TWI706603B

TWI706603B - 具有八模式的天線

Info

Publication number: TWI706603B
Application number: TW108126896A
Authority: TW
Inventors: 施佑霖; 張家豪; 杜昆諺; 顏紅方
Original assignee: 泓博無線通訊技術有限公司
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2020-10-01
Also published as: TW202105835A

Abstract

一種具有八模式的天線，包括接地面、全向性天線、第一寄生元件、第二寄生元件、第三寄生元件與第四寄生元件。第一寄生元件、第二寄生元件、第三寄生元件與第四寄生元件依據全向性天線為中心而對稱地豎立於全向性天線的四周。第一寄生元件通過第一電容連接接地面且通過導通的第一二極體導通接地面以縮短接地路徑。第二寄生元件通過第二電容連接接地面且通過導通的第二二極體導通接地面以縮短接地路徑。第三寄生元件通過第三電容連接接地面且通過導通的第三二極體導通接地面以縮短接地路徑。第四寄生元件通過第四電容連接接地面且通過導通的第四二極體導通接地面以縮短接地路徑。上述二極體的導通狀態用以控制產生八種模式。

Description

具有八模式的天線

本發明有關於一種多模式天線，且特別是一種具有八模式的天線。

天線的輻射場型依據天線基本工作原理而有所差異，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信號。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信。

一般而言，雖然可用陣列天線控制特定輻射場型，但陣列天線的控制電路(包括開關、相位控制及饋入網路等)引入了更多的傳輸損耗的問題。再者，尤其在現行電子裝置對於天線要求輕薄短小的情況下，饋入網路的電路面積可能比天線陣列還大，而造成天線陣列模組整體體積難以縮小，使得傳統上使用可控輻射場型天線產品其製造成本的大幅增加。

為了解決前述的先前技術問題，本發明實施例提供一種具有八模式的天線，包括接地面、全向性天線、第一寄生元件、第二寄生元件、第三寄生元件與第四寄生元件。全向性天線豎立於接地面之上，用以激發全向性輻射場型。第一寄生元件豎立於接地面的第一開孔區，第一開孔區設有第一二極體與第一電容，第一寄生元件通過第一電容連接接地面，且第一寄生元件通過導通的第一二極體導通接地面以縮短接地路徑。第二寄生元件豎立於接地面的第二開孔區，第二開孔區設有第二二極體與第二電容，第二寄生元件通過第二電容連接接地面，且第二寄生元件通過導通的第二二極體導通接地面以縮短接地路徑。第三寄生元件豎立於接地面的第三開孔區，第三開孔區設有第三二極體與第三電容，第三寄生元件通過第三電容連接接地面，且第三寄生元件通過導通的第三二極體導通接地面以縮短接地路徑。第四寄生元件豎立於接地面的第四開孔區，第四開孔區設有第四二極體與第四電容，第四寄生元件通過第四電容連接接地面，且第四寄生元件通過導通的第四二極體導通接地面以縮短接地路徑。第一寄生元件、第二寄生元件、第三寄生元件與第四寄生元件依據全向性天線為中心而對稱地豎立於全向性天線的四周。第一二極體、第二二極體、第三二極體與第四二極體的導通狀態用以控制產生八種模式。

綜上所述，本發明實施例提供一種具有八模式的天線，利用單一天線與簡單控制電路以實現多種輻射場型控制的目，寄生元件的接地路徑控制電路可簡易地使寄生元件輕易地切換為引導器(director)或反射器(reflector)，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:接地面

2:全向性天線

31:第一寄生元件

32:第二寄生元件

33:第三寄生元件

34:第四寄生元件

11:第一開孔區

12:第二開孔區

13:第三開孔區

14:第四開孔區

D1:第一二極體

D2:第二二極體

D3:第三二極體

D4:第四二極體

C1:第一電容

C2:第二電容

C3:第三電容

C4:第四電容

100:微波基板

X、Y、Z:軸

4:無線晶片

5:應用單元

6:控制單元

圖1是本發明實施例提供的具有八模式的天線其接地面的平面示意圖。

圖2是本發明實施例提供的具有八模式的天線其結構的示意圖。

圖3是本發明實施例提供的具有八模式的天線工作於2.4GHz時的第零模式的輻射場型圖。

圖4是本發明實施例提供的具有八模式的天線工作於2.4GHz時的第一模式的輻射場型圖。

圖5是本發明實施例提供的具有八模式的天線工作於2.4GHz時的第二模式的輻射場型圖。

圖6是本發明實施例提供的具有八模式的天線工作於2.4GHz時的第三模式的輻射場型圖。

圖7是本發明實施例提供的具有八模式的天線工作於2.4GHz時的第四模式的輻射場型圖。

圖8是本發明實施例提供的具有八模式的天線工作於2.4GHz時的第五模式的輻射場型圖。

圖9是本發明實施例提供的具有八模式的天線工作於2.4GHz時的第六模式的輻射場型圖。

圖10是本發明實施例提供的具有八模式的天線工作於2.4GHz時的第七模式的輻射場型圖。

圖11是本發明實施例提供的具有八模式的天線工作於2.4GHz時的第八模式的輻射場型圖。

圖12是本發明實施例提供的具八模式的天線用於無線網路裝置的功能方塊圖。

請參照圖1與圖2，圖1是本發明實施例提供的具有八模式的天線其接地面的平面示意圖，圖2是本發明實施例提供的具有八模式的天線其結構的示意圖。具有八模式的天線包括接地面1、全向性天線2、第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33與第四寄生元件34。全向性天線2豎立於接地面1之上，用以激發全向性輻射場型，其饋入則設置於全向性天線2與接地面1之間。第一寄生元件31豎立於接地面1的第一開孔區11，第一開孔區11設有第一二極體D1與第一電容C1，第一寄生元件31通過第一電容C1連接接地面1，且第一寄生元件31通過導通的第一二極體D1導通接地面1以縮短接地路徑。第二寄生元件32豎立於接地面1的第二開孔區12，第二開孔區12設有第二二極體D2與第二電容C2，第二寄生元件32通過第二電容C2連接接地面1，且第二寄生元件32通過導通的第二二極體D2導通接地面1以縮短接地路徑。第三寄生元件33豎立於接地面1的第三開孔區13，第三開孔區13設有第三二極體D3與第三電容C3，第三寄生元件33通過第三電容C3連接接地面1，且第三寄生元件33通過導通的第三二極體D3導通接地面1以縮短接地路徑。第四寄生元件34豎立於接地面1的第四開孔區14，第四開孔區14設有第四二極體D4與第四電容C4，第四寄生元件34 通過第四電容C4連接接地面1，且第四寄生元件34通過導通的第四二極體D4導通接地面1以縮短接地路徑。第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33與第四寄生元件34依據全向性天線2為中心而對稱地豎立於全向性天線2的四周。較佳的，接地面1設置於微波基板100，第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3、第四二極體D4、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3與第四電容C4是設置於微波基板100的表面黏著元件。所述全向性天線2例如是垂直於接地面1的單極天線。並且，為了達到各模式輻射場型的對稱性，第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33與第四寄生元件34例如皆是垂直於接地面1的直條形金屬，但本發明並不因此限定。

對輻射場型控制而言，當第一寄生元件31所連接的第一二極體D1導通時可使第一寄生元件31成為引導器(director)，第一二極體D1不導通時則使第一寄生元件31成為反射器(reflector)。當第二寄生元件32所連接的第二二極體D2導通時可使第二寄生元件32成為引導器，第二二極體D2不導通時則使第二寄生元件32成為反射器。當第三寄生元件33所連接的第三二極體D3導通時可使第三寄生元件33成為引導器，第三二極體D3不導通時則使第三寄生元件33成為反射器。當第四寄生元件34所連接的第四二極體D4導通時可使第四寄生元件34成為引導器，第四二極體D4不導通時則使第四寄生元件34成為反射器。上述的第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33與第四寄生元件34也可替換為其他形狀或結構，只要能實現反射器與引導器的切換即可。

進一步，參考圖1，較佳的，第一二極體D1比第一電容C1更靠近全向性天線2，第二二極體D2比第二電容C2更靠近全向性天線2，第三二極體D3比第三電容C3更靠近全向性天線2，第四二極體D4比第四電容C4更靠近全向性天線2，使得上述二極體(D1、D2、D3、D4)比上述電容(C1、C2、C3、C4)更靠近全向性天線2，更可強化上述二極體能夠縮短上述寄生元件(31、32、33、34)的接地路徑的效果。反之，若上述二極體(D1、D2、D3、D4)比上述電容(C1、C2、C3、C4)更遠離全向性天線2，則縮短接地路徑的效果較弱。

第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3與第四二極體D4的導通與否是受控於各自的直流控制線(在實施例的圖中省略)，直流控制線的正電壓(導通電壓)可以直接饋入於上述二極體(D1、D2、D3、D4)的陽極，或者直流控制線的正電壓端以連接於上述寄生元件(31、32、33、34)的方式讓足以導通上述二極體(D1、D2、D3、D4)的直流電壓引入上述二極體(D1、D2、D3、D4)，直流控制線的接地則連接接地面1，其他具有等效功能的直流饋線方式不在此贅述。第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3與第四二極體D4的導通狀態用以控制產生八種模式(八種輻射場型)。上述的八種模式敘述如下：當只有第一二極體D1導通時，用以產生第一模式；當只有第二二極體D2導通時，用以產生第二模式；當只有第三二極體D3導通時，用以產生第三模式；當只有第四二極體D4導通時，用以產生第四模式；當只有第一二極體D1與第二二極體D2導通時，用以產生第五模式；當只有第二二極體D2與第三二極體D3導通時，用以產生第六模式；當只有第三二極體D3與第四二極體D4導通時，用以產生第七模式；當只有第四二極體D4與第一二極體D1導通時，用以產生第八模式。

進一步，具體的實施例如下，當設計全向性天線2工作於2.4GHz頻帶，全向性天線2例如是長度為20毫米(mm)的單極天線，圖2的單極天線末端是加上一圓盤以減少天線高度。第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33與第四寄生元件34各自與全向性天線2保持11.5毫米的距離，其中第一寄生元件31、第二寄生元件32、第三寄生元件33與第四寄生元件34的直條形金屬長度皆為25毫米，並且上述直條形金屬的末端也可增加圓盤以減少寄生元件(31、32、33、34)的高度。以下以全向性天線2工作於2.4GHz頻帶為例子，當第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3與第四二極體D4皆不導通時，可稱為第零模式，輻射場型請參考圖3所示。接著，請參考圖4至圖11所示的輻射場型，所述第一模式、第二模式、第三模式與第四模式在平行於接地面1的四個輻射場型其最大增益處彼此各差90度，其中在第一模式時的第一寄生元件31成為引導器，輻射場型最大增益處在Y軸的負向(-Y)，如圖4所示；在第二模式時的第二寄生元件32成為引導器，輻射場型最大增益處在X軸的正向(+X)，如圖5所示；在第三模式時的第三寄生元件33成為引導器，輻射場型最大增益處在Y軸的正向(+Y)，如圖6所示；在第四模式時的第四寄生元件34成為引導器，輻射場型最大增益處在X軸的負向(-X)，如圖7所示。接著，第五模式、第六模式、第七模式與第八模式在平行於接地面的四個輻射場型其最大增益處彼此各差90度，其中第五模式的輻射場型其最大增益處在+X軸向與-Y軸向的45度夾角處，如圖8所示；第六模式的輻射場型其最大增益處在+X軸向與+Y軸向的45度夾角處，如圖9所示；第七模式的輻射場型其最大增益處在-X軸向與+Y軸向的45度夾角處，如圖10所示；第八模式的輻射場型其最大增益處在-X軸向與-Y軸向的45度夾角處，如圖11所示。並且，一併參考圖4與圖5，第一模式、第二模式、第三模式、第四模式、第五模式、第六模式、第七模式與第八模式用以產生平行於接地面1的八個對稱性方向的八種指向性輻射場型。

接著，前述實施例的具八模式的天線可用於無線網路裝置，請參考圖12，所述無線網路裝置包括無線晶片4、應用單元5與控制單元6，全向性天線2連接無線晶片4。應用單元5連接無線晶片4，由無線晶片4接收具有八模式的天線的接收信號強度指示(RSSI)或接收資料率(data rate)。控制單元6連接應用單元5、第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3與第四二極體D4，控制單元6受控於應用單元5用以控制第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3與第四二極體D4的導通狀態，以控制具有八模式的天線的輻射場型。所述具有八模式的天線的等效天線效率在模式可重置的情況下大於100%，具有高效性的商業價值。

綜上所述，本發明實施例所提供的一種具有八模式的全向性天線利用單一天線與簡單控制電路以實現多種輻射場型控制的目，寄生元件的接地路徑控制電路可簡易地使寄生元件輕易地切換為引導器或反射器，具有很高的產業應用價值。尤其，當使寄生元件的二極體比電容更靠近全向性天線時，能夠使縮短接地路徑的效果更顯著，藉此使輻射場型控制(或改變)的效果更顯著，更具天線產品化的產品競爭力。

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。

1‧‧‧接地面

2‧‧‧全向性天線

31‧‧‧第一寄生元件

32‧‧‧第二寄生元件

33‧‧‧第三寄生元件

34‧‧‧第四寄生元件

11‧‧‧第一開孔區

12‧‧‧第二開孔區

13‧‧‧第三開孔區

14‧‧‧第四開孔區

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

D3‧‧‧第三二極體

D4‧‧‧第四二極體

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

C3‧‧‧第三電容

C4‧‧‧第四電容

100‧‧‧微波基板

X、Y、Z‧‧‧軸

Claims

一種具有八模式的天線，包括：一接地面；一全向性天線，豎立於該接地面之上，用以激發一全向性輻射場型；一第一寄生元件，豎立於該接地面的一第一開孔區，該第一開孔區設有一第一二極體與一第一電容，該第一寄生元件通過該第一電容連接該接地面，且該第一寄生元件通過導通的該第一二極體導通該接地面以縮短接地路徑；一第二寄生元件，豎立於該接地面的一第二開孔區，該第二開孔區設有一第二二極體與一第二電容，該第二寄生元件通過該第二電容連接該接地面，且該第二寄生元件通過導通的該第二二極體導通該接地面以縮短接地路徑；一第三寄生元件，豎立於該接地面的一第三開孔區，該第三開孔區設有一第三二極體與一第三電容，該第三寄生元件通過該第三電容連接該接地面，且該第三寄生元件通過導通的該第三二極體導通該接地面以縮短接地路徑；以及一第四寄生元件，豎立於該接地面的一第四開孔區，該第四開孔區設有一第四二極體與一第四電容，該第四寄生元件通過該第四電容連接該接地面，且該第四寄生元件通過導通的該第四二極體導通該接地面以縮短接地路徑；其中，該第一二極體比該第一電容更靠近該全向性天線，該第二二極體比該第二電容更靠近該全向性天線，該第三二極體比該第三電容更靠近該全向性天線，該第四二極體比該第四電容更靠近該全向性天線；其中，該第一寄生元件、該第二寄生元件、該第三寄生元件與該第四寄生元件依據該全向性天線為中心而對稱地豎立於該全向性天線的四周；其中，該第一二極體、該第二二極體、該第三二極體與該第四二極體的導通狀態用以控制產生八種模式。
根據請求項第1項所述之具有八模式的天線，其中當只有該第一二極體導通時，用以產生一第一模式；當只有該第二二極體導通時，用以產生一第二模式；當只有該第三二極體導通時，用以產生一第三模式；當只有該第四二極體導通時，用以產生一第四模式；當只有該第一二極體與該第二二極體導通時，用以產生一第五模式；當只有該第二二極體與該第三二極體導通時，用以產生一第六模式；當只有該第三二極體與該第四二極體導通時，用以產生一第七模式；當只有該第四二極體與該第一二極體導通時，用以產生一第八模式。
根據請求項第2項所述之具有八模式的天線，其中該第一模式、該第二模式、該第三模式與該第四模式在平行於該接地面的四個輻射場型其最大增益處彼此各差90度，其中該第五模式、該第六模式、該第七模式與該第八模式在平行於該接地面的四個輻射場型其最大增益處彼此各差90度，該第一模式、該第二模式、該第三模式、該第四模式、該第五模式、該第六模式、該第七模式與該第八模式用以產生平行於該接地面的八個對稱性方向的八種指向性輻射場型。
根據請求項第1項所述之具有八模式的天線，其中該全向性天線是垂直於該接地面的一單極天線，其中該第一寄生元件、該第二寄生元件、該第三寄生元件與該第四寄生元件皆是垂直於該接地面的一直條形金屬。
根據請求項第4項所述之具有八模式的天線，其中該全向性天線工作於2.4GHz頻帶，其中該全向性天線是長度為20毫米(mm)的單極天線。
根據請求項第5項所述之具有八模式的天線，其中該第一寄生元件、該第二寄生元件、該第三寄生元件與該第四寄生元件各自與該全向性天線保持11.5毫米的距離。
根據請求項第6項所述之具有八模式的天線，其中該第一寄生元件、該第二寄生元件、該第三寄生元件與該第四寄生元件的直條形金屬長度皆為25毫米。
根據請求項第1項所述之具有八模式的天線，其中該具有八模式的天線用於一無線網路裝置，該無線網路裝置包括一無線晶片、一應用單元與一控制單元，該全向性天線連接該無線晶片；該應用單元連接該無線晶片，由該無線晶片接收該具有八模式的天線的接收信號強度指示或接收資料率；該控制單元連接該應用單元、該第一二極體、該第二二極體、該第三二極體與該第四二極體，該控制單元受控於該應用單元用以控制該第一二極體、該第二二極體、該第三二極體與該第四二極體的導通狀態，以控制該具有八模式的天線的輻射場型。
根據請求項第1項所述之具有八模式的天線，其中該具有八模式的天線的等效天線效率在模式可重置的情況下大於100%。