專利名稱：用于一多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的圓極化天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于一多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的圓極化天線，特別是一種借由 正交結(jié)合兩相同線性極化天線所形成的圓極化天線。
背景技術(shù)：
具有無線通信功能的電子產(chǎn)品，如筆記本電腦、個人數(shù)字助理(PersonalDigital Assistant)等，是通過天線來發(fā)射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電信號，進而訪問無 線網(wǎng)絡(luò)。因此，為了讓使用者能更方便地訪問無線通信網(wǎng)絡(luò)，理想天線的頻寬應(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。在無線通信系統(tǒng)中，圓極化天線(circular polarization antenna)可避免發(fā)射 天線與接收天線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型，因而已無法滿足目前無線通信產(chǎn)品的需求。除此之外，隨著無線通信技術(shù)不斷演進，電子產(chǎn)品所配置的天線數(shù)量可能增 加。舉例來說，無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標準IEEE 802. Iln支援多輸入多輸出(Multi-input Multi-output, ΜΙΜΟ)通信技術(shù)，也就是說相關(guān)電子產(chǎn)品可通過多組天線同步收發(fā)無線信 號，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，進而有效提升無線通信系統(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)中的每一天線均具有固定極化方向，而無法根據(jù)系 統(tǒng)需求進行調(diào)整，以致可能會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線通信系統(tǒng)的圓極 化天線。本發(fā)明公開一種圓極化天線，用于一多輸入多輸出的無線通信系統(tǒng)。該圓極化天 線包括一第一基板、一第二基板、一第一線性極化天線及一第二線性極化天線。該第二基板 垂直形成在該第一基板上。該第一線性極化天線形成在該第一基板上，用來根據(jù)一第一饋 入信號，產(chǎn)生具有一第一極化方向的輻射電場。該第二線性極化天線形成在該第二基板上， 與該第一線性極化天線具有相同架構(gòu)，用來根據(jù)一第二饋入信號，產(chǎn)生具有一第二極化方 向的輻射電場。其中，該第一極化方向及該第二極化方向系正交，而該第一饋入信號及該第 二饋入信號為具有一特定相位差的相同饋入信號。


圖1說明了本發(fā)明圓極化天線的設(shè)計概念。圖2為本發(fā)明實施例一圓極化天線的示意圖。
圖3為圖2中的圓極化天線的反射系數(shù)圖。圖4為圖2中的圓極化天線的耦合系數(shù)圖。圖5A到圖5D為圖2中的圓極化天線的天線增益圖。圖6A到圖6B為圖2中的圓極化天線的軸比例圖。主要元件符號說明10,20 圓極化天線11,23 水平極化天線12、24 垂直極化天線13、21 水平基板22垂直基板FEDU FED2 饋入端DRVU DRV2 驅(qū)動器DIRU DIR2 引向器REFU REF2 反射器25結(jié)合機構(gòu)
具體實施例方式請參考圖1，圖1說明了本發(fā)明一圓極化天線10的設(shè)計概念。圓極化天線10可用 于一多輸入多輸出的無線通信系統(tǒng)，如符合IEEE 802. Iln標準的無線通信系統(tǒng)，但不以此 為限，用來進行無線信號的同步收發(fā)。如圖1所示，圓極化天線10包括一水平極化天線11 及一垂直極化天線12。水平極化天線11及垂直極化天線12可借由兩支相同的線性極化天 線實現(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11及垂直極化天線12可分別用來提供能量相同的一水平極化(Horizontal Polarization)輻射電場及一垂直極化(Vertical Polarization)輻射電場。在此情形下， 將具有一特定相位差的信號分別饋入水平極化天線11及垂直極化天線12，即可產(chǎn)生一圓 極化的輻射電場。詳細來說，本發(fā)明圓極化天線10可根據(jù)信號饋入方式，提供兩種形式的圓極化輻 射電場，以滿足無線通信系統(tǒng)的需求。舉例來說，若饋入信號的大小相同，且水平極化天 線11的饋入信號領(lǐng)先垂直極化天線12的饋入信號九十度相位差，則可產(chǎn)生一左手圓極化 (Left-Hand Circular Polarization)的輻射電場；而若水平極化天線11的饋入信號落后 垂直極化天線12的饋入信號九十度相位差，則可產(chǎn)生一右手圓極化O^ight-Hand Circular Polarization)的福射電場。當然，本發(fā)明圓極化天線10亦可根據(jù)實際需求，調(diào)整饋入信號的輸入方式， 而產(chǎn)生各種極化方向的輻射電場，例如水平極化、垂直極化或橢圓極化(Elliptical Polarization)等等。如此相對應(yīng)變化亦屬本發(fā)明的范圍。舉例來說，若僅對水平極化天線 11饋入信號，而不對垂直極化天線12饋入任何信號，則圓極化天線10將會產(chǎn)生一水平極化 輻射電場；同樣地，若僅對垂直極化天線12饋入信號，而不對水平極化天線11饋入任何信 號，則圓極化天線10將會產(chǎn)生一垂直極化電場。此外，若適當?shù)卣{(diào)整水平極化天線11及垂 直極化天線12的饋入信號的相位及大小，則可產(chǎn)生各種線性極化或橢圓極化的輻射電場。
請注意，上述水平極化天線11及垂直極化天線12可借由任意形式的線性極化 天線實現(xiàn)。然而，為了滿足多輸入多輸出系統(tǒng)中單一天線高增益及多頻帶的需求，本發(fā)明 在以下實施例中提供一以印刷式雙頻指向性天線，例如一印刷式雙頻八木天線Wagi-Uda Antenna)，實現(xiàn)的圓極化天線，以提升極化匹配并改善傳輸效率。請參考圖2，圖2為本發(fā)明實施例一圓極化天線20的示意圖。圓極化天線20包括 一水平基板21、一垂直基板22、一水平極化天線23及一垂直極化天線M。水平基板21及 垂直基板22分別由一 FR4玻璃纖維雙層板實現(xiàn)，以正交方式互相結(jié)合。水平極化天線23及 垂直極化天線M則分別形成在水平基板21及垂直基板22的兩金屬層中，用來產(chǎn)生水平極 化電場及垂直極化電場。在本發(fā)明實施例中，水平極化天線23及垂直極化天線M分別由 一印刷式雙頻八木天線實現(xiàn)，其包括饋入端FEDl及FED2、驅(qū)動器DRVl及DRV2、引向器DIRl 及DIR2，以及反射器REFl及REF2。饋入端FEDl及FED2用來接收具有一特定相位差的相同饋入信號。驅(qū)動器DRVl 及DRV2各別由兩支不同操作頻率的偶極天線組成，用來提供兩個頻帶的輻射場型。引向器 DIRl及DIR2用來將驅(qū)動器DRVl及DRV2產(chǎn)生的輻射場型往+Y軸方向牽引。反射器REFl 及REF2耦接到一系統(tǒng)地端，則用來將驅(qū)動器DRVl及DRV2產(chǎn)生的輻射場型往+Y軸方向反 射。如此一來，雙頻印刷式八木天線可在同一平面提供高指向性的天線輻射場場型。關(guān)于 印刷式雙頻八木天線的作法，可參考中國臺灣專利申請第098135250號《雙頻印刷式八木 天線》的說明，在此不多加贅述。在本發(fā)明實施例中，圓極化天線20還包括一結(jié)合機構(gòu)25，用來將水平基板21及垂 直基板22作正交結(jié)合。舉例來說，結(jié)合機構(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的一插件實現(xiàn)，而不限于此。此外，本發(fā)明實施例更可將垂直基板22的板長 加長，例如5毫米(mm)，以防止兩天線的火線與地線短路在一起。在此情形下，若適當調(diào)整圓極化天線20的輻射體的尺寸，而將圓極化天線20應(yīng)用 于符合IEEE 802. 11標準的一雙頻(約2. 4GHz及5. 12GHz)無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，水平極 化天線23的整體尺寸大小約為50mmX50mmX 1. 6mm，垂直極化天線M的整體尺寸大小約 為50mmX55mmXl. 6mm，而結(jié)合機構(gòu)25的尺寸約為15mmX IOmmX 1. 6mm。關(guān)于圓極化天線 20的天線特性模擬結(jié)果，請參考圖3至圖6。圖3為圓極化天線20的反射系數(shù)圖，圖4為 圓極化天線20的耦合系數(shù)(Coupling Coefficient)圖，圖5A至圖5D為圓極化天線20的 天線增益圖，而圖6A及圖6B則為圓極化天線20的軸比例(Axial Ratio)圖。如圖3所示，若以-IOdB為基準，圓極化天線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主體，而產(chǎn)生不錯的輻射效果。圖4說明了水平極化天線23及垂直極化天線M之間的耦合系數(shù)，其繪制方式為 令垂直極化天線M為信號輸出端，而水平極化天線23為信號輸入端，借由量測或模擬由水 平極化天線23傳輸(耦合)至垂直極化天線M的能量比例而獲得。由于兩支天線的極化 方向為正交，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20的天線輻射場型均具 有優(yōu)異的指向性。此外，相較于在平面上實現(xiàn)的雙頻印刷式八木天線，本發(fā)明實施例的圓極 化天線20具有更強的輻射場指向性及更高的天線增益。
最后，圖6A及6B圖分別說明了圓極化天線20在高頻帶與低頻帶的軸比例。在圖 6A中，虛線代表2. 4GHZ，實線代表2. 45GHz，而點線代表2. 5GHZ ；在圖6B中，虛線代表5GHZ， 實線代表5. 5GHz，而點線代表5. 8GHZ。如圖所示，圓極化天線20在具有指向性的方向上都 具有足夠低的軸向比例，而能提供不錯的圓極化輻射場型。綜上所述，本發(fā)明借由將兩支相同的線性極化天線做正交結(jié)合，而實現(xiàn)一種用于 多輸入多輸出系統(tǒng)的圓極化天線。除此之外，本發(fā)明圓極化天線可根據(jù)饋入信號的輸入方 式，產(chǎn)生各種極化方向的輻射電場，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，用于一多輸入多輸出的無線通信系統(tǒng)，包括一第一基板；一第二基板，垂直形成在該第一基板上；一第一線性極化天線，形成在該第一基板上，用來根據(jù)一第一饋入信號，產(chǎn)生具有一第 一極化方向的輻射電場；以及一第二線性極化天線，形成在該第二基板上，與該第一線性極化天線具有相同架構(gòu)，用 來根據(jù)一第二饋入信號，產(chǎn)生具有一第二極化方向的輻射電場；其中，該第一極化方向與該第二極化方向正交，且該第一饋入信號及該第二饋入信號 為具有一特定相位差的相同饋入信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線，其中該第一饋入信號領(lǐng)先該第二饋入信號九十 度相位差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線，其中該第一饋入信號落后該第二饋入信號九十 度相位差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線，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)合機構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線，其中該第一線性極化天線及該第二線性極化天 線為一印刷式雙頻指向性天線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圓極化天線，其中該第一線性極化天線及該第二線性極化天 線為一印刷式雙頻八木天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓極化天線，其中該第一線性極化天線及該第二線性極化天 線各包括一饋入端、一驅(qū)動器、一引向器及一反射器，該第一線性極化天線的該饋入端用來 接收該第一饋入信號，該第二線性極化天線的該饋入端用來接收該第二饋入信號，該第一 線性極化天線及該第二線性極化天線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，其中該第一線性極化天線及該第二線性極化天線具有指向一第三方向的輻射場型，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，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，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)明公開一種圓極化天線，用于一多輸入多輸出的無線通信系統(tǒng)，其包括一第一基板、一第二基板、一第一線性極化天線及一第二線性極化天線。該第二基板垂直形成在該第一基板上。該第一線性極化天線形成在該第一基板上，用來根據(jù)一第一饋入信號，產(chǎn)生具有一第一極化方向的輻射電場。該第二線性極化天線形成在該第二基板上，與該第一線性極化天線具有相同架構(gòu)，用來根據(jù)一第二饋入信號，產(chǎn)生具有一第二極化方向的輻射電場。其中，該第一極化方向及該第二極化方向為正交，而該第一饋入信號及該第二饋入信號為具有一特定相位差的相同饋入信號。
文檔編號H01Q1/24GK102055064SQ200910209708
公開日2011年5月11日 申請日期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 申請人:雷凌科技股份有限公司