TWI648912B - 可控天線模組及具有可控天線模組的電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種可控天線模組包括雙頻偶極天線、右側反射器組以及左側反射器組。右側反射器組具有第一低頻反射器與第一高頻反射器，第一低頻反射器的第一二極體與第一高頻反射器的第二二極體利用第一迴路同向並聯第一電容。左側反射器組具有第二低頻反射器與第二高頻反射器，第二低頻反射器的第三二極體與第二高頻反射器的第四二極體利用第二迴路同向並聯第二電容。當第一二極體與第二二極體導通時，第一低頻反射器與第一高頻反射器是半波長反射器。當第三二極體與第四二極體導通時，第二低頻反射器與第二高頻反射器是半波長反射器。藉此，調整輻射場型。

Description

可控天線模組及具有可控天線模組的電子裝置

本發明有關於一種天線，且特別是一種可控天線模組及具有可控天線模組的電子裝置。

天線的輻射場型依據天線基本工作原理而有所差異，例如偶極天線(dipole antenna)能夠產生全向性(omnidirectional)的輻射場型，平板天線(patch antenna)能夠產生側向(broadside)的輻射場型。各種輻射場型有不同的應用，例如，全向性的輻射場型適用於終端裝置，以讓終端裝置可以接收到各方向的無線訊號。又例如，基地台天線，如無線網路接取器(wireless access point)的天線，則可能需要能夠產生特定方向的輻射場型，以與位於各種特定位置的終端裝置能更進行無線通訊。一般而言，是針對各種電子裝置所應用的情境，而對應設計具有特定輻射場型的天線，因為單一天線通常並無法用於各種不同需求的使用環境。傳統上，可使用多個天線，且基於波束形成(Beamforming)技術，可實現特定的波束形狀，以達成輻射場型調整的目的。然而，波束形成(Beamforming)技術需要複雜的演算法及控制電路，會相對增加產品的成本。

為了解決前述的先前技術問題，本發明實施例提供一種可控天線模組，包括雙頻偶極天線、右側反射器組以及左側反射器組。雙頻偶極天線具有相同極化方向的低頻偶極輻射體與高頻偶極輻射體，低頻偶極輻射體具有低頻正極部與低頻負極部，高頻偶極輻射體具有高頻正極部與高頻負極部，低頻偶極輻射體的共振頻率低於高頻偶極輻射體的共振頻率。右側反射器組平行於雙頻偶極天線且設置於雙頻偶極天線的右側，具有第一低頻反射器、第一高頻反射器與第一迴路，第一低頻反射器具有的第一二極體與第一高頻反射器具有的第二二極體利用第一迴路同向並聯第一電容。左側反射器組平行於雙頻偶極天線且設置於雙頻偶極天線的左側，具有第二低頻反射器、第二高頻反射器與第二迴路，第二低頻反射器具有的第三二極體與第二高頻反射器具有的第四二極體利用第二迴路同向並聯第二電容。其中，當第一二極體與第二二極體導通時，第一低頻反射器與第一高頻反射器是半波長反射器；當第一二極體與第二二極體不導通時，第一迴路延長第一低頻反射器與第一高頻反射器的路徑，使第一低頻反射器與第一高頻反射器皆不反射低頻偶極輻射體與高頻偶極輻射體的電磁波。其中，當第三二極體與第四二極體導通時，第二低頻反射器與第二高頻反射器是半波長反射器；當第三二極體與第四二極體不導通時，第二迴路延長第二低頻反射器與第二高頻反射器的路徑，使第二低頻反射器與第二高頻反射器皆不反射低頻偶極輻射體與高頻偶極輻射體的電磁波。

本發明實施例提供一種具有可控天線模組的電子裝置，包括至少一個前述的可控天線模組以及控制器。控制器連接 可控天線模組，提供第一可控直流電壓源至第一迴路的第一正極線，提供第二可控直流電壓源至第二迴路的第二正極線，其中第一迴路的第一負極線與第二迴路的第二負極線共同連接至接地。

綜上所述，本發明實施例提供一種可控天線模組及具有可控天線模組的電子裝置，利用控制二極體的開關的方式實現反射器，且在所使用的二極體不導通時讓低頻反射器與高頻反射器共用的電容分別延長低頻反射器與高頻反射器的路徑，以達到切換反射效果的目的。利用第一迴路與第二迴路達成的控制電路結構精簡，且易於實現，具有很高的產業應用價值。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧可控天線模組

11‧‧‧雙頻偶極天線

111‧‧‧低頻偶極輻射體

111a‧‧‧低頻正極部

111b‧‧‧低頻負極部

112‧‧‧高頻偶極輻射體

112a‧‧‧高頻正極部

112b‧‧‧高頻負極部

12‧‧‧右側反射器組

121‧‧‧第一低頻反射器

122‧‧‧第一高頻反射器

123‧‧‧第一迴路

123a‧‧‧第一正極線

123b‧‧‧第一負極線

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

121a、122a‧‧‧正極導體

121b、122b‧‧‧負極導體

13‧‧‧左側反射器組

131‧‧‧第二低頻反射器

132‧‧‧第二高頻反射器

133‧‧‧第二迴路

133a‧‧‧第二正極線

133b‧‧‧第二負極線

D3‧‧‧第三二極體

D4‧‧‧第四二極體

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

131a、132a‧‧‧正極導體

131b、132b‧‧‧負極導體

V1‧‧‧第一可控直流電壓源

V2‧‧‧第二可控直流電壓源

G‧‧‧接地

19‧‧‧位置

14a‧‧‧正極線延伸段

14b‧‧‧負極線延伸段

91、92、93、94、96、97‧‧‧貫孔

95、98、99‧‧‧焊接點

2‧‧‧控制器

圖1是本發明實施例提供的可控天線模組的示意圖。

圖2A是本發明實施例提供的設置可控天線模組的雙面印刷電路板的正面示意圖。

圖2B是用於圖2A的雙面印刷電路板的正面設置二極體與電容的示意圖。

圖2C是用於圖2A的雙面印刷電路板背面的正極線延伸段與負極線延伸段的示意圖。

圖3是圖2C的印刷電路板背面與圖2A的印刷電路板正面疊合的透視圖。

圖4是本發明實施例提供的具有可控天線模組的電子裝置的方塊圖。

請參照圖1，圖1是本發明實施例提供的可控天線模組的示意圖。可控天線模組1包括雙頻偶極天線11、右側反射器組12以及左側反射器組13。雙頻偶極天線11所應用的無線標準的種類例如但不限於是IEEE 802.11標準，或是長期演進技術(LTE)標準，或是未來的第五代行動通訊(5G)標準。雙頻偶極天線11具有相同極化方向的低頻偶極輻射體111與高頻偶極輻射體112，低頻偶極輻射體111具有低頻正極部111a與低頻負極部111b，高頻偶極輻射體112具有高頻正極部112a與高頻負極部112b，低頻偶極輻射體111的共振頻率f_L低於高頻偶極輻射體112的共振頻率f_H，例如：低頻偶極輻射體111的共振頻率f_L在2.4GHz的頻帶，高頻偶極輻射體112的共振頻率f_H在5GHz的頻帶。在本實施例中，高頻偶極輻射體112的高頻正極部112a具有兩個正極支路，此兩個正極支路分別設置於低頻偶極輻射體111的低頻正極部111a的左右兩側，高頻偶極輻射體112的高頻負極部112b具有兩個負極支路，此兩個負極支路分別設置於低頻偶極輻射體111的低頻負極部111b的左右兩側。本發明並不因此限定低頻偶極輻射體111與高頻偶極輻射體112其實施方式的結構(或形狀)，只要雙頻偶極天線11為具有雙頻且極化方向相同的天線性能即可。

右側反射器組12平行於雙頻偶極天線11且設置於雙頻偶極天線11的右側，具有第一低頻反射器121、第一高頻反射器 122與第一迴路123。第一低頻反射器121平行於低頻偶極輻射體111，第一高頻反射器122平行於高頻偶極輻射體112。第一低頻反射器121具有的第一二極體D1與第一高頻反射器122具有的第二二極體D2利用第一迴路123同向並聯第一電容C1。左側反射器組13平行於雙頻偶極天線11且設置於雙頻偶極天線11的左側，具有第二低頻反射器131、第二高頻反射器132與第二迴路133。第二低頻反射器131平行於低頻偶極輻射體111，第二高頻反射器132平行於高頻偶極輻射體112，第二低頻反射器131具有的第三二極體D3與第二高頻反射器132具有的第四二極體D4利用第二迴路123同向並聯第二電容C2。針對上述同向並聯電容的方式，第一二極體D1與第二二極體D2是以同極性的方向做並聯(第一二極體D1的陽極連接第二二極體D2的陽極、第一二極體D1的陰極連接第二二極體D2的陰極)，且第三二極體D3與第四二極體D4是以同極性的方向做並聯。上述的雙頻偶極天線11、右側反射器組12以及左側反射器組13例如是以印刷電路板實現，且上述的二極體與電容可以例如利用表面黏著技術裝設於印刷電路板。

第一二極體D1與第二二極體D2受控於第一可控直流電壓源V1，且陰極端點連接接地G。當第一二極體D1與第二二極體D2導通時，第一低頻反射器121與第一高頻反射122器是半波長反射器，以反射雙頻偶極天線11其右側方向的電磁波，進而使左側方向的天線增益提高；當第一二極體D1與第二二極體D2不導通時，第一迴路123延長第一低頻反射器121與第一高頻反射器122的路徑，使第一低頻反射121器與第一高頻反射器122皆不反射低頻偶極輻射體111與高頻偶極輻射體112的電磁波，也就是可以使 得雙頻偶極天線11維持原本的全向性輻射場型。另一方面，第三二極體D3與第四二極體D4受控於第二可控直流電壓源V2，且陰極端點連接接地G。當第三二極體D3與第四二極體D4導通時，第二低頻反射器131與第二高頻反射器132是半波長反射器，以反射雙頻偶極天線11其左側方向的電磁波，進而使右側方向的天線增益提高；當第三二極體D3與第四二極體D4不導通時，第二迴路133延長第二低頻反射器131與第二高頻反射器132的路徑，使第二低頻反射器131與第二高頻反射器132皆不反射低頻偶極輻射體111與高頻偶極輻射體112的電磁波，也就是可以使得雙頻偶極天線11維持原本的全向性輻射場型。較佳的，第一高頻反射器122位於第一低頻反射器121與雙頻偶極天線11之間，第二高頻反射器132位於第二低頻反射器131與雙頻偶極天線11之間，但本發明並不因此限定。第一低頻反射器121與第二低頻反射器131距離雙頻偶極天線11的距離較佳是低頻偶極輻射體111的操作頻率所對應波長的0.15倍至0.5倍。第一高頻反射器122與第二高頻反射器132距離雙頻偶極天線11的距離較佳是高頻偶極輻射體112的操作頻率所對應波長的0.15倍至0.5倍。

上述的可控天線模組1可製作於雙面印刷電路板。請一併參照圖1與圖2A，圖2A是本發明實施例提供的設置可控天線模組的雙面印刷電路板的正面(上表面)示意圖。雙頻偶極天線11、右側反射器組12與左側反射器組13設置在雙面印刷電路板的正面，也就是雙頻偶極天線11、右側反射器組12與左側反射器組13設置在同一個平面(上表面)，且圖2A中的右側反射器組12與左側反射器組13為彼此對稱。第一低頻反射器121、第一高頻反射器 122、第二低頻反射器131與第二高頻反射器132皆各自具有一個正極導體與一個負極導體，正極導體與負極導體之間是利用一個二極體(D1、D2、D3或D4)連接。詳細的說，第一低頻反射器121具有正極導體121a與負極導體121b，正極導體121a與負極導體121b利用第一二極體D1的導通而形成半波長的導體結構，是低頻偶極輻射體111其共振頻率f_L的半波長(0.5 λ_L)，其中第一二極體D1連接圖2A中的正極導體121a與負極導體121b彼此靠近處以斜線區域表示的兩個接點(分別連接陽極與陰極，參考圖1)，第一二極體D1的位置請參考圖2B。第一高頻反射器122具有正極導體122a與負極導體122b，正極導體122a與負極導體122b利用第二二極體D2的導通而形成半波長的導體結構，是高頻偶極輻射體112其共振頻率f_H的半波長(0.5 λ_H)，其中第二二極體D2連接圖2A中的正極導體122a與負極導體122b彼此靠近處以斜線區域表示的兩個接點(分別連接陽極與陰極，參考圖1)，第二二極體D2的位置請參考圖2B。第二低頻反射器131具有正極導體131a與負極導體131b，正極導體131a與負極導體131b利用第三二極體D3的導通而形成半波長的導體結構，是低頻偶極輻射體111其共振頻率f_L的半波長(0.5 λ_L)，其中第三二極體D3連接圖2A中的正極導體131a與負極導體131b彼此靠近處以斜線區域表示的兩個接點(分別連接陽極與陰極，參考圖1)，第三二極體D3的位置請參考圖2B。第二高頻反射器132具有正極導體132a與負極導體132b，正極導體132a與負極導體132b利用第四二極體D4的導通而形成半波長的導體結構，是高頻偶極輻射體112其共振頻率f_H的半波長(0.5 λ_H)，其中第四二極體D4連接圖2中的正極導體132a與負極導體132b彼此靠近處以斜線區域表示的 兩個接點(分別連接陽極與陰極，參考圖1)，第四二極體D4的位置請參考圖2B。

繼續參照圖1、圖2A與圖2B，第一迴路123具有第一正極線123a、第一負極線123b與第一電容C1，第一正極線123a連接第一可控直流電壓源V1，第二迴路133具有第二正極線133a、第二負極線133b與第二電容C2，第二正極線133a連接第二可控直流電壓源V2，第一負極線123b與第二負極線133b共同連接至接地G。第一二極體D1的陽極與第二二極體D2的陽極利用第一正極線123a連接第一電容C1的第一端，第一二極體D2的陰極與第二二極體D2的陰極利用第一負極線123b連接第一電容C1的第二端，其中在圖2A中第一電容C1是利用第一正極線123a與第一負極線123b彼此靠近處的兩個接點(以實心圓點標示)做連接，第一電容C1的位置請參考圖2B。第三二極體D3的陽極與第四二極體D4的陽極利用第二正極線133a連接第二電容C2的第一端，第三二極體D3的陰極與第四二極體D4的陰極利用第二負極線133b連接第二電容C2的第二端，其中在圖2A中第二電容C2是利用第二正極線133a與第二負極線133b彼此靠近處的兩個接點(以實心圓點標示)做連接，第二電容C2的位置請參考圖2B。換句話說，第一正極線123a的兩端分別連接第一二極體D1的陽極與第二二極體D2的陽極，第一負極線123b的兩端分別連接第一二極體D1的陰極與第二二極體D2的陰極，且第一電容C1跨接於第一正極線123a與第一負極線123b。第二正極線133a的兩端分別連接第三二極體D3的陽極與第四二極體D4的陽極，第二負極線133b的兩端分別連接第三二極體D3的陰極與第四二極體D4的陰極，且第二電容C2跨接於第二正極線133a與 第二負極線133b。

接著，此可控天線模組1更可包括正極線延伸段與負極線延伸段，用以讓右側反射器組12與左側反射器組13能夠共用一個設置在位置19的直流電源接頭，此直流電源接頭用以提供第一可控直流電壓源V1與第二可控直流電壓源V2，且具有兩個電壓輸出接腳(V1、V2)與一個接地腳位(G)。請同時參照圖2A與圖2C，圖2C是用於圖2A的雙面印刷電路板背面的正極線延伸段與負極線延伸段的示意圖，請注意圖2C是背面，故圖2C的左右方向是與圖2A的左右方向互換，請一併參考圖2A與圖2C的貫孔91、92、93、94、96、97的相對位置。正極線延伸段14a的至少一部份與負極線延伸段14b的至少一部份設置在雙面印刷電路板的背面。正極線延伸段14a與負極線延伸段14b是分別對應於第二迴路133的第二正極線133a與第二負極線133b，在本實施例中的正極線延伸段14a與負極線延伸段14b是一部份設置於雙面印刷電路板的正面(上表面，參考圖2A)，且一部份設置於雙面印刷電路板的背面(下表面，參考圖2C)，並利用貫孔91、92、93、94、96、97作連接。一併參照圖3的透視圖，正極線延伸段14a橫跨但不連接第一低頻反射器121的負極導體121b與第一高頻反射器122的負極導體122b(圖中，是由貫孔91處起始，並在負極導體121b、122b的底下穿過，而至貫孔92處)，且進一步橫跨但不連接雙頻偶極天線11的低頻負極部111b與高頻負極部112b(圖中，是由貫孔92處起始，經過貫孔93處，並在低頻負極部111b與高頻負極部112b的底下穿過而到貫孔94處)，以延伸連接於第二高頻反射器132的第四二極體D4的陽極與第二低頻反射器131的第三二極體D3的陽極(在圖中，是由貫 孔94處起始，先利用焊接點99連接第四二極體D4的陽極之後再利用第二正極線133a連接到第三二極體D3的陽極)。負極線延伸段14b連接第一高頻反射器121的第二二極體D2的陰極(在圖中，是利用焊接點95連接負極導體122b靠近於第二二極體D2陰極的位置，或者直接焊接於第二二極體D2的陰極)，且進一步橫跨但不連接雙頻偶極天線11的低頻負極部111b與高頻負極部112b(在圖中，是由焊接點95處起始，經過貫孔96處，並在低頻負極部111b與高頻負極部112b的底下穿過而到貫孔97處)，以延伸連接於第二高頻反射器132的第四二極體D4的陰極與第二低頻反射器131的第三二極體D3的陰極(在圖中，是由貫孔97處起始，先利用焊接點98連接第二高頻反射器132的第四二極體D4的陰極之後，再利用第二負極線133b連接到第二低頻反射器131的第三二極體D3的陰極)。另外，正極線延伸段14a與負極線延伸段14b可以選擇性地加上電感(在適當的位置設置串聯的電感元件)，以避免這些直流線段上產生諧振。

接著，請參照圖4，圖4是本發明實施例提供的具有可控天線模組的電子裝置的方塊圖。具有可控天線模組1的電子裝置可以包括至少一個前面實施例所述的可控天線模組1與一個控制器2，在圖4中是電子裝置具有兩個可控天線模組1為例。控制器2連接可控天線模組1，提供第一可控直流電壓源V1至第一迴路(123)的第一正極線(123a)，提供第二可控直流電壓源V2至第二迴路(133)的第二正極線(133a)，其中第一迴路(123)的第一負極線(123b)與第二迴路(133)的第二負極線(133b)共同連接至接地G，所述接地是可控天線模組1的接地，也是電子裝置其系統本身的接 地。具有可控天線模組的電子裝置例如但不限於是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦、智慧電視、小型基站、無線路由器或智慧型手機。

綜上所述，本發明實施例所提供的可控天線模組及具有可控天線模組的電子裝置，利用控制二極體的開關的方式實現反射器，且在所使用的二極體不導通時讓低頻反射器與高頻反射器共用的電容分別延長低頻反射器與高頻反射器的路徑，以達到切換反射效果的目的。利用第一迴路與第二迴路達成的控制電路結構精簡，且易於實現，具有很高的產業應用價值。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims (10)

1. 一種可控天線模組，包括：一雙頻偶極天線，具有相同極化方向的一低頻偶極輻射體與一高頻偶極輻射體，該低頻偶極輻射體具有一低頻正極部與一低頻負極部，該高頻偶極輻射體具有一高頻正極部與一高頻負極部，該低頻偶極輻射體的共振頻率低於該高頻偶極輻射體的共振頻率；一右側反射器組，平行於該雙頻偶極天線且設置於該雙頻偶極天線的右側，具有一第一低頻反射器、一第一高頻反射器與一第一迴路，該第一低頻反射器具有的一第一二極體與該第一高頻反射器具有的一第二二極體利用該第一迴路同向並聯一第一電容；以及一左側反射器組，平行於該雙頻偶極天線且設置於該雙頻偶極天線的左側，具有一第二低頻反射器、一第二高頻反射器與一第二迴路，該第二低頻反射器具有的一第三二極體與該第二高頻反射器具有的一第四二極體利用該第二迴路同向並聯一第二電容；其中，當該第一二極體與該第二二極體導通時，該第一低頻反射器與該第一高頻反射器是半波長反射器；當該第一二極體與該第二二極體不導通時，該第一迴路延長該第一低頻反射器與該第一高頻反射器的路徑，使該第一低頻反射器與該第一高頻反射器皆不反射該低頻偶極輻射體與該高頻偶極輻射體的電磁波；其中，當該第三二極體與該第四二極體導通時，該第二低頻反射器與該第二高頻反射器是半波長反射器；當該第三二極體與該第四二極體不導通時，該第二迴路延長該第二低頻反射器與該第 二高頻反射器的路徑，使該第二低頻反射器與該第二高頻反射器皆不反射該低頻偶極輻射體與該高頻偶極輻射體的電磁波。
2. 根據請求項第1項所述之可控天線模組，其中該第一高頻反射器位於該第一低頻反射器與該雙頻偶極天線之間，該第二高頻反射器位於該第二低頻反射器與該雙頻偶極天線之間。
3. 根據請求項第1項所述之可控天線模組，其中該雙頻偶極天線、該右側反射器組與該左側反射器組設置在一平面，且該右側反射器組與該左側反射器組為彼此對稱。
4. 根據請求項第1項所述之可控天線模組，其中該第一低頻反射器、該第一高頻反射器、該第二低頻反射器與該第二高頻反射器皆各自具有一正極導體與一負極導體。
5. 根據請求項第4項所述之可控天線模組，其中該第一迴路具有一第一正極線、一第二負極線與該第一電容，該第一正極線連接一第一可控直流電壓源，該第二迴路具有一第二正極線、一第二負極線與該第二電容，該第二正極線連接一第二可控直流電壓源，該第一負極線與該第二負極線共同連接至一接地。
6. 根據請求項第5項所述之可控天線模組，更包括：一正極線延伸段，橫跨但不連接該第一低頻反射器的該負極導體與該第一高頻反射器的該負極導體，且進一步橫跨但不連接該雙頻偶極天線的該低頻負極部與該高頻負極部，以延伸連接於該第二高頻反射器的該第四二極體的陽極與該第二低頻反射器的該第三二極體的陽極；以及一負極線延伸段，連接該第一高頻反射器的該第二二極體的陰極，且進一步橫跨但不連接該雙頻偶極天線的該低頻負極部與該 高頻負極部，以延伸連接於該第二高頻反射器的該第四二極體的陰極與該第二低頻反射器的該第三二極體的陰極。
7. 根據請求項第6項所述之可控天線模組，其中該可控天線模組製作於一雙面印刷電路板，該雙頻偶極天線、該右側反射器組與該左側反射器組設置在該雙面印刷電路板的一正面，該正極線延伸段的至少一部份與該負極線延伸段的至少一部份設置在該雙面印刷電路板的一背面。
8. 根據請求項第5項所述之可控天線模組，其中該第一正極線的兩端分別連接該第一二極體的陽極與該第二二極體的陽極，該第一負極線的兩端分別連接該第一二極體的陰極與該第二二極體的陰極，且該第一電容跨接於該第一正極線與該第一負極線；其中該第二正極線的兩端分別連接該第三二極體的陽極與該第四二極體的陽極，該第二負極線的兩端分別連接該第三二極體的陰極與該第四二極體的陰極，且該第二電容跨接於該第二正極線與該第二負極線。
9. 一種具有可控天線模組的電子裝置，包括：至少一個如請求項1所述的可控天線模組；以及一控制器，連接該可控天線模組，提供一第一可控直流電壓源至該第一迴路的一第一正極線，提供一第二可控直流電壓源至該第二迴路的一第二正極線，其中該第一迴路的一第一負極線與第二迴路的一第二負極線共同連接至一接地。
10. 根據請求項第9項所述之具有可控天線模組的電子裝置，其中該多天線裝置是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦、智慧電視、小型基站、無線路由器或智慧型手機。