TWI839080B - 天線結構 - Google Patents

Abstract

一種天線結構適於耦接通訊裝置以供該通訊裝置運行多輸入多輸出系統。天線結構包含管狀殼體、導體隔板、第一單極天線以及第二單極天線。管狀殼體包含管腔。導體隔板設置於管腔內且沿管腔之軸線方向延伸一隔板長度，導體隔板將管腔區分為第一腔室以及第二腔室。第一單極天線設置於第一腔室。第二單極天線設置於第二腔室。

Description

天線結構

本揭露有關一種天線結構，特別關於一種外接天線之結構。

現有一種通訊裝置僅提供單一外接天線孔位，而僅允許連接一支外接天線。然而，常見的通訊架構，例如Wi-Fi或長期演進技術(Long Term Evolution，LTE)，多採用多輸入多輸出系統(Multi-Input Multi-Output，MIMO)，需要兩根以上天線，造成了僅具有單一外接天線孔位之通訊裝置無法適用。此外，即便採用具有多個外接天線孔位之通訊裝置，將多支外接天線連接到通訊裝置後，整體體積龐大且外觀欠佳。

有鑑於此，申請人提出一種天線結構，適於耦接通訊裝置。天線結構包含管狀殼體、導體隔板、第一單極天線以及第二單極天線。管狀殼體包含管腔。導體隔板設置於管腔內且沿管腔之軸線方向延伸一隔板長度，導體隔板將管腔區分為第一腔室以及第二腔室。第一單極天線設置於第一腔室。第二單極天線設置於第二腔室。

圖1係本案之一些實施例所揭示之天線結構之使用狀態示意圖，請參照圖1。天線結構1適於耦接通訊裝置9。於本實施例中，天線結構1透過集成連接器102耦接於通訊裝置9。通訊裝置9可以為採用無線通訊之裝置，例如但不限於閘道器(Gateway)、路由器(Router)、橋接器(Bridge)、網路交換器(Network switch)、增頻器(Repeater)及無線網路存取點(Access Point)。本實施例所例示之通訊裝置9僅具有一個外接天線孔位901，然本揭露之天線結構1並不限於使用在僅具有一個外接天線孔位901之通訊裝置9，一個通訊裝置9亦不限於僅使用一支天線結構1。應說明的是，本揭露所述之耦接不限於直接或間接連接。

圖2係本案之一實施例所揭示之天線結構之外觀示意圖，請參照圖2。天線結構1包含管狀殼體101以及集成連接器102，管狀殼體101為空心結構，惟其截面不限於圓形，亦可以為橢圓、方形、長方形、三角形或多邊形。於本實施例中，管狀殼體101之截面為長方形，而呈現扁平外觀。管狀殼體101及其管腔沿一軸線方向X延伸，而呈現柱狀。管狀殼體101之材質可以採用塑膠，例如但不限於矽膠、熱固性的聚氨酯(PU)、環氧樹酯(Epoxy)、酚醛樹脂(Phenolic)、玻璃鋼(Polyester)、橡膠(Rubber)。若管狀殼體101採用其他材質，應考量材質是否造成訊號屏蔽。集成連接器102用以耦接天線結構1及通訊裝置9。本實施例之集成連接器102包含兩個端子1021，對應於天線結構1所包含之單極天線數量(容後詳述)。在其他實施例，端子1021數可以為多個。所述端子1021不限於公頭或母座。在一些實施例，集成連接器102包含固定結構，例如螺牙或卡榫，以將天線結構1固定於通訊裝置9。

圖3係本案之一實施例所揭示之天線結構之內部透視圖，請參照圖3。天線結構1包含管狀殼體101、導體隔板104、第一單極天線1031以及第二單極天線1032。管狀殼體101包含管腔，管腔內設置有導體隔板104、第一單極天線1031以及第二單極天線1032。在本實施例中，導體隔板104將管腔區分為位於圖3右側之第一腔室1011以及位於圖3左側之第二腔室1012。導體隔板104沿管腔的軸線方向X延伸。在本實施例中，導體隔板104沿軸線方向X延伸之長度即為導體隔板104之最大長度。

導體隔板104之其一設置目的在於提供電磁屏蔽，其材質可以為金屬或其他導體材料。對於金屬材質之導電隔板，其材質係選自鐵、銅、鋁、銀、鎳、錫、鉛、鈷及其合金所構成之群組。舉例而言，選用電導率較高的銅片以達到屏蔽效果。在一些實施例，為了避免導體隔板104直接接觸第一單極天線1031或第二單極天線1032，導體隔板104與第一單極天線1031及第二單極天線1032分別保持至少一間格距離。舉例而言，導體隔板104與第一單極天線1031相距3 mm，導體隔板104與第二單極天線1032相距5 mm，使導體隔板104與第一單極天線1031及第二單極天線1032分別保持至少3 mm之間格距離。請參照圖3，在本實施例中，導體隔板104與第一單極天線1031之間隔距離，及導體隔板104與第二單極天線1032之間隔距離相同。

為了防止導體隔板104直接接觸第一單極天線1031或第二單極天線1032，在一些實施例，導體隔板104上覆蓋有絕緣層。絕緣層可以但不限於透過塗佈、噴塗、貼附、印刷、沉積製程而覆蓋於導體隔板104之完整表面，或至少覆蓋於導體隔板104可能接觸到第一單極天線1031或第二單極天線1032之表面。在一些實施例，絕緣層為自然形成而無須額外加工，例如選用鋁材之導體隔板104，其表面即覆蓋有低電導率的氧化鋁。對於表面覆蓋有絕緣層之導體隔板104，在一實施例，導體隔板104與第一單極天線1031及第二單極天線1032分別保持至少一間格距離有助於避免相互碰撞而導致絕緣層磨損或脫落。絕緣層係選自無機氧化物、非共軛高分子及其組合所構成之群組。所述無機氧化物係由選自鐵、銅、鋁、銀、鎳、錫、鉛、鈷及其合金所構成之群組中至少一材料之氧化物。所述非共軛高分子係選自環氧單體、環氧低聚物、環氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氨酯、聚醯亞胺、羧甲基纖維素、聚乙二醇、聚丙烯醯胺及鐵氟龍所構成之群組。

在一些實施例，單極天線(例如第一單極天線1031或第二單極天線1032)為獨立於導體隔板104之立體結構，以提供較佳的訊號強度。舉例而言，圖3之單極天線1031(或單極天線1032)的立體結構包含螺旋部103a及延長部103b，螺旋部103a環繞單極天線1031(或單極天線1032)之軸向方向，以調節無線訊號的波長。延長部103b沿單極天線1031(或單極天線1032)之軸向方向延伸，以提供朝四周的電磁輻射。單極天線1031(或單極天線1032)之延長部103b不限於設置在螺旋部103a之一端，亦可以在螺旋部103a之兩端皆設置延長部103b。在其他實施例，單極天線1031(或單極天線1032)為僅具有延長部103b之線型結構，或僅具有螺旋部103a之螺旋結構，以適應不同的天線用途。單極天線1031(或單極天線1032)之整體可採用金屬材質，提升導電率以避免高頻訊號衰減；或者，單極天線1031(或單極天線1032)之表面具有金屬鍍層。單極天線1031(或單極天線1032)或金屬鍍層之材質係選自金、銅、鐵、銀、鋁、鉻及其合金所構成之群組。舉例而言，單極天線1031(或單極天線1032)為銅管天線。

在一些實施例，單極天線1031(或單極天線1032)沿管腔之軸線方向X延伸而具有一天線長度，導體隔板104沿管腔之軸線方向X延伸而具有一隔板長度，且天線長度短於隔板長度。如此一來，第一單極天線1031及第二單極天線1032所產生之電磁波不會相互干擾。雖然導體隔板104將管狀殼體101之管腔區分為第一腔室1011以及第二腔室1012，惟第一腔室1011及第二腔室1012並非必須為獨立之密閉空間，而可以相互聯通。舉例而言，導體隔板104之管腔具有一管腔長度，其中管腔長度長於隔板長度，而隔板長度長於天線長度，足以使第一單極天線1031及第二單極天線1032所產生之電磁波被導體隔板104屏蔽。

在一些實施例，天線結構1包含管狀殼體101、導體隔板104、第一單極天線1031、第二單極天線1032、第一同軸線1051、第二同軸線1052及集成連接器102，集成連接器102包含兩個端子1021。如圖3所示，第一單極天線1031的螺旋部103a之一端耦接於第一同軸線1051，第一同軸線1051耦接於集成連接器102之其一端子1021；第二單極天線1032的螺旋部103a之一端耦接於第二同軸線1052，第二同軸線1052耦接於集成連接器102之另一端子1021。如此一來，當天線結構1耦接於通訊裝置9，通訊裝置9可透過集成連接器102之兩個端子1021分別接收來自第一單極天線1031或第二單極天線1032之電流訊號，或輸出電流訊號至第一單極天線1031或第二單極天線1032。其中，兩組電流訊號之振幅、頻率或其他電性參數可以不同，以實現多輸入多輸出系統。

圖4係本案之一實施例所揭示之同軸線之連接關係示意圖，請參照圖4。於本實施例，同軸線(例如第一同軸線1051及第二同軸線1052)包含外皮1051a、外層導體1051b、隔離層1051c及中心導體1051d，外皮1051a包圍外層導體1051b，外層導體1051b包圍隔離層1051c，隔離層1051c包圍中心導體1051d。於本實施例，第一同軸線1051之中心導體1051d耦接第一單極天線1031，第二同軸線1052之中心導體1051d耦接第二單極天線1032，第一同軸線1051及第二同軸線1052之外層導體1051b耦接導體隔板104。外層導體1051b或中心導體1051d之材質係選自金、銅、鐵、銀、鋁、鉻及其合金所構成之群組。在一些實施例，中心導體1051d選用與單極天線1031(或單極天線1032)相同之材質，使兩者之導電率一致。在一些實施例，外層導體1051b選用與導體隔板104相同之材質，使兩者之導電率一致。當第一單極天線1031產生電磁波，導體隔板104因電磁感應而產生之電流可以透過外層導體1051b而引流，避免產生磁場而造成導體隔板104另一側之第二單極天線1032，反之亦然。在其他實施例，導體隔板104僅連接於第一同軸線1051或第二同軸線1052之外層導體1051b，同樣可達到引流效果。

圖5A~圖5C係本案之不同實施例所揭示之天線結構之內部配置立體圖，請先參照圖5A。圖5A顯示之天線結構1與圖3之實施例相同，皆包含管狀殼體101、第一單極天線1031、第二單極天線1032以及導體隔板104。導體隔板104將管狀殼體101之管腔區分為兩個腔室，而第一單極天線1031及第二單極天線1032分別設置於不同腔室。由於導體隔板104設置於第一單極天線1031及第二單極天線1032之間，因此避免第一單極天線1031及第二單極天線1032所產生或接收之電磁波相互干擾。在本實施例中，天線結構1允許通訊裝置9同時執行兩種通訊活動，例如訊號接收、訊號發送或採用多種頻段之訊號收發，而實現多輸入多輸出系統。

在一些實施例，導體隔板包含N個板頁，各板頁之一側邊相互連接，並將管腔區分為N個腔室。天線結構包含N個單極天線且分別設置於各個腔室。其中，N為整數數值且可依天線結構的應用需求進行設計。舉例而言，請參照圖5B，圖5B顯示之天線結構2包含管狀殼體201、第一單極天線2031、第二單極天線2032、第三單極天線2033、第四單極天線2034以及導體隔板204。不同於圖3實施例中平面結構之導體隔板104，本實施例之導體隔板204為立體結構。導體隔板204包含第一板頁2041、第二板頁2042、第三板頁2043及第四板頁2044，且各板頁之一側邊相互連接，而形成具有十字架型截面的柱狀結構。導體隔板204將管狀殼體201之管腔區分為四個腔室，而第一單極天線2031、第二單極天線2032、第三單極天線2033及第四單極天線2034分別設置於不同腔室。由於導體隔板204之第一板頁2041設置於第一單極天線2031及第二單極天線2032之間、第二板頁2042設置於第二單極天線2032及第三單極天線2033之間、第三板頁2043設置於第三單極天線2033及第四單極天線2034之間、第四板頁2044設置於第四單極天線2034及第一單極天線2031之間，因此避免第一單極天線2031、第二單極天線2032、第三單極天線2033及第四單極天線2034所產生或接收之電磁波相互干擾。在本實施例中，天線結構2允許通訊裝置9同時執行四種通訊活動。

在一些實施例，天線結構包含N個單極天線及(N-1)個導體隔板，多個導體隔板分別將管腔區分為N個腔室，天線結構之N個單極天線分別設置於各個腔室。其中，N為整數數值且可依天線結構的應用需求進行設計。舉例而言，請參照圖5C，圖5C顯示之天線結構3包含管狀殼體301、第一單極天線3031、第二單極天線3032、第三單極天線3033、第一導體隔板304A以及第二導體隔板304B。於本實施例，第一導體隔板304A與第二導體隔板304B相互平行且沿管腔之軸線方向X延伸。第一導體隔板304A與第二導體隔板304B將管狀殼體301之管腔區分為三個腔室，而第一單極天線3031、第二單極天線3032及第三單極天線3033分別設置於不同腔室。由於第一導體隔板304A設置於第一單極天線3031及第二單極天線3032之間，而第二導體隔板304B設置於第二單極天線3032及第三單極天線3033之間，因此避免第一單極天線3031、第二單極天線3032及第三單極天線3033所產生或接收之電磁波相互干擾。在本實施例中，天線結構3允許通訊裝置9同時執行三種通訊活動。

如圖5C所示，對於多個導體隔板104之天線結構3，各個導體隔板304A,304B可分別連接於單條或多條同軸線之外層導體1051b。舉例而言，將第一導體隔板304A連接於與第一單極天線3031連接之同軸線的外層導體1051b，將第二導體隔板304B連接於與第三單極天線3033連接之同軸線的外層導體1051b；或者，將第一導體隔板304A連接於與第一單極天線3031連接之同軸線的外層導體1051b及連接於與第二單極天線3032連接之同軸線的外層導體1051b，將第二導體隔板304B連接於與第二單極天線3032連接之同軸線的外層導體1051b及連接於與第三單極天線3033連接之同軸線的外層導體1051b。在另一些實施例，多個導體隔板304A,304B亦可相互電性連接，再連接於與任一單極天線連接之同軸線。

綜上所述，天線結構為包含多個單極天線之集成天線結構，在一些實施例中，通訊裝置9透過單一外接天線孔位901即可接收或控制多個單極天線，實現多輸入多輸出系統，且提供通訊裝置9進行超高速無線傳輸的可能性。此外，集成式的天線結構縮小了天線的殼體體積，節省了生產成本、減少所占用的空間、提升可攜性，及增加外觀的簡潔美感。

雖然本案已以實施例揭露如上然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本案之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。

1,2,3:天線結構

101,201,301:管狀殼體

1011,1012:腔室

102:集成連接器

1021:端子

1031,1032, 2031,2032,2033,2034,3031,3032,3033:單極天線

103a:螺旋部

103b:延長部

104,204,304A,304B:導體隔板

2041,2042,2043,2044:板頁

1051,1052:同軸線

1051a:外皮

1051b:外層導體

1051c:隔離層

1051d:中心導體

9:通訊裝置

901:外接天線孔位

X:軸線方向

圖1係本案之一些實施例所揭示之天線結構之使用狀態示意圖。 圖2係本案之一實施例所揭示之天線結構之外觀示意圖。 圖3係本案之一實施例所揭示之天線結構之內部透視圖。 圖4係本案之一實施例所揭示之同軸線之連接關係示意圖。 圖5A~圖5C係本案之不同實施例所揭示之天線結構之內部配置立體圖。

1011,1012:腔室

103a:螺旋部

103b:延長部

102:集成連接器

1021:端子

1031,1032:單極天線

104:導體隔板

1051,1052:同軸線

Claims (9)

1. 一種天線結構，適於耦接一通訊裝置以供該通訊裝置運行多輸入多輸出系統，該天線結構包含：一管狀殼體，包含一管腔；一導體隔板，設置於該管腔內且沿該管腔之軸線方向延伸一隔板長度，該導體隔板將該管腔區分為一第一腔室以及一第二腔室；一第一單極天線，設置於該第一腔室；以及一第二單極天線，設置於該第二腔室；其中，該導體隔板包含N個板頁，各該N個板頁之一側邊相互連接，並將該管腔區分為N個腔室，該天線結構包含N個單極天線，分別設置於該N個腔室，其中N為整數且N>2。
2. 如請求項1所述之天線結構，其中，該導體隔板為一金屬片，該金屬片之材質係選自鐵、銅、鋁、銀、鎳、錫、鉛、鈷及其合金所構成之群組。
3. 如請求項1所述之天線結構，其中，該導體隔板之表面覆蓋一絕緣層。
4. 如請求項1所述之天線結構，其中，該第一單極天線及該第二單極天線分別與該導體隔板保持至少一間隔距離。
5. 如請求項1所述之天線結構，該天線結構包含N個單極天線及(N-1)個該導體隔板，該(N-1)個導體隔板將該管腔區分為N個腔室，該N個單極天線分別設置於該N個腔室，其中N為整數且N>2。
6. 如請求項1所述之天線結構，其中，該第一單極天線及該 第二單極天線沿該管腔之軸線方向延伸一天線長度，該天線長度短於該隔板長度。
7. 如請求項1所述之天線結構，其中，該第一單極天線及該第二單極天線分別包含一螺旋部及一延長部，該螺旋部之一末端連接於該延長部，且該延長部沿該管腔之軸線方向延伸。
8. 如請求項1所述之天線結構，更包含一集成連接器、一第一同軸線及一第二同軸線，該集成連接器設置於該管狀殼體之一端且適於耦接該通訊裝置，該集成連接器包含：一第一端子，透過該第一同軸線耦接該第一單極天線；以及一第二端子，透過該第二同軸線耦接該第二單極天線。
9. 如請求項8所述之天線結構，其中，該第一同軸線及該第二同軸線各包含一中心導體、一隔離層及一外層導體，該隔離層包圍該中心導體，該外層導體包圍該隔離層，該第一同軸線之中心導體耦接該第一單極天線，該第二同軸線之中心導體耦接該第二單極天線，該第一同軸線及/或該第二同軸線之外層導體耦接該導體隔板。

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