CN206236793U

CN206236793U - 具高隔离度的天线系统

Info

Publication number: CN206236793U
Application number: CN201621395331.0U
Authority: CN
Inventors: 段志豪
Original assignee: Zhonglei Electronic (suzhou) Co Ltd; Sercomm Corp
Current assignee: Zhonglei Electronic (suzhou) Co Ltd; Sercomm Corp
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2017-06-09
Anticipated expiration: 2026-12-19

Abstract

本实用新型公开了一种天线系统，包含一第一天线，包含一第一馈入端以及一第一接地段；一第二天线，电性连接于该第一天线，包含一第二馈入端以及一第二接地段；以及一第三天线，电性连接于该第二天线，包含一第三馈入端；其中该第二天线设置于该第一天线及该第三天线之间，该第一接地段设置于该第一馈入端及该第二馈入端之间，且该第二接地段设置于该第二馈入端及该第三馈入端之间。该第一天线及该第三天线为四分之一波长天线，且该第二天线为一半波长天线。

Description

具高隔离度的天线系统

技术领域

本实用新型指一种天线系统，尤指一种具高隔离度的天线系统。

背景技术

近年来，无线通讯技术及物联网(Internet of Things，IOT)蓬勃发展，越来越多的网络通讯产品用户追求更高的传输速度、数据吞吐量(Throughput)与多样化的智慧家庭应用，因此带动相对应的软体、硬体技术升级需求。为满足此需求，无线区域网络(WirelessLocal Area Network，WLAN)标准IEEE802.11n制定了多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)通讯技术，亦即相关无线通讯装置可通过多重(或多组)天线同步收发无线信号，以增加系统的数据吞吐量及传送距离，进而有效提升无线通讯系统的频谱效率及传输速率。

然而，由于产品外观及其轻、薄、短、小的设计趋势，网络通讯产品可容纳的天线空间越来越小，天线之间的交互影响将更加严重，导致其隔离度降低，因而弱化整体传输效能。在有限空间下，要提高天线隔离度同时又要维持多输入多输出的数据吞吐量，势必增加许多设计难度。因此，如何设计符合传输需求的天线系统，同时兼顾尺寸及功能，已成为业界所努力的目标之一。

实用新型内容

因此，本实用新型的主要目的即在于提供一种具高隔离度的天线系统。

本实用新型的天线系统包含一第一天线，包含一第一馈入端以及一第一接地段；一第二天线，电性连接于该第一天线，包含一第二馈入端以及一第二接地段；以及一第三天线，电性连接于该第二天线，包含一第三馈入端；其中该第二天线设置于该第一天线及该第三天线之间，该第一接地段设置于该第一馈入端及该第二馈入端之间，且该第二接地段设置于该第二馈入端及该第三馈入端之间。于一实施例中，该第一天线及该第三天线为一四分之一波长天线，且该第二天线为一半波长天线。

在上述架构下，本实用新型在两个四分之一波长天线(例如倒F天线)之间设置一半波长天线(例如环形天线)，利用半波长天线的电流零点特性，当射频信号馈入一天线的辐射体时，可在邻近同类型的天线辐射体上产生方向相反的射频电流，而相邻但不同类型的天线辐射体上产生部分方向相反的射频电流，藉以提高该天线与相邻天线间的隔离度。

附图说明

图1为本实用新型实施例一天线系统的示意图。

图2为本实用新型实施例一无线通讯装置的示意图。

图3A至图3C分别馈入一射频信号至图2的多个天线的电流方向示意图。

图4绘示图2的天线的反射系数S11以及隔离度。

图5为本实用新型实施例另一天线系统的示意图。

其中，附图标记说明如下：

2 无线通讯装置

10、20、50 天线系统

ANT1、ANT2、ANT3、ANT4、ANT5、

ANT6、ANT7、ANT8、ANT9、ANT10 天线

16 天线模块

110、120、130、140、150 馈入端

111、121、131、141、151、911、1011 辐射体

112、122、142、152 接地段

912、1012 支臂

A、B、C、C’ 电流零点

X、Y、Z 方向

22 壳体

GND 接地部

RF1、RF2、RF3 射频信号

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

图1为本实用新型实施例一天线系统10的示意图。天线系统10可用于一无线通讯装置，例如无线配接器(Wireless Dongle)、蓝牙通讯装置、智慧型手机、平板电脑、网络摄影机(IP Camera)、无线存取点(Wireless Access Point)、以及个人电脑等。天线系统10包含天线ANT1、ANT2及ANT3，以支持多输入多输出通讯技术或同时支持多个无线通讯技术。

天线ANT1包含一馈入端110、一辐射体111以及一接地段112。辐射体111电性连接于馈入端110、接地段112及一辐射体121，用来共振一第一射频信号。天线ANT2电性连接于天线ANT1及ANT3，包含一馈入端120、辐射体121以及一接地段122。辐射体121电性连接于馈入端120、接地段122、辐射体111及一辐射体131，用来共振一第二射频信号。天线ANT3电性连接于天线ANT2及ANT4，包含一馈入端130、辐射体131以及接地段122，换言之，天线ANT2及ANT3共用接地段122。辐射体131电性连接于馈入端130、接地段122及辐射体121，用来共振一第三射频信号。天线ANT2设置于天线ANT1及天线ANT3之间，接地段112设置于馈入端110及馈入端120之间，且接地段122设置于馈入端120及馈入端130之间。

于一实施例中，天线ANT1及ANT3分别为一四分之一波长天线，且天线ANT2为一半波长天线，其中四分之一波长天线可为一倒F(Inverted F)天线，半波长天线可为一环形(Loop)天线。

在上述架构下，本实用新型在两个四分之一波长天线之间设置一半波长天线，利用半波长天线的电流零点特性，当射频信号馈入一天线的辐射体时，可在邻近同类型的天线辐射体上产生方向相反的射频电流，而相邻但不同类型的天线辐射体上产生部分方向相反的射频电流，藉以提高该天线与相邻天线间的隔离度。

以天线ANT1及ANT2为例说明，由于天线ANT2为半波长天线，因此当第一射频信号馈入辐射体111时，可于天线ANT2的电流路径(即辐射体121)中形成一电流零点A，其中以电流零点A为中心的两端电流方向相反，即第一射频信号在辐射体111及部分辐射体121产生的射频电流从电流零点A流向-X方向，且第一射频信号在部分辐射体121产生的射频电流从电流零点A流向+X方向。另一方面，当第二射频信号馈入辐射体121时，可于辐射体121中形成电流零点A，其中第二射频信号在辐射体111及部分辐射体121产生的射频电流从辐射体111的开路端朝+X方向流向电流零点A，且第二射频信号在部分辐射体121产生的射频电流从辐射体131朝-X方向流向电流零点A。

换言之，当第一射频信号及第二射频信号同时馈入天线系统10时，分别于辐射体111及121中产生的射频电流方向为相反方向，以降低第一射频信号及第二射频信号间的互相干扰，以维持天线ANT1与ANT2间的隔离度。同理，当第二射频信号及第三射频信号同时馈入天线系统10时，分别于辐射体121及131中产生的射频电流方向为相反方向，以降低第二射频信号及第三射频信号间的互相干扰，以维持天线ANT2与ANT3间的隔离度。请注意，本领域具通常知识者可据以修饰变化，而不限于上述实施例。

举例来说，于一实施例中，天线系统10另包含至少一天线模块16，其中天线模块16包含天线ANT4及ANT5。天线ANT4电性连接于天线ANT3，包含一馈入端140、一辐射体141以及一接地段142。辐射体141电性连接于馈入端140、接地段142及辐射体131，用来共振一第四射频信号。天线ANT5电性连接于天线ANT4，包含一馈入端150、一辐射体151以及一接地段152。辐射体151电性连接于馈入端150、接地段152及辐射体141，用来共振一第五射频信号。接地段142设置于馈入端130及馈入端140之间，且接地段152设置于馈入端140及馈入端150之间。

天线ANT4为一半波长天线(例如一环形天线)，且天线ANT5为一四分之一波长天线(例如一倒F天线)。同理，当射频信号馈入天线系统10时，可于天线ANT2及ANT4的电流路径中分别形成电流零点A及B，其中以电流零点A为中心的两端电流方向相反、以电流零点B为中心的两端电流方向也相反。当多个射频信号同时馈入天线系统10时，由于邻近同类型的辐射体111、131及151设置于电流零点的两端，因此多个射频信号中的任一射频信号于辐射体111、131及151中产生的射频电流方向为相反方向，以降低邻近同类型辐射体间的信号干扰。此外，辐射体121及141形成有电流零点，因此多个射频信号中的任一射频信号于辐射体121及141中产生的部分射频电流方向与相邻辐射体111、131及151的射频电流方向相反。因此，整体上，本实用新型的天线配置可维持天线ANT1、ANT2、ANT3、ANT4与ANT5间的隔离度。如此一来，在天线系统10的天线数量增加的情况下，本实用新型可维持多个天线间的隔离度，以提升无线通讯装置的应用范畴。

于一实施例中，射频信号的频率为2.4GHz～2.5GHz或5.1GHz～5.8GHz，以适用无线区域网络(Wireless Local Area Network)、WiFi及蓝牙(Bluetooth)无线通讯技术规定的频率范围。然而不限于此，于其他实施例中，藉由调整天线所包含元件的长度、形状等，可调整天线的共振模态匹配及操作频率，以适用于其他无线通讯技术，例如第三代行动通讯技术、长期演进(Long Term Evolution，LTE)等。

图2为本实用新型实施例一无线通讯装置2的示意图。无线通讯装置2包含一壳体22及一天线系统20。天线系统20与天线系统10的架构类似，包含天线ANT6、ANT7及ANT8。天线ANT6及ANT8分别为一四分之一波长天线(例如倒F天线)，且天线ANT7为一半波长天线(例如环形天线)。壳体22形成有一接地部GND，其中接地部GND电性连接于天线ANT6、ANT7及ANT8的接地段。于一实施例中，天线ANT7的辐射体包含至少一弯折，如此可节省天线尺寸，以有效利用无线通讯装置2的天线空间。此外，天线ANT6的辐射体沿Y方向延伸以呈现垂直极化，而天线ANT8的辐射体沿X方向延伸以呈现水平极化，如此可使天线ANT6及ANT8在空间中的极化方向互为正交，以提升同类型天线ANT6及ANT8间的隔离度。于一实施例中，壳体22可为一电路板，或任何设置于无线通讯装置2内的机构件、金属元件或非金属元件。

图3A至图3C分别为馈入一射频信号至天线ANT6、ANT7及ANT8的电流方向示意图。于图3A中，当一射频信号RF1馈入天线ANT6时，可于天线ANT7的辐射体中形成一电流零点C，以电流零点C为中心的两端电流方向相反，其中部分天线ANT7及天线ANT8的电流方向大致从电流零点C朝向+X方向，且部分天线ANT7及天线ANT6的电流方向大致从电流零点C往-X方向再朝-Y方向。

于图3B中，当一射频信号RF2馈入天线ANT7时，可于天线ANT7的辐射体中形成电流零点C，其中部分天线ANT7及天线ANT8的电流方向从天线ANT8的开路端大致朝-X方向流往电流零点C，且部分天线ANT7及天线ANT6的电流方向从天线ANT6的开路端大致朝+Y方向流往电流零点C。

于图3C中，当一射频信号RF3馈入天线ANT8时，可于天线ANT7的辐射体中形成另一电流零点C’，以电流零点C’为中心的两端电流方向相反，其中部分天线ANT7及天线ANT8的电流方向从电流零点C’大致朝向+X方向，且部分天线ANT7及天线ANT6的电流方向从电流零点C’大致往-X方向再朝-Y方向。因此，当多个射频信号RF1、RF2及RF3同时馈入至天线ANT6、ANT7及ANT8时，多个射频信号RF1、RF2及RF3中的任一者于邻近同类型天线ANT6及ANT8中产生的射频电流方向为相反方向，且多个射频信号RF1、RF2及RF3中的任一射频信号于天线ANT7中产生的部分射频电流方向与相邻不同类型天线ANT6及ANT8的射频电流方向相反，以维持天线ANT6、ANT7及ANT8间的隔离度。

需注意的是，前述关于天线ANT6、ANT7及ANT8电流方向的叙述是概略性地说明天线系统20可产生电流零点C、C’，藉以维持天线ANT6、ANT7及ANT8间的隔离度，而详细电流方向可参考图3A至图3C。

图4绘示天线ANT6、ANT7及ANT8的反射系数S11以及隔离度。如图4所示，于频率2.4～2.5GHz中，天线ANT6、ANT7及ANT8的反射系数S11皆低于-10dB(分别以细实线、粗实线及细虚线表示)；天线ANT6与ANT7的隔离度约为-15dB(以粗虚线表示)；且天线ANT7与ANT8的隔离度约为-15dB(以长短线表示)。因此，天线ANT6、ANT7及ANT8可适用于无线区域网络、WiFi及蓝牙等无线通讯技术。

于一实施例中，天线系统的天线本体可为平面结构或是立体结构。举例来说，如图2所示，天线系统20的天线本体为平面结构，天线ANT6、ANT7及ANT8与接地部GND形成于X-Y平面。于一实施例中，如图5所示，其为本实用新型实施例另一天线系统50的示意图。天线系统50与天线系统20的差异在于天线系统50的天线ANT9及ANT10为立体结构。具体来说，天线ANT9包含一辐射体911及一支臂912，支臂912电性连接于辐射体911。天线ANT10包含一辐射体1011及一支臂1012，支臂1012电性连接于辐射体1011。辐射体911及辐射体1011形成于X-Z平面，支臂912及支臂1012形成于X-Y平面，且X-Z平面垂直于X-Y平面。

此外，于一实施例中，天线本体与接地部可形成于不同平面，例如，天线本体可形成于X-Z平面，而接地部GND可形成于X-Y平面。

综上所述，本实用新型在两个四分之一波长天线之间设置一半波长天线，利用半波长天线的电流零点特性，当射频信号馈入一天线的辐射体时，可在相邻天线的辐射体上产生方向相反的射频电流，藉以提高该天线与相邻天线间的隔离度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种具高隔离度的天线系统，用于一无线通讯装置，其特征在于，包含：

一第一天线，包含一第一馈入端以及一第一接地段；

一第二天线，电性连接于该第一天线，包含一第二馈入端以及一第二接地段；以及

一第三天线，电性连接于该第二天线，包含一第三馈入端；

其中，该第二天线设置于该第一天线及该第三天线之间，该第一接地段设置于该第一馈入端及该第二馈入端之间，且该第二接地段设置于该第二馈入端及该第三馈入端之间。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，该第一天线及该第三天线分别为一四分之一波长天线或一倒F天线，且该第二天线为一半波长天线或一环型天线。

3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，该第一天线包含一第一辐射体，电性连接于该第一馈入端及该第一接地段；该第二天线包含一第二辐射体，电性连接于该第二馈入端及该第二接地段；以及该第三天线包含一第三辐射体，电性连接于该第三馈入端、该第二接地段及该第二辐射体，其中该第三辐射体电性连接于第一辐射体及该第二辐射体之间。

4.根据权利要求3所述的天线系统，其特征在于，该第二辐射体包含至少一弯折，该第一辐射体沿一第一方向延伸，该第三辐射体沿一第二方向延伸，且该第一方向垂直该第二方向。

5.根据权利要求3所述的天线系统，其特征在于，该第一天线另包含一第一支臂，电性连接于该第一辐射体，该第二天线另包含一第二支臂，电性连接于该第二辐射体，该第一辐射体及该第二辐射体形成于一第一平面，该第一支臂及该第二支臂形成于一第二平面，且该第一平面垂直于该第二平面。

6.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，另包含至少一天线模块，其中该至少一天线模块的每一者包含：

一第四天线，电性连接于该第三天线，包含一第四馈入端以及一第四接地段；以及

一第五天线，电性连接于该第四天线，包含一第五馈入端以及一第五接地段；

其中，该第四接地段设置于该第三馈入端及该第四馈入端之间，且该第五接地段设置于该第四馈入端及该第五馈入端之间。

7.根据权利要求6所述的天线系统，其特征在于，该第四天线为一半波长天线或一环型天线，且该第五天线为一四分之一波长天线或一倒F天线。

8.根据权利要求6所述的天线系统，其特征在于，该第四天线另包含一第四辐射体，电性连接于该第四馈入端、该第四接地段以及该第三天线的一第三辐射体，该第五天线另包含一第五辐射体，电性连接于该第五馈入端、该第五接地段以及该第四辐射体。