专利名称：天线模块及其应用的无线通讯装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种天线模块及其应用的无线通讯装置，且特别是有 关于一种以多重输入/多重输出方式接收/传送应用于工业、科学及医药频带
(ISM Band )的无线信号的天线模块及其应用的无线通讯装置。
背景技术：
无线通讯系统发展迅速，不论在传输速度与传输稳定度均有长足进步。 其广泛应用至计算机网络、如桌上计算机、笔记本计算机、个人数字助理 (Personal Digital Assistant, PDA )、手机通讯及全球定位系统(global positioning system, GPS)等数据传输，带给人们在处理曰常事务中无限的 便利。
无线通讯系统是以一天线模块来接收或传送无线信号。然无线信号经过 长距离传送后，信号强度将会减弱。尤其是当无线信号传送路径中遇到障碍 物，无线信号经过反射、穿透或散射后，自然就会发生衰减(Fading)的现 象。使得传输信号噪声比骤降，严重影响信号传输品质及降低传输速率。以 90米的距离举例来说，802.11g信号会因为无线信号的衰减，传送速率平均 降至1 ~ 2 Mbps。
请参照图1,其示出一种传统的无线通讯装置100。无线通讯装置300 包括一单极(Monopole)天线或偶极(Dipole)天线310。在自由空间(Free Space) 下，水平方向(附图的X-Y平面)有近乎完美全向式(omni-directional)的辐射场 形(Radiation pattern)。但于垂直方向(附图的Z轴方向)几乎无辐射。
请参照图2,其示出另一种传统的无线通讯装置200。无线通讯装置600 包括四天线610、 620、 630、 640以形成一天线阵列(AntennaArray)。其目的 是希望以特别尺寸的个别天线610、 620、 630、 640组合成在特别方向的最 大信号强度(Intensity)。
然而，在居住环境、办公室或厂房中，地板、隔间墙或金属物，均会产 生多重障碍，而造成无线信号衰减的现象。在上述的无线通讯装置300、 600
的应用中，单极(Monopole)天线、偶极(Dipole)天线或天线阵列极易形成收讯 死角(Deadzone),而造成通讯品质不良或传输速率骤降。因此，如何研发出 一种无线通讯装置及其天线模块，以增加通讯品质并加快传输速率，实为目 前重要课题之一。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的就是提供一种天线模块及其应用的无线通 讯装置，其利用三支天线的底端实质上排列成一正三角形，且相邻的底端的 间距大于四分之一无线信号的波长。以及中心轴与平面之间的夹角实质上介 于50度至80度之间。使得天线模块形成一类全向式天线，且应用其的无线 通讯装置还具有「减少无线信号接收/传送的死角」、「确保无线信号接收/传 送的稳定度」、「增加无线信号接收/传送的速度」及「增加无线信号接收/传 送的信号强度」的优点。
根据本实用新型之一目的，提出一种天线模块。天线模块用以接收或传 送至少一无线信号。天线模块包括三独立天线。三天线分别具有一底端及一 中心轴。三底端实质上设置在同一平面上。其中，三底端实质上排列成一正 三角形，相邻的底端的间距大于四分之一无线信号的波长。三中心轴与平面 之间的夹角实质上介于50度至80度之间。
根据本实用新型的另一目的，提出一种无线通讯装置。无线通讯装置包 括一壳体、三天线及一处理单元。壳体具有一表面。三天线设置在金属或非 金属材质的第一壳体外，用以接收与传送至少一无线信号。三天线分别具有 一底端及一中心轴，三底端设置在表面上。处理单元与三天线电性连接，用 以处理无线信号。其中，三底端实质上排列成一正三角形，相邻的底端的间 距大于四分之一无线信号的波长。三中心轴与表面之间的夹角实质上介于50 度至80度之间。三天线更可选择性地包覆于非金属材质的一第二壳体内。
本实用新型装置的优点在于，本实用新型所公开的无线通讯装置及其天 线模块，其利用三支天线的底端实质上排列成一正三角形，且相邻的底端的 间距大于四分之一无线信号的波长。以及中心轴与平面之间的夹角实质上介 于50度至80度之间。使得天线模块形成一类全向式天线，并且其应用的无 线通讯装置具有以下的优点
第一、减少无线信号接》|1/传送的死角三支天线由正三角形之一中心点 放射状向外倾斜，天线模块可在多个角度接收与传送信号，使得无线信号接 收/传送几乎没有死角。
第二、确保无线信号接收/传送的稳定度本实用新型的三支天线的底端 的间距大于四分之一无线信号的波长，使得三支天线不会相互千扰而增如无 线信号接收/传送的稳定度。使得无线信号接收/传送的过程保持一 定的稳定 度。
第三、增加无线信号接收/传送的速度本实用新型通过上述的三支天线 以特定角度同时传送/接收无线信号，并且其接收/传送的方向性广泛。在单 位时间内，本实用新型的天线模块及其应用的无线通讯装置所接收与传送的 数据量大幅增加，亦即增加无线信号接收/传送的速度。
第四、增加无线信号接收/传送的信号强度经反射或散射后的无线信号 将以不同的角度与不同的信号衰减程度传送到三支天线。三支天线接收无线 信号后，汇集此些散射的无线信号至处理单元，反之亦然。使得接收/传送的 无线信号噪声比大幅地增加。
为让本实用新型的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一 优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下
图1示出一种传统的无线通讯装置300;
图2示出另一种传统的无线通讯装置600;
图3示出依照本实用新型的无线通讯装置100的示意图4示出图3的无线通讯装置100的俯视图5示出图3的无线通讯装置100的方块图6示出图3的天线模块110的示意图7A示出图3的天线模块110在X-Y平面上接收2.45GHz频带的无线 信号的远场功率分布辐射场形图，其中增益为8.436dBi,总辐射效率在 2.45000GHz处为215.581 % ;
图7B示出图3的天线模块110在X-Z平面上接收2.45GHz频带的无线 信号的远场功率分布辐射场形图，L3极化方向的E-平面，其中增益为 8.436dBi,总辐射效率在2.45000GHz处为215.581 % ;
图7C示出图3的天线模块IIO在Y-Z平面上接收2.45GHz频带的无线
信号的远场功率分布辐射场形图；L3极化方向的H-平面，其中增益为 8.436dBi,总辐射效率在2.45000GHz处为215.581 %以及
图8A示出图3的天线模块110在X-Y平面上接收5.25GHz频带的无线 信号的远场功率分布辐射场形图，其中增益为10.361dBi,总辐射效率在 5.25000GHz处为229.165 % ;
图8B示出图3的天线模块110在X-Z平面上接收5.25GHz频带的无线 信号的远场功率分布辐射场形图，L3极化方向的E-平面，其中增益为 10.361dBi,总辐射效率在5.25000GHz处为229.165 % ;
图8C示出图3的天线模块IIO在Y-Z平面上接收5.25GHz频带的无线 信号的远场功率分布辐射场形图，L3极化方向的H-平面，其中增益为 10.361dBi，总辐射效率在5.25000GHz处为229.165 % ;。
主要组件符号说明
100:无线通讯装置
110:天线模块
111、 112、 113:天线
130:壳体
130a:表面
131:枢轴
300、 600:无线通讯装置 310、 610、 620、 630、 640:天线 400:正三角形 500:互联网
Blll、 B112、 B113:底端Cll、 C2、C31:方向
C12、 C22、 C32:方向
C400:中心点
Dl、 D2、 D3:间距
Llll、 L112、 L113:中心轴
Sl:第一无线信号
S2:第二无线信号
e iii、 e 112、 e ii3:夹角
具体实施方式
请同时参照图3~图5。图3示出依照本实用新型的无线通讯装置100 的示意图，困4示出困3的无线通讯装置100的俯—见困，图5示出困3的无 线通讯装置100的方块图。无线通讯装置100包括一壳体130、天线111、 天线112、天线113及一处理单元120(处理单元120示出于图5)。壳体130 具有一表面130a。天线lll、天线112、天线113设置在壳体130外，用以 接收与传送至少一无线信号，天线111、天线112、天线113分别具有底端 Blll、 B112、 B113及中心轴Llll、 L112、 LU3。底端Blll、底端B112及 底端B113设置在表面130a上。
如图3所示，中心轴Llll、中心轴L112及中心轴L113与表面130a之
间分别具有夹角eiii、 ei12、 6 113。夹角eiii、夹角e 112及夹角e 113
的角度实质上介于50度至80度之间。
如图4所示，底端Blll、底端B112及底端B113实质上排列成一正三 角形400。相邻的底端Blll、底端B112或底端B113的间距Dl、 D2、 D3 大于四分之一 无线信号的波长。
如图5所示，处理单元120与天线111、天线112及天线113电性连接， 用以处理至少一无线信号。
综合上述，本实用新型的天线模块110及其应用的无线通讯装置100借 由上述的技术特征即可获致一类全向式(quasi-omnidirectional)天线。
无线通讯装置100可以是一无线4妄入装置(wireless access point device )、 一路由器(Router )、无线电波基地台、电视机、电视接收器或是移动式通讯 装置，例如是笔记本计算机、个人数字助理(Personal Digital Assistant, PDA )、 手机及全球定位系统(global positioning system, GPS )接收装置等。无线通 讯装置100的种类繁多，本实用新型可以应用于各种接收/传输无线信号的电 子装置中。
天线111、天线112及天线113为同轴式(Coaxial)单极(Monopole)天 线或同轴式偶极(Dipole)天线。其可以是单频天线或双频天线。在本实施 例中，天线lll、天线112及天线113采用双频天线，其可以接收与传送工 业、科学与医学频带(ISM band)的数个第一无线信号SI及数个第二无线 信号S2,此些第一无线信号SI的频段介于2.4GHz至2.5GHz之间，此些第
二无线4言号S2的频>爻介于4.9GHz至5.9GHz之间。
如图4所示，底端Blll、底端B112及底端B113之间具三个间距D1、 D2、 D3。间距D1、间距D2及间距D3实质上等长，并大于四分之一第一 无线信号Sl及第二无线信号S2的波长。经实验结果、最佳化摆置，间距 Dl、间距D2及间距D3实质上为6至7厘米。借此，天线lll、天线112 及天线113的相关系数(Correlation Coefficient)趋近于零。也就是说，天线 111、天线112及天线113在接收或传送第一无线信号Sl及第二无线信号S2 时并不会受相互干扰的影响。
如图4所示，天线lll、天线112及天线113由正三角形400的一中心 点C400放射状向外倾斜，如图4所示。使得无线通讯装置100接收与传送 无线信号几乎没有死角。
经由实验结果，当天线111、天线112及天线113与表面130a的夹角6 111、夹角6 112、夹角6 113的角度实质上相等，且介于60度至70度之间 时，天线模块110及其应用的无线通讯装置100可获得最佳化的信号接收与 传送效果。
如图5所示，处理单元120设置在壳体130内。天线lll、天线112及 天线113设置在壳体130外，并与处理单元120电性连接。壳体130的材质 为金属或非金属材质。互联网500通过各种方式播送第一无线信号Sl或第 二无线信号S2后，第一无线信号Sl及第二无线信号S2在传送过程中遇到 障碍物时，会形成反射或散射的现象。经反射或散射后的第一无线信号Sl 及第二无线信号S2将以不同的角度与不同的信号衰减程度传送到天线111 、 天线112及天线113。天线lll、天线112及天线113接收第一无线信号Sl 或第二无线信号S2后，汇集此些散射的第一无线信号Sl或第二无线信号 S2至处理单元120。在本实施例中，处理单元120为一基频集成电路 (Baseband IC )。处理单元120以数字通讯处理技术(DSP)来重整散射的 第一无线信号Sl或第二无线信号S2。
反之，处理单元120亦可将处理过的特别信号通过天线111、天线112 及天线113传送至互联网500。天线111、天线112及天线113同时传送信 号，可避免特定障碍物减弱第一无线信号Sl或第二无线信号S2的信号强度。
天线模块110借由天线111、天线112及天线113的搭配设计，可以形 成一多重输入/多重输出(Multiple input/Multiple output, MIMO )的天线才莫
块110。不仅可以减少信号传送/接收的通讯死角，同时还可以适时提供互补， 以确保信号传送/接收的稳定度。
请同时参照图6及图3，图6示出图3的天线模块110的示意图。壳体 130具有三柩轴131，底端Blll、底端B112及底端B113借由此些柩轴131 与壳体130枢接。天线111、天线112及天线113分别以底端Blll、底端 B112及底端B113为轴心分别沿方向Cll、方向C12及方向C13摆动时，天 线lll、天线112及天线113可平贴于表面130a或远离表面130a。借此，天
线lll、天线112及天线113可摆动并定位至特定的位置，以使夹角eiii、 夹角e 112及夹角e 113的角度介于50度至8o度之间(优选地，夹角e iii、
夹角eil2及夹角eil3介于60度至70度之间)。
另外，天线lll、天线112及天线113更可以底端Blll、底端B112及 底端B113为轴心分别沿方向C21、方向C22及方向C23转动。当天线lll、 天线112及天线113平贴于表面130a,并沿方向C21、方向C22及方向C23 转动时，天线111、天线112及天线113可向内收纳至壳体130的表面130a。
请同时参照图7A~图7C及图8A~图8C,图7A~图7B示出图3的天 线模块110分别在X-Y平面、X-Z平面及Y-Z平面接收2.45GHz频带的无 线信号的的辐射场形图。图8A 图8C示出图3的天线模块IIO分别在X-Y 平面、X-Z平面及Y-Z平面接收5.25GHz频带的无线信号的的辐射场形图。 天线模块110在接收2.45GHz频带及5.25GHz的无线信号实验中，天线模块 110获得的增益值(Gain value)分别为为8.43552dbi及10.36062dbi。并且 不论在X-Y平面、X-Z平面或Y-Z平面，所接收的辐射强度均相当地均匀。 根据上述实验结果，本发明的天线模块110及无线通讯装置IOO在信号接收 上可获得相当优良的通讯效果。
虽然本实施例的天线111、天线112及天线113是以双频天线为实例作 说明。然本实用新型的天线111、天线112、天线113亦可以是单频天线。 天线111、天线112及天线113可仅用以接收或传送数个第一无线信号Sl, 或者仅用以接收或传送第二无线信号S2。只要是将三支天线的底端排列成 实质上一正三角形，相邻的底端的间距大于四分之一无线信号的波长。且中 心轴与表面的夹角实质上介于50度至80度之间。据以获得一类全向式天线 均不脱离本实用新型的技术涵括范围。
此外，无线通讯装置IOO还可具有一另一壳体，天线lll、天线112及
天线113位于此另一壳体内。此另一壳体的材质为非金属材质。举例来说， 当无线通讯装置100为电视机时，此另一壳体为电视机的外壳，而天线lll、 天线112及天线113包覆于此外壳中。由于此外壳的材质为非金属材质，故
不会影响到天线lll、天线112及天线113的无线传l^功能。
综上所述，虽然本实用新型已以一优选实施例7>开如上，然其并非用以 限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本 实用新型涵括的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新 型涵括的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求1.一种天线模块，用以接收或传送至少一无线信号，其特征在于，该天线模块包括三天线，各该天线分别具有一底端及一中心轴，该些底端实质上设置在同一平面上；其中，该些底端实质上排列成一正三角形，相邻的该些底端的间距大于四分之一该无线信号的波长，各该中心轴与该平面的夹角实质上介于50度至80度之间。
2. 根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该些间距实质上为6 至7厘米。
3. 根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，各该中心轴与该平面 的夹角实质上介于60度至70度之间。
4. 根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该正三角形具有一中 心点，该些天线由该中心点放射状向外倾斜。
5. 根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，各该间距实质上相等， 且各该夹角的角度实质上相等。
6. 根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该些天线为同轴式单 极天线或同轴式偶极天线。
7. 根据权利要求6所述的天线模块，其特征在于，该些天线为双频天线。
8. 根据权利要求7所述的天线模块，其特征在于，该些天线用以接收或 传送多个第一无线信号及多个第二无线信号，该些第一无线信号的频段介于 2.4GHz至2.5GHz之间，该些第二无线信号的频段介于4.9GHz至5.9GHz 之间。
9. 根据权利要求6所述的天线模块，其特征在于，该些天线为单频天线。
10. 根据权利要求9所述的天线模块，其特征在于，该些天线用以接收 或传送多个第一无线信号，该些第一无线信号的频段介于2.4GHz至2.5GHz之间。
11. 根据权利要求9所述的天线模块，其特征在于，该些天线用以接收 或传送多个第二无线信号，该些第二无线信号的频段介于4.9GHz至5.9GHz之间。
12. 根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该天线模块为一多 重输入/多重输出天线模块。
13. —种无线通讯装置，其特征在于，包括 一笫一壳体，具有一表面；三天线，设置在该第一壳体外，用以接收与传送至少一无线信号，各该 天线分别具有一底端及一中心轴，该些底端设置在该表面上；以及 一处理单元，与该些天线电性连接，用以处理该无线信号； 其中，该些底端实质上排列成一正三角形，相邻的该些底端的间距大于 四分之一该无线信号的波长，各该中心轴与该表面的夹角实质上介于50度 至80度之间。
14. 根据权利要求13所述的无线通讯装置，其特征在于，该些间距实质 上为6至7厘米。
15. 根据权利要求13所述的无线通讯装置，其特征在于，各该中心轴与 该平面的夹角实质上介于60度至70度之间，该正三角形具有一中心点，该 些天线由该中心点放射状向外倾斜。
16. 根据权利要求13所述的无线通讯装置，其特征在于，该些天线为同 轴式单极天线或同轴式偶极天线。
17. 根据权利要求16所述的无线通讯装置，其特征在于，该些天线为双 频天线。
18. 根据权利要求17所述的无线通讯装置，其特征在于，该些天线用以 接收或传送多个第一无线信号及多个第二无线信号，该些第一无线信号的频 段介于2.4GHz至2.5GHz之间，该些第二无线信号的频段介于4.9GHz至 5.9GHz之间。
19. 根据权利要求17所述的无线通讯装置，其特征在于，该些天线为单 频天线。
20. 根据权利要求19所述的无线通讯装置，其特征在于，该些天线用以 接收或传送多个第一无线信号，该些第一无线信号的频段介于2.4GHz至 2.5GHz之间。
21. 根据权利要求19所述的无线通讯装置，其特征在于，该些天线用以 接收或传送多个第二无线信号，该些第二无线信号的频段介于4.9GHz至 5.9GHz之间。
22. 4艮据权利要求13所述的无线通讯装置，其特征在于，该无线通讯装 置为一无线接入装置。
23. 根据权利要求13所述的无线通讯装置，其特征在于，该无线通讯装 置为一路由器。
24. 根据权利要求14所述的无线通讯装置，其特征在于，该第一壳体具 有三枢轴，该些底端借由该些枢轴与该第一壳体枢接。
25. 根据权利要求24所述的无线通讯装置，其特征在于，该些天线是以 该些枢轴为轴心转动，以调整该些天线的位置。
26. 根据权利要求13所述的无线通讯装置，其特征在于，该无线通讯装 置为一多重输入/多重输出系统。
27. 根据权利要求13所述的无线通讯装置，其特征在于，该处理单元为 一基频集成电路。
28. 根据权利要求13所述的无线通讯装置，其特征在于，还具有一第二 壳体，该三天线位于该第二壳体内，该第二壳体的材质为非金属材质。
专利摘要一种天线模块及其应用的无线通讯装置。天线模块用以接收或传送至少一无线信号。天线模块包括三独立天线。每一天线具有一底端及一中心轴。底端实质上设置在同一平面上。其中，底端实质上排列成一正三角形。相邻的底端的间距大于四分之一无线信号的波长。中心轴与平面之间的夹角实质上介于50度至80度之间。
文档编号H04B7/04GK201029228SQ200620133019
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月18日 优先权日2006年8月18日
发明者冷建国, 古静怡, 林正镗, 江岳恒, 詹正汀 申请人:达威电子股份有限公司