TWI723844B

TWI723844B - 高增益天線與具有高增益天線的裝置

Info

Publication number: TWI723844B
Application number: TW109112296A
Authority: TW
Inventors: 施佑霖; 陳柏宇; 顏紅方
Original assignee: 泓博無線通訊技術有限公司
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2021-04-01
Also published as: TW202139517A

Abstract

一種高增益天線，包括基板、偶極天線、反射段、導引段以及同軸傳輸線。基板為圓盤狀。偶極天線設於基板，具有第一輻射體與第二輻射體，第一輻射體的第一接點與第二輻射體的第二接點皆位於基板的圓盤內部，第一輻射體與第二輻射體皆由圓盤內部朝向基板的圓周邊緣延伸。反射段設於基板的圓周邊緣，且位於偶極天線的第一側，反射段的中間具有中間接點。導引段設於基板的圓周邊緣，且位於偶極天線的第二側，導引段的長度短於反射段的長度。同軸傳輸線由圓周邊緣向圓盤內部延伸而提供饋入部，位於饋入部的中心導體連接第一接點，位於饋入部的外層導體連接第二接點，外層導體經由導電部而導通連接反射段的中間接點。如此達到高增益的效果。

Description

高增益天線與具有高增益天線的裝置

本發明有關於一種天線，且特別是一種高增益天線與具有高增益天線的裝置。

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。但是，對於可移動性的終端裝置而言，具有全向性的輻射場型的天線其增益往往不高。

一般而言，可移動性的終端裝置例如筆記型電腦或平板電腦其天線常用隱藏式的設計，以維持產品美觀，無線通信的效能則經常使用多個天線(兩個以上)的設計以彌補天線效能的缺陷。但是，除非使用複雜的多輸入多輸出(MIMO)架構，一般所被使用的低增益天線對與無線通信效能的提昇仍有很大的瓶頸。

為了解決前述的先前技術問題，本發明實施例提供一種高增益天線，包括基板、偶極天線、反射段、導引段以及同軸傳輸線。基板為圓盤狀。偶極天線設於基板，具有第一輻射體與第二輻射體，第一輻射體具有第一接點，第二輻射體具有第二接點，第一接點與第二接點位於基板的圓盤內部，且第一輻射體與第二輻射體皆由圓盤內部朝向基板的圓周邊緣延伸。反射段設於基板的圓周邊緣，且位於偶極天線的第一側，反射段的中間具有中間接點。導引段設於基板的圓周邊緣，且位於偶極天線的第二側，導引段的長度短於反射段的長度。同軸傳輸線具有中心導體與外層導體，同軸傳輸線由圓周邊緣向圓盤內部延伸而提供饋入部，位於饋入部的中心導體連接第一輻射體的第一接點，位於饋入部的外層導體連接第二輻射體的第二接點，外層導體經由導電部而導通連接反射段的中間接點。

本發明實施例也提供一種具有高增益天線的裝置，包括如前實施例所述的高增益天線、無線晶片、旋轉機構、控制單元以及應用單元。無線晶片利用同軸傳輸線連接高增益天線的饋入部。旋轉機構固接高增益天線的基板，用以水平轉動高增益天線，而改變高增益天線的旋轉角度。控制單元連接旋轉機構。應用單元連接無線晶片與控制單元，依據無線晶片由高增益天線所獲得的無線信號，以通過控制單元控制旋轉機構。

綜上所述，本發明實施例提供一種高增益天線與具有高增益天線的裝置，使用基板與同軸傳輸線的總成構接，實現構造精簡、尺寸小的高增益天線。並且，基於旋轉機構的旋轉，配合軟性且可適度彎曲的同軸傳輸線，對於實現最高的增益方向改變的目的，也具有容易實施、具有高度穩定性的技術效果，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:高增益天線

11:基板

12:偶極天線

13:反射段

14:導引段

15:同軸傳輸線

121:第一輻射體

122:第二輻射體

121a:第一接點

122a:第二接點

11a:圓盤內部

11b:圓周邊緣

131:中間接點

151:中心導體

152:外層導體

15a:饋入部

16:導電部

15b:跨接部

X:第一徑軸

Y:第二徑軸

1211:第一徑部

1212:第一彎折部

1213:第一末弧部

1221:第二徑部

1222:第二彎折部

1223:第二末弧部

2:無線晶片

3:旋轉機構

4:控制單元

5:應用單元

a:最高增益方向

b:最高增益方向

c:最高增益方向

圖1A是本發明實施例提供的高增益天線未連接同軸傳輸線的上視角的示意圖。

圖1B是本發明實施例提供的高增益天線已連接同軸傳輸線的上視角的示意圖。

圖2是本發明實施例提供的高增益天線的示意圖。

圖3是本發明實施例提供的具有高增益天線的裝置的功能方塊圖。

圖4是本發明實施例提供的高增益天線設置於筆記型電腦內的示意圖。

請參照圖1A、圖1B與圖2，圖1A是本發明實施例提供的高增益天線未連接同軸傳輸線的上視角示意圖，圖1B是本發明實施例提供的高增益天線已連接同軸傳輸線的上視角的示意圖，圖2是本發明實施例提供的高增益天線的示意圖。本實施例提供一種高增益天線1，包括基板11、偶極天線12、反射段13、導引段14以及同軸傳輸線15。基板11為圓盤狀。偶極天線12設於基板11，具有第一輻射體121與第二輻射體122，第一輻射體121具有第一接點121a，第二輻射體122具有第二接點122a，第一接點121a與第二接點122a位於基板1的圓盤內部11a(如圖所標示的虛線範圍)，且第一輻射體121與第二輻射體122皆由圓盤內部11a朝向基板 11的圓周邊緣11b延伸。反射段13設於基板11的圓周邊緣11b，且位於偶極天線12的第一側，反射段13的中間具有中間接點131。導引段14設於基板11的圓周邊緣11b，且位於偶極天線12的第二側，導引段14的長度短於反射段13的長度。換句話說，偶極天線12的位置是在反射段13與導引段14兩者之間。並且，值得一提的是，在輻射場型的特性方面，在偶極天線12的第二側的增益較高(在導引段14所在的這一側)，而在偶極天線12的第一側的增益相對較低(在反射段13所在的那一側)。在製作材料方面，基板11例如為玻璃纖維基板，偶極天線12、反射段13與導引段14為金屬導體，例如為以印刷電路技術製作的金屬線路。

再者，同軸傳輸線15具有中心導體151與外層導體152，同軸傳輸線15由圓周邊緣11b向圓盤內部11a延伸而提供饋入部15a，位於饋入部15a的中心導體151連接第一輻射體121的第一接點121a，位於饋入部15a的外層導體152連接第二輻射體122的第二接點122a。並且，外層導體152經由導電部16而導通連接反射段13的中間接點131，用以提升反射段13的反射效果。詳細地說，同軸傳輸線15向圓盤內部11a延伸而跨過圓周邊緣11b的部分為跨接部15b，位於跨接部15b的外層導體152經由導電部16而導通連接反射段13的中間接點131，此同軸傳輸線15與反射段13的連接態樣可使得反射段13的反射效果提升，而讓此高增益天線的最大增益提升。需要說明的是，同軸傳輸線15的饋入部15a是同軸傳輸線15的一個末端，一般是將同軸傳輸線15截斷，且將中心導體151與外層導體152引出，通常可利用焊接方式將中心導體151連接至第一接點121a，且利用焊接方式將外層導體152連接至第二接點122a，而同軸傳輸線15的另一個末端通常裝設有一個射頻接頭，以連接到射頻電路系統。再者，上述的導電部16是導體(例如金屬)，將同軸傳輸線15由圓周邊緣11b向圓盤內部11a延伸的過程會跨過反射段13的中間接點131，可將同軸傳輸線15跨過中間接點131的部分的外層絕緣體去除(做剝皮)，以利用焊接方式將銲錫熔接到外層導體152與中間接點131，因此此處的銲錫材料就可作為導電部16，但本發明並不限定用焊錫的導電連接方式。需要注意的是，圖1B中凸顯了同軸傳輸線15跨過中間接點131的部分的外層絕緣體去除的情況，且圖1B中的導電部16以橢圓形的斜線區域表示，實際以焊錫實現導電部16時例如可以將焊錫遍佈(塗滿)這個去除絕緣體的部分，以完全覆蓋裸露的外層導體152而將其與中間接點131穩當地焊接固定。上述的導電部16是用作導電與固定地連接的功能，其他實施方式例如可以功能性地等效替換為金屬卡榫、金屬彈片等相關固定機構。

更進一步，基板11具有第一徑軸X與第二徑軸Y，第一徑軸X與第二徑軸Y皆通過圓盤內部11a而彼此正交，且第一徑軸X通過反射段13的中間接點131。再者，考慮偶極天線12的功能，第一輻射體121與第二輻射體122通常是對稱的。並且，為了縮小基板11的使用面積，第一輻射體121與第二輻射體122的末端可做彎折，例如在圖1A中是在圓周邊緣11b彎折，且沿著圓周邊緣11b做繞行。在一實施例中，偶極天線12的第一輻射體121具有第一徑部1211、第一彎折部1212與第一末弧部1213，第二輻射體122具有第二徑部1221、第二彎折部1222與第二末弧部1223，第一末弧部1213與第二末弧部1223皆位於圓周邊緣11b，第一徑部1211與第二徑部1221皆平行於第二徑軸Y，第一輻射體121與第二輻射體122依據第一徑軸X而彼此對稱。較佳的，同軸傳輸線15平行於第一徑軸X，如此能夠使得偶極天線12、反射段13與導引段14各自以第一徑軸X作為對稱軸。

再者，若以較低製造成本的考量，偶極天線12、反射段13、導引段14與同軸傳輸線15都可設於基板11的同一個表面(在此可稱為上表面)，參考圖2，偶極天線12、反射段13與導引段14例如以印刷電路方式製作於基板11，圖1A實施例的圓周邊緣11b也就是簡化為上表面的圓周邊緣，使得反射段13與導引段14都是位於上表面的圓弧段結構，反射段13的圓弧段結構比導引段14的圓弧段結構更長。反射段13的中間接點131恰好在反射段13的中間部位，反射段13與導引段14共同配合於偶極天線12使輻射場型也是以第一徑軸X作為對稱軸，並且最高增益的方向是第一徑軸X的正向，也就是當以圓盤內部11a為基準，朝向導引段14的方向為增益最高的方向，而朝向反射段13的中間接點131的方向為增益最低的方向。然後，外層導體152經由導電部16而導通連接反射段13的中間接點131，使得前述製作程序都能夠在基板11的單一個表面上完成。然而，作為替換性的實施例，偶極天線12、反射段13、導引段14與同軸傳輸線15之中的任一個都可以改為設於基板11的下表面(相對於上表面)，只需要用貫孔技術將上下表面的元件作連接即可完成相同電路功能的線路。

接著，本發明也提供一種具有高增益天線的裝置，請參照圖3的功能方塊圖，具有高增益天線的裝置包括如前實施例所述的高增益天線1、無線晶片2、旋轉機構3、控制單元4以及應用單元5。高增益天線1如前所述，在此不作贅述。無線晶片2利用同軸傳輸線15以連接高增益天線1的饋入部15a。旋轉機構3固接高增益天線1的基板11，用以水平轉動高增益天線1，而改變高增益天線1的旋轉角度。控制單元4連接旋轉機構3。應用單元5連接無線晶片2與控制單元4，依據無線晶片2由高增益天線1所獲得的無線信號，以通過控制單元4控制旋轉機構3。前述的控制單元4例如是一個微控制器，應用單元5例如是整合於具有高增益天線的裝置之中的一個模組。本實施例的具有高增益天線的裝置例如是可移動性的終端裝置，尤其適用於5GHz頻帶的無線區域網路裝置，例如是筆記型電腦。請一併參考圖3與圖4，高增益天線1例如設置於筆記型電腦的主機板與鍵盤之間的內置空間中，旋轉機構3因受控制而轉動高增益天線1，使得第一徑軸(X)的方向隨之轉變，讓最高增益的方向也隨之改變，例如圖4示意有三種最高增益的方向，分別為最高增益方向a、b與c，因應不同的旋轉方向可讓筆記型電腦依使用需求而改變最佳的收信狀態(或發信狀態)，也因此而不需挪動或搬動筆記型電腦的角度或位置。應用單元5可包括一個安裝於筆記型電腦的作業系統中的應用程式，使得筆記型電腦利用應用程式可以控制天線最高增益的方向，以適應所在環境，以利於進一步提升通信效能。相比於習知的筆記型電腦因其內藏式天線的低增益特性而只能依賴調變與編碼等信號處理方式提升通信效能，本發明實施例的具有高增益天線的裝置則能直接控制天線增益最高的方向，能夠顯著地突破通信效能的瓶頸。

綜上所述，本發明實施例所提供的高增益天線與具有高增益天線的裝置，使用基板與同軸傳輸線的總成構接，實現構造精簡、尺寸小的高增益天線。並且，基於旋轉機構的旋轉，配合軟性且可適度彎曲的同軸傳輸線，對於實現最高的增益方向改變的目的，也具有容易實施、具有高度穩定性的技術效果，具有很高的產業應用價值。尤其是，對於筆記型電腦類型產品，更具有具體地、且可控的提升通信效能的效果，具有很大潛力的市場應用競爭力。

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。