專(zhuān)利名稱(chēng)：用于一多輸入多輸出無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的圓極化天線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于一多輸入多輸出無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的圓極化天線(xiàn)，特別是一種借由 正交結(jié)合兩相同線(xiàn)性極化天線(xiàn)所形成的圓極化天線(xiàn)。
背景技術(shù)：
具有無(wú)線(xiàn)通信功能的電子產(chǎn)品，如筆記本電腦、個(gè)人數(shù)字助理(PersonalDigital Assistant)等，是通過(guò)天線(xiàn)來(lái)發(fā)射或接收無(wú)線(xiàn)電波，以傳遞或交換無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，進(jìn)而訪(fǎng)問(wèn)無(wú) 線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。因此，為了讓使用者能更方便地訪(fǎng)問(wèn)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，理想天線(xiàn)的頻寬應(yīng)在許可范圍 內(nèi)盡可能地增加，而尺寸則應(yīng)盡量減小，以配合電子產(chǎn)品體積縮小的趨勢(shì)。在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，圓極化天線(xiàn)(circular polarization antenna)可避免發(fā)射 天線(xiàn)與接收天線(xiàn)因極化不匹配而造成的極化損耗。因此，在應(yīng)用上可使接收裝置的擺放位 置更具彈性。然而，一般圓極化天線(xiàn)都是應(yīng)用在單頻系統(tǒng)架構(gòu)之下，例如衛(wèi)星通信系統(tǒng)，且 不具有高指向性的輻射場(chǎng)型，因而已無(wú)法滿(mǎn)足目前無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品的需求。除此之外，隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)不斷演進(jìn)，電子產(chǎn)品所配置的天線(xiàn)數(shù)量可能增 加。舉例來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. Iln支援多輸入多輸出(Multi-input Multi-output, ΜΙΜΟ)通信技術(shù)，也就是說(shuō)相關(guān)電子產(chǎn)品可通過(guò)多組天線(xiàn)同步收發(fā)無(wú)線(xiàn)信 號(hào)，以在不增加頻寬或總發(fā)射功率耗損(TransmitPower Expenditure)的情況下，大幅地增 加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量(Throughput)及傳送距離，進(jìn)而有效提升無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的頻譜效率 及傳輸速率，改善通信品質(zhì)。然而，上述多輸入多輸出系統(tǒng)中的每一天線(xiàn)均具有固定極化方向，而無(wú)法根據(jù)系 統(tǒng)需求進(jìn)行調(diào)整，以致可能會(huì)因極化不匹配而影響傳輸效率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于一多輸入多輸出無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的圓極 化天線(xiàn)。本發(fā)明公開(kāi)一種圓極化天線(xiàn)，用于一多輸入多輸出的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。該圓極化天 線(xiàn)包括一第一基板、一第二基板、一第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)及一第二線(xiàn)性極化天線(xiàn)。該第二基板 垂直形成在該第一基板上。該第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)形成在該第一基板上，用來(lái)根據(jù)一第一饋 入信號(hào)，產(chǎn)生具有一第一極化方向的輻射電場(chǎng)。該第二線(xiàn)性極化天線(xiàn)形成在該第二基板上， 與該第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)具有相同架構(gòu)，用來(lái)根據(jù)一第二饋入信號(hào)，產(chǎn)生具有一第二極化方 向的輻射電場(chǎng)。其中，該第一極化方向及該第二極化方向系正交，而該第一饋入信號(hào)及該第 二饋入信號(hào)為具有一特定相位差的相同饋入信號(hào)。


圖1說(shuō)明了本發(fā)明圓極化天線(xiàn)的設(shè)計(jì)概念。圖2為本發(fā)明實(shí)施例一圓極化天線(xiàn)的示意圖。
圖3為圖2中的圓極化天線(xiàn)的反射系數(shù)圖。圖4為圖2中的圓極化天線(xiàn)的耦合系數(shù)圖。圖5A到圖5D為圖2中的圓極化天線(xiàn)的天線(xiàn)增益圖。圖6A到圖6B為圖2中的圓極化天線(xiàn)的軸比例圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明10,20 圓極化天線(xiàn)11,23 水平極化天線(xiàn)12、24 垂直極化天線(xiàn)13、21 水平基板22垂直基板FEDU FED2 饋入端DRVU DRV2 驅(qū)動(dòng)器DIRU DIR2 引向器REFU REF2 反射器25結(jié)合機(jī)構(gòu)
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參考圖1，圖1說(shuō)明了本發(fā)明一圓極化天線(xiàn)10的設(shè)計(jì)概念。圓極化天線(xiàn)10可用 于一多輸入多輸出的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，如符合IEEE 802. Iln標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，但不以此 為限，用來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信號(hào)的同步收發(fā)。如圖1所示，圓極化天線(xiàn)10包括一水平極化天線(xiàn)11 及一垂直極化天線(xiàn)12。水平極化天線(xiàn)11及垂直極化天線(xiàn)12可借由兩支相同的線(xiàn)性極化天 線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，并分別布置在以正交方式結(jié)合的一水平基板13及一垂直基板(未顯示)上。因此， 水平極化天線(xiàn)11及垂直極化天線(xiàn)12可分別用來(lái)提供能量相同的一水平極化(Horizontal Polarization)輻射電場(chǎng)及一垂直極化(Vertical Polarization)輻射電場(chǎng)。在此情形下， 將具有一特定相位差的信號(hào)分別饋入水平極化天線(xiàn)11及垂直極化天線(xiàn)12，即可產(chǎn)生一圓 極化的輻射電場(chǎng)。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明圓極化天線(xiàn)10可根據(jù)信號(hào)饋入方式，提供兩種形式的圓極化輻 射電場(chǎng)，以滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的需求。舉例來(lái)說(shuō)，若饋入信號(hào)的大小相同，且水平極化天 線(xiàn)11的饋入信號(hào)領(lǐng)先垂直極化天線(xiàn)12的饋入信號(hào)九十度相位差，則可產(chǎn)生一左手圓極化 (Left-Hand Circular Polarization)的輻射電場(chǎng)；而若水平極化天線(xiàn)11的饋入信號(hào)落后 垂直極化天線(xiàn)12的饋入信號(hào)九十度相位差，則可產(chǎn)生一右手圓極化O^ight-Hand Circular Polarization)的福射電場(chǎng)。當(dāng)然，本發(fā)明圓極化天線(xiàn)10亦可根據(jù)實(shí)際需求，調(diào)整饋入信號(hào)的輸入方式， 而產(chǎn)生各種極化方向的輻射電場(chǎng)，例如水平極化、垂直極化或橢圓極化(Elliptical Polarization)等等。如此相對(duì)應(yīng)變化亦屬本發(fā)明的范圍。舉例來(lái)說(shuō)，若僅對(duì)水平極化天線(xiàn) 11饋入信號(hào)，而不對(duì)垂直極化天線(xiàn)12饋入任何信號(hào)，則圓極化天線(xiàn)10將會(huì)產(chǎn)生一水平極化 輻射電場(chǎng)；同樣地，若僅對(duì)垂直極化天線(xiàn)12饋入信號(hào)，而不對(duì)水平極化天線(xiàn)11饋入任何信 號(hào)，則圓極化天線(xiàn)10將會(huì)產(chǎn)生一垂直極化電場(chǎng)。此外，若適當(dāng)?shù)卣{(diào)整水平極化天線(xiàn)11及垂 直極化天線(xiàn)12的饋入信號(hào)的相位及大小，則可產(chǎn)生各種線(xiàn)性極化或橢圓極化的輻射電場(chǎng)。
請(qǐng)注意，上述水平極化天線(xiàn)11及垂直極化天線(xiàn)12可借由任意形式的線(xiàn)性極化 天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。然而，為了滿(mǎn)足多輸入多輸出系統(tǒng)中單一天線(xiàn)高增益及多頻帶的需求，本發(fā)明 在以下實(shí)施例中提供一以印刷式雙頻指向性天線(xiàn)，例如一印刷式雙頻八木天線(xiàn)Wagi-Uda Antenna)，實(shí)現(xiàn)的圓極化天線(xiàn)，以提升極化匹配并改善傳輸效率。請(qǐng)參考圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例一圓極化天線(xiàn)20的示意圖。圓極化天線(xiàn)20包括 一水平基板21、一垂直基板22、一水平極化天線(xiàn)23及一垂直極化天線(xiàn)M。水平基板21及 垂直基板22分別由一 FR4玻璃纖維雙層板實(shí)現(xiàn)，以正交方式互相結(jié)合。水平極化天線(xiàn)23及 垂直極化天線(xiàn)M則分別形成在水平基板21及垂直基板22的兩金屬層中，用來(lái)產(chǎn)生水平極 化電場(chǎng)及垂直極化電場(chǎng)。在本發(fā)明實(shí)施例中，水平極化天線(xiàn)23及垂直極化天線(xiàn)M分別由 一印刷式雙頻八木天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，其包括饋入端FEDl及FED2、驅(qū)動(dòng)器DRVl及DRV2、引向器DIRl 及DIR2，以及反射器REFl及REF2。饋入端FEDl及FED2用來(lái)接收具有一特定相位差的相同饋入信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器DRVl 及DRV2各別由兩支不同操作頻率的偶極天線(xiàn)組成，用來(lái)提供兩個(gè)頻帶的輻射場(chǎng)型。引向器 DIRl及DIR2用來(lái)將驅(qū)動(dòng)器DRVl及DRV2產(chǎn)生的輻射場(chǎng)型往+Y軸方向牽引。反射器REFl 及REF2耦接到一系統(tǒng)地端，則用來(lái)將驅(qū)動(dòng)器DRVl及DRV2產(chǎn)生的輻射場(chǎng)型往+Y軸方向反 射。如此一來(lái)，雙頻印刷式八木天線(xiàn)可在同一平面提供高指向性的天線(xiàn)輻射場(chǎng)場(chǎng)型。關(guān)于 印刷式雙頻八木天線(xiàn)的作法，可參考中國(guó)臺(tái)灣專(zhuān)利申請(qǐng)第098135250號(hào)《雙頻印刷式八木 天線(xiàn)》的說(shuō)明，在此不多加贅述。在本發(fā)明實(shí)施例中，圓極化天線(xiàn)20還包括一結(jié)合機(jī)構(gòu)25，用來(lái)將水平基板21及垂 直基板22作正交結(jié)合。舉例來(lái)說(shuō)，結(jié)合機(jī)構(gòu)25可借由形成在水平基板21的一插槽及形成 在垂直基板22的一插件實(shí)現(xiàn)，而不限于此。此外，本發(fā)明實(shí)施例更可將垂直基板22的板長(zhǎng) 加長(zhǎng)，例如5毫米(mm)，以防止兩天線(xiàn)的火線(xiàn)與地線(xiàn)短路在一起。在此情形下，若適當(dāng)調(diào)整圓極化天線(xiàn)20的輻射體的尺寸，而將圓極化天線(xiàn)20應(yīng)用 于符合IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)的一雙頻(約2. 4GHz及5. 12GHz)無(wú)線(xiàn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，水平極 化天線(xiàn)23的整體尺寸大小約為50mmX50mmX 1. 6mm，垂直極化天線(xiàn)M的整體尺寸大小約 為50mmX55mmXl. 6mm，而結(jié)合機(jī)構(gòu)25的尺寸約為15mmX IOmmX 1. 6mm。關(guān)于圓極化天線(xiàn) 20的天線(xiàn)特性模擬結(jié)果，請(qǐng)參考圖3至圖6。圖3為圓極化天線(xiàn)20的反射系數(shù)圖，圖4為 圓極化天線(xiàn)20的耦合系數(shù)(Coupling Coefficient)圖，圖5A至圖5D為圓極化天線(xiàn)20的 天線(xiàn)增益圖，而圖6A及圖6B則為圓極化天線(xiàn)20的軸比例(Axial Ratio)圖。如圖3所示，若以-IOdB為基準(zhǔn)，圓極化天線(xiàn)20的低頻頻寬約落在2. 39GHZ 2. 51GHz之間，而高頻頻寬則落在4. 79GHz 6. 46GHz之間。由于高頻與低頻的反射系數(shù)都 在-IOdB以下，代表大部分的能量都可饋入天線(xiàn)主體，而產(chǎn)生不錯(cuò)的輻射效果。圖4說(shuō)明了水平極化天線(xiàn)23及垂直極化天線(xiàn)M之間的耦合系數(shù)，其繪制方式為 令垂直極化天線(xiàn)M為信號(hào)輸出端，而水平極化天線(xiàn)23為信號(hào)輸入端，借由量測(cè)或模擬由水 平極化天線(xiàn)23傳輸(耦合)至垂直極化天線(xiàn)M的能量比例而獲得。由于兩支天線(xiàn)的極化 方向?yàn)檎?，因此，在操作頻段上的耦合系數(shù)都在_20dB以下，而具有良好的隔離度。如圖5A至圖5D所示，不論是高頻還是低頻，圓極化天線(xiàn)20的天線(xiàn)輻射場(chǎng)型均具 有優(yōu)異的指向性。此外，相較于在平面上實(shí)現(xiàn)的雙頻印刷式八木天線(xiàn)，本發(fā)明實(shí)施例的圓極 化天線(xiàn)20具有更強(qiáng)的輻射場(chǎng)指向性及更高的天線(xiàn)增益。
最后，圖6A及6B圖分別說(shuō)明了圓極化天線(xiàn)20在高頻帶與低頻帶的軸比例。在圖 6A中，虛線(xiàn)代表2. 4GHZ，實(shí)線(xiàn)代表2. 45GHz，而點(diǎn)線(xiàn)代表2. 5GHZ ；在圖6B中，虛線(xiàn)代表5GHZ， 實(shí)線(xiàn)代表5. 5GHz，而點(diǎn)線(xiàn)代表5. 8GHZ。如圖所示，圓極化天線(xiàn)20在具有指向性的方向上都 具有足夠低的軸向比例，而能提供不錯(cuò)的圓極化輻射場(chǎng)型。綜上所述，本發(fā)明借由將兩支相同的線(xiàn)性極化天線(xiàn)做正交結(jié)合，而實(shí)現(xiàn)一種用于 多輸入多輸出系統(tǒng)的圓極化天線(xiàn)。除此之外，本發(fā)明圓極化天線(xiàn)可根據(jù)饋入信號(hào)的輸入方 式，產(chǎn)生各種極化方向的輻射電場(chǎng)，例如左手圓極化、右手圓極化或橢圓極化等等，以提升 極化匹配而改善傳輸效率。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明所做的均等變化與修飾，均應(yīng)屬 本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種圓極化天線(xiàn)，用于一多輸入多輸出的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，包括一第一基板；一第二基板，垂直形成在該第一基板上；一第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)，形成在該第一基板上，用來(lái)根據(jù)一第一饋入信號(hào)，產(chǎn)生具有一第 一極化方向的輻射電場(chǎng)；以及一第二線(xiàn)性極化天線(xiàn)，形成在該第二基板上，與該第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)具有相同架構(gòu)，用 來(lái)根據(jù)一第二饋入信號(hào)，產(chǎn)生具有一第二極化方向的輻射電場(chǎng)；其中，該第一極化方向與該第二極化方向正交，且該第一饋入信號(hào)及該第二饋入信號(hào) 為具有一特定相位差的相同饋入信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線(xiàn)，其中該第一饋入信號(hào)領(lǐng)先該第二饋入信號(hào)九十 度相位差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線(xiàn)，其中該第一饋入信號(hào)落后該第二饋入信號(hào)九十 度相位差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線(xiàn)，其中該第一基板包括一插槽，該第二基板包括 一插件，該插槽及該插件形成該第一基板及該第二基板的一結(jié)合機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線(xiàn)，其中該第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)及該第二線(xiàn)性極化天 線(xiàn)為一印刷式雙頻指向性天線(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圓極化天線(xiàn)，其中該第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)及該第二線(xiàn)性極化天 線(xiàn)為一印刷式雙頻八木天線(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓極化天線(xiàn)，其中該第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)及該第二線(xiàn)性極化天 線(xiàn)各包括一饋入端、一驅(qū)動(dòng)器、一引向器及一反射器，該第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)的該饋入端用來(lái) 接收該第一饋入信號(hào)，該第二線(xiàn)性極化天線(xiàn)的該饋入端用來(lái)接收該第二饋入信號(hào)，該第一 線(xiàn)性極化天線(xiàn)及該第二線(xiàn)性極化天線(xiàn)的該反射器耦接到一系統(tǒng)地端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線(xiàn)，其中該第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)及該第二線(xiàn)性極化天線(xiàn)具有指向一第三方向的輻射場(chǎng)型，該第三方向與該第一極化方向及該第二極化方向正 、-父。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線(xiàn)，其中該第一基板及該第二基板分別系一FR4玻璃纖維基板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線(xiàn)，其中該第一極化方向平行該第一基板，而該第二極化方向平行該第二基板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種圓極化天線(xiàn)，用于一多輸入多輸出的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，其包括一第一基板、一第二基板、一第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)及一第二線(xiàn)性極化天線(xiàn)。該第二基板垂直形成在該第一基板上。該第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)形成在該第一基板上，用來(lái)根據(jù)一第一饋入信號(hào)，產(chǎn)生具有一第一極化方向的輻射電場(chǎng)。該第二線(xiàn)性極化天線(xiàn)形成在該第二基板上，與該第一線(xiàn)性極化天線(xiàn)具有相同架構(gòu)，用來(lái)根據(jù)一第二饋入信號(hào)，產(chǎn)生具有一第二極化方向的輻射電場(chǎng)。其中，該第一極化方向及該第二極化方向?yàn)檎?，而該第一饋入信?hào)及該第二饋入信號(hào)為具有一特定相位差的相同饋入信號(hào)。
文檔編號(hào)H01Q1/24GK102055064SQ200910209708
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者吳民仲, 陳信錩 申請(qǐng)人:雷凌科技股份有限公司