辐射场型隔离器及天线系统与使用该天线系统的通讯装置的制作方法

专利名称：辐射场型隔离器及天线系统与使用该天线系统的通讯装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于辐射场型隔离器，且特别是有关于一种辐射场型隔离器及其天线 系统与使用此系统的通讯装置。
背景技术：
目前无线通讯系统普遍采用多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, 简称为ΜΙΜΟ)的无线传输技术，例如，使用IEEE 802. Iln的无线通讯系统或使用IEEE 802. 16 通讯协议的全球互通微波存取(Worldwide Interoperability for Microwave Access，简称为WiMAX)系统，由增加无线信道的数目来提升数据传输速率。但是，为了达 到MIMO技术的功效，客户端的通讯装置也须具有多支天线。若是通讯装置内部的多支天线 之间的间隔距离过小，则在多支天线发射或接收无线讯号的电磁波时，会产生无线讯号相 互耦合的状况，使得多支天线之间的隔离度降低，进而减少总体无线信道容量。因此，有效 增加多支天线之间的隔离度对使用MIMO技术或具有多支天线的通讯装置来说是相当重要 的。传统上采用以下几个方法来增加多支天线之间的隔离度。首先，可以采取拉大天 线间距的方法。但是对于手持通讯装置或体积小的通讯装置，例如行动电话、卫星导航装 置、笔记型计算机或个人数据处理装置来说，此方法需要较多空间。另外，可以使用具有不 同极化或场型的多支天线。但是在手持通讯装置或体积小的通讯装置上，可能较难达到单 纯的极化或明确的场型。再者，可以使用混合耦合器(hybrid coupler)来进行无线讯号的 分集(diversity)。然后，还可以使用单一隔离结构例如被动式天线。此外，也可以使用周 期性隔离结构。但是，通常此方法可能会造成频宽较窄。

发明内容
本发明的目的是提供一种辐射场型隔离器及天线系统与使用该天线系统的通讯
直ο为实现上述目的，本发明提供一辐射场型隔离器示范实施例。上述辐射场型隔离 器包括介质基板与多个辐射场型隔离单元。介质基板设置于多个天线之间，包括上表面与 下表面，并且介质基板的法线方向实质上与上述天线所辐射的电磁波的传播方向垂直。此 外，上述辐射场型隔离单元设置于介质基板的上表面或下表面，或者同时设置于上表面与 下表面。本发明另提供一多天线系统示范实施例。上述多天线系统包括至少二天线与至少 一辐射场型隔离器。上述二天线具有相同操作频带，上述二天线为微带天线，且每一天线包 括辐射导体，导体接地面与馈入源。上述辐射场型隔离器，设置于上述二天线的中间，包括 多个辐射场型隔离单元与介质基板。上述辐射场型隔离单元设置于介质基板的上表面或下 表面，或者同时设置于介质基板的上表面与下表面。本发明再提供一通讯装置示范实施例。上述通讯装置包括多天线系统、至少一辐射场型隔离器与无线通讯单元。上述多天线系统，用以接收与发送多个无线信号。另外，辐 射场型隔离器，设置于上述多天线系统中，包括多个辐射场型隔离单元与介质基板。再者， 上述辐射场型隔离单元设置于介质基板的上表面或下表面，或者同时设置于介质基板的上 表面与下表面。此外，上述无线通讯单元处理无线信号。本发明另提供一辐射场型隔离器示范实施例。上述辐射场型隔离器包括介质基 板、树枝状隔离单元与辐射场型隔离单元。介质基板设置于多个天线之间，介质基板包括上 表面与下表面，并且介质基板的法线方向实质上与上述天线所辐射的电磁波的传播方向垂 直。上述树枝状隔离单元设置于介质基板的上表面或下表面。上述辐射场型隔离单元设置 于介质基板的上表面或下表面。本发明另提供一多天线系统示范实施例。上述多天线系统包括至少二天线与至少 一辐射场型隔离器。上述二天线具有相同操作频带，上述二天线为微带天线，且每一天线包 括辐射导体，导体接地面与馈入源。上述辐射场型隔离器，设置于上述二天线的中间，包括 树枝状隔离单元、多个辐射场型隔离单元与介质基板。上述树枝状隔离单元设置于介质基 板的上表面或下表面，并且上述树枝状隔离单元与上述导体接地面连接或以电容式/电感 式耦合进行电性的连结。


图1是根据第一示范实施例所绘示多天线系统的结构的示意图。图2是根据第一示范实施例所绘示辐射场型隔离器的结构的示意图。图3是根据第一示范实施例所绘示多天线系统返回损失及耦合系数的示意图。图4是根据第一示范实施例所绘示多天线系统的一天线的辐射场型特性的示意 图。图5是根据第一示范实施例所绘示多天线系统的另一天线的辐射场型特性的示 意图。图6是根据第二示范实施例所绘示多天线系统的结构的示意图。图7是根据第二示范实施例所绘示辐射场型隔离器的结构的示意图。图8是根据第三示范实施例所绘示辐射场型隔离器的结构的示意图。图9是根据第四示范实施例所绘示辐射场型隔离器的结构的示意图。图10是根据第五示范实施例所绘示辐射场型隔离器的结构的示意图。图11是根据第六示范实施例所绘示辐射场型隔离器的结构的示意图。图12是根据第七示范实施例所绘示辐射场型隔离器的结构的示意图。图13是根据示范实施例所绘示使用的三种多天线系统的结构的示意图。图14是图13中三种多天线系统的隔离度特性的示意图。图15是根据第八示范实施例所绘示多天线系统的结构的示意图。图16是根据第八示范实施例所绘示多天线系统的返回损失及耦合系数的示意 图。图17是根据第九示范实施例所绘示使用多天线系统的通讯装置的系统方块图。附图中主要组件符号说明111、231、741、831、931、1031、1231 导体接地面
112、22、700、612、1512、1716 辐射场型隔离器121 第一微带传输线122:第二微带传输线131 第一辐射导体132 第二辐射导体141 第一馈入源142 第二馈入源241、751、841、941、1041、1141、1241、1541242、752、842、942、1042、1142、1242、1542251、761、861、951、1051、1151、1251、1551261、771、862、961、1061、1161、1261、1561262、772、862、962、1062、1162、1262、1562762、1152 第六辐射场型隔离单元310 第一辐射导体131的返回损失320 第二辐射导体132的返回损失330 第一辐射导体131与第二辐射导体132之间的耦合系数410 第一辐射导体131所辐射的电磁波经过辐射场型隔离器112改变场型后所呈 现的辐射场型510:第二辐射导体132所辐射的电磁波经过辐射场型隔离器112改变场型后所呈 现的辐射场型1310、1320、1330、1500、1710 多天线系统1410、1420、1430 隔离度特性曲线1570 数枝状结构单元1610 第一辐射导体131的返回损失1620 第一辐射导体131与第二辐射导体1630 第二辐射导体132的返回损失1640 第一辐射导体131或第二辐射导体1650 第一辐射导体131与第二辐射导体1712、1714 天线单元1720 无线通讯单元1722 处理器1724:内存模块1726 无线收发单元
具体实施例方式以下特举示范实施例，并配合附图作详细说明，以让上述特征和优点能更明显易懂。现在将详细参照所描述的示范实施例，所述的示范实施例多绘示于附图中，附带 一提的是，整个附图中相同的参考标记用于表示相同或相似的组件。第一辐射场型隔离单元 第二辐射场型隔离单元 第三辐射场型隔离单元 第四辐射场型隔离单元 第五辐射场型隔离单元
132之间的耦合系数
132的返回损失 132之间的耦合系数
9
本发明提供了一辐射场型隔离器与一具有此辐射场型隔离器的多天线系统示范 实施例，以及一种具有此多天线系统的通讯装置。其中，在示范实施例中，此种辐射场型隔 离器具有宽带特性。除此之外，下述的所有示范实施例仅是用以说明，并非用以限定本发 明。首先请参照图1，图1是根据第一示范实施例所绘示多天线系统100的结构的示 意图。多天线系统100适用于多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，简称为 ΜΙΜΟ)通讯装置或具有多个高频天线单元的通讯装置。上述的多天线系统100包括导体接 地面111、辐射场型隔离器112、第一微带传输线121、第二微带传输线122、第一辐射导体 131、第二辐射导体132、第一馈入源141与第二馈入源142。在第一示范实施例中假设通讯装置(未绘示)已经预先将射频讯号分开成第一射 频讯号(未绘示)与第二射频讯号(未绘示)，且将第一射频讯号与第二射频讯号由第一馈 入源141与第二馈入源142馈入多天线系统100中。换言之，第一射频讯号与第二射频讯 号会被分别馈入多天线系统100的第一微带传输线121与第二微带传输线122。而第一微 带传输线121与第二微带传输线122分别传导第一射频讯号与第二射频讯号至第一辐射导 体131与第二辐射导体132进行发射。换言之，第一辐射导体131与第二辐射导体132为 多天线系统100的天线。相反地，当第一辐射导体131与第二辐射导体132接收到射频讯号(未绘示)时， 第一辐射导体131与第二辐射导体132会分别将已接收射频讯号传导至第一微带传输线 121与第二微带传输线122。然后，第一微带传输线121与第二微带传输线122上的已接收 射频讯号由第一馈入源141与第二馈入源142传导至通讯装置的其它模块或其它单元(未 绘示)进行讯号处理(未绘示)。请参照图1，多天线系统100的导体接地面111提供多天线系统100的辐射场型 隔离器112、第一微带传输线121、第二微带传输线122、第一辐射导体131与第二辐射导体 132的接地参考电压。另外，第一微带传输线121与第二微带传输线122分别设置于辐射场 型隔离器112的两侧。同时，第一辐射导体131与第二辐射导体132分别设置于辐射场型 隔离器112的两侧。辐射场型隔离器112改变第一辐射导体131与第二辐射导体132所辐 射的电磁波的场型，并因此降低第一辐射导体131与第二辐射导体132之间的耦合。图3是根据第一示范实施例所绘示多天线系统100的返回损失及耦合系数的示意 图。在此须说明的是，图3绘示在多天线系统100经过辐射场型隔离器112降低第一辐射 导体131与第二辐射导体132之间的耦合后，第一辐射导体131与第二辐射导体132各自 的返回损失及两个天线间的耦合系数。请参照图3，图3的曲线310代表第一辐射导体131 的返回损失；图3的曲线320代表第二辐射导体132的返回损失；而图3的曲线330代表第 一辐射导体131与第二辐射导体132之间的耦合系数。图4是根据第一示范实施例所绘示多天线系统100的一天线的辐射场型特性的示 意图。请参照图4，图4的曲线410是多天线系统100的第一辐射导体131 (亦即，第一天 线)所辐射的电磁波经过辐射场型隔离器112改变场型后，所呈现的辐射场型。图5是根据第一示范实施例所绘示多天线系统100的另一天线的辐射场型特性的 示意图。请参照图5，图5的曲线510是多天线系统100的第二辐射导体132 (亦即，第二天 线)所辐射的电磁波经过辐射场型隔离器112改变场型后，所呈现的辐射场型。另外，请同时参照图4与图5，图4中右边的电磁波辐射场型较弱(此即第一辐射导体131的电磁波经 过辐射场型隔离器112改变场型的结果)，而图5左边的电磁波辐射场型较弱(此即第二辐 射导体132的电磁波经过辐射场型隔离器112改变场型的结果)。如此，可以看出第一辐射 导体131的电磁波与第二辐射导体132的电磁波的信号交互耦合的量不大。此外，可以看 出辐射场型隔离器112降低了第一辐射导体131与第二辐射导体132互相耦合的现象。图6是根据第二示范实施例所绘示多天线系统600的结构的示意图。请参照图1 与图6，多天线系统600与多天线系统100唯一不同的地方是，辐射场型隔离器612的内部 结构与图1辐射场型隔离器112的内部结构不同。多天线系统600的其它组件与多天线系 统100的相同，故在此不再重述。介绍完多天线系统100的各组件与多天线系统600后，以下将以图2、图7至图12 对辐射场型隔离器112与其它类型的辐射场型隔离器作进一步的说明。请参照图2，图2是根据第一示范实施例所绘示辐射场型隔离器200的结构的示意 图。图2也是图1中辐射场型隔离器112的放大示意图。请参照图2，辐射场型隔离器200包括介质基板231、第一辐射场型隔离单元241、 第二辐射场型隔离单元242、第三辐射场型隔离单元251、第四辐射场型隔离单元261与第 五辐射场型隔离单元262。请参照图1与图2，介质基板231，设置于多天线系统100的第一辐射导体131与 第二辐射导体132欲隔离电磁波的辐射能量的路径上。介质基板231包括上表面与下表 面，并且介质基板231的法线(如图2)方向实质上垂直于第一辐射导体131与第二辐射导 体132所辐射的电磁波的一个传播方向。举例说明，第一辐射导体131与第二辐射导体132 所辐射的电磁波的传播方向包括由第一辐射导体131向第二辐射导体132辐射的一传播方 向，以及由第二辐射导体132向第一辐射导体131辐射的另一传播方向。介质基板231的 法线方向实质上皆垂直于上述两个传播方向。请参照图2，第一辐射场型隔离单元241、第二辐射场型隔离单元242、第三辐射场 型隔离单元251、第四辐射场型隔离单元261与第五辐射场型隔离单元262皆为辐射场型隔 离器200的辐射场型隔离单元。第一辐射场型隔离单元241、第二辐射场型隔离单元242、 第三辐射场型隔离单元251、第四辐射场型隔离单元261与第五辐射场型隔离单元262可以 分别设置于介质基板231的上表面或下表面，或者同时设置于介质基板231的上表面与下 表面。请参照图1与图2，每一辐射场型隔离单元由非封闭的一曲折线条(meadnering line)或一蜿蜒状线条所构成的。在以下各示范实施例中，上述的曲折线条是以导体形成 的，譬如金属等等。另外，在其它示范实施例中，每一辐射场型隔离单元也可以由非封闭的 一螺旋(spiral)线条所构成的。每一辐射场型隔离单元的曲折线条的总长度为天线(亦 即，第一辐射导体131与第二辐射导体132)所欲隔离的电磁波在自由空间中的波长的0. 1 倍至0. 5倍，使得每一辐射场型隔离单元的共振频率接近上述的电磁波的频率。另外，每一 辐射场型隔离单元的曲折线条的几何图形相类似但不完全相同，使得这些辐射场型隔离器 单元的共振频率彼此之间有些许差异，进而使得这些辐射场型隔离器单元在依照一个特定 排列形状配对排列时，可以达到隔离电磁波的效果。此外，任意两个辐射场型隔离单元，例 如，第一辐射场型隔离单元241与第二辐射场型隔离单元242，这两个辐射场型隔离单元之
11间之间隔距离小于所欲隔离电磁波在自由空间中的波长的0. 1倍。在第一示范实施例中，每一辐射场型隔离单元是由一体成型的曲折线条或蜿蜒状 线条所实作的。但并不限定于此，在其它示范实施例中，每一辐射场型隔离单元也可以由多 个线段所构成的曲折线条、蜿蜒状线条或螺旋线条所实作的。另外，在其它示范实施例中， 当辐射场型隔离器是以多层板方式实作时，辐射场型隔离器中的每一辐射场型隔离单元可 以实作在同一层上面，或者，辐射场型隔离器中的每一辐射场型隔离单元还可以实作在不 同层上面。请继续参照图1与图2，在辐射场型隔离器200的两侧的每一辐射场型隔离单元 的开口朝向邻近天线的辐射导体。举例说明，辐射场型隔离器200的一侧的辐射场型隔离 单元如第一辐射场型隔离单元241与第二辐射场型隔离单元242的开口皆朝向多天线系统 100的第一辐射导体131。相类似地，辐射场型隔离器200的另一侧的辐射场型隔离单元如 第四辐射场型隔离单元261与第五辐射场型隔离单元262的开口皆朝向多天线系统100的 第二辐射导体132。在第一示范实施例中，不在辐射场型隔离器200两侧的辐射场型隔离单元的开口 可以朝向任意一方向。举例说明，辐射场型隔离器200的第三辐射场型隔离单元251不在 辐射场型隔离器200的两侧，是故，第三辐射场型隔离单元251可以朝向多天线系统100的 第一辐射导体131或朝向多天线系统100的第二辐射导体132。在第一示范实施例中，每一辐射场型隔离单元的曲折线条的总长度为可变动的。 每一辐射场型隔离单元的曲折线条的总长度可以依照多天线系统100的设计需要作调整， 曲折线条的总长度并非限定在固定的长度。另外，每一辐射场型隔离单元的曲折线条的绕 入部分为复数次弯曲。举例说明，请参照图2，第一辐射场型隔离单元241有至少四次弯曲。 再者，每一辐射场型隔离单元的曲折线条的绕入部分的一端长度可以自由曲折前进。举例 说明，请参照图2，第一辐射场型隔离单元241最内部的一端2411的长度可以在一个预设范 围内增加或减少，只要第一辐射场型隔离单元241的总长度维持为天线所欲隔离的电磁波 在自由空间中的波长的0. 1倍至0. 5倍。在第一示范实施例中，不在辐射场型隔离器两侧的每一辐射场型隔离单元可以沿 着一列的方向作位置变动。举例说明，请参照图1与图2，辐射场型隔离器200的第三辐射 场型隔离单元251可以在其所在的第二列中，沿着平行于多天线系统的第一辐射导体131 与第二辐射导体132的一个方向作位置变动。换言之，辐射场型隔离器200的第三辐射场 型隔离单元251可以经位置变动后，设置在第二辐射场型隔离单元242与第五辐射场型隔 离单元262的中间。辐射场型隔离器200包括至少二行辐射场型隔离单元与至少二列辐射场型隔离 单元。在其它实施例中，辐射场型隔离器亦可以包括二列以上的辐射场型隔离单元或二行 以上辐射场型隔离单元。另外，在此值得一提的是，辐射场型隔离器的辐射场型隔离单元的 列数增加时，此辐射场型隔离器的隔离频宽与隔离度皆增力卩。简言之，辐射场型隔离器内的 辐射场型隔离单元的数目、排列方式与绕线方式等皆可不受限定。辐射场型隔离器200的一行中辐射场型隔离单元的个数总合大于或等于另一行 中辐射场型隔离单元的个数总合。举例说明，辐射场型隔离器200的第一行(在第一辐射 场型隔离单元241、第三辐射场型隔离单元251与第四辐射场型隔离单元261的同一行)的辐射场型隔离单元的个数总合为3。而辐射场型隔离器200的第二列(在第二辐射场型隔 离单元242与第五辐射场型隔离单元262的同一行)的辐射场型隔离单元的个数总合为2。 如此可以看出，辐射场型隔离器200的第一行中辐射场型隔离单元的个数总合大于第二列 中辐射场型隔离单元的个数总合。然而以上所述并非用以限定可实施方式，在其它示范实 施例还可以包括其它类型的辐射场型隔离器，其中这些辐射场型隔离器的一列中辐射场型 隔离单元的个数总合大于或等于另一行中辐射场型隔离单元的个数总合。图7是根据第二示范实施例所绘示辐射场型隔离器700的结构的示意图。请参照 图6与图7，辐射场型隔离器700可以设置于图6中辐射场型隔离器612的位置。辐射场型 隔离器700包括介质基板741、第一辐射场型隔离单元751、第二辐射场型隔离单元752、第 三辐射场型隔离单元761、第四辐射场型隔离单元771、第五辐射场型隔离单元772与第六 辐射场型隔离单元762。请参照图2与图7，图7中的辐射场型隔离器700与图2中辐射场型隔离器112在 内部结构上不同，其中辐射场型隔离器700比辐射场型隔离器112多一个辐射场型隔离单 元，亦即，第六辐射场型隔离单元762。辐射场型隔离器700的每一行中辐射场型隔离单元 的个数总合等于其它列中辐射场型隔离单元的个数总合。辐射场型隔离器的内部结构并不限定于图2的辐射场型隔离器200与图7的辐射 场型隔离器700。以下用图8至图12来介绍其它可能的辐射场型隔离器的内部结构。请参 照图8，图8绘示第三示范实施例所绘示辐射场型隔离器800的结构的示意图。请参照图 8，辐射场型隔离器800除了介质基板831之外，还包括辐射场型隔离单元841、辐射场型隔 离单元842、辐射场型隔离单元861与辐射场型隔离单元862。辐射场型隔离器800的每一 辐射场型隔离单元类似于图2的辐射场型隔离器200中的第一辐射场型隔离单元241与第 三辐射场型隔离单元251被结合在一起，但是彼此不相等。因此，每一辐射场型隔离单元曲 折线条的折数比第一辐射场型隔离单元241的曲折线条的折数少。图9是根据第四示范实施例所绘示辐射场型隔离器900的结构的示意图。请参照 图8与图9，图9与图8的不同之处是，辐射场型隔离器900比辐射场型隔离器800多一行 辐射场型隔离单元。换言之，多了辐射场型隔离单元951设置于辐射场型隔离器900中。图10是根据第五示范实施例所绘示辐射场型隔离器的结构的示意图。请参照图 2、图9与图10，图9与图10的不同之处是，辐射场型隔离器1000将辐射场型隔离器900中 间一列的辐射场型隔离单元951置换为辐射场型隔离单元1051。此外，辐射场型隔离单元 1051与图2的第三辐射场型隔离单元相类似但与辐射场型隔离单元951相异较大。可实施方式并非限定于以上图2、图7至图10所绘示的直角曲折线条图案的辐射 场型隔离单元。以下将以图11与图12作非直角曲折线条的辐射场型隔离单元进行说明。图11是根据第六示范实施例所绘示辐射场型隔离器1100的结构的示意图。请参 照图7与图11，图11中辐射场型隔离器1100的辐射场型隔离单元的配对排列方式与图7 中辐射场型隔离700中的配对排列方式相似。但是，辐射场型隔离器1100的每一辐射场型 隔离单元的曲折线条为非直角的。图12是根据第七示范实施例所绘示辐射场型隔离器1200的结构的示意图。请参 照图2与图12，图12中辐射场型隔离器1200的辐射场型隔离单元的配对排列方式与图2 中辐射场型隔离200中的配对排列方式相似。但是，辐射场型隔离器1200的每一辐射场型
13隔离单元的曲折线条为非直角的。以上第一示范实施例至第七示范实施例所提到的辐射场 型隔离单元曲折线条的图案，并非限定于此些。在其它示范实施例中，辐射场型隔离单元曲 折线条的图案还可以是其它种类的曲折线条。在上述的各示范实施例中，辐射场型隔离器中的辐射场型隔离单元可以用超颖材 料(meta-matrials)来实现或构成，其中，超颖材料的介电系数(permittivity)与导磁系 数(permeability)的其中之一为负值，所以此种超颖材料又被称为单负材料。因为此单负 材料的传播常数为虚数，当应用单负材料制作的辐射场型隔离单元与天线平行摆放时，将 导致电磁波在单一方向上出现隔离效果。另外，上述的单负材料应用在辐射场型隔离器时， 可以与天线平行摆放，且可以采用全平面设计。因此，单负材料应用在辐射场型隔离器时， 可同时减少天线需要的高度与面积，进而将天线距离缩短至所欲隔离的电磁波在自由空间 中的波长的0. 18倍。此外，上述的单负材料应用在辐射场型隔离器，还可以用一般印刷电 路板工艺来实现，其中印刷电路板工艺可以包括单层或多层板的结构。请参照图2、图7与图13，图13是根据示范实施例所绘示使用的三种多天线系统 的结构的示意图。图13中的多天线系统1310包括图7中的辐射场型隔离器700，而多天线 系统1330包括图7中的辐射场型隔离器200。另外，图13中多天线系统1320的辐射场型 隔离器1322类似将辐射场型隔离器700中间一列的辐射场型隔离单元移除，并仅留下紧邻 天线(或辐射导体)的两列辐射场型隔离单元。此外，辐射场型隔离器1322的两行辐射场 型隔离单元之间之间隔距离为至少一列辐射场型隔离单元的宽度。请参照图13与图14，图14是图13中三种多天线系统中辐射场型隔离器的隔离 度特性的示意图。图14为多天线系统1310、多天线系统1320与多天线系统1330经过在 1. 8GHz至3. 2GHz的频带中实验所表现的隔离度特性。要说明的是，这里假设预期要隔离电 磁波的目标频率为2. 6GHz,以及-ISdB为隔离度的最低可接受的标准。在上述的假设状况 下，如图14所示的隔离度特性曲线1410可得知，多天线系统1410的辐射场型隔离器700 所表现的隔离度较不理想，因为在2. 6GHz这个频率上，辐射场型隔离器700所表现的隔离 度是三个辐射场型隔离器中最少的。另外，如图14所示的隔离度特性曲线1420可得知，多 天线系统1420的辐射场型隔离器1322所表现的隔离度可被接受，但是隔离频宽相对变窄。 此外，如图14所示的隔离度特性曲线1430可得知，多天线系统1330的辐射场型隔离器200 所表现的隔离度较为理想，因为辐射场型隔离器200的隔离度极大值较另二辐射场型隔离 器更明显，且隔离频宽最大。然而，图14所示的隔离度特性仅是一特殊环境下的示范例实 验结果，并非用以限定可实施方式。在不同的系统参数与环境因素下，可能辐射场型隔离器 700或辐射场型隔离器1322所表现的隔离度与隔离频宽会较辐射场型隔离器200更好。是 故，挑选多天线系统的辐射场型隔离器的结构应该根据无线通讯系统的需要来选择。图15是根据第八示范实施例所绘示多天线系统1500的结构的示意图。请参照图 6与图15，图15中多天线系统1500在导体接地面111的第一面上设置第一辐射导体131、 第二辐射导体132与辐射场型隔离器1512。辐射场型隔离器1512与辐射场型隔离器600 类似，辐射场型隔离器1512在导体接地面111的第一面上设置第一辐射导体131、第二辐 射导体132、第一辐射场型隔离单元1541、第二辐射场型隔离单元1542、第三辐射场型隔离 单元1551、第四辐射场型隔离单元1561与第五辐射场型隔离单元1562。在第八示范实施 例中，辐射场型隔离器1512的第一辐射导体131、第二辐射导体132、第一辐射场型隔离单
14元1541、第二辐射场型隔离单元1542、第三辐射场型隔离单元1551、第四辐射场型隔离单 元1561与第五辐射场型隔离单元1562为设置在同一面上。图15是第二面(亦即，第一面 的相反面)的俯视图，是故以上这些组件在图15中以虚线代表。辐射场型隔离器1512与 辐射场型隔离器600不同的地方是，辐射场型隔离器1512在导体接地面111的第二面上设 置一个树枝状结构单元1570。在第八示范实施例中，树枝状结构单元1570是一个T型结构单元，且此T型结构 单元可以包括第一部分(即A点、B点与C点所构成的一直线部分)与第二部分(即C点与 D点所构成的一直线部分)，其中第一部分与第二部分在C点连接。在第八示范实施例中， 树枝状结构单元1570的第一部份的长度不超过辐射场型隔离器1512的两侧边界，且第一 部份的一半长度为6毫米(millimeters)。另外，树枝状结构单元1570可以由导体接地面 111延伸出来。换言之，树枝状结构单元1570还可以与导体接地面111连接。当树枝状结 构单元1570与上述各辐射场型隔离单元的超颖材料结构配合时，可以产生多个共振模态 (resonance modes)，进而产生较宽带的隔离效果。再者，树枝状结构单元1570会对多天线 系统1500的第一辐射导体131与第二辐射导体132所辐射的电磁波造成耦合量变化，因此 第三辐射场型隔离单元1551需要被设置于低于图15中A-B-C点所构成一联机的下方的位 置。但是不限定于此，在其它示范实施例中，树枝状结构单元依据其所在的辐射场型隔离器 的需要，还可以是一个近似T型的结构单元，或是一个近似Y型的结构单元。此外，在其它 示范实施例中，树枝状结构单元的长度可以为非6毫米的其它数值，且可以依据其所在的 辐射场型隔离器的需要来决定树枝状结构单元的长度。图16是根据第八示范实施例所绘示多天线系统1500的返回损失及耦合系数的示 意图。在此须说明的是，图16绘示在多天线系统1500经过辐射场型隔离器1512降低第一 辐射导体131与第二辐射导体132之间的耦合后，第一辐射导体131与第二辐射导体132各 自的返回损失及两个天线间的耦合系数。另外，图16也绘示多天线系统1500没有经过辐 射场型隔离器1512降低第一辐射导体131与第二辐射导体132之间的耦合时，第一辐射导 体131与第二辐射导体132各自的返回损失及两个天线间的耦合系数。请参照图16，图16 的曲线1610代表在辐射场型隔离器1512设置于多天线系统1500的情况下，第一辐射导体 131的返回损失；图3的曲线1620代表在辐射场型隔离器1512设置于多天线系统1500的 情况下，第一辐射导体131与第二辐射导体132之间的耦合系数；图3的曲线1630代表在 辐射场型隔离器1512设置于多天线系统1500的情况下，第二辐射导体132的返回损失；而 图16的曲线1640代表无任何辐射场型隔离器设置于多天线系统1500的情况下，第一辐射 导体131或第二辐射导体132的返回损失；而图16的曲线1650代表无任何辐射场型隔离 器设置于多天线系统1500的情况下，第一辐射导体131与第二辐射导体132之间的耦合系 数。另外，由比较图2、图14与图16可得知，辐射场型隔离器1512设置于多天线系统1500 所产生的隔离频宽可以比没有树枝状结构单元1570的多天线系统，例如，具有辐射场型隔 离器200的多天线系统1330的隔离频宽还大。此外，经过实际实验量测，辐射场型隔离器 1512设置于多天线系统1500时，可以增加19. 2%的隔离频宽。请参照图17，图17是根据第九示范实施例所绘示使用多天线系统的通讯装置 1700的系统方块图。通讯装置1700可以是一个MIMO通讯装置或具有多个高频天线单元的 通讯装置。请参照图15，通讯装置1700包括多天线系统1710与无线通讯单元1720。多天线系统1710接收与发送多个无线信号，而无线通讯单元1720处理这些接收到或将要发送 的无线信号。请参照图17，多天线系统1710包括天线单元1712、天线单元1714与辐射场型隔 离器1716。天线单元1712与天线单元1714可以包括，但不限定于上述的第一示范实施 例或第二示范实施例中所提到的微带传输线、辐射导体与馈入源。此外，辐射场型隔离器 1716可以是，但不限定于上述的第一示范实施例至第八示范实施例中所提到的辐射场型隔 离器。可实施方式并不限定于此，其它示范实施例中的多天线系统还可以包括超过二个天 线单元、以及超过一个辐射场型隔离器。请参照图17，无线通讯单元1720包括处理器1722、内存模块1724与无线收发单 元 1726。在第九示范实施例中，无线收发单元1726由多天线系统1710上传数据至无线接 取装置(未绘示)，以及由多天线系统1710从无线接取装置下载数据。另外，本领域技术人 员可以知道事实上无线收发单元1726包括，但不限定于信道编码器(未绘示)、通道译码器 (未绘示)、多任务器(未绘示)、解多任务器(未绘示)、数字模拟转换器(未绘示)、调变 器(未绘示)、解调变器(未绘示)与功率放大器(未绘示)。此外，无线收发单元1726所 上传与下载的数据包括由内存模块1724所储存的通讯协议的数据与一般数据。内存模块1724储存通讯协议的数据与一般数据。另外，内存模块1724还可储存 程序模块，藉由处理器1722执行所述的程序模块，处理器1722会与其连接的各组件完成程 序中之一或多个过程，其中，这些过程例如是通讯协议的程序、数据传输程序或操作系统的 程序等。内存模块1724可为一或多个内存装置，用以储存数据以及软件程序，且亦可例如 包括RAM、R0M、FLASH、磁性储存设备或光学数据储存设备中之一或多者。处理器1722可提 供为一或多个经组态(configure)以执行程序模块的处理器，并且处理通讯协议的数据与 控制无线收发单元1726。综上所述，所描述的示范实施例提供用于隔离高频电磁波的具有宽带特性的辐射 场型隔离器、使用所述的辐射场型隔离器的多天线系统以及使用所述的多天线系统的通讯 装置。此辐射场型隔离器与多天线搭配时，因其内部的多个辐射场型隔离单元的共振频率 接近电磁波的频率，且辐射场型隔离器单元的共振频率彼此之间有些许差异。因此，此辐射 场型隔离器具有宽带特性，可改变邻近天线所辐射的电磁波场型，还可以减少邻近天线的 耦合量以及降低所辐射的电磁波的相关性。
1权利要求
一种辐射场型隔离器，包括介质基板，设置于多个天线之间，其中该介质基板包括上表面与下表面，并且该介质基板的法线方向实质上与多个天线所辐射的多个电磁波的传播方向垂直；以及多个辐射场型隔离单元设置于该介质基板的该上表面或该下表面，或者同时设置于该上表面与该下表面。
2.如权利要求1所述的辐射场型隔离器，其中，该介质基板设置于欲隔离的多个电磁 波的辐射能量的路径上。
3.如权利要求1所述的辐射场型隔离器，其中，各多个辐射场型隔离单元由非封闭的 曲折线条或蜿蜒状线条所构成的，该曲折线条或该蜿蜒状线条是以导体形成的。
4.如权利要求3所述的辐射场型隔离器，其中，各多个辐射场型隔离单元的各该曲折 线条的总长度为所欲隔离的各该电磁波在自由空间中的波长的0. 1倍至0. 5倍，使得各多 个辐射场型隔离单元的共振频率接近各该电磁波的频率。
5.如权利要求4所述的辐射场型隔离器，其中，各多个辐射场型隔离单元的各该曲折 线条的几何图形相类似，使得各多个辐射场型隔离器单元的多个共振频率彼此之间有些许 差异，并且各多个辐射场型隔离器单元依照排列形状配对排列以隔离多个电磁波。
6.如权利要求5所述的辐射场型隔离器，其中，任意两个多个辐射场型隔离单元之间 的间隔距离小于各该电磁波在该自由空间中的该波长的0. 1倍。
7.如权利要求1所述的辐射场型隔离器，其中，该辐射场型隔离器的两侧的各多个辐 射场型隔离单元的开口朝向该邻近天线的辐射导体，并且非该辐射场型隔离器两侧的各多 个辐射场型隔离单元的该开口朝向任意方向。
8.如权利要求1所述的辐射场型隔离器，其中，该辐射场型隔离器包括至少二行多个 辐射场型隔离单元与至少二列多个辐射场型隔离单元；以及该辐射场型隔离器的一行中各多个辐射场型隔离单元的个数总和大于或等于另一行 中各多个辐射场型隔离单元的个数总和。
9.如权利要求3所述的辐射场型隔离器，其中，各该辐射场型隔离单元的各该曲折线 条的总长度为可变动的，并且各该辐射场型隔离单元的各该曲折线条的绕入部分为复数次 弯曲。
10.如权利要求3所述的辐射场型隔离器，其中，各多个辐射场型隔离单元的该曲折线 条的该绕入部分的一端长度可以自由曲折前进。
11.如权利要求7所述的辐射场型隔离器，其中，非该辐射场型隔离器的两侧的各多个 辐射场型隔离单元沿着一列的方向作位置变动。
12.如权利要求1所述的辐射场型隔离器，其中，各多个辐射场型隔离单元为超颖材料 所构成的。
13.一个多天线系统，该多天线系统包括至少二个天线，其中该二个天线具有相同操作频带，该二个天线为微带天线，且各该天 线包括辐射导体，导体接地面与馈入源；以及至少一个辐射场型隔离器，设置于该二个天线的中间，包括多个辐射场型隔离单元与 介质基板，其中，各多个辐射场型隔离单元设置于该介质基板的上表面或下表面，或者同时 设置于该介质基板的该上表面与该下表面。
14.如权利要求13所述的多天线系统，其中，该至少一个辐射场型隔离器由至少四次 弯曲的曲折线条的该多个辐射场型隔离单元与介质基板所组成，其中，该介质基板的法线 方向实质上与该二个天线所辐射的多个电磁波的传播方向垂直。
15.如权利要求14所述的多天线系统，其中，各多个辐射场型隔离单元是由非封闭的 各该至少四次弯曲的曲折线条所构成的，各该至少四次弯曲的曲折线条的长度彼此不相 同，并且各该至少四次弯曲的曲折线条的几何图形不完全相同，使得各多个辐射场型隔离 器单元的多个共振频率彼此之间有些许差异。
16.如权利要求15所述的多天线系统，其中，该至少一个辐射场型隔离器包括至少二 行多个辐射场型隔离单元与至少二列多个辐射场型隔离单元，并且当各多个辐射场型隔离 单元的行数增加时，该至少一个辐射场型隔离器的隔离频宽增加。
17.如权利要求13所述的多天线系统，其中，该至少一个辐射场型隔离器与多个天线 華禹合；该至少一个辐射场型隔离器改变多个天线所辐射的多个电磁波的场型；以及该至少一个辐射场型隔离器降低多个天线之间的耦合。
18.如权利要求13所述的多天线系统，其中，该至少一个辐射场型隔离器的一行中多 个辐射场型隔离单元的个数总合大于或等于另一行中多个辐射场型隔离单元的个数总合。
19.如权利要求15所述的多天线系统，其中，各多个辐射场型隔离单元的各该至少四 次弯曲的曲折线条的总长度为所欲隔离的该电磁波在自由空间中的波长的0. 1倍至0. 5 倍，使得各多个辐射场型隔离单元的共振频率接近各该电磁波的频率。
20.如权利要求13所述的多天线系统，其中，适用于多输入多输出通讯装置或具有多 个高频天线单元的通讯装置。
21.如权利要求13所述的多天线系统，其中，各多个辐射场型隔离单元为超颖材料所 构成的。
22.—种通讯装置，该通讯装置包括多天线系统，用以接收与发送多个无线信号；至少一个辐射场型隔离器，设置于该多天线系统中，包括多个辐射场型隔离单元与介 质基板，其中，各多个辐射场型隔离单元设置于该介质基板的上表面或下表面，或者同时设 置于该介质基板的该上表面与该下表面；以及无线通讯单元，用以处理多个无线信号。
23.如权利要求22所述的通讯装置，其中，该多天线系统包括至少二个天线，其中，该 二个天线具有相同操作频带，该二个天线为微带天线，并且各该天线包括辐射导体，导体接 地面与馈入源。
24.如权利要求22所述的通讯装置，其中，该至少一个辐射场型隔离器由至少四次弯 曲的曲折线条的该多个辐射场型隔离单元与介质基板所组成；各多个辐射场型隔离单元是由非封闭的各该至少四次弯曲的曲折线条所构成的；各多个辐射场型隔离单元的各该至少四次弯曲的曲折线条的长度彼此不相同；以及各多个辐射场型隔离单元的各该至少四次弯曲的曲折线条的几何图形不完全相同，使 得各多个辐射场型隔离器单元的多个共振频率彼此之间有些许差异。
25.如权利要求22所述的通讯装置，其中，该无线通讯单元包括处理器，处理程序模块与通讯协议的数据；内存模块，储存该程序模块、该通讯协议的该数据与一般数据；以及无线收发单元，由多天线系统以传送该处理器所处理的该数据到无线接取点，或由多 天线系统自该无线接取点接收该数据。
26.如权利要求22所述的通讯装置，其中，该至少一个辐射场型隔离器改变多个天线 所辐射之电磁波的场型，该至少一个辐射场型隔离器与多个天线耦合，并且该至少一个辐 射场型隔离器降低多个天线之间的耦合。
27.如权利要求22所述的通讯装置，其中，该至少一个辐射场型隔离器的一行中多个 辐射场型隔离单元的个数总合大于或等于另一行中多个辐射场型隔离单元的个数总合；以 及该至少一个辐射场型隔离器包括至少二列多个辐射场型隔离单元与至少二行多个辐 射场型隔离单元，且当各多个辐射场型隔离单元的行数增加时，该至少一个辐射场型隔离 器的隔离频宽增加。
28.如权利要求24所述的通讯装置，其中，各多个辐射场型隔离单元的各该至少四次 弯曲的曲折线条的总长度为所欲隔离的多个电磁波在自由空间中的波长的0. 1倍至0.5 倍，使得各多个辐射场型隔离单元的共振频率接近各该电磁波的频率。
29.如权利要求22所述的通讯装置，其中，多输入多输出通讯装置或具有多个高频天 线单元的通讯装置。
30.如权利要求22所述的通讯装置，其中，各多个辐射场型隔离单元为超颖材料所构 成的。
31.一种辐射场型隔离器，包括介质基板，设置于多数个天线之间，其中该介质基板包括上表面与下表面，并且该介质 基板的法线方向实质上与多个天线所辐射的多个电磁波的传播方向垂直；树枝状隔离单元设置于该介质基板的该上表面或该下表面；以及多个辐射场型隔离单元设置于该介质基板的该上表面或该下表面。
32.如权利要求31所述的辐射场型隔离器，其中，各多个辐射场型隔离单元与多个天 线设置于该介质基板的相同一表面上；以及该树枝状隔离单元设置于各多个辐射场型隔离单元所设置的表面相反的另一表面。
33.如权利要求31所述的辐射场型隔离器，其中，该树枝状隔离单元与导体接地面电 性连接。
34.如权利要求31所述的辐射场型隔离器，其中，该树枝状隔离单元实质上具有T型结 构或实质上具有Y型结构。
35.如权利要求32所述的辐射场型隔离器，其中，该介质基板设置于欲隔离的多个电 磁波的辐射能量的路径上；以及各多个辐射场型隔离单元与该树枝状隔离单元设置于多个天线中间以共同隔离多个 电磁波。
36.如权利要求31所述的辐射场型隔离器，其中，各多个辐射场型隔离单元由非封闭 的曲折线条或蜿蜒状线条所构成的，该曲折线条或该蜿蜒状线条是以导体形成的。
37.如权利要求36所述的辐射场型隔离器，其中，各多个辐射场型隔离单元的各该导体线条的总长度为所欲隔离的各该电磁波在自由空间中的波长的0. 1倍至0. 5倍，使得各 多个辐射场型隔离单元的共振频率接近各该电磁波的频率。
38.如权利要求36所述的辐射场型隔离器，其中，各多个辐射场型隔离单元的各该曲 折线条的几何图形相类似，使得各多个辐射场型隔离器单元的多个共振频率彼此之间有些 许差异，并且各多个辐射场型隔离器单元依照排列形状配对排列以隔离多个电磁波。
39.如权利要求36所述的辐射场型隔离器，其中，任意两个多个辐射场型隔离单元之 间的间隔距离小于各该电磁波在该自由空间中的该波长的0. 1倍。
40.如权利要求32所述的辐射场型隔离器，其中，该辐射场型隔离器的两侧的各多个 辐射场型隔离单元的开口朝向该邻近天线的辐射导体，并且非该辐射场型隔离器两侧的各 多个辐射场型隔离单元的该开口朝向任意一个方向。
41.如权利要求32所述的辐射场型隔离器，其中，该辐射场型隔离器包括至少二行多 个辐射场型隔离单元与至少二列多个辐射场型隔离单元；以及该辐射场型隔离器的一行中多个辐射场型隔离单元的个数总合大于或等于另一行中 多个型隔离单元的个数总合。
42.如权利要求36所述的辐射场型隔离器，其中，各该辐射场型隔离单元的各该曲折 线条的总长度为可变动的，并且各该辐射场型隔离单元的各该曲折线条的绕入部分为复数 次弯曲。
43.如权利要求40所述的辐射场型隔离器，其中，各多个辐射场型隔离单元的曲折线 条的该绕入部分的一端长度可以自由曲折前进。
44.如权利要求40所述的辐射场型隔离器，其中，非该辐射场型隔离器的两侧的各多 个辐射场型隔离单元沿着一列的方向作位置变动。
45.如权利要求31所述的辐射场型隔离器，其中，该树枝状结构单元与各多个辐射场 型隔离单元为超颖材料所构成的。
46.一个多天线系统，该多天线系统包括至少二个天线，其中该二个天线具有相同操作频带，该二个天线为微带天线，且各该天 线包括辐射导体，导体接地面与馈入源；以及至少一个辐射场型隔离器，设置于该二个天线的中间，包括树枝状隔离单元、多个辐射 场型隔离单元与介质基板，其中，该树枝状隔离单元设置于该介质基板的上表面或下表面， 并且该树枝状隔离单元与该导体接地面电性连接。
47.如权利要求46所述的多天线系统，其中该至少一个辐射场型隔离器由该介质基 板、该树枝状结构单元与各多个辐射场型隔离单元所组成，且该介质基板的法线方向实质 上与该二个天线所辐射的多个电磁波的传播方向垂直。
48.如权利要求47所述的多天线系统，其中，各多个辐射场型隔离单元由至少四次弯 曲的曲折线条所组成。
49.如权利要求47所述的多天线系统，其中，各多个辐射场型隔离单元是由非封闭的 各该至少四次弯曲的曲折线条所构成的，各该至少四次弯曲的曲折线条的长度彼此不相 同，并且各该至少四次弯曲的曲折线条的几何图形不完全相同，使得各多个辐射场型隔离 器单元的多个共振频率彼此之间有些许差异。
50.如权利要求46所述的多天线系统，其中，该至少一个辐射场型隔离器与多个天线華禹合；该至少一个辐射场型隔离器改变多个天线所辐射的多个电磁波的场型；以及该至少一个辐射场型隔离器降低多个天线之间的耦合。
51.如权利要求49所述的多天线系统，其中，该至少一个辐射场型隔离器包括至少二 行多个辐射场型隔离单元与至少二列多个辐射场型隔离单元，并且该树枝状结构单元是用 以增加该辐射场型隔离器的隔离频宽。
52.如权利要求50所述的多天线系统，其中，该至少一个辐射场型隔离器的一行中多 个辐射场型隔离单元的个数总合大于或等于另一行中多个辐射场型隔离单元的个数总合。
53.如权利要求49所述的多天线系统，其中，各多个辐射场型隔离单元的各该至少四 次弯曲的曲折线条的总长度为所欲隔离的该电磁波在自由空间中的波长的0. 1倍至0. 5 倍，使得各多个辐射场型隔离单元的共振频率接近各该电磁波的频率。
54.如权利要求47所述的多天线系统，其中，该介质基板设置于欲隔离的多个电磁波 的辐射能量的路径上；以及各多个辐射场型隔离单元与该树枝状隔离单元设置于多个天线中间以共同隔离多个 电磁波。
55.如权利要求47所述的多天线系统，其中，该树枝状结构与各多个辐射场型隔离单 元为超颖材料所构成的。
56.如权利要求47所述的多天线系统，其中，各多个辐射场型隔离单元与多个天线设 置于该介质基板的相同表面上；以及该树枝状隔离单元设置于各多个辐射场型隔离单元所设置的表面相反的另一表面。
57.如权利要求46所述的多天线系统，其中，该树枝状隔离单元实质上具有T型结构或 实质上具有Y型结构。
58.如权利要求46所述的多天线系统，其中，适用于多输入多输出通讯装置或具有多 个高频天线单元的通讯装置。
全文摘要
一种辐射场型隔离器及其天线系统，上述的辐射场型隔离器包括介质基板与多个辐射场型隔离单元。介质基板设置于多个天线之间，包括上表面与下表面，并且介质基板的法线方向实质上与上述天线所辐射的电磁波的传播方向垂直。此外，上述辐射场型隔离单元设置于介质基板的上表面或下表面，或者同时设置于上表面与下表面。
文档编号H01Q1/52GK101901962SQ20091014204
公开日2010年12月1日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者吴俊熠, 林弘萱, 林根煌, 苏欣龙, 许志骏 申请人:财团法人工业技术研究院