TW201501412A - 提升天線隔離度之射頻裝置及無線通訊裝置 - Google Patents
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Abstract
一種用於一無線通訊裝置之射頻裝置包含有一天線設置區；複數個線性極化天線，用來收發複數個無線訊號，該複數個線性極化天線大致以線性極化方向相互正交的設置方式設置於該天線設置區；以及一接地共振元件，耦接於該複數個線性極化天線之中一線性極化天線之一接地端，用以提升該複數個線性極化天線之隔離度。
Description
本發明係指一種射頻裝置及無線通訊裝置，尤指一種可提升隔離度，以在狹小空間內放置多個天線，並維持天線效能的射頻裝置及無線通訊裝置。
具有無線通訊功能的電子產品，如筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant)、無線基地台、行動電話、智慧電表(Smart Meter)、USB無線網路卡(USB dongle)等，係透過天線來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號，進而存取無線網路。因此，為了讓使用者能更方便地存取無線通訊網路，理想天線的頻寬應在許可範圍內儘可能地增加，而尺寸則應儘量減小，以配合電子產品體積縮小之趨勢。除此之外，隨著無線通訊技術不斷演進，電子產品所配置的天線數量可能增加。舉例來說，長期演進(Long Term Evolution，LTE)無線通訊系統及無線區域網路標準IEEE 802.11n支援多輸入多輸出(Multi-input Multi-output，MIMO)通訊技術，亦即相關電子產品可透過多重(或多組)天線同步收發無線訊號，以在不增加頻寬或總發射功率耗損(Transmit Power Expenditure)的情況下，大幅地增加系統的資料吞吐量(Throughput)及傳送距離，進而有效提升無線通訊系統之頻譜效率及傳輸速率，改善通訊品質。
由上述可知，無線通訊產品要實現多輸入多輸出功能，先決條件必需搭配多組天線，以將空間分成許多通道，進而提供多個天線場型。由於使用多組天線，天線間相互干擾的問題也就成為設計時需考量的重點之一。
在無線通訊產品的設計中，多組天線通常被分別擺放在整個無線通訊產品的對角線上或是最長邊上相距最遠的位置，以儘量降低多組天線之間的干擾，而達到最佳的互補天線特性。然而，當無線通訊產品的整體尺寸或其中可設置天線的區域較小時，需同時考量多組天線的佈局，避免天線之間相互干擾，因此增加許多設計難度。
因此，如何在有限空間下設計多組符合傳輸需求的天線，同時兼顧各個天線效能及隔離度，也就成為業界所努力的目標之一。
本發明主要提供一種可提升天線隔離度的射頻裝置及無線通訊裝置，以在狹小空間內放置多個天線，並維持天線效能。
本發明揭露一種射頻裝置，用於一無線通訊裝置，該射頻裝置包含有一天線設置區；複數個線性極化天線，用來收發複數個無線訊號，該複數個線性極化天線大致以線性極化方向相互正交的設置方式設置於該天線設置區；以及一接地共振元件，耦接於該複數個線性極化天線之中一線性極化天線之一接地端，用以提升該複數個線性極化天線之隔離度。
本發明另揭露一種無線通訊裝置，包含有一射頻訊號處理裝置，用來處理複數個無線訊號；以及一射頻裝置。該射頻裝置包含有一天線設置
區；複數個線性極化天線，用來收發該複數個無線訊號，該複數個線性極化天線大致以線性極化方向相互正交的設置方式設置於該天線設置區；以及一接地共振元件，耦接於該複數個線性極化天線之中一線性極化天線之一接地端，用以提升該複數個線性極化天線之隔離度。
20、30、32、40、42、44、50‧‧‧射頻裝置
200‧‧‧天線設置區
202、302、312、402、412、422、502‧‧‧第一線性極化天線
204、504‧‧‧第二線性極化天線
2020、2040‧‧‧輻射體
2022、2042‧‧‧饋入端
2024、2044‧‧‧接地端
206、306、316、406、416、426、506‧‧‧接地共振元件
D1、D2‧‧‧方向
4060、5060‧‧‧槽孔
4160‧‧‧彎折
4260、5062‧‧‧開口
第1圖為本發明實施例一無線通訊裝置之示意圖。
第2圖為本發明實施例一射頻裝置之示意圖。
第3A圖為本發明實施例一射頻裝置之示意圖。
第3B圖為本發明實施例一射頻裝置之示意圖。
第3C圖為第3A圖及第3B圖之射頻裝置之電壓駐波比示意圖。
第4A圖為本發明實施例一射頻裝置之示意圖。
第4B圖為本發明實施例一射頻裝置之示意圖。
第4C圖為本發明實施例一射頻裝置之示意圖。
第4D圖為第4A圖至第4C圖之射頻裝置之電壓駐波比示意圖。
第5圖為本發明實施例一射頻裝置之示意圖。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一無線通訊裝置10之示意圖。無線通訊裝置10可以是任何具無線通訊功能之電子產品，如手機、電腦系統、無線存取點設備等，其簡略地係由一射頻裝置100及一射頻訊號處理裝置102所組成。射頻裝置100提供無線通訊裝置10之一無線通訊功能，更精確來說，射頻訊號處理裝置102可支援多個相同頻帶之無線訊號同時收發，而射頻裝置100可確保此操作下的隔離度。所謂「多個相同頻帶之無線訊號同時收發」可以是支援多輸入多輸出通訊技術之一無線通訊系統(如
LTE、IEEE 802.11n等)同步收發無線訊號，或是採用相同頻帶之不同無線通訊系統(如Bluetooth及Wi-Fi)同時收發無線訊號。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一射頻裝置20之示意圖。射頻裝置20可應用於第1圖中的射頻裝置100中，但不限於此。如第2圖所示，射頻裝置20包含設置於一天線設置區200之一第一線性極化天線202及一第二線性極化天線204。在此實施例中，天線設置區200為一立體空間，而第一線性極化天線202及第二線性極化天線204以線性極化方向相互正交的設置方式設置於天線設置區200，可收發相同頻帶之無線訊號。射頻裝置20另包含一接地共振元件206，接地共振元件206耦接於第一線性極化天線202之一接地端2024，用以提升第一線性極化天線202及第二線性極化天線204之隔離度，進而達成良好的天線效率。
詳細來說，第一線性極化天線202包含有一輻射體2020、一饋入端2022及一接地部2024，饋入端2022耦接於無線通訊裝置之射頻訊號處理裝置，而輻射體2020可收發無線訊號。類似地，第二線性極化天線204包含有一輻射體2040、一饋入端2042及一接地部2044，其中饋入端2042耦接於無線通訊裝置之射頻訊號處理裝置，而輻射體2040可收發無線訊號。以第2圖為例，第一線性極化天線202及第二線性極化天線204分別設置於天線設置區200之相對的二面上。第一線性極化天線202為一平面倒F天線，根據饋入端2022及輻射體2020的設置方向，可知第一線性極化天線202所發射的無線訊號具有線性極化方向D1。另一方面，第二線性極化天線204為一雙極天線，根據饋入端2042及輻射體2040的設置方向，可知第二線性極化天線204所發射的無線訊號具有線性極化方向D2，而方向D2與方向D1相互正交。接地共振元件206連接至第一線性極化天線202之接地端2024上，接地共振元件206可用來調整第一線性極化天線202之天線阻抗，進而提升第
一線性極化天線202及第二線性極化天線204之隔離度，以達成同時收發相同頻帶之無線訊號的要求。如本領域具通常知識者所熟知，良好的天線隔離度可避免同時收發無線訊號時產生碰撞的情形，藉此可增加天線效率，確保良好的資料吞吐量。此外，由於適當地調整接地共振元件206的結構可降低第一線性極化天線202之共振頻率，因此可有效地縮小天線設置區200之空間，以達成在狹小空間內放置多個天線的目的。
以下詳細說明不同結構的接地共振元件於射頻裝置中可產生的效果。請參考第3A圖至第3B圖，第3A圖及第3B圖為射頻裝置30、32之示意圖。射頻裝置30、32係符合射頻裝置20之架構，然而，為了清楚地顯示接地共振元件的結構變化，於第3A圖及第3B圖中僅繪示第一線性極化天線302、312及接地共振元件306、316。如第3A圖及第3B圖所示，射頻裝置30、32大致相同，射頻裝置30、32之主要差異為接地共振元件316具有較長的延伸面積。適當調整接地共振元件306、316的長度後，可得如第3C圖所示之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)示意圖，其中實線A代表射頻裝置30之電壓駐波比，點線B代表射頻裝置32之電壓駐波比。由第3C圖可知，接地共振元件的尺寸加長後可將第一線性極化天線312的共振頻率由1135MHz降至1115MHz。
進一步地，請參考第4A圖至第4C圖，第4A圖至第4C圖為射頻裝置40、42、44之示意圖。同樣地，射頻裝置40、42、44係符合射頻裝置20之架構，然而，為了清楚地顯示接地共振元件的結構變化，於第4A圖至第4C圖中僅繪示第一線性極化天線402、412、422及接地共振元件406、416、426。與第3A圖及第3B圖不同的是，於第4A圖至第4C圖中，接地共振元件406、416、426上分別形成有一槽孔4060、一彎折4160及一開口4260。藉由形成槽孔4060、彎折4160或開口4260，可增長接地共振元件上
的共振訊號路徑，等效於加長接地共振元件的延伸面積。適當地調整槽孔4060、彎折4160及開口4260之方向及大小後，可得如第4D圖所示之電壓駐波比示意圖，其中點線C代表射頻裝置40之電壓駐波比，粗線D代表射頻裝置42之電壓駐波比，而細線E代表射頻裝置44之電壓駐波比。由第3C圖至第4D圖可知，於接地共振元件406上形成槽孔4060後，第一線性極化天線402的共振頻率可降至1040MHz；於接地共振元件416上形成彎折4160後，第一線性極化天線412的共振頻率可降至960MHz；而於接地共振元件426上形成開口4260後，第一線性極化天線422的共振頻率可降至965MHz。
值得注意的是，本發明於天線設置區200中放置多個相互正交的線性極化天線202、204，並設計接地共振元件206的結構，以縮小線性極化天線的尺寸及提升天線隔離度。第2圖至第4B圖之射頻裝置20、30、32、40、42、44係為本發明之實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾，而不限於此。舉例來說，第2圖中的第一線性極化天線202為一平面倒F天線，第二線性極化天線204為一雙極天線，而第一線性極化天線202與第二線性極化天線204分別設置於天線設置區200中相對側的二面上，但不限於此。摺疊式雙極天線或槽孔天線等其他可產生線性極化方向的天線，亦可取代第2圖中的第一線性極化天線202及第二線性極化天線204。
此外，在前述實施例係以兩個天線為主，說明透過線性極化方向相互正交的擺設方式加上接地共振元件可提升隔離度。實際上，本發明可適用範圍不限於兩個天線，亦可將相同概念應用於兩個以上之線性極化天線。再者，射頻裝置中線性極化天線的設置方向、饋入端位置及形狀並未有所限，只要複數個線性極化天線之間的極化方向係大致呈相互正交即可。
另外，接地共振元件可由導電金屬材質所構成，如鋁箔、銅箔、
鋁板、銅板、洋白銅、不鏽鋼或一印刷電路基板上的金屬部分等，可依不同的金屬特性選擇合適的材質與設置方向，以調整複數個線性極化天線的阻抗匹配。值得注意的是，由於接地共振元件之大小、彎折、槽孔等可適應性地調整，亦不需設置於同一平面上，因此接地共振元件可形成於無線通訊裝置中多餘的空間內(如設置於無線通訊裝置之一外殼與一電路板之間)，而不影響電子產品的尺寸。
請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一射頻裝置50之示意圖。射頻裝置50係符合第2圖之射頻裝置20之架構，因此可具有良好的隔離度，進而達成較高的天線效率。如第5圖所示，射頻裝置50用於一無線通訊裝置中，包含有一第一線性極化天線502、一第二線性極化天線504及一接地共振元件506。其中，為了得到良好的隔離度，並同時配合無線通訊裝置中的可用空間，接地共振元件506形成有一槽孔5060及一開口5062。如本領域具通常知識者所熟知，天線之操作頻段主要與其輻射件之尺寸相關，因此應根據系統所需而適當調整天線尺寸。例如，第5圖之第一線性極化天線502、第二線性極化天線504經適當調整大小後可適用毫米波(millimeter-wave)頻段(如3G頻段)，且配合接地共振元件506的結構設計，可將第一線性極化天線502及第二線性極化天線504進一步地縮小使其可設置於一25.7mm×23.8mm×70.7mm的空間內，並具有良好的隔離度及天線效率。
綜上所述，本發明係藉由設計接地共振元件的結構，以在有限空間下提升多個天線間的隔離度，藉此增加天線效率，以確保無線傳輸的正常運作。
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。
20‧‧‧射頻裝置
200‧‧‧天線設置區
202‧‧‧第一線性極化天線
204‧‧‧第二線性極化天線
2020、2040‧‧‧輻射體
2022、2042‧‧‧饋入端
2024、2044‧‧‧接地端
206‧‧‧接地共振元件
D1、D2‧‧‧方向
Claims (10)
- 一種射頻裝置，用於一無線通訊裝置，該射頻裝置包含有：一天線設置區；複數個線性極化天線，用來收發複數個無線訊號，該複數個線性極化天線大致以線性極化方向相互正交的設置方式設置於該天線設置區；以及一接地共振元件，耦接於該複數個線性極化天線之中一線性極化天線之一接地端，用以提升該複數個線性極化天線之隔離度。
- 如請求項1所述之射頻裝置，其中該接地共振元件形成有至少一槽孔。
- 如請求項1所述之射頻裝置，其中該接地共振元件形成有至少一彎折或一開口。
- 如請求項1所述之射頻裝置，其中該接地共振元件係設置於該無線通訊裝置之一外殼與一電路板之間。
- 如請求項1所述之射頻裝置，其中該複數個線性極化天線係平面倒F天線、雙極天線、摺疊式雙極天線或槽孔天線。
- 一種無線通訊裝置，包含有：一射頻訊號處理裝置，用來處理複數個無線訊號；以及一射頻裝置，包含有：一天線設置區；複數個線性極化天線，用來收發該複數個無線訊號，該複數個線性極化天線大致以線性極化方向相互正交的設置方式設置於該天線 設置區；以及一接地共振元件，耦接於該複數個線性極化天線之中一線性極化天線之一接地端，用以提升該複數個線性極化天線之隔離度。
- 如請求項6所述之無線通訊裝置，其中該接地共振元件形成有至少一槽孔。
- 如請求項6所述之無線通訊裝置，其中該接地共振元件形成有至少一彎折或一開口。
- 如請求項6所述之無線通訊裝置，其中該接地共振元件係設置於該無線通訊裝置之一外殼與一電路板之間。
- 如請求項6所述之無線通訊裝置，其中該複數個線性極化天線係平面倒F天線、雙極天線、摺疊式雙極天線或槽孔天線。
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