CN104979636A - 宽频天线模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种宽频天线模块，包含一接地导体、一第一辐射导体、一第二辐射导体及一退耦电感。第一辐射导体包括一第一馈入部、一第一接地部、一第一辐射部、一第二辐射部及一第三辐射部。第二辐射部连接于连接第一馈入部的第一辐射部。第三辐射部具有一连接第一辐射部的第一连接端及一第一自由端。第二辐射导体包括一第二馈入部、一第二接地部、一第四辐射部、一第五辐射部及一第六辐射部。第五辐射部连接于连接第二馈入部的第四辐射部。第六辐射部具有一连接第四辐射部的第二连接端及一第二自由端。退耦电感跨接于第一自由端及第二自由端。

Description

宽频天线模块
技术领域
本发明涉及一种宽频天线模块，特别是涉及一种体积小且隔离度佳的宽频天线模块。
背景技术
多天线系统(例如MIMO系统)目前被用来提升传输数据率(Data rate)、数据吞吐量(Data throughput)、频谱效率(Spectrum efficiency)、连结可靠性(Link reliability)及传输频道容量(Channel capacity)。然而随着可携式电子装置持续小型化，同一可携式电子装置内的多个天线间的距离愈来愈短。当两支天线彼此靠近且支援相同的共振频带时，天线与天线之间的互感效应(Mutual coupling effect)导致天线间的隔离度变差且导致天线效率下降。
一种现有改善隔离度的技术是在两个天线之间设置突出的接地面(protruded ground plane)，如美国专利第US6,624,790号专利所示。但是，此技术的缺点是添加于天线间的接地面会增加天线模块整体的尺寸，与小型化的目标背道而驰。此外，此技术于5GHz的共振频段不够宽，无法涵盖WLAN802.11a.n。
因此，如何发展出一种新的天线模块，能改善天线与天线之间的隔离度，且维持天线良好的传输效能及小型化的尺寸，并达成宽频的传输，遂成为本案进一步要探讨的主题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种隔离度佳的宽频天线模块。
为达上述目的，本发明宽频天线模块，包含一接地导体、一第一辐射导体、一第二辐射导体及一退耦电感。该接地导体具有一第一接地端及一第二接地端。该第一辐射导体包括一第一馈入部、一第一接地部、一第一辐射部、一第二辐射部及一第三辐射部。该第一馈入部与该接地导体间隔设置且具有一供馈入一第一射频信号并邻近该第一接地端的第一馈入端。该第一接地部连接该第一馈入部及该接地导体。该第一辐射部连接该第一馈入部。该第二辐射部连接该第一辐射部。该第三辐射部具有一连接该第一辐射部的第一连接端及一相反于该第一连接端的第一自由端。
该第二辐射导体包括一第二馈入部、一第二接地部、一第四辐射部、一第五辐射部及一第六辐射部。该第二馈入部与该接地导体间隔设置且具有一供馈入一第二射频信号并邻近该第二接地端的第二馈入端。该第二接地部连接该第二馈入部及该接地导体。该第四辐射部连接该第二馈入部。该第五辐射部连接该第四辐射部。该第六辐射部具有一连接该第四辐射部的第二连接端及一相反于该第二连接端且邻近该第三辐射部的第一自由端的第二自由端。该退耦电感跨接于该第三辐射部的第一自由端及该第六辐射部的第二自由端。
优选地，该第一馈入部、该第一辐射部及该第二辐射部形成一产生一第一共振模态的第一电流路径，该第一共振模态涵盖一第一频段，该第二馈入部、该第四辐射部及该第五辐射部形成一产生一第二共振模态的第二电流路径，该第二共振模态涵盖该第一频段，该第一接地部具有一由该接地导体概沿一第一方向延伸的第一接地段，及一由该第一接地段概沿一第二方向延伸至该第一馈入部的第二接地段，该第二接地部具有一由该接地导体概沿该第一方向延伸的第三接地段，及一由该第三接地段概沿一第三方向延伸至该第二馈入部的第四接地段，该第一接地部的第一接地段、该第二接地部的第三接地段及该接地导体形成一第三电流路径，该第三电流路径的长度概为该第一频段对应的波长的二分之一。
优选地，该第一接地部的第二接地段、该第一辐射部、该第三辐射部形成一产生一第三共振模态的第四电流路径，该第三共振模态涵盖一频率低于该第一频段的第二频段，该第二接地部的第四接地段、该第四辐射部、该第六辐射部形成一产生一第四共振模态的第五电流路径，该第四共振模态涵盖该第二频段。
优选地，该第二方向垂直于该第一方向，该第三方向相反于该第二方向。
优选地，该第一辐射部由该第一馈入部概沿第二方向延伸，该第二辐射部由该第一辐射部概沿一第四方向延伸，该第四辐射部由该第二馈入部概沿第三方向延伸，该第五辐射部由该第四辐射部概沿该第四方向延伸，该第四方向相反于该第一方向。
优选地，该第三辐射部具有一第一连接段、一第一蜿蜒段及一第一延伸段，该第一连接段由该第一辐射部概沿该第一方向延伸，该第一蜿蜒段由该第一连接段概沿该第三方向延伸且呈蜿蜒状，该第一延伸段由该第一蜿蜒段概沿该第三方向延伸，该第一连接段具有该第一连接端，该第一延伸段具有该第一自由端。
优选地，该第六辐射部具有一第二连接段、一第二蜿蜒段及一第二延伸段，该第二连接段由该第四辐射部概沿该第一方向延伸，该第二蜿蜒段由该第二连接段概沿该第二方向延伸且呈蜿蜒状，该第二延伸段由该第二蜿蜒段概沿该第二方向延伸，该第二连接段具有该第二连接端，该第二延伸段具有该第二自由端。
优选地，该第一馈入部由其第一馈入端概沿该第一方向延伸，该第二馈入部由其第二馈入端概沿该第一方向延伸。
优选地，该第一频段5GHz～6GHz，该第二频段2.4GHz～2.5GHz。
本发明的功效在于，通过退耦电感跨接于第三辐射部的第一自由端及第六辐射部的第二自由端，能消除第一自由端与第二自由端之间的电容性耦合效应，进而使该第一辐射导体与该第二辐射导体操作于第二频段时具有好的隔离度；此外，通过该第三电流路径的长度概为该第一频段对应的波长的二分之一，使该第一辐射导体与该第二辐射导体操作于第一频段时具有好的隔离度。
附图说明
图1是本发明宽频天线模块的优选实施例的一构造示意图；
图2是一类似图1的视图，说明该宽频天线模块的电流路径及尺寸；
图3是该宽频天线模块的一S参数图；
图4是该宽频天线模块的一第一辐射导体及一接地导体操作于一第一频段的一辐射场型图；
图5是该宽频天线模块的一第二辐射导体及该接地导体操作于该第一频段的一辐射场型图；
图6是该宽频天线模块的该第一辐射导体及该接地导体操作于一第二频段的一辐射场型图；
图7是该宽频天线模块的该第二辐射导体及该接地导体操作于该第二频段的一辐射场型图；及
图8是该宽频天线模块的一辐射效率图。
符号说明
100  宽频天线模块
1   接地导体
11  第一接地端
12  第二接地端
2   第一辐射导体
21  第一馈入部
211   第一馈入端
22  第一接地部
221  第一接地段
222  第二接地段
23  第一辐射部
24  第二辐射部
25  第三辐射部
251   第一连接段
252   第一连接端
253   第一蜿蜒段
254   第一延伸段
255   第一自由端
3   第二辐射导体
31  第二馈入部
311   第二馈入端
32  第二接地部
321   第三接地段
322   第四接地段
33  第四辐射部
34  第五辐射部
35  第六辐射部
351   第二连接段
352   第二连接端
353   第二蜿蜒段
354   第二延伸段
355   第二自由端
4  退耦电感
D1   第一方向
D2   第二方向
D3   第三方向
D4   第四方向
C1 第一电流路径
C2 第二电流路径
C3 第三电流路径
C4 第四电流路径
C5 第五电流路径
m1   第一共振模态
m2   第二共振模态
m3   第三共振模态
m4   第四共振模态
L  长度
W  宽度
S11   曲线
S22   曲线
S21   曲线
具体实施方式
参阅图1，是本发明宽频天线模块100的优选实施例。宽频天线模块100包含一接地导体1、一第一辐射导体2、一第二辐射导体3及一退耦(Decoupling)电感4
接地导体1具有一第一接地端11及一第二接地端12。第一辐射导体2包括一第一馈入部21、一第一接地部22、一第一辐射部23、一第二辐射部24及一第三辐射部25。第一馈入部21与接地导体1间隔设置且具有一供馈入一第一射频信号并邻近第一接地端11的第一馈入端211。本实施例的第一馈入部21由其第一馈入端211沿一第一方向D1延伸。
第一接地部22连接第一馈入部21及接地导体1。第一接地部22具有一第一接地段221及一第二接地段222。第一接地段221由接地导体1沿第一方向D1延伸，第二接地段222由第一接地段221远离接地导体1的一端沿一第二方向D2延伸至第一馈入部21远离接地导体1的一端，其中该第二方向D2垂直于该第一方向D1。
第一辐射部23连接于第一馈入部21，更明确的说，第一辐射部23由第一馈入部21远离接地导体1的一端沿第二方向D2延伸。第三辐射部25具有一连接第一辐射部23的第一连接端252及一相反于第一连接端252的第一自由端255。在本实施例中，第三辐射部25具有一第一连接段251、一第一蜿蜒段253及一第一延伸段254。第一连接段251由第一辐射部23远离第一馈入部21的一端沿第一方向D1延伸。第一蜿蜒段253由第一连接段251远离第一辐射部23的一端概沿一第三方向D3延伸且呈蜿蜒状，其中该第三方向D3相反于该第二方向D2。第一延伸段254由第一蜿蜒段253远离第一连接段251的一端沿第三方向D3延伸。第一连接段251具有该第一连接端252，第一延伸段254具有该第一自由端255。
第二辐射部24连接该第一辐射部23，更明确的说，第二辐射部24由第一辐射部23远离第一馈入部21的一端沿一第四方向D4延伸，其中该第四方向D4相反于该第一方向D1。
第二辐射导体3包括一第二馈入部31、一第二接地部32、一第四辐射部33、一第五辐射部34及一第六辐射部35。第二馈入部31与接地导体1间隔设置且具有一供馈入一第二射频信号并邻近该第二接地端12的第二馈入端311。本实施例的第二馈入部31由其第二馈入端311概沿该第一方向D1延伸。
第二接地部32连接第二馈入部31及接地导体1。第二接地部32具有一第三接地段321及一第四接地段322。第三接地段321由接地导体1沿该第一方向D1延伸。第四接地段322由第三接地段321远离接地导体1的一端沿第三方向D3延伸至第二馈入部31远离接地导体1的一端。
第四辐射部33连接于第二馈入部31，更明确的说，第四辐射部33由第二馈入部31远离接地导体1的一端沿第三方向D3延伸。第六辐射部35具有一连接该第四辐射部33的第二连接端352，及一相反于该第二连接端352且邻近该第三辐射部25的第一自由端255的第二自由端355。在本实施例中，第六辐射部35具有一第二连接段351、一第二蜿蜒段353及一第二延伸段354。第二连接段351由第四辐射部33远离第二馈入部31的一端沿第一方向D1延伸。第二蜿蜒段353由第二连接段351远离第四辐射部33的一端概沿第二方向D2延伸且呈蜿蜒状。第二延伸段354由第二蜿蜒段353远离第二连接段351的一端沿第二方向D2延伸。第二连接段351具有该第二连接端352，第二延伸段354具有该第二自由端355。
第五辐射部34连接该第四辐射部33，更明确的说，第五辐射部34由第四辐射部33远离第二馈入部31的一端沿第四方向D4延伸。退耦电感4跨接于第三辐射部25的第一自由端255及第六辐射部35的第二自由端355。
补充说明的是，本实施例的第一接地端11及第二接地端12分别与二同轴缆线(图未示)的外导体电连接以接收接地信号。本实施例的第一馈入端211及第二馈入端311分别与该二同轴缆线的内导体电连接以分别接收该第一射频信号及该第二射频信号。另外，本实施例的第一辐射导体2与接地导体1共同形成一倒F形天线，第二辐射导体3与接地导体1共同形成另一倒F形天线。
参阅图1至图3，第一馈入部21、第一辐射部23及第二辐射部24形成一产生一第一共振模态m1的第一电流路径C1，该第一共振模态m1涵盖一第一频段。第二馈入部31、第四辐射部33及第五辐射部34形成一产生一第二共振模态m2的第二电流路径C2，该第二共振模态m2涵盖该第一频段。第一接地部22的第一接地段221、第二接地部32的第三接地段321及接地导体1形成一第三电流路径C3。第三电流路径C3的长度为该第一频段对应的波长的二分之一。
第一接地部22的第二接地段222、第一辐射部23、第三辐射部25形成一产生一第三共振模态m3的第四电流路径C4，该第三共振模态m3涵盖一频率低于该第一频段的第二频段。第二接地部32的第四接地段322、第四辐射部33、第六辐射部35形成一产生一第四共振模态m4的第五电流路径C5，该第四共振模态m4涵盖该第二频段。
通过第一共振模态m1及第二共振模态m2涵盖第一频段，并通过第三共振模态m3及第四共振模态m4涵盖第二频段，能使宽频天线模块100达到宽频传输的效果。本实施例的第一频段系5GHz～6GHz，第二频段系2.4GHz～2.5GHz，也就是说，宽频天线模块100的操作频段能涵盖WLAN(无线区域网路)802.11a.b.g.n及ac。再者，通过第三电流路径C3的长度为该第一频段对应的波长的二分之一，能有效改善宽频天线模块100操作于第一频段时的隔离度。此外，通过退耦电感4跨接于第一自由端255及第二自由端355，能消除第一辐射导体2与第二辐射导体3之间的电容性耦合(Capacitivecoupling)效应，从而改善宽频天线模块100操作于第二频段时的隔离度。
图3是天线模块的S参数图，其中，曲线S11是相关于第一辐射导体2的第一馈入端211的返回损失，曲线S22是相关于第二辐射导体3的第二馈入端311的返回损失，曲线S21是代表第一辐射导体2的第一馈入端211及第二辐射导体3的第二馈入端311之间的隔离度。曲线S11及曲线S22显示第一辐射导体2及第二辐射导体3在第一共振模态m1及第二共振模态m2涵盖的第一频段的返回损失小于-6dB，且在第三共振模态m3及第四共振模态m4涵盖的第二频段的返回损失亦小于-6dB。又曲线S21显示第一辐射导体2及第二辐射导体3在第一频段及第二频段的隔离度都小于-15dB。
图4是第一辐射导体2及接地导体1操作于第一频段的辐射场型图，图5是第二辐射导体3及接地导体1操作于第一频段的辐射场型图，其中，图4及图5中的Y轴相当于第一方向D1及第四方向D4所形成的轴向，X轴相当于第二方向D2及第三方向D3所形成的轴向。图4及图5所显示的辐射场型图对称于y轴，表示第一辐射导体2与第二辐射导体3操作于第一频段的辐射场型的相关性低(low correlation)，适于应用于MIMO天线系统。
图6是第一辐射导体2及接地导体1操作于第二频段的辐射场型图，图7是第二辐射导体3及接地导体1操作于第二频段的辐射场型图。图6及图7所显示的辐射场型图对称于y轴，表示第一辐射导体2与第二辐射导体3操作于第二频段的辐射场型的相关性低，适于应用于MIMO天线系统。
图8是宽频天线模块100的一辐射效率图。宽频天线模块100操作于第一频段的效率介于78％至85％之间，且操作于第二频段的效率介于50％至62％之间。图8显示宽频天线模块100在第一频段及第二频段都有良好的辐射效率。
补充说明的是，如图1及图2所示，第一辐射导体2及第二辐射导体3具有一长度L及一宽度W。在本实施例中，长度L为23mm，宽度W为12mm。前述尺寸显示宽频天线模块100的面积能符合小型化的目标。
综上所述，本发明宽频天线模块100通过第一电流路径C1、第二电流路径C2、第四电流路径C4及第五电流路径C5，使宽频天线模块100能操作于第一频段及第二频段，从而达成宽频传输的效果，再者，通过第三电流路径C3的长度为第一频段对应的波长的二分之一，及退耦电感4跨接于第一自由端255及第二自由端355，能使宽频天线模块100在第一频段及第二频段都有良好的隔离度，此外，宽频天线模块100还能符合小型化目标，故确实能达成本发明的目的。
但是以上所述的仅为本发明的优选实施例而已，应当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，都仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (9)

1.一种宽频天线模块，包含：
接地导体，具有第一接地端及第二接地端；
第一辐射导体，包括：
第一馈入部，与该接地导体间隔设置且具有一供馈入一第一射频信号并邻近该第一接地端的第一馈入端，
第一接地部，连接该第一馈入部及该接地导体，
第一辐射部，连接该第一馈入部，
第二辐射部，连接该第一辐射部，及
第三辐射部，具有一连接该第一辐射部的第一连接端及一相反于该第一连接端的第一自由端；
第二辐射导体，包括：
第二馈入部，与该接地导体间隔设置且具有一供馈入一第二射频信号并邻近该第二接地端的第二馈入端，
第二接地部，连接该第二馈入部及该接地导体，
第四辐射部，连接该第二馈入部，
第五辐射部，连接该第四辐射部，及
第六辐射部，具有一连接该第四辐射部的第二连接端及一相反于该第二连接端且邻近该第三辐射部的第一自由端的第二自由端；及
退耦电感，跨接于该第三辐射部的第一自由端及该第六辐射部的第二自由端。
2.如权利要求1所述的宽频天线模块，其中，该第一馈入部、该第一辐射部及该第二辐射部形成一产生一第一共振模态的第一电流路径，该第一共振模态涵盖一第一频段，该第二馈入部、该第四辐射部及该第五辐射部形成一产生一第二共振模态的第二电流路径，该第二共振模态涵盖该第一频段，该第一接地部具有一由该接地导体概沿一第一方向延伸的第一接地段，及一由该第一接地段概沿一第二方向延伸至该第一馈入部的第二接地段，该第二接地部具有一由该接地导体概沿该第一方向延伸的第三接地段，及一由该第三接地段概沿一第三方向延伸至该第二馈入部的第四接地段，该第一接地部的第一接地段、该第二接地部的第三接地段及该接地导体形成一第三电流路径，该第三电流路径的长度概为该第一频段对应的波长的二分之一。
3.如权利要求2所述的宽频天线模块，其中，该第一接地部的第二接地段、该第一辐射部、该第三辐射部形成一产生一第三共振模态的第四电流路径，该第三共振模态涵盖一频率低于该第一频段的第二频段，该第二接地部的第四接地段、该第四辐射部、该第六辐射部形成一产生一第四共振模态的第五电流路径，该第四共振模态涵盖该第二频段。
4.如权利要求3所述的宽频天线模块，其中，该第二方向垂直于该第一方向，该第三方向相反于该第二方向。
5.如权利要求4所述的宽频天线模块，其中，该第一辐射部由该第一馈入部概沿第二方向延伸，该第二辐射部由该第一辐射部概沿一第四方向延伸，该第四辐射部由该第二馈入部概沿第三方向延伸，该第五辐射部由该第四辐射部概沿该第四方向延伸，该第四方向相反于该第一方向。
6.如权利要求5所述的宽频天线模块，其中，该第三辐射部具有第一连接段、第一蜿蜒段及第一延伸段，该第一连接段由该第一辐射部概沿该第一方向延伸，该第一蜿蜒段由该第一连接段概沿该第三方向延伸且呈蜿蜒状，该第一延伸段由该第一蜿蜒段概沿该第三方向延伸，该第一连接段具有该第一连接端，该第一延伸段具有该第一自由端。
7.如权利要求6所述的宽频天线模块，其中，该第六辐射部具有第二连接段、第二蜿蜒段及第二延伸段，该第二连接段由该第四辐射部概沿该第一方向延伸，该第二蜿蜒段由该第二连接段概沿该第二方向延伸且呈蜿蜒状，该第二延伸段由该第二蜿蜒段概沿该第二方向延伸，该第二连接段具有该第二连接端，该第二延伸段具有该第二自由端。
8.如权利要求7所述的宽频天线模块，其中，该第一馈入部由其第一馈入端概沿该第一方向延伸，该第二馈入部由其第二馈入端概沿该第一方向延伸。
9.如权利要求8所述的宽频天线模块，其中，该第一频段为5GHz～6GHz，该第二频段为2.4GHz～2.5GHz。
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