用於一多輸入多輸出無線通信系統的多重天線的製作方法

2023-05-04 02:02:21

專利名稱：用於一多輸入多輸出無線通信系統的多重天線的製作方法
技術領域：
本發明是一種用於一多輸入多輸出無線通信系統的多重天線，特別是一種可達到 三度空間的極化分集並可加強隔離度的多重天線。
背景技術：
具有無線通信功能的電子產品，如筆記本電腦、個人數字助理(Personal Digital Assistant)等，是通過天線來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電信號，進而訪問 無線網絡。因此，為了讓使用者能更方便地訪問無線通信網絡，理想天線的頻寬應在許可 範圍內儘可能地增加，而尺寸則應儘量減小，以配合電子產品體積縮小的趨勢。除此之外， 隨著無線通信技術不斷演進，電子產品所配置的天線數量可能增加。舉例來說，無線區域 網絡標準IEEE802. lln支持多輸入多輸出(Multi-input Multi-output, MIM0)通信技術， 亦即相關電子產品可通過多重(或多組)天線同步收發無線信號，以在不增加頻寬或總 發射功率耗損(Transmit Power Expenditure)的情況下，大幅地增加系統的數據吞吐量 (Throughput)及傳送距離，進而有效提升無線通信系統的頻譜效率及傳輸速率，改善通信 品質。然而，針對多輸入多輸出的應用，傳統技術未公開相對應的多重天線的設置方式， 以致無法完整發揮多輸入多輸出的優點。

發明內容
因此，本發明的主要目的即在於提供一種用於一多輸入多輸出無線通信系統的多
重天線。本發明公開一種多重天線，用於一多輸入多輸出的無線通信系統，其包括一基板； 一第一平面天線，沿一第一方向形成在該基板上；一第二平面天線，沿一第二方向形成在該 基板上；以及一垂直天線。該垂直天線包括一傳輸線，形成在該基板上該第一平面天線與該 第二平面天線之間；以及一輻射體，垂直於該基板上，並耦接到該傳輸線。




圖1為本發明實施例一多重天線的示意圖。
圖2A為一多重天線的組裝示意圖。
圖2B及圖2C為圖2A的多重天線的零件示意圖。
圖3A、圖3B及圖3C為相關於圖1的多重天線的返回損失圖。
主要元件符號說明
10,20多重天線
100基板
102、104平面天線
106垂直天線
RDT_1、RDT_2、RDT_3TML_1、TML_2、TML_3FD_1、FD_2、FD_3RDT_URDT_DBSx、y、z200202HL_1、HL_2、HL_3SD
輻射體 傳輸線
信號饋入端 上輻射體 下輻射體
基板 方向 平面部 垂直部 孔洞 焊點
具體實施例方式請參考圖1，圖1為本發明實施例的一多重天線10的示意圖。多重天線10用於 一多輸入多輸出的無線通信系統，如符合IEEE 802. Iln標準的產品等，用來進行無線信號 的同步收發。多重天線10包括一基板100、平面天線102、104及一垂直天線106。平面天 線102、104以蝕刻或平面印刷等方式形成在基板100上，用來實現單極(Monopole)天線。 詳細來說，平面天線102由一輻射體RDT_1、一傳輸線TML_1及一信號饋入端FD_1所組成； 同時，由於輻射體RDT_1具有兩個主要分支，可形成雙頻(Dual Band)的輻射場型。換句話 說，平面天線102為一雙頻單極天線。平面天線104由一輻射體RDT_2、一傳輸線TML_2及 一信號饋入端FD_2所組成，其結構與平面天線102相同，且輻射體RDT_2的形狀與輻射體 RDT_1的形狀對稱。另外，垂直天線106由一輻射體RDT_3、一傳輸線TML_3及一信號饋入 端FD_3所組成。輻射體RDT_3布置在一基板BS上，與基板100垂直，包括一上輻射體RDT_ U及一下輻射體RDT_D。上輻射體RDT_U及下輻射體RDT_D分別位於基板100的上方及下 方，且兩者形狀對稱，因而可提供雙極(Dipole)的輻射場型。另外，上輻射體RDT_U及下輻 射體RDT_D均包括兩個主要分支，可提供雙頻的輻射場型。換句話說，垂直天線106為一 雙頻雙極天線。因此，由上述可知，多重天線10包括三個天線，可用於三發射器/三接收器 (3T3R)的系統。進一步來說，由於平面天線102、104為單極天線，而垂直天線106為雙極天線，因 此，平面天線102的時變電流方向沿圖1中的方向y，平面天線104的時變電流方向沿方 向X，而垂直天線106的時變電流方向沿方向ζ (χ-y平面上無時變電流)。換句話說，平面 天線102的時變電流所產生的輻射電場與平面天線104所產生的輻射電場間呈90度的極 化分集(Polarization Diversity)，使得平面天線102與平面天線104有很高的隔離度 (Isolation).此外，由於平面天線102與平面天線104共平面(共用接地)，可能相互幹 擾，因此，本發明將垂直天線106設在平面天線102與平面天線104之間，藉由垂直天線106 的時變電流方向與另外兩者正交的特性，加強隔離度。簡單來說，在多重天線10中，平面天 線102、平面天線104及垂直天線106間的時變電流方向互為正交，可形成三度空間的極化 分集；同時，由於垂直天線106設在平面天線102與平面天線104間，可進一步加強隔離度， 以提升天線效率。
多重天線10為本發明的一實施例，主要目的是在三個正交方向x、y、z產生時變電 流與線性極化電場，進而達到極化分集。而達成此目的的方式是通過單極的平面天線102、 104及雙極的垂直天線106，以產生三個正交的時變電流方向。其中，垂直天線106是設在共 用接地的平面天線102與平面天線104之間，以加強隔離度。在此情形下，多重天線10可 形成三度空間的極化分集，並加強天線間的隔離度，以提升天線效率。值注意的是，本領域 具通常知識者當可根據系統所需，調整或設定各輻射體的形狀、尺寸、分支數、材質等，而不 限於圖1所示的例，相關設計方式均為業界所熟知，故不贅述。例如，若應用在三頻的通信 系統，則各輻射體應包括三個主要分支。另一方面，垂直天線106是設在平面天線102與平 面天線104之間，用以加強隔離度，其它不同擺設位置或設計上的變化均屬本發明的範疇， 例如，垂直天線106的設置位置不限於平面天線102與平面天線104的中央而可較靠近平 面天線102或平面天線104，輻射體RDT_3可旋轉一角度，輻射體RDT_3可以貼片實現而省 略基板BS...等等。除此之外，多重天線10的製造方式亦不限於任何特殊規則或步驟，只要能達成前 述目的即可。例如，請參考圖2A至圖2C，圖2A為一多重天線20的組裝示意圖，而圖2B及 圖2C為多重天線20的零件示意圖。圖2A至圖2C是藉由多重天線20，說明本發明的一優 選製造方式的示意圖，因此，為求簡潔，多重天線20的結構、組成元件、運作方式等均與多 重天線10相同，並省略了大部分元件的標號。由圖2A至圖2C可知，多重天線20主要由兩 大零件所組成，其一為平面部200，另一為垂直部202。由圖2B及圖2C可知，垂直部202為 三插式設計，用來嵌合在平面部200上的孔洞HL_1、HL_2、HL_3中，並通過不同焊點(標示 為SD)，將垂直部202固定在平面部200。平面部200及垂直部202的詳細組成元件均可參 考圖1的多重天線10，在此不贅述。圖2A至圖2C所示的製造方式僅為一例，凡能製造出圖1所示的多重天線10或其 衍生的變化，均屬本發明的範疇，而不限於此。在傳統技術中，針對三發射器/三接收器的應用，傳統技術未公開相對應的多重 天線的設置方式，以致無法完整發揮其優點。相較之下，在本發明的多重天線10中，平面天 線102、平面天線104及垂直天線106間的時變電流方向互為正交，可形成三度空間的極化 分集；同時，由於垂直天線106是設在平面天線102與平面天線104間，可進一步加強隔離 度，以提升天線效率。需注意的是，上述關於多重天線10的輻射特性，如時變電流方向、增 益場型、隔離度等的測量、模擬，為業界熟習的技藝，且非本發明重點，故不多加描述。其中， 關於隔離度的結果，可進一步參考以下說明。若適當調整多重天線10的輻射體的尺寸、材質等而將多重天線10應用到一符合 IEEE 802. 11標準的雙頻(約2. 4GHz及5. 12GHz)無線區域網絡系統時，所對應的隔離效 果可以圖3A至圖3C表示。圖3A為垂直天線106對平面天線102的返回損失圖，其繪製方 式是令垂直天線106為信號輸出端，而平面天線102為信號輸入端，測量或模擬由平面天線 102傳輸(耦合)至垂直天線106的能量比例。因此，由圖3A可知，在2. 4GHz附近，平面天 線102耦合至垂直天線106的能量均小於_19dB，表示此頻率範圍垂直天線106與平面天線 102的隔離度大於19dB ；而在5GHz附近，隔離度則大於28dB。同理，圖3B為平面天線104 對平面天線102的返回損失圖，即由平面天線102傳輸(耦合)至平面天線104的能量比 例；由此可知，在2. 4GHz附近，平面天線104與平面天線102的隔離度大於23dB ；而在5GHz附近，隔離度則大於30dB。最後，圖3C為垂直天線106對平面天線104的返回損失圖，即由 平面天線104傳輸(耦合)至垂直天線106的能量比例；由此可知，在2. 4GHz附近，垂直天 線106與平面天線104的隔離度大於20dB ；而在5GHz附近，隔離度則大於27dB。綜合圖3A至圖3C的結果可知，平面天線102、平面天線104及垂直天線106間的 隔離度在2. 4GHz附近大於20dB，而在5GHz附近則大於27dB。如此的隔離效果可有效避免 天線間的幹擾，因而可提升天線效率。前述說明僅針對與本發明的精神相關部分加以闡明，其它可能的變化或附加元件 等，因不影響本發明的涵蓋範圍故未多加描述。然而，需注意的是，本領域具通常知識者當 可根據系統需求，適當地修飾本發明。例如，可分別在傳輸線TML_1、TML_2兩旁增加屏蔽 (Shielding)金屬片，以加強傳輸效果。另外，在圖1中，基板100優選地為一多層印刷電路 板，其上層印刷有傳輸線TML_1、TML_2、TML_3及輻射體RDT_1、RDT_2，其中一層為共用接地 層。綜上所述，本發明是在共平面的兩正交方向分別設置單極的平面天線，並在兩者 之間設置一雙極的垂直天線，以產生三個正交的時變電流方向與線性極化電場，達到三度 空間的極化分集。同時，由於垂直天線是設在共用接地的兩平面天線之間，可加強隔離度， 以提升天線效率。以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明所做的均等變化與修飾，均應屬 本發明的涵蓋範圍。
權利要求
一種多重天線，用於一多輸入多輸出的無線通信系統，其包括一基板；一第一平面天線，沿一第一方向形成在該基板上；一第二平面天線，沿一第二方向形成在該基板上；以及一垂直天線，包括一傳輸線，形成在該基板上該第一平面天線與該第二平面天線之間；以及一輻射體，垂直於該基板上，並耦接到該傳輸線。
2.根據權利要求1所述的多重天線，其中該第一方向與該第二方向互為正交。
3.根據權利要求2所述的多重天線，其中該第一平面天線與該第二平面天線所產生的 輻射電場呈90度極化分集。
4.根據權利要求1所述的多重天線，其中該第一平面天線包括 一第一傳輸線，沿該第一方向形成在該基板上；以及一第一輻射體，形成在該基板上，並耦接到該第一傳輸線。
5.根據權利要求4所述的多重天線，其中該第一輻射體包括兩分支，該第一平面天線 為一單極雙頻天線。
6.根據權利要求4所述的多重天線，其中該第一平面天線還包括一信號饋入端，形成 在該第一傳輸線未耦接到該第一輻射體的一端。
7.根據權利要求1所述的多重天線，其中該第二平面天線包括 一第二傳輸線，沿該第二方向形成在該基板上；以及一第二輻射體，形成在該基板上，並耦接到該第二傳輸線。
8.根據權利要求7所述的多重天線，其中該第二輻射體包括兩分支，該第二平面天線 為一單極雙頻天線。
9.根據權利要求7所述的多重天線，其中該第二平面天線還包括一信號饋入端，形成 在該第二傳輸線未耦接到該第二輻射體的一端。
10.根據權利要求1所述的多重天線，其中該垂直天線的該輻射體包括 一上輻射體，形成在該基板的上方，並耦接到該傳輸線；以及一下輻射體，形成在該基板的下方，並耦接到該傳輸線。
11.根據權利要求10所述的多重天線，其中該上輻射體與該下輻射體的形狀對稱。
12.根據權利要求11所述的多重天線，其中該上輻射體與該下輻射體均包括兩分支， 該垂直天線為一雙極雙頻天線。
13.根據權利要求1所述的多重天線，其中該垂直天線還包括一垂直基板，用來布置該 輻射體。
14.根據權利要求1所述的多重天線，其中該垂直天線還包括一信號饋入端，形成在該 傳輸線未耦接到該輻射體的一端。
全文摘要
本發明公開一種多重天線，用於一多輸入多輸出的無線通信系統，其包括一基板；一第一平面天線，沿一第一方向形成在該基板上；一第二平面天線，沿一第二方向形成在該基板上；以及一垂直天線。該垂直天線包括一傳輸線，形成在該基板上該第一平面天線與該第二平面天線之間；以及一輻射體，垂直在該基板上，並耦接到該傳輸線。
文檔編號H01Q1/38GK101931117SQ200910145900
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月18日 優先權日2009年6月18日
發明者吳民仲 申請人:雷凌科技股份有限公司