[發明專利]可切換工作頻率的主動天線系統及其相關控制方法

在審

• 申請號: 201410208446.3
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN104953284A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 葉明豪
• 申請（專利權）人: 葉明豪
• 主分類號: H01Q5/10
• 分類號: H01Q5/10;H01Q5/321;H01Q1/38
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 蘇捷;向勇

技術領域

本發明涉及一種天線系統及其控制方法，且特別涉及一種可切換工作頻率的主動天線系統及其相關控制方法。?

背景技術

一般來說，使用于消費性無線產品上的天線通常為單一天線饋入端的被動天線(Single-Fed?Passive?Antenna)，這類天線通常結構單純、應用簡單、價格便宜、尺寸較小，單一支天線僅需要單一天線饋入端，且可同時支持系統所需的所有頻段，例如：藍牙(Bluetooth)天線、無線網絡WiFi天線、與第二代(2G)/第三代(3G)移動通信手機天線。其中，第二代移動通信頻帶約為824MHz～960MHz與1710MHz～1990MHz，而第三代移動通信頻帶通常會特別關注1920MHz～2170MHz的Band1頻帶。整體來看，2G/3G頻帶可歸納為824MHz～960MHz低頻頻帶與1710MHz～2170MHz高頻頻帶。?

隨著技術演進，目前全球移動通信技術已經逐漸進入第四代(4G)移動通信長期演進技術(LTE，Long?Term?Evolution)的階段。而全球各區域對于第四代移動通信所規范的工作頻段也較2G/3G頻帶更為寬廣，其中又以美國約700MHz的Band13與Band17(LTE?band13/17)和大陸2300～2620MHz的Band38與Band40最受關注。?

由于第四代移動通信手機天線必須同時支持舊有的2G與3G頻段與最先進的4G頻段，是具有一定難度的。再者，目前移動通信手機功能整合越來越豐富，外觀上也追求更輕薄，因此也直接壓縮了手機內部的天線空間。這些原因也使得第四代移動通信手機天線設計變得更為困難。?

請參照圖1A至圖1C，其所繪示為現有單一天線饋入端第四代移動通信被動天線架構、天線輻射單元的二維尺寸、以及該架構的反射損耗(return?loss)實驗量測結果。其公開于2011年11月IEEE期刊第4215頁(IEEE?Transactions?on?Antennas?and?Propagation,Vol.59,NO.11,November2011page4215-4221)、其名稱為“WWAN/LTE頻段掌上型電話中整合于USB連接器的內耦合饋入?雙回路天線”(Internal?Coupled-Fed?Dual-loop?Antenna?Integrated?with?a?USB?Connector?for?WWAN/LTE?Mobile?Handset)。?

如圖1A所示，該天線制作于FR4材質的印刷電路板(PCB，Printed?Circuit?Board)上。該印刷電路板總長度為115厘米、總寬度為55厘米。該天線對應的金屬接地面130(Metal?ground?surface)長度為105厘米，寬度亦為55厘米。另外，天線凈空區域(Antenna?Clearance)寬度w為10厘米，長度則與印刷電路板同寬為55厘米。該天線凈空區域即為天線輻射單元(Radiation?Unit)120所在位置。?

如圖1B所示，其為該架構中的天線輻射單元120的二維尺寸示意圖。其中，A點為該天線輻射單元120的唯一天線饋入端(Antenna?Feed?Port)，B點為該天線輻射單元120的唯一接地點。再者，該金屬接地面130位于FR4材質的印刷電路板的底層(Bottom?layer)，而天線輻射單元120以及A點的天線饋入端皆位于FR4材質的印刷電路板的表層(Top?layer)。天線輻射單元120于B’點通過一鉆孔(Via)直接與金屬接地面130連接。?

一般而言，當天線凈空區域寬度w越大，則越有利于天線設計與天線特性。但若以產品的角度對其進行思考，天線必須整合至手機機殼內部，此時，當w尺寸越大，則其對手機外觀的影響勢必非常明顯，尤其是手機長度的影響。另一方面，手機內部電路系統整合度極高，于手機內部通常亦無法騰出太大空間為天線所使用。而該天線之凈空區域寬度w為10厘米實際上已超過業界一般手機設計所能接受的范圍，尺寸過大。?

如圖1C所示，該反射損耗實驗量測結果是以電壓駐波比(以下簡稱VSWR)＝3：1(亦即反射損耗約為-6dB)作為計算頻寬的標準，因此BW_a(700MHz-1170MHz)與BW_b(1705MHz-2740MHz)可定義為該天線頻寬。?