CN101931117A - 用于一多输入多输出无线通信***的多重天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多重天线，用于一多输入多输出的无线通信***，其包括一基板；一第一平面天线，沿一第一方向形成在该基板上；一第二平面天线，沿一第二方向形成在该基板上；以及一垂直天线。该垂直天线包括一传输线，形成在该基板上该第一平面天线与该第二平面天线之间；以及一辐射体，垂直在该基板上，并耦接到该传输线。

Description

用于一多输入多输出无线通信***的多重天线

技术领域

本发明是一种用于一多输入多输出无线通信***的多重天线，特别是一种可达到三度空间的极化分集并可加强隔离度的多重天线。

背景技术

具有无线通信功能的电子产品，如笔记本电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant)等，是通过天线来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号，进而访问无线网络。因此，为了让使用者能更方便地访问无线通信网络，理想天线的频宽应在许可范围内尽可能地增加，而尺寸则应尽量减小，以配合电子产品体积缩小的趋势。除此之外，随着无线通信技术不断演进，电子产品所配置的天线数量可能增加。举例来说，无线区域网络标准IEEE802.11n支持多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)通信技术，亦即相关电子产品可通过多重(或多组)天线同步收发无线信号，以在不增加频宽或总发射功率耗损(Transmit Power Expenditure)的情况下，大幅地增加***的数据吞吐量(Throughput)及传送距离，进而有效提升无线通信***的频谱效率及传输速率，改善通信品质。

然而，针对多输入多输出的应用，传统技术未公开相对应的多重天线的设置方式，以致无法完整发挥多输入多输出的优点。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种用于一多输入多输出无线通信***的多重天线。

本发明公开一种多重天线，用于一多输入多输出的无线通信***，其包括一基板；一第一平面天线，沿一第一方向形成在该基板上；一第二平面天线，沿一第二方向形成在该基板上；以及一垂直天线。该垂直天线包括一传输线，形成在该基板上该第一平面天线与该第二平面天线之间；以及一辐射体，垂直于该基板上，并耦接到该传输线。

附图说明

图1为本发明实施例一多重天线的示意图。

图2A为一多重天线的组装示意图。

图2B及图2C为图2A的多重天线的零件示意图。

图3A、图3B及图3C为相关于图1的多重天线的返回损失图。

主要元件符号说明

10、20                多重天线

100                   基板

102、104              平面天线

106                   垂直天线

RDT_1、RDT_2、RDT_3   辐射体

TML_1、TML_2、TML_3   传输线

FD_1、FD_2、FD_3      信号馈入端

RDT_U                 上辐射体

RDT_D                 下辐射体

BS                    基板

x、y、z               方向

200                   平面部

202                   垂直部

HL_1、HL_2、HL_3      孔洞

SD                    焊点

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例的一多重天线10的示意图。多重天线10用于一多输入多输出的无线通信***，如符合IEEE 802.11n标准的产品等，用来进行无线信号的同步收发。多重天线10包括一基板100、平面天线102、104及一垂直天线106。平面天线102、104以蚀刻或平面印刷等方式形成在基板100上，用来实现单极(Monopole)天线。详细来说，平面天线102由一辐射体RDT_1、一传输线TML_1及一信号馈入端FD_1所组成；同时，由于辐射体RDT_1具有两个主要分支，可形成双频(Dual Band)的辐射场型。换句话说，平面天线102为一双频单极天线。平面天线104由一辐射体RDT_2、一传输线TML_2及一信号馈入端FD_2所组成，其结构与平面天线102相同，且辐射体RDT_2的形状与辐射体RDT_1的形状对称。另外，垂直天线106由一辐射体RDT_3、一传输线TML_3及一信号馈入端FD_3所组成。辐射体RDT_3布置在一基板BS上，与基板100垂直，包括一上辐射体RDT_U及一下辐射体RDT_D。上辐射体RDT_U及下辐射体RDT_D分别位于基板100的上方及下方，且两者形状对称，因而可提供双极(Dipole)的辐射场型。另外，上辐射体RDT_U及下辐射体RDT_D均包括两个主要分支，可提供双频的辐射场型。换句话说，垂直天线106为一双频双极天线。因此，由上述可知，多重天线10包括三个天线，可用于三发射器/三接收器(3T3R)的***。

进一步来说，由于平面天线102、104为单极天线，而垂直天线106为双极天线，因此，平面天线102的时变电流方向沿图1中的方向y，平面天线104的时变电流方向沿方向x，而垂直天线106的时变电流方向沿方向z(x-y平面上无时变电流)。换句话说，平面天线102的时变电流所产生的辐射电场与平面天线104所产生的辐射电场间呈90度的极化分集(Polarization Diversity)，使得平面天线102与平面天线104有很高的隔离度(Isolation)。此外，由于平面天线102与平面天线104共平面(共用接地)，可能相互干扰，因此，本发明将垂直天线106设在平面天线102与平面天线104之间，借由垂直天线106的时变电流方向与另外两者正交的特性，加强隔离度。简单来说，在多重天线10中，平面天线102、平面天线104及垂直天线106间的时变电流方向互为正交，可形成三度空间的极化分集；同时，由于垂直天线106设在平面天线102与平面天线104间，可进一步加强隔离度，以提升天线效率。

多重天线10为本发明的一实施例，主要目的是在三个正交方向x、y、z产生时变电流与线性极化电场，进而达到极化分集。而达成此目的的方式是通过单极的平面天线102、104及双极的垂直天线106，以产生三个正交的时变电流方向。其中，垂直天线106是设在共用接地的平面天线102与平面天线104之间，以加强隔离度。在此情形下，多重天线10可形成三度空间的极化分集，并加强天线间的隔离度，以提升天线效率。值注意的是，本领域具通常知识者当可根据***所需，调整或设定各辐射体的形状、尺寸、分支数、材质等，而不限于图1所示的例，相关设计方式均为业界所熟知，故不赘述。例如，若应用在三频的通信***，则各辐射体应包括三个主要分支。另一方面，垂直天线106是设在平面天线102与平面天线104之间，用以加强隔离度，其它不同摆设位置或设计上的变化均属本发明的范畴，例如，垂直天线106的设置位置不限于平面天线102与平面天线104的中央而可较靠***面天线102或平面天线104，辐射体RDT_3可旋转一角度，辐射体RDT_3可以贴片实现而省略基板BS...等等。

除此之外，多重天线10的制造方式亦不限于任何特殊规则或步骤，只要能达成前述目的即可。例如，请参考图2A至图2C，图2A为一多重天线20的组装示意图，而图2B及图2C为多重天线20的零件示意图。图2A至图2C是借由多重天线20，说明本发明的一优选制造方式的示意图，因此，为求简洁，多重天线20的结构、组成元件、运作方式等均与多重天线10相同，并省略了大部分元件的标号。由图2A至图2C可知，多重天线20主要由两大零件所组成，其一为平面部200，另一为垂直部202。由图2B及图2C可知，垂直部202为三插式设计，用来嵌合在平面部200上的孔洞HL_1、HL_2、HL_3中，并通过不同焊点(标示为SD)，将垂直部202固定在平面部200。平面部200及垂直部202的详细组成元件均可参考图1的多重天线10，在此不赘述。

图2A至图2C所示的制造方式仅为一例，凡能制造出图1所示的多重天线10或其衍生的变化，均属本发明的范畴，而不限于此。

在传统技术中，针对三发射器/三接收器的应用，传统技术未公开相对应的多重天线的设置方式，以致无法完整发挥其优点。相较之下，在本发明的多重天线10中，平面天线102、平面天线104及垂直天线106间的时变电流方向互为正交，可形成三度空间的极化分集；同时，由于垂直天线106是设在平面天线102与平面天线104间，可进一步加强隔离度，以提升天线效率。需注意的是，上述关于多重天线10的辐射特性，如时变电流方向、增益场型、隔离度等的测量、模拟，为业界熟习的技艺，且非本发明重点，故不多加描述。其中，关于隔离度的结果，可进一步参考以下说明。

若适当调整多重天线10的辐射体的尺寸、材质等而将多重天线10应用到一符合IEEE 802.11标准的双频(约2.4GHz及5.12GHz)无线区域网络***时，所对应的隔离效果可以图3A至图3C表示。图3A为垂直天线106对平面天线102的返回损失图，其绘制方式是令垂直天线106为信号输出端，而平面天线102为信号输入端，测量或模拟由平面天线102传输(耦合)至垂直天线106的能量比例。因此，由图3A可知，在2.4GHz附近，平面天线102耦合至垂直天线106的能量均小于-19dB，表示此频率范围垂直天线106与平面天线102的隔离度大于19dB；而在5GHz附近，隔离度则大于28dB。同理，图3B为平面天线104对平面天线102的返回损失图，即由平面天线102传输(耦合)至平面天线104的能量比例；由此可知，在2.4GHz附近，平面天线104与平面天线102的隔离度大于23dB；而在5GHz附近，隔离度则大于30dB。最后，图3C为垂直天线106对平面天线104的返回损失图，即由平面天线104传输(耦合)至垂直天线106的能量比例；由此可知，在2.4GHz附近，垂直天线106与平面天线104的隔离度大于20dB；而在5GHz附近，隔离度则大于27dB。

综合图3A至图3C的结果可知，平面天线102、平面天线104及垂直天线106间的隔离度在2.4GHz附近大于20dB，而在5GHz附近则大于27dB。如此的隔离效果可有效避免天线间的干扰，因而可提升天线效率。

前述说明仅针对与本发明的精神相关部分加以阐明，其它可能的变化或附加元件等，因不影响本发明的涵盖范围故未多加描述。然而，需注意的是，本领域具通常知识者当可根据***需求，适当地修饰本发明。例如，可分别在传输线TML_1、TML_2两旁增加屏蔽(Shielding)金属片，以加强传输效果。另外，在图1中，基板100优选地为一多层印刷电路板，其上层印刷有传输线TML_1、TML_2、TML_3及辐射体RDT_1、RDT_2，其中一层为共用接地层。

综上所述，本发明是在共平面的两正交方向分别设置单极的平面天线，并在两者之间设置一双极的垂直天线，以产生三个正交的时变电流方向与线性极化电场，达到三度空间的极化分集。同时，由于垂直天线是设在共用接地的两平面天线之间，可加强隔离度，以提升天线效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明所做的均等变化与修饰，均应属本发明的涵盖范围。

Claims (14)

1.一种多重天线，用于一多输入多输出的无线通信***，其包括：

一基板；

一第一平面天线，沿一第一方向形成在该基板上；

一第二平面天线，沿一第二方向形成在该基板上；以及

一垂直天线，包括：

一传输线，形成在该基板上该第一平面天线与该第二平面天线之间；以及

一辐射体，垂直于该基板上，并耦接到该传输线。

2.根据权利要求1所述的多重天线，其中该第一方向与该第二方向互为正交。

3.根据权利要求2所述的多重天线，其中该第一平面天线与该第二平面天线所产生的辐射电场呈90度极化分集。

4.根据权利要求1所述的多重天线，其中该第一平面天线包括：

一第一传输线，沿该第一方向形成在该基板上；以及

一第一辐射体，形成在该基板上，并耦接到该第一传输线。

5.根据权利要求4所述的多重天线，其中该第一辐射体包括两分支，该第一平面天线为一单极双频天线。

6.根据权利要求4所述的多重天线，其中该第一平面天线还包括一信号馈入端，形成在该第一传输线未耦接到该第一辐射体的一端。

7.根据权利要求1所述的多重天线，其中该第二平面天线包括：

一第二传输线，沿该第二方向形成在该基板上；以及

一第二辐射体，形成在该基板上，并耦接到该第二传输线。

8.根据权利要求7所述的多重天线，其中该第二辐射体包括两分支，该第二平面天线为一单极双频天线。

9.根据权利要求7所述的多重天线，其中该第二平面天线还包括一信号馈入端，形成在该第二传输线未耦接到该第二辐射体的一端。

10.根据权利要求1所述的多重天线，其中该垂直天线的该辐射体包括：

一上辐射体，形成在该基板的上方，并耦接到该传输线；以及

一下辐射体，形成在该基板的下方，并耦接到该传输线。

11.根据权利要求10所述的多重天线，其中该上辐射体与该下辐射体的形状对称。

12.根据权利要求11所述的多重天线，其中该上辐射体与该下辐射体均包括两分支，该垂直天线为一双极双频天线。

13.根据权利要求1所述的多重天线，其中该垂直天线还包括一垂直基板，用来布置该辐射体。

14.根据权利要求1所述的多重天线，其中该垂直天线还包括一信号馈入端，形成在该传输线未耦接到该辐射体的一端。

Images