本發(fā)明涉及一種天線系統(tǒng)，特別涉及一種高增益、多頻段的雙極化方向的天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)達，移動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式計算機、移動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，移動裝置通常具有無線通信的功能。有些涵蓋長距離的無線通信范圍，例如：移動電話使用2g、3g、lte(longtermevolution)系統(tǒng)及其所使用700mhz、850mhz、900mhz、1800mhz、1900mhz、2100mhz、2300mhz以及2500mhz的頻帶進行通信，而有些則涵蓋短距離的無線通信范圍，例如：wi-fi、bluetooth系統(tǒng)使用2.4ghz、5.2ghz和5.8ghz的頻帶進行通信。

無線網(wǎng)絡(luò)基站(wirelessaccesspoint)是使移動裝置在室內(nèi)能高速上網(wǎng)的必要組件。然而，由于室內(nèi)環(huán)境充滿了信號反射和多重路徑衰減(multipathfading)，無線網(wǎng)絡(luò)基站必須能同時處理來自各方向和各種極化的信號。因此，如何在無線網(wǎng)絡(luò)基站的有限空間中設(shè)計出一種高增益、多頻段的雙極化方向的天線，已成為現(xiàn)今設(shè)計者的一大挑戰(zhàn)。

因此，需要提供一種天線系統(tǒng)來滿足上述需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在較佳實施例中，本發(fā)明提供一種天線系統(tǒng)，該天線系統(tǒng)包括：一雙極化天線，該雙極化天線包括一第一天線組件和一第二天線組件，其中該第一天線組件和該第二天線組件皆操作于一低頻頻帶和一高頻頻帶，而其中該第一天線組件和該第二天線組件具有不同極化方向；一主反射器，該主反射器用于反射該低頻頻帶的電磁波；以及一次反射器，該次反射器介于該雙極化天線和該主反射器之間，并用于反射該高頻頻帶的電磁波。

在一些實施例中，該第一天線組件具有一第一極化方向，該第二天線組件具有一第二極化方向，而該第二極化方向垂直于該第一極化方向。

在一些實施例中，該第一天線組件設(shè)置于一第一介質(zhì)基板上，該第二天線組件設(shè)置于一第二介質(zhì)基板上，而該第二介質(zhì)基板垂直于該第一介質(zhì)基板。

在一些實施例中，該主反射器為一無蓋箱型，而該無蓋箱型的一上開口朝向該雙極化天線。

在一些實施例中，該次反射器為一平面。

在一些實施例中，該低頻頻帶的電磁波能穿透該次反射器。

在一些實施例中，該第一天線組件和該第二天線組件皆為偶極天線組件或領(lǐng)結(jié)天線組件。

在一些實施例中，該第一天線組件和該第二天線組件各自包括一對第一輻射部、一對第二輻射部，以及一對第三輻射部，而其中該等第二輻射部介于該等第一輻射部和該等第三輻射部之間。

在一些實施例中，該等第一輻射部和該等第二輻射部激發(fā)產(chǎn)生該低頻頻帶，而該等第三輻射部激發(fā)產(chǎn)生該高頻頻帶。

在一些實施例中，該第一天線組件和該第二天線組件各自還包括一對反射組件，用于反射該高頻頻帶的電磁波，而該等反射組件介于該等第三輻射部和該次反射器之間。

在一些實施例中，該第一天線組件和該第二天線組件各自還包括一對指向組件，用于引導(dǎo)該高頻頻帶的電磁波向外傳遞，而該等第一輻射部介于該等指向組件和該等第二輻射部之間。

在一些實施例中，該第一天線組件和該第二天線組件各自還包括一信號源和一同軸電纜線。

在一些實施例中，該同軸電纜線包括一導(dǎo)體外殼，而該導(dǎo)體外殼焊接至該主反射器。

在一些實施例中，該次反射器具有一開孔，而其中該同軸電纜線延伸穿越該開孔且與該次反射器不相接觸。

在一些實施例中，該第一天線組件和該第二天線組件各自還包括一扼流器，應(yīng)用于該同軸電纜線。

在一些實施例中，該扼流器為一低通濾波器。

在一些實施例中，該扼流器為一空心圓柱管，并包圍住該同軸電纜線。

在一些實施例中，該空心圓柱管具有一開口端和一閉口端，該空心圓柱管的該開口端與該同軸電纜線不相接觸，而該空心圓柱管的該閉口端焊接至該同軸電纜線的該導(dǎo)體外殼。

在一些實施例中，該空心圓柱管的長度小于該高頻頻帶的0.25倍波長。

在一些實施例中，該扼流器為一l字形部，該l字形部具有一連接端和一開路端，該l字形部的該連接端焊接至該同軸電纜線的該導(dǎo)體外殼，而該l字形部的該開路端與該同軸電纜線不相接觸。

本發(fā)明的雙極化天線系統(tǒng)，其包括主反射器和次反射器，分別對應(yīng)于低頻頻帶和高頻頻帶，故能均勻地提升整個寬帶操作頻帶內(nèi)的天線增益。另外，扼流器可作為本發(fā)明的高頻抑制解決方案。若再加入旋轉(zhuǎn)馬達的設(shè)計，則所提的天線系統(tǒng)還將具有可調(diào)整的主波束方向，能作為一高增益智能型天線。本發(fā)明很適合應(yīng)用于各種室內(nèi)環(huán)境，以克服傳統(tǒng)因信號反射和多重路徑衰減造成通信質(zhì)量不佳的問題。

附圖說明

圖1a顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)的立體圖；

圖1b顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)的側(cè)視圖；

圖1c顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)的立體圖；

圖2a顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)的次反射器的下方局部立體圖；

圖2b顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的扼流器的組合圖；

圖2c顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的扼流器的分解圖；

圖3顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例所述的扼流器的組合圖；

圖4a顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)操作于低頻頻帶時的s參數(shù)(sparameter)圖；

圖4b顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)操作于高頻頻帶時的s參數(shù)圖；以及

圖5顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例所述的天線系統(tǒng)的立體圖。

主要組件符號說明：

100、500天線系統(tǒng)

110雙極化天線

120第一天線組件

121第一輻射部

122第二輻射部

123第三輻射部

124反射組件

125指向組件

127同軸電纜線

128信號源

130第二天線組件

140主反射器

150次反射器

155開孔

160第一介質(zhì)基板

165第二介質(zhì)基板

170、180扼流器

171開口端

172閉口端

181連接端

182開路端

510天線罩

520旋轉(zhuǎn)馬達

530金屬底板

b2lteband2頻帶

b4lteband4頻帶

b5lteband5頻帶

b13lteband13頻帶

d1、d2、d3、d4、d5間距

g1間隙

l1、l2長度

s11s11參數(shù)的曲線

s22s22參數(shù)的曲線

s21s21參數(shù)的曲線

具體實施方式

為讓本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出本發(fā)明的具體實施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

圖1a顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)100的立體圖。圖1b顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)100的側(cè)視圖。圖1c顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)100的立體圖。請一并參考圖1a、圖1b、圖1c。天線系統(tǒng)100可應(yīng)用于一無線網(wǎng)絡(luò)基站當(dāng)中，并產(chǎn)生雙極化方向的輻射場型。如圖1a、圖1b、圖1c所示，天線系統(tǒng)100至少包括一雙極化天線110、一主反射器140，以及一次反射器150。前述的雙極化天線110、主反射器140，以及次反射器150可用導(dǎo)體材質(zhì)制成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。

雙極化天線110包括一第一天線組件120和一第二天線組件130。第一天線組件120可設(shè)置于一第一介質(zhì)基板160上，而第二天線組件130可設(shè)置于一第二介質(zhì)基板165上，其中第二介質(zhì)基板165可垂直于第一介質(zhì)基板160。第一介質(zhì)基板160和第二介質(zhì)基板165可以各自為一fr4(flameretardant4)基板。在一些實施中，第一介質(zhì)基板160和第二介質(zhì)基板165各自為一倒t字形，且此二倒t字形互相嵌合。第一天線組件120和第二天線組件130皆為多頻帶天線，其至少可操作于一低頻頻帶和一高頻頻帶。舉例而言，前述低頻頻帶可包括lte(longtermevolution)band(帶)5/13，其介于746mhz至894mhz之間，而前述高頻頻帶可包括lteband2/4，其介于1710mhz至2155mhz之間。第一天線組件120和第二天線組件130具有不同極化方向。在一些實施例中，第一天線組件120具有一第一極化方向(例如：+45度方向)，而第二天線組件130具有一第二極化方向(例如：+135度方向)，其中第二極化方向垂直于第一極化方向。雙極化天線110可用于接收或傳送各種不同極化方向的信號。

主反射器140可為一無蓋箱型，而此無蓋箱型的一上開口可朝向雙極化天線110。詳細(xì)而言，主反射器140的每一側(cè)壁可具有一三角形內(nèi)凹缺口，且主反射器140可具有上寬下窄的結(jié)構(gòu)。例如：主反射器140的上開口的面積可大于其下底板的面積。主反射器140用于反射低頻頻帶的電磁波。次反射器150可為一平面，其可完全位于主反射器140的上開口之內(nèi)。次反射器150介于雙極化天線110和主反射器140之間，并用于反射高頻頻帶的電磁波。理想情況下，低頻頻帶的電磁波能穿透次反射器150，但會完全被主反射器140所反射；另一方面，高頻頻帶的電磁波無法穿透次反射器150，且會完全被次反射器150所反射。主反射器140和次反射器150可用于提升雙極化天線110的天線增益。由于雙極化天線110具有較大帶寬，故本發(fā)明以主反射器140和次反射器150分別對應(yīng)于雙極化天線110的低頻頻帶和高頻頻帶，方可完全反射雙極化天線110的整個寬帶操作頻帶的電磁波。

在一些實施例中，第一天線組件120和第二天線組件130皆為偶極天線組件(dipoleantennaelement)或領(lǐng)結(jié)天線組件(bowtieantennaelement)。第一天線組件120和第二天線組件130可具有完全相同的結(jié)構(gòu)，其差異僅在第二天線組件130可視之為第一天線組件120沿其中心軸旋轉(zhuǎn)90度的復(fù)制物，故以下實施例和附圖僅就第一天線組件120的結(jié)構(gòu)進行說明。

第一天線組件包括一對(pair)第一輻射部121、一對第二輻射部122，以及一對第三輻射部123，其中該等第二輻射部122介于該等第一輻射部121和該等第三輻射部123之間。每一第一輻射部121、每一第二輻射部122，以及每一第三輻射部123可各自為一直條形或一三角形。在一些實施例中，該等第一輻射部121的長度略大于該等第二輻射部122的長度。在一些實施例中，該等第一輻射部121的長度至少為該等第三輻射部123的長度的二倍以上。該等第一輻射部121和該等第二輻射部122可激發(fā)產(chǎn)生前述低頻頻帶，而該等第三輻射部123可激發(fā)產(chǎn)生前述高頻頻帶。第一天線組件120還可包括一對反射組件124，用于反射前述高頻頻帶的電磁波，其中該等反射組件124介于該等第三輻射部123和次反射器150之間。每一反射組件124可各自為一直條形。在一些實施例中，該等反射組件124的長度略大于該等第三輻射部123的長度，而該等反射組件124浮接(float)且彼此間不相連。第一天線組件120還可包括一對指向組件125，用于引導(dǎo)前述高頻頻帶的電磁波向外傳遞，其中該等指向組件125位于該等第一輻射部121的一側(cè)，而使得該等第一輻射部121介于該等指向組件125和該等第二輻射部122之間。每一指向組件125可各自為一直條形。在一些實施例中，該等指向組件125的長度略小于該等第三輻射部123的長度，而該等指向組件125浮接且互相連結(jié)。該等反射組件124和該等指向組件125為選用組件(optionalelement)，可用于提升雙極化天線110的高頻頻帶的天線增益。

圖2a顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)100的次反射器150的下方局部立體圖。在圖2a的實施例中，第一天線組件120還包括一信號源128、一同軸電纜線(coaxialcable)127，以及一扼流器(chokeelement)170。信號源128可以是一射頻(radiofrequency，rf)模塊，其具有產(chǎn)生射頻信號，或是處理所接收的射頻信號的功能。信號源128經(jīng)由同軸電纜線127耦接至第一天線組件120。同軸電纜線127包括一中心導(dǎo)線(信號線)和一導(dǎo)體外殼(接地線)，其中同軸電纜線127的導(dǎo)體外殼焊接至主反射器140。次反射器150具有一開孔155，其中開孔155可為一圓形、一矩形，或是一正方形。同軸電纜線127的中心導(dǎo)線及導(dǎo)體外殼皆延伸穿越開孔155且與次反射器150不相接觸。在理想情況下，高頻頻帶的電磁波無法穿透次反射器150；然而，根據(jù)電磁軟件仿真結(jié)果，仍有部分介于1710mhz至1755mhz之間頻段的電磁波會穿透次反射器150，此降低了天線系統(tǒng)100的輻射性能。為了解決此一問題，可新增扼流器170以應(yīng)用于同軸電纜線127。扼流器170可視為一低通濾波器(low-passfilter)，其能防止高頻頻帶的電磁波穿透次反射器150。在一些實施例中，扼流器170介于主反射器140和次反射器150之間。在其他實施例中，扼流器170的位置可略為向前或向后移動，仍不致影響其效果。

圖2b顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的扼流器170的組合圖。圖2c顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的扼流器170的分解圖。請一并參考圖2b、圖2c。扼流器170為一空心圓柱管，并包圍住同軸電纜線127。詳細(xì)而言，空心圓柱管具有一開口端171和一閉口端172，其中空心圓柱管的開口端171與同軸電纜線127不相接觸，而空心圓柱管的閉口端172焊接至同軸電纜線127的導(dǎo)體外殼。此空心圓柱管的長度l1小于前述高頻頻帶的0.25倍波長，以形成具有電感性(inductive)的低通濾波器?？招膱A柱管與同軸電纜線127的導(dǎo)體外殼的間隙g1用于調(diào)整扼流器170的阻抗值。舉例而言，若空心圓柱管與同軸電纜線127的導(dǎo)體外殼的間隙g1變大，則扼流器170的阻抗值將下降，而若空心圓柱管與同軸電纜線127的導(dǎo)體外殼的間隙g1變小，則扼流器170的阻抗值將上升。

圖3顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例所述的扼流器180的組合圖。扼流器180為一l字形部，亦可應(yīng)用于同軸電纜線127。詳細(xì)而言，此l字形部具有一連接端181和一開路端182，其中l(wèi)字形部的連接端181焊接至同軸電纜線127的導(dǎo)體外殼，而l字形部的開路端182平行于同軸電纜線127作延伸且與同軸電纜線127不相接觸。此l字形部的長度l2亦小于前述高頻頻帶的0.25倍波長，以形成具有電感性的低通濾波器。根據(jù)電磁軟件仿真結(jié)果，l字形的扼流器180亦可與前述扼流器170發(fā)揮近似的功效。

在一些實施例中，天線系統(tǒng)100的組件尺寸可如下列所述。每一第一輻射部121的長度大致等于前述低頻頻帶的0.25倍波長(例如，介于50mm至60mm之間，較佳為57.2mm)。每一第二輻射部122的長度大致等于前述低頻頻帶的0.25倍波長(例如，介于50mm至60mm之間，較佳為52.5mm)。每一第三輻射部123的長度大致等于前述高頻頻帶的0.25倍波長(例如，介于20mm至40mm之間，較佳為24mm)。次反射器150與主反射器140的間距d1介于50mm至60mm之間，較佳為59mm。該等反射組件124與次反射器150的間距d2介于20mm至30mm之間，較佳為24.5mm。該等指向組件125與該等第一輻射部121的間距d3介于10mm至20mm之間，較佳為16mm。該等第三輻射部123與次反射器150的間距d4大致等于前述高頻頻帶的0.25倍波長(例如，介于20mm至40mm之間，較佳為34.5mm)。該等第一輻射部121與主反射器140(下底板)的間距d5大致等于或大于前述低頻頻帶的0.5倍波長(例如，介于100mm至120mm之間，較佳為112.5mm)。同軸電纜線127的外殼導(dǎo)體的直徑約為1.2mm。扼流器170(空心圓柱管)的內(nèi)直徑約為1.8mm，外直徑約為2.4mm。以上組件尺寸經(jīng)由多次仿真而計算得出，其可優(yōu)化天線系統(tǒng)100的天線增益和隔離度。

必須注意的是，第一天線組件120的所有相關(guān)組件皆可對應(yīng)地套用至第二天線組件130當(dāng)中，故在此不再重復(fù)作說明。

圖4a顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)100操作于低頻頻帶時的s參數(shù)圖，其中橫軸代表操作頻率(mhz)，而縱軸代表s參數(shù)(db)。雙極化天線110的第一天線組件120可視為一第一端口(port1)，而雙極化天線110的第二天線組件130可視為一第二端口(port2)。曲線s11代表第一天線組件120的返回?fù)p失(returnloss)，曲線s22代表第二天線組件130的返回?fù)p失，而曲線s21代表第一天線組件120和第二天線組件130之間的隔離度(isolation)。根據(jù)圖4a的電磁軟件仿真結(jié)果可知，第一天線組件120和第二天線組件130皆可涵蓋低頻的lteband5/13頻帶，且在此低頻頻帶中第一天線組件120和第二天線組件130之間的s21參數(shù)皆在-25db以下。

圖4b顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例所述的天線系統(tǒng)100操作于高頻頻帶時的s參數(shù)圖。根據(jù)圖4b的電磁軟件仿真結(jié)果可知，第一天線組件120和第二天線組件130皆可涵蓋高頻的lteband2/4頻帶，且在此高頻頻帶中第一天線組件120和第二天線組件130之間的s21參數(shù)皆在-25db以下。

另外，根據(jù)電磁軟件仿真結(jié)果，雙極化天線110的第一天線組件120和第二天線組件130其各自的交叉極化隔離度(cross-polarizationisolation)皆可達17.3db或更高，其中扼流器170的加入可有效增加1710mhz至1755mhz頻帶內(nèi)的交叉極化隔離度達至少25.4db。以上電磁軟件仿真數(shù)據(jù)顯示，天線系統(tǒng)100已可符合一般移動通信裝置的應(yīng)用需求。

圖5顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例所述的天線系統(tǒng)500的立體圖。圖5與圖1a相似。在圖5的實施例中，天線系統(tǒng)500還包括一天線罩510、一旋轉(zhuǎn)馬達520，以及一金屬底板530。天線罩510以非導(dǎo)體材質(zhì)制成，例如：塑料材質(zhì)。天線罩510可為上窄下寬的一空心圓柱形。前述的雙極化天線110、主反射器140，以及次反射器150皆位于天線罩510的內(nèi)部。旋轉(zhuǎn)馬達520連接至雙極化天線110、主反射器140，以及次反射器150。在一些實施例中，一處理器可產(chǎn)生一控制信號，而旋轉(zhuǎn)馬達520根據(jù)控制信號來轉(zhuǎn)動雙極化天線110、主反射器140，以及次反射器150，以調(diào)整天線系統(tǒng)500的最大增益方向。金屬底板530可為圓形、矩形，或正方形，其用于支撐天線罩510和旋轉(zhuǎn)馬達520。天線罩510和旋轉(zhuǎn)馬達520的垂直投影皆位于金屬底板530的內(nèi)部。在此設(shè)計下，天線系統(tǒng)500的主波束(mainbeam)可根據(jù)各種需求進行調(diào)整，以朝向各個不同所需方向，故其可視為一智能型天線(smartantenna)的產(chǎn)品。

本發(fā)明提供一種雙極化天線系統(tǒng)，其包括主反射器和次反射器，分別對應(yīng)于低頻頻帶和高頻頻帶，故能均勻地提升整個寬帶操作頻帶內(nèi)的天線增益。另外，扼流器可作為本發(fā)明的高頻抑制解決方案。若再加入旋轉(zhuǎn)馬達的設(shè)計，則所提的天線系統(tǒng)還將具有可調(diào)整的主波束方向，能作為一高增益智能型天線。本發(fā)明很適合應(yīng)用于各種室內(nèi)環(huán)境，以克服傳統(tǒng)因信號反射和多重路徑衰減造成通信質(zhì)量不佳的問題。

值得注意的是，以上所述的組件尺寸、組件參數(shù)、組件形狀，以及頻率范圍皆非為本發(fā)明的限制條件。天線設(shè)計者可以根據(jù)不同需要調(diào)整這些設(shè)定值。另外，本發(fā)明的天線系統(tǒng)并不僅限于圖1a-圖5所圖示的狀態(tài)。本發(fā)明可以僅包括圖1a-圖5的任何一個或多個實施例的任何一項或多項特征。換言之，并非所有圖示的特征均須同時實施于本發(fā)明的天線系統(tǒng)中。

在本說明書以及權(quán)利要求書中的序數(shù)，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之間并沒有順序上的先后關(guān)系，其僅用于標(biāo)示區(qū)分兩個具有相同名字的不同組件。

本發(fā)明雖以較佳實施例公開如上，然而其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，應(yīng)當(dāng)可做些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。