多频天线及多频天线配置方法_2

文档序号:9262605阅读:来源:国知局
辐射体相隔的距离较佳为无 线电信号波长的四分之一。在此情况下,若将天线操作于多个频段,在一倍频时距离设定 为最长波长(如830MHz对应的波长-361. 4mm)的四分之一(如90. 4mm),此时天线在这一倍 频下有最佳的高度距离,则对于频段中较短的波长(如2倍频1853MHz对应的波长或3倍频 2480MHz对应的波长),反射板与辐射体相隔的距离会大于最佳距离,而无法同时提供最佳 的反射效果。例如,天线的辐射电磁场在830MHz有良好的加乘效果,而使得天线增益值加 大,但是在1853MHz时,中间场形的部分天线增益值被抵销而产生凹陷,接着,在2480MHz虽 有加乘效果但旁瓣较大。换言之,理想电导体的反射板无法同时对应不同的频率而均提供 最佳反射效果。
[0054] 为了解决上述问题,反射体可为(或近似)一理想磁导体(PerfectMagnetic Conductor,PMC)构成的反射板,则当辐射体与反射板相隔零距离时,所有频率的无线电信 号的反射相位均为〇度,因此由辐射体收发的无线电信号与经由反射板而反射的无线电信 号能在空间中同相位而建设性加乘。类似的,反射板也可为具有金属周期结构的一人工磁 导体(ArtificialMagneticConductor,AMC)构成,然而,对应不同的频率,人工磁导体的 反射相位介于-180度与180度之间,且仅于很窄的频率范围,人工磁导体具有理想磁导体 的特性。在此情况下,若将天线操作于多个频段,因此可适当调整人工磁导体反射板的材 料与几何特征,以使特定频段的中心频率对应的反射相位为零。举例来说,可将一第一频 段(即Band20)与一第二频段(即Band7)的第一、第二中心频率对应的反射相位分别调整为 零,然而由于中心频率的斜率均不平缓,而第二中心频率的斜率又相当陡,因此频率与反射 相位的关系曲线有较剧烈的变化,而第一、第二频段对应的反射相位范围无法趋近〇度,即 中心频率的对应0度反射相位的频宽较为受限。换言之,天线的频宽相对较窄。
[0055] 为了解决上述问题,本发明进一步提供一多频天线50,如图1A~图1E所示。图1A 为本发明实施例一多频天线50的正面示意图,图1B为本发明实施例多频天线50的背面示 意图,图1C为本发明实施例多频天线50的上视示意图,图1D为多频天线50沿图1C的剖 线C-C'的截面示意图,图1E为多频天线50的局部示意图。如图1A~图1E所示,多频天 线50包含有一磁导体反射板500、辐射金属部510、520及支撑件530、540。磁导体反射板 500为一蕈状(mushroom-type)结构的人工磁导体,其包含有一金属平板302、介质层304及 周期排列成3X3阵列排列的多个金属突出物金属突出物MP11~MP33。其中,金属突出物 MP11~MP33分别由正方形金属板SQ11~SQ33与金属圆柱VIA11~VIA33组成而大致具 有一蕈状外型,并部分电连接至金属平板302而设置于金属平板302上,而介质层304则可 填满金属平板302与金属突出物MP11~MP33之间的空隙。此外,辐射金属部510、520为 用来收发无线电信号的主要辐射体,其中,辐射金属部510为极化倾斜45度的一主教帽状 偶极天线(bishophatdipole),福射金属部520为极化倾斜135度的另一主教帽状偶极天 线,换言之,辐射金属部510、520的中线大致呈90度以收发互相正交的两种极化方向的无 线电信号,并且,主教帽状偶极天线可增加频宽,且能有效利用空间,并使辐射金属部510、 520之间有较小的重叠面积,而能提高隔离度。
[0056] 如图1D所示,支撑件530、540则介于辐射金属部510、520与磁导体反射板500之 间,用来固定辐射金属部510、520与磁导体反射板500分别相隔距离D2、D3,以使辐射金属 部510、520与磁导体反射板500之间不互相电连接。同时,如图1E所示,能量由传输线馈 入辐射金属部510、520,而馈入传输线芯线512、522连接至辐射金属部510、520的辐射金属 片510b、520b,传输线金属编织514、524则连接至辐射金属部510、520的辐射金属片510a、 520a。值得注意的是,距离D2、D3大致介于0到四分之一无线电信号波长之间,即距离D2、 D3较佳地大于0且小于四分之一的无线电信号波长,且距离D2、D3根据一多频天线配置方 法60 (于后详述)而配置。此外,距离D2、D3较佳相等,但为了方便焊接,距离D2、D3也可 有适当的差距,以避免传输线芯线512、522之间发生短路。
[0057] 此外,请参考图2,图2为本发明实施例多频天线50的磁导体反射板500的频率 与反射相位的关系曲线的示意图。其中,一频段FBI(如Band20)可对应至一反射相位范围 H)l,频段FBI的一中心频率FC1可对应至一反射相位PH1,同样地,一频段FB2 (如Band7) 可对应至一反射相位范围H)2,频段FB2的一中心频率FC2可对应至一反射相位PH2。并且, 根据多频天线配置方法60,多频天线50所操作的频段FBI、FB2的中心频率FC1、FC2不再 对应〇度的反射相位,以增加多频天线的频宽。
[0058] 简单而言,通过多频天线配置方法60可适当配置距离D2、D3及磁导体反射板500 的材料与几何特征,可使由辐射金属部510、520收发的多个频段的无线电信号与经由磁导 体反射板500反射的多个频段的无线电信号能在空间中同相位而互相加乘,以增加多频天 线50的增益值,并可缩小多频天线50所需的尺寸。此外,互相正交的辐射金属部510、520 分别为主教帽状偶极天线,可增加频宽,且能有效利用空间,并使辐射金属部510、520之间 有较小的重叠面积,而能提高两种极化方向的隔离度。
[0059] 请参考图3,图3为本发明实施例适用于多频天线50的多频天线配置方法60的流 程示意图。多频天线配置方法60包含以下步骤:
[0060] 步骤S600:开始。
[0061] 步骤S602 :决定多频天线50的磁导体反射板500与多频天线50的辐射金属部510 之间的距离D2。
[0062] 步骤S604:根据一配置要求,计算磁导体反射板500于距离D2对应多个频段中的 频段FBI的中心频率FC1的一第一反射相位值及对应多个频段的频段FB2的中心频率FC2 的一第二反射相位值。
[0063] 步骤S606 :决定多频天线50的一长度与一宽度。
[0064] 步骤S608:调整磁导体反射板500的材料与几何特征,以改变磁导体反射板500 的多个反射相位相对于多个频率的一关系曲线,而使频段FBI的中心频率FC1对应的反射 相位PH1等于第一反射相位值,且使频段FB2的中心频率FC2对应的反射相位PH2等于第 二反射相位值。
[0065]步骤S610:根据关系曲线,决定磁导体反射板500的材料与几何特征。
[0066]步骤S612:通过多频天线50的支撑件530,固定磁导体反射板500与辐射金属部 510相隔距离D2,并使磁导体反射板500与福射金属部510之间不互相电连接。
[0067] 步骤S614:结束。
[0068] 换言之,为了设置多频天线50的磁导体反射板500、辐射金属部510、520及支撑 件530、540,多频天线配置方法60先决定磁导体反射板500与辐射金属部510之间的距离 D2。接着,根据一配置要求,计算磁导体反射板500于距离D2 (如45. 4mm)对应频段FBI (如Band20)的中心频率FC1 (如826. 5MHz)的第一反射相位值及磁导体反射板500于距离 D2对应频段FB2 (如Band7)的中心频率FC2 (如2595MHz)的第二反射相位值。其中,配置 要求用来使无线电信号与反射的无线电信号于空间中至少一位置形成建设性干涉,举例来 说,由于距离D2大致介于0到四分之一无线电信号波长之间,因此,根据配置要求,第一反 射相位值9 1及第二反射相位值9 2可分别符合公式1、2 :
[0069] 0 1=4 31D2/A1 (公式 1),
[0070] 0 2=4JrD2/X2-2 31 (公式 2),
[0071] 其中,X1、X2分别为中心频率FC1、FC2对应的波长。如此一来,对应中心频率 FC1的无线电信号与(对应中心频率FC1且被磁导体反射板500)反射的无线电信号于一位 置的一第一相位差为零,以形成建设性加乘,并且,中心频率FC2相较中心频率FC1为下一 个可对应距离D2而形成建设性加乘的频率,因此,对应中心频率FC2的无线电信号与(对应 中心频率FC2并被磁导体反射板500)反射的无线电信号于一位置的一第二相位差为2 。 较佳地,第一反射相位值0 1介于0度与180度之间(如90度),而第二反射相位值0 2介 于-180度与0度之间(如-77. 4度)。举例来说,表一列出磁导体反射板500于不同的距离 D2且对应826. 5MHz的第一反射相位值及对应2595MHz的第二反射相位值。
[0072] (表一)
[0073]
[0075] 接着,决定多频天线50的长度与宽度,此时也可调整磁导体反射板500的金属突 出物数目。在决定磁导体反射板500与辐射金属部510的距离D2 (如45. 9mm)及多频天线 50的长度(如120mm)与宽度(如120mm)后,可进一步调整磁导体反射板500的材料与几何 特征,以改变磁导体反射板500的关系曲线,而使频段FBI(如Band20)的中心频率FC1 (如 826. 5MHz)对应的反射相位
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