天线及复合天线的制作方法

天线及复合天线的制作方法
【专利摘要】一种天线及复合天线。该天线用来收发无线电信号，该天线包括：一反射体，该反射体包括一中心反射组件；以及多个周边反射组件，该多个周边反射组件环绕该中心反射组件设置，以形成一锥台结构；以及至少一辐射部，该至少一辐射部设置于该中心反射组件上；其中，该反射体及该至少一辐射部未电性连接。本发明的天线能改善天线特性，并缩小天线的尺寸而同时满足低频的传输需求，同时兼顾多频段的传输需求。
【专利说明】
天线及复合天线
技术领域
[0001] 本发明涉及一种天线及复合天线，尤其涉及一种可涵盖多个频段、尺寸较小且可 设置于一圆柱天线罩中的天线及复合天线。
【背景技术】
[0002] 具有无线通信功能的电子产品通过天线来发射或接收无线电波，以传递或交换无 线电信号，进而访问无线网络。随着无线通信技术不断演进，电子产品所配置的天线数量可 能增加，或可通过具有数个天线的一复合天线收发无线信号，其中，复合天线可依据信号传 送和接收的方向，启动对应的天线，进而有效提升无线通信系统的频谱效率及传输速率，改 善通信质量。在此情况下，复合天线中的天线较佳地为指向性天线，也就是说，天线场型大 致朝一特定方向。
[0003] 此外，理想天线的带宽应在许可范围内尽可能地增加，而尺寸则应尽量减小，以配 合电子产品体积缩小的趋势。而由于设计上常将复合天线设置于一圆柱天线罩(radome) 中，因此限制复合天线中天线的尺寸。然而，长期演进(Long Term Evolution，LTE)无线通 信系统共采用44个频段，涵盖的频率从最低的698MHz，到最高的3800MHz。由于频段的分散 和杂乱，即使在同一国家或地区，系统业者仍可能同时使用多个频段。其中，band(带）13的 频段(746MHz至787MHz)为长期演进无线通信系统较低频的频段，因此会使应用于bandl3的 复合天线的整体尺寸跟着增加。若复合天线可设置的空间较为受限，将无法满足低频及多 频段的传输需求，甚至可能造成天线间干扰，因而影响天线的正常运作。
[0004] 因此，如何在有限体积下，提供适用于低频应用的天线，且可涵盖多个频段，也就 成为业界所努力的目标之一。
[0005] 从而，需要提供一种天线及复合天线来满足上述需求。

【发明内容】

[0006] 因此，本发明主要提供一种小尺寸的天线及复合天线，以兼顾低频及多频段的传 输需求。
[0007] 本发明公开一种天线，用来收发无线电信号，包含有一反射体，包含有一中心反射 组件;至少一辐射部，设置于该中心反射组件上;一反射板，设置于该至少一辐射部上，该反 射板的一形状具有对称性;其中，该反射体及该至少一福射部未电性连接。
[0008] 本发明还公开一种天线，该天线用来收发无线电信号，该天线包括:一反射体，该 反射体包括:一中心反射组件；以及多个周边反射组件，该多个周边反射组件环绕该中心反 射组件设置，以形成一锥台结构；以及至少一辐射部，该至少一辐射部设置于该中心反射组 件上;其中，该反射体及该至少一辐射部未电性连接。
[0009] 本发明还公开一种复合天线，用来收发无线电信号，包含多个天线，该多个天线中 的每一天线包含有一反射体，包含有一中心反射组件;至少一辐射部，设置于该中心反射组 件上;一反射板，设置于该至少一辐射部上，该反射板的一形状具有对称性;其中，该反射体 及该至少一辐射部未电性连接。
[0010] 本发明还公开一种复合天线，该复合天线用来收发无线电信号，该复合天线包括 多个天线，该多个天线中的每一天线包括:一反射体，该反射体包括:一中心反射组件；以及 多个周边反射组件，该多个周边反射组件环绕该中心反射组件设置，以形成一锥台结构；以 及至少一辐射部，该至少一辐射部设置于该中心反射组件上;其中，该反射体及该至少一辐 射部未电性连接。
[0011] 本发明的天线利用辐射部中不共面的主区块与第一支臂区块来增加辐射部的有 效长度，藉由调整辐射部的宽度及长度之间的几何比例来增加辐射部至反射体的有效距 离，通过反射板来增加天线有效的幅射面积，并利用反射体中周期排列的金属块板来改变 电磁波反射相位，而能改善天线特性，并缩小天线的尺寸而同时满足低频的传输需求。此 外，本发明的天线因包含有第二支臂区块或第三支臂区块，其配合具有人工磁导体结构的 反射体，可兼顾多频段的传输需求。
【附图说明】
[0012] 图1A为本发明实施例一天线的示意图。
[0013] 图1B为图1A的天线的侧视示意图。
[0014]图2A至图2C分别为图1A的天线在高度为75mm、82mm、86mm时的天线共振仿真结果 示意图。
[0015]图3为本发明一实施例一天线的俯视不意图。
[0016] 图4为图3的天线在宽度为25.5mm时的天线共振仿真结果示意图。
[0017] 图5为本发明实施例一天线的示意图。
[0018] 图6为图5的天线在宽度BS_W*25.5mm时的天线共振仿真结果示意图。
[0019]图7A为本发明实施例一天线的不意图。
[0020]图7B为图7A的天线的俯视示意图。
[0021 ]图7C为沿图7B的剖线A-A'的截面示意图。
[0022]图8A、图8B为图7A的天线的反射体在连通柱的高度为17.6mm、22mm的频率与反射 相位的关系曲线的示意图。
[0023]图9A、图9B分别为图7A的天线在高度为82mm、66.4mm时的天线共振仿真结果示意 图。
[0024]图10为图9B中的天线的一辐射部对应频率777MHz的天线场型特性仿真结果示意 图。
[0025]图11为图9B中的天线的另一辐射部对应频率777MHz的天线场型特性仿真结果示 意图。
[0026]图12A为本发明实施例一天线的示意图。
[0027]图12B为图12A的天线的侧视示意图。
[0028]图12C为图12A的天线的辐射部的示意图。
[0029] 图13为图12A的天线的天线共振仿真结果示意图。
[0030] 图14为图12A的天线的辐射部对应频率777MHz的天线场型特性仿真结果示意图。 [0031 ]图15为本发明实施例一天线的辐射部的示意图。
[0032] 图16为图15的天线的天线共振仿真结果示意图。
[0033] 图17为图15的辐射部对应频率777MHz的天线场型特性仿真结果示意图。
[0034] 图18为本发明实施例一复合天线的示意图。
[0035] 主要组件符号说明：
[0036] 10、30、50、70、80、90、ANT_1~ANT_4 天线
[0037] 18 复合天线
[0038] 1〇〇、700 反射体
[0039] 102 中心反射组件
[0040] 104a~104d、704a~704d 周边反射组件
[0041 ] 120、140、320、340、820、840、920、940 辐射部
[0042] 120a、120b、140a、140b、320a、320b、340a、340b、820a、金属片
[0043] 820b、840a、840b、920a、920b、940a、940b
[0044] 122a、122b、142a、142b、322a、322b、342a、342b 主区块
[0045] 124a、124b、144a、144b 第一支臂区块
[0046] 126a、126b、146a、146b 馈入点
[0047] 180 支撑件
[0048] 560 反射板
[0049] MB_a~MB_d 金属底板
[0050] V_a~V_d 连通柱
[0051] DL_a~DL_d 介质层
[0052] MF_a~MF_d 金属块板
[0053] DP_L 总长度
[0054] BN_L1、BN_L2、BS_L1、RF_R 长度
[0055] ff 底边长
[0056] DP_H、RF_H、T_MR 高度
[0057] DP_W、BS_W 宽度
[0058] BT、BT1、BT2、PST_0、D1、D2 距离
[0059] R1 半径
[0060] SYMUSYM2 对称轴
[0061] CENUCEN2 中心轴
[0062] CEN3 中心点
[0063] RAD 圆柱天线罩
[0064] A、B、C、D、E、F、G、H、0、I、J、K、L、Pla、P2a、 点
[0065] P3a、P4a、Plb、P2b
[0066] 828a、828b、848a、848b 第二支臂区块
[0067] 929a、929b、949a、949b 第三支臂区块
【具体实施方式】
[0068]请参考图1A及图1B，图1A为本发明实施例一天线10的示意图，图1B为天线10的侧 视示意图。天线10包含有一反射体100、辐射部120、140及一支撑件180。反射体100包含有一 中心反射组件102及周边反射组件104a~104d，用来反射电磁波以增加天线10的增益值。周 边反射组件104a~104d大致呈等腰梯形，并对称环绕中心反射组件102设置，以形成具有对 称性的一锥台（frustum)结构。辐射部120、140藉由支撑件180而设置于中心反射组件102 上，且不与反射体100电性连接。辐射部120包含有具有对称性的金属片120a、120b，以形成 极化倾斜135度的一偶极天线。金属片120a、120b分别包含有主区块122a、122b、第一支臂区 块124a、124b及馈入点126a、126b。馈入点126a、126b分别位于主区块122a、122b上，且藉由 与馈入点126a、126b连接的一传输线（图未示)来馈入信号。第一支臂区块124a、124b的端点 分别连接于主区块122a、122b的端点，但与主区块122a、122b不共面(not coplanar)而朝向 反射体100延伸。类似地，辐射部140包含有具有对称性的金属片140a、140b，以形成极化倾 斜45度的一偶极天线。金属片140a、140b分别包含有主区块142a、142b、第一支臂区块144a、 14牝及馈入点146 &、14613。馈入点146&、14613分别位于主区块142&、14213上，且藉由与馈入点 146a、146b连接的另一传输线（图未示)来馈入信号。第一支臂区块144a、144b的端点分别连 接于主区块142a、142b的端点，但与主区块142a、142b不共面而朝向反射体100延伸。
[0069] 简言之，当主区块122a、12 2b的总长度DP_L&主区块142a、142b的总长度DP_L小于 二分之一的操作波长时，可藉由第一支臂区块124a、124b、144a、144b，以增加辐射部120、 140的有效长度，而能改善返回损耗(return loss，SI 1值）。如此一来，可缩小天线10的尺寸 而同时满足低频的传输需求，且改善天线10的共振效果。
[0070] 详细而言，为提高正交极化隔离度(Co/Cx)，天线10的几何形状须具有对称性。因 此，如图1B所示，反射体100、主区块122a、122b、142a、142b的形状分别相对反射体100沿Z方 向延伸的一中心轴CEN1对称，并且，若辐射部140与中心反射组件102之间相隔高度DP_H，则 辐射部120与中心反射组件102亦大致相距高度DP_H，但辐射部140与辐射部120仍相隔一高 度差，其值大致小于高度DP_H的十分之一，以避免短路。同理，主区块122a、122b之间及主区 块142a、142b之间均具有总长度DP_L，且第一支臂区块124a、124b、144a、144b具有长度BN_ L1。再者，天线10可设置于一圆柱天线罩(radome)RAD中，其中，周边反射组件104b、104d可 延伸而交叉出圆柱天线罩RAD沿Y方向延伸的一中心轴CEN2,且圆柱天线罩RAD的半径R1小 于四分之一的操作波长，以缩小圆柱天线罩RAD的尺寸。也就是说，天线10在半径R1的限制 下，辐射部140与中心反射组件102之间的高度DP_H小于四分之一的操作波长，且主区块 142a、142b的总长度DP_L小于二分之一的操作波长。若增加高度DP_H则须减少总长度DP_L， 若增加总长度DP_L则须减少高度DP_H。在此情况下，若欲改善返回损耗，则可调整高度DP_H 至适当值，并藉由第一支臂区块124&、12你、144&、14你来增加辐射部120、140的有效长度。
[0071] 举例来说，请参考表一及图2A至图2C。图2A至图2C分别为天线10在高度DP_HS 75mm、82mm、86mm时的天线共振仿真结果示意图，其中，图2A中还绘示出不具有第一支臂区 块124a、124b、144a、144b的一对照组天线的天线共振仿真结果，以作为比较的基准;此外， 细长虚线、粗长虚线分别代表天线10的辐射部120、对照组天线的一辐射部的天线共振仿真 结果，细短虚线、粗短虚线分别代表天线10的辐射部140、对照组天线的另一辐射部的天线 共振仿真结果;并且，由于天线隔离度小于_60dB，因此未绘示于图2A至图2C中。表一分别为 图2A至图2C中的天线10、对照组天线的尺寸及返回损耗最大值，其中，半径R1为99mm，天线 10的周边反射组件104a~104d的底边长W为140mm，且对照组天线的辐射部具有总长度DP_L 且与中心反射组件相距高度DP_H。由图2A至图2C及表一可知，藉由第一支臂区块124a、 124b、144a、144b，天线10的返回损耗可改善至-6.97dB。
[0072] (表一）
[0073]
[0074] 再者，藉由调整辐射部，可进一步改善返回损耗。请参考图3,图3为一天线30的俯 视示意图。天线30的架构类似于天线10,故相同组件沿用相同符号表示。其中，由于反射体 100为锥台结构，反射体100在中心反射组件102处相距天线30的辐射部320、340较远，在周 边反射组件104a~104d处则相距辐射部320、340较近，因此，辐射部320的主区块322a、322b 及福射部340的主区块342a、342b分别形成一主教帽状偶极天线（bishop hat dipole)，以 使辐射部主区块322a、322b、342a、342b的几何中心（如质心）往中心轴CENl配置，而能增加 辐射部320、340至反射体100的有效距离。此外，天线30的几何形状对称于对称轴SYM1、 SYM2,而主区块322a、322b沿对称轴SYM2在长度BS_L1处具有最大的宽度BS_W，主区块342a、 342b沿对称轴SYM1在长度BS_L1处具有最大的宽度BS_W。当长度BS_L1的值降低而使宽度 85_1的位置往中心轴CEN1配置时，返回损耗亦减低。藉由调整宽度BS_W、长度BS_L1之间的 比例及宽度83_1相对宽度DP_W的比例，可进一步将主区块322 &、3221^、342&、34213的几何中 心向中心轴CEN1配置。
[0075]举例来说，请参考表二及图4。图4为天线30在宽度BS_W*25.5mm时的天线共振仿 真结果示意图，其中，长虚线代表天线30的辐射部320的天线共振仿真结果，短虚线代表天 线30的辐射部340的天线共振仿真结果;此外，由于天线隔离度小于-60dB，因此未绘示于图 4中。表二分别为图2B中的天线10、图4中的天线30的尺寸及返回损耗最大值，其中，图4中的 天线30的总长度DP_L、高度DP_H均与图2B中的天线10相同，而图2A至图2C中的天线10的宽 度DP_W均与图4中的天线30相同。由图4及表二可知，藉由调整宽度85_1相对长度BS_L1的比 例及宽度83_1相对宽度DP_W的比例，天线30的返回损耗可改善至-8.27dB。值得注意的是， 在扩展宽度BS_W&改善返回损耗的同时，较佳地维持主区块322a、322b、342a、342b(在沿z 轴上的投影)不重叠，以避免影响隔离度（isolation) 〇 [0076](表二）
[0078]此外，可藉由增加反射板，以进一步改善返回损耗。请参考图5,图5为本发明实施 例一天线50的示意图。天线50的架构类似于天线30,故相同组件沿用相同符号表示。其中， 天线50还包含有一反射板560,以增加天线有效的幅射面积，而能改善天线10的共振效果。 反射板560藉由支撑件180而设置于辐射部340上，其与中心反射组件102之间相隔高度RF_ H，且不与反射体100、辐射部320、340电性连接。为了避免影响正交极化隔离度，反射板560 的形状具有对称性，而可为圆形或顶点数为4的倍数的正多边形，同时，如图5所示，反射板 560 (在xy平面上的投影)分别相对对称轴SYM1、SYM2、X轴、y轴对称，且中心轴CEN1通过反射 板560的中心点CEN3。再者，由于天线30设置于半径R1小于四分之一的操作波长的圆柱天线 罩RAD中，因此，高度RF_H小于四分之一的操作波长，且中心点CEN3至反射板560的顶点的长 度RF_R亦受到限制。
[0079] 举例来说，请参考表三及图6。图6为天线50在宽度BS_W*25.5mm时的天线共振仿 真结果示意图，其中，长虚线代表天线50的辐射部320的天线共振仿真结果，短虚线代表天 线50的辐射部340的天线共振仿真结果;此外，由于天线隔离度小于-60dB，因此未绘示于图 6中。表三分别为图6中的天线50的尺寸及返回损耗最大值，其中，天线50的总长度DP_LS 85mm，长度 RF_RS29mm，高度 DP_HS82mm，高度RF_I^%85 · 5mm，宽度 DP_WS5 · 15mm。将表三、 图6与表二、图2B、图4比较可知，藉由增加反射板560,天线50的返回损耗可改善至-9.38dB。 [0080](表三）
[0082] 更进一步地，可藉由适当设计反射体，以进一步改善返回损耗。请参考图7A至图 7C，图7A为本发明实施例一天线70的示意图，图7B为天线70的俯视示意图，图7C为沿图7B的 剖线A-A'的截面示意图。天线70的架构类似于天线50,故相同组件沿用相同符号表示。其 中，天线70的反射体700的周边反射组件704a~704d分别包含有金属底板MB_a~MB_d、连通 柱V_a~V_d、介质层D L_a~DL_d及金属块板MF_a ~MF_d。金属底板MB_a ~MB_d大致为等腰 梯形，并对称环绕中心反射组件102设置，以形成具有对称性的一锥台结构。金属块板MF_a ~MF_d为金属底板MB_a~MB_d的相似图形，并分别藉由连通柱V_a~V_d而连接至金属底板 MB_a~MB_d，以形成一蕈状(mushroom-type)结构而能提供磁导体(Magnetic Conductor) 反射效果。介质层DL_a~DL_d则分别环绕连通柱V_a~V_d设置，以使金属块板MF_a~MF_d 不直接与金属底板MB_a~MB_di性连接。介质层可为各种电性隔离材料，如空气、陶瓷 (ceramic)、塑料或微波基板等材料，其中，藉由适当提高介质层DL_a~DL_d的介电系数 (permittivity)，可缩小天线70的尺寸而同时满足低频的传输需求。
[0083] 详细而言，尽管公知的人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor，AMC)因具 有周期结构而可改变电磁波反射相位，但是公知的人工磁导体为平面结构。相较之下，本发 明的金属块板MF_a~MF_d周期排列于彼此不平行的金属底板MB_a~MB_c^，因而改变反射 体700的锥台结构，并且，反射体700可对应不同的频率而提供介于-180度与180度之间的反 射相位，因此，即使辐射部320、340与反射体700的距离较近，电磁波与其经反射体700的反 射波仍能在空间中同相位而相长加乘(建设性加乘）。如此一来，可降低辐射部320、340与反 射体700之间的距离要求，而能进一步缩小天线70尺寸而同时满足低频的传输需求。举例来 说，请参考图8A、图8B，图8A、图8B为天线70的反射体700在连通柱V_a~V_d的高度T_MR为 17.6mm、22mm的频率与反射相位的关系曲线的示意图。其中，金属块板MF_a~MF_c^边投影 至金属底板MB_a~MB_c^，分别与金属底板MB_a~MB_d边缘相隔距离^1、81\812，连通柱 V_a~V_d与中心反射组件102相隔距离PST_0,且距离BTl、BT、BT2、PST_(^1jSl2.375mm、 18.4mm、10mm、51 ·5mm，介电常数（dielectric constant)为10。如图8A、图8B所不，对应不同 的频率，反射体700可提供介于-180度与180度之间的反射相位，当调整反射体700的结构尺 寸时，针对特定的频率，可改变对应的反射相位值。一般来说，和具有单纯金属板反射体的 天线相比较，当反射体700的反射相位介于-180和0度之间时，可以降低天线的高度，而缩小 天线70的尺寸。并且，当反射体700的反射相位越接近0度时，天线的高度越低，且天线70的 尺寸越小。因此，可利用反射体700可提供各种不同反射相位值的特性来缩小天线的尺寸。 针对天线系统的最低频率，适当地调整反射体700的结构尺寸，让此频率的反射相位越接近 〇度，就有可能将天线70的尺寸缩的越小。
[0084] 通过仿真可进一步判断天线70的不同频率的天线辐射场型是否符合系统需求。请 参考表四及图9A、图9B。图9A、图9B分别为天线70在高度DP_H为82mm、66.4mm时的天线共振 仿真结果示意图，其中，长虚线代表天线70的辐射部320的天线共振仿真结果，短虚线代表 天线70的福射部340的天线共振仿真结果，实线代表天线70的福射部320、340的天线隔离度 仿真结果。表四分别为图9A、图9B中的天线70的尺寸及返回损耗最大值，其中，距离BT1、BT、 BT2、PST_0 分别为 12.3_、18.4_、11.9_、51.5_，高度1'_1?为17.5_，介电常数为10。由表 四及图8A、图8B可知，辐射部320、340的返回损耗可改善至-11.9dB，而能满足返回损耗小 于-10dB的要求。
[0085] (表四）
[0087] 此外，请参考表五至表九及图10及图11。表五、表六分别为图9B中的天线70的福射 部320在Η截面、V截面的场型特性表，表七、表八分别为图9B中的天线70的辐射部340在Η截 面、V截面的场型特性表，表九为图9Β中的天线70的天线特性表。图10为图9Β中的天线70的 辐射部320对应频率777MHz的天线场型特性仿真结果示意图，图11为图9Β中的天线70的辐 射部340对应频率777MHz的天线场型特性仿真结果示意图，其中，粗实线代表天线70的同极 化在〇度角（水平)切面的辐射场型，粗虚线代表天线70的同极化在90度角（垂直)切面的辐 射场型，细实线代表天线70的正交极化在0度角(水平)切面的辐射场型，细虚线代表天线70 的正交极化在90度角（垂直）切面的辐射场型。由图9B可知，在Bandl3的频段（746MHz至 787MHz)中，天线70的返回损耗至少-10.3dB，最大增益值至少5.96dBi，正交极化隔离度至 少43.5dB，可满足Band 13的要求。
[0099]值得注意的是，如图8A、图8B所示，反射体700的反射相位于较高的频段内呈现剧 烈的变化，而且也能够提供介于-180度与180度之间的反射相位值，因此，利用反射体700的 此项特性，而能将天线结构延伸于多频段天线的应用。
[0100] 请参考图12A至图12C，图12A为本发明实施例一天线80的示意图，图12B为天线80 的侧视示意图，图12C为天线80的辐射部820、840的示意图。天线80的架构类似于天线70,故 相同组件沿用相同符号表示。其中，辐射部820包含有具有对称性的金属片820a、820b，以形 成极化倾斜135度的一偶极天线。金属片820a、820b分别包含有主区块322a、322b、第一支臂 区块1243、12仙、第二支臂区块8283、82813及馈入点1263、12613。如图128及图12(：所示，第一 支臂区块124a、124b的端点（如第一支臂区块124a的点B)分别连接于主区块322a、322b的端 点（如主区块322a的点B)，以使共振时的正负极性距离较远，而具有较佳的辐射效果。第二 支臂区块828a、828b的端点（如第二支臂区块828a的点D)也连接至主区块322a、322b(如主 区块322a的点D)，但第二支臂区块828a、828b的端点与第一支臂区块124a、124b的端点相隔 一距离D1。类似地，辐射部840包含有具有对称性的金属片840a、840b，以形成极化倾斜45度 的一偶极天线。金属片840 &、84013分别包含有主区块342&、34213、第一支臂区块144&、14413、 第二支臂区块848a、848b及馈入点146a、146b。第一支臂区块144a、144b的端点分别连接于 主区块342a、342b的端点，第二支臂区块848a、848b的端点连接至主区块342a、342b，但其端 点与第一支臂区块144a、144b的端点相隔距离D1。其中，第一支臂区块124a、124b、144a、 144b及第二支臂区块828&、82813、8483、84813均与主区块3223、32213、3423、34213不共面，而分 别朝向反射体700延伸。
[0101]如图12C所示，相对于主区块(如主区块322a的点0至点B)与第一支臂区块(如第一 支臂区块124a的点B至点A)形成的电流路径0DBA，主区块（如主区块322a的点0至点D)与第 二支臂区块(如第二支臂区块828a的点D至点C)形成的电流路径0DC较短。因此，仅有第一支 臂区块124a、124b、144a、144b能共振于较低频的第一共振频率，而第二支臂区块828a、 828b、848a、848b则无法共振于第一共振频率，且第二支臂区块828&、82813、8483、84813不会 影响第一共振频率的共振情形。此外，尽管第一支臂区块124 &、12仙、144&、14413与第二支臂 区块828&、82813、848 &、84813均能共振于较高频的第二共振频率，但第一支臂区块124&、 12仙、144&、14413是以高阶的模态共振于第二共振频率，而第二支臂区块8283、82813、8483、 848b则是以低阶的模态共振于第二共振频率。基于低阶的模态的阻抗值小于高阶的模态的 阻抗值，第二共振频率倾向形成于主区块与第二支臂区块形成的电流路径（电流路径ODC)。 换言之，主区块与第一支臂区块形成的电流路径（电流路径0DBA)对应第一共振频率，而主 区块与第二支臂区块形成的电流路径（电流路径0DC)对应第二共振频率。采用双支臂的结 构，其优点是让支臂之间的相互影响最小，以提升在多频天线设计时结构参数调整的自由 度。
[0102] 通过仿真可进一步判断天线80的不同频率的天线辐射场型是否符合系统需求。请 参考图13、图14及表十、表十一。图13为天线80的天线共振仿真结果示意图，其中，天线80的 半径R1为99mm，周边反射组件104a~104d的底边长W为140mm，距离T_MR为11.9mm，介电常数 为10,并且，长虚线代表天线80的辐射部820的天线共振仿真结果，短虚线代表天线80的辐 射部840的天线共振仿真结果，实线代表天线80的辐射部820、840的天线隔离度仿真结果。 由图 13 可知，在 Bandl3(746MHz 至 756MHz 以及777MHz 至 787MHz)和 Band4( 1710MHz 至 1755MHz 以及2110MHz至2155MHz)的频段内，辐射部820、840的隔离度至少53.2dB，返回损耗则可改 善至至少-8.3dB。图14为天线80的辐射部840对应频率777MHz的天线场型特性仿真结果示 意图，其中，粗实线代表天线80的同极化在0度角（水平)切面的辐射场型，粗虚线代表天线 80的同极化在90度角（垂直）切面的辐射场型，细实线代表天线80的正交极化在0度角（水 平)切面的辐射场型，细虚线代表天线80的正交极化在90度角（垂直)切面的辐射场型。由图 14可知，在777MHz时，天线80的前后场型比(F/B)至少7.5dB，最大增益值至少5.67dBi，正交 极化隔离度至少51. ldB。由于天线80的辐射部820或操作于其他频率时也有类似上述的天 线辐射场型，因此不另赘述。表十、表十一分别为天线80的辐射部820、840的场型特性表。由 表十、表^ 可知，在Bandl3和Band4的频段中，天线的前后场型比(F/B)至少6.8dB，最大增 益值至少5.35dBi，正交极化隔离度至少13.6dB。
[0103] (表十）
[0105](表^-一)
[0108] 天线10、30、50、70、80为本发明的实施例，本领域普通技术人员应当可据以做不同 的变化及修饰。举例来说，周边反射组件的介质层可仅设置于每一金属块板下，或完整覆盖 于金属底板上，而每一金属底板上可有一相似的金属块板或多个周期排列的金属块板。此 外，天线80的第一支臂区块124a、124b、144a、144b的端点（如第一支臂区块124a的点B)连接 于主区块322 &、3221^、342&、34213的端点（如主区块322&的点8)，但本发明不限于此，第一支 臂区块亦可连接于主区块的中心点或主区块的其他位置(如主区块322a的点D)。并且，天线 80的第一支臂区块1243、12仙、1443、14413及第二支臂区块8283、82813、8483、84813可垂直主 区块322&、32215、3423、34213，或分别与主区块3223、32213、3423、34213相隔一夹角，而能保持 与主区块322&、32215、3423、34213不共面。在图128及图12(：中，天线80的第一支臂区块1243、 124b、144a、144b及第二支臂区块828a、828b、848a、848b彼此平行，但本发明不限于此，第一 支臂区块及第二支臂区块亦可分别与主区块相隔不同夹角而不平行。再者，天线80的第一 支臂区块 124&、12413、1443、14413及第二支臂区块8283、82813、8483、84813与主区块3223、 322b、342a、342b不共面，然而，本发明不以此为限，亦可使第一支臂区块或第二支臂区块与 主区块共面，但如此较不利于天线的尺寸最小化。此外，在图12B及图12C中，第二支臂区块 828a、828b的长度BN_L2小于第一支臂区块124 &、12仙的长度81^_1^1，但不以此为限，而可视 不同设计考虑而适当变化。
[0109] 为了满足多频段或宽带的传输需求，可进一步调整天线80的辐射部820、840。请参 考图15,图15为本发明实施例一天线90的辐射部920、940的示意图。辐射部920、940可取代 图12A中的天线80的辐射部820、840,并且，辐射部920、940的架构类似于辐射部820、840,故 相同组件沿用相同符号表示。辐射部820、840与辐射部920、940不同之处在于，辐射部920包 含有具有对称性的金属片920 &、92013，而金属片920&、92013分别还包含有第三支臂区块 929a、929b。如图15所示，第三支臂区块929a、929b连接至主区块322a、322b，但第三支臂区 块929a、929b的端点E、G与第二支臂区块828a、828b的端点F、H分别相隔一距离D2。类似地， 辐射部940包含有具有对称性的金属片940 &、94013，而金属片940&、94013还分别包含有第三 支臂区块949a、949b。第三支臂区块949a、949b连接至主区块342a、342b，但第三支臂区块 949a、949b的端点I、K与第二支臂区块848a、848b的端点J、L相隔距离D2。藉由第三支臂区块 929&、92%、9493、94%，可增加天线90适用的频段，例如涵盖8311(14(17101抱至17551抱以及 2110MHz 至 2155MHz)的频段。
[0110] 通过仿真可进一步判断天线90的不同频率的天线辐射场型是否符合系统需求。请 参考图16、图17及表十二、表十三。图16为天线90的天线共振仿真结果示意图，其中，天线90 的半径R1为99mm，周边反射组件104a~104d的底边长W为140mm，距离T_MR分别为11.9mm，介 电常数为10,并且，长虚线代表天线90的辐射部920的天线共振仿真结果，短虚线代表天线 90的福射部940的天线共振仿真结果，实线代表天线90的福射部920、940的天线隔离度仿真 结果。由图 16可知，在Bandl3(746MHz至756MHz以及777MHz至787MHz)和Band4(1710MHz至 1755MHz以及2110MHz至2155MHz)的频段内，辐射部920、940的隔离度至少41.7dB，返回损耗 则可改善至至少-8.4dB。图17为天线90的辐射部940对应频率777MHz的天线场型特性仿真 结果示意图，其中，粗实线代表天线90的同极化在0度角（水平)切面的辐射场型，粗虚线代 表天线90的同极化在90度角（垂直)切面的辐射场型，细实线代表天线90的正交极化在0度 角（水平）切面的辐射场型，细虚线代表天线90的正交极化在90度角（垂直）切面的辐射场 型。由图17可知，在777MHz时，天线90的前后场型比（F/B)至少7.6dB，最大增益值至少 5.62dBi，正交极化隔离度至少51.OdB。由于天线90的辐射部920或操作于其他频率时也有 类似上述的天线辐射场型，因此不另赘述。表十二、表十三分别为天线90的辐射部920、940 的场型特性表。由表十二、表十三可知，在1^11(113和1^11(14的频段中，天线的前后场型比（卩/ B)至少6.9dB，最大增益值至少5.41dBi，正交极化隔离度至少12.3dB。
[0111] (表十二）
[0112]
[0113](表十三）
[0115] 另一方面，适度修改天线10、30、50、70、80、90后，可进一步衍生出双极化波束交换 天线组。请參考图18,图18为本发明实施例一复合天线18的示意图。复合天线18由天线ANT_ 1~ANT_4所组成，其中，天线ANT_1~ANT_4具有相同的结构，且其基本概念与图1A、图1B的 天线10、图3的天线30、图5的天线50、图7A至图7C的天线70相似，因此，图18仅绘示天线ANT_ 1的结构。如图18所示，天线ANT_1包含有一反射体700、辐射部320、340、一反射板560及一支 撑件180。天线ANT_1~ANT_4经组合后使复合天线18在水平面（即xz平面)上构成一环型对 称结构，并设置于圆柱天线罩RAD中。需注意的是，在复合天线18中，天线ANT_1~ANT_4的反 射体的周边反射组件电性连接在一起，即共地。在此情形下，可适度调整天线ANT_1~ANT_4 的反射体，以节省制造成本，例如，图18中的天线ANT_2、ANT_4的中心反射组件仅与天线 ANT_1、ANT_3的周边反射组件相接，而未包含两侧翼的周边反射组件。然而，本发明不限于 此，举例来说，天线ANT_1~ANT_4的结构亦可略为不同。由于实际运作上，复合天线18可仅 开启（turn on)天线ANT_1~ANT_4中的一个天线，而其他的天线则为关闭（turn off)，因此 复合天线18的天线场型特性仿真结果与一个天线的天线场型特性仿真结果(如图10、图11) 相同。当天线ANT_1~ANT_4依序开启时，复合天线18的天线场型特性仿真结果为天线ANT_1 ~ANT_4的天线场型特性仿真结果交互覆盖而成。并且，天线ANT_1~ANT_4中的相邻两天线 可进一步形成合并波束(combined-beam)，而提高覆盖场型的均勾度。
[0116] 综上所述，本发明的天线利用辐射部中不共面的主区块与第一支臂区块来增加辐 射部的有效长度，藉由调整辐射部的宽度及长度之间的几何比例来增加辐射部至反射体的 有效距离，通过反射板来增加天线有效的幅射面积，并利用反射体中周期排列的金属块板 来改变电磁波反射相位，而能改善天线特性，并缩小天线的尺寸而同时满足低频的传输需 求。此外，本发明的天线因包含有第二支臂区块或第三支臂区块，其配合具有人工磁导体结 构的反射体，可兼顾多频段的传输需求。
[0117] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书所做的等同变化 与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种天线，该天线用来收发无线电信号，该天线包括： 一反射体，该反射体包括： 一中心反射组件；以及 多个周边反射组件，该多个周边反射组件环绕该中心反射组件设置，以形成一锥台结 构；以及 至少一辐射部，该至少一辐射部设置于该中心反射组件上； 其中，该反射体及该至少一辐射部未电性连接。2. 如权利要求1所述的天线，还包括一反射板，设置于该至少一辐射部上，该反射板的 一形状具有对称性。3. 如权利要求2所述的天线，其中该中心反射组件与该反射板之间的距离小于四分之 一的操作波长。4. 如权利要求2所述的天线，其中该反射板为一正多边形或圆形，且该正多边形的顶点 数为4的倍数。5. 如权利要求1所述的天线，其中该锥台结构具有对称性，且该多个周边反射组件的每 一周边反射组件包括： 一金属底板； 至少一金属块板； 至少一连通柱，该至少一连通柱分别连接该至少一金属块板至该金属底板之间，以形 成一蕈状结构而能提供磁导体反射效果；以及 一介质层，该介质层环绕该至少一连通柱设置。6. 如权利要求5所述的天线，其中该金属底板为一梯形，且该至少一金属块板为该金属 底板的相似图形。7. 如权利要求1所述的天线，其中该至少一辐射部包括至少一金属片，该至少一金属片 的每一金属片包括： 一主区块；以及 一馈入点，该馈入点位于该主区块上。8. 如权利要求7所述的天线，其中该至少一金属片中的一第一金属片的该主区块与该 至少一金属片中的一第二金属片的该主区块形成一主教帽状偶极天线，且该第一金属片与 该第二金属片具有对称性。9. 如权利要求8所述的天线，其中该至少一金属片的每一金属片还包括一第一支臂区 块，该第一支臂区块连接该主区块，且该第一支臂区块与该主区块不共面，其中该第一支臂 区块的一端点连接于该主区块的一端点。10. 如权利要求9所述的天线，其中该至少一金属片的每一金属片还包括一第二支臂区 块，该第二支臂区块与该主区块不共面，该第二支臂区块的一端点连接至该主区块，且该第 二支臂区块的该端点与该主区块的该端点相隔一距离。11. 一种复合天线，该复合天线用来收发无线电信号，该复合天线包括多个天线，该多 个天线中的每一天线包括： 一反射体，该反射体包括： 一中心反射组件；以及 多个周边反射组件，该多个周边反射组件环绕该中心反射组件设置，以形成一锥台结 构；以及 至少一辐射部，该至少一辐射部设置于该中心反射组件上； 其中，该反射体及该至少一辐射部未电性连接。12. 如权利要求11所述的复合天线，该多个天线中的每一天线还包括一反射板，设置于 该至少一辐射部上，该反射板的一形状具有对称性。13. 如权利要求12所述的复合天线，其中该中心反射组件与该反射板之间的距离小于 四分之一的操作波长。14. 如权利要求12所述的复合天线，其中该反射板为一正多边形或圆形，且该正多边形 的顶点数为4的倍数。15. 如权利要求11所述的复合天线，其中该锥台结构具有对称性，且该多个周边反射组 件的每一周边反射组件包括： 一金属底板； 至少一金属块板； 至少一连通柱，该至少一连通柱分别连接该至少一金属块板至该金属底板之间，以形 成一蕈状结构而能提供磁导体反射效果；以及 一介质层，该介质层环绕该至少一连通柱设置。16. 如权利要求15所述的复合天线，其中该金属底板为一梯形，且该至少一金属块板为 该金属底板的相似图形。17. 如权利要求11所述的复合天线，其中该至少一辐射部包括至少一金属片，该至少一 金属片的每一金属片包括： 一主区块；以及 一馈入点，该馈入点位于该主区块上。18. 如权利要求17所述的复合天线，其中该至少一金属片中的一第一金属片的该主区 块与该至少一金属片中的一第二金属片的该主区块形成一主教帽状偶极天线，且该第一金 属片与该第二金属片具有对称性。19. 如权利要求18所述的复合天线，其中该至少一金属片的每一金属片还包括一第一 支臂区块，该第一支臂区块连接该主区块，且该第一支臂区块与该主区块不共面，其中该第 一支臂区块的一端点连接于该主区块的一端点。20. 如权利要求19所述的复合天线，其中该至少一金属片的每一金属片还包括一第二 支臂区块，该第二支臂区块与该主区块不共面，该第二支臂区块的一端点连接至该主区块， 且该第二支臂区块的该端点与该主区块的该端点相隔一距离。
【文档编号】H01Q21/00GK106025573SQ201610115176
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月1日
【发明人】徐杰圣, 詹长庚
【申请人】启碁科技股份有限公司