CN102593584A - 天线模块及其蛇形槽天线结构 - Google Patents

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Abstract

一种天线模块及其蛇形槽天线结构，所述蛇形槽天线结构用来传输无线信号，包含基板、接地元件、馈送导体以及耦合导体。基板包含第一表面以及第二表面，且第一表面与第二表面相对。接地元件设置于所述第二表面上，且所述接地元件中形成蛇形槽。馈送导体设置于所述第一表面上，且馈送导体对应于蛇形槽。耦合导体设置于所述第一表面上并与馈送导体耦合，其中，通孔穿过基板并电性导通耦合导体以及接地元件。所述天线模块及其蛇形槽天线结构能够改善信号隔离度并缩减天线尺寸。

Description

天线模块及其蛇形槽天线结构
技术领域
本发明有关于一种槽形(slot)天线结构，特别有关于一种尺寸较小且隔离度较佳的天线模块及其蛇形槽(meander slot)天线结构。
背景技术
图1A是现有技术的倒F型平面天线(PIFA antenna)模块1，其包含第一倒F型平面天线单元10以及第二倒F型平面天线单元20。第一倒F型天线平面单元10呈F形，并具有第一馈送导体11、第一辐射体12以及第一短路元件13。第一馈送导体11连接于第一辐射体12，第一短路元件13连接于第一辐射体12，且第一短路元件13接地。第二倒F型平面天线单元20呈F形，并具有第二馈送导体21、第二辐射体22以及第二短路元件23。第二馈送导体21连接于第二辐射体22，第二短路元件23连接于第二辐射体22，且第二短路元件23接地。第一信号于第一端口14被馈送至该第一倒F型平面天线单元10的第一馈送导体11，且第二信号于第二端口24被馈送至第二倒F型平面天线单元20的第二馈送导体21。现有技术中的倒F型平面天线模块1的尺寸较大(用于传输2.5～2.7GHz的无线信号时，其尺寸大约为25×20mm2)，且第一端口14及第二端口24之间的信号隔离度(S参数)较差(S(2，1)，约为-5.2dB，参照图1B)。
发明内容
为了缩减天线尺寸并提高信号隔离度，特提供以下技术方案：
本发明的实施方式提供一种蛇形槽天线结构，用来传输无线信号，包含基板、接地元件、馈送导体以及耦合导体：基板包含第一表面以及第二表面，其中，第一表面与第二表面相对；接地元件设置于第二表面上，其中，接地元件中形成蛇形槽；馈送导体设置于第一表面上，其中，馈送导体对应于蛇形槽；以及耦合导体设置于第一表面上并与馈送导体耦合，其中，通孔穿过基板并电性导通耦合导体以及接地元件。
本发明的实施方式另提供一种天线模块，用来传输无线信号，包含基板、接地元件、第一馈送导体、第一耦合导体、第二馈送导体以及第二耦合导体：基板包含第一表面以及第二表面，其中，第一表面与第二表面相对；接地元件设置于第二表面上，其中，接地元件中形成第一蛇形槽以及第二蛇形槽，中心线位于第一蛇形槽与第二蛇形槽之间；第一馈送导体设置于第一表面上，其中，第一馈送导体对应于第一蛇形槽；第一耦合导体设置于第一表面上并与第一馈送导体耦合，其中，第一通孔穿过基板并电性导通第一耦合导体以及接地元件；第二馈送导体设置于第一表面上，其中，第二馈送导体对应于该第二蛇形槽；以及第二耦合导体设置于第一表面上并与第二馈送导体耦合，其中，第二通孔穿过基板并电性导通第二耦合导体以及接地元件。
本发明的实施方式另提供一种天线模块，用来传输无线信号，包含基板、接地元件、第一馈送导体以及第二馈送导体：基板包含第一表面以及第二表面，其中，第一表面与第二表面相对；接地元件设置于该第二表面上，其中，接地元件中形成第一蛇形槽以及第二蛇形槽，中心线位于第一蛇形槽与第二蛇形槽之间，第一蛇形槽具有第一分隔部分，第二蛇形槽具有第二分隔部分，第一分隔部分以及第二分隔部分朝该中心线延伸，第一分隔部分以及第二分隔部分之间形成间距；第一馈送导体设置于第一表面上，其中，第一馈送导体对应于第一蛇形槽；以及第二馈送导体设置于第一表面上，其中，第二馈送导体对应于第二蛇形槽。
本发明的实施方式另提供一种蛇形槽天线结构，用来传输无线信号，包含基板、接地元件、馈送导体以及耦合导体：基板包含第一表面以及第二表面，其中，第一表面与第二表面相对；接地元件设置于该第二表面上，其中，接地元件中形成蛇形槽且蛇形槽包含共振路径边缘；馈送导体设置于第一表面上，其中，馈送导体对应于蛇形槽，馈送导体于馈送点与共振路径边缘重叠；以及耦合导体，与馈送导体耦合且包含自由端，当蛇形槽天线结构传递无线信号时，反向电流从馈送点，沿共振路径边缘，至耦合导体，并沿耦合导体行进至自由端。
以上所述的天线模块及其蛇形槽天线结构能够改善信号隔离度并缩减天线尺寸。
附图说明
图1A是现有技术的倒F型平面天线模块的示意图；
图1B是现有技术的倒F型平面天线模块的隔离度的变化示意图；
图2A是本发明第一实施例的蛇形槽天线结构的立体图；
图2B是本发明第一实施例的蛇形槽天线结构的俯视图；
图3A以及3B是本发明第一实施例的蛇形槽天线结构传递无线信号时反向电流的传递路径的示意图；
图4A是本发明第二实施例的天线模块结构的立体图；
图4B是本发明第二实施例的天线模块结构的俯视图；
图5A以及5B是本发明第二实施例的天线模块传输无线信号时反向电流的行进路径的示意图；
图6是第二实施例的天线模块的第一馈送导体以及第二馈送导体之间的隔离度的变化示意图；
图7是本发明一个变形例中天线模块的俯视图。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求项中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
图2A以及2B是本发明第一实施例的蛇形槽天线结构100的立体图及俯视图，所述蛇形槽天线结构100具有较小的尺寸。请参照图2A，蛇形槽天线结构100用来传输无线信号，其包含基板170、接地元件180、馈送导体110以及耦合导体120。基板170包含第一表面171以及第二表面172，其中，第一表面171与第二表面172相对。接地元件180设置于第二表面172上，而蛇形槽130形成于接地元件180中。馈送导体110设置于第一表面171上，且馈送导体110对应于蛇形槽130。耦合导体120设置于第一表面171上并与馈送导体110耦合，其中，通孔(via)123穿过基板170并电性导通耦合导体120以及接地元件180。耦合导体120呈长条状，且包含连结端121以及自由端122，通孔123连接于连结端121。
请参照图2B，馈送导体110包含耦合部分111以及馈送部分112，耦合部分111连接于馈送部分112的一端，馈送导体110为T字形。耦合部分111呈长条状并延伸平行于馈送导体120。耦合部分111完全位于蛇形槽130的投影区域中，而馈送部分112于馈送点132与蛇形槽130的共振路径边缘131重叠。耦合导体120沿共振路径边缘131的一部分延伸。
图3A以及3B是蛇形槽天线结构100传递无线信号时反向电流101的传递路径的示意图。参照图3A以及3B，当信号被馈送至馈送导体110时，馈送导体110耦合所述耦合导体120。反向电流101被产生并沿蛇形槽130的共振路径边缘131传递。反向电流101从馈送点132，沿共振路径边缘131，经过通孔123至耦合导体120，并沿耦合导体120行进至自由端122。在本发明的实施例中，反向电流的行进路径长度(包含共振路径边缘131、通孔123以及该耦合导体120)为λ/4，其中λ代表所述无线信号的波长。通过将所述反向电流的行进路径长度设计为λ/4，反向电流101可以在所述行进路径上行进及共振，以传递无线信号。此外，馈送导体110的耦合部分111耦合所述耦合导体120以引导反向电流101沿所述路径行进，并改善蛇形槽天线结构100的信号传输效果。
请参照图3B，共振路径边缘131包含U形部分133。分隔槽134形成于接地元件180中，U形部分133形成缺口135，分隔槽134位于所述缺口135中。U形部分133将反向电流101的行进路径弯折以进一步减小蛇形槽天线结构100的尺寸。在所述第一实施例中，蛇形槽天线结构100的尺寸可以被有效地降低。
图4A以及4B本发明第二实施例的天线模块200结构的立体图及俯视图，所述天线模块200用来传输无线信号。天线模块200包含基板170、接地元件180、第一馈送导体110、第一耦合导体120、第二馈送导体140以及第二耦合导体150。基板170包含第一表面171以及第二表面172，其中，第一表面171与第二表面172相对。接地元件180设置于第二表面172上，而第一蛇形槽130’以及第二蛇形槽160形成于接地元件180中，中心线181(如图4B所示)位于第一蛇形槽130’与第二蛇形槽160之间。中心线181用于清楚显示各部的相对位置，其并非实体元件。第一馈送导体110设置于第一表面171上，且第一馈送导体110对应于第一蛇形槽130’。第一耦合导体120设置于第一表面171上并与第一馈送导体110耦合，其中，第一通孔123穿过基板170并电性导通第一耦合导体120以及接地元件180。第二馈送导体140设置于第一表面171上，且第二馈送导体140对应于第二蛇形槽160。第二耦合导体150设置于第一表面171上并与第二馈送导体140耦合，其中，第二通孔153穿过基板170并电性导通第二耦合导体150以及接地元件180。天线模块200可以是单输入/多输出(SIMO)、多数入/单输出(MISO)或多输入/多输出(MIMO)天线模块。应用本发明的天线模块200的无线通信装置可提供较佳的信号性能。当两组发射器以及两组或更多组接收器被使用时，两组同时运作的数据流可透过天线模块200进行传递，从而可使传输速率加倍。多组接收器搭配本发明的天线模块200可增加两装置间的有效传输距离。例如，在IEEE 802.11n(Wi-Fi；无线保真)无线传输规格下，使用MIMO技术，可以将本发明实施例的传输速度增加到100Mbps以上，相比于IEEE 802.11a以及IEEE 802.11g规格，速度至少加倍。另外，所述天线模块200也可以用于WiMAX(全球互通微波存取)或者LTE(long-term-evolution；长期演进技术)等规格的通讯装置中。
在所述第二实施例中，第一馈送导体110以及第一耦合导体120与第一实施例中的对应元件相似，第一蛇形槽130’与蛇形槽130相似。第一馈送导体110、第一耦合导体120以及第一蛇形槽130’相对中心线181，与第二馈送导体140、第二耦合导体150以及第二蛇形槽160对称。换句话说，第二馈送导体140、第二耦合导体150以及第二蛇形槽160，从第一馈送导体110、第一耦合导体120以及第一蛇形槽130’的位置，被从左至右翻转。
图5A以及5B是天线模块200传输无线信号时反向电流的行进路径的示意图。如图5A以及5B所示，第一蛇形槽130’包含第一共振路径边缘131’，第一馈送导体110于第一馈送点132与第一共振路径边缘131’重叠，第二蛇形槽160包含第二共振路径边缘161，第二馈送导体140于第二馈送点162与第二共振路径边缘161重叠。当第一信号被馈送至该第一馈送导体110时，第一反向电流101从第一馈送点132，沿第一共振路径边缘131’，经过第一通孔123至第一耦合导体120，并沿第一耦合导体120行进至第一自由端122。当第二信号被馈送至第二馈送导体140时，第二反向电流102从第二馈送点162，沿第二共振路径边缘161，经过第二通孔153至第二耦合导体150，并沿第二耦合导体150行进至第二耦合导体150的第二自由端152。
第一蛇形槽130’具有第一分隔部分136，形成于第一共振路径边缘131’上，第二蛇形槽160具有第二分隔部分166，形成于第二共振路径边缘161上，第一分隔部分136以及第二分隔部分166朝该中心线181延伸。间距g形成于第一分隔部分136以及第二分隔部分166之间。图6是第二实施例的天线模块200的第一馈送导体以及第二馈送导体(Port 1以及Port 2)之间的隔离度的变化示意图。如图6所示，应用第二实施例的天线模块200，第一馈送导体与第二馈送导体之间的隔离度(S(2，1))可以被改善至-9dB。此外，当用于传输2.5～2.7GHz的无线信号时，天线模块200的尺寸可以被缩减至10×17mm2。
请参照图5A以及5B，在本发明第二实施例中，第一分隔部分136以及第二分隔部分166呈L形，并相对于中心线181对称设置。换句话说，相对于中心线181，第二分隔部分166从第一分隔部分136被从左至右翻转。第一分隔部分136以及第二分隔部分166的长度短于λ/8，其中λ为所述无线信号的波长。在另一实施例中，第一分隔部分136以及第二分隔部分166的形状也可以被修改，例如，为长条状。图7是本发明一个变形例的天线模块的俯视图，其中，第一分隔部分136’以及第二分隔部分166’的形状为长条状，并设置于同一直线上。第一馈送导体110包含第一耦合部分111以及第一馈送部分112，第二馈送导体140包含第二耦合部分141以及第二馈送部分142，第一馈送部分112平行于第一分隔部分136’，且第二馈送部分142平行于第二分隔部分166’。
在本说明书以及权利要求书中的序数“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后，其仅仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (23)

1.一种蛇形槽天线结构，用来传输无线信号，包含：
基板，包含第一表面以及第二表面，其中，该第一表面与该第二表面相对；
接地元件，设置于该第二表面上，其中，该接地元件中形成蛇形槽；
馈送导体，设置于该第一表面上，其中，该馈送导体对应于该蛇形槽；以及
耦合导体，设置于该第一表面上并与该馈送导体耦合，其中，通孔穿过该基板并电性导通该耦合导体以及该接地元件。
2.如权利要求1所述的蛇形槽天线结构，其特征在于：该耦合导体呈长条状，该耦合导体包含连结端以及自由端，该通孔连接该连结端。
3.如权利要求2所述的蛇形槽天线结构，其特征在于：该蛇形槽包含共振路径边缘，该馈送导体于馈送点与该共振路径边缘重叠，当该蛇形槽天线结构传递该无线信号时，反向电流从该馈送点，沿该共振路径边缘，经过该通孔至该耦合导体，并沿该耦合导体行进至该自由端。
4.如权利要求3所述的蛇形槽天线结构，其特征在于：该反向电流的行进路径长度为λ/4，λ代表该无线信号的波长。
5.如权利要求3所述的蛇形槽天线结构，其特征在于：该共振路径边缘包含U形部分。
6.如权利要求5所述的蛇形槽天线结构，其特征在于：该接地元件中形成分隔槽，该U形部分形成缺口，该分隔槽位于该缺口之中。
7.如权利要求3所述的蛇形槽天线结构，其特征在于：该耦合导体沿该共振路径边缘的一部分延伸。
8.如权利要求3所述的蛇形槽天线结构，其特征在于：该馈送导体包含耦合部分以及馈送部分，该耦合部分连接于该馈送部分的一端，该馈送部分为T字形。
9.如权利要求8所述的蛇形槽天线结构，其特征在于：该耦合部分呈长条状并延伸平行于该耦合导体。
10.如权利要求9所述的蛇形槽天线结构，其特征在于：该耦合部分完全位于该蛇形槽的投影区域中，该馈送部分于该馈送点与该共振路径边缘重叠。
11.一种天线模块，用来传输无线信号，包含：
基板，包含第一表面以及第二表面，其中，该第一表面与该第二表面相对；
接地元件，设置于该第二表面上，其中，该接地元件中形成第一蛇形槽以及第二蛇形槽，中心线位于该第一蛇形槽与该第二蛇形槽之间；
第一馈送导体，设置于该第一表面上，其中，该第一馈送导体对应于该第一蛇形槽；
第一耦合导体，设置于该第一表面上并与该第一馈送导体耦合，其中，第一通孔穿过该基板并电性导通该第一耦合导体以及该接地元件；
第二馈送导体，设置于该第一表面上，其中，该第二馈送导体对应于该第二蛇形槽；以及
第二耦合导体，设置于该第一表面上并与该第二馈送导体耦合，其中，第二通孔穿过该基板并电性导通该第二耦合导体以及该接地元件。
12.如权利要求11所述的天线模块，其特征在于：该第一耦合导体以及该第二耦合导体呈长条状，该第一耦合导体包括第一连结端以及第一自由端，该第一通孔连接该第一连结端；该第二耦合导体包括第二连结端以及第二自由端，该第二通孔连接该第二连结端。
13.如权利要求12所述的天线模块，其特征在于：该第一蛇形槽包含第一共振路径边缘，该第一馈送导体于第一馈送点与该第一共振路径边缘重叠，该第二蛇形槽包含第二共振路径边缘，该第二馈送导体于第二馈送点与该第二共振路径边缘重叠，当第一信号被馈送至该第一馈送导体时，第一反向电流从该第一馈送点，沿该第一共振路径边缘，经过该第一通孔至该第一耦合导体，并沿该第一耦合导体行进至该第一自由端，当第二信号被馈送至该第二馈送导体时，第二反向电流从该第二馈送点，沿该第二共振路径边缘，经过该第二通孔至该第二耦合导体，并沿该第二耦合导体行进至该第二自由端。
14.如权利要求13所述的天线模块，其特征在于：该第一蛇形槽具有第一分隔部分，形成于该第一共振路径边缘，该第二蛇形槽具有第二分隔部分，形成于该第二共振路径边缘，该第一分隔部分以及该第二分隔部分朝该中心线延伸，该第一分隔部分以及该第二分隔部分之间形成间距。
15.如权利要求14所述的天线模块，其特征在于：该第一分隔部分以及该第二分隔部分为长条状，并设置于同一直线上。
16.如权利要求14所述的天线模块，其特征在于：该第一分隔部分以及该第二分隔部分呈L形，并相对于该中心线对称设置。
17.如权利要求14所述的天线模块，其特征在于：该第一馈送导体包含第一耦合部分以及第一馈送部分，该第一耦合部分连接于该第一馈送部分的一端，该第一馈送部分为T字形，该第二馈送导体包含第二耦合部分以及第二馈送部分，该第二耦合部分连接于该第二馈送部分的一端，该第二馈送部分为T字形。
18.如权利要求17所述的天线模块，其特征在于：该第一馈送部分平行于该第一分隔部分，该第二馈送部分平行于该第二分隔部分。
19.一种天线模块，用来传输无线信号，包含：
基板，包含第一表面以及第二表面，其中，该第一表面与该第二表面相对；
接地元件，设置于该第二表面上，其中，该接地元件中形成第一蛇形槽以及第二蛇形槽，中心线位于该第一蛇形槽与该第二蛇形槽之间，该第一蛇形槽具有第一分隔部分，该第二蛇形槽具有第二分隔部分，该第一分隔部分以及该第二分隔部分朝该中心线延伸，该第一分隔部分以及该第二分隔部分之间形成间距；
第一馈送导体，设置于该第一表面上，其中，该第一馈送导体对应于该第一蛇形槽；以及
第二馈送导体，设置于该第一表面上，其中，该第二馈送导体对应于该第二蛇形槽。
20.如权利要求19所述的天线模块，其特征在于：该第一分隔部分以及该第二分隔部分为长条状，并设置于同一直线上。
21.如权利要求19所述的天线模块，其特征在于：该第一分隔部分以及该第二分隔部分呈L形，并相对于该中心线对称设置。
22.如权利要求19所述的天线模块，其特征在于：该第一分隔部分以及该第二分隔部分的长度短于λ/8，λ为该无线信号的波长。
23.一种蛇形槽天线结构，用来传输无线信号，包含：
基板，包含第一表面以及第二表面，其中，该第一表面与该第二表面相对；
接地元件，设置于该第二表面上，其中，该接地元件中形成蛇形槽且该蛇形槽包含共振路径边缘；
馈送导体，设置于该第一表面上，其中，该馈送导体对应于该蛇形槽，该馈送导体于馈送点与该共振路径边缘重叠；以及
耦合导体，与该馈送导体耦合且包含自由端，当该蛇形槽天线结构传递该无线信号时，反向电流从该馈送点，沿该共振路径边缘，至该耦合导体，并沿该耦合导体行进至该自由端。
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