TWM453980U - 鏡像耦合天線系統 - Google Patents

Description

鏡像耦合天線系統

本創作係關於一種多頻天線系統，特別是一種支援多頻段以及多輸入多輸出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)的鏡像耦合天線系統。

近年來，無線通訊快速發展，電腦、行動電話等個人化電子產品連接至無線網路，上傳或下載資料量龐大之多媒體檔案已成常態，個人化電子產品需透過無線裝置，支援位於不同操作頻帶之資料傳輸，而天線係無線裝置中，不可或缺的元件，因此配置於個人化電子產品上之多頻天線，需求日殷；我國發明專利第322529號揭示一種具鏡像天線對之多頻天線，係利用該鏡像天線對組成單一天線，以解決輻射盲區的技術瓶頸，但由於該鏡像天線對實質上組成單一天線，天線對中的兩個N型天線傳輸的是同一個無線信號，因此該鏡像天線對並不支援多輸入多輸出的功能。近來由於傳輸多媒體檔案對於頻寬的大量需求，以多輸入多輸出天線系統拓展頻寬，越來越普遍，所謂多輸入多輸出天線系統，係配置有多個天線，故可在同一頻帶，同時接收或傳輸多個無線訊號，大幅提升無線裝置之頻寬，但不同天線間之電磁場耦合，造成信號間的彼此干擾，是此天線系統之缺陷；因此改善系統中天線間的隔離度，成為重要課題。

傳統上，增加天線間隔離度的手段，主要是增加系統中天線間彼此的距離；例如美國專利申請公開第2012075152號揭示一種多輸入多輸出天線系統，其中相互隔離之天線間的最短距離，係由欲達成的隔離度而決定。然而，此方式天生的缺點在於，隔離度對於天線 間的距離，十分敏感，意即隨著距離的縮短，隔離度將大幅下降。另一方面，由於電子產品小型化的趨勢，以及系統中越來越多天線的需求，單純增加間隔距離以提升隔離度之手段，將面臨其極限。以一對操作在2.4 GHz的天線為例，兩天線間需要至少約60釐米以上的間隔，才能達到IEEE 802.11/n所規範的-15dB隔離度，且小於此距離，隔離度將大幅劣化。

綜上所述，一種支援多輸入多輸出的多頻天線系統，其使用有別於傳統手段以改善天線間隔離度，有其需求。

為支援多頻段無線傳輸並且改善多輸入多輸出天線系統之天線間的隔離度，本創作提供一種鏡像耦合天線系統，包含一對鏡像設置之耦合天線及一共用之接地部，各耦合天線設有輻射部及饋入點，輻射部具有低頻單元及可耦合該低頻單元之高頻單元，該低頻單元與高頻單元分別負責不同頻段之無線傳輸。該低頻單元具有非平行之第一輻射臂與第二輻射臂，第二輻射臂係自第一輻射臂延伸出且與接地部相接，除與第一輻射臂共同輻射或接收低頻頻段之無線信號，該第二輻射臂尚具有遮蔽之功能；本創作天線系統中，高頻單元係鄰近低頻單元而饋入點設置於高頻單元上，各耦合天線之饋入點利用第二輻射臂與鏡像對應之耦合天線遮蔽，且成對鏡像設置之耦合天線的第二輻射臂之間間隔一距離；藉由上述饋入點與第二輻射臂之配置，改善成對耦合天線間的隔離度。本創作所提供之鏡像耦合天線系統，相較於傳統之天線對，具有更佳之隔離度，並且天線間之隔離度對於天線間之距離變化較不敏感，意即縮短成對天線 彼此間隔之距離，隔離度劣化之程度少於傳統天線對。

為利 貴審查員瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

如第一圖所示，本創作第一實施例係一種鏡像耦合天線系統100，其包含一對鏡像設置之耦合天線及一共用之接地部101，該對鏡像設置之耦合天線具有一第一天線110及一第二天線120，該等天線之材質為金屬導體，該第一天線110，包含一輻射部111、一饋入點112；該第二天線120，以鏡像於該第一天線110之方式設置。輻射部111包含一低頻單元113與鄰近低頻單元113之一高頻單元114，分別負責低頻頻段以及高頻頻段之無線傳輸(例如IEEE 802.11/n規範中的2.4GHz與5GHz)，饋入點112係設置於高頻單元114，因此高頻頻段之無線信號係以有線之方式，經由饋入點112直接饋入高頻單元114；在本實施例中，低頻單元113與高頻單元114並無實質接觸，因此低頻頻段之無線信號，係由饋入點112饋入高頻單元114，再透過設置於高頻單元114之耦合臂117耦合至低頻單元113。

低頻單元113，具有非平行之一第一輻射臂115與一第二輻射臂116，第二輻射臂116係自第一輻射臂115延伸出且與接地部101相接，在本實施例中，第二輻射臂116係垂直於第一輻射臂115，而為耦合上述低頻頻 段無線信號，耦合臂117可平行於第一輻射臂115。第二輻射臂116之設置，除與第一輻射臂115共同輻射或接收低頻頻段之無線信號外，該第二輻射臂116尚可在饋入點112與第二天線120間形成遮蔽，因此饋入點112與第二輻射臂116設置於第一輻射臂115之同一側，並且鏡像設置之第一天線110與第二天線120係以第二輻射臂116與第二輻射臂126彼此相對，並間隔一距離Ws；第二天線120各元件之相對關係及其設置理由，與第一天線110相同，不再贅述。

在本創作鏡像耦合天線系統中，天線系統之總長度，大約為第一輻射臂115之長度L1、第一輻射臂116之長度L2以及天線間距Ws之總和，該等第一輻射臂之長度，大約為低頻頻帶電磁波波長之四分之一；另一方面，本創作提供之鏡像耦合天線系統能以較短的天線間距Ws，達成與傳統天線對相同的隔離度，因此本創作能所縮短天線系統之總長度，滿足電子產品小型化的需求。

上述天線間距離越大，該第一天線110與該第二天線120間之隔離度越佳，但實際應用上，該間距往往有著越短越好的需求，因此在該間距與隔離度間取一平衡，格外重要；在本創作鏡像耦合天線系統100中，隔離兩天線間低頻頻帶電磁波之干擾，較隔離兩天線間高頻頻帶電磁波之干擾更為困難，因此，兩天線間距離Ws之取決，主要係以兩天線間低頻頻帶電磁信號之隔離度為考量。在一較佳實施態樣中，該第一天線110與該第二天線120的間距，係為該等天線低頻頻帶電磁波波長的四分之一，以在該等天線間距離與隔離度取一較佳之平衡。在其他實施態樣中，該等天線間之距離，可小於該等天線低頻頻帶電磁波波長的四分之一，雖其隔離度隨該等天線間距離縮小而劣化，但由於本創作提供 之鏡像耦合天線系統，其隔離度對天線間隔距離較不敏感，故其隔離度劣化程度，仍遠低於一般天線對。

在一較具體實施態樣中(仍參考第一圖)，本創作所提供之鏡像耦合天線系統100，係用於IEEE 802.11/n所規範的2.4GHz與5GHz頻帶。在此天線系統中，第一輻射臂115與第一輻射臂125的長度L1與L2約為35釐米；第二輻射臂116與第二輻射臂126延伸的長度h1與h2為10釐米，以遮蔽饋入點112與第二天線120，以及遮蔽饋入點122與第一天線110；第二輻射臂116與第二輻射臂126間的距離為40釐米；本實施態樣提供之鏡像耦合天線系統100，在2.4GHz所測得之隔離度為-25dB，遠優於傳統天線對(天線間距60釐米，隔離度-20dB)。

如第二圖所示，本創作第二實施例係另一鏡像耦合天線系統200，包含一對鏡像設置之耦合天線及一共用之接地部201，該對鏡像設置之耦合天線具有一第一天線210及一第二天線220；其中第一天線210包含輻射部211、饋入點212，第二天線220包含輻射部221、饋入點222。鏡像耦合天線系統200之結構與本創作第一實施例之鏡像耦合天線系統相似，其差異僅在於接地部201位於整個天線系統之上方，因而將天線系統中各元件之相對位置做一調整，此實施例係用以說明本創作鏡像耦合天線系統可滿足電子產品對天線系統不同設置方式之需求。

如第三圖所示，本創作第三實施例係另一鏡像耦合天線系統300，包含一第一天線310及一第二天線320；其中第一天線310包含輻射部311、饋入點312以及第一接地部301，而第二天線320包含輻射部321、饋入點322以及第二接地部302。鏡像耦合天線系統300之結構與本創作第一實施例之鏡像耦合天線系統相似，其 差異僅在於本實施例中，該第一天線310與第二天線320具有各自之接地部(第三圖中之第一接地部與第二接地部)；在一般的情況下，天線系統之設置，往往受限於單一的接地部，因此天線系統中的各天線必需共用接地部，然而在允許多個接地部的應用中，將本創作鏡像耦合天線系統之第一天線與第二天線各自分別連接第一接地部及第二接地部，將提高第一天線與第二天線間之隔離效果。

100‧‧‧鏡像耦合天線系統

101‧‧‧接地部

110‧‧‧第一天線

120‧‧‧第二天線

111‧‧‧輻射部

112、122‧‧‧饋入點

113‧‧‧低頻單元

114‧‧‧高頻單元

115、125‧‧‧第一輻射臂

116、126‧‧‧第二輻射臂

117‧‧‧耦合臂

200‧‧‧鏡像耦合天線系統

201‧‧‧接地部

210‧‧‧第一天線

220‧‧‧第二天線

211、221‧‧‧輻射部

212、222‧‧‧饋入點

300‧‧‧鏡像耦合天線系統

301‧‧‧第一接地部

302‧‧‧第二接地部

310‧‧‧第一天線

320‧‧‧第二天線

311、321‧‧‧輻射部

312、322‧‧‧饋入點

第一圖係顯示本創作第一實施例之鏡像耦合天線系統。

第二圖係顯示本創作第二實施例之鏡像耦合天線系統。

第三圖係顯示本創作第三實施例之鏡像耦合天線系統。

100‧‧‧鏡像耦合天線系統

101‧‧‧接地部

110‧‧‧第一天線

120‧‧‧第二天線

111‧‧‧輻射部

112、122‧‧‧饋入點

113‧‧‧低頻單元

114‧‧‧高頻單元

115、125‧‧‧第一輻射臂

116、126‧‧‧第二輻射臂

117‧‧‧耦合臂

Claims (6)

1. 一種鏡像耦合天線系統，包含一對鏡像設置之耦合天線及一共用之接地部，各該耦合天線設有一輻射部及一饋入點，該輻射部具有一低頻單元及一可耦合該低頻單元之高頻單元，且該低頻單元具有非平行之一第一輻射臂與一第二輻射臂，該第二輻射臂係自該第一輻射臂延伸出且與該接地部相接，該高頻單元係鄰近該低頻單元而該饋入點設置於該高頻單元上，各該耦合天線之該饋入點利用該第二輻射臂與該鏡像對應之耦合天線遮蔽，且該對鏡像設置之耦合天線的第二輻射臂之間間隔一距離。
2. 一種鏡像耦合天線系統，包含一對鏡像設置之耦合天線，各該耦合天線設有一輻射部、一接地部及一饋入點，該輻射部具有一低頻單元及一可耦合該低頻單元之高頻單元，且該低頻單元具有非平行之一第一輻射臂與一第二輻射臂，該第二輻射臂係自該第一輻射臂延伸出且與該接地部相接，該高頻單元係鄰近該低頻單元而該饋入點設置於該高頻單元上，各該耦合天線之該饋入點利用該第二輻射臂與該鏡像對應之耦合天線遮蔽，且該對鏡像設置之耦合天線的第二輻射臂之間間隔一距離。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之鏡像耦合天線系統，其中各該輻射部之該高頻單元，具有與該低頻單元第一輻射臂平行之一耦合臂。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之鏡像耦合天線系統，其中各該低頻單元之該第一輻射臂垂直於該第二輻射臂。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之鏡像耦合天線系統，其中鏡像對應之該等第二輻射臂之間隔距離，等於或小於該低頻單元操作頻帶電磁波波長之四分之一。
6. 如申請專利範圍第4項所述之鏡像耦合天線系統，其中鏡像對應之該等第二輻射臂之間隔距離，等於或小於該低頻單元操作頻帶電磁波波長之四分之一。