TW201330383A - 高增益天線及無線裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種高增益天線。該高增益天線包含有一第一偶極天線，形成於一基板上；一平行反射金屬片，形成於該基板上，並平行於該第一偶極天線；一第一垂直反射金屬片，垂直設置於該基板之一上側及該第一偶極天線之後方；以及一第二垂直反射金屬片，垂直設置於該基板之一下側及該第一偶極天線之後方。

Description

高增益天線及無線裝置
本發明係指一種高增益天線及無線裝置，尤指一種使用一平行反射金屬片加上複數個垂直反射金屬片形成一立體反射板，以增加天線指向性及提升天線增益的高增益天線及無線裝置。
天線設計對具無線通訊功能之可攜式裝置如無線區域網路(wireless local area network，WLAN)或其它行動通訊系統而言相當重要。以無線區域網路為例，接取點(access point，AP)之天線通常為全向性天線，以服務某一空間內複數個站台(station，STA)。因此，在站台的高增益天線有助於接收接取點所傳送之訊號。再者，當接取點使用智慧型天線的情況下，高增益天線亦會幫助改善效率。
請參考第1圖，第1圖為傳統的一偶極天線10及一相對應輻射場型RP1之示意圖。如第1圖所示，偶極天線10在y-z平面具有全向性輻射場型RP1，其僅有2dBi之天線增益，因此不足以用於部分需要高天線增益之應用。
在此情況下，通常於天線後方加入一平行反射金屬片，以增加天線指向性及提升天線增益。舉例來說，請參考第2圖，第2圖為傳統的具有一平行反射金屬片22之一偶極天線20及一相對應輻射場型RP2之示意圖。如第2圖所示，於偶極天線20後方(-y方向)加入平行反射金屬片22。因此，平行反射金屬片22除了將偶極天 線20往-y方向之輻射反射至+y方向外，亦縮小x-y平面之半功率束徑寬。如此一來，天線增益可增加至4~5dBi。
然而，藉由使用平行反射金屬片所取得4~5dBi之天線增益仍然不夠，因此習知技術還需增加大面積的平行反射金屬片，因而需要更大的空間，同時影響輸入阻抗。因此，習知技術實有改進之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種高增益天線，使用平行反射金屬片加上垂直反射金屬片，以形成一立體反射板，以增加天線指向性及提升天線增益，及相關無線裝置。
本發明揭露一種高增益天線。該高增益天線包含有一第一偶極天線，形成於一基板上；一平行反射金屬片，形成於該基板上，並平行於該第一偶極天線；一第一垂直反射金屬片，垂直設置於該基板之一上側及該第一偶極天線之後方；以及一第二垂直反射金屬片，垂直設置於該基板之一下側及該第一偶極天線之後方。
本發明另揭露一種無線裝置。該無線裝置包含有一收發器，以一天線傳輸或接收無線訊號，以及一處理器，耦接於該收發器，以處理所傳輸或所接收之該無線訊號。該天線包含一第一偶極天線，形成於一基板上；一平行反射金屬片，形成於該基板上，並平行於該第一偶極天線；一第一垂直反射金屬片，垂直設置於該基板之一上側及該第一偶極天線之後方；以及一第二垂直反射金屬片，垂直設置於該基板之一下側及該第一偶極天線之後方。
本發明之一優點在於提供一種高增益天線及無線裝置，以增加天線指向性及提升天線增益。
文中所用術語「大致」是指在可接受的誤差範圍內，所屬領域的技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。舉例而言，「大致平行」是指在不影響結果正確性時，技術人員能夠接受的與「完全平行」有一定誤差的放置方式。
請一並參考第3圖與第4圖，第3圖為本發明實施例一高增益天線30及一相對應輻射場型RP3之示意圖。第4圖為本發明實施例第3圖所示之高增益天線30之一詳細結構之示意圖。高增益天線30係形成於一基板上，如一印刷式電路板(Printed Circuit Board，PCB)32。高增益天線30包含有一偶極天線300、一平行反射金屬片302及垂直反射金屬片304、垂直反射金屬片306。偶極天線300係形成於基板(例如，印刷式電路板32)上。平行反射金屬片302係形成於基板(例如，印刷式電路板32)上，且平行於偶極天線300並設置於偶極天線300後方(-y方向)。垂直反射金屬片304係垂直設置於基板(例如，印刷式電路板32)之上側及偶極天線300之後方，而垂直反射金屬片306係垂直設置於基板(例如，印刷式電路板32)之下側及偶極天線300之後方。
換句話說，高增益天線30與傳統的具有平行反射金屬片22之偶極天線20相異之處在於，高增益天線30另包含垂直反射金屬片304、垂直反射金屬片306。在此情況下，高增益天線30除了縮小 x-y平面之半功率束徑寬(half power beamwidth)外，另可縮小y-z平面之半功率束徑寬。如此一來，高增益天線30可增加天線增益至7~9dBi。
具體而言，如第4圖所示，高增益天線30另包含有一火線(fire-wire)金屬片400、一接地金屬片402及一饋入訊號源404，而偶極天線300另包含輻射金屬片406、輻射金屬片408。
詳細來說，基板(例如，印刷式電路板32)之形狀為一矩形。偶極天線300形成於印刷式電路板32之前端(+y方向)邊緣附近，並包含有輻射金屬片406形成於印刷式電路板32之上側(+z方向)，及輻射金屬片408形成於印刷式電路板32之下側(-z方向)。其中，輻射金屬片406、輻射金屬片408大致平行於印刷式電路板32之前端邊緣。火線金屬片400係形成於基板(例如，印刷式電路板32)之上側，一端相鄰於與印刷式電路板32之前端邊緣相對之後端(-y方向)邊緣，且該後端為偶極天線300之一饋入點，而另一端連接於輻射金屬片406。接地金屬片402係形成於基板(例如，印刷式電路板32)之下側，一端相鄰於與印刷式電路板32之前端邊緣相對之後端邊緣，且該後端為偶極天線300之一接地點，另一端連接於輻射金屬片408，以及左右方向(亦即，+/-x方向)朝平行於偶極天線300之方向延伸，以形成平行反射金屬片302。垂直反射金屬片304之形狀為“Π”，而垂直反射金屬片306之形狀為“U”。饋入訊號源404具有一饋入點以及一接地點，其中饋入點與印刷式電路板32之後端(-y方向)邊緣相鄰之火線金屬片400之一端連接，接地點與印刷式電路板32之後端(-y方向)邊緣相 鄰之接地金屬片402之一端連接。
在此情況下，偶極天線300(即輻射金屬片406、輻射金屬片408)作為一主輻射體，且偶極天線300之長度大致為一共振頻率之二分之一波長。火線金屬片400及接地金屬片402為偶極天線300之平行板饋入線。此外，接地金屬片402另包含朝平行於偶極天線300之方向延伸之兩端，形成平行反射金屬片302。此外，垂直反射金屬板304與垂直反射金屬板306分別電氣連接至平行反射金屬片上302。如此一來，第4圖所示之偶極天線300之結構可實現第3圖所述之功能。然而本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，並不限於此。根據本發明之設計變化，平行金屬板302可設置於偶極天線300(即輻射金屬片406、輻射金屬片408)之前端(+y方向)，且平行金屬板302與垂直反射金屬片304、垂直反射金屬片306電性連接至接地點。請參考第5A圖，第5A圖為本發明實施例第4圖所示之高增益天線30之一詳細尺寸之示意圖。如第5A圖所示，第5A圖為一較佳實施例，偶極天線300(即輻射金屬片406、輻射金屬片408)之長度大致為共振頻率(如5GHz)之二分之一波長，平行反射金屬片302之長度大致為共振頻率之二分之一波長，偶極天線300與平行反射金屬片302之間之距離大致為共振頻率之四分之一至六分之一波長，垂直反射金屬片304、垂直反射金屬片306之高度大致為共振頻率之二分之一波長，偶極天線300與垂直反射金屬片304、垂直反射金屬片306之間之距離大致為共振頻率之四分之一至六分之一波長。
在此配置下，請參考第5B圖至第5E圖。第5B圖為本發明實 施例第5A圖所示之高增益天線30之返回損失之示意圖。第5C圖為本發明實施例第5A圖所示之高增益天線30之一史密斯圖。第5D圖及第5E圖分別為本發明實施例第5A圖所示之高增益天線30於x-y平面及於y-z平面之輻射場型之示意圖。如第5B圖所示，當將高增益天線30之尺寸設計成符合共振頻率(如5GHz)之需求時，若返回損失之判定標準設定為-10dB，則頻寬範圍可涵蓋4.98GHz至7.69GHz，且頻寬百分比達到42.8%。如第5C圖所示，於5~6GHz頻帶內，高增益天線30之實部阻抗近似50歐姆。如第5D圖及第5E圖所示，當頻率分別為5.2GHz、5.5GHz及5.8GHz時，高增益天線30之輻射場型主要指向+y方向，且天線增益達到7.6dBi。如此一來，符合第5A圖所示之要求所設計之高增益天線30可達到所欲之頻寬、阻抗、輻射場型及高天線增益。
值得注意的是，本發明之主要精神在於另使用垂直反射金屬片304、306以縮小y-z平面之半功率束徑寬，進而更增加天線增益。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，偶極天線300不限於一偶極天線，亦可為其它種類天線，只要進行相對應修飾即可。此外，高增益天線30不限於任何特定形狀，亦可經適當修飾以適用於任何天線設計。
舉例來說，請參考第6圖至第9圖，第6圖至第9圖分別為本發明實施例高增益天線60~90之示意圖。第6圖至第9圖所示之高增益天線60~90之結構及功能與第4圖所示之高增益天線30類似，故相同功能之組件沿用相同符號，以求簡潔。如第6圖所示，高增益天線60與第4圖所示之高增益天線30相異之處在於，垂直反射 金屬片604、垂直反射金屬片606為彎折結構(如彎折一次)，因而僅需較少垂直空間，且可更縮小y-z平面之半功率束徑寬以增加天線增益。此外，如第7圖所示，高增益天線70與第4圖所示之高增益天線30相異之處在於，垂直反射金屬片704、垂直反射金屬片706之形狀分別為半橢圓形，因而可適用於橢圓殼體機構。
再者，高增益天線80與第4圖所示之高增益天線30相異之處在於，高增益天線80另包含一偶極天線形成於基板(例如，印刷式電路板32)上(即一輻射金屬片806形成於印刷式電路板32之上側，及一輻射金屬片808形成於印刷式電路板32之下側)，並操作於另一共振頻率(如2.4GHz)，使得高增益天線80具有雙頻帶，但高增益天線80之結構僅對偶極天線300進行最佳化。除此之外，高增益天線90與第4圖所示之高增益天線30相異之處在於，高增益天線90係形成於形狀為橢圓形之一印刷式電路板92上。由上述可知，可對天線設計進行各種修飾或變化，使得本發明之高增益天線符合不同的實際需求，只要其係使用垂直反射金屬片以縮小y-z平面之半功率束徑寬即可。
另一方面，關於高增益天線30之應用，請參考第10圖，第10圖為本發明實施例一無線裝置100之示意圖。無線裝置100包含有一收發器1002及一處理器1004。收發器1002以高增益天線30傳輸或接收無線訊號，而處理器1004耦接於收發器1002，以處理所傳輸或所接收之無線訊號，使得無線裝置100可利用高增益天線30以獲得較佳天線增益。高增益天線30之功能及結構可參考上述，於此不再贅述。
在習知技術中，藉由使用平行反射金屬片取得4~5dBi之天線增益係不夠的，因此習知技術需增加大面積的平行反射金屬片，因而需要更大的空間，同時影響輸入阻抗。相較之下，本發明另使用複數個垂直反射金屬片以縮小y-z平面之半功率束徑寬，進而更增加天線增益。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、20、300‧‧‧偶極天線
30、60、70、80、90‧‧‧高增益天線
22、302‧‧‧平行反射金屬片
32、92‧‧‧印刷式電路板
304、306、604、606、704、706‧‧‧垂直反射金屬片
400‧‧‧火線金屬片
402‧‧‧接地金屬片
404‧‧‧饋入訊號源
406、408、806、808‧‧‧輻射金屬片
100‧‧‧無線裝置
1002‧‧‧收發器
1004‧‧‧處理器
RP1、RP2、RP3‧‧‧輻射場型
第1圖為傳統的一偶極天線及一相對應輻射場型之示意圖。
第2圖為傳統的具有一平行反射金屬片之一偶極天線及一相對應輻射場型之示意圖。
第3圖為本發明實施例一高增益天線及一相對應輻射場型之示意圖。
第4圖為本發明實施例第3圖所示之高增益天線之一詳細結構之示意圖。
第5A圖為本發明實施例第4圖所示之高增益天線之一詳細尺寸之示意圖。
第5B圖為本發明實施例第5A圖所示之高增益天線之返回損失之示意圖。
第5C圖為本發明實施例第5A圖所示之高增益天線之一史密斯圖。
第5D圖及第5E圖分別為本發明實施例第5A圖所示之高增益 天線於x-y平面及於y-z平面之輻射場型之示意圖。
第6圖為本發明實施例高增益天線之示意圖。
第7圖為本發明實施例高增益天線之示意圖。
第8圖為本發明實施例高增益天線之示意圖。
第9圖為本發明實施例高增益天線之示意圖。
第10圖為本發明實施例一無線裝置之示意圖。
30‧‧‧高增益天線
300‧‧‧偶極天線
302‧‧‧平行反射金屬片
304、306‧‧‧垂直反射金屬片
RP3‧‧‧輻射場型

Claims (18)

  1. 一種高增益天線，包含有：一第一偶極天線，形成於一基板上；一平行反射金屬片，形成於該基板上，並平行於該第一偶極天線；一第一垂直反射金屬片，垂直設置於該基板之一上側及該第一偶極天線之後方；以及一第二垂直反射金屬片，垂直設置於該基板之一下側及該第一偶極天線之後方。
  2. 如請求項1所述之高增益天線，其中該基板之形狀為一矩形或為一橢圓形。
  3. 如請求項1所述之高增益天線，其中該第一偶極天線形成於該基板之一第一邊緣附近，並包含有一第一輻射金屬片與一第二輻射金屬片，該第一輻射金屬片形成於該基板之該上側，以及該第二輻射金屬片形成於該基板之該下側，其中該第一輻射金屬片及該第二輻射金屬片大致平行於該基板之該第一邊緣。
  4. 如請求項3所述之高增益天線，其另包含：一火線金屬片，形成於該基板之該上側，一端相鄰於與該基板之該第一邊緣相對之一第二邊緣，該端為該第一偶極天線之一饋入點，而另一端連接於該第一輻射金屬片；以及一接地金屬片，形成於該基板之該下側，一端相鄰於與該基板之該第一邊緣相對之該第二邊緣，該端為該第一偶極天線 之一接地點，另一端連接於該第二輻射金屬片，以及朝平行於該第一偶極天線之方向延伸，以形成該平行反射金屬片。
  5. 如請求項1所述之高增益天線，其中該第一垂直反射金屬片之形狀為Π，而該第二垂直反射金屬片之形狀為U。
  6. 如請求項1所述之高增益天線，其中該第一偶極天線之一長度大致為一第一共振頻率之二分之一波長，該平行反射金屬片之一長度大致為該第一共振頻率之二分之一波長，該第一偶極天線與該平行反射金屬片之間之一距離大致為該第一共振頻率之四分之一至六分之一波長，該第一垂直反射金屬片及該第二垂直反射金屬片之高度大致分別為該第一共振頻率之二分之一波長，該第一偶極天線與該第一垂直反射金屬片及該第二垂直反射金屬片之間之距離大致為該第一共振頻率之四分之一至六分之一波長。
  7. 如請求項1所述之高增益天線，其中該第一垂直反射金屬片及該第二垂直反射金屬片為彎折結構。
  8. 如請求項1所述之高增益天線，其中該第一垂直反射金屬片之形狀為一半橢圓形，而該第二垂直反射金屬片之形狀為一半橢圓形。
  9. 如請求項1所述之高增益天線，其另包含一第二偶極天線，形成於該基板上，且操作於一第二共振頻率。
  10. 一種無線裝置，包含有：一收發器，以一天線傳輸或接收無線訊號，其中該天線包含： 一第一偶極天線，形成於一基板上；一平行反射金屬片，形成於該基板上，並平行於該第一偶極天線；一第一垂直反射金屬片，垂直設置於該基板之一上側及該第一偶極天線之後方；以及一第二垂直反射金屬片，垂直設置於該基板之一下側及該第一偶極天線之後方。一處理器，耦接於該收發器，以處理所傳輸或所接收之該無線訊號。
  11. 如請求項10所述之無線裝置，其中該基板之形狀為一矩形或為一橢圓形。
  12. 如請求項10所述之無線裝置，其中該第一偶極天線形成於該基板之一第一邊緣附近，並包含有一第一輻射金屬片，形成於該基板之該上側；一第二輻射金屬片，形成於該基板之該下側，其中該第一輻射金屬片及該第二輻射金屬片大致平行於該基板之該第一邊緣。
  13. 如請求項12所述之無線裝置，其另包含：一火線金屬片，形成於該基板之該上側，一端相鄰於與該基板之該第一邊緣相對之一第二邊緣，該端為該第一偶極天線之一饋入點，而另一端連接於該第一輻射金屬片；以及一接地金屬片，形成於該基板之該下側，一端相鄰於與該基板之該第一邊緣相對之該第二邊緣，該端為該第一偶極天線之一接地點，另一端連接於該第二輻射金屬片，以及朝平 行於該第一偶極天線之方向延伸，以形成該平行反射金屬片。
  14. 如請求項10所述之無線裝置，其中該第一垂直反射金屬片之形狀為Π，而該第二垂直反射金屬片之形狀為U。
  15. 如請求項10所述之無線裝置，其中該第一偶極天線之一長度大致為一第一共振頻率之二分之一波長，該平行反射金屬片之一長度大致為該第一共振頻率之二分之一波長，該第一偶極天線與該平行反射金屬片之間之一距離大致為該第一共振頻率之四分之一至六分之一波長，該第一垂直反射金屬片及該第二垂直反射金屬片之高度大致分別為該第一共振頻率之二分之一波長，該第一偶極天線與該第一垂直反射金屬片及該第二垂直反射金屬片之間之距離大致為該第一共振頻率之四分之一至六分之一波長。
  16. 如請求項10所述之無線裝置，其中該第一垂直反射金屬片及該第二垂直反射金屬片為彎折結構。
  17. 如請求項10所述之無線裝置，其中該第一垂直反射金屬片之形狀為一半橢圓形，而該第二垂直反射金屬片之形狀為一半橢圓形。
  18. 如請求項10所述之無線裝置，其另包含一第二偶極天線，形成於該基板上，且操作於一第二共振頻率。
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