊號，並能根據該原始射頻訊號產生一第一射頻訊號及一第二射頻訊號，該第二射頻訊號的相位與該第一射頻訊號的相位相差九十度。該天線裝置包括一第一槽孔天線及一第二槽孔天線。該第一槽孔天線通過一第一平面並電連接於該訊號處理單元以接收該第一射頻訊號。該第二槽孔天線連接該第一槽孔天線，並通過一第二平面且電連接於該訊號處理單元以接收該第一射頻訊號。該第二平面垂直於該第一平面。
本發明之功效在於藉由以分別通過互相垂直之 第一平面及第二平面之第一槽孔天線及第二槽孔天線構成本發明的主要結構，並以相位相差九十度的第一射頻訊號及第二射頻訊號分別饋入第一槽孔天線及第二槽孔天線，從而能達成全向性水平極化，且具有較小的水平截面積。
100‧‧‧天線系統
1‧‧‧訊號處理單元
2‧‧‧天線裝置
21‧‧‧第一槽孔天線
211‧‧‧第一天線本體
212‧‧‧第一主槽孔
213‧‧‧第一接地部
214‧‧‧第一接地端
215‧‧‧第一本體部
216‧‧‧第一饋入導體
217‧‧‧第一饋入端
201‧‧‧第一次槽孔
202‧‧‧第一延伸段
203‧‧‧第一連通段
22‧‧‧第二槽孔天線
221‧‧‧第二天線本體
222‧‧‧第二主槽孔
223‧‧‧第二接地部
224‧‧‧第二接地端
225‧‧‧第二本體部
226‧‧‧第二饋入導體
227‧‧‧第二饋入端
204‧‧‧第二次槽孔
205‧‧‧第二延伸段
206‧‧‧第二連通段
S1‧‧‧原始射頻訊號
S1‧‧‧第一射頻訊號
S2‧‧‧第二射頻訊號
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明天線系統之第一實施例的一天線裝置的一立體圖；圖2是該第一實施例的一硬體連接關係示意圖；圖3是該第一實施例的該天線裝置的一側視圖；圖4是該第一實施例的該天線裝置另一角度的一側視圖；圖5是一類似圖3的視圖，說明該天線裝置的尺寸；圖6是該第一實施例的一輻射效率圖；圖7是該第一實施例的一增益圖；圖8是第一實施例操作在2.6GHz的一E平面輻射場型圖；圖9是第一實施例操作在2.6GHz的一H平面輻射場型圖；圖10是本發明天線系統之第二實施例的一天線裝置的一立體圖；圖11是該第二實施例的該天線裝置的一側視圖；及圖12是該第二實施例的該天線裝置另一角度的一側視圖 。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1與圖2，本發明天線系統100之第一實施例包含一訊號處理單元1，及一天線裝置2。
訊號處理單元1接收一原始射頻訊號SI，並能根據該原始射頻訊號SI產生一第一射頻訊號S1及一第二射頻訊號S2，該第二射頻訊號S2的相位與該第一射頻訊號S1的相位相差九十度。在本實施例中，訊號處理單元1為一九十度混合耦合器(90-degree hybrid coupler)，但不以此為限，訊號處理單元1也可以例如是由一二路功率分配器(2-way power divider)及一九十度延遲線(90-degree delay line)構成。
參閱圖1至圖4，天線裝置2包括一第一槽孔天線21及一第二槽孔天線22。第一槽孔天線21通過一第一平面，並包括一第一天線本體211及一第一饋入導體216。第一天線本體211界定出一第一主槽孔212，並具有二第一接地部213及一連接該等第一接地部213的第一本體部215。該等第一接地部213分別具有一第一接地端214。該第一饋入導體216由第一本體部215沿第一方向D1伸入第一主槽孔212並延伸至該等第一接地部213之間，且具有一電連接於訊號處理單元1並供饋入該第一射頻訊號S1的第一饋入端217。
第二槽孔天線22通過一第二平面，該第二平面垂直於該第一平面。第二槽孔天線22包括一第二天線本體221及一第二饋入導體226。第二天線本體221界定出一第二主槽孔222，並具有二第二接地部223及一連接該等第二接地部223的第二本體部225。第二本體部225連接於第一槽孔天線21的第一本體部215。該等第二接地部223分別具有一第二接地端224。第二饋入導體226由第二本體部225沿垂直於第一方向D1的第二方向D2伸入第二主槽孔222並延伸至該等第二接地部223之間，且具有一電連接於訊號處理單元1並供饋入該第二射頻訊號S2的第二饋入端227。在本實施例中，第二主槽孔222連通第一主槽孔212，且第一主槽孔212及第二主槽孔222皆沿垂直於第一方向D1與第二方向D2的第三方向D3延伸。第一主槽孔212及第二主槽孔222的在第三方向D3上的長度約為第一槽孔天線21及第二槽孔天線22之共振波長之二分之一。
補充說明的是，第一槽孔天線21及第二槽孔天線22饋入該第一射頻訊號S1及該第二射頻訊號S2的方式是共面波導(coplanar waveguide；CPW)結構。另外，第一槽孔天線21及第二槽孔天線22可以分別透過一SMA(SubMiniature version A)連接器接收該第一射頻訊號S1及該第二射頻訊號S2，但不以此為限。
圖5顯示天線裝置2的尺寸，其中單位為mm。在本實施例中，天線裝置2的尺寸為22×22×90mm3。在本實施例之結構及尺寸下，天線系統100的操作頻段在 2.4~2.8GHz。如圖6所示，天線系統100的輻射效率在操作頻段內大於73%。如圖7所示，天線系統100的增益在操作頻段內介於2.5dBi至3.4dBi之間。圖8顯示天線系統100操作在2.6GHz的E平面輻射場型圖，圖9顯示天線系統100操作在2.6GHz的H平面輻射場型圖，其中，E平面是指第一方向D1及第二方向D2所形成的平面，H平面是指第二方向D2及第三方向D3所形成的平面。本實施例以22×22mm2的水平截面積就能完成前述操作特性，故確實能有效縮小水平截面積。
參閱圖10到圖12，本發明天線系統100之第二實施例與第一實施例相近，其差異說明如下。
在本實施例中，第一主槽孔212沿第一方向D1的寬度較窄，且第一天線本體211還界定出複數個連通第一主槽孔212的第一次槽孔201。各第一次槽孔201具有一沿第三方向D3延伸的第一延伸段202，及一連通第一延伸段202與第一主槽孔212並沿第一方向D1延伸的第一連通段203。
再者，在本實施例中，第二主槽孔222沿第二方向D2的寬度較窄，且第二天線本體221還界定出複數個連通第二主槽孔222的第二次槽孔204。各第二次槽孔204具有一沿第三方向D3延伸的第二延伸段205，及一連通第二延伸段205與第二主槽孔222並沿第二方向D2延伸的第二連通段206。本實施例透過第一次槽孔201及第二次槽孔204的設計，使天線系統100具備雙頻操作。
補充說明的是，本發明天線系統100還能藉由以介電物質填充、包覆天線裝置2，使天線裝置2以更小的尺寸達成相同的操作性能，從而進一步縮小天線系統100的體積。
綜上所述，本發明天線系統100藉由以分別通過互相垂直之第一平面及第二平面之第一槽孔天線21及第二槽孔天線22構成本發明的主要結構，並以相位相差九十度的第一射頻訊號S1及第二射頻訊號S2分別饋入第一槽孔天線21及第二槽孔天線22，從而能達成全向性水平極化，且具有較小的水平截面積，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2‧‧‧天線裝置
21‧‧‧第一槽孔天線
211‧‧‧第一天線本體
212‧‧‧第一主槽孔
213‧‧‧第一接地部
214‧‧‧第一接地端
215‧‧‧第一本體部
216‧‧‧第一饋入導體
217‧‧‧第一饋入端
22‧‧‧第二槽孔天線
221‧‧‧第二天線本體
222‧‧‧第二主槽孔
223‧‧‧第二接地部
224‧‧‧第二接地端
225‧‧‧第二本體部
226‧‧‧第二饋入導體
227‧‧‧第二饋入端
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向

Claims (12)

  1. 一種天線裝置，包含：一第一槽孔天線，通過一第一平面並接收一第一射頻訊號，該第一槽孔天線具有一第一主槽孔；及一第二槽孔天線，連接該第一槽孔天線，並通過一第二平面且接收一第二射頻訊號，該第二平面垂直於該第一平面，該第二射頻訊號的相位與該第一射頻訊號的相位相差九十度，該第二槽孔天線具有一第二主槽孔，該第二主槽孔連通該第一主槽孔。
  2. 如請求項1所述的天線裝置，其中，該第一槽孔天線及該第二槽孔天線是以共面波導的形式饋入該第一射頻訊號及該第二射頻訊號。
  3. 如請求項1所述的天線裝置，其中，該第一槽孔天線包括一第一天線本體及一第一饋入導體，該第一天線本體界定出該第一主槽孔並具有二第一接地部及一連接該等第一接地部的第一本體部，該等第一接地部分別具有一第一接地端，該第一饋入導體由該第一本體部伸入該第一主槽孔並延伸至該等第一接地部之間且具有一供饋入該第一射頻訊號的第一饋入端。
  4. 如請求項3所述的天線裝置，其中，該第二槽孔天線包括一第二天線本體及一第二饋入導體，該第二天線本體界定出該第二主槽孔並具有二第二接地部及一連接該等第二接地部的第二本體部，該等第二接地部分別具有一第二接地端，該第二饋入導體由該第二本體部伸入該 第二主槽孔並延伸至該等第二接地部之間且具有一供饋入該第二射頻訊號的第二饋入端。
  5. 如請求項4所述的天線裝置，其中，該第一天線本體還界定出複數個連通該第一主槽孔的第一次槽孔，該第二天線本體還界定出複數個連通該第二主槽孔的第二次槽孔。
  6. 如請求項5所述的天線裝置，其中，各該第一次槽孔具有一第一延伸段，及一連通該第一延伸段與該第一主槽孔的第一連通段，各該第二次槽孔具有一第二延伸段，及一連通該第二延伸段與該第二主槽孔的第二連通段，各該第一連通段沿一第一方向延伸，各該第二連通段沿一第二方向延伸，各該第一延伸段、各該第二延伸段、該第一主槽孔及該第二主槽孔沿一第三方向延伸，該第一方向、該第二方向及該第三方向彼此相互垂直。
  7. 一種天線系統，包含：一訊號處理單元，接收一原始射頻訊號，並能根據該原始射頻訊號產生一第一射頻訊號及一第二射頻訊號，該第二射頻訊號的相位與該第一射頻訊號的相位相差九十度；及一天線裝置，包括一第一槽孔天線，通過一第一平面並電連接於該訊號處理單元以接收該第一射頻訊號，該第一槽孔天線具有一第一主槽孔，及一第二槽孔天線，連接該第一槽孔天線，並通 過一第二平面且電連接於該訊號處理單元以接收該第一射頻訊號，該第二平面垂直於該第一平面，該第二槽孔天線具有一第二主槽孔，該第二主槽孔連通該第一主槽孔。
  8. 如請求項7所述的天線系統，其中，該第一槽孔天線及該第二槽孔天線是以共面波導的形式饋入該第一射頻訊號及該第二射頻訊號。
  9. 如請求項7所述的天線系統，其中，該第一槽孔天線包括一第一天線本體及一第一饋入導體，該第一天線本體界定出該第一主槽孔並具有二第一接地部及一連接該等第一接地部的第一本體部，該等第一接地部分別具有一第一接地端，該第一饋入導體由該第一本體部伸入該第一主槽孔並延伸至該等第一接地部之間且具有一供饋入該第一射頻訊號的第一饋入端。
  10. 如請求項9所述的天線系統，其中，該第二槽孔天線包括一第二天線本體及一第二饋入導體，該第二天線本體界定出該第二主槽孔並具有二第二接地部及一連接該等第二接地部的第二本體部，該等第二接地部分別具有一第二接地端，該第二饋入導體由該第二本體部伸入該第二主槽孔並延伸至該等第二接地部之間且具有一供饋入該第二射頻訊號的第二饋入端。
  11. 如請求項10所述的天線系統，其中，該第一天線本體還界定出複數個連通該第一主槽孔的第一次槽孔，該第二天線本體還界定出複數個連通該第二主槽孔的第二 次槽孔。
  12. 如請求項11所述的天線系統，其中，各該第一次槽孔具有一第一延伸段，及一連通該第一延伸段與該第一主槽孔的第一連通段，各該第二次槽孔具有一第二延伸段，及一連通該第二延伸段與該第二主槽孔的第二連通段，各該第一連通段沿一第一方向延伸，各該第二連通段沿一第二方向延伸，各該第一延伸段、各該第二延伸段、該第一主槽孔及該第二主槽孔沿一第三方向延伸，該第一方向、該第二方向及該第三方向彼此相互垂直。
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