CN106611893A - 射频收发系统 - Google Patents
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Abstract
一种射频收发系统。该射频收发系统包括：一第一平面；一第二平面，该第二平面垂直于该第一平面；一第三平面，该第三平面垂直于该第一平面及该第二平面；一第一天线组件，该第一天线组件包括：一第一辐射片，该第一辐射片设置于该第一平面；一第二辐射片，该第二辐射片设置于该第一平面；一第三辐射片，该第三辐射片设置于该第二平面；以及一第四辐射片，该第四辐射片设置于该第二平面；以及多个第二天线组件，其中该多个第二天线组件形成一阵列天线结构，且该阵列天线结构相对于该第一平面及该第二平面对称，各该第二天线组件为双极化偶极天线。本发明在有限体积下，具有较高的增益及支持多重频段，且结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频收发系统，特别涉及一种结构简单、小尺寸、高增益、高带宽及支持多重频段的双极化射频收发系统。
背景技术
具有无线通信功能的电子产品通过天线来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号，进而访问无线网络。随着无线通信技术不断演进，传输容量及无线网络性能的需求也日益提升。其中，长期演进(Long Term Evolution，LTE)无线通信系统支持多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)通信技术，可在不增加带宽或总发射功率耗损(Transmit Power Expenditure)的情况下，大幅地增加系统的数据吞吐量(Throughput)及传送距离，进而有效提升无线通信系统的频谱效率及传输速率，改善通信质量。
长期演进无线通信系统共采用44个频段，涵盖的频率从最低的698MHz，到最高的3800MHz。由于频段的分散和杂乱，即使在同一国家或地区，系统业者仍可能同时使用多个频段。在此情形下，若对应不同带宽配置多个天线时，将不利于电子产品体积的微型化，并且需要使用多路复用器(multiplexer)或多个双工器(diplexer)，而增加额外能量损耗。因此，如何设计结构简单且符合传输需求的天线，并同时兼顾尺寸及效能，已成为业界所努力的目标之一。
因此，需要提供一种射频收发系统来解决上述问题。
发明内容
因此，本发明主要提供一种射频收发系统，其在有限体积下，具有较高的增益及支持多重频段，且结构简单。
本发明公开一种射频收发系统，包含有一第一天线组件，包含有一第一辐射片，设置于一第一平面；一第二辐射片，设置于该第一平面；一第三辐射片，设置于一第二平面，该第二平面垂直于该第一平面；以及一第四辐射片，设置于该第二平面；以及多个第二天线组件，该多个第二天线组件中的每一第二天线组件包含有：一第一辐射体，设置于一第三平面，该第三平面分别垂直于该第一平面及该第二平面；其中，该多个第二天线组件形成一阵列天线结构，且该阵列天线结构相对于该第一平面及该第二平面对称。
本发明还公开一种射频收发系统，该射频收发系统包括：一第一平面；一第二平面，该第二平面垂直于该第一平面；一第三平面，该第三平面垂直于该第一平面及该第二平面；一第一天线组件，该第一天线组件包括：一第一辐射片，该第一辐射片设置于该第一平面；一第二辐射片，该第二辐射片设置于该第一平面；一第三辐射片，该第三辐射片设置于该第二平面；以及一第四辐射片，该第四辐射片设置于该第二平面；以及多个第二天线组件，其中该多个第二天线组件形成一阵列天线结构，且该阵列天线结构相对于该第一平面及该第二平面对称，各该第二天线组件为双极化偶极天线。
本发明的射频收发系统是藉由第一天线组件及第二天线组件来提供两组独立的天线，以收发多重频段的无线电信号。其中，第一天线组件及第二天线组件设置的平面互相垂直，因此可充分利用空间以缩小尺寸。并且，第一天线组件与第二天线组件之间的交互影响可忽略，因此，对应低频频段或高频频段，射频收发系统的整体天线辐射场型分别以第一天线组件或第二天线组件为主。此外，本发明的射频收发系统更能够减少双工器或多路复用器使用的数量，因此可避免额外能量损耗。
附图说明
图1为本发明实施例一射频收发系统的示意图；
图2A、图2B为图1的射频收发系统的辐射组件示意图；
图3为图1的射频收发系统的天线共振仿真结果示意图；
图4为本发明实施例一射频收发系统的示意图；
图5为图4的射频收发系统的天线共振仿真结果示意图；
图6A为本发明实施例一射频收发系统的示意图；
图6B为图6A的射频收发系统的俯视示意图；
图6C为射频收发系统沿图6B的剖线A-A'的截面示意图；
图6D为图6A的射频收发系统的一传输模块的示意图；
图7为图6A的射频收发系统的第一天线组件操作于Band5、Band12与Band29低频频段时的天线共振仿真结果示意图；
图8为图6A的射频收发系统的第一天线组件和第二天线组件操作于Band5、Band12与Band29低频频段时的天线隔离度仿真结果示意图；
图9为图6A的射频收发系统的第二天线组件操作于Band2、Band4与Band30高频频段时的天线共振仿真结果示意图；
图10为图6A的射频收发系统的第一天线组件和第二天线组件操作于Band2、Band4与Band30高频频段时的天线隔离度仿真结果示意图；
图11为本发明实施例一射频收发系统的示意图；以及
图12、图13分别为图11的射频收发系统操作于Band5、Band12与Band29低频频段和Band2、Band4与Band30高频频段时的天线共振仿真结果示意图。
主要组件符号说明：
10、20、30、40 射频收发系统
ANT1 第一天线组件
RFU 反射体
F_C 中心反射组件
F_S1～F_S4 周边反射组件
PL0、PL1、PL2、PL3、PL4、PL5、 平面
PL6、PL7、PL8
RP1～RP4 辐射片
SE12、SE34 基板
AR1_rp1～AR1_rp4 第一辐射臂
AR2_rp1～AR2_rp4 第二辐射臂
C_rp1～C_rp4 连接部分
F_rp1～F_rp4、F1_a～F4_d 馈入点
SL12、SL34 槽孔
L 长度
W 宽度
H 高度
L1、L2、Lx、Ly 距离
ANT2_a～ANT2_d 第二天线组件
RFP_a～RFP_d 反射板
RT1_a～RT4_d 辐射体
SE_a～SE_d 支撑件
TRM 传输模块
DPX1、DPX2 双工器
I1～I12 输入端
O1～O4 输出端
LF1、LF2 低通滤波器
HF1、HF2 高通滤波器
PWC1、PWC2 功率合成器
PD1、PD2 一分四功率分配器
具体实施方式
请参考图1至图2B，图1为本发明实施例一射频收发系统10的示意图，图2A、图2B为射频收发系统10的辐射组件示意图。射频收发系统10包含有一第一天线组件ANT1及一反射体RFU，其可用来收发宽带或多个频段的无线电信号，如长期演进无线通信系统中Band5(带5)(其频段大致介于824MHz～849MHz及869MHz～894MHz)、Band12(其频段大致介于698MHz～716MHz及728MHz～746MHz)与Band29(其频段大致介于717MHz～728MHz)的信号。反射体RFU包含有一中心反射组件F_C及周边反射组件F_S1～F_S4。中心反射组件F_C设置于平面PL0(即xy平面)上，周边反射组件F_S1～F_S4则环绕中心反射组件F_C设置，以形成相对于平面PL1(即yz平面)、平面PL2(即xz平面)对称的结构。反射体RFU相对于平面PL1及平面PL2对称。第一天线组件ANT1包含有辐射片RP1～RP4及基板SE12、SE34，其中，辐射片RP1、RP2设置于基板SE12上的同一表面且形成一第一双臂领结形偶极天线(bowtie dipole)，辐射片RP3、RP4则设置于基板SE34上的同一表面且形成一第二双臂领结形偶极天线。基板SE12、SE34分别位于平面PL1、PL2上而互相垂直，即辐射片RP1(或辐射片RP2)与辐射片RP3、RP4垂直，辐射片RP3(或辐射片RP4)与辐射片RP1、RP2垂直，而形成正交的双极化偶极天线。
更进一步来看，辐射片RP1～RP4分别包含第一辐射臂AR1_rp1～AR1_rp4、第二辐射臂AR2_rp1～AR2_rp4及条状的连接部分C_rp1～C_rp4，以分别形成带宽8％～9％的双臂领结形偶极天线结构。第一辐射臂AR1_rp1、AR1_rp2及第二辐射臂AR2_rp1、AR2_rp2相对于平面PL2对称，第一辐射臂AR1_rp3、AR1_rp4及第二辐射臂AR2_rp3、AR2_rp4则相对于平面PL1对称，意即第一天线组件ANT1约设置于反射体RFU的中心。藉由第一辐射臂AR1_rp1～AR1_rp4与第二辐射臂AR2_rp1～AR2_rp4之间的长度差异，第一辐射臂AR1_rp1～AR1_rp4较长则可收发较低频的无线电信号，而第二辐射臂AR2_rp1～AR2_rp4较短则可收发较高频的无线电信号。第二辐射臂AR2_rp1～AR2_rp4分别设置于第一辐射臂AR1_rp1～AR1_rp4与中心反射组件F_C之间，而与中心反射组件F_C具有较小的距离。连接部分C_rp1～C_rp4连接于第一辐射臂AR1_rp1～AR1_rp4与第二辐射臂AR2_rp1～AR2_rp4之间并包含有馈入点F_rp1～F_rp4。如此一来，能量可由连接部分C_rp1～C_rp4的馈入点F_rp1～F_rp4馈入，再依序传递到第二辐射臂AR2_rp1～AR2_rp4及第一辐射臂AR1_rp1～AR1_rp4。基于组装时方便焊接馈入线的考虑，馈入点F_rp1和F_rp2被置放在平面PL2的同一侧，且馈入点F_rp3和F_rp4被置放在平面PL1的同一侧。并且，为了避免馈入点F_rp2和F_rp4横越中心的连接线在PCB制作过程时，有被切断的情况发生，横越中心的连接线和馈入点F_rp1～F_rp4相对中心反射组件F_C可具有不同的高度，连接部分C_rp1～C_rp4的形状可略为不同，且基板SE12、SE34上可形成有槽孔SL12、SL34，但不限于此。
简言之，藉由第一天线组件ANT1中设置于平面PL1、PL2上的辐射片RP1～RP4，可形成满足长期演进无线通信系统中Band5、Band12与Band29频段要求的双极化偶极天线。
通过仿真可进一步判断射频收发系统10的天线共振特性和辐射场型是否符合系统需求。请参考图3及表一，其中，射频收发系统10的长度L及宽度W设定为300mm，高度H设定为70mm，第一天线组件ANT1至中心反射组件F_C的最远距离L1设定为99mm。图3为射频收发系统10的天线共振仿真结果示意图，其中，长虚线代表辐射片RP1、RP2形成的第一双臂领结形偶极天线的共振仿真结果，短虚线代表辐射片RP3、RP4形成的第二双臂领结形偶极天线的共振仿真结果，实线代表第一双臂领结形偶极天线与第二双臂领结形偶极天线之间的隔离度仿真结果。由图3可知，在Band5、Band12与Band29的频段中，射频收发系统10的反射损耗(return loss，S11值)小于-10.0dB，隔离度(Isolation)大于42.1dB。表一为射频收发系统10中第一双臂领结形偶极天线及第二双臂领结形偶极天线对应不同频率的天线特性表。由表一可知，射频收发系统10的操作于Band12与Band29的最大增益值为7.99～8.43dBi，操作于Band5的最大增益值为8.18～9.16dBi，因此可知，射频收发系统10可满足长期演进无线通信系统对于Band12与Band29的最大增益值大于6dBi及Band5的最大增益值大于7dBi的要求。
(表一)
请参考图4，图4为本发明实施例一射频收发系统20的示意图。射频收发系统20包含有反射体RFU及第二天线组件ANT2_a～ANT2_d，其可用来收发宽带或多个频段的无线电信号，如长期演进无线通信系统中Band2(其频段大致介于1.85GHz～1.91GHz及1.93GHz～1.99GHz)、Band4(其频段大致介于1.71GHz～1.755GHz及2.11GHz～2.155GHz)与Band30(其频段大致介于2.305GHz～2.315GHz及2.35GHz～2.36GHz)的信号。第二天线组件ANT2_a～ANT2_d为相同的天线单元，而具有相同的结构及尺寸，而形成可提高最大增益值的一阵列天线结构，且阵列天线结构相对于平面PL1(即yz平面)、平面PL2(即xz平面)对称。其中，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d分别包含有反射板RFP_a～RFP_d、辐射体RT1_a～RT4_d及支撑件SE_a～SE_d。辐射体RT1_a～RT4_d呈三角形，其分别包含有馈入点F1_a～F4_d。为求简洁，以下仅以第二天线组件ANT2_a作为示范性说明。藉由第二天线组件ANT2_a的支撑件SE_a，第二天线组件ANT2_a的辐射体RT1_a、RT2_a设置于一平面PL3并相对于平面PL4、PL6对称，以形成45％带宽的一第一钻形偶极天线(diamond dipole antenna)，类似地，辐射体RT3_a、RT4_a则大致设置于一平面PL5并相对于平面PL4、PL6对称，以形成45％带宽的一第二钻形偶极天线。其中，平面PL3、PL5平行于平面PL0(即xy平面)，且平面PL5设置于平面PL0、PL3之间。而由于平面PL4、PL6互相垂直，因此第一钻形偶极天线及第二钻形偶极天线可形成正交的双极化偶极天线。此外，反射板RFP_a平行于平面PL0设置于辐射体RT1_a～RT4_d上，其用来增加天线有效的幅射面积，并使对应于Band2、Band4与Band30频段内的天线最大增益值随频率增加而增加。反射板RFP_a的形状相对于平面PL4、PL6具有对称性，而可为圆形或顶点数为4的倍数的正多边形。
简言之，藉由第二天线组件ANT2_a～ANT2_d中设置于平面PL3、PL5上的辐射体RT1_a～RT4_d，可形成满足长期演进无线通信系统中Band2、Band4与Band30频段要求的双极化偶极天线。
通过仿真可进一步判断射频收发系统20的天线共振特性和辐射场型是否符合系统需求。请参考图5及表二，其中，射频收发系统20的长度L及宽度W设定为300mm，高度H设定为50mm，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d至中心反射组件F_C的最远距离L2设定为42mm。图5为射频收发系统20的天线共振仿真结果示意图，其中，长虚线代表辐射片RT1_a～RT1_d、RT2_a～RT2_d形成的第一钻形偶极天线的共振仿真结果，短虚线代表辐射片RT3_a～RT3_d、RT4_a～RT4_d形成的第二钻形偶极天线的共振仿真结果，实线代表第一钻形偶极天线与第二钻形偶极天线之间的隔离度仿真结果。由图5可知，在Band2、Band4与Band30的频段中，射频收发系统20的反射损耗小于-10.5dB，隔离度(Isolation)大于35.1dB。表二为射频收发系统20中第一钻形偶极天线及第二钻形偶极天线对应不同频率的天线特性表。由表二可知，射频收发系统20操作于Band2与Band4的最大增益值为14.5dBi～16.9dBi，操作于Band30的最大增益值为16.8dBi～17.0dBi，因此可知，射频收发系统20可满足长期演进无线通信系统对于Band2与Band4的最大增益值大于12dBi及Band30的最大增益值大于30dBi的要求。
(表二)
请参考图6A至图6D。图6A为本发明实施例一射频收发系统30的示意图，图6B为射频收发系统30的俯视示意图，图6C为射频收发系统30沿图6B的剖线A-A'的截面示意图，图6D为射频收发系统30的一传输模块TRM的示意图。射频收发系统30包含有反射体RFU、第一天线组件ANT1、第二天线组件ANT2_a～ANT2_d及一传输模块TRM，以收发宽带或多个频段的无线电信号，如Band5、Band12与Band29的低频频段的无线电信号及Band2、Band4与Band30的高频频段的无线电信号。其中，反射体RFU及第一天线组件ANT1、第二天线组件ANT2_a～ANT2_d分别绘示于图1至图2B及图4，且相同组件沿用相同符号表示，在此不再赘述。如图6B所示，射频收发系统30相对于平面PL1(即yz平面)、平面PL2(即xz平面)对称，但第一天线组件ANT1与第二天线组件(如第二天线组件ANT2_a)在x方向上的距离Lx与在y方向上的距离Ly可能不同。第一天线组件ANT1中的辐射片RP1、RP2形成的第一双臂领结形偶极天线及第二天线组件ANT2_a～ANT2_d中的辐射片RT1_a～RT1_d、RT2_a～RT2_d形成的第一钻形偶极天线均为垂直极化，第一天线组件ANT1中的辐射片RP3、RP4形成的第二双臂领结形偶极天线及第二天线组件ANT2_a～ANT2_d中的辐射片RT3_a～RT3_d、RT4_a～RT4_d形成的第二钻形偶极天线则均为水平极化，因此可提供两组独立的天线传输及接收信道来收发无线电信号。并且，由于第一天线组件ANT1中的辐射片RP1～RP4设置于平面PL1、PL2上，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d中的辐射体RT1_a～RT4_d设置于彼此平行的平面PL3、PL5上，而平面PL1、PL2、PL3(或PL5)互相垂直，让第一天线组件ANT1以直立方向延伸发展，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d则以水平面方向延伸发展，以避免两者在空间中的干涉发生，因此可充分利用空间以缩小尺寸。
此外，传输模块TRM包含有一分四功率分配器(power divider)PD1、PD2及双工器DPX1、DPX2。双工器DPX1、DPX2分别包含有低通滤波器(low pass filter)LF1、LF2、高通滤波器(high pass filter)HF1、HF2及功率合成器(power combiner)PWC1、PWC2，用来整合第一天线组件ANT1所收发的Band5、Band12与Band29低频频段的无线电信号与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d所收发的Band2、Band4与Band30高频频段的无线电信号。其中，对应垂直极化，双工器DPX1的输入端I1耦接至第一天线组件ANT1的馈入点F_rp1、F_rp2，双工器DPX1的输入端I2则先连接到一分四功率分配器PD1的输出端O2，再由一分四功率分配器PD1的输入端I3～I6分别耦接至第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的馈入点F1_a～F1_d、F2_a～F2_d。当无线电信号由输入端I1传输至低通滤波器LF1时，仅低频频段的无线电信号可以通过，而高频频段的无线电信号会因低通滤波器LF1的30dB以上的反射损耗而被反射；类似地，当无线电信号由输入端I2传输至高通滤波器HF1时，仅高频频段的无线电信号可以通过，而低频频段的无线电信号会因高通滤波器HF1的30dB以上的反射损耗而被反射。如此一来，低通滤波器LF1及高通滤波器HF1分别将高频频段及低频频段的无线电信号经由功率合成器PWC1而传输至输出端O1。相反地，当无线电信号由输出端O1传输至双工器DPX1时，由于低通滤波器LF1对应高频频段的反射损耗及高通滤波器HF1对应低频频段的反射损耗至少30dB，因此，低频频段的无线电信号传递至输入端I1而由第一天线组件ANT1向外辐射，高频频段的无线电信号则传递至输入端I2而由第二天线组件ANT2_a～ANT2_d向外辐射。类似地，对应水平极化，双工器DPX2的输入端I7耦接至第一天线组件ANT1的馈入点F_rp3、F_rp4，双工器DPX2的输入端I8则先连接到一分四功率分配器PD2的输出端O4，再由一分四功率分配器PD2的输入端I9～I12分别耦接至第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的馈入点F3_a～F3_d、F4_a～F4_d。并且，低通滤波器LF2及高通滤波器HF2可分别将高频频段及低频频段的无线电信号经由功率合成器PWC2而传输至输出端O3，或者，低频频段的无线电信号传递至输入端I7而由第一天线组件ANT1向外辐射，高频频段的无线电信号则传递至输入端I8而由第二天线组件ANT2_a～ANT2_d向外辐射。
简言之，射频收发系统30除了双工器DPX1、DPX2外，可不需设置其他的双工器或多路复用器，因此可避免额外能量损耗。并且，射频收发系统30的第一天线组件ANT1及第二天线组件ANT2_a～ANT2_d不但可提供两组独立的天线传输及接收信道来收发多重频段的无线电信号，由于第一天线组件ANT1及第二天线组件ANT2_a～ANT2_d设置的平面可以互相垂直，让第一天线组件ANT1以直立方向延伸发展，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d则以水平面方向延伸发展，以避免两者在空间中的干涉发生，因此可充分利用空间以缩小尺寸。
通过仿真可进一步判断射频收发系统30的天线辐射场型是否符合系统需求。针对Band5、Band12与Band29低频频段，请参考图7、图8、表三及表四，其中，射频收发系统30的长度L及宽度W设定为300mm，高度H设定为50mm，第一天线组件ANT1至中心反射组件F_C的最远距离L1设定为99mm，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d至中心反射组件F_C的最远距离L2设定为42mm。图7为射频收发系统30操作于Band5、Band12与Band29低频频段时的天线共振仿真结果示意图，其中，粗长虚线代表第一天线组件ANT1的第一双臂领结形偶极天线的共振仿真结果，粗短虚线代表第一天线组件ANT1的第二双臂领结形偶极天线的共振仿真结果，粗实线代表第一天线组件ANT1的第一双臂领结形偶极天线与第二双臂领结形偶极天线之间的隔离度仿真结果，细长虚线代表第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线的共振仿真结果，细短虚线代表第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第二钻形偶极阵列天线的共振仿真结果，细实线代表第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线与第二钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果。由图7可知，在Band5、Band12与Band29的频段中，第一天线组件ANT1的反射损耗小于-9.87dB，隔离度(Isolation)大于38.8dB；相较之下，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线的反射损耗则大致为-0.0dB，意即能量几乎完全反射。
图8为射频收发系统30操作于Band5、Band12与Band29低频频段时的天线隔离度仿真结果示意图，其中，细单点划线(dash-dot line)代表第一天线组件ANT1的第一双臂领结形偶极天线与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果，粗单点划线代表第一天线组件ANT1的第二双臂领结形偶极天线与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第二钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果，细两点划线(dash-dot-dot line)代表第一天线组件ANT1的第二双臂领结形偶极天线与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果，粗两点划线代表第一天线组件ANT1的第一双臂领结形偶极天线与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第二钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果。由图8可知，在Band5、Band12与Band29的低频频段中，第一天线组件ANT1与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线之间的隔离度至少为25.9dB，因此，第一天线组件ANT1的低频率频段能量最大约有-25.9dB的能量耦合至第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线。表三为射频收发系统30中第一天线组件ANT1在Band5，Band12与Band29低频率频段对应不同频率的天线特性表，表四为射频收发系统30中第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线在Band5，Band12与Band29低频率频段对应不同频率的天线特性表。由表三可知，第一天线组件ANT1的操作于Band12与Band29的最大增益值为7.90～8.37dBi，操作于Band5的最大增益值为8.12～9.00dBi(以下以9dBi来说明)，因此可满足长期演进无线通信系统对于Band12与Band29的最大增益值大于6dBi及Band5的最大增益值大于7dBi的要求；由表四可知，相较之下，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线虽是用来收发高频频段的无线电信号，但在低频频段也会产生冗余(undesired)的共振，其中，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线操作于824MHz时最易产生冗余的共振，而其最大增益值约为-7.52dBi(以下以-7dBi来说明)。
(表三)
(表四)
依据图8，第一天线组件ANT1最大约有-25.9dB的低频率频段能量耦合至第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线，然而，高通滤波器HF1、HF2将分别阻挡能量由输入端I2、I8传输至输出端O1、O3，因此，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线会直接将-25.9dB的低频率频段能量向外幅射。由于耦合的影响很小，因此可视为第一天线组件ANT1同时向外幅射0dB的低频率频段能量。而依据表三及表四，第一天线组件ANT1的最大增益值为9.00dBi，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线的最大增益值为-7dBi，因此，在考虑辐射能量和辐射场型之后，在接收端接收到第一天线组件ANT1的辐射能量约为9dB，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线的辐射能量约为-32.9dB。在此情况下，第一天线组件ANT1的辐射能量远高于第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线的辐射能量，因此，在Band5、Band12与Band29低频频段时，射频收发系统30的整体天线辐射场型是以第一天线组件ANT1为主。
针对Band2、Band4与Band30高频频段，请参考图9、表五及表六，其中，射频收发系统30的长度L及宽度W设定为300mm，高度H设定为50mm，第一天线组件ANT1至中心反射组件F_C的最远距离L1设定为99mm，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d至中心反射组件F_C的最远距离L2设定为42mm。图9为射频收发系统30操作于Band2、Band4与Band30高频频段时的天线共振仿真结果示意图，其中，粗长虚线代表第一天线组件ANT1的第一双臂领结形偶极天线的共振仿真结果，粗短虚线代表第一天线组件ANT1的第二双臂领结形偶极天线的共振仿真结果，粗实线代表第一天线组件ANT1的第一双臂领结形偶极天线与第二双臂领结形偶极天线之间的隔离度仿真结果，细长虚线代表第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线的共振仿真结果，细短虚线代表第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第二钻形偶极阵列天线的共振仿真结果，细实线代表第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线与第二钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果。由图9可知，在Band2、Band4与Band30的频段中，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线的反射损耗小于-10.7dB，隔离度大于25.3dB；相较之下，第一天线组件ANT1操作于Band2与Band4的反射损耗大致为-5dB，操作于Band30的反射损耗大致为-13dB，因此，第一天线组件ANT1操作于Band30时最易产生不需要的幅射。
图10为射频收发系统30操作于Band2、Band4与Band30高频频段时的天线隔离度仿真结果示意图，其中，细单点划线(dash-dot line)代表第一天线组件ANT1的第一双臂领结形偶极天线与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果，粗单点划线代表第一天线组件ANT1的第二双臂领结形偶极天线与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第二钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果，细双点划线(dash-dot-dot line)代表第一天线组件ANT1的第二双臂领结形偶极天线与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果，粗双点划线代表第一天线组件ANT1的第一双臂领结形偶极天线与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第二钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果。由图10可知，在Band2、Band4与Band30的高频频段中，第一天线组件ANT1与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线之间的隔离度至少为14.4dB，因此，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线的高频率频段能量最大约有-14.4dB的能量耦合至第一天线组件ANT1。表五为射频收发系统30中第一天线组件ANT1在Band2，Band4与Band30高频率频段对应不同频率的天线特性表。表六为射频收发系统30中第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线在Band2，Band4与Band30高频率频段对应不同频率的天线特性表。由表五可知，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线操作于Band2与Band4的最大增益值为13.6～15.9dBi，操作于Band5的最大增益值为15.2～15.8dBi(以下以15dBi来说明)，因此可满足长期演进无线通信系统对于Band2与Band4的最大增益值大于12dBi及Band30的最大增益值大于30dBi的要求；由表六可知，相较之下，第一天线组件ANT1虽是用来收发低频频段的无线电信号，但在高频频段也会产生冗余的共振，其中，第一天线组件ANT1操作于2.305GHz及2.315GHz时最易产生冗余的共振，而其最大增益值约为10.1dBi(以下以10dBi来说明)。
(表五)
(表六)
依据图10，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线最大约有-14.4dB的高频率频段能量耦合至第一天线组件ANT1，然而，低通滤波器LF1、LF2将分别阻挡能量由输入端I1、I7传输至输出端O1、O3，因此，第一天线组件ANT1会直接将-14.4dB的高频率频段能量向外幅射。由于耦合的影响很小，因此可视为第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线同时向外幅射0dB的高频率频段能量。而依据表五及表六，第一天线组件ANT1的最大增益值为10dBi，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线的最大增益值为15dBi，因此，在考虑辐射能量和辐射场型之后，在接收端接收到第一天线组件ANT1的辐射能量约为-4.49dB，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线的辐射能量约为15dB。在此情况下，第一天线组件ANT1的辐射能量远低于第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线的辐射能量，因此，在Band2、Band4与Band30高频频段时，射频收发系统30的整体天线辐射场型是以第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线为主。
由上述可知，第一天线组件ANT1与第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线之间的交互影响可忽略。并且，在Band5、Band12与Band29低频频段时，射频收发系统30的整体天线辐射场型是以第一天线组件ANT1为主；而在Band2、Band4与Band30高频频段时，射频收发系统30的整体天线辐射场型是以第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线为主。
需注意的是，射频收发系统10～30为本发明的实施例，本领域普通技术人员应当可据以做不同的变化及修饰。举例来说，第一天线组件ANT1的辐射片(如辐射片RP1、RP2)可具有双臂领结形偶极天线以外的其他天线结构，第二天线组件(如第二天线组件ANT2_a)的辐射体(如辐射体RT1_a、RT2_a)可具有钻形偶极天线以外的其他天线结构。并且，为了增加第一天线组件ANT1支持的频段，第一天线组件ANT1的辐射片(如辐射片RP1)还可包含有第三辐射臂。相较于第二辐射臂(如第二辐射臂AR2_rp1)，第三辐射臂若用于收发更高频的无线电信号，则第三辐射臂的长度会小于第二辐射臂的长度，且第三辐射臂会设置于第二辐射臂与中心反射组件F_C之间。依据对增益值的要求，射频收发系统20、30包含有四个第二天线组件ANT2_a～ANT2_d，但本发明不以此为限，射频收发系统亦可包含有多于四个的第二天线组件，以形成阵列天线的结构。依据射频收发系统操作的频段及带宽，第二天线组件(如第二天线组件ANT2_a)的反射板(如反射板RFP_a～RFP_d)亦可从天线组件中移除。
更进一步而言，在射频收发系统30中，第一天线组件ANT1的第一双臂领结形偶极天线及第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线均为垂直极化，第一天线组件ANT1的第二双臂领结形偶极天线及第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第二钻形偶极阵列天线则均为水平极化，但本发明不以此为限，射频收发系统亦可藉由倾斜45度极化天线与倾斜135度极化天线来收发无线电信号。举例来说，请参考图11，图11为本发明实施例一射频收发系统40的示意图。射频收发系统40的架构类似于射频收发系统30，故相同组件沿用相同符号表示。不同于射频收发系统30，射频收发系统40的第一天线组件ANT1及第二天线组件ANT2_a～ANT2_d阵列天线大致相对于平面PL7、PL8对称，而反射体RFU的中心反射组件F_C的对角线位于平面PL7、PL8上，因此，第一天线组件ANT1的第一双臂领结形偶极天线及第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线均为倾斜135度极化，第一天线组件ANT1的第二双臂领结形偶极天线及第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第二钻形偶极阵列天线则均为倾斜45度极化。
通过仿真可进一步判断射频收发系统40的天线共振特性和辐射场型是否符合系统需求。请参考图12、图13，其中，射频收发系统40的长度L及宽度W设定为300mm，高度H设定为50mm，第一天线组件ANT1至中心反射组件F_C的最远距离L1设定为99mm，第二天线组件ANT2_a～ANT2_d至中心反射组件F_C的最远距离L2设定为42mm。图12、图13分别为射频收发系统40操作在Band5，Band12与Band29低频率频段和Band2，Band4与Band30高频率频段的天线共振仿真结果示意图，在图12中，长虚线代表辐射片RP1、RP2形成的第二双臂领结形偶极天线的共振仿真结果，短虚线代表辐射片RP3、RP4形成的第一双臂领结形偶极天线的共振仿真结果，实线代表第一双臂领结形偶极天线与第二双臂领结形偶极天线之间的隔离度仿真结果。由图12可知，在Band5、Band12与Band29的频段中，射频收发系统40的反射损耗小于-10.3dB，隔离度大于38.5dB；在图13中，长虚线代表第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第二钻形偶极阵列天线的共振仿真结果，短虚线代表第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线的共振仿真结果，实线代表第二天线组件ANT2_a～ANT2_d的第一钻形偶极阵列天线与第二钻形偶极阵列天线之间的隔离度仿真结果。由图13可知，在Band2、Band4与Band30的频段中，射频收发系统40的反射损耗小于-13.7dB，隔离度大于20.9dB。
在公知技术中，对应多个频段，需配置多个天线以收发无线电信号，然而，天线数量过多将不利于电子产品体积的微型化，并且需要使用多路复用器或多个双工器，而增加额外能量损耗。
相较之下，本发明的射频收发系统是藉由第一天线组件及第二天线组件来提供两组独立的天线，以收发多重频段的无线电信号。其中，第一天线组件及第二天线组件设置的平面互相垂直，因此可充分利用空间以缩小尺寸。并且，第一天线组件与第二天线组件之间的交互影响可忽略，因此，对应低频频段或高频频段，射频收发系统的整体天线辐射场型分别以第一天线组件或第二天线组件为主。此外，本发明的射频收发系统更能够减少双工器或多路复用器使用的数量，因此可避免额外能量损耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (11)
1.一种射频收发系统，该射频收发系统包括：
一第一平面；
一第二平面，该第二平面垂直于该第一平面；
一第三平面，该第三平面垂直于该第一平面及该第二平面；
一第一天线组件，该第一天线组件包括：
一第一辐射片，该第一辐射片设置于该第一平面；
一第二辐射片，该第二辐射片设置于该第一平面；
一第三辐射片，该第三辐射片设置于该第二平面；以及
一第四辐射片，该第四辐射片设置于该第二平面；以及
多个第二天线组件，
其中该多个第二天线组件形成一阵列天线结构，且该阵列天线结构相对于该第一平面及该第二平面对称，各该第二天线组件为双极化偶极天线。
2.如权利要求1所述的射频收发系统，其中该第一辐射片与该第二辐射片相对于该第二平面对称，且该第三辐射片与该第四辐射片相对于该第一平面对称。
3.如权利要求1所述的射频收发系统，还包括一反射体，且该反射体包括：
一中心反射组件，该中心反射组件平行于该第三平面设置；以及
多个周边反射组件，该多个周边反射组件环绕该中心反射组件设置；
其中，该反射体相对于该第一平面及该第二平面对称。
4.如权利要求3所述的射频收发系统，其中该多个第二天线组件中的各该第二天线组件还包括：
一第一辐射体，该第一辐射体设置于该第三平面；
一第二辐射体，该第二辐射体设置于该第三平面，该第一辐射体与该第二辐射体相对于一第四平面对称；
一第三辐射体，该第三辐射体设置于一第五平面，该第五平面平行该第三平面并位于该第三平面与该中心反射组件之间；
一第四辐射体，该第四辐射体设置于该第五平面，该第三辐射体与该第四辐射体相对于一第六平面对称；以及
一反射板，该反射板设置于该第一辐射体及该第二辐射体上，该反射板的一形状具有对称性。
5.如权利要求4所述的射频收发系统，其中该第一平面平行或垂直于该第四平面。
6.如权利要求4所述的射频收发系统，其中该反射板为一正多边形或圆形，且该正多边形的顶点数为4的倍数。
7.如权利要求4所述的射频收发系统，其中该第一辐射体与该第二辐射体形成一钻形偶极天线结构，该第三辐射体与该第四辐射体形成另一钻形偶极天线结构。
8.如权利要求1所述的射频收发系统，其中该第一辐射片与该第二辐射片形成一领结形偶极天线结构，该第三辐射片与该第四辐射片形成另一领结形偶极天线结构。
9.如权利要求1所述的射频收发系统，其中该第一辐射片、该第二辐射片、该第三辐射片及该第四辐射片分别包括：
一第一辐射臂；以及
一第二辐射臂，该第二辐射臂设置于该第一辐射臂及该中心反射组件之间，该第二辐射臂的长度小于该第一辐射臂。
10.如权利要求1所述的射频收发系统，其中该多个第二天线组件的个数为4的倍数。
11.如权利要求1所述的射频收发系统，其中该射频收发系统包括单一双工器，该单一双工器用来整合该第一天线组件所收发的第一频段信号与该多个第二天线组件所收发的第二频段信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20170503 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |