TWI675508B - 通訊裝置 - Google Patents

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TWI675508B
TWI675508B TW107120353A TW107120353A TWI675508B TW I675508 B TWI675508 B TW I675508B TW 107120353 A TW107120353 A TW 107120353A TW 107120353 A TW107120353 A TW 107120353A TW I675508 B TWI675508 B TW I675508B
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游上賢
彭奐喆
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啓碁科技股份有限公司
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Abstract

一種通訊裝置，包括：一第一天線組合、一第二天線組合，以及一金屬分隔面。該金屬分隔面係介於該第一天線組合和該第二天線組合之間。該第一天線組合包括四個天線元件。該第二天線組合包括八個天線元件。該第一天線組合之二個天線元件和該第二天線組合之四個天線元件皆具有一第一極化方向。該第一天線組合之另外二個天線元件和該第二天線組合之另外四個天線元件皆具有一第二極化方向。該第二極化方向係不同於該第一極化方向。

Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別係關於一種高隔離度(High Isolation)、全向性(Omnidirectional)之通訊裝置。
隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、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，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
無線網路基地台(Wireless Access Point)是使行動裝置於室內能高速上網之必要元件。然而，由於室內環境充滿了信號反射和多重路徑衰減(Multipath Fading)，無線網路基地台必須能同時處理來自各方向之信號。因此，如何於無線網路基地台之有限空間中設計出一種高隔離度(High Isolation)、全向性(Omnidirectional)之通訊裝置，已成為現今設計者之一大挑戰。
在較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包括：一第一天線組合，包括：一第一天線元件；一第二天線元件，相對於該第一天線元件；一第三天線元件；以及一第四天線元件，相對於該第三天線元件；一第二天線組合，包括：一第五天線元件；一第六天線元件，相鄰於該第五天線元件；一第七天線元件，相鄰於該第六天線元件且相對於該第五天線元件；一第八天線元件，相鄰於該第五天線元件及該第七天線元件且相對於該第六天線元件；一第九天線元件；一第十天線元件；一第十一天線元件，相對於該第九天線元件；以及一第十二天線元件，相對於該第十天線元件，其中該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件，以及該第八天線元件係與該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件交錯排列；以及一金屬分隔面，介於該第一天線組合和該第二天線組合之間；其中該第一天線元件、該第二天線元件、該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件，以及該第八天線元件皆具有一第一極化方向；其中該第三天線元件、該第四天線元件、該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件皆具有一第二極化方向；其中該第二極化方向係不同於該第一極化方向。
在一些實施例中，該第二極化方向係與該第一極化方向互相垂直。
在一些實施例中，該第一極化方向係平行於該金屬分隔面，而該第二極化方向係垂直於該金屬分隔面。
在一些實施例中，該第一天線組合涵蓋介於2400MHz至2500MHz之間之一第一頻帶，以及介於5150MHz至5850MHz之間之一第二頻帶。
在一些實施例中，該第二天線組合涵蓋介於5150MHz至5850MHz之間之一第二頻帶。
在一些實施例中，該第一天線元件和該第二天線元件係與該第三天線元件和該第四天線元件交錯排列。
在一些實施例中，該金屬分隔面之長度係大於或等於該第一頻帶之最低頻率之0.5倍波長。
在一些實施例中，該第一天線元件和該第二天線元件之間距係大於或等於該第一頻帶之最低頻率之0.125倍波長。
在一些實施例中，該第三天線元件和該第四天線元件之間距係大於或等於該第一頻帶之最低頻率之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件，以及該第八天線元件之任相鄰二者之間距係大於或等於該第二頻帶之最低頻率之0.125倍波長。
在一些實施例中，該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件之任相鄰二者之間距係大於或等於該第二頻帶之最低頻率之0.25倍波長。
在一些實施例中，該金屬分隔面與該第一天線元件、該第二天線元件、該第五天線元件、該第六天線元件、該 第七天線元件，以及該第八天線元件之每一者之間距皆大於或等於該第二頻帶之最高頻率之0.125倍波長。
在一些實施例中，該第三天線元件和該第四天線元件於該金屬分隔面上具有一第一垂直投影，該第九天線元件該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件於該金屬分隔面上具有一第二垂直投影，而該第二垂直投影係與該第一垂直投影至少部份重疊。
在一些實施例中，該金屬分隔面與該第三天線元件和該第四天線元件之每一者之間皆具有一第一距離，該金屬分隔面與該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件之每一者之間皆具有一第二距離，而該第一距離和該第二距離之總和係大於或等於該第二頻帶之最低頻率之1倍波長。
在一些實施例中，該第三天線元件和該第四天線元件於該金屬分隔面上具有一第一垂直投影，該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件於該金屬分隔面上具有一第二垂直投影，而該第二垂直投影係與該第一垂直投影完全不重疊。
在一些實施例中，該金屬分隔面與該第三天線元件和該第四天線元件之每一者之間皆具有一第一距離，該金屬分隔面與該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件之每一者之間皆具有一第二距離，而該第一距離和該第二距離之總和係大於或等於該第二頻帶之最低頻率之0.5倍波長。
在一些實施例中，該金屬分隔面具有一或複數個槽孔。
在一些實施例中，每一該等槽孔之長度皆等於該第二頻帶之最低頻率之0.25倍波長。
在一些實施例中，該通訊裝置更包括：一金屬反射面，其中該第二天線組合係介於該金屬分隔面和該金屬反射面之間。
700、800、850、900‧‧‧通訊裝置
710‧‧‧第一天線組合
711‧‧‧第一天線元件
712‧‧‧第二天線元件
713‧‧‧第三天線元件
714‧‧‧第四天線元件
720‧‧‧第二天線組合
721‧‧‧第五天線元件
722‧‧‧第六天線元件
723‧‧‧第七天線元件
724‧‧‧第八天線元件
725‧‧‧第九天線元件
726‧‧‧第十天線元件
727‧‧‧第十一天線元件
728‧‧‧第十二天線元件
730、830‧‧‧金屬分隔面
851、852‧‧‧槽孔
960‧‧‧金屬反射面
100、200、300、620‧‧‧天線系統
105‧‧‧介質基板
111‧‧‧第一傳輸線
112‧‧‧第二傳輸線
113‧‧‧第三傳輸線
114‧‧‧第四傳輸線
120‧‧‧第一偶極天線
130‧‧‧第二偶極天線
140‧‧‧第三偶極天線
150‧‧‧第四偶極天線
160、260‧‧‧第五偶極天線
170、270‧‧‧第六偶極天線
180、280‧‧‧第七偶極天線
190、290‧‧‧第八偶極天線
301‧‧‧第一導向器
302‧‧‧第二導向器
303‧‧‧第三導向器
304‧‧‧第四導向器
600‧‧‧無線網路基地台
610‧‧‧殼體
630‧‧‧射頻電路
FB1‧‧‧低頻頻帶
FB2‧‧‧高頻頻帶
FP‧‧‧饋入點
L1、L2、L3、L4、L5、L6‧‧‧長度
D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8‧‧‧間距
D9‧‧‧第一距離
D10‧‧‧第二距離
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
θ‧‧‧夾角
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之立體圖。
第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖。
第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之側視圖。
第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖。
第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之立體圖。
第4A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之完整示意圖。
第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之上層 部份示意圖。
第4C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之下層部份示意圖。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之完整示意圖。
第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之上層部份示意圖。
第5C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之下層部份示意圖。
第6A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之完整示意圖。
第6B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之上層部份示意圖。
第6C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之下層部份示意圖。
第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之電壓駐波比圖。
第8A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於低頻頻帶中之輻射場型圖。
第8B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統於高頻頻帶中之輻射場型圖。
第9圖係顯示根據本發明一實施例所述之無線網路基地台之示意圖。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置700之立體圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置700之俯視圖。第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置700之側視圖。請一併參考第1A、1B、1C圖。通訊裝置700可應用於一無線網路基地台(Wireless Access Point)當中。在第1A、1B、1C圖之實施例中，通訊裝置700包括一第一天線組合710、一第二天線組合720，以及一金屬分隔面730，其中金屬分隔面730係介於第一天線組合710和第二天線組合 720之間，並用於將第一天線組合710和第二天線組合720完全分隔開。例如，第一天線組合710可位於金屬分隔面730之上方，而第二天線組合720可位於金屬分隔面730之下方，但不僅限於此。金屬分隔面730可具有任意之形狀，例如：一正方形、一圓形、一三角形、一橢圓形、一梯形、一矩形，或是一不規則形。
第一天線組合710包括一第一天線元件711、一第二天線元件712、一第三天線元件713，以及一第四天線元件714。第二天線組合720包括一第五天線元件721、一第六天線元件722、一第七天線元件723、一第八天線元件724、一第九天線元件725、一第十天線元件726、一第十一天線元件727，以及一第十二天線元件728。前述天線元件之形狀和種類於本發明中並不特別限制。舉例而言，前述天線元件之任一者可為一單極天線(Monopole Antenna)、一偶極天線(Dipole Antenna)、一螺旋天線(Helical Antenna)、一補釘天線(Patch Antenna)、一迴圈天線(Loop Antenna)，或是一晶片天線(Chip Antenna)，但亦不僅限於此。
第一天線元件711、第二天線元件712、第五天線元件721、第六天線元件722、第七天線元件723，以及第八天線元件724皆具有一第一極化方向(Polarization Direction)，而第三天線元件713、第四天線元件714、第九天線元件725、第十天線元件726、第十一天線元件727，以及第十二天線元件728皆具有一第二極化方向，其中第二極化方向係不同於第一極化方向。在一些實施例中，第二極化方向係與第一極化方向互相 垂直。例如，第一極化方向可以是一水平極化方向，其係平行於金屬分隔面730(或平行於XY平面)，而第二極化方向可以是一垂直極化方向，其係垂直於金屬分隔面730(或平行於Z軸)。
在第一天線組合710中，第一天線元件711和第二天線元件712可與第三天線元件713和第四天線元件714交錯排列。在第二天線組合720中，第五天線元件721、第六天線元件722、第七天線元件723，以及第八天線元件724可與第九天線元件725、第十天線元件726、第十一天線元件727，以及第十二天線元件728交錯排列。亦即，無論是第一天線組合710或是第二天線組合720，任一具有第一極化方向之天線元件皆可介於二個具有第二極化方向之天線元件之間，而任一具有第二極化方向之天線元件皆可介於二個具有第一極化方向之天線元件之間。此種設計可提升相鄰天線元件之間之隔離度(Isolation)，同時增強通訊裝置700之天線極化分集(Antenna Polarization Diversity)。
在一些實施例中，第一天線元件711、第二天線元件712、第五天線元件721、第六天線元件722、第七天線元件723，以及第八天線元件724、第九天線元件725、第十天線元件726、第十一天線元件727，以及第十二天線元件728皆為印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)天線，其係藉由塑膠支撐元件(未顯示)而固定於金屬分隔面730上。在一些實施例中，第三天線元件713和第四天線元件714皆為鐵件(Ironware)天線，其係直接鎖附固定於金屬分隔面730上。詳細而言，第三天線元件713和第四天線元件714於金屬分隔面730上具有一第一垂 直投影(Vertical Projection)，而第九天線元件725、第十天線元件726、第十一天線元件727，以及第十二天線元件728於金屬分隔面730上具有一第二垂直投影，其中第二垂直投影可與第一垂直投影至少部份重疊。例如，第三天線元件713之垂直投影可與第十二天線元件728之垂直投影至少部份重疊，而第四天線元件714之垂直投影可與第十天線元件726之垂直投影至少部份重疊，但亦不僅限於此。
在一些實施例中，第一天線組合710之每一天線元件皆可涵蓋介於2400MHz至2500MHz之間之一第一頻帶，以及介於5150MHz至5850MHz之間之一第二頻帶。另外，第二天線組合720之每一天線元件皆可涵蓋介於5150MHz至5850MHz之間之第二頻帶。因此，通訊裝置700至少可支援WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz/5GHz之雙頻帶操作。根據實際量測結果，第一天線組合710和第二天線組合720之間之隔離度於前述第二頻帶內均可達40dB以上，其中同一天線組合內之任二個相鄰天線元件之間之隔離度均可達20dB以上。另外，第一天線組合710和第二天線組合720皆可具有近似全向性(Omnidirectional)之輻射場型(Radiation Pattern)。以上性能參數已可符合一般行動通訊之實際應用需求。
在一些實施例中，通訊裝置700之元件尺寸係如下列所述。金屬分隔面730之長度L5(例如：正方形之金屬分隔面730之各邊長度)可以大於或等於前述第一頻帶之最低頻率之0.5倍波長(λ/2)。第一天線元件711和第二天線元件712之間距D3可以大於或等於前述第一頻帶之最低頻率之0.125倍波長 (λ/8)。第三天線元件713和第四天線元件714之間距D4可以大於或等於前述第一頻帶之最低頻率之0.25倍波長(λ/4)。第五天線元件721、第六天線元件722、第七天線元件723，以及第八天線元件724之任相鄰二者之間距D5皆可大於或等於前述第二頻帶之最低頻率之0.125倍波長(λ/8)。第九天線元件725、第十天線元件726、第十一天線元件727，以及第十二天線元件728之任相鄰二者之間距D6皆可大於或等於前述第二頻帶之最低頻率之0.25倍波長(λ/4)。金屬分隔面730與第一天線元件711和第二天線元件712之每一者之間距D7皆可大於或等於前述第二頻帶之最高頻率之0.125倍波長(λ/8)。金屬分隔面730與第五天線元件721、第六天線元件722、第七天線元件723，以及第八天線元件724之每一者之間距D8皆可大於或等於前述第二頻帶之最高頻率之0.125倍波長(λ/8)。金屬分隔面730與第三天線元件713和第四天線元件714之每一者之間皆具有一第一距離D9，而金屬分隔面730與第九天線元件725、第十天線元件726、第十一天線元件727，以及第十二天線元件728之每一者之間皆具有一第二距離D10，其中第一距離D9和第二距離D10之總和可以大於或等於前述第二頻帶之最低頻率之1倍波長(λ)。以上尺寸和距離之範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化通訊裝置700之隔離度和輻射場型。
第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置800之俯視圖。第2A圖和第1B圖相似。在第2A圖之實施例中，第二天線組合720係沿通訊裝置800之中心點稍作旋轉。詳細而言，第三天線元件713和第四天線元件714於金屬分隔面730上 具有一第一垂直投影，而第九天線元件725、第十天線元件726、第十一天線元件727，以及第十二天線元件728於金屬分隔面730上具有一第二垂直投影，其中第二垂直投影係與第一垂直投影完全不重疊。根據實際量測結果，此種交錯排列之設計可降低第一天線組合710和第二天線組合720之間於第二極化方向上之互相干擾，從而可進一步微縮通訊裝置800之尺寸(特別是指Z軸上之高度)。請再次參考第1C圖。金屬分隔面730與第三天線元件713和第四天線元件714之每一者之間皆具有一第一距離D9，而金屬分隔面730與第九天線元件725、第十天線元件726、第十一天線元件727，以及第十二天線元件728之每一者之間皆具有一第二距離D10。若採用第2A圖之交錯設計，則第一距離D9和第二距離D10之總和可以僅大於或等於通訊裝置800之第二頻帶之最低頻率之0.5倍波長(λ/2)(縮小50%以上)。第2A圖之通訊裝置800之其餘特徵皆與第1A、1B、1C圖之通訊裝置700類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置850之俯視圖。第2B圖和第2A圖相似。在第2B圖之實施例中，通訊裝置850之一金屬分隔面830具有一或複數個槽孔(Slot)851、852，其中每一該等槽孔851、852之長度L6皆大致等於通訊裝置850之第二頻帶之最低頻率之0.25倍波長(λ/4)。例如，槽孔851可介於第三天線元件713之垂直投影和第十一天線元件727之垂直投影之間，而槽孔852可介於第四天線元件714之垂直投影和第九天線元件725之垂直投影之間，但亦不僅限於此。根據實際量測結果，此種槽孔設計可降低第一天線組 合710和第二天線組合720之間於第二極化方向上之互相干擾，從而可進一步微縮通訊裝置850之尺寸(特別是指Z軸上之高度)。必須理解的是，雖然第2B圖恰顯示二個槽孔851、852，但在其他實施例中，金屬分隔面830更可依不同需求而具有更多或更少個槽孔。第2B圖之通訊裝置850之其餘特徵皆與第2A圖之通訊裝置800類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置900之立體圖。第3圖和第1A圖相似。在第3圖之實施例中，通訊裝置900更包括一金屬反射面960，其係鄰近於第二天線組合720。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：10mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。第二天線組合720係介於金屬分隔面730和金屬反射面960之間。例如，金屬反射面960可以是一無線網路基地台之一金屬外殼，但亦不僅限於此。根據實際量測結果，此種反射面之設計可降低第一天線組合710和第二天線組合720之間於第二極化方向上之互相干擾，從而可進一步微縮通訊裝置900之尺寸(特別是指Z軸上之高度)。第3圖之通訊裝置900之其餘特徵皆與第1A、1B、1C圖之通訊裝置700類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
以下實施例將介紹具有第一極化方向之各個天線元件之詳細結構。必須注意的是，第一天線元件711、第二天線元件712、第五天線元件721、第六天線元件722、第七天線 元件723，以及第八天線元件724之每一者皆可稱之為一「天線系統(Antenna System)」，而以下這些天線系統之設計圖案僅為舉例，而非用於限制本發明。
第4A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統(Antenna System)100之完整示意圖。天線系統100可以形成於一介質基板(Dielectric Substrate)105之一上表面和一下表面。介質基板105可以是一印刷電路板或是一FR4基板(Flame Retardant 4 Substrate)。第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統100之上層部份示意圖，亦即位於介質基板105之上表面之一部份天線圖案(Antenna Pattern)。第4C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統100之下層部份示意圖，亦即位於介質基板105之下表面之另一部份天線圖案。第4A圖為第4B圖和第4C圖兩者之結合。必須注意的是，第4B圖為第4A圖之俯視圖，但第4C圖為第4A圖之下層天線圖案之透視圖而非為其背視圖(兩者會相差180之翻轉)。請一併參考第4A、4B、4C圖。天線系統100可應用於一無線網路基地台當中。在第4A、4B、4C圖之實施例中，天線系統100包括：一第一傳輸線(Transmission Line)111、一第二傳輸線112、一第三傳輸線113、一第四傳輸線114、一第一偶極天線(Dipole Antenna)120、一第二偶極天線130、一第三偶極天線140、一第四偶極天線150、一第五偶極天線160、一第六偶極天線170、一第七偶極天線180，以及一第八偶極天線190。前述每一偶極天線皆包括位於介質基板105之上表面之一輻射體以及位於介質基板105之下表面之另一輻射體。每一傳輸線皆包括位於介質基板105之上表面 以及下表面相對位置之傳輸路徑。前述分別位於上、下表面之輻射體係由分別位於上、下表面之對應傳輸線之一端並朝不同方向作延伸。
天線系統100具有一饋入點(Feeding Point)FP，其可耦接至一射頻(Radio Frequency，RF)模組(未顯示)。此射頻模組可用於激發天線系統100。第一傳輸線111、第二傳輸線112、第三傳輸線113、第四傳輸線114、第一偶極天線120、第二偶極天線130、第三偶極天線140、第四偶極天線150、第五偶極天線160、第六偶極天線170、第七偶極天線180，以及第八偶極天線190可將饋入點FP設為中心而呈現一點對稱分布圖形。詳細而言，第一傳輸線111及第一偶極天線120、第五偶極天線160可當作一第一通訊單元；第二傳輸線112及第二偶極天線130、第六偶極天線170可當作一第二通訊單元；第三傳輸線113及第三偶極天線140、第七偶極天線180可當作一第三通訊單元；而第四傳輸線114及第四偶極天線150、第八偶極天線190可當作一第四通訊單元。此四個通訊單元具有完全相同之結構，差異處僅在於其朝向不同方向，使得天線系統100可以接收或傳送四面八方之信號。在其他實施例中，天線系統100可包括更少個或更多個通訊單元。
第一傳輸線111、第二傳輸線112、第三傳輸線113，以及第四傳輸線114之任意相鄰兩者(例如：第二傳輸線112和第三傳輸線113，或是第一傳輸線111和第四傳輸線114)可以大致互相垂直，使得第一傳輸線111、第二傳輸線112、第三傳輸線113，以及第四傳輸線114之一組合可以大致呈現一十字形 (Cross Shape)。第一偶極天線120係經由第一傳輸線111耦接至饋入點FP，第二偶極天線130係經由第二傳輸線112耦接至饋入點FP，第三偶極天線140係經由第三傳輸線113耦接至饋入點FP，而第四偶極天線150係經由第四傳輸線114耦接至饋入點FP。為了調整阻抗匹配(Impedance Matching)，前述之傳輸線之每一者可具有不等寬之結構。例如，每一傳輸線可包括一較寬部份和一較窄部份，其中較寬部份可直接連接至前述之偶極天線之對應一者，而較窄部份可直接連接至饋入點FP。在另一些實施例中，較窄部份亦可直接連接至前述之偶極天線之對應一者，而較寬部份可直接連接至饋入點FP。在另一些實施例中，前述之傳輸線之每一者亦可改為等寬結構。
詳細而言，第一偶極天線120、第二偶極天線130、第三偶極天線140，以及第四偶極天線150各自包括一正輻射支路和一負輻射支路(分別設置於介質基板105之上表面和下表面)，其中正輻射支路和負輻射支路之間之一夾角θ係小於100度。在一些實施例中，正輻射支路和負輻射支路之間之夾角θ約等於90度，使得第一偶極天線120、第二偶極天線130、第三偶極天線140，以及第四偶極天線150之一組合大致形成一第一正方形，其中第一傳輸線111、第二傳輸線112、第三傳輸線113、第四傳輸線114、第五偶極天線160、第六偶極天線170、第七偶極天線180，以及第八偶極天線190皆由第一正方形所包圍。
第五偶極天線160係耦接至第一傳輸線111，並介於第一偶極天線120和饋入點FP之間。第六偶極天線170係耦接至第二傳輸線112，並介於第二偶極天線130和饋入點FP之間。 第七偶極天線180係耦接至第三傳輸線113，並介於第三偶極天線140和饋入點FP之間。第八偶極天線190係耦接至第四傳輸線114，並介於第四偶極天線150和饋入點FP之間。第五偶極天線160、第六偶極天線170、第七偶極天線180，以及第八偶極天線190之每一者之可分別耦接至第一傳輸線111、第二傳輸線112、第三傳輸線113、第四傳輸線114之對應一者之中央處，亦即，對應之傳輸線之較寬部份和較窄部份兩者之交界處。
詳細而言，第五偶極天線160、第六偶極天線170、第七偶極天線180，以及第八偶極天線190各自分別位於上表面以及下表面之二輻射體為一正輻射段和一負輻射段(分別設置於介質基板105之上表面和下表面)，在一些實施例中，正輻射段和負輻射段係大致互相平行且朝相反之方向作延伸，使得第五偶極天線160、第六偶極天線170、第七偶極天線180，以及第八偶極天線190之一組合大致形成一第二正方形，其中第二正方形之面積小於前述由第一偶極天線120、第二偶極天線130、第三偶極天線140、第四偶極天線150所形成之第一正方形之面積，而第二正方形係由第一正方形所圍繞。饋入點FP係位於第五偶極天線160、第六偶極天線170、第七偶極天線180，以及第八偶極天線190所形成之第二正方形之中心處。
在天線原理方面，第一偶極天線120、第二偶極天線130、第三偶極天線140，以及第四偶極天線150之每一者可皆涵蓋一低頻頻帶；另外，第五偶極天線160、第六偶極天線170、第七偶極天線180，以及第八偶極天線190之每一者可皆涵蓋一高頻頻帶。例如，前述之低頻頻帶可約介於2400MHz至 2500MHz之間，而前述之高頻頻帶可約介於5150MHz至5850MHz之間。
藉由針對天線系統100之各個偶極天線之支路作適當之彎折設計，可有效地微縮天線系統100之整體尺寸。和傳統之阿爾福德環形天線(Alford Loop Antenna)相比，天線系統100可縮小約30%至40%之總面積，且不會影響其操作頻帶及輻射效率。因此，天線系統100可兼得小尺寸、寬頻帶、全向性，以及高天線效率等多重優勢。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統200之完整示意圖。第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統200之上層部份示意圖。第5C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統200之下層部份示意圖。第5A、5B、5C圖與第4A、4B、4C圖相似。在第5A、5B、5C圖之實施例中，天線系統200之一第五偶極天線260、一第六偶極天線270、一第七偶極天線280，以及一第八偶極天線290具有不同之延伸方向。詳細而言，第五偶極天線260、第六偶極天線270、第七偶極天線280，以及第八偶極天線290各自包括一正輻射段和一負輻射段(分別設置於介質基板105之上表面和下表面)，其中正輻射段和負輻射段係大致互相垂直且朝遠離對應之傳輸線之方向作延伸，使得第五偶極天線260、第六偶極天線270、第七偶極天線280，以及第八偶極天線290之一組合大致形成一第二正方形，其中第二正方形之面積小於前述由第一偶極天線120、第二偶極天線130、第三偶極天線140，以及第四偶極天線150所形成之第一正方形之面積，而第二正方形係由第一正方形所 圍繞。饋入點FP係位於第五偶極天線260、第六偶極天線270、第七偶極天線280，以及第八偶極天線290所形成之第二正方形之中心處。第五偶極天線260、第六偶極天線270、第七偶極天線280，以及第八偶極天線290之配置方式可用於調整天線系統200之高頻頻帶之極化方向(Polarization Direction)，且不會額外增加天線系統200之整體面積。第5A、5B、5C圖之天線系統200之其餘特徵皆與第4A、4B、4C圖之天線系統100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第6A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統300之完整示意圖。第6B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統300之上層部份示意圖。第6C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統300之下層部份示意圖。第6A、6B、6C圖與第4A、4B、4C圖相似。在第6A、6B、6C圖之實施例中，天線系統300更包括一第一導向器(Director)301、一第二導向器302、一第三導向器303，以及一第四導向器304。第一導向器301係耦接至第一傳輸線111，並介於第一偶極天線120和第五偶極天線160之間。第二導向器302係耦接至第二傳輸線112，並介於第二偶極天線130和第六偶極天線170之間。第三導向器303耦接至第三傳輸線113，並介於第三偶極天線140和第七偶極天線180之間。第四導向器304係耦接至第四傳輸線114，並介於第四偶極天線150和第八偶極天線190之間。詳細而言，第一導向器301、第二導向器302、第三導向器303，以及第四導向器304各自包括一正延伸支路和一負延伸支路(兩者同時設置於介質基板105之上表面，或是同時設置於介質基板105之下 表面)，而其中正延伸支路和負延伸支路係大致互相平行且朝相反方向作延伸。第一導向器301、第二導向器302、第三導向器303，以及第四導向器304之每一者可以大致與第五偶極天線160、第六偶極天線170、第七偶極天線180，以及第八偶極天線190之對應一者互相平行。第一導向器301、第二導向器302、第三導向器303，以及第四導向器304可將高頻輻射導引向外，此有助於增強天線系統300之高頻頻帶之輻射場型，且不會額外增加天線系統300之整體面積。第6A、6B、6C圖之天線系統300之其餘特徵皆與第4A、4B、4C圖之天線系統100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統300之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第7圖之量測結果可知，天線系統300至少可涵蓋介於2400MHz至2500MHz之間之一低頻頻帶FB1，以及介於5150MHz至5850MHz之間之一高頻頻帶FB2，使得天線系統300至少可支援WLAN 2.4GHz/5GHz之雙頻帶操作。
第8A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統300於低頻頻帶FB1中之輻射場型圖(Radiation Pattern)，其係沿著XY平面進行量測。第8B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統300於高頻頻帶FB2中之輻射場型圖，其亦沿著XY平面進行量測。根據第8A、8B圖之量測結果可知，天線系統300可視為改良版之一阿爾福德環形天線，在縮小整體尺寸之前提下，其亦可於所需之高、低頻帶中皆產生近似全向性之 輻射場型，以符合實際應用需求。
在一些實施例中，第一偶極天線120、第二偶極天線130、第三偶極天線140，以及第四偶極天線150之每一者之總長度L1可大致等於低頻頻帶FB1之0.5倍波長(λ/2)。第五偶極天線160(或260)、第六偶極天線170(或270)、第七偶極天線180(或280)，以及第八偶極天線190(或290)之每一者之總長度L2可大致等於高頻頻帶FB2之0.5倍波長(λ/2)。在一些實施例中，天線系統100、200、300之元件尺寸可根據下列方程式(1)至(6)進行估算。
其中參數A、參數B之單位皆為公釐(mm)，低頻頻帶FB1之中心頻率係設定為α GHz，高頻頻帶FB2之中心頻率係設定為β GHz，介質基板105之介電常數(Dielectric Constant)係設定為C。
0.6．A<L1<1.4．A..........................................(3)其中L1代表第一偶極天線120、第二偶極天線130、第三偶極天線140，以及第四偶極天線150之每一者之總長度。
0.6．B<L2<1.4．B..........................................(4)其中L2代表第五偶極天線160(或260)、第六偶極天線170(或270)、第七偶極天線180(或280)，以及第八偶極天線190(或290)之每一者之總長度。
0.3．A<L3<0.7．A..........................................(5)其中L3代表第一傳輸線111、第二傳輸線112、第三傳輸線113， 以及第四傳輸線114之每一者之正投影之長度。
0.3．B<D1<0.7．B..........................................(6)其中D1代表第五偶極天線160(或260)、第六偶極天線170(或270)、第七偶極天線180(或280)，以及第八偶極天線190(或290)之每一者與饋入點FP之間距。
在一些實施例中，第一導向器301、第二導向器302、第三導向器303，以及第四導向器304之每一者之與第五偶極天線160、第六偶極天線170、第七偶極天線180，以及第八偶極天線190之對應一者之間距D2可大致等於前述間距D1，其計算方式可如方程式(6)所述。在另一些實施例中，第一導向器301、第二導向器302、第三導向器303，以及第四導向器304之每一者之總長度L4可大致為第五偶極天線160、第六偶極天線170、第七偶極天線180，以及第八偶極天線190之每一者之總長度L2之0.4倍至1.1倍之間(亦即，0.4．L2<L4<1.1．L2)，其計算方式可如方程式(4)所述。須注意的是，以上根據方程式(1)至(6)所估算之元件尺寸範圍係根據多次實驗結果而求出，其可用於最佳化天線系統100、200、300之操作頻帶及阻抗匹配。
第9圖係顯示根據本發明一實施例所述之無線網路基地台600之示意圖。在第9圖之實施例中，無線網路基地台600包括一殼體610、一天線系統620，以及一射頻電路630。殼體610可為任意形狀之一空心結構。天線系統620和射頻電路630可設置於殼體610內，其中天線系統620係電性連接至射頻電路630。必須注意的是，天線系統620可以是前述天線系統100、200、300其中之任一者，其功能、結構皆如之前實施例所述。
本發明提出一種新穎之通訊裝置，與傳統技術相比，其至少具備下列優勢：(1)涵蓋較寬頻帶；(2)提供近似全向性之輻射場型；(3)有效地縮小整體天線尺寸；(4)提高天線元件之間之隔離度；(5)結構簡單容易大量生產；(6)可降低整體製造成本；以及(7)可應用於各種不同環境而無須再作校正。因此，本發明很適合應用於各種多頻帶通訊裝置或是無線網路基地台當中。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之通訊裝置並不僅限於第1-9圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-9圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之通訊裝置當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (19)

  1. 一種通訊裝置，包括：一第一天線組合，包括：一第一天線元件；一第二天線元件，相對於該第一天線元件；一第三天線元件；以及一第四天線元件，相對於該第三天線元件；一第二天線組合，包括：一第五天線元件；一第六天線元件，相鄰於該第五天線元件；一第七天線元件，相鄰於該第六天線元件且相對於該第五天線元件；一第八天線元件，相鄰於該第五天線元件及該第七天線元件且相對於該第六天線元件；一第九天線元件；一第十天線元件；一第十一天線元件，相對於該第九天線元件；以及一第十二天線元件，相對於該第十天線元件，其中該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件，以及該第八天線元件係與該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件交錯排列；以及一金屬分隔面，介於該第一天線組合和該第二天線組合之間；其中該第一天線元件、該第二天線元件、該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件，以及該第八天線元件皆具有一第一極化方向；其中該第三天線元件、該第四天線元件、該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件皆具有一第二極化方向；其中該第二極化方向係不同於該第一極化方向。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二極化方向係與該第一極化方向互相垂直。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一極化方向係平行於該金屬分隔面，而該第二極化方向係垂直於該金屬分隔面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一天線組合涵蓋介於2400MHz至2500MHz之間之一第一頻帶，以及介於5150MHz至5850MHz之間之一第二頻帶。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二天線組合涵蓋介於5150MHz至5850MHz之間之一第二頻帶。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一天線元件和該第二天線元件係與該第三天線元件和該第四天線元件交錯排列。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該金屬分隔面之長度係大於或等於該第一頻帶之最低頻率之0.5倍波長。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該第一天線元件和該第二天線元件之間距係大於或等於該第一頻帶之最低頻率之0.125倍波長。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該第三天線元件和該第四天線元件之間距係大於或等於該第一頻帶之最低頻率之0.25倍波長。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件，以及該第八天線元件之任相鄰二者之間距係大於或等於該第二頻帶之最低頻率之0.125倍波長。
  11. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件之任相鄰二者之間距係大於或等於該第二頻帶之最低頻率之0.25倍波長。
  12. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該金屬分隔面與該第一天線元件、該第二天線元件、該第五天線元件、該第六天線元件、該第七天線元件，以及該第八天線元件之每一者之間距皆大於或等於該第二頻帶之最高頻率之0.125倍波長。
  13. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該第三天線元件和該第四天線元件於該金屬分隔面上具有一第一垂直投影，該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件於該金屬分隔面上具有一第二垂直投影，而該第二垂直投影係與該第一垂直投影至少部份重疊。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之通訊裝置，其中該金屬分隔面與該第三天線元件和該第四天線元件之每一者之間皆具有一第一距離，該金屬分隔面與該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件之每一者之間皆具有一第二距離，而該第一距離和該第二距離之總和係大於或等於該第二頻帶之最低頻率之1倍波長。
  15. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該第三天線元件和該第四天線元件於該金屬分隔面上具有一第一垂直投影，該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件於該金屬分隔面上具有一第二垂直投影，而該第二垂直投影係與該第一垂直投影完全不重疊。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之通訊裝置，其中該金屬分隔面與該第三天線元件和該第四天線元件之每一者之間皆具有一第一距離，該金屬分隔面與該第九天線元件、該第十天線元件、該第十一天線元件，以及該第十二天線元件之每一者之間皆具有一第二距離，而該第一距離和該第二距離之總和係大於或等於該第二頻帶之最低頻率之0.5倍波長。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之通訊裝置，其中該金屬分隔面具有一或複數個槽孔。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之通訊裝置，其中每一該等槽孔之長度皆等於該第二頻帶之最低頻率之0.25倍波長。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一金屬反射面，其中該第二天線組合係介於該金屬分隔面和該金屬反射面之間。
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