多输入多输出天线装置及天线阵列的制作方法

本发明涉及一种天线装置，尤其涉及一种多输入多输出天线装置及天线阵列。

背景技术：

现有的单个平板天线(patch antenna)的天线增益最大值约为8dBi，所以必须将多个平板天线组合成天线阵列才能提升天线增益。然而，现有的天线阵列仅是将多个平板天线连接在一起，此造成天线阵列的尺寸过大(大概为上述多个平板天线的尺寸总和)，因而使得应用范围受到局限。

于是，本发明人认为上述缺陷可改善，乃特潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。

技术实现要素：

本发明实施例在于提供一种多输入多输出天线装置及天线阵列，用来解决现有天线阵列所产生的问题。

本发明实施例公开一种多输入多输出天线装置，包括：一天线阵列，定义有相互垂直的一第一长度方向与一第二长度方向，所述天线阵列包含：一缓冲片，大致呈方形且设置于所述天线阵列的中心；一低频单元，包含四个大致呈方形的低频天线及两个第一跨接线，四个所述低频天线分别间隔地分布于所述天线阵列的四个角落；相邻且位在所述第一长度方向上的任两个所述低频天线以一个所述第一跨接线相连，并且两个所述第一跨接线彼此相向；一高频单元，包含两个大致呈方形的第一高频天线及两条第一延伸线，两个所述第一高频天线位于所述缓冲片的相反两侧并与所述缓冲片皆位于所述第一长度方向上，相邻且未以所述第一跨接线连接彼此的两个所述低频天线间设置有一个所述第一高频天线；所述缓冲片与任一个所述第一高频天线间以一条所述第一延伸线连接；其中，所述缓冲片的边长不同于任一个所述第一高频天线的边长，任一个所述第一高频天线的边长小于任一个所述低频天线的边长；及一馈入单元，包含一第一馈入段及一第二馈入段，位于所述天线阵列斜对角的两个所述低频天线分别以所述第一馈入段与所述第二馈入段而连接至相邻的所述第一高频天线；以及一接地件与多个支撑柱，多个所述支撑柱的一端固定于所述天线阵列，而多个所述支撑柱的另一端固定于所述接地件，以使所述天线阵列与所述接地件呈间隔设置。

本发明实施例也公开一种天线阵列，定义有相互垂直的一第一长度方向与一第二长度方向，所述天线阵列包含：一缓冲片，呈方形且设置于所述天线阵列的中心；一低频单元，包含四个大致呈方形的低频天线及两个第一跨接线，四个所述低频天线分别间隔地分布于所述天线阵列的四个角落；相邻且位在所述第一长度方向上的任两个所述低频天线以一个所述第一跨接线相连，并且两个所述第一跨接线彼此相向；一高频单元，包含两个大致呈方形的第一高频天线及两条第一延伸线，两个所述第一高频天线位于所述缓冲片的相反两侧并与所述缓冲片皆位于所述第一长度方向上，相邻且未以所述第一跨接线连接彼此的两个所述低频天线间设置有一个所述第一高频天线；所述缓冲片与任一个所述第一高频天线间以一条所述第一延伸线连接；其中，所述缓冲片的边长不同于任一个所述第一高频天线的边长，任一个所述第一高频天线的边长小于任一个所述低频天线的边长；以及一馈入单元，包含一第一馈入段及一第二馈入段，位于所述天线阵列斜对角的两个所述低频天线分别以所述第一馈入段与所述第二馈入段而连接至相邻的所述第一高频天线。

综上所述，本发明实施例所公开的多输入多输出天线装置及天线阵列，其透过设置缓冲片，而使得第一馈入段与第二馈入段能够在输入高频讯号时，共享所述两个第一高频天线及缓冲片，以达到缩小天线阵列尺寸的效果。

再者，所述缓冲片的边长不同于任一个第一高频天线的边长，藉以使缓冲片的谐振频率不同于每个第一高频天线所适用的高频频段，进而提升分别自所述第一馈入段与第二馈入段馈入，而沿相反两方向经过两个第一高频天线与缓冲片的讯号之间的隔离度。

附图说明

图1为本发明多输入多输出天线装置的立体示意图。

图2为图1的平面示意图。

图3为图1的立体剖视示意图。

图4为图1的局部示意图。

图5为图1的另一局部示意图。

图6为本发明多输入多输出天线装置使用第一馈入段与第二馈入段的测试示意图。

图7为本发明多输入多输出天线装置另一实施例的平面示意图。

图中：

100：天线阵列

1：缓冲片

2：低频单元

21：低频天线

22：第一跨接线

23：第二跨接线

3：高频单元

31：第一高频天线

32：第二高频天线

33：第一延伸线

34：第二延伸线

4：馈入单元

41：第一馈入段

42：第二馈入段

43：第三馈入段

44：第四馈入段

5：匹配单元

51：匹配段

200：接地件

300：支撑柱

D1：第一长度方向

D2：第二长度方向

L1、L2、L3：边长

F1、F2：讯号馈入点

A：第一双频平板天线

B：第二双频平板天线

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

请参阅图1至图6，为本发明的实施例，需先说明的是，本实施例对应附图所提及的相关数量与外型，仅用来具体地说明本发明的实施方式，以便于了解本发明的内容，而非用来局限本发明的保护范围。

如图1至图3所示，本实施例为一种多输入多输出(multi-input multi-output，MIMO)天线装置，其包括至少两组能够彼此相互共享的双频平板天线，藉以有效地缩小整体尺寸。所述多输入多输出天线装置包括一天线阵列100、一接地件200、及多个支撑柱300。其中，所述接地件200于本实施例中为一平板并且面积大于上述天线阵列100；上述多个支撑柱300的一端(如图3中的支撑柱300顶端)固定于所述天线阵列100，而多个支撑柱300的另一端(如图3中的支撑柱300底端)固定于所述接地件200，以使所述天线阵列100与接地件200呈间隔设置。

需先说明的是，为使上述至少两组平板天线能够相互共享彼此的组件，本实施例提出能够有效提升彼此隔离度的技术特征，并能使每组平板天线具备大于8dBi的天线增益。再者，本实施例于下述中所记载的「大致呈方形」是指正方形、长宽比接近1的长方形、形成有圆角或是倒角的正方形、或是其他类似正方形的外型。以下将先说明本实施例的天线阵列100构造，而后再介绍上述天线阵列100的运作。

所述天线阵列100的轮廓大致呈方形且其轮廓中的相邻两边缘定义有相互垂直的一第一长度方向D1与一第二长度方向D2。所述天线阵列100包含大致呈方形且设置于天线阵列100中心的一缓冲片1、一低频单元2、一高频单元3、一馈入单元4、及一匹配单元5。于本实施例中，所述缓冲片1的中心即为上述天线阵列100的中心，并且天线阵列100相对于缓冲片1的中心大致呈90度旋转对称(4-fold symmetry)。所述缓冲片1与高频单元3大致呈共平面设置，并且所述低频单元2相较于接地件200的高度H1大于所述高频单元3相较于接地件200的高度H2。

所述低频单元2包含有四个大致呈方形且大致呈共平面设置的低频天线21、两条第一跨接线22、及两条第二跨接线23。上述四个低频天线21分别间隔地分布于天线阵列100的四个角落，并且每个低频天线21在高度方向上未覆盖缓冲片1。

其中，相邻且位在所述第一长度方向D1上的任两个低频天线21(如图2中的左侧两个低频天线21或是右侧两个低频天线21)以一条第一跨接线22相连，并且所述两条第一跨接线22沿第二长度方向D2彼此相向。而相邻且位在所述第二长度方向D2上的任两个低频天线21(如图2中的上侧两个低频天线21或是下侧两个低频天线21)以一条第二跨接线23相连，并且所述两条第二跨接线23沿第一长度方向D1彼此相向。

再者，任一个低频天线21是以相邻两个边缘(如图2中左上角的低频天线21的右侧边缘与下侧边缘)的中心分别连接于对应的第一跨接线22与对应的第二跨接线23。

所述高频单元3包含两个大致呈方形的第一高频天线31、两个大致呈方形的第二高频天线32、两条直线状的第一延伸线33、及两条直线状的第二延伸线34，并且上述任一个第二高频天线32的边长等于任一个第一高频天线31的边长。

所述两个第一高频天线31位于缓冲片1的相反两侧并与缓冲片1皆位于所述第一长度方向D1上，而相邻且未以第一跨接线22连接彼此的两个低频天线21之间设置有一个第一高频天线31，并且所述缓冲片1与任一个第一高频天线31之间以一条第一延伸线33连接。其中，所述缓冲片1的中心、两条第一延伸线33、及两个第一高频天线31皆位于所述第一长度方向D1上。也就是说，所述缓冲片1相反两边缘的中心分别经由上述两条第一延伸线33而连接于两个第一高频天线31的相邻(且平行)边缘的中心。

所述两个第二高频天线32位于缓冲片1的相反两侧并与缓冲片1皆位于所述第二长度方向D2上，而相邻且未以第二跨接线23连接彼此的两个低频天线21间设置有一个第二高频天线32，并且所述缓冲片1与任一个第二高频天线32间以一条第二延伸线34连接。其中，所述缓冲片1的中心、两条第二延伸线34、及两个第二高频天线32皆位于所述第二长度方向D2上。也就是说，所述缓冲片1相反两边缘的中心分别经由上述两条第二延伸线34而连接于两个第二高频天线32的相邻(且平行)边缘的中心。

更详细地说，所述缓冲片1的边长L1不同于(如：大于)任一个第一高频天线31的边长L3，较佳是缓冲片1的边长L1介于任一低频天线21的边长L2与任一第一高频天线31的边长L3之间。而任一个第一高频天线31的边长L3小于任一个低频天线21的边长L2。

其中，每个低频天线21于本实施例中能用来处理的讯号所在的低频频段是2300MHz～2700MHz，而每个第一高频天线31及每个第二高频天线32于本实施例中能用来处理的讯号所在的高频频段是3400MHz～3800MHz，但本发明不受限于此。

当所述低频单元2与高频单元3正投影于接地件200时(如图2)，每个第一跨接线22所连接的两个低频天线21及其之间的第二高频天线32(如图2中的左侧两个低频天线21及左侧第二高频天线32)的外边缘相互切齐而呈共线排列；每个第二跨接线23所连接的两个低频天线21及其之间的第一高频天线31(如图2中的上侧两个低频天线21及上侧第一高频天线31)的外边缘相互切齐而呈共线排列。

再者，任一第一跨接线22正投影于相邻的第二高频天线32所成形的一投影区域，是位在相邻第二高频天线32中心远离缓冲片1的一侧(如图2中的第二高频天线32中心的外侧)。任一所述第二跨接线23正投影于相邻的第一高频天线31所成形的一投影区域，是位在相邻第一高频天线31中心远离缓冲片1的一侧(如图2中的第一高频天线31中心的外侧)。藉此，任一第一跨接线22透过上述排列设置，能够避免影响相邻第二高频天线32的天线增益；而任一第二跨接线23透过上述排列设置，能够避免影响相邻第一高频天线31的天线增益。

所述馈入单元4包含相互分离设置的一第一馈入段41、一第二馈入段42、一第三馈入段43、及一第四馈入段44。位于所述天线阵列100斜对角的两个低频天线21(如图2中左上角与右下角的两个低频天线21)分别以上述第一馈入段41与第二馈入段42而连接至相邻的第一高频天线31；并且未连接于上述第一馈入段41与第二馈入段42的两个低频天线21(如图2中右上角与左下角的两个低频天线21)分别以所述第三馈入段43与第四馈入段44而连接至相邻的第二高频天线32。

其中，所述第一馈入段41、第二馈入段42、第三馈入段43、及第四馈入段44于本实施例中皆大致呈U形并且各有局部朝接地件方向垂直地弯折，用以在其上选择适当位置作为讯号馈入点F1、F2、F3、F4。每个讯号馈入点F1、F2、F3、F4可依据使用者需求而加以调整其位置，而于本实施例中，任一馈入段41、42、43、44上的讯号馈入点F1、F2、F3、F4是较为远离其所连接的低频天线21，但本发明不受限于此。

所述匹配单元5于本实施例中包含有四个L形的匹配段51，并且上述四个匹配段51分别连接于所述第一馈入段41、第二馈入段42、第三馈入段43、及第四馈入段44，用以作为匹配调整之用。然而，本发明也可以透过其他方式进行匹配调整，而不受限于使用上述匹配单元5。例如，使用电路板(图中未示出)进行匹配调整，或者调整所述馈入单元4与接地件200之间的距离，又或者是调整所述第一馈入段41、第二馈入段42、第三馈入段43、及第四馈入段44的宽度。

此外，本实施例中的缓冲片1、低频天线21、高频单元3、馈入单元4、及匹配单元5为冲压弯折单个片体而一体成形的构造，但本发明不受限于此。

以上为本实施例多输入多输出天线装置的结构说明，下述接着介绍上述多输入多输出天线装置的运作。其中，由于所述天线阵列100的第一馈入段41、第二馈入段42、第三馈入段43、及第四馈入段44可以同时馈入讯号，所以为便于理解本实施例多输入多输出天线装置的运作，本实施例将其简化为如图4所示之在极化方向平行时的运作模式以及如图5所示之在极化方向垂直时的运作模式。

如图4所示，所述第一馈入段41、相连的匹配段51、及沿第一长度方向D1所依序相连的两个低频天线21(如图4中的左侧两个低频天线21)、一个第一跨接线22、两个第一高频天线31、两个第一延伸线33、及缓冲片1，可被作为一第一双频平板天线A。所述第二馈入段42、相连的匹配段51、及沿第一长度方向D1所依序相连的两个低频天线21(如图2中的右侧两个低频天线21)、一个第一跨接线22、两个第一高频天线31、两个第一延伸线33、及缓冲片1，可被作为一第二双频平板天线B。

因此，所述第一双频平板天线A以及第二双频平板天线B在处理高频讯号时，皆需共同使用到上述两个第一高频天线31、两个第一延伸线33、及缓冲片1，因而能够有效地降低天线阵列的尺寸。再者，为提升第一双频平板天线A以及第二双频平板天线B在处理高频讯号时的隔离度，所述天线阵列100透过将缓冲片1的边长L1不同于任一个第一高频天线31的边长L3，所以缓冲片1的谐振频率不同于所述高频频段，以使分别自所述第一馈入段41与第二馈入段42馈入，而沿相反两方向(如图4中的由上往下的方向以及由下往上的方向)经过两个第一高频天线31与缓冲片1的讯号之间具有小于-15dB的隔离度(如图6所示，本实施例能够达到小于-18dB的隔离度)。

同理，请参阅图2，所述第三馈入段43、相连的匹配段51、及沿第二长度方向D2所依序相连的两个低频天线21(如图2中的上侧两个低频天线21)、一个第二跨接线23、两个第二高频天线32、两个第二延伸线34、及缓冲片1，可被作为一第三双频平板天线C。所述第四馈入段44、相连的匹配段51、及沿第二长度方向D2所依序相连的两个低频天线21(如图2中的下侧两个低频天线21)、一个第二跨接线23、两个第二高频天线32、两个第二延伸线34、及缓冲片1，可被作为一第四双频平板天线D。

因此，所述第三双频平板天线C以及第二双频平板天线D在处理高频讯号时，皆需共同使用到上述两个第二高频天线32、两个第二延伸线34、及缓冲片1，因而能够有效地降低天线阵列的尺寸。再者，为提升第三双频平板天线C以及第四双频平板天线D在处理高频讯号时的隔离度，所述天线阵列100透过缓冲片1的谐振频率不同于所述高频频段，以使分别自所述第三馈入段43与第四馈入段44馈入，而沿相反两方向经过两个所述第二高频天线32与缓冲片1的讯号之间具有小于-15dB的隔离度(本实施例能够达到小于-18dB的隔离度)。

如图5所示，其为第一双频平板天线A与第三双频平板天线C。上述第一双频平板天线A与第三双频平板天线C是共享一个低频天线21(如图5中的左上侧低频天线21)及缓冲片1，上述共享的低频天线21是以其相邻两个边缘的中心分别连接于对应的第一跨接线22与对应的第二跨接线23，而低频天线21在边缘中心的截面电场为零，所以上述第一双频平板天线A与第三双频平板天线C在处理低频讯号时，相邻的两个低频天线21之间不会相互干扰。

再者，所述缓冲片1相反两边缘的中心分别经由上述两条第一延伸线33而连接于两个第一高频天线31的相邻(且平行)边缘的中心，并且所述缓冲片1另外两边缘的中心分别经由上述两条第二延伸线34而连接于两个第二高频天线32的相邻(且平行)边缘的中心。所述缓冲片1在边缘中心的截面电场为零并且谐振频率不同于所述高频频段，所以上述第一双频平板天线A与第三双频平板天线C在处理高频讯号时，所述第一高频天线31与第二高频天线32不会相互干扰。

同理，所述第一双频平板天线A、第二双频平板天线B、第三双频平板天线C、及第四双频平板天线D的其他组合运作模式类似上述图4与图5所介绍的运作模式，所以本实施例不再加以赘述。其中，所述第一双频平板天线A、第二双频平板天线B、第三双频平板天线C、及第四双频平板天线D在上述低频频段与高频频段中所测得的天线增益大致如下表所示：

此外，本实施例的天线阵列100是以图2所示的构造作一说明，但于实际用时，本发明的天线阵列100也可以如图4所示的构造。再者，本实施例的图2虽是以缓冲片1的边长L1介于任一低频天线21的边长L2与任一第一高频天线31的边长L3之间作一说明，但不受限于此。举例来说，如图7所示，所述缓冲片1的边长L1也可以小于任一个第一高频天线31的边长L3，此同样能达到上述提升隔离度的功效。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例，其并非用以局限本发明之专利范围，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。