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TWI489692B - MIMO dipole antenna - Google Patents

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TWI489692B
TWI489692B TW101126884A TW101126884A TWI489692B TW I489692 B TWI489692 B TW I489692B TW 101126884 A TW101126884 A TW 101126884A TW 101126884 A TW101126884 A TW 101126884A TW I489692 B TWI489692 B TW I489692B
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dipole antenna
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Univ Nat Kaohsiung Marine
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Description

MIMO偶極天線
本發明係關於一種天線，尤指一種MIMO偶極天線。
按，近年來，拜科技發達之賜，通訊產業的快速發展使得市場競爭越來越激烈，其中又以無線通訊更是激烈，不僅對通訊產品的品質要求愈來愈高，消費者的需求量也日益增加，除了通訊產品本身效能、性能規格外，其產品的輕巧美觀及炫麗造型，已成為市場的競爭條件之一，也是廠商開闢利基提高競爭力的不二法門。
而，任何先進的無線通訊技術，包括行動電話系統(GSM、CDMA、PHS等)之手機與基地台、無線區域網路(Wireless Local Area Network,WLAN)設備、藍牙(Bluetooth)裝置、全球衛星定位系統(Global Positioning System,GPS)以及WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，微波存取全球互通)技術等等，皆需要天線。其中，WiMAX技術提供更優的無線資料通訊服務，是一項新興的無線寬頻技術，具有遠距離、傳輸量大，隨時隨地都可上網，讓通訊、資訊一把抓，而WiMAX長距離的無線行動傳輸能力，正好可搭配有線或無線區域網路，作為連接不同區域網路之間的主要網路技術。
為了滿足WiMAX技術，有人提出一種「碎型偶極天線」，請參閱台灣專利號I348788，該專利雖然解決用於WiMAX技術的天線具有 尺寸過大的問題，然而此種天線構造較無法涵蓋整個WiMAX所需頻段。
請再參閱台灣專利號I338414，「適用於無線應用之寬頻印刷偶極天線」，此種天線雖然可以涵蓋WiMAX所需頻段，但是在增益方面仍有需改善之必要。
接著，再參閱台灣專利號I326942，「超寬頻短路偶極天線」，此種天線雖然可以涵蓋WiMAX的超寬頻部分，但是在於反射損失以及增益方面仍需作加強。
為解決先前技術所述不足之處，本發明者提出一種MIMO偶極天線，包括：一基座：該基座頂面輻射向向外設三天線埠，該天線埠包括一第一輻射金屬面及一第二輻射金屬面，該第一輻射金屬面包括二相反之第一側邊及第二側邊，該第二輻射金屬面包括二相反之第三側邊及第四側邊，一金屬段之二端分別連接該第一側邊及該第三側邊，且該金屬段設有一饋入點；該第一輻射金屬面設有一第一U型缺部及一第二U型缺部，該第一U型缺部鄰近該第一側邊，該第二U型缺部鄰近該第二側邊，且該第一U型缺部的開口朝向該第二U型缺部的開口；該第二輻射金屬面設有一第三U型缺部及一第四U型缺部，該第三U型缺部鄰近該第三側邊，該第四U型缺部鄰近該第四側邊，且該第三U型缺部的開口朝向該第四U型缺部的開口。
一反射金屬框： 該反射金屬框設於該基座底面，該反射金屬框包括三直邊，各直邊分別鄰近各天線埠。
藉由上述之構造，本發明之MIMO偶極天線於各頻段均有較佳之增益，並由於各輻射金屬面分別設有二個開口相望U型缺部，而延長該天線埠的共振路徑，並激發出多頻端，以令該MIMO偶極天線可涵蓋整個WIMAX的頻段，並且藉由三個天線埠，而達成多輸出與多輸入之目的，以提升該MIMO偶極天線的傳輸速率，並且該輻射金屬框可以將訊號反射至各天線埠，而提升該指向性的輻射場型及提高各頻段的增益，尤其是在高頻的指向性及高頻的增益，具有較佳的效果。
(A)‧‧‧MIMO偶極天線
(1)‧‧‧基座
(2)‧‧‧天線埠
(21)‧‧‧第一輻射金屬面
(211)‧‧‧第一側邊
(212)‧‧‧第二側邊
(213)‧‧‧第一U型缺部
(214)‧‧‧第二U型缺部
(215)‧‧‧第五側邊
(216)‧‧‧第六側邊
(22)‧‧‧第二輻射金屬面
(221)‧‧‧第三側邊
(222)‧‧‧第四側邊
(223)‧‧‧第三U型缺部
(224)‧‧‧第四U型缺部
(225)‧‧‧第七側邊
(226)‧‧‧第八側邊
(3)‧‧‧金屬段
(4)‧‧‧饋入點
(5)‧‧‧反射金屬框
(51)‧‧‧直邊
(6)‧‧‧反射金屬板
(7)‧‧‧連接件
第一圖係MIMO偶極天線之外觀圖
第二圖係MIMO偶極天線之局部放大圖
第三圖係MIMO偶極天線之剖面圖
第四圖係測量MIMO偶極天線的反射係數(S-parameter)之結果示意圖
第五圖係測量MIMO偶極天線的輻射場型之結果示意圖
以下藉由圖式之輔助，並藉由本發明之最佳實施例，來說明本發明之構造、特點與實施例，俾使貴審查人員對於本發明有更進一步之瞭解。
以下請參閱第一圖並配合第二圖及第三圖所示，本發明係關於一種MIMO偶極天線，該MIMO偶極天線(A)包括：一基座(1)，該基座(1)較佳係為FR4玻璃纖維板，而可降低該 MIMO(A)偶極天線的製作成本，且該基座(1)的厚度較佳為1.6(1±5%)mm，該基座(1)的損耗正切較佳為0.0245(1±5%)，該基座(1)的面積較佳為60*60* π(1±5%)mm2，其中該基座(1)底面較佳係以一連接件(7)連接一反射金屬板(6)，可以讓該MIMO偶極天線(A)之輻射場型產生近似指向性的效果。該基座(1)之頂面輻射向向外設三天線埠(2)，該天線埠(2)包括一第一輻射金屬面(21)及一第二輻射金屬面(22)，該第一輻射金屬面(21)包括二相反之第一側邊(211)及第二側邊(212)，該第二輻射金屬(22)面包括二相反之第三側邊(221)及第四側邊(222)，一金屬段(3)之二端分別連接該第一側邊(211)及該第三側邊(221)，且該金屬段(3)設有一饋入點(4)。
該第一輻射金屬面(21)設有一第一U型缺部(213)及一第二U型缺部(214)，該第一U型缺部(213)鄰近該第一側邊(211)，該第二U型缺部(214)鄰近該第二側邊(212)，且該第一U型缺部(213)的開口朝向該第二U型缺部(214)的開口。
該第二輻射金屬面(22)設有一第三U型缺部(223)及一第四U型缺部(224)，該第三U型缺部(223)鄰近該第三側邊(221)，該第四U型缺部(224)鄰近該第四側邊(222)，且該第三U型缺部(223)的開口朝向該第四U型缺部(224)的開口。
其中該第二U型缺部(214)的開口寬度較佳係大於該第一U型缺部(213)的開口寬度，該第四U型缺部(224)的開口寬度較佳係大於該第三型缺部(223)的開口寬度。且該第一U型缺部(213)及該第三U型缺部(223)的長度較佳係分別為13.6(1±5%)mm，該第二U型缺部(214)及該第四U型缺部(224)的長度較佳係分別為20.8(1±5%)mm。
且，該基座(1)底面設一反射金屬框(5)，該反射金屬框(5)包括三直邊(51)，各直邊(51)分別鄰近各天線埠(2)，且各直邊(51)的長度較佳為34(1±5%)mm，且該直邊(51)較佳係分別與鄰近的該第一輻射金屬面(21)的第五或第六側邊(215、216)，以及鄰近的該第二輻射金屬面(22)的第七或第八側邊(225、226)平行，由上述構造可知，本發明之MIMO偶極天線(A)由於該第一輻射金屬面(21)及該第二輻射金屬面(22)均設有二U型缺部，而使得該天線埠(2)產生感應電流時，感應電流會依序流經該第二側邊(212)、該第五側邊(215)或該第六側邊(216)、第一側邊(211)，再經由該金屬段(3)流至該第二輻射金屬面(22)，或者感應電流依序經由該第四側邊(222)、該第七側邊(225)或該第八側邊(226)、第三側邊(221)、再經由該金屬段(3)流入該第一輻射金屬面(21)，使感應電流不會直接穿過第一至第四U型缺部(213、214、223、224)，以延長該天線埠(2)的共振路徑。
並且，該反射金屬板(6)使該MIMO偶極天線(A)具有指向性的輻射場型，再配合該輻射金屬框(5)來反射訊號，以提升該指向性的輻射場型，進而提高各頻段的增益，尤其是在高頻的指向性及高頻的增益，具有較佳的效果，而該輻射金屬框(5)又以直邊平行鄰近的第五側邊(215)或第六側邊(216)，及第七側邊(225)或第八側邊(226)，具有較佳的效果。
而在於WiMAX(2.5~2.69GHz、3.3~3.8GHz、5.25~5.85GHz)的操作頻段之下，該MIMO偶極天線(A)均有較佳的阻抗匹配，並且低頻頻寬範圍為2490~4240MHz，高頻頻寬範圍為5130~5980MHz，各頻段的增益約在7.8、7.8、7.5dBi。
請看到第四圖所示，第四圖係測量該MIMO偶極天線(A)的S參數 (S-parameter)之結果示意圖，其縱座標表示反射係數，橫座標表示頻率。我們以反射係數小於等於-10dB為標準，可以發現該MIMO偶極天線(A)的模態可以涵蓋整個WiMAX的操作頻寬。
請參閱第五圖所示，第五圖係測量該MIMO偶極天線(A)的輻射場型。由圖中可知，該MIMO偶極天線(A)受到該反射金屬框(5)的影響，在-y的方向具有較佳的指向性。
綜上所述，本發明確實符合產業利用性，且未於申請前見於刊物或公開使用，亦未為公眾所知悉，且具有非顯而易知性，符合可專利之要件，爰依法提出專利申請。
惟上述所陳，為本發明在產業上一較佳實施例，舉凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化，皆屬本案訴求標的之範疇。
(A)‧‧‧MIMO偶極天線
(1)‧‧‧基座
(2)‧‧‧天線埠
(21)‧‧‧第一輻射金屬面
(211)‧‧‧第一側邊
(212)‧‧‧第二側邊
(213)‧‧‧第一U型缺部
(214)‧‧‧第二U型缺部
(215)‧‧‧第五側邊
(216)‧‧‧第六側邊
(22)‧‧‧第二輻射金屬面
(221)‧‧‧第三側邊
(222)‧‧‧第四側邊
(223)‧‧‧第三U型缺部
(224)‧‧‧第四U型缺部
(225)‧‧‧第七側邊
(226)‧‧‧第八側邊
(3)‧‧‧金屬段
(4)‧‧‧饋入點
(5)‧‧‧反射金屬框
(51)‧‧‧直邊

Claims (7)

  1. 一種MIMO偶極天線，包括：一基座之頂面輻射向向外設三天線埠，該天線埠包括一第一輻射金屬面及一第二輻射金屬面，該第一輻射金屬面包括二相反之第一側邊及第二側邊，該第二輻射金屬面包括二相反之第三側邊及第四側邊，一金屬段之二端分別連接該第一側邊及該第三側邊，且該金屬段設有一饋入點；該第一輻射金屬面設有一第一U型缺部及一第二U型缺部，該第一U型缺部鄰近該第一側邊，該第二U型缺部鄰近該第二側邊，且該第一U型缺部的開口朝向該第二U型缺部的開口；該第二輻射金屬面設有一第三U型缺部及一第四U型缺部，該第三U型缺部鄰近該第三側邊，該第四U型缺部鄰近該第四側邊，且該第三U型缺部的開口朝向該第四U型缺部的開口。一反射金屬框：設於該基座底面，該反射金屬框包括三直邊，各直邊分別鄰近各天線埠。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之MIMO偶極天線，其中各直邊的長度為34(1±5%)mm。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之MIMO偶極天線，其中該第二U型缺部的開口寬度大於該第一U型缺部的開口寬度，該第四U型缺部的開口寬度大於該第三型缺部的開口寬度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之MIMO偶極天線，其中該第一U型缺部及該第三U型缺部的長度分別為13.6(1±5%)mm，該第二U型缺部及 該第四U型缺部的長度分別為20.8(1±5%)mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之MIMO偶極天線，其中該基座係選自FR4玻璃纖維板，厚度為1.6(1±5%)mm，損耗正切為0.0245(1±5%)，該基座的面積為60*60*3.14(1±5%)mm2。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之MIMO偶極天線，其中該基座底面以一連接件連接一反射金屬板，且該反射金屬板與該基座具有一間距。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之MIMO偶極天線，其中該間距為18.38(1±5%)mm。
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