TWI740383B - Auto-switch smart antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本發明有關於一種智能天線,且特別是一種自動切換智能天線裝置。 The invention relates to a smart antenna, and in particular to an automatic switching smart antenna device.
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。 The radiation pattern of the antenna differs according to the basic working principle of the antenna. Various radiation patterns have different applications. For example, the omnidirectional radiation pattern is suitable for terminal devices so that the terminal devices can receive wireless signals in various directions. . For another example, a base station antenna, such as an antenna of a wireless access point, may need to be able to generate a radiation pattern in a specific direction to enable wireless communication with terminal devices located in various specific locations.
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。 Generally speaking, although an array antenna can be used to control a specific radiation pattern, the control circuit of the array antenna (including switching, phase control, and feeding network, etc.) introduces more transmission loss problems. Furthermore, especially when the current electronic devices require light, thin and short antennas, the area of the circuit fed into the network may be larger than that of the antenna array, which makes it difficult to reduce the overall volume of the antenna array module, which makes the traditional use of a controllable radiation field. The manufacturing cost of type antenna products has increased significantly.
為了解決前述的先前技術問題,本發明實施例提供一種自動切換智能天線裝置,包括天線模組、無線晶片、微控制器以及應用單元。天線模組包括接地部、饋入部、主天線、第一 二極體、電容、第二二極體、副天線與電感。饋入部連接主天線、第一二極體的陽極與第二二極體的陽極,用以導入射頻信號與直流導通電壓。第一二極體的陰極連接接地部。電容連接於主天線與接地部之間。第二二極體的陰極連接副天線。電感連接於副天線與接地部之間。導通的第一二極體與主天線構成輸入阻抗為接近無窮大的四分之一波長短路線。無線晶片連接天線模組的饋入部,用以提供射頻信號。微控制器連接天線模組的饋入部,用以提供直流導通電壓。應用單元連接無線晶片與微控制器,依據無線晶片由天線模組所獲得的無線信號,以控制微控制器。 In order to solve the aforementioned prior technical problems, an embodiment of the present invention provides an automatic switching smart antenna device, which includes an antenna module, a wireless chip, a microcontroller, and an application unit. The antenna module includes a ground part, a feed part, a main antenna, a first Diode, capacitor, second diode, sub-antenna and inductor. The feeding part is connected to the main antenna, the anode of the first diode and the anode of the second diode, and is used for introducing radio frequency signals and direct current conduction voltage. The cathode of the first diode is connected to the ground. The capacitor is connected between the main antenna and the ground. The cathode of the second diode is connected to the sub-antenna. The inductor is connected between the sub-antenna and the ground. The conductive first diode and the main antenna form a quarter-wavelength short-circuit line whose input impedance is close to infinity. The wireless chip is connected to the feeding part of the antenna module to provide radio frequency signals. The microcontroller is connected to the feed-in part of the antenna module to provide a DC conduction voltage. The application unit connects the wireless chip and the microcontroller, and controls the microcontroller according to the wireless signal obtained by the wireless chip from the antenna module.
綜上所述,本發明實施例提供一種自動切換智能天線裝置,適用於具有多天線的無線通信產品,只需要使用一個共用的饋入部,即可完成射頻信號的交流饋電以及切換控制信號的直流饋電,不僅能達成天線互補性的切換效果,更兼具有切換線路簡單,容易控制的優點。並且,基於控制線路簡化而也能實現降低成本的效果,具有很高的產業應用價值。 In summary, the embodiment of the present invention provides an automatic switching smart antenna device, which is suitable for wireless communication products with multiple antennas. It only needs to use a common feeding part to complete the AC feeding of radio frequency signals and the switching of control signals. DC feed can not only achieve the complementary switching effect of the antenna, but also has the advantages of simple switching circuit and easy control. In addition, the cost reduction effect can be achieved based on the simplification of the control circuit, which has high industrial application value.
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。 In order to have a better understanding of the features and technical content of the present invention, please refer to the following detailed description and drawings about the present invention, but these descriptions and the accompanying drawings are only used to illustrate the present invention, not the right to the present invention. The scope is subject to any restrictions.
1:天線模組 1: Antenna module
2:無線晶片 2: wireless chip
3:微控制器 3: Microcontroller
4:應用單元 4: Application unit
100:基板 100: substrate
11:接地部 11: Grounding part
12:饋入部 12: Infeed
13:主偶極天線 13: Main dipole antenna
14:第一二極體 14: The first diode
15:電容 15: Capacitance
16:第二二極體 16: second diode
17:副偶極天線 17: Sub-dipole antenna
18:電感 18: Inductance
101:上表面 101: upper surface
102:下表面 102: lower surface
131:第一主臂 131: First main arm
132:第二主臂 132: second main arm
171:第一副臂 171: First Jib
172:第二副臂 172: Second Jib
1311:第一主輻射部 1311: The first main radiation section
1312:第一平行部 1312: The first parallel
1321:第二主輻射部 1321: The second main radiator
1322:第二平行部 1322: second parallel part
1711:第一副輻射部 1711: First Deputy Radiation Department
1712:第三平行部 1712: Third Parallel Section
1721:第二副輻射部 1721: Second Deputy Radiation Department
1722:第四平行部 1722: Fourth Parallel Section
103:第一貫孔 103: first through hole
104:第二貫孔 104: second through hole
105:第三貫孔 105: third through hole
111、112、113、114:線路 111, 112, 113, 114: line
F:饋入點 F: feed point
19:中間反射器 19: Middle reflector
X、Y、Z:軸 X, Y, Z: axis
圖1是本發明實施例提供的自動切換智能天線裝置的功能方塊圖。 Fig. 1 is a functional block diagram of an automatic switching smart antenna device provided by an embodiment of the present invention.
圖2是本發明實施例提供的天線模組的架構圖。 FIG. 2 is a structural diagram of an antenna module provided by an embodiment of the present invention.
圖3是本發明實施例提供的天線模組的平面透視圖。 Fig. 3 is a plan perspective view of an antenna module provided by an embodiment of the present invention.
圖4是本發明實施例提供的天線模組的上表面的示意圖。 FIG. 4 is a schematic diagram of the upper surface of the antenna module provided by the embodiment of the present invention.
圖5是本發明實施例提供的天線模組的下表面的透視示意圖。 FIG. 5 is a perspective schematic diagram of the lower surface of the antenna module provided by the embodiment of the present invention.
圖1是本發明實施例提供的自動切換智能天線裝置的功能方塊圖,本實施例的自動切換智能天線裝置例如是無線網路裝置,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、一體電腦、無線存取器(Access Point)、智能電視等。自動切換智能天線裝置包括天線模組1、無線晶片2、微控制器3以及應用單元4。請一併參照圖1與圖2,圖2是本發明實施例提供的天線模組的架構圖。天線模組1包括接地部11、饋入部12、主天線13、第一二極體14、電容15、第二二極體16、副天線17與電感18。饋入部12連接主天線13、第一二極體14的陽極與第二二極體16的陽極,用以導入射頻信號與直流導通電壓。第一二極體14的陰極連接接地部11。電容15連接於主天線13與接地部11之間。第二二極體16的陰極連接副天線17。電感18連接於副天線17與接地部11之間。導通的第一二極體14與主天線13構成輸入阻抗為接近無窮大的四分之一波長短路線。無線晶片2連接天線模組1的饋入部12,用以提供射頻信號。微控制器3連接天線模組1的饋入部12,用以提供直流導通電壓。應用單元4連接無線晶片2與微控制器3,依據無線晶片2由天線模組1所獲得的無線信號,以控制微控制器3。應用單元4較佳的是自動切換智能天線裝置的一個功能模組,例如是
一個連接微控器3的處理晶片,或者是與微控制器3整合成為一個晶片,應用單元4利用附掛於自動切換智能天線裝置其作業系統的一個應用程式執行控制,例如以無線晶片2的吞吐量或物理層資料率做為控制切換的依據,也可包括複合式判斷機制的演算法。
Fig. 1 is a functional block diagram of an automatic switching smart antenna device provided by an embodiment of the present invention. The automatic switching smart antenna device of this embodiment is, for example, a wireless network device, especially suitable for 5GHz band wireless local area network devices, such as notebooks Type computer, all-in-one computer, wireless access point (Access Point), smart TV, etc. The automatic switching smart antenna device includes an antenna module 1, a
在信號饋入方面,饋入部12不但用做饋入天線的射頻信號,也饋入用以導通第一二極體14與第二二極體16的直流導通電壓,由於饋入部12是兼用於饋入射頻信號與直流信號,則電容15是用以作為直流阻斷器,電感18是用以作為射頻信號的阻斷器。當模式零時,微控制器3不提供直流導通電壓,第一二極體14與第二二極體16都沒有導通,使得只有主天線13得到射頻信號的饋入。當模式一時,微控制器3提供直流導通電壓,第一二極體14與第二二極體16同時都導通,為了達成只有副天線17得到射頻信號的饋入的目的,由饋入部12往主天線13看過去的輸入阻抗值需要利用接地狀態(因導通而接地)的第一二極體14而調整為四分之一波長短路線,造成其輸入阻抗為接近無窮大,而不影響副天線17的阻抗匹配。因此,適當設定第一二極體14其陽極連接第一主臂131的位置,以達成四分之一波長短路線的設定。再者,饋入部12與接地部11構成雙線傳輸線為較佳的設計。
In terms of signal feeding, the feeding
上述的天線模組1的主天線13與副天線17可提供互補性的功能。在一實施例中,主天線13提供第一極化的輻射場型,副天線17提供第二極化的輻射場型,第一極化與第二極化兩者的極化方向為彼此正交,例如第一極化為垂直極化,第二極化為水平極化,但本發明不因此限定。當模式零時,第一二極體14與第二二極體16都不導通,只有主天線13得到射頻信號的饋入主天線
13正常工作以產生垂直極化的輻射場型。再者,當模式一時,第一二極體14與第二二極體16都被導通,只有副天線17得到射頻信號的饋入,副天線17正常工作以產生水平極化的輻射場型。如此可達成彼此正交的天線極化特性切換。
The
在下述的另一實施例中,主天線13與副天線17提供不同的輻射場型,以產生輻射場型互補的效果。請參照圖3、圖4與圖5,圖3是本發明實施例提供的天線模組的平面透視圖,圖4是本發明實施例提供的天線模組的上表面的示意圖,圖5是本發明實施例提供的天線模組的下表面的透視示意圖。天線模組包括基板100、接地部11、饋入部12、主天線13、第一二極體14、電容15、第二二極體16、副天線17以及電感18。在本實施例中的主天線13與副天線17都是偶極天線。基板100具有彼此平行的上表面101與下表面102。第一二極體14、電容15、第二二極體16與電感18是離散元件且在圖4中以方框顯示其元件輪廓圖(footprint),而在圖3中為了顯示天線整體輪廓而予以省略。基板100上的貫孔在圖3與圖4中則以實心圓點表示。接地部11設於基板100的下表面102。饋入部12設於基板100的上表面101,用以提供射頻信號與直流導通電壓,在圖2中以斜線區域表示饋入點F。主天線13位於接地部11的左側,在圖式中為X軸的正向的一側。主天線13包括第一主臂131與第二主臂132,第一主臂131設於上表面101,第二主臂132設於下表面102,第一主臂131連接饋入部12,第二主臂132連接接地部11。第一二極體14的陽極連接第一主臂131,第一二極體14的陰極連接第二主臂132。電容15電連接(此處所指的電連接有別於結構上的連接)於第一主臂131與第二主臂132之間。第二二極體16的陽
極連接饋入部12。副天線17位於接地部11的右側,在圖式中為X軸的負向的一側。副天線17包括第一副臂171與第二副臂172,第一副臂171設於上表面101,第二副臂172設於下表面102,第一副臂171連接第二二極體16的陰極,第二副臂172連接接地部11。電感18電連接(此處所指的電連接有別於結構上的連接)於第一副臂171與第二副臂172之間。上述主天線13與副天線17皆工作於5GHz頻帶,例如現行廣泛使用的5GHz的WiFi頻帶。
In another embodiment described below, the
請再次參照圖3至圖5,接著敘述以偶極天線實現的主天線13與副天線17較佳的結構範例,第一主臂131包括第一主輻射部1311與第一平行部1312,第一平行部1312連接於饋入部12與第一主輻射部1311之間。第二主臂132包括第二主輻射部1321與第二平行部1322,第二平行部1322連接於接地部11與第二主輻射部1321之間,第一平行部1312與第二平行部1322彼此平行。第一二極體14的陽極連接第一平行部1312,以使導通的第一二極體14與第一平行部1312構成輸入阻抗為接近無窮大的四分之一波長短路線,而第一二極體14的陰極連接第二平行部1322。電容15電連接於第一平行部1312與第二平行部1322之間。第一副臂171包括第一副輻射部1711與第三平行1712部,第三平行部1712連接於第二二極體16的陰極與第一副輻射部1711之間。第二副臂172包括第二副輻射部1721與第四平行部1722,第四平行部1722連接於接地部11與第二副輻射部1721之間,第三平行部1712與第四平行部1722彼此平行。電感18電連接於第三平行部1712與第四平行部1722之間。並且,在本實施例中,第一平行部1312與第二平行部1322不但彼此平行,在從基板100的上方的正視角的角度看,第一平行部
1312與第二平行部1322也可彼此完全重疊或調整為部分重疊,而可做為調整阻抗匹配的一種手段,但本發明並不因此限定。再者,本實施例的第一主臂131的第一主輻射部1311與第二主臂132的第二主輻射部1321彼此朝向相反方向延伸,第一副臂171的第一副輻射部1711與第二副臂172的第二副輻射部1721彼此朝向相反方向延伸。在一實施例中,第一主臂131與第二主臂132也可保持一個對稱角,並且第一副臂171與第二副臂172也可保持一個對稱角,但本發明並不因此限定。
Please refer to FIGS. 3 to 5 again, and then describe the preferred structure examples of the
更進一步,由於使用雙面的基板100,因此使用貫孔方式做線路連接,第一二極體14設於基板100的上表面101,第一二極體14的陰極通過基板100的第一貫孔103連接第二主臂132。電容15設於基板100的上表面101,電容15通過基板100的第二貫孔104連接第二主臂132,在圖式中是電容15利用線路111連接貫孔104,然後第二貫孔104在下表面102利用線路112連接第二主臂132,其中線路111與線路112的長度以及電容15的電容值可以做為調整阻抗匹配之用,但不限於此。電感18設於基板100的上表面101,電感18通過基板100的第三貫孔105連接第二副臂172,在圖式中是電感18利用線路113連接第三貫孔105,然後第三貫孔105在下表面102利用線路114連接第二副臂172,其中線路113與線路114的長度以及電感18的電感值可以做為調整阻抗匹配之用,但不限於此。詳細地說,較佳的實施方式是,由於第一二極體14設於基板100的上表面101,第一二極體14的陰極通過基板100的第一貫孔103連接第二平行部1322。類似的,電容15設於基板100的上表面101以連接第一平行部1312,且電容15通過基板100的第二貫孔104
連接第二平行部1322。電感18設於基板100的上表面101以連接第三平行部1712,且電感18通過基板100的第三貫孔105連接第四平行部1722。因此可知,第一平行部1312與第二平行部1322連接至電容15的總和導線長度用以調整主天線13的阻抗匹配,第三平行部1712與第四平行部1722連接至電感18的總和導線長度用以調整副天線17的阻抗匹配。除此之外,為了精準調控輻射場型,本實施例的天線模組更包括中間反射器19,中間反射器19例如設於基板100的下表面102,連接接地部11,且位於主天線13與副天線17之間。所述中間反射器例如為T字形,但本發明並不因此限定。考量輻射場型的需求狀態,在其他實施情況,上述的中間反射器19也可以被移除。對輻射場型而言,當模式零時,第一二極體14與第二二極體16都不導通,主天線13正常工作,輻射場型朝向X軸的正向的方向偏移。其中,當模式零時,只有主天線13得到射頻信號的饋入,並沒有饋入射頻信號至副天線17。再者,當模式一時,第一二極體14與第二二極體16都被導通,只有副天線17得到射頻信號的饋入,副天線17正常工作,輻射場型朝向X軸的負向的方向偏移。依據模式零與模式一的切換狀態,本實施例的天線模組產生明顯的輻射場型切換效果。另外,當應用多組本實施例的天線模組時,則能夠產生更多種類的輻射場型切換效果。
Furthermore, since the double-
綜上所述,本發明實施例所提供的自動切換智能天線裝置適用於具有多天線的無線通信產品,只需要使用一個共用的饋入部,即可完成射頻信號的交流饋電以及切換控制信號的直流饋電,不僅能達成天線互補性,例如為極化互補或輻射場型互補的效果,更兼具有切換線路簡單,容易控制的優點。並且,基 於控制線路簡化而也能實現降低成本的效果,具有很高的產業應用價值。尤其是,對於區域無線網路的無線通信裝置,更具有天線產品市場的競爭力。 In summary, the automatic switching smart antenna device provided by the embodiment of the present invention is suitable for wireless communication products with multiple antennas. It only needs to use a common feeding part to complete the AC feeding of radio frequency signals and switching control signals. DC feed can not only achieve antenna complementarity, such as polarization complementation or radiation field type complementation, but also has the advantages of simple switching lines and easy control. And, base Since the control circuit is simplified and the cost reduction effect can be achieved, it has high industrial application value. In particular, it is more competitive in the antenna product market for wireless communication devices for local wireless networks.
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。 The above are only the embodiments of the present invention, and they are not intended to limit the patent scope of the present invention.
1:天線模組 1: Antenna module
2:無線晶片 2: wireless chip
3:微控制器 3: Microcontroller
4:應用單元 4: Application unit
Claims (7)
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TW109105256A TWI740383B (en) | 2020-02-17 | 2020-02-17 | Auto-switch smart antenna device |
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