CN109672017A - 双频天线模块 - Google Patents

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Abstract

一种双频天线模块，包括第一辐射体、第二辐射体、第一滤波器及第二滤波器。第一辐射体包括第一馈入端及第一接地端，第一辐射体用以耦合共振出第一频带。第二辐射体包括第二馈入端及第二接地端，第二辐射体用以耦合共振出第二频带。第一滤波器从第一馈入端往远离第一辐射体的方向延伸，第一滤波器用以过滤第二频带。第二滤波器从第二馈入端往远离第二辐射体的方向延伸，第二滤波器用以过滤第一频带。

Description

双频天线模块
技术领域
本发明涉及一种天线模块，且特别涉及一种双频天线模块。
背景技术
在现行的无线传输系统中，双频系统(例如同时包含2.4G的带宽与5G的带宽)相当常见。在双频系统的天线设计上，其中一种设计是采用两个单频天线，但这样的设计往往会面临到两个单频天线之间信号隔离度不佳的问题，通常采用增加两个天线之间的距离来提升信号隔离度，然而增加两个天线之间的距离会使得整体天线的尺寸变大，而难以小型化。另一种设计是采用双频天线，并使用分频器(diplexer)以将不同频段信号分频出来。然而，由于双频天线需要分频器，整体价格也会较高。
发明内容
本发明提供一种双频天线模块，其具有小尺寸、在不同频段之间具有良好的隔离度且具有较低的成本。
本发明的一种双频天线模块，包括第一辐射体、第二辐射体、第一滤波器及第二滤波器。第一辐射体包括第一馈入端及第一接地端，第一辐射体用以耦合共振出第一频带。第二辐射体包括第二馈入端及第二接地端，第二辐射体用以耦合共振出第二频带。第一滤波器从该第一馈入端往远离该第一辐射体的方向延伸，第一滤波器用以过滤第二频带。第二滤波器从该第二馈入端往远离该第二辐射体的方向延伸，第二滤波器用以过滤第一频带。
在本发明的一实施例中，上述的双频天线模块还包括第一接地图案及第二接地图案。第一接地端连接于第一接地图案。第二接地端连接于第二接地图案，第一接地图案与第二接地图案分别位于第一辐射体与第二辐射体之间。
在本发明的一实施例中，上述的双频天线模块还包括载板、第三接地图案及多个导通孔。载板包括相对的第一面及第二面，其中第一接地图案与第二接地图案分别配置于第一面。第三接地图案配置于第二面。这些导通孔贯穿载板，这些导通孔的一部分连接第一接地图案与第三接地图案，这些导通孔的另一部分连接第二接地图案与第三接地图案。
在本发明的一实施例中，上述的第一接地图案与第二接地图案分别位于第一面的一中间区域，第一辐射体与第二辐射体分别在第一面上往远离中间区域的方向延伸。第一滤波器从第一馈入端延伸至中间区域，且第二滤波器从第二馈入端延伸至中间区域。
在本发明的一实施例中，上述的连接于第一接地图案与第三接地图案的这些导通孔沿着第一接地图案的外缘排列，且连接于第二接地图案与第三接地图案的这些导通孔沿着第二接地图案的外缘排列。
在本发明的一实施例中，上述的第一接地图案具有一凹口，第一滤波器伸入凹口。
在本发明的一实施例中，上述的第一接地图案与第二接地图案具有对应的轮廓，且第二滤波器沿着第一接地图案的轮廓与第二接地图案的轮廓延伸于第一接地图案与第二接地图案之间。
在本发明的一实施例中，上述的第一滤波器的长度为第二频带的1/4波长，且第二滤波器的长度为第一频带的1/4波长。
在本发明的一实施例中，上述的第一频带在2400MHz至2500MHz之间，且第二频带在5150MHz至5850MHz之间。
基于上述，本发明的双频天线模块利用第一辐射体与第二辐射体分别耦合共振出第一频带与第二频带，并在第一辐射体的第一馈入端处设计第一滤波器来过滤第二频带，且在第二辐射体的第二馈入端处设计第二滤波器来过滤第一频带，以使第一频带与第二频带之间具有良好的隔离度。如此，第一辐射体与第二辐射体不需要间隔一大段距离，而使得双频天线模块整体能具有小的尺寸。此外，由于本发明的双频天线模块也不需要配置分频器，而具有较低的成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种双频天线模块的立体示意图；
图2是图1的双频天线模块的背面示意图；
图3是图1的双频天线模块的频率-返回损失及隔离度的关系图；
图4至图6是图1的双频天线模块所耦合出的第一频带在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的场型分布；
图7至图9是图1的双频天线模块所耦合出的第二频带在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的场型分布。
具体实施方式
图1是依照本发明的一实施例的一种双频天线模块的立体示意图。图2是图1的双频天线模块的背面示意图。请参阅图1与图2，本实施例的双频天线模块100包括一载板110、一第一辐射体120、一第二辐射体130、一第一滤波器140、一第二滤波器150、一第一接地图案160及一第二接地图案170。载板110包括相对的一第一面112及一第二面114(标示于图2)。如图1所示，第一辐射体120、第二辐射体130、第一滤波器140及第二滤波器150、第一接地图案160及第二接地图案170配置于载板110的第一面112上。当然，在其他实施例中，双频天线模块100也可省略载板110，而直接形成在电子装置的机壳上。
如图1所示，第一辐射体120包括一第一馈入端122及一第一接地端124，第一接地端124连接于第一接地图案160。第二辐射体130包括一第二馈入端132及一第二接地端134，第二接地端134连接于第二接地图案170。
在本实施例中，第一接地图案160与第二接地图案170分别位于第一辐射体120与第二辐射体130之间。更明确地说，第一接地图案160与第二接地图案170分别位于载板110的第一面112的一中间区域113，第一辐射体120与第二辐射体130分别在第一面112上往远离中间区域113的方向延伸。在本实施例中，第一辐射体120位于中间区域113的上侧，第二辐射体130位于中间区域113的下侧。当然，第一辐射体120与第二辐射体130的相对位置不以此为限制，只要第一辐射体120与第二辐射体130远离于彼此即可。
另外，如图2所示，在本实施例中，双频天线模块100还包括一第三接地图案180及多个导通孔190。第三接地图案180配置于第二面114上对应于第一接地图案160与第二接地图案170的位置。第一接地图案160与第三接地图案180之间通过贯穿载板110的其中一部分的导通孔190连接，第二接地图案170与第三接地图案180之间通过贯穿载板110的另一部分的导通孔190连接。
如图1与图2所示，在本实施例中，连接于第一接地图案160与第三接地图案180的这些导通孔190沿着第一接地图案160的外缘排列，且连接于第二接地图案170与第三接地图案180的这些导通孔190沿着第二接地图案170的外缘排列。当然，在其他实施例中，导通孔190也可以位于第一接地图案160与第二接地图案170的非边缘处，导通孔190的配置位置与排列方式不以此为限制。当然，在其他实施例中，若第一接地图案160与第二接地图案170的面积足够，双频天线模块100也可省略第三接地图案180与导通孔190。
在本实施例中，双频天线模块100的第一辐射体120用以耦合共振出一第一频带。第二辐射体130用以耦合共振出一第二频带。在本实施例中，第一频带的带宽为2.4G带宽，约在2400MHz至2500MHz之间，且第二频带的带宽为5G带宽，约在5150MHz至5850MHz之间。当然，在其他实施例中，第一频带与第二频带也可以具有其他的带宽范围，第一频带与第二频带的带宽范围不以此为限制。
值得一提的是，一般而言，双频的天线架构会面临到的问题是两天线间的能量互相影响，而造成信号互相干扰。因此，两天线之间需要具有一定的隔离度，才能在两频段中各自有良好的信号。在本实施例中，特别设计了第一滤波器140与第二滤波器150，如此，双频天线模块100可在小成本且小尺寸的前提下，有效提升第一频带与第二频带之间的隔离度。也就是说，双频天线模块100即便是受限于尺寸而使得第一辐射体120与第二辐射体130相当接近，第一滤波器140与第二滤波器150仍可以让第一辐射体120所耦合出的第一频带与第二辐射体130所耦合出的第二频带之间具有良好的隔离度。
如图1所示，在本实施例中，第一滤波器140延伸自第一辐射体120的第一馈入端122，且往远离第一辐射体120的方向延伸，而伸入中间区域113。在本实施例中，位于中间区域113的第一接地图案160具有一凹口162，第一滤波器140伸入凹口162。第一滤波器140用以过滤第二频带的电磁波。在本实施例中，第一滤波器140的长度为第二频带的1/4波长。
同样地，第二滤波器150延伸自第二馈入端132，且往远离第二辐射体130的方向延伸，而延伸至中间区域113。在本实施例中，第一接地图案160与第二接地图案170在交界处具有对应的轮廓，且第二滤波器150沿着第一接地图案160的轮廓与第二接地图案170的轮廓延伸于第一接地图案160与第二接地图案170之间。第二滤波器150用以过滤第一频带的电磁波。在本实施例中，第二滤波器150的长度为第一频带的1/4波长。
换句话说，本实施例的双频天线模块100利用第一辐射体120与第二辐射体130分别耦合共振出第一频带与第二频带，并在第一辐射体120的第一馈入端122处设计第一滤波器140来过滤第二频带，且在第二辐射体130的第二馈入端132处设计第二滤波器150来过滤第一频带，以使第一频带与第二频带之间具有良好的隔离度。如此，第一辐射体120与第二辐射体130不需要间隔一大段距离，而使得双频天线模块100整体能具有小的尺寸。此外，双频天线模块100也不需要配置分频器，而具有较低的成本。
图3是图1的双频天线模块100的频率-返回损失及隔离度的关系图。请参阅图3，经模拟可知，图1的双频天线模块100，在2.4G频段(x轴约在2.4GHz至2.55GHz之间)与5G频段(x轴约在5.6GHz至6GHz之间)，返回损失均低于-10增益(dB)，而具有较佳的返回损失表现。此外，图1的双频天线模块100不但在全频段的隔离度均小于-20增益(dB)，在2.4G频段与5G频段处更具有较低的数值，这代表在2.4G频段与5G频段具有更佳的隔离度表现。
图4至图6是图1的双频天线模块100所耦合出的第一频带在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的场型分布。要说明的是，图4至图6分别是将图1的双频天线模块100放在X-Y-Z三维坐标的原点处，沿着X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面测量双频天线模块100所耦合出的第一频带在不同角度(360度)上的辐射增益值。也就是说，在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面上，以双频天线模块100为中心，360度地测量第一频带的辐射增益，而形成图4至图6所显示出的辐射场型。
请参阅图4至图6，图1的双频天线模块100在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的场型分布接近于一般耦合出2.4G频段的单个单频天线的场型，也接近一般具有分频器的双频天线在2.4G频段的场型。换句话说，本实施例的双频天线模块100的第一滤波器140可有效地隔离第二频段，而使第一辐射体120所耦合出的第一频段(例如2.4G频段)能具有接近于单频天线或是具有分频器的双频天线的良好的表现。此外，由下表一可看到，双频天线模块100的第一辐射体120所耦合出的第一频段(例如2.4G频段，2400MHz至2500MHz之间)的天线效益均在60％以上，而具有良好的天线表现。
表一：
图7至图9是图1的双频天线模块100所耦合出的第二频带在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的场型分布。同样地，图7至图9分别是将图1的双频天线模块100放在X-Y-Z三维坐标的原点处，沿着X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面测量双频天线模块100所耦合出的第二频带在不同角度(360度)上的辐射增益值。也就是说，在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面上，以双频天线模块100为中心，360度地测量第二频带的辐射增益，而形成图7至图9所显示出的辐射场型。
请参阅图7至图9，图1的双频天线模块100在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的场型分布接近于一般耦合出5G频段的单个单频天线的场型，也接近一般具有分频器的双频天线在5G频段的场型。换句话说，本实施例的双频天线模块100的第二滤波器150可有效地隔离第一频段，而使第二辐射体130所耦合出的第二频段能具有接近于单频天线或是具有分频器的双频天线的良好的表现。此外，由下表二可看到，双频天线模块100的第二辐射体130所耦合出的第二频段(例如5G频段，5150MHz至5850MHz之间)的天线效益均在60％以上，而具有良好的天线表现。
表二：
因此，本实施例的双频天线模块100的第一滤波器140与第二滤波器150的设计可使得第一辐射体120与第二辐射体130不需要距离很远，所以整体可维持小的尺寸。在本实施例中，第一辐射体120与第二辐射体130的形式例如可以采用平面倒F天线(PlanarInverted-F Antenna，PIFA Antenna)，以缩小双频天线模块100的尺寸，更具体地说，双频天线模块100的长、宽、高尺寸可缩小至27.5毫米、16毫米及0.6毫米。当然，第一辐射体120与第二辐射体130的形式与双频天线模块100的长、宽、高尺寸也不以此为限制。
综上所述，本发明的双频天线模块利用第一辐射体与第二辐射体分别耦合共振出第一频带与第二频带，并在第一辐射体的第一馈入端处设计第一滤波器来过滤第二频带，且在第二辐射体的第二馈入端处设计第二滤波器来过滤第一频带，以使第一频带与第二频带之间具有良好的隔离度。如此，第一辐射体与第二辐射体不需要间隔一大段距离，而使得双频天线模块整体能具有小的尺寸。此外，由于本发明的双频天线模块也不需要配置分频器，而具有较低的成本。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种双频天线模块，其特征在于，包括：
第一辐射体，包括第一馈入端及第一接地端，所述第一辐射体用以耦合共振出第一频带；
第二辐射体，包括第二馈入端及第二接地端，所述第二辐射体用以耦合共振出第二频带；
第一滤波器，从所述第一馈入端往远离所述第一辐射体的方向延伸，所述第一滤波器用以过滤所述第二频带；以及
第二滤波器，从所述第二馈入端往远离所述第二辐射体的方向延伸，所述第二滤波器用以过滤所述第一频带。
2.根据权利要求1所述的双频天线模块，其特征在于，还包括：
第一接地图案，所述第一接地端连接于所述第一接地图案；以及
第二接地图案，所述第二接地端连接于所述第二接地图案，所述第一接地图案与所述第二接地图案分别位于所述第一辐射体与所述第二辐射体之间。
3.根据权利要求2所述的双频天线模块，其特征在于，还包括：
载板，包括相对的第一面及第二面，其中所述第一接地图案与所述第二接地图案分别配置于所述第一面；
第三接地图案，配置于所述第二面；以及
多个导通孔，贯穿所述载板，所述多个导通孔的一部分连接所述第一接地图案与所述第三接地图案，所述多个导通孔的另一部分连接所述第二接地图案与所述第三接地图案。
4.根据权利要求3所述的双频天线模块，其特征在于，所述第一接地图案与所述第二接地图案分别位于所述第一面的中间区域，所述第一辐射体与所述第二辐射体分别在所述第一面上往远离所述中间区域的方向延伸，所述第一滤波器从所述第一馈入端延伸至所述中间区域，且所述第二滤波器从所述第二馈入端延伸至所述中间区域。
5.根据权利要求3所述的双频天线模块，其特征在于，连接于所述第一接地图案与所述第三接地图案的所述多个导通孔沿着所述第一接地图案的外缘排列，且连接于所述第二接地图案与所述第三接地图案的所述多个导通孔沿着所述第二接地图案的外缘排列。
6.根据权利要求2所述的双频天线模块，其特征在于，所述第一接地图案具有凹口，所述第一滤波器伸入所述凹口。
7.根据权利要求2所述的双频天线模块，其特征在于，所述第一接地图案与所述第二接地图案具有对应的轮廓，且所述第二滤波器沿着所述第一接地图案的轮廓与所述第二接地图案的轮廓延伸于所述第一接地图案与所述第二接地图案之间。
8.根据权利要求1所述的双频天线模块，其特征在于，所述第一滤波器的长度为所述第二频带的1/4波长，且所述第二滤波器的长度为所述第一频带的1/4波长。
9.根据权利要求1所述的双频天线模块，其特征在于，所述第一频带在2400MHz至2500MHz之间，且所述第二频带在5150MHz至5850MHz之间。
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