CN106549218B - 天线模块 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种天线模块，该天线模块包含第一接地结构、第一辐射部以及第二辐射部。第一接地结构包含第一接地部、第二接地部以及第一槽缝。第一槽缝配置于第一接地部与第二接地部之间。第一辐射部用以与第一接地结构产生天线模块的第一共振模态，包含第一馈入端以及第一接地端，其中第一馈入端用以收发第一天线信号，第一接地端电性连接于第一接地部。第二辐射部用以与第一辐射部耦合产生天线模块的第二共振模态，包含第二馈入端以及第二接地端，其中第二馈入端用以收发第二天线信号，第二接地端电性连接于第二接地部。通过于天线模块中设置槽缝调整辐射部的电气路径和辐射场型，可在缩小天线模块的体积的同时改善天线之间的隔离度，提高天线的传输效率。

Description

天线模块
技术领域
本发明涉及一种天线模块，且特别涉及一种双馈入的天线模块。
背景技术
近来，随着无线通信技术的发展，市面上的电子产品如智能手机以及平板电脑等，皆广泛地利用无线通信技术来传递信息。
然而，随着通信需求的提高，电子产品中采用多个天线的天线架构以增加传输速率，但也提高了天线设计的难度。天线之间彼此干扰亦会降低传输质量。
因此，如何改善多天线架构中天线之间的干扰现象，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域极需改进的目标。
发明内容
基于上述，本公开提供一种天线模块，用以解决现有技术中多天线架构中天线之间的干扰的技术问题。
本发明的一实施方式为一种天线模块。天线模块包含第一接地结构、第一辐射部以及第二辐射部。第一接地结构包含第一接地部、第二接地部以及第一槽缝。第一槽缝配置于第一接地部与第二接地部之间。第一辐射部包含第一馈入端以及第一接地端，用以与第一接地结构产生天线模块的第一共振模态，其中第一馈入端用以收发第一天线信号，第一接地端电性连接于第一接地部。第二辐射部包含第二馈入端以及第二接地端，用以与第一辐射部耦合产生天线模块的第二共振模态，其中第二馈入端用以收发第二天线信号，第二接地端电性连接于第二接地部。
在本发明一实施例中，第一辐射部还包含连接部、第一突出部和第二突出部。第一突出部电性连接于第一馈入端。第二突出部电性连接于第二接地部，第一突出部与第二突出部自连接部的相同侧延伸。
在本发明一实施例中，第一槽缝包含第一部分、第二部分以及第三部分，其中第二部分与第一部分垂直，第三部分与第二部分垂直且与第一部分自第二部分的相同侧延伸。
在本发明一实施例中，第一槽缝还包含第四部分以及第五部分，其中第四部分与第三部分垂直且与第二部分自第三部分的相同侧延伸，第五部分与第四部分垂直且与第三部分自第四部分的相同侧延伸。
在本发明一实施例中，第一共振模态的频带与第二共振模态的频带不同。
在本发明一实施例中，天线模块还包含第二接地结构以及第三槽缝。第二接地结构电性连接于第一接地结构，包含第三接地部、第四接地部以及第二槽缝。第二槽缝配置于第三接地部与第四接地部之间。第三槽缝呈T形，配置于第一接地结构与第二接地结构之间。
在本发明一实施例中，天线模块还包含第三辐射部以及第四辐射部。第三辐射部用以与第二接地结构产生天线模块的第三共振模态。第三辐射部包含第三馈入端以及第三接地端，其中第三馈入端用以收发第三天线信号，第三接地端电性连接于第三接地部。第四辐射部用以与第三辐射部耦合产生天线模块的第四共振模态。第四辐射部包含第四馈入端以及第四接地端，其中第四馈入端用以收发第四天线信号，第四接地端电性连接于第四接地部。第三槽缝配置于第二接地部与第三接地部之间。
本发明的另一实施方式为一种天线模块。天线模块包含接地结构、隔离部、第一辐射部、第二辐射部。隔离部电性连接于接地结构。第一辐射部用以与隔离部耦合以产生天线模块的第一共振模态，其中第一槽缝配置于第一辐射部与隔离部之间。第一辐射部包含第一馈入端以及第一接地端，其中第一馈入端用以收发第一天线信号，第一接地端电性连接于接地结构。第二辐射部用以与隔离部耦合以产生天线模块的第二共振模态，第二辐射部包含第二馈入端以及第二接地端，其中第二馈入端用以收发第二天线信号，第二接地端电性连接于接地结构。
在本发明一实施例中，第一槽缝包含第一部分、第二部分以及第三部分，其中第二部分与第一部分垂直，第三部分与第二部分垂直且与第一部分自第二部分的相同侧延伸。
在本发明一实施例中，隔离部包含第一突出部与第二突出部，第一槽缝配置于第一辐射部与第一突出部之间，第一辐射部用以与第一突出部耦合以产生第一共振模态，第二辐射部用以与第二突出部耦合以产生第二共振模态。
在本发明一实施例中，第一辐射部还包含连接部、第一突出部以及第二突出部。第一突出部电性连接于第一馈入端。第二突出部电性连接于第一接地端。第一突出部与第二突出部自连接部的相同侧延伸。
在本发明一实施例中，第一共振模态的频带与第二共振模态的频带不同。
综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。通过上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值，本发明通过于天线模块中设置槽缝调整辐射部的电气路径和辐射场型，可在缩小天线模块的体积的同时改善天线之间的隔离度，提高天线的传输效率。
附图说明
图1为根据本发明一实施例所示的天线模块的示意图；
图2A与图2B分别为图1所示的天线模块中第一共振模态与第二共振模态的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)对频率的关系图；
图2C为图1所示的天线模块中第一共振模态与第二共振模态之间隔离度对频率的关系图；
图3为根据本发明一实施例所示的天线模块的示意图；
图4为根据本发明一实施例所示的天线模块的示意图；
图5为根据本发明一实施例所示的天线模块的示意图。
具体实施方式
下文特举实施例配合附图作详细说明，以更好地理解本发明的实施方式，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，附图仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。
在全篇说明书与权利要求书所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本公开的描述上额外的引导。
此外，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指“包含但不限于”。此外，本文中所使用的“及/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。
于本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。
请参考图1。图1为根据本发明一实施例所示的天线模块100的示意图。如图1所示，天线模块100包含接地结构110、辐射部120以及辐射部130。
接地结构110包含接地部112、接地部114以及槽缝G1。于部分实施例中，槽缝G1配置于接地部112与接地部114之间。
辐射部120用以与接地结构110产生天线模块100的第一共振模态。在部分实施例中，辐射部120包含馈入端121和接地端123。馈入端121用以收发第一天线信号。接地端123电性连接于接地部112。举例来说，在部分实施例中馈入端121和接地端123可分别电性连接至信号传输线212的正极与负极。如此一来，信号传输线212便可通过其正极传送第一天线信号至馈入端121，通过其负极与天线模块100的接地结构110电性连接，使得辐射部120与接地结构110共同形成电气路径P1。
辐射部130用以与辐射部120耦合以产生天线模块100的第二共振模态。辐射部130包含馈入端131和接地端133，其中馈入端131用以收发第二天线信号，接地端133电性连接于接地部114。相似地，在部分实施例中馈入端131和接地端133可分别电性连接至信号传输线214的正极与负极。如此一来，信号传输线214便可通过其正极传送第二天线信号至馈入端131，通过其负极与天线模块100的接地结构110电性连接，使得辐射部130中形成电气路径P2。
值得注意的是，于部分实施例中，信号传输线212与信号传输线214可为同轴传输线，但本发明并不以此为限。
在部分实施例中，天线模块100可为非对称的双馈入平板天线模块。此外，在部分实施例中，亦可通过塑料部件支撑立起天线模块100。换言之，天线模块100亦可为三维立体结构的天线，不限于平面结构的天线。附图中所示的平面结构为方便对其进行说明示例，并非用以限制本发明。辐射部120形成环形天线结构(Loop antenna)以产生第一共振模态，辐射部130形成耦合式馈入天线(coupling-feed antenna)结构以产生第二共振模态。电气路径P1的长度可通过槽缝G1的长度与宽度进行相应的调整，藉此相应调整辐射部120所产生的第一共振模态的频带。相似地，辐射部130所产生的第二共振模态的频带亦可通过电气路径P2的长度进行相应的调整，使得第一共振模态与第二共振模态具有相同的频带或相异的频带。
此外，在部分实施例中，通过适当设计槽缝G1的长度与宽度调整电气路径P1，可进一步改善辐射部120和辐射部130之间的隔离度(Isolation)，降低封包相关系数(EnvelopeCorrelation Coefficient,ECC)并提高天线模块100的效率及增益。
举例来说，在图1所示的实施例中，辐射部120所产生的第一共振模态的频带与辐射部130所产生的第二共振模态的频带相同，涵盖分时长期演进技术(Time DivisionDuplex-Long Term Evolution，TDD-LTE)B42/B43频带(即：3.4GHz～3.8GHz)及全球互通微波存取(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)的频带(即：3.3GHz～3.8GHz)。在本实施例中，天线模块100的长度L1约20毫米(mm)，宽度W1约10毫米(mm)，辐射部120和辐射部130之间的耦合间距D1为0.5毫米(mm)，接地结构110的长宽分别为约240毫米(mm)和110毫米(mm)。
在本实施例中，辐射部120包含突出部122、连接部124以及突出部126。突出部122与突出部126自连接部124的相同侧延伸，其中突出部122电性连接于馈入端121，突出部126电性连接于接地结构110的接地部114。
在本实施例中，槽缝G1略成一U形，其包含第一部分G11、第二部分G12以及第三部分G13。第一部分G11长度LG11为约8毫米(mm)，第二部分G12长度LG12为约14毫米。第二部分G12自第一部分G11延伸，且大致与第一部分G11垂直。第三部分G13自第二部分G12延伸，大致与第二部分G12垂直且与第一部分G11自第二部分G12的相同侧延伸。
槽缝G1的路径长度大致约为第一共振模态的波长的四分之一，换言之，通过调整槽缝G1的长度与宽度，可相应调整第一共振模态的频带以及共振频率点。
以下表一记载图1所示天线模块100在频带内的天线效率、增益，以及辐射部120和辐射部130之间的封包相关系数以及隔离度。
Figure BDA0001114068230000061
表一：天线效率、增益、封包相关系数及隔离度
如表一所示，本实施例中第一共振模态和第二共振模态的天线效率皆在约55％以上，天线增益皆大于约-2.3分贝(dB)。封包相关系数降至约0.1以下，隔离度改善为约-18分贝(dB)至约-29分贝(dB)之间。
请参考图2A与图2B。图2A与图2B分别为图1所示的天线模块100中第一共振模态与第二共振模态的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)对频率的关系图。在图2A与图2B中，横轴代表频率，纵轴代表电压驻波比，频率F1约为3.3GHz，频率F2约为3.8GHz。如图中所示，本实施例中的天线模块100于3.3GHz～3.8GHz的频带之间具有较小的电压驻波比值，因此具有较高的传输效率。
请参考图2C。图2C为图1所示的天线模块100中第一共振模态与第二共振模态之间隔离度对频率的关系图。在图2C中，横轴代表频率，纵轴代表隔离度，频率F1约为3.3GHz，频率F2约为3.8GHz。在本实施例中，由于设置了槽缝G1之后，第一共振模态与第二共振模态的辐射场型分布在X轴(即：图1中长度L1的方向)上往不同相反方向集中，因此两者互相影响程度较小。
换言之，通过适当设置槽缝G1，可以改善非对称的双馈入平板天线模块中两天线彼此之间的干扰现象，进一步节省设置额外隔离元件所需的空间。如此一来，便能在改善天线隔离度的同时缩小天线模块100的体积。
请参考图3，图3为根据本发明一实施例所示的天线模块100的示意图。相较于图1所示的实施例，图3中所示的天线模块100，辐射部120所产生的第一共振模态的频带与辐射部130所产生的第二共振模态的频带相异。
辐射部120所产生的第一共振模态的频带涵盖WIFI2.4GHz的频带。相对地，辐射部130所产生的第二共振模态的频带涵盖WIFI 5GHz的频带。在本实施例中，辐射部120和辐射部130之间的耦合间距D1为约0.8毫米(mm)。
本实施例中，槽缝G1还包含第四部分G14以及第五部分G15。第四部分G14自第三部分G13延伸，大致与第三部分G13垂直，且与第二部分G12自第三部分G13的相同侧延伸。第五部分G15自第四部分G14延伸，大致与第四部分G14垂直，且与第三部分G13自第四部分G14的相同侧延伸。
如此一来，通过进一步设置槽缝G1的第四部分G14以及第五部分G15，可进一步增加电气路径P1长度，使得辐射部120所产生的第一共振模态的频带可降频至WIFI 2.4GHz的频带。相对地，通过缩短辐射部130的电气路径P2，使得辐射部130所产生的第二共振模态的频带可调整至WIFI 5GHz的频带。
换言之，通过适当设置槽缝G1，可使辐射部120产生具有频带相对低的第一共振模态，辐射部130产生具有频带相对高的第二共振模态。
以下表二记载图3所示天线模块100在低频频带与高频频带内的天线效率、增益，以及辐射部120和辐射部130之间的封包相关系数以及隔离度。
Figure BDA0001114068230000071
Figure BDA0001114068230000081
表二：天线效率、增益、封包相关系数及隔离度
如表二所示，本实施例中在低频频带与高频频带中，第一共振模态和第二共振模态的天线效率皆在60％以上，天线增益皆大于-2.1分贝(dB)。隔离度在-25分贝(dB)～-36分贝(dB)之间。在高频频带中，第一共振模态和第二共振模态的封包相关系数皆为0.1以下。
换言之，槽缝G1的设置不仅可应用在同频的双馈入天线中，亦可应用在不同频率的双馈入天线中，改善天线之间的干扰现象。如此一来，本实施例中的天线模块100便可应用于如无线基地台(Access Point，AP)等同时接收低频频带和高频频带的天线应用当中。
请参考图4。图4为根据本发明一实施例所示的天线模块300的示意图。在本实施例中，天线模块300将两组图1中所示的天线模块100a、100b整合设计于一多重输入多重输出的天线架构(Multi-input Multi-output，MIMO)中。
于本实施例中，天线模块100a包含接地结构110a、辐射部120a以及辐射部130a。接地结构110a包含接地部112a、接地部114a以及槽缝G1。辐射部120a包含馈入端121a以及接地端123a，辐射部130a包含馈入端131a以及接地端133a。天线模块100a的结构与动作方式与图1中所示的天线模块100类似，于此不再赘述。本实施例与图1中所示的实施例的差异为天线模块300还包含天线模块100b。在部分实施例中，天线模块100b的结构与动作方式与天线模块100a相同。具体而言，天线模块100b包含接地结构110b、辐射部120b以及辐射部130b。接地结构110b电性连接于接地结构110a，其包含接地部112b、接地部114b以及槽缝G2。槽缝G2略成一U形，配置于接地部112b与接地部114b之间。
辐射部120b用以与接地结构110b产生天线模块300的第三共振模态。辐射部120b包含馈入端121b以及接地端123b，其中馈入端121b用以收发第三天线信号，接地端123b电性连接于接地部112b。辐射部130b用以与辐射部120b耦合产生天线模块300的第四共振模态。辐射部130b包含馈入端131b以及接地端133b，其中馈入端131b用以收发第四天线信号，接地端133b电性连接于接地部114b。
在本实施例中，天线模块300还包含槽缝G3，槽缝G3略呈一T形。具体来说，槽缝G3包含第一部分G31以及与第一部分G31垂直，自第一部分G31的一端的第二部分G32延伸。槽缝G3配置于接地结构110a与接地结构110b之间。具体而言，槽缝G3配置于接地部114a与接地部112b之间。
在本发明一实施例中，天线模块100a、100b之间的间隔长度L2为约30毫米(mm)。换言之，辐射部130a与辐射部120b之间的间隔为约30毫米(mm)。设置于两者之间的槽缝G3的路径约为四分之一波长，用以改善辐射部130a与辐射部120b之间的隔离度。举例来说，在一实施例中，槽缝G3的第一部分G31长度LG31可为约9毫米(mm)，槽缝G3的第二部分G32长度LG32可为约7.5毫米(mm)。在本实施例中，接地结构110a和110b所形成的接地面的长宽分别为约154毫米(mm)和74毫米(mm)。
如此一来，本实施例中的天线模块300便可通过信号传输线212a、214a、212b、214b分别收发天线信号，应用于采用多重输入多重输出(Multi-inputMulti-output，MIMO)的通信系统中，改善多个天线之间的隔离度。举例来说，天线模块300可应用于采用巨量多重输入多重输出(massive MIMO)的第五代移动通信系统(5G)中，提高移动装置如智能手机、平板电脑等等的天线传输效率。
请参考图5。图5为根据本发明一实施例所示的天线模块400的示意图。如图5所示，天线模块400包含接地结构410、辐射部420、辐射部430、隔离部440以及槽缝G1，其中隔离部440电性连接于接地结构410。在本发明一实施例中，天线模块400的长度L3约25毫米(mm)，宽度W2约7毫米(mm)。
辐射部420包含馈入端421与接地端423，其中馈入端421用以收发第一天线信号，接地端423电性连接于接地结构410。辐射部420用以与隔离部440耦合，以产生天线模块400的第一共振模态。
相似地，辐射部430包含馈入端431与接地端433，其中馈入端431用以收发第二天线信号，接地端433电性连接于接地结构410。辐射部430用以与隔离部440耦合，以产生天线模块400的第二共振模态。
在图5所示的实施例中，隔离部440包含突出部442与突出部444，使得辐射部420与突出部442耦合以产生第一共振模态，辐射部430与突出部444耦合以产生第二共振模态。槽缝G1配置于辐射部420与隔离部440的突出部442之间。
具体而言，本实施例中的槽缝G1与前例实施例中槽缝G1相似，包含第一部分G11、第二部分G12以及第三部分G13。第二部分G12自第一部分G11延伸，且大致与第一部分G11垂直，第三部分G13自第二部分G12延伸，大致与第二部分G12垂直，且与第一部分G11自第二部分G12的相同侧延伸。
在本实施例中，辐射部420包含突出部422、连接部424以及突出部426。突出部422电性连接于馈入端421，突出部426电性连接于接地端423，突出部422与突出部426自连接部424的相同侧延伸。于本实施例中，辐射部420、430的结构与动作方式分别与图1中所示的辐射部120、130类似，故于此不再赘述。
与前述实施例中相似，辐射部420所产生的第一共振模态与辐射部430所产生的第二共振模态可根据实际需求设置为具有相同的频带或相异的频带。举例来说，在部分实施例中，第一共振模态和第二共振模态的频带可涵盖TDD-LTE B42/B43频带及WiMAX的频带。在本实施例中，天线模块400可通过调整辐射部420和隔离部440之间的耦合间距D2，将第一共振模态的频带设置为3.3GHz～3.8GHz。相似地，天线模块400可通过调整辐射部430和隔离部440之间的耦合间距D3，将第二共振模态的频带设置为3.3GHz～3.8GHz。此外，天线模块400亦可通过调整突出部442的长度以及突出部422和突出部426之间的耦合间距D4调整第一共振模态的共振频率点。
此外，在部分实施例中，天线模块400所产生的第一共振模态与第二共振模态亦可设置为具有相异的频带。举例来说，第一共振模态的频带可设置为WIFI 2.4GHz的频带，第二共振模态的频带可设置为WIFI 5GHz的频带。在本实施例中，天线模块400的长度L3约30毫米(mm)，宽度W1约7毫米(mm)。
本发明通过应用以上多个实施例，通过于天线模块中设置槽缝调整辐射部的电气路径和辐射场型，可在缩小天线模块的体积的同时改善天线之间的隔离度，提高天线的传输效率。值得注意的是，在本发明所公开的多个实施例中所公开的各元件及部件的尺寸仅为方便对其进行说明示例。换言之，该尺寸为本发明可能的实施方式，然而并非用以限制本发明。本领域具通常知识者亦可依实际需求调整该尺寸。
虽然本公开内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开内容，任何熟悉此技术者，在不脱离本公开内容的精神和范围内，当可作各种变动与润饰，因此本公开内容的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (6)

1.一种天线模块，其特征在于，包含：
第一接地结构，所述第一接地结构包含第一接地部、第二接地部以及第一槽缝，所述第一槽缝配置于所述第一接地部与所述第二接地部之间；
第一辐射部，用以与所述第一接地结构产生所述天线模块的第一共振模态，所述第一辐射部包含：
第一馈入端，用以收发第一天线信号；
第一接地端，电性连接于所述第一接地部；
第二辐射部，用以与所述第一辐射部耦合产生所述天线模块的第二共振模态，所述第二辐射部包含：
第二馈入端，用以收发第二天线信号；以及
第二接地端，电性连接于所述第二接地部，
其中，所述第一槽缝包含第一部分、第二部分以及第三部分，其中所述第一部分的长度大于所述第三部分的长度，所述第二部分与所述第一部分垂直，所述第三部分与所述第二部分垂直且与所述第一部分自所述第二部分的相同侧的单一方向延伸，
其中，所述第一辐射部与所述第二辐射部为非对称，
其中，所述天线模块为一平面结构，
其中，所述第一辐射部是环形天线结构，所述第二辐射部是耦合式馈入天线结构。
2.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，所述第一辐射部还包含：
连接部；
第一突出部，电性连接于所述第一馈入端；以及
第二突出部，电性连接于所述第二接地部；
其中所述第一突出部与所述第二突出部自所述连接部的相同侧延伸。
3.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，所述第一槽缝还包含第四部分以及第五部分，其中所述第四部分与所述第三部分垂直且与所述第二部分自所述第三部分的相同侧延伸，所述第五部分与所述第四部分垂直且与所述第三部分自所述第四部分的相同侧延伸。
4.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，所述第一共振模态的频带与所述第二共振模态的频带不同。
5.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，还包含：
第二接地结构，电性连接于所述第一接地结构，所述第二接地结构包含第三接地部、第四接地部以及第二槽缝，所述第二槽缝配置于所述第三接地部与所述第四接地部之间；以及
第三槽缝，所述第三槽缝呈T形，配置于所述第一接地结构与所述第二接地结构之间。
6.根据权利要求5所述的天线模块，其特征在于，所述天线模块还包含：
第三辐射部，用以与所述第二接地结构产生所述天线模块的第三共振模态，所述第三辐射部包含：
第三馈入端，用以收发第三天线信号；
第三接地端，电性连接于所述第三接地部；
第四辐射部，用以与所述第三辐射部耦合产生所述天线模块的第四共振模态，所述第四辐射部包含：
第四馈入端，用以收发第四天线信号；以及
第四接地端，电性连接于所述第四接地部；
其中所述第三槽缝配置于所述第二接地部与所述第三接地部之间。
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