CN101546870B - 多天线模块 - Google Patents

Abstract

本发明一种多天线模块，包括：接地面、主导体、副导体及多个耦合导体。利用主辐射臂与副辐射臂互相平行的主体结构，以无限延伸多组天线导体单元于同一天线结构中，透过平行辐射臂之间的电容耦合效应以及辐射臂本身的电感效应，有效降低天线间的干扰信号，达成多天线系统整合及尺寸微型化的需求，此外该接地面、主导体、副导体及多个耦合导体皆连接于同一接地面，降低天线配置空间及组装难度，使其轻易容置于各种电子装置内部。

Description

多天线模块

技术领域

本发明涉及一种多天线模块，特别指一种具有无限延伸天线单元于同一主体结构中的多天线模块。

背景技术

无线通讯技术的蓬勃发展，连带使天线技术得到充分的发展，特别是市场上针对天线设计尺寸微型化，传输系统涵盖多种系统频带的通讯要求，因此陆续提出多种复合式天线(Combo antenna)设计，将应用于不同无线通讯系统或不同频带的相异类型天线整合于单一天线结构中，以缩短天线配置尺寸，同时达成多操作频带的需求。

如图1所示，为中国台湾专利I268010的多型态无线通讯系统的行动电话天线整合装置的平面示意图。其天线整合装置100包含：底座104、平面倒F天线101、单极天线102及平板天线103；该平面倒F天线101具有馈入点105与接地点106，单极天线102具有馈入点107，平板天线103具有馈入点108，其中平面倒F天线101与单极天线102的间的最小距离为6mm，而平面倒F天线101与平板天线103的间的最小距离为2mm，经此配置，可藉由天线间的适当间距，有效降低天线间的隔离度干扰，使各天线正常收发讯号。

请一并参阅图2a及图2b，其中图2a为先前技术的平面倒F天线与单极天线的隔离度(S21)量测坐标图，而第2b图为先前技术的平面倒F天线与平板天线的隔离度(S21)量测坐标图。经由量测数据显示，该天线整合装置的隔离度已较先前技术为佳。

然而为降低该天线的间的辐射干扰效应，必须将平面倒F天线101设置于底座104第一面上，单极天线102置于底座104侧面上，平板天线103置于底座104第一面上远离该单极天线102的位置，由于天线位于底座104不同平面上，为使天线具有足够空间的辐射传导表面，此配置形式将增加天线设置难度，使其不易整合于各种电子产品的中，且其天线的隔离间距必须一定要分别间隔6mm以及2mm，大幅增加天线配置空间，导致整合后天线辐射效率无法大幅提高，另外不同天线的间的隔离度的阻隔效率亦容易受限，通常无法完全达到该设计所宣称的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种多天线模块，利用接地面、主导体、副导体及复数耦合导体形成多组天线的整合结构，由于该天线模块具有辐射导体及接地面共享的特性，大幅缩减天线配置空间，使其轻易容置于各种电子装置内部，降低组装难度。

本发明的另一目的是提供一种多天线模块，利用主辐射臂与副辐射臂互相平行的主体结构，以无限延伸多组天线单元于同一天线结构中，从而达成天线微型化与多操作频带、多系统应用的需求，同时有效降低天线的间的干扰现象。

本发明的又一目的是提供一种多天线模块，透过平行辐射臂的间的辐射讯号电容耦合效应以及辐射臂本身的电感效应，可形成高通或低通滤波器特性，有效增加天线隔离度与讯号阻隔效率。

为达成上述目的，本发明为一种多天线整合模块，包括：接地面、主导体、副导体及耦合导体；其主导体包含：第一短路部及主辐射臂；副导体包含：第二短路部、副辐射臂、延伸臂及第一馈入线；耦合导体包含：馈入部、耦合臂及第二馈入线；该主导体的第一短路部一端部连接于接地面，主辐射臂连接于第一短路部另一端部并沿着第一方向由该第一短路部延伸；副导体的第二短路部一端部连接于接地面，副辐射臂连接于第二短路部另一端部并沿着与该第一方向相反方向的第二方向由该第二短路部延伸，该主辐射臂与副辐射臂系互相平行且形成一间隙，延伸臂连接于第二短路部与副辐射臂连接接口处并沿着第一方向由该第二短路部延伸，第一馈入线连接于副辐射臂；耦合导体的耦合臂连接于馈入部一端部并沿着第二方向由该馈入部延伸，该副辐射臂与耦合臂系互相平行且形成一间隙，第二馈入线连接于馈入部。

本发明实施例利用第一馈入线输入第一天线的微波讯号，该讯号馈入该副导体的副辐射臂，并传递至该延伸臂及第二短路部至接地面，同时藉由该副辐射臂与主辐射臂的电容耦合效应，将讯号耦合传导至主导体，主导体接收副辐射臂的电性耦合讯号后，将讯号传递至第一短路部及接地面。经此，藉由该主辐射臂、副辐射臂、延伸臂、第一短路部及第二短路部，构成第一天线的主体辐射结构。其中该主导体与该副辐射臂可激发该第一天线的第一频率共振模态，而该延伸臂可激发该第一天线的第二频率共振模态；此外藉由该耦合导体与该延伸臂间形成的电容效应以及耦合导体本身的结构所形成的电感效应，适当调整该间隙及耦合导体粗细及蜿蜒程度，可形成一滤波器，有效阻隔第一天线讯号对于第二天线的干扰。

另外透过第二馈入线输入的第二天线馈入讯号传递至馈入部后，经由耦合臂耦合至延伸臂，延伸臂接收耦合臂的电性耦合讯号后，将讯号传递至第二短路部及接地面。藉由该延伸臂、耦合臂、第二短路部及馈入部，构成第二天线的主体辐射结构，并经由该延伸臂及耦合臂激发第二天线的共振模态。此外，藉由该主辐射臂与副辐射臂间形成的电容效应以及副导体本身的结构所形成的电感效应，适当调整该间隙及副导体粗细及蜿蜒程度，可形成一滤波器，有效阻隔第二天线讯号对于第一天线的干扰。

本实施例利用接地面、主导体、副导体及耦合导体的整合结构，经由平行辐射臂的间的电容耦合效应以及导体本身结构的电感性，形成讯号滤波器，有效降低第一及第二天线间的相互干扰，不需额外设置相邻天线间预留的隔离间距，大幅降低天线设计尺寸，并可得到良好的隔离度。且由于该多天线系共享部分的辐射导体，因此大幅缩减天线配置空间，降低组装难度。

本发明第二实施例的组成结构与第一实施例雷同，其不同处在于该主导体增加设置一延伸臂，该延伸臂连接于第一短路部与主辐射臂连接接口处并沿着第二方向由该第一短路部延伸；且于延伸臂侧边设置第二耦合导体，该第二耦合导体设置第二耦合臂平行于主导体的延伸臂且形成一间隙。

透过第二耦合导体的第三馈入线输入的馈入讯号传递至第二耦合部后，再经由第二耦合臂耦合至延伸臂，延伸臂接收第二耦合臂的电性耦合讯号后，将讯号传递至短路部及接地面。藉由该延伸臂、第二耦合臂、短路部及第二耦合部，构成第三天线的主体辐射结构，并经由该延伸臂及第二耦合臂激发第三天线的共振模态。

本第二实施例主要利用主辐射臂与副辐射臂互相平行的主体结构，藉以无限延伸多组天线导体单元于同一天线结构中，透过平行辐射臂的间的电容耦合效应及辐射导体本身的电感性，适当调整可形成不同频率的滤波器，有效隔离各个天线间的干扰效应，形成多天线整合于同一天线结构中且可共享辐射导体的高度整合效果，从而达成天线微型化与多操作频带及多系统应用的需求，同时大幅降低天线的配置空间及组装难度。

附图说明

图1为中国台湾专利I268010的多型态无线通讯系统的行动电话天线整合装置的俯视图。

图2a为现有技术的平面倒F天线与单极天线的隔离度(S21)量测坐标图。

图2b为现有技术的平面倒F天线与平板天线的隔离度(S21)量测坐标图。

图3为本发明多天线模块第一实施例的俯视图。

图4为本发明第一实施例的变化实施态样俯视图。

图5为本发明多天线模块第二实施例的俯视图。

图6为本发明第二实施例应用于携带式计算机的立体图。

图7为本发明第二实施例的第一天线(WWAN系统)电压驻波比量测坐标图。

图8为本发明第二实施例的第二天线(WLAN及WiMAX系统)电压驻波比量测坐标图。

图9为本发明第二实施例的第三天线(UWB系统)电压驻波比量测坐标图。

图10为本发明第二实施例的隔离度(WWAN/WLAN)量测坐标图。

图11为本发明第二实施例的隔离度(WWAN/UWB)量测坐标图。

图12为本发明第二实施例的隔离度(WLAN/UWB)量测坐标图。

图13为本发明多天线模块第三实施例的俯视图。

【主要组件符号说明】

100天线整合装置        101平面倒F天线        102单极天线

103平板天线            104底座                105、107、108馈入点

106接地点              31接地面               32主导体

321第一短路部          322主辐射臂            33副导体

331第二短路部          332副辐射臂            333延伸臂

334第一馈入线          334a中心导体           334b内绝缘层

334c外层导体           334d外绝缘层           34耦合导体

341馈入部              342耦合臂              343第二馈入线

343a中心导体           343b内绝缘层           343c外层导体

343d外绝缘层           344调整部              35第一方向

36第二方向             51接地面               52主导体

521第一短路部          522主辐射臂            523第一延伸臂

53副导体               531第二短路部          532副辐射臂

533第二延伸臂          534第一馈入线          54第一耦合导体

541第一馈入部          542第一耦合臂          543第二馈入线 

55第二耦合导体         551第二馈入部          552第二耦合臂

553第三馈入线          56第三耦合导体         57第四耦合导体

6携带式计算机      61底板      62屏幕      S1－S5频宽。

具体实施方式

如图3所示，为本发明多天线模块第一实施例的俯视图。包括：接地面31、主导体32、副导体33及耦合导体34；其主导体32包含：第一短路部321及主辐射臂322；副导体33包含：第二短路部331、副辐射臂332、延伸臂333及第一馈入线334；耦合导体34包含：馈入部341、耦合臂342及第二馈入线343。

将主导体32的第一短路部321一端部连接于接地面31，主辐射臂322一端部连接于第一短路部321另一端部并沿着第一方向35由该第一短路部321延伸；副导体33的第二短路部331一端部连接于接地面31，副辐射臂332一端部连接于第二短路部331另一端部并沿着与该第一方向35相反方向的第二方向36而由该第二短路部331延伸，其中主辐射臂322与副辐射臂332系互相平行且形成一间隙，延伸臂333一端部连接于第二短路部331与副辐射臂332连接接口处并沿着第一方向35由该第二短路部331延伸，第一馈入线334依序包含中心导体334a、内绝缘层334b、外层导体334c及外绝缘层334d，将第一馈入线334的中心导体334a连接于副辐射臂332，外层导体334c则连接于接地面31。

其中主辐射臂322长度约为45mm，宽度约为2mm，副辐射臂332长度约为32mm，宽度约为2mm，第一短路部321长度约为12mm，宽度约为2mm，第二短路部331长度约为9mm，宽度约为2mm。

利用第一馈入线334输入第一天线的微波讯号，将讯号馈入副导体33的副辐射臂332，并经延伸臂333及第二短路部331传递至接地面31，同时藉由副辐射臂332与主辐射臂322的电容耦合效应，将讯号耦合传导至主导体32，主导体32接收副辐射臂332的电性耦合讯号后，将讯号传递至第一短路部321及接地面31。经此，藉由该主辐射臂322、副辐射臂332、延伸臂333、第一短路部321及第二短路部331，构成第一天线的主体辐射结构。其中主导体32与副辐射臂332可激发第一天线的第一频率共振模态，而延伸臂333可激发第一天线的第二频率共振模态；此外藉由耦合导体34与延伸臂333间形成的电容效应以及耦合导体34本身的结构所形成的电感效应，适当调整该间隙及耦合导体粗细及蜿蜒程度，则可形成一滤波器，从而有效阻隔第一天线讯号对于第二天线的干扰。

耦合导体34的耦合臂342一端部连接于馈入部341一端部并沿着第二方向36由该馈入部341延伸，副辐射臂332与耦合臂342系互相平行且形成一间隙，第二馈入线343依序包含中心导体343a、内绝缘层343b、外层导体343c及外绝缘层343d，将第二馈入线343的中心导体343a连接于馈入部341，外层导体343c则连接于接地面31。

其中延伸臂333长度约为12mm，宽度约为2mm，耦合臂342长度约为13mm，宽度约为2mm，馈入部341长度约为3mm，宽度约为2mm，第二短路部331长度约为9mm，宽度约为2mm。

透过第二馈入线343输入的第二天线馈入讯号传递至馈入部341后，经由耦合臂342耦合至延伸臂333，延伸臂333将讯号传递至第二短路部331及接地面31。藉由延伸臂333、耦合臂342、第二短路部331及馈入部341，构成第二天线的主体辐射结构，并经由延伸臂333及耦合臂342激发第二天线的共振模态。此外，利用主辐射臂322与副辐射臂332间形成的电容效应以及副导体33本身的结构所形成的电感效应，适当调整该间隙及副导体33粗细及蜿蜒程度，可形成一滤波器，有效阻隔第二天线讯号对于第一天线的干扰。

本实施例利用接地面31、主导体32、副导体33及耦合导体34的整合结构，经由平行辐射臂的间的电容耦合效应以及导体本身结构的电感性，形成讯号滤波器，有效降低第一及第二天线间互相的干扰，避免额外设置相邻天线间预留的隔离间距，大幅降低天线设计尺寸，并可得到良好的隔离度。并且由于该多天线系互相共享部分的辐射主体结构，因此大幅缩减天线配置空间，降低组装难度。

如图4所示，为本发明第一实施例的变化实施态样俯视图。其中该耦合导体34侧边设置一调整部344，该调整部344一端部连接于耦合导体34侧边，另一端部连接于接地面31，透过调整部34用以调整第二天线系统的耦合导体34阻抗匹配，使第二天线系统具有特性更为优异的阻抗变化。

如图5所示，为本发明多天线模块第二实施例的俯视图。本实施例与上述第一实施例大致相同，包括：接地面51、主导体52、副导体53、第一耦合导体54及第二耦合导体55；主导体52包含：第一短路部521、主辐射臂522及第一延伸臂523；副导体53包含：第二短路部531、副辐射臂532、第二延伸臂533及第一馈入线534；第一耦合导体54包含：第一馈入部541、第一耦合臂542及第二馈入线543；第二耦合导体55包含：第二馈入部551、第二耦合臂552及第三馈入线553。

其不同处在于该主导体52增加设置一第一延伸臂523，该第一延伸臂523连接于第一短路部521与主辐射臂522连接接口处并沿着第二方向36由该第一短路部521延伸；且于第一延伸臂523侧边设置第二耦合导体55，该第二耦合导体55设置第二耦合臂552平行于主导体52的第一延伸臂523且形成一间隙，第三馈入线553则连接于第二馈入部551。

透过第二耦合导体55的第三馈入线553输入的馈入讯号传递至第二耦合部551后，再经由第二耦合臂552耦合至第一延伸臂523，第一延伸臂523将讯号传递至第一短路部521及接地面51。藉由该第一延伸臂523、第二耦合臂552、第一短路部521及第二耦合部551，构成第三天线的主体辐射结构，经由第一延伸臂523及第二耦合臂552激发第三天线的共振模态。

本第二实施例主要利用主辐射臂522与副辐射臂532互相平行的主体结构，藉以无限延伸多组天线单元于同一主体结构中，透过平行辐射臂的间的电容耦合效应及辐射导体本身的电感性，适当调整即可形成不同频率的滤波器，有效隔离各别天线的间的干扰效应，从而形成多天线整合结构，并经由共享辐射导体的特性，从而达成尺寸微型化、多操作频带及多系统应用的需求，同时大幅降低天线的配置空间及组装难度。

如图6所示，为本发明第二实施例应用于携带式计算机的立体图。将多天线模块设置于携带式计算机6的一底板61内缘，接地面51采用锡箔片材料，并将锡箔片整片贴覆于底板61内表面，锡箔片及底板61上部设置一屏幕62，该底板61可视为整个天线模块的接地面，透过锡箔片将接地面51传递的接地讯号传送至底板61。

透过本发明的多天线结构设计，将不同操作频带的天线导体结构整合于同一天线模块中，达成共享辐射体的效果，改善先前技术中必须于携带式计算机6边缘埋置多组天线的方式，同时不需考虑相邻天线间预留间距的影响因素，降低组装难度，使多天线模块轻易摆置于各种电子装置内部。

图7为本发明第二实施例的第一天线(WWAN系统)电压驻波比量测坐标图。其第一天线在电压驻波比定义为2.5的情况时，频宽S1操作频率范围涵盖824MHz至960MHz，此频带频宽范围涵盖AMPS(824~894 MHz)以及GSM(880~960 MHz)的系统频宽。而其频宽S2操作频率范围涵盖1570MHz至2500MHz，此频带频宽范围涵盖GPS(1575 MHz)、DCS(1710~1880 MHz)、PCS(1850~1990 MHz)以及UMTS(1920~2170 MHz)的系统频宽。

图8为本发明第二实施例的第二天线(WLAN及WiMAX系统)电压驻波比量测坐标图。其第二天线在电压驻波比定义为2的情况时，频宽S3操作频率范围涵盖2.3GHz至2.8GHz，此频带频宽范围涵盖WLAN 802.11b/g(2.4~2.5GHz)的系统频宽。而频宽S4操作频率范围涵盖4.4GHz至6.0GHz，此频带频宽范围涵盖WLAN 802.11a(4.9~5.9GHz)的系统频宽。且该频宽S3及频宽S4操作频率范围亦可涵盖WiMAX(2.0~6.0GHz)的系统频宽。

图9为本发明第二实施例的第三天线(UWB系统)电压驻波比量测坐标图。其第三天线在电压驻波比定义为2情况时，频宽S5操作频率范围涵盖2.9GHz至7.2GHz，此频带频宽范围涵盖UWB(3.1GHz~4.9GHz)的系统频宽。经上述三组电压驻波比量测数据得知，本发明设置的天线结构确实已具备极佳的操作频宽。

图10为本发明第二实施例的隔离度(WWAN/WLAN)量测坐标图。经此量测数据得知，隔离度在WWAN以及WLAN两天线系统间的量测值均位于－20dB以下。

图11为本发明第二实施例的隔离度(WWAN/UWB)量测坐标图。经此量测数据得知，隔离度在WWAN以及UWB两天线系统间的量测值均位于－20dB以下。

图12为本发明第二实施例的隔离度(WLAN/UWB)量测坐标图。经此量测数据得知，隔离度在WLAN以及UWB两天线系统间的量测值均位于－20dB以下。经上述三组隔离度量测数据得知，本发明的多天线配置结构确实能有效阻隔相邻天线间的讯号干扰现象，从而增加天线隔离度。

图13为本发明多天线模块第三实施例的俯视图。本实施例与上述第二实施例大致相同，其相同或相当的组件系标示同一图号，其差异处在于第一耦合导体54与副导体53相邻的相反方向增加设置一第三耦合导体56，而第二耦合导体55与主导体52相邻的相反方向亦增加设置一第四耦合导体57，经此设置，透过第一耦合导体54与第三耦合导体56激发第四天线的共振模态，另外经由第二耦合导体55与第四耦合导体57激发第五天线的共振模态。利用此设置原理即可无限延伸多组天线单元于同一天线主体结构中，不需另行设置相邻天线间预留的隔离间距，从而达成天线微型化与多操作频带的需求。

Claims (11)

1.一种多天线模块，其特征在于包括： 接地面； 主导体，包含： 第一短路部，一端部连接于该接地面； 主辐射臂，连接于该第一短路部另一端部并沿着第一方向由该第一短路部延伸； 副导体，包含： 第二短路部，一端部连接于该接地面； 副辐射臂，连接于该第二短路部另一端部并沿着与该第一方向相反方向之第二方向由该第二短路部延伸，该主辐射臂与副辐射臂系互相平行且形成一间隙； 延伸臂，连接于该第二短路部与副辐射臂连接接口处并沿着第一方向由该第二短路部延伸； 第一馈入线，连接于该副辐射臂； 耦合导体，包含： 馈入部；耦合臂，连接于该馈入部一端部并沿着第二方向由该馈入部延伸，该副辐射臂与耦合臂系互相平行且形成一间隙；以及 第二馈入线，连接于该馈入部。 

2.根据权利要求1所述之多天线模块，其特征在于，该耦合导体包含一调整部。

3.根据权利要求2所述之多天线模块，其特征在于，该调整部系用以调整耦合导体之阻抗匹配。

4.根据权利要求1所述之多天线模块，其特征在于，该第一馈入线系用以传递第一天线馈入讯号。

5.根据权利要求1所述之多天线模块，其特征在于，该第二馈入线系用以传递第二天线馈入讯号。

6.一种多天线模块，包括： 接地面； 主导体，包含： 第一短路部，一端部连接于该接地面； 主辐射臂，连接于该第一短路部另一端部并沿着第一方向由该第一短路部延伸； 第一延伸臂，连接于该第一短路部与主辐射臂连接接口处并沿着第二方向由该第一短路部延伸； 副导体，包含： 第二短路部，一端部连接于该接地面； 副辐射臂，连接于该第二短路部另一端部并沿着与该第一方向相反方向之第二方向由该第二短路部延伸，该主辐射臂与副辐射臂系互相平行且形成一间隙； 第二延伸臂，连接于该第二短路部与副辐射臂连接接口处并沿着第一方向由该第二短路部延伸； 第一馈入线，连接于该副辐射臂； 第一耦合导体，包含： 第一馈入部； 第一耦合臂，连接于该第一馈入部一端部并沿着第二方向由该第一馈入部延伸，该副辐射臂与第一耦合臂系互相平行且形成一间隙； 第二馈入线，连接于该第一馈入部； 第二耦合导体，包含： 第二馈入部； 第二耦合臂，连接于该第二馈入部一端部并沿着第一方向由该第二馈入部延伸，该主辐射臂与第二耦合臂系互相平行且形成一间隙；以及 第三馈入线，连接于该第二馈入部。

7.根据权利要求6所述之多天线模块，其特征在于，该第一、第二耦合导体均包含一调整部。

8.根据权利要求7所述之多天线模块，其特征在于，该调整部系用以调整耦合导体之阻抗匹配。

9.根据权利要求6所述之多天线模块，其特征在于，该第一馈入线系用以传递第一天线馈入讯号。

10.根据权利要求6所述之多天线模块，其特征在于，该第二馈入线系用以传递第二天线馈入讯号。

11.根据权利要求6所述之多天线模块，其特征在于，该第三馈入线系用以传递第三天线馈入讯号。

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