智能型天线及无线通信装置的制作方法

本发明涉及一种天线及具有天线的无线通信装置，且特别涉及一种智能型天线及具有智能型天线的无线通信装置。

背景技术：

目前一般网络通信产品所使用的天线通常为全向性辐射场型，例如使用偶极天线(dipoleantenna)。然而，当产品位置固定时，仅能提供固定的辐射特性来进行信号的收发，因此往往发生跨楼层的信号收发不佳而导致传输速度降低的问题。

在传统的天线设计，使用多个固定位置的天线，且配合无线模块的电路板(或整个系统的电路板)使用切换组件，以控制整体辐射场型。但是，因为天线的设置位置是在产品中的固定位置，需要针对天线本身做更复杂的设计、或者利用较复杂的开关，以实现控制辐射场型的目的。天线设计人员因而受限于产品整体考虑，而在天线设计上遇到相当多的设计限制。

因此，需要提供一种智能型天线及无线通信装置来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种智能型天线及具有智能型天线的无线通信装置，将受驱的切换组件(二极管)由无线模块的电路板移至天线本身，且将切换组件(二极管)与天线整合设计，可以方便地改变偶极天线的辐射场型，藉此利用具有辐射方向选择性的天线整体设计来解决传统技术的问题。

本发明实施例提供一种智能型天线，包括偶极天线、第一反射单元、第一二极管、第一射频扼流单元以及第二射频扼流单元。偶极天线具有第一辐射部与第二辐射部，第一辐射部用以同时馈入射频信号与直流电压。第一反射单元平行设置于偶极天线的第一侧。第一二极管电性连接于第一区段与第二区段之间，直流电压用以控制第一二极管的导通状态。第一射频扼流单元电性连接于第一辐射部与第一反射单元的第一区段之间。第二射频扼流单元电性连接于第二辐射部与第一反射单元的第二区段之间。

本发明实施例还提供一种智能型天线，该智能型天线包括：一偶极天线，该偶极天线具有一第一辐射部与一第二辐射部，该第一辐射部用以同时馈入一射频信号与一直流电压；一第一反射单元，该第一反射单元具有一第一区段以及一第二区段，平行设置于该偶极天线的一第一侧；一第一二极管，该第一二极管电性连接于该第一区段与该第二区段之间，该直流电压用以控制该第一二极管的导通状态；一第一射频扼流单元，该第一射频扼流单元电性连接于该第一辐射部与该第一反射单元的该第一区段之间；以及一第二射频扼流单元，该第二射频扼流单元电性连接于该第二辐射部与该第一反射单元的该第二区段之间。

本发明实施例提供一种无线通信装置，包括t型偏置电路(biastee)、直流电压供应单元、偶极天线、同轴电缆线、第一反射单元、第一二极管、第一射频扼流单元以及第二射频扼流单元。t型偏置电路具有第一端、第二端与第三端，t型偏置电路的第一端接收射频信号，t型偏置电路的第二端接收直流电压。直流电压供应单元电性连接t型偏置电路的第二端，产生直流电压。偶极天线具有第一辐射部与第二辐射部，第一辐射部用以同时馈入射频信号与直流电压。同轴电缆线具有馈入端与接地端，馈入端电性连接于t型偏置电路的第三端与偶极天线的第一辐射部之间，接地端电性连接于偶极天线的第二辐射部与一系统接地之间。第一反射单元平行设置于偶极天线的第一侧。第一二极管电性连接于第一区段与第二区段之间，直流电压用以控制第一二极管的导通状态。第一射频扼流单元电性连接于第一辐射部与第一反射单元的第一区段之间。第二射频扼流单元电性连接于第二辐射部与第一反射单元的第二区段之间。

本发明实施例还提供一种无线通信装置，该无线通信装置包括：t型偏置电路，该t型偏置电路具有一第一端、一第二端与一第三端，该t型偏置电路的该第一端接收一射频信号，该t型偏置电路的该第二端接收一直流电压；一直流电压供应单元，该直流电压供应单元电性连接该t型偏置电路的该第二端，产生该直流电压；一偶极天线，该偶极天线具有一第一辐射部与一第二辐射部，该第一辐射部用以同时馈入一射频信号与一直流电压；一同轴电缆线，该同轴电缆线具有一馈入端与一接地端，该馈入端电性连接于该t型偏置电路的该第三端与该偶极天线的该第一辐射部之间，该接地端电性连接于该偶极天线的该第二辐射部与一系统接地之间；一第一反射单元，该第一反射单元具有一第一区段以及一第二区段，该第一反射单元平行设置于该偶极天线的一第一侧；一第一二极管，该第一二极管电性连接于该第一区段与该第二区段之间，该直流电压用以控制该第一二极管的导通状态；一第一射频扼流单元，该第一射频扼流单元电性连接于该第一辐射部与该第一反射单元的该第一区段之间；以及一第二射频扼流单元，该第二射频扼流单元电性连接于该第二辐射部与该第一反射单元的该第二区段之间。

综上所述，本发明实施例提供一种智能型天线及具有智能型天线的无线通信装置，利用反射单元上的二极管的切换而容易改变偶极天线的辐射场型，藉由辐射场型可轻易调整的机制，因此本发明实施例的智能型天线能容易设置在无线通信装置的任一所需(或可能)位置，提升产品设计及使用上的灵活性。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附附图仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1是本发明实施例提供的具有智能型天线的无线通信装置的功能框图。

图2是本发明实施例提供的智能型天线的示意图。

图3是图2的智能型天线实现于微波基板的示意图。

图4是图2的智能型天线其反射单元的二极管在不导通状态的辐射场型图。

图5是图2的智能型天线其反射单元的二极管在导通状态的辐射场型图。

图6是本发明另一实施例提供的智能型天线的示意图。

图7是图6的智能型天线其供应给两个反射单元的直流电压为零电压的辐射场型图。

图8是图6的智能型天线其供应给两个反射单元的的直流电压为一正电压而使第一二极管不导通且使第二二极管导通的辐射场型图。

图9是图6的智能型天线其供应给两个反射单元的的直流电压为一负电压而使第一二极管导通且使第二二极管不导通的辐射场型图。

图10是本发明另一实施例提供的智能型天线的示意图。

图11是图1的直流电压供应单元的解码器的电路图。

图12是本发明另一实施例提供的具有智能型天线的无线通信装置的功能框图。

主要组件符号说明：

1无线通信装置

100系统电路板

11、551、552…55n智能型天线

12、541、542…54nt型偏置电路

13直流电压供应单元

131、51控制单元

132、531、532…53n解码器

14无线模块

rf、rf1、rf2…rfn射频信号

dc、dc1、dc2…dcn直流电压

111、311偶极天线

111a、311a第一辐射部

111b、311b第二辐射部

111c、311c信号源

112、312、315反射单元

112a、312a第一区段

112b、312b第二区段

112c二极管

113第一射频扼流单元

114第二射频扼流单元

20微波基板

4同轴电缆线

1131第一射频扼流组件

1132第二射频扼流组件

1141第三射频扼流组件

1142第四扼频扼流组件

21、22导线

f1、f2馈入点

z、y轴

313、314、316、317射频扼流单元

312c第一二极管

315c第二二极管

s1、s2单刀双掷开关

bit1-1、bit1-2、bit2-1、bit2-2、并行信号

bitn-1、bitn-2

+vdd正电压

-vdd负电压

0v接地

52串行-并行转换器

315a第三段落

315b第四段落

data数据

clock时钟

具体实施方式

(智能型天线及具有智能型天线的无线通信装置的实施例)

请参照图1，图1是本发明实施例提供的具有智能型天线的无线通信装置的功能框图。无线通信装置1具有系统电路板100，除此之外，无线通信装置1还包括智能型天线11、t型偏置电路12、直流电压供应单元13与无线模块14。另外，依据无线通信装置1的主要功能及种类，无线通信装置1也应具有其他功能框或相关电路，在本实施例中将其省略不提。例如，无线通信装置1可以是无线路由器，无线路由器具有能够依照网络协议以及执行路由功能的算法的功能电路或芯片，但本发明并不因此限定无线通信装置1的种类。

在本实施例中，t型偏置电路12、直流电压供应单元13与无线模块14皆设置于无线通信装置1其中的系统电路板100，而智能型天线11独立于无线通信装置1的系统电路板100之外，智能型天线11可藉由同轴电缆线(在图3绘示)电性连接t型偏置电路12，使智能型天线11的设定位置可不受限于系统电路板100本身。

t型偏置电路12具有第一端、第二端与第三端，第一端电性连接无线模块14，第二端电性连接直流电压供应单元13，第三端电性连接智能型天线11。t型偏置电路12的第一端接收来自无线模块14的射频信号rf，且可阻隔来自t型偏置电路12的第二端的直流电压dc传输至无线模块14。t型偏置电路12的第二端接收来自直流电压供应单元13的直流电压dc，且可阻隔来自t型偏置电路12的第一端的射频信号rf传输至直流电压供应单元13。直流电压供应单元13电性连接t型偏置电路12的第二端，并产生直流电压dc。

t型偏置电路12是一种常见的三端口网络，其等效电路为由一个等效电容(c)和等效电感(l)构成。等效电容是连接t型偏置电路12的第一端，可让射频信号rf通过且阻隔直流信号(直流电压dc)，等效电感是连接t型偏置电路12的第二端，可让直流信号(直流电压dc)通过，且阻隔交流信号(射频信号rf)。然而，本发明并不限定t型偏置电路12的实施方式，t型偏置电路12是所属技术领域普通技术人员容易了解的公知技术，不再赘述。

直流电压供应单元13可以产生至少两种直流电压，以控制智能型天线11的受驱组件(drivenelement)，藉以达成辐射场型切换。智能型天线11的受驱组件将在后续进一步描述。在此先说明直流电压供应单元13产生的直流电压。在一实施例中，直流电压供应单元13可以产生两种直流电压，包括一个正电压+v(或负电压-v)以及零电压(0v)。在另一实施例中，直流电压供应单元13可以产生三种直流电压，包括一个正电压+v、一个负电压，以及零电压(0v)。但本发明并不因此限定，例如直流电压供应单元13也可以产生三种以上的直流电压。在实际应用时，直流电压供应单元13可例如图1所示包括控制单元131与解码器132，解码器132依据控制单元131的控制信号而输出特定的直流电压，但本发明并不因此限定。基于直流电压供应单元13控制直流电压，智能型天线11的辐射场型将因此改变，以下将进一步说明本实施例的智能型天线的实施例细节。

请同时参照图1与图2，图2本发明实施例提供的智能型天线的示意图。智能型天线包括偶极天线111、至少一反射单元112、至少一二极管112c、第一射频扼流单元113以及第二射频扼流单元114。偶极天线111具有第一辐射部111a与第二辐射部111b。偶极天线111一般以半波长偶极天线实现。反射单元112具有第一区段112a以及第二区段112b，一二极管112c设置于第一区段112a以及第二区段112b之间，由于二极管112c受控于直流电压dc，使得反射单元112对直流电压供应单元13而言可视为受驱组件。在图2中，反射单元112平行设置于偶极天线111的一侧，例如在图2中是右侧边。在较佳的实施例中，反射单元112与偶极天线111之间的距离为介于偶极天线11操作频率所对应波长的八分之一(0.125λ)至四分之一(0.25λ)之间，但本发明并不因此限定。

偶极天线111的第一辐射部111a具有第一馈入点，第一馈入点(例如是连接信号端)，第二辐射部111b具有第二馈入点(例如是接地点)，在图2中以信号源111c连接第一馈入点与第二馈入点，以表示信号传输的电性连接方式。二极管112c电性连接于第一区段112a与第二区段112b之间，直流电压dc用以控制二极管112c的导通状态。第一射频扼流单元113电性连接于第一辐射部111a与反射单元112的第一区段112a之间。第二射频扼流单元114电性连接于第二辐射部111b与反射单元112的第二区段112b之间。

偶极天线111的第一辐射部111a用以同时馈入射频信号rf与直流电压dc。射频信号rf用以激发天线产生辐射。直流电压dc用以控制二极管112c的导通状态。直流电压dc经由偶极天线111的第一馈入点与第二馈入点馈入时，假设第一馈入点是信号端，直流电压dc将经由第一辐射部111a、第一射频扼流单元113及反射单元112的第一区段112a传送至二极管112c(例如为图2的二极管112c的阳极)，然后(经由图2的二极管112c的阴极)再经由反射单元112的第二区段112b、第二射频扼流单元114及第二辐射部111b回到第二馈入点所连接的信号源111c以产生回路。直流电压dc会在第一射频扼流单元113、第二射频扼流单元114与二极管112c产生跨压，经过适当的决定直流电压dc的大小，可使二极管112c两端产生足够的跨压(即大于二极管112c的正向徧压)以使二极管112c能够导通，藉此反射单元112的第一区段112a与第二区段112b将彼此导通。能够让二极管112c导通的直流电压dc大小例如为3v，但本发明并不因此限定。所述直流电压dc可以例如由无线通信装置1内的工作电压提供，但本发明并不因此限定。相对地，当直流电压dc为零电压或者是不足以使二极管112c导通时，则反射单元112的第一区段112a与第二区段112b彼此不导通。

在较佳的实施例中，当二极管112c受控于直流电压dc而导通时，反射单元112的第一区段112a、二极管112c与第二区段112b的长度总和至少为偶极天线111的操作频率所对应的波长的二分之一。然而，本发明并不因此限定反射单元112的总长度。

第一射频扼流单元113与第二射频扼流单元114会让直流电压dc通过，但不让射频信号rf所产生的电流由偶极天线111的第一辐射部111a与第二辐射部111b经由第一射频扼流单元113与第二射频扼流单元114传递至反射单元112。第一射频扼流单元113与第二射频扼流单元114各自可以包括至少一个射频扼流组件，射频扼流组件例如是电感，但本发明并不因此限定。在图2中所绘示的电感数量仅是用以示意，并非用以限定本发明。

除此之外，上述智能型天线还可包括同轴电缆4(在图3绘示)，所述同轴电缆线用于电性连接t型偏置电路12的第三端与偶极天线111之间，因此同轴电缆线4可以作为偶极天线111的信号源111a，可使t型偏置电路12馈入射频信号rf与直流电压dc至偶极天线111。利用同轴电缆线4的馈入方式可以容易改变智能型天线11的设置位置，增加智能型天线的使用灵活性。

请同时参照图2与图3，图3是将图2的智能型天线实现于微波基板的示意图。在图3的实施例中，偶极天线111的第一辐射部111a与第二辐射部111b，反射单元112的第一端112a与第二端112b皆可利用蚀刻技术制作于微波基板20上，微波基板20例如是印刷电路板(pcb)，但本发明并不因此限定。同轴电缆线4具有馈入端与接地端，馈入端电性连接第一辐射部111a的馈入点f1，接地端电性连接第二辐射部111b的馈入点f2。另一方面，同轴电缆线4也与前述的t型偏置12电路电性连接，使得同轴电缆线4的馈入端电性连接于t型偏置电路12的第三端与偶极天线111的第一辐射部111a之间，同轴电缆线4的接地端则电性连接于偶极天线111的第二辐射部111b与系统接地之间，所述系统接地是无线通信装置1的接地(即设置有图1的t型偏置电路12、直流电压供应单元13与无线模块14的系统电路板的接地)。

第一射频扼流单元113、第二射频扼流单元114与二极管112c则可为表面黏着组件(smd)并采用表面黏着制程连接于微波基板上20的导电接触端点，但本发明也不因此限定。继续参照图3，第一射频扼流单元113包括彼此串联的第一射频扼流组件1131与第二射频扼流组件1132。第一射频扼流组件1131与第二射频扼流组件1132可利用导线21直接连接，导线21也可以蚀刻技术制作于微波基板20上。第一射频扼流组件1131直接连接第一辐射部111a，第二射频扼流组件1132直接连接反射单元112的第一区段112a。在一实施例中，第一射频扼流组件1131较佳的为设置于紧靠第一辐射部111a的边缘，第二射频扼流组件1132较佳的为设置于紧靠反射单元112的第一端112a的边缘。第二射频扼流单元114包括彼此串联的第三射频扼流组件1141与第四射频扼流组件1142。第三射频扼流组件1141与第四射频扼流组件1142可利用导线22直接连接，导线22也可以蚀刻技术制作于微波基板20上。第三射频扼流组件1141直接连接第二辐射部111b，第四射频扼流组件1142直接连接反射单元112的第二区段112b。在一实施例中，第三射频扼流组件1141较佳的为设置于紧靠第二辐射部111b的边缘，第四射频扼流组件1142较佳的为设置于紧靠反射单元112的第二区段112b的边缘，但本发明并不因此限定。

接着，请同时参照图2与图4，图4是图2的智能型天线其反射单元的二极管在不导通状态的辐射场型图。当直流电压dc为零电压，则二极管112c不导通。偶极天线111为半波长偶极天线，在操作频率介于5150mhz、5450mhz至5850mhz的频率范围，其在x-y平面上的辐射场型大致约为全向性辐射。请再参照图5，图5是图2的智能型天线其反射单元的二极管在导通状态的辐射场型图。当直流电压dc为正电压(如+3v)，并且电压大小足以使二极管112c导通，在图5中的角度表示中，角度0度是+x方向，角度正90度是+y方向，则由图5可看出其在x-y平面上的辐射场型改变为朝左边(负y方向为负90度)辐射。在另一实施例中，依据上述设计理念，图2的反射单元112可以改设置于偶极天线111的左侧，如此则辐射场型切换效果将恰好相反。

基于图2实施例的设计概念，将反射单元增加为两个的实施例可见于图6，图6的天线相比图2多了左侧的反射单元315、第二二极管315c及射频扼流单元316、317。详细的说，图6的智能型天线包括偶极天线311、反射单元312、反射单元315、第一二极管312c、第二二极管315c及射频扼流单元313、314、316、317。反射单元312与反射单元315是分别设置在偶极天线311的第一侧与第二侧。如图6所示，反射单元312设置在偶极天线311的右侧，反射单元315设置在偶极天线311的左侧，但本发明并不因此限定。反射单元312所在的第一侧与反射单元315所在的第二侧的关系可以立体空间来设置，所述的第一侧与第二侧不一定是在同一平面上。

偶极天线311具有第一辐射部311a与第二辐射部311b。第一二极管312c的阳极连接反射单元312的第一区段312a的一端，第一二极管312c的阴极连接反射单元312的第二区段312a的一端。射频扼流单元313电性连接于第一辐射部311a与反射单元312的第一区段312a之间，射频扼流单元314电性连接于第二辐射部311b与反射单元312的第二区段312b之间。反射单元315具有第三区段315a与第四区段315b，第二二极管315c的阴极连接反射单元315的第三区段315a的一端，第二二极管315c的阳极连接反射单元315的第四区段315b的一端。射频扼流单元316电性连接于第一辐射部311a与反射单元315的第三区段315a之间，射频扼流单元317电性连接于第二辐射部311b与反射单元315的第四区段315b之间。在较佳的实施例中，反射单元312、315各别距离偶极天线311的距离为介于双极天线311操作频率所对应波长的八分之一(0.125λ)至四分之一(0.25λ)之间，且反射单元312、315各别的总长度(其二极管导通时)至少为偶极天线311的操作频率所对应的波长的二分之一，但本发明并不因此限定。

当直流电压dc为零电压时，第一二极管312c与第二二极管315c皆不导通，此时图6的智能型天线的辐射场型在x-y平面大致约为全向性辐射，参照图7。当直流电压dc为正电压且使第一二极管312c导通时(此时第二二极管315c不导通)，在x-y平面的辐射场型则改变为朝左边(负y方向)辐射，参照图8。当直流电压dc为负电压且使第二二极管315c导通时(此时第一二极管312c不导通)，在x-y平面的辐射场型则改变为朝右边(正y方向)辐射，参照图9。依据上述设计理念，在另一实施例中，图6的反射单元312的第一二极管312c与反射单元315的第二二极管315c可以交换，如此则辐射场型切换效果将恰好相反。

更进一步，本发明实施例所使用的偶极天线的形状并不限定，例如偶极天线的两个辐射部可以为梯形，如图10所示，但本发明并不因此限定。偶极天线的两个辐射部各自也可以具有至少一个弯折、或者具有其他形状。

再参照图1，当本发明实施例的智能型天线应用于无线通信装置时，直流电压供应单元13用以控制智能型天线11的辐射场型切换，每一个反射单元的二极管的导通是由一个直流电压决定，当使用两个反射单元(如图6的设计)时，则可能需要两个直流电压决定两个二极管的各自导通。请一并参照图11，图11是图1的直流电压供应单元13的解码器132的电路图，图11的解码器132可以例如应用于图6的具有两个反射单元的智能型天线的设计，但本发明并不因此限定。图1的解码器13包括两个单刀双掷(spdt)开关s1、s2，图1的控制单元131产生控制信号，例如为并行(也即，并列)信号bit1-1、bit1-2分别控制单刀双掷开关s1、s2。单刀双掷开关s1接收两个非零直流电压，分别是一个正电压+vdd以及一个负电压-vdd，单刀双掷开关s1受控于并行信号bit1-1以决定输出正电压+vdd或负电压-vdd至单刀双掷开关s2。单刀双掷开关s2接收来至单刀双掷开关s1的直流电压(+vdd或-vdd)以及零电压(接地，0v)，单刀双掷开关s2受控于并行信号bit1-2以决定输出零电压或者是来自单刀双掷开关s1的直流电压(+vdd或-vdd)至t型偏置电路12。

更进一步，图1的无线通信装置使用一个智能型天线的实施例可以延伸为使用多个(两个或两个以上)智能型天线的实施例，参照图12，提供多个直流电压(dc1、dc2…dcn)以控制多个智能型天线551、552…55n的辐射场型切换，藉以调整整个智能型天线系统的整体辐射场型。如图12所示，基于图1的设计概念，直流电压供应单元以控制单元51、串行-并行转换器52以及多个解码器531、532…53n实现。控制单元51电性连接串行-并行转换器52，且将串行控制信号(包括数据data与时钟clock)传送至串行-并行转换器52。串行-并行转换器52电性连接解码器531、532…53n，并将串行控制信号转换为并行控制信号而分别控制解码器531、532…53n。解码器531、532…53n分别电性连接t型偏置电路541、542…54n，以输出对应的直流电压dc1、dc2…dcn。t型偏置电路541将射频信号rf1与直流电压dc1传送至智能型天线551。t型偏置电路542将射频信号rf2与直流电压dc2传送至智能型天线552。依此类推至t型偏置电路54n将射频信号rfn与直流电压dcn传送至智能型天线55n。智能型天线551、552…55n中的每一个其辐射场型都可以受控于各自对应的直流电压dc1、dc2…dcn，藉此可以便于控制整体的辐射场型。

综上所述，本发明实施例所提供的智能型天线及具有智能型天线的无线通信装置可利用t型偏置电路电路来结合直流电压以及射频信号，并利用电压控制二极管来调整反射单元的电长度使其形成反射器的设计概念，藉以实现智能型天线。本发明实施例的智能型天线设计，可以让天线的辐射方向得到控制，并易于实施，成本低廉，天线体积小。应用本发明实施例的智能型天线的无线通信装置产品的效果，比公知产品的在天线可多不同辐射方向的组态，并可在增益上加强2db以上。并且，利用将切换组件(二极管)与天线整合，配合使用同轴电缆线的馈线，使智能型天线能容易设置在无线通信装置的任一所需(或可能)位置，提升产品设计及使用上的灵活性。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。