TWM491966U - 雙頻帶雙極性天線 - Google Patents

Description

雙頻帶雙極性天線

本創作係關於一種天線，特別是關於一種雙頻帶雙極性天線，以用於無線通信領域，本創作參考西元2013年4月22日申請的美國第61/814,399號臨時專利申請案，其揭露多種新式的天線結構，在此納入該申請案作為參考並主張其優先權。

在習知技術中已經揭示各種雙極性天線。

本創作之一目的在於提供一種雙頻帶雙極性天線，特別適用於多重輸入以及多重輸出(multiple-input multiple-output,MIMO)。

為達成上述目的，本創作的一較佳實施例提供一種雙頻帶雙極性天線，包括：一垂直極化的單極傳播元件；一反射裝置，具有在一第一平面的一投射部，該第一平面垂直該單極傳播元件的一垂直軸；複數內部水平極化傳播元件，其排列方式與該單極傳播元件形成共同中心，每一該些內部水平極化傳播元件，具有在一第二平面的一投射部，該第二平面垂直該垂直軸，該第二平面沿著該垂直軸的方向偏移該第一平面；複數外部水平極化傳播元件，其排列方式與該單極傳播元件形成共同中心，每一該些外部水平極化傳播元件，具有在一第三平面的一投射部，該第三平面 垂直該垂直軸，該第三平面沿著該垂直軸的方向偏移該第一平面以及該第二平面；以及一同軸饋送排列結構，設置於該反射裝置上，用以饋送該單極傳播元件、該些內部水平極化傳播元件以及該些外部水平極化傳播元件。

在一較佳實施例中，該單極傳播元件包括一直立式多重分支結構。

在一較佳實施例中，該些內部水平極化傳播元件包括水平極化的電雙極之陣列。

在一較佳實施例中，該陣列包括四個呈正方形排列結構的電雙極。

在一較佳實施例中，該水平極化的電雙極垂直於該垂直軸。

在一較佳實施例中，該些外部水平極化傳播元件包括水平極化的電雙極之陣列。

在一較佳實施例中，該陣列包括四個傾斜呈正方形排列結構的電雙極。

在一較佳實施例中，該反射裝置包括一接地面。

在一較佳實施例中，該反射裝置包括一平面結構。

在一較佳實施例中，該同軸饋送排列結構包括一第一連接埠，用以饋送該單極傳播元件以及一第二連接埠用以饋送該些內部水平極化傳播元件以及該些外部水平極化傳播元件。

在一較佳實施例中，該第一連接埠電流連接該單極傳播元件。

在一較佳實施例中，所述之天線更包括一雙工器(diplexer)、 一第一結合器以及一第二結合器，該雙工器(diplexer)、該第一結合器以及該第二結合器連接該第二連接埠。

在一較佳實施例中，該同軸饋送排列結構包括一第一組四個同軸纜線連接該第一結合器與該些內部水平極化傳播元件之間。

在一較佳實施例中，該第一組四個同軸纜線的該四個同軸纜線具有相同的電性長度。

在一較佳實施例中，該同軸饋送排列結構包括一第二組四個同軸纜線連接該第二結合器與該些外部水平極化傳播元件之間。

在一較佳實施例中，該第二組四個同軸纜線的該四個同軸纜線具有相同的電性長度。

在一較佳實施例中，該垂直極化的單極傳播元件包括一垂直主要部件，該垂直主要部件包括：兩個相對的下方複合臂部，包括兩個相對的內部垂直臂件以及兩個相對的曲線外部臂件；以及兩個相對的上方肩部，每個相對的上方肩部支持部件，每一部件包括一矩形部。

在一較佳實施例中，該垂直主要部件的下方端部與該反射裝置的上表面之間的距離係為6.35公厘。

在一較佳實施例中，該曲線外部臂件的上方延伸部與該反射裝置的上表面之間的距離係為53.9公厘。

在一較佳實施例中，所述之天線更包括一連接頸部延伸於該垂直主要部件與該反射裝置之間，用以電流連接該單極傳播元件至該第一連接埠。

100‧‧‧天線

106‧‧‧單極傳播元件

108‧‧‧內部水平極化傳播元件

110‧‧‧外部水平極化傳播元件

112‧‧‧上方表面

114‧‧‧反射裝置

115‧‧‧垂直軸

116‧‧‧第一內部電雙極

118‧‧‧第二內部電雙極

120‧‧‧第三內部電雙極

122‧‧‧第四內部電雙極

124‧‧‧第一外部電雙極

126‧‧‧第二外部電雙極

128‧‧‧第三外部電雙極

130‧‧‧第四外部電雙極

140‧‧‧第一連接埠

142‧‧‧孔洞

144‧‧‧第一同軸連接器

150‧‧‧雙工器

152‧‧‧第二饋送連接部

154‧‧‧第二同軸連接器

156‧‧‧第一結合器

158‧‧‧第二結合器

160‧‧‧第三同軸纜線

162‧‧‧第四同軸纜線

164‧‧‧第一組四個同軸纜線

166‧‧‧第五同軸纜線

168‧‧‧第六同軸纜線

170‧‧‧第七同軸纜線

172‧‧‧第八同軸纜線

174‧‧‧第二組四個同軸纜線

176‧‧‧第九同軸纜線

178‧‧‧第十同軸纜線

180‧‧‧第十一同軸纜線

182‧‧‧第十二同軸纜線

190‧‧‧開孔

1100‧‧‧垂直主要部件

1102、1104‧‧‧下方複合臂部

1110、1112‧‧‧曲線外部臂件

1114、1116‧‧‧突出部

1118、1120‧‧‧上方肩部

1122、1124‧‧‧部件

1126、1128‧‧‧矩形部

1130‧‧‧連接頸部

本創作之較佳實施例透過所附圖式與下面之說明作詳細描述：第1A、1B、1C圖係分別繪示依據本創作較佳實施例中簡化的天線透視圖、上視圖以及側視圖。

第1D圖係繪示依據第1A、1B、1C圖中天線的傳播元件(radiating element)之擴展側視圖。

第1A、1B、1C圖係分別繪示依據本創作較佳實施例中簡化的天線透視圖、上視圖以及側視圖。第1D圖係繪示依據第1A、1B、1C圖中天線的傳播元件(radiating element)之擴展側視圖。

如第1A~1D圖所示，其揭露一種天線100，適用於室內型式的天線，特別是固定於天花板上，然而本創作的天線視天線100的運作需求，亦可將其固定於各種室內/室外的表面上。

在一較佳實施例中，天線100包括寬波段(broadband)的垂直極化的單極傳播元件106，複數內部水平極化傳播元件，其排列方式與該單極傳播元件106形成共同中心，複數外部水平極化傳播元件，其排列方式與該單極傳播元件106形成共同中心，其中該些內部水平極化傳播元件例如是四個水平極化的電雙極108之內部陣列，該些外部水平極化傳播元件例如是四個水平極化的電雙極110之外部陣列。

本創作的天線100形成雙極性天線，可同時垂直以及水平地傳送極化射頻(radio-frequency,RF)訊號，其係利用單極傳播元件106以及該些內部水平極化傳播元件108以及該些外部水平極化傳播元件110之運作。 由於單極傳播元件106以及該些內部水平極化傳播元件108以及該些外部水平極化傳播元件110具有互相正交的極性，藉由單極傳播元件106以及該些內部水平極化傳播元件108以及該些外部水平極化傳播元件110之間解相關性(decorrelated)，使得天線100特別適用於多重輸入以及多重輸出(MIMO)之應用。

該水平極化的電雙極108之內部陣列傳送第一高頻波段的訊 號，水平極化的電雙極110之外部陣列傳送第二低頻波段的訊號，因此該水平極化的電雙極108之內部陣列以及水平極化的電雙極110之外部陣列分別傳送(radiate)兩個不同的水平極化頻率波段的訊號，故天線100係以雙頻帶天線方式運作。

單極傳播元件106、該水平極化的電雙極108之內部陣列以及 水平極化的電雙極110之外部陣列設置於反射裝置114的上方表面112，該反射裝置114形成天線100的一接地面。本創作的反射裝置114產生該天線100運作時的許多優點。

反射裝置114的尺寸、形狀以及位置用以控制該單極傳播元 件106、該水平極化的電雙極108之內部陣列以及水平極化的電雙極110之外部陣列的訊號傳送態樣(radiation patterns)。在一實施例中，反射裝置114具有在一第一平面的一投射部，該第一平面垂直該單極傳播元件106的一垂直軸115，該反射裝置例如是平面(planar)結構元件，以定義垂直於該單極傳播元件106的一垂直軸115之一平面，如第1C圖所示。

在一實施例中，該水平極化的電雙極108之內部陣列包括第 一內部電雙極(dipole)116、第二內部電雙極118、第三內部電雙極120以及第 四內部電雙極122，該第一至第四內部電雙極(116~122)的配置形成正方形排列結構的電雙極，該正方形排列結構的電雙極(例如直立的電雙極結構)具有在一第二平面的一投射部，該第二平面垂直該單極傳播元件106的該垂直軸115，在垂直軸115的方向，該直立的電雙極結構關聯於該反射裝置114所定義的第一平面。

在一實施例中，該水平極化的電雙極110之外部陣列包括第 一外部電雙極(dipole)124、第二外部電雙極126、第三外部電雙極128以及第四外部電雙極130，該第一至第四外部電雙極(124~130)的配置形成傾斜呈正方形排列結構的電雙極，該傾斜呈正方形排列結構的電雙極具有在一第三平面的一投射部，該第三平面垂直該垂直軸115，該第三平面沿著該垂直軸的方向偏移該第一平面(該反射裝置114所定義)以及該第二平面(該水平極化的電雙極108所定義)，如第1C圖所示。

上述反射裝置114相關於該單極傳播元件106、該水平極化的 電雙極108之內部陣列以及該水平極化的電雙極110之外部陣列形成全方向(omnidirectional)的訊號傳送態樣，其係利用該單極傳播元件106、該水平極化的電雙極108之內部陣列以及該水平極化的電雙極110之外部陣列。此種訊號傳送態樣特別適用於固定在天花板型式的天線。此外，由於該單極傳播元件106、該水平極化的電雙極108之內部陣列以及該水平極化的電雙極110之外部陣列具有類似的訊號傳送態樣，本創作之天線100提供較佳的平衡多重波段之水平以及垂直極化訊號束覆蓋於操作環境。

反射裝置114除了改善該單極傳播元件106、該水平極化的電 雙極108之內部陣列以及該水平極化的電雙極110之外部陣列的訊號傳送態 樣之外，反射裝置114也可以吸收該單極傳播元件106、該水平極化的電雙極108之內部陣列以及該水平極化的電雙極110之外部陣列之間的RF傳送干擾，以修正彼此之間的隔離狀態。

另外，反射裝置114改善該單極傳播元件106、該水平極化的 電雙極108之內部陣列以及該水平極化的電雙極110之外部陣列之間與其環境的隔離，故可降低天線100對於實體以及電氣的影響之敏感性。

天線100在運作時，單極傳播元件106接收垂直極化的RF輸 入訊號於第一連接埠140，該第一連接埠利用反射裝置114中的孔洞142電流連接該單極傳播元件106的基座，該垂直極化的RF輸入訊號利用第一同軸連接器144傳送至第一饋送連接埠140。

雙頻帶水平極化RF訊號於第二饋送連接部152被輸入至雙 工器(diplexer)150，雙工器150例如包括印刷電路板(PCB)元件，其位於反射裝置114的上方表面112，雙頻帶水平極化RF訊號利用第二同軸連接器154傳送至第二饋送連接埠152。

雙工器150分別利用第三同軸纜線160以及第四同軸纜線 162，以連接第一結合器156以及一第二結合器158，該第一結合器156以及一第二結合器158為PCB元件，其設置於反射裝置114的上方表面112。

第一結合器156以及一第二結合器158之運作用以饋送訊號 至該水平極化的電雙極108之內部陣列以及該水平極化的電雙極110之外部陣列，高頻水平極化RF訊號利用第三同軸纜線160從雙工器150傳送至第一結合器156。第一組四個同軸纜線164連接該第一結合器與該些內部水平極化傳播元件108之間，以傳送高頻水平極化RF訊號至該水平極化的電雙極 108之內部陣列。

第一組四個同軸纜線164包括第五同軸纜線166連接第一內 部電雙極116、第六同軸纜線168連接第二內部電雙極118、第七同軸纜線170連接第三內部電雙極120、以及第八同軸纜線172連接第四內部電雙極122。 在一實施例中，第五至第八同軸纜線(166~172)具有相同的實體以及電氣長度，以提供該些內部水平極化傳播元件108之同相(co-phasic)饋送，在一較佳實施例中，第一組四個同軸纜線164的第五至第八同軸纜線(166~172)之長度大約250公厘(mm)。

利用第四同軸纜線162將低頻水平極化RF訊號從雙工器150 傳送至第二結合器158，第二組四個同軸纜線174連接該第二結合器158與該些外部水平極化傳播元件110之間，以提供該些外部水平極化傳播元件110之饋送。

第二組四個同軸纜線174包括第九同軸纜線176連接第一外 部電雙極124、第十同軸纜線178連接第二外部電雙極126、第十一同軸纜線180連接第三外部電雙極128、以及第十二同軸纜線182連接第四外部電雙極130。在一實施例中，第九至第十二同軸纜線(176~182)具有相同的實體以及電氣長度，以提供該些外部水平極化傳播元件110之同相(co-phasic)饋送，在一較佳實施例中，第一組四個同軸纜線164的第九至第十二同軸纜線(176~182)之長度大約400公厘(mm)。

開孔190的多重性形成於反射裝置114，以促進反射裝置114 對於支撐表面(例如天花板)的附著性，開孔190亦可適用於天線罩的附著性。

利用第一組四個同軸纜線164以及第二組四個同軸纜線174 來饋送該水平極化的電雙極108之內部陣列以及該水平極化的電雙極110之外部陣列係為本創作的重要特徵，第一組四個同軸纜線164以及第二組四個同軸纜線174設置於反射裝置114的表面112，以簡潔地形成一天線饋送架構，其係相較於習知的天線需要將饋送元件設置反射裝置的多重表面上。

此外，第一組四個同軸纜線164以及第二組四個同軸纜線174 包括具有較窄直徑的同軸纜線，約2.55公厘(mm)，由於第一組四個同軸纜線164以及第二組四個同軸纜線174的同軸纜線支直徑較小，故對天線的訊號傳送之影響較小，而有效避免訊號的扭曲。

如第1D圖所示，該單極傳播元件106包括一直立式多重分支 結構，其中該垂直極化的單極傳播元件106包括一垂直主要部件1100，該垂直主要部件1100包括：兩個相對的下方複合臂部1102、1104，包括兩個相對的內部垂直臂件以及兩個相對的曲線外部臂件1110、1112。曲線外部臂件1110、1112包括突出部1114、1116，突出部1114、1116面對反射裝置114的上方表面112。

兩個相對的上方肩部1118、1120，每個相對的上方肩部 1118、1120支持部件1122、1124，每一部件1122、1124包括一矩形部1126、1128。在一較佳實施例中，矩形部1126的外側邊與矩形部1128的外側邊之距離係為56mm。

連接頸部1130延伸於該垂直主要部件1100與該反射裝置114 之間，用以電流連接該單極傳播元件106至該第一連接埠140，其係透過反射裝置114的孔洞142。

在一較佳實施例中，該垂直主要部件1100的下方端部與該反 射裝置114的上表面112之間的距離係為6.35公厘。在一較佳實施例中，該曲線外部臂件1110、1112的上方延伸部與該反射裝置114的上表面112之間的距離係為53.9公厘。在一較佳實施例中，該曲線外部臂件1110的末端以及相對的該曲線外部臂件1112的末端之間的距離係為94公厘。

雖然本創作已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本 創作，本創作所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧天線

106‧‧‧單極傳播元件

108‧‧‧內部水平極化傳播元件

110‧‧‧外部水平極化傳播元件

112‧‧‧上方表面

114‧‧‧反射裝置

116‧‧‧第一內部電雙極

118‧‧‧第二內部電雙極

120‧‧‧第三內部電雙極

122‧‧‧第四內部電雙極

124‧‧‧第一外部電雙極

126‧‧‧第二外部電雙極

128‧‧‧第三外部電雙極

130‧‧‧第四外部電雙極

142‧‧‧孔洞

144‧‧‧第一同軸連接器

150‧‧‧雙工器

154‧‧‧第二同軸連接器

164‧‧‧第一組四個同軸纜線

166‧‧‧第五同軸纜線

168‧‧‧第六同軸纜線

170‧‧‧第七同軸纜線

172‧‧‧第八同軸纜線

174‧‧‧第二組四個同軸纜線

176‧‧‧第九同軸纜線

178‧‧‧第十同軸纜線

180‧‧‧第十一同軸纜線

182‧‧‧第十二同軸纜線

Claims (20)

1. 一種天線，包括：一垂直極化的單極傳播元件；一反射裝置，具有在一第一平面的一投射部，該第一平面垂直該單極傳播元件的一垂直軸；複數內部水平極化傳播元件，其排列方式與該單極傳播元件形成共同中心，每一該些內部水平極化傳播元件，具有在一第二平面的一投射部，該第二平面垂直該垂直軸，該第二平面沿著該垂直軸的方向偏移該第一平面；複數外部水平極化傳播元件，其排列方式與該單極傳播元件形成共同中心，每一該些外部水平極化傳播元件，具有在一第三平面的一投射部，該第三平面垂直該垂直軸，該第三平面沿著該垂直軸的方向偏移該第一平面以及該第二平面；以及一同軸饋送排列結構，設置於該反射裝置上，用以饋送該單極傳播元件、該些內部水平極化傳播元件以及該些外部水平極化傳播元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該單極傳播元件包括一直立式多重分支結構。
3. 如申請專利範圍第1項或是第2項所述之天線，其中該些內部水平極化傳播元件包括水平極化的電雙極之陣列。
4. 如申請專利範圍第3項所述之天線，其中該陣列包括四個呈正方形排列結構的電雙極。
5. 如申請專利範圍第4項所述之天線，其中該水平極化的電雙極垂直 於該垂直軸。
6. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該些外部水平極化傳播元件包括水平極化的電雙極之陣列。
7. 如申請專利範圍第6項所述之天線，其中該陣列包括四個傾斜呈正方形排列結構的電雙極。
8. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該反射裝置包括一接地面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該反射裝置包括一平面結構。
10. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該同軸饋送排列結構包括一第一連接埠，用以饋送該單極傳播元件以及一第二連接埠用以饋送該些內部水平極化傳播元件以及該些外部水平極化傳播元件。
11. 如申請專利範圍第10項所述之天線，其中該第一連接埠電流連接該單極傳播元件。
12. 如申請專利範圍第10項所述之天線，更包括一雙工器(diplexer)、一第一結合器以及一第二結合器，該雙工器(diplexer)、該第一結合器以及該第二結合器連接該第二連接埠。
13. 如申請專利範圍第12項所述之天線，其中該同軸饋送排列結構包括一第一組四個同軸纜線連接該第一結合器與該些內部水平極化傳播元件之間。
14. 如申請專利範圍第13項所述之天線，其中該第一組四個同軸纜線的該四個同軸纜線具有相同的電性長度。
15. 如申請專利範圍第14項所述之天線，其中該同軸饋送排列結構包 括一第二組四個同軸纜線連接該第二結合器與該些外部水平極化傳播元件之間。
16. 如申請專利範圍第15項所述之天線，其中該第二組四個同軸纜線的該四個同軸纜線具有相同的電性長度。
17. 如申請專利範圍第10項所述之天線，其中該垂直極化的單極傳播元件包括一垂直主要部件，該垂直主要部件包括：兩個相對的下方複合臂部，包括兩個相對的內部垂直臂件以及兩個相對的曲線外部臂件；以及兩個相對的上方肩部，每個相對的上方肩部支持部件，每一部件包括一矩形部。
18. 如申請專利範圍第17項所述之天線，其中該垂直主要部件的下方端部與該反射裝置的上表面之間的距離係為6.35公厘。
19. 如申請專利範圍第17項所述之天線，其中該曲線外部臂件的上方延伸部與該反射裝置的上表面之間的距離係為53.9公厘。
20. 如申請專利範圍第17項所述之天線，更包括一連接頸部延伸於該垂直主要部件與該反射裝置之間，用以電流連接該單極傳播元件至該第一連接埠。