CN107994344A - 双频天线模块 - Google Patents

Abstract

一种双频天线模块，包括电路基板、接地耦合部、第一天线以及第二天线。电路基板具有位于电路基板内部的参考接地面。接地耦合部设置在电路基板上，并电性连接参考接地面。第一天线设置于电路基板上且与接地耦合部彼此分离并相互耦合。第一天线包括第一辐射单元、一设置于第一辐射单元上的U形导电框以及一位于所述第一辐射单元上的第一馈入部，且U形导电框的开口朝向电路基板而设置。第二天线与第一天线彼此分离。第二天线包括第二辐射单元、高频匹配部以及位于所述第二辐射单元上的第二馈入部。第二辐射单元与高频匹配部分别位于电路基板的两相反表面，以彼此共振，且所述第二辐射单元具有连接于参考接地面的接地延伸部。本发明提供的双频天线模块通过导入平面式结构，来减少天线的立体结构，可降低成本。

Description

双频天线模块

技术领域

本发明涉及一种天线模块，特别是涉及一种可操作在两种不同工作频段的双频天线模块。

背景技术

可携式电子产品近年来随着移动通讯技术的发达而日益普遍，这些可携式电子产品通常是通过无线通信装置来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号，进而存取无线网络。

天线是无线通信设备中重要的组件之一，却也经常是电路模块中面积、尺寸最大的组件之一。随着无线通信产品愈来愈强调轻、薄、短、小的趋势，天线的尺寸也必须不断缩小才能符合产品发展的方向。

有些无线通信装置需要支持多频段(例如2.4GHz频段和5GHz频段)传收的功能。目前这些无线通信装置所配备的天线多具有立体结构，以产生较好的辐射效果。并且，为了能够操作在不同的频段上，立体式天线的形状通常会调整为较不规则。对于欲精简体积的无线通信装置而言，设置具有不规则形状立体式天线是造成装置整体体积难以缩小的因素之一。此外，制作具有不规则形状的立体式天线较为困难，也会增加材料上的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种双频天线模块，通过导入平面式结构，来减少天线的立体结构，可降低成本并可满足在2.4GHz频段和5GHz频段操作的需求。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种其包括电路基板、接地耦合部、第一天线以及第二天线。电路基板具有位于电路基板内部的参考接地面。接地耦合部设置在电路基板上，并电性连接参考接地面。第一天线设置于电路基板上且与接地耦合部彼此分离并相互耦合。第一天线包括第一辐射单元、一设置于第一辐射单元上的U形导电框以及一设置于第一辐射单元上的第一馈入部，且U形导电框的开口朝向电路基板而设置。第二天线与第一天线彼此分离。第二天线包括第二辐射单元、第二辐射单元以及设置于第二辐射单元上的第二馈入部。第二辐射单元与高频匹配部分别位于电路基板的两相反表面以彼此共振，且第二辐射单元具有连接于参考接地面的接地延伸部。

优选地，所述第一辐射单元包括一高频辐射部以及一第一低频辐射部，所述第一馈入部位于所述高频辐射部与所述第一低频辐射部的交界处，且所述高频辐射部所提供的工作频率大于所述第一低频辐射部所提供的工作频率。

优选地，所述第一低频辐射部包括L形转折部以及U形蜿蜒部。L形转折部的一长线段的一端连接于所述第一馈入部，U形蜿蜒部连接于所述L形转折部且包括桥接部、直线部以及延伸部。桥接部连接于所述L形转折部的短线段；直线部连接于桥接部，并和高频辐射部平行，其中，直线部与高频辐射部都耦合于接地耦合部；延伸部连接于直线部，并和桥接部大致平行。

优选地，所述第一天线还包括至少两个位于所述U形蜿蜒部上的焊垫掩模图案，所述两个焊垫掩模图案分别定义出两个彼此分离且用来设置所述U形导电框的预设区。U形导电框的两侧壁分别连接于所述两个预设区，而跨设于所述桥接部与所述延伸部，并部分遮盖所述U形蜿蜒部。

优选地，所述高频辐射部包括靠近所述第一馈入部的一连接段以及远离所述第一馈入部的一末段，所述末段的宽度大于所述连接段的宽度。

优选地，所述第二辐射单元包括一连接于所述接地延伸部的第二低频辐射部，所述第二馈入部位于所述接地延伸部与所述第二低频辐射部的交界处。更进一步地，所述第二辐射单元还包括一第一分支部，所述第一分支部由所述第二低频辐射部中最靠近所述第一天线的一侧边朝所述第一天线延伸。所述高频匹配部和所述第二辐射单元的一垂直投影形状部分重叠。

优选地，所述的双频天线模块还进一步包括：一第一接地延伸段，其设置于所述第一天线与所述第二天线之间，并与所述电路基板的所述参考接地面电性连接，其中所述第一接地延伸段与所述第一天线之间的距离小于所述第一接地延伸段与所述第二天线之间的距离，且所述第一天线与所述第一接地延伸段及所述第二天线相互耦合。

优选地，所述的双频天线模块还进一步包括：一位于所述第一接地延伸段与所述第二天线之间的一第二接地延伸段，所述第二接地延伸段与所述电路基板的所述参考接地面电性连接，其中，所述第二接地延伸段与所述第一接地延伸段之间的距离小于所述第二接地延伸段与所述第二天线之间的距离，且所述第一天线与所述第二接地延伸段相互耦合。

本发明的有益效果在于，本发明实施例所提供的双频天线模块，通过形成二维的第一与第二辐射单元，而减少双频天线模块的立体结构。如此，可缩小双频天线模块的体积，而有利于降低材料成本，并可支持2.4GHz与5GHz两种不同的频段。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明实施例的双频天线模块的俯视示意图。

图2A为图1中在区域A的局部放大图。

图2B为本发明实施例的第一辐射单元的局部放大图。

图3为本发明实施例的U形导电框的立体示意图。

图4为图1中在区域B的局部放大图。

图5为本发明实施例的双频天线模块的底视示意图。

具体实施方式

请参照图1。图1为本发明实施例的双频天线模块的俯视示意图。本发明实施例的双频天线模块1可应用在无线通信装置，并可支持2.4GHz与5GHz两种不同的频段。双频天线模块1包括电路基板10、一接地耦合部11、一第一天线12以及一第二天线13。

请参照图1与图5，其中图5显示本发明实施例的双频天线模块的底视示意图。电路基板10可以是硬式印刷电路板或软性印刷电路板，并具有一第一表面10a、一和第一表面10a相对的第二表面10b以及一参考接地面G1。所述的参考接地面G1位于电路基板10内，也就是位于第一表面10a与第二表面10b之间，但不以此为限。

如图1所示，接地耦合部11设置于电路基板10的第一表面10a上，并电性连接于参考接地面G1。在一实施例中，接地耦合部11可以通过贯孔(未图示)与参考接地面G1电性连接，但是不以此为限。

另外，第一天线12与第二天线13沿着电路基板10的短边S2排列，且彼此分离。本实施例中，第一天线12与第二天线13是分别邻近于电路基板10的两相邻角落设置。

本发明实施例中，第一天线12不接地并设置于电路基板10的第一表面10a上。详细而言，第一天线12配置于电路基板10的一角落区，且和接地耦合部11仅相互耦合，而并未电性连接。第一天线12包括一第一辐射单元R1、一第一馈入部F1及一U形导电框C1。

请参照图2A。图2A为图1中在区域A的局部放大图。在图2A中，第一辐射单元R1可以是通过印刷或者蚀刻所形成的导电线路图案。也就是说，第一辐射单元R1实际上是二维结构。构成第一辐射单元R1的材料可以是导电材料，例如：铜、铁、镍、铬等金属或其组合。具有立体结构的U形导电框C1设置于第一辐射单元R1上，并遮盖部分的第一辐射单元R1。

请参照图2B，图2B为本发明实施例的第一辐射单元R1的局部放大图。详细而言，第一辐射单元R1包括一高频辐射部120A及一第一低频辐射部120B，且第一馈入部F1是位于高频辐射部120A与第一低频辐射部120B的交界处附近。高频辐射部120A所提供的工作频率大于所述第一低频辐射部120B所提供的工作频率。在本实施例中，高频辐射部120A所提供的工作频率大约是5GHz，而第一低频辐射部120B所提供的工作频率大约是2.4GHz。

另外，在本实施例中，高频辐射部120A呈线形，由第一馈入部F1朝远离第二天线13的电路基板10的长边S1延伸，且高频辐射部120A的延伸方向大致和电路基板10的短边S2平行。

高频辐射部120A所形成的电流路径，使第一天线12可以操作在5GHz的频段。另外，高频辐射部120A可和电性连接于参考接地面G1的一接地耦合部11耦合。高频辐射部120A具有靠近第一馈入部F1的连接段121以及远离第一馈入部F1的末段122，其中连接段121的宽度会小于末段122的宽度。

须说明的是，末段122的长度L1、宽度W1、末段122与接地耦合部11之间的距离D1会影响双频天线模块1的操作带宽(bandwidth)以及表现(performance)。在一实施例中，末段122的长度L1是介于5mm至6mm之间，宽度W1是介于1mm至1.5mm之间，而距离D1是介于0.3mm至1mm之间。

第一低频辐射部120B所形成的电流路径使第一天线12可以操作在2.4GHz的频段。

如图2B所示，第一低频辐射部120B包括L形转折部123及U形蜿蜒部124。L形转折部123的一长线段123a的一端连接于第一馈入部F1，长线段123a的另一端连接一短线段123b的一端，L形转折部123的一短线段123b的另一端则和U形蜿蜒部124连接。在本实施例中，短线段123b的线宽会大于长线段123a的线宽，且短线段123b由长线段123a往远离第二天线13的方向延伸并与高频辐射部120A大致平行。

U形蜿蜒部124包括一直线部124a、一连接于直线部124a一端及L形转折部123之间的桥接部124b以及连接于直线部124a另一端的延伸部124c。U形蜿蜒部124的开口方向是朝向电路基板10的短边S2。换句话说，U形蜿蜒部124的桥接部124b以及延伸部124c是沿着平行于电路基板10长边S1的方向，由直线部124a朝向远离高频辐射部120A的电路基板10的短边S2延伸。

具体而言，桥接部124b大致垂直于L形转折部123的短线段123b，并大致平行于L形转折部123的长线段123a。

直线部124a连接于桥接部124b的一端，并和高频辐射部120A平行。详细而言，直线部124a也会由桥接部124b朝电路基板10的长边S1延伸至和高频辐射部120A的端面平齐，且直线部124a和高频辐射部120A的末段122彼此相隔一距离D2。

须说明的是，U形蜿蜒部124的直线部124a、高频辐射部120A的末段122以及接地耦合部11之间会彼此相互耦合，而感应出所预设的带宽，使双频天线模块1可在默认的带宽范围内操作。因此，直线部124a与末段122之间的距离D2也会影响双频天线模块1的工作频率以及带宽。在一实施例中，直线部124a与末段122之间的距离D2是介于0.3mm至1mm之间。

请参照图2A及图2B，延伸部124c连接于直线部124a的另一端，且延伸部124c和桥接部124b大致平行。另外，当U形导电框C1设置在电路基板10上时，部分的U形蜿蜒部124会被U形导电框C1遮盖。

须说明的是，本实施例的第一天线12还包括至少两个形成于U形蜿蜒部124上的焊垫掩模图案125a、125b，以定义出用来设置U形导电框C1的预设区T1、T2。

构成焊垫掩模图案125a、125b的材料是绝缘材料，例如是干膜阻焊层(Dry FilmSolder Mask，DFSM)或液态感光阻焊层(Liquid Photoimageable SolderMask，LPSM)、热硬化型油墨或UV紫外线硬化型油墨，但不以此为限。

焊垫掩模图案125a、125b形成于U形蜿蜒部124上，并分别定义出两个预设区T1、T2，其中一个预设区T1是位于桥接部124b，另一个预设区T2是位于延伸部124c。

请参照图2A与图3。图3是显示本发明实施例的U形导电框的立体示意图。如前所述，U形导电框C1会设置在U形蜿蜒部124上。

请先参照图3，U形导电框C1具有立体结构，且包括一板体C10以及两侧壁C11、C12，且两侧壁C11、C12由板体C10相对的两长边以相同的方向垂直于板体C10的方向延伸。据此，本发明实施例的第一天线12并非完全具有立体结构，而是由二维结构(第一辐射单元R1)以及三维结构(U形导电框C1)共同组成。

请再参照图2A，U形导电框C1设置于电路基板10上，且U形导电框C1的开口会朝向第一辐射单元R1。另外，设置在电路基板10上的U形导电框C1会遮蔽部分U形蜿蜒部124。详细而言，U形导电框C1的两侧壁C11、C12分别连接于所述的两个预设区T1、T2，而跨设在桥接部124b与延伸部124c上。

在本实施例中，可先将焊接用的焊料设置在两个预设区T1、T2内，再将U形导电框C1的两侧壁C11、C12分别对准两个预设区T1、T2而焊固设置于U形蜿蜒部124上。在回焊制程中，焊垫掩模图案125a、125b可以使焊料限制在预设区T1、T2内，避免焊料溢流而改变第一辐射单元R1的形状，导致影响双频天线模块1整体的表现。

另外，须说明的是，设置在U形蜿蜒部124上的U形导电框C1实际上也可以增加电流路径，以使双频天线模块1可操作在较低的工作频段。U形导电框C1可以由金属片冲压成形，例如铁或铜，或者是表面镀有金属层的塑料件。

接着，请参照图1、图4与图5。图4为图1中在区域B的局部放大图，而图5为本发明实施例的双频天线模块的底视示意图。

请先参照图1，第二天线13配置在和第一天线12相邻的角落区。相较于第一天线12，第二天线13并未具有立体结构，且第二天线13会具有一用以电性连接到参考接地面G1的接地延伸部130。

请参照图4。第二天线13包括第二辐射单元R2、位于第二表面10b的高频匹配部M2以及第二馈入部F2。第二辐射单元R2包括一接地延伸部130、一第二低频辐射部131以及一第一分支部132。所述的第二馈入部F2是位于接地延伸部130与第二低频辐射部131交界处附近。

请再参照图1，接地延伸部130是由第二馈入部F2朝电路基板10远离第一天线12的另一长边S1’延伸。也就是说，接地延伸部130的延伸方向和高频辐射部120A的延伸方向相反，且接地延伸部130的其中一端连接于第二馈入部F2，而另一端电性接地。进一步而言，接地延伸部130的另一端会电性连接到参考接地面G1。

请继续参照图4。第二低频辐射部131和接地延伸部130共同形成一开放式回路。第二低频辐射部131所产生的电流路径，用以使双频天线模块1的第二天线13可以操作在2.4GHz(2.402GHz～2.484GHz)的频段。

详细而言，第二低频辐射部131包括一第一连接段131a、一第二连接段131b及一第三连接段131c，其中，第二连接段131b是连接于第一连接段131a与第三连接段131c之间。

第一连接段131a的一端连接于第二馈入部F2并由第二馈入部F2朝远离参考接地面G1的电路基板10的短边S2延伸。第二连接段131b的一端连接于第一连接段131a的另一端，并朝相反于第一天线12的方向延伸。第三连接段131c的一端连接于第二连接段131b的另一端并朝向接地延伸部130延伸，其中第三连接段131c的另一端和接地延伸部130彼此分离。据此，第一连接段131a、第二连接段131b以及第三连接段131c大致形成一开口朝接地延伸部130的U形回路。

第二辐射单元R2的第一分支部132由第二低频辐射部131最靠近第一天线12的一侧边朝第一天线12延伸。详细而言，第一分支部132实际上凸出于第一连接段131a靠近第一天线12的侧边。

在本实施例中，第二辐射单元R2还包括一位于电路基板10的长边S1’与第三连接段131c之间的第二分支部133。第二分支部133的延伸方向大致和第三连接段131c相同，且并没有和接地延伸部130连接。第二分支部133可以耦合于第二低频辐射部131，以提升双频天线模块1的效能。然而，在其他实施例中，第二分支部133也可以省略。

请参照图4及图5，高频匹配部M2对应第二辐射单元R2的位置设置于电路基板10的第二表面10b，并与第二辐射单元R2在所述第二表面10b上的垂直投影形状部分重叠，以使具有频率为5GHz的电磁波信号在第二辐射单元R2与高频匹配部M2之间产生共振。

如图4所示，在一垂直方向(即第一表面的法线方向)上，且高频匹配部M2和第二低频辐射部131的垂直投影形状是部分重叠。本实施例中，高频匹配部M2是具有不规则几何形状。然而，只要高频匹配部M2可以和位于第一表面10a的第二辐射单元R2彼此共振，而使双频天线模块1可传输频率在5GHz的电磁波信号，本发明中并不限制高频匹配部M2的形状。

请再参照图1。双频天线模块1还包括一设置在第一天线12与第二天线13之间的第一接地延伸段14以及第二接地延伸段15，其中第一接地延伸段14与第二接地延伸段15都和电路基板10的参考接地面G1电性连接。另外，在本发明实施例中，第一接地延伸段14与第二接地延伸段15都被披覆一层防焊漆。第一接地延伸段14设置于第一天线12与第二天线13之间，且第一接地延伸段14与第一天线12之间的距离小于第一接地延伸段14与第二天线13之间的距离。须说明的是，第一天线12本身并没有接地，因此第一天线12会和接地的第二天线13以及第一接地延伸段14相互耦合，以使双频天线模块1可以在多个预设的频段中操作。

另外，第一接地延伸段14的长度L以及第一接地延伸段14和第一天线12之间的距离D对双频天线模块1的操作频段的影响较大。详细而言，第一接地延伸段14的长度L越长或者距离D越小，双频天线模块1的操作频段越往低频飘移(shift)。相反地，第一接地延伸段14的长度L变短或者距离D越大，双频天线模块1的操作频段会往高频飘移。因此，需要调整第一接地延伸段14的长度L以及位置，使双频天线模块1可传输具有既定工作频率的电磁波信号。

在本实施例中，第一接地延伸段14和第一天线12之间的距离D是介于0.5mm至2mm。另外，第一接地延伸段14的长度L是介于4mm至6mm。

除此之外，第一天线12也会和接地的第二天线13相互耦合，可降低双频天线模块1在既定操作频段的反射损耗(return loss)，从而提升双频天线模块1的传输效率。

第二接地延伸段15的位置是位于第一接地延伸段14以及第二天线13之间，且第二接地延伸段15与第一接地延伸段14之间的距离小于第二接地延伸段15与第二天线13之间的距离。另外，第二接地延伸段15的长度h是小于第一接地延伸段14的长度L。第二接地延伸段15同样可用来和第一天线12耦合，但是第二接地延伸段15对于双频天线模块1的操作频段的影响较第一接地延伸段14小。因此，第二接地延伸段15主要是用于微调(fine tune)工作频率的大小以及范围。

整体而言，本发明实施例的双频天线模块1的第一天线12并未接地，而仅有第二天线13接地。通过第一天线12和接地耦合部11之间的耦合，第一天线12和第一接地延伸段14之间的耦合，第一天线12和第二天线13之间的耦合，以及第二天线13的第二辐射单元R2与高频匹配部M2之间的共振，可以使双频天线模块1于2.4GHz以及5GHz的工作频率下操作。

在对本发明实施例的双频天线模块1进行测试之后，结果显示对于工作频率约2.4GHz的电磁波信号的辐射效率可达到70％以上，约介于71％至81％之间。另外，在约2.4GHz的工作频率下，于传输侧(Tx)的流量(throughput)大约是每秒80Mb，而在接收侧(Rx)的流量大约是每秒99Mb。

本发明实施例的双频天线模块1对于工作频率约5GHz的电磁波信号的辐射效率可达到60％以上，约介于60％至81％之间。另外，在约5GHz的工作频率下，于传输侧(Tx)的流量(throughput)大约是每秒155Mb，而在接收侧(Rx)的流量大约是每秒166Mb。

综上所述，本发明所提供的双频天线模块的第一天线与第二天线减少使用立体结构，而大部分使用平面式结构，可缩小双频天线模块的体积，并可节省材料成本。此外，在2.4GHz及5GHz的频段内，本发明实施例所提供的双频天线模块的辐射效率以及在传输侧与接收侧的流量皆符合实际需求。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的权利要求的保护范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种双频天线模块，其特征在于，所述双频天线模块包括：

一电路基板，其具有一位于所述电路基板内部的参考接地面；

一接地耦合部，其设置在所述电路基板上，并电性连接所述参考接地面；

一第一天线，其设置于所述电路基板上且与所述接地耦合部彼此分离，所述第一天线与所述接地耦合部相互耦合，其中所述第一天线包括一第一辐射单元、一位于所述第一辐射单元上的第一馈入部及一设置于所述第一辐射单元上的U形导电框，且所述U形导电框的一开口朝向所述电路基板；以及

一第二天线，其与所述第一天线彼此分离，其中所述第二天线包括一第二辐射单元、一高频匹配部以及一位于所述第二辐射单元上的第二馈入部，其中，所述第二辐射单元与所述高频匹配部分别位于所述电路基板的两相反表面，以彼此共振，且所述第二辐射单元具有一连接于所述参考接地面的接地延伸部。

2.如权利要求1所述的双频天线模块，其特征在于，所述第一辐射单元包括一高频辐射部以及一第一低频辐射部，所述第一馈入部位于所述高频辐射部与所述第一低频辐射部的交界处，且所述高频辐射部所提供的工作频率大于所述第一低频辐射部所提供的工作频率。

3.如权利要求2所述的双频天线模块，其特征在于，所述第一低频辐射部包括：：

一L形转折部，所述L形转折部的一长线段的一端连接于所述第一馈入部；以及

一U形蜿蜒部，其连接于所述L形转折部，所述U形蜿蜒部包括：

一桥接部，其连接于所述L形转折部的一短线段；

一直线部，其连接于所述桥接部，并和所述高频辐射部平行，其中所述直线部与所述高频辐射部都耦合于所述接地耦合部；以及

一延伸部，其连接于所述直线部，并和所述桥接部大致平行。

4.如权利要求3所述的双频天线模块，其特征在于，所述第一天线还包括至少两个位于所述U形蜿蜒部上的焊垫掩模图案，所述两个焊垫掩模图案分别定义出两个彼此分离且用来设置所述U形导电框的预设区。

5.如权利要求4所述的双频天线模块，其特征在于，所述U形导电框的两侧壁分别连接于所述两个预设区，而跨设于所述桥接部与所述延伸部，并部分遮盖所述U形蜿蜒部。

6.如权利要求2所述的双频天线模块，其特征在于，所述高频辐射部包括靠近所述第一馈入部的一连接段以及远离所述第一馈入部的一末段，所述末段的宽度大于所述连接段的宽度。

7.如权利要求1所述的双频天线模块，其特征在于，所述第二辐射单元包括一连接于所述接地延伸部的第二低频辐射部，所述第二馈入部位于所述接地延伸部与所述第二低频辐射部的交界处。

8.如权利要求7所述的双频天线模块，其特征在于，所述第二辐射单元还包括一第一分支部，所述第一分支部由所述第二低频辐射部中最靠近所述第一天线的一侧边朝所述第一天线延伸。

9.如权利要求7所述的双频天线模块，其特征在于，所述高频匹配部和所述第二辐射单元的一垂直投影形状部分重叠。

10.如权利要求1所述的双频天线模块，其特征在于，所述双频天线模块还进一步包括：一第一接地延伸段，其设置于所述第一天线与所述第二天线之间，并与所述电路基板的所述参考接地面电性连接，其中所述第一接地延伸段与所述第一天线之间的距离小于所述第一接地延伸段与所述第二天线之间的距离，且所述第一天线与所述第一接地延伸段及所述第二天线相互耦合。

11.如权利要求10所述的双频天线模块，其特征在于，所述双频天线模块还进一步包括：一位于所述第一接地延伸段与所述第二天线之间的一第二接地延伸段，所述第二接地延伸段与所述电路基板的所述参考接地面电性连接，其中，所述第二接地延伸段与所述第一接地延伸段之间的距离小于所述第二接地延伸段与所述第二天线之间的距离，且所述第一天线与所述第二接地延伸段相互耦合。