TW201419659A - 去耦合電路及天線裝置 - Google Patents

Abstract

去耦合電路，用來提升二天線間之隔離度，該二天線大致對稱地設置於一基板上，該去耦合電路包含有一第一金屬條、一第二金屬條，平行設置於該二天線間，且電性連接於一地端；一金屬連接條，電性連接該第一金屬條及該第二金屬條之頂端，以與該第一金屬條及該第二金屬條大致形成一門框結構；一第一梳形結構，包含有複數個金屬線段，以相互平行方式設置於該基板上並電性連接於該第一金屬條，並與該第一金屬條垂直；以及一第二梳形結構，包含有複數個金屬線段，以相互平行方式設置於該基板上並電性連接於該第二金屬條，並與該第二金屬條垂直。

Description

去耦合電路及天線裝置

本發明係指一種去耦合電路及天線裝置，尤指一種可抑制天線間耦合作用，以提升天線隔離度之去耦合電路及天線裝置。

具有無線通訊功能的電子產品係透過天線來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號，進而存取無線網路。因此，為了讓使用者能更方便地存取無線通訊網路，理想天線的頻寬應在許可範圍內儘可能地增加，而尺寸則應儘量減小，以配合電子產品體積縮小之趨勢。除此之外，隨著無線通訊技術不斷演進，電子產品所配置的天線數量可能增加。舉例來說，長期演進(Long Term Evolution，LTE)無線通訊系統及無線區域網路標準IEEE 802.11n支援多輸入多輸出(Multi-input Multi-output，MIMO)通訊技術，亦即相關電子產品可透過多重(或多組)天線同步收發無線訊號，以在不增加頻寬或總發射功率耗損(Transmit Power Expenditure)的情況下，大幅地增加系統的資料吞吐量(Throughput)及傳送距離，進而有效提升無線通訊系統之頻譜效率及傳輸速率，改善通訊品質。

由上述可知，要實現多輸入多輸出功能中空間多工、多樣技術，先決條件必需搭配多組天線，以將空間分成許多通道，進而提供多 個天線場型。當同一電子產品在有限空間下配置多組天線時，通訊上的基本需求之一是這些天線都是獨立，彼此不會相互影響，且具有良好的隔離度，因此降低天線之間互相耦合的現象就成為業界所努力的目標之一。然而，在有限空間下，要提高天線隔離度同時又要維持多輸入多輸出之資料吞吐量，勢必增加許多設計難度。因此，如何設計符合傳輸需求的天線，同時兼顧尺寸及功能，已成為業界所努力的目標之一。

因此，本發明主要提供一種去耦合電路及天線裝置，其可降低天線之間互相耦合的現象，以提升天線效率。

本發明揭露一種去耦合電路，用來提升二天線間之隔離度，該二天線大致對稱地設置於一基板上，該去耦合電路包含有一第一金屬條，設置於該基板上該二天線間，且電性連接於一地端；一第二金屬條，設置於該基板上該二天線間，大致平行於該第一金屬條，且電性連接於該地端；一金屬連接條，設置於該基板上該二天線間，並電性連接該第一金屬條之一端及該第二金屬條之一端，以與該第一金屬條及該第二金屬條大致形成一門框結構；一第一梳形結構，包含有複數個金屬線段，以相互平行方式設置於該基板上並電性連接於該第一金屬條，並與該第一金屬條垂直；以及一第二梳形結構，包含有複數個金屬線段，以相互平行方式設置於該基板上並電性連接於該第二金屬條，並與該第二金屬條垂直。

本發明另揭露一種天線裝置，包含有一基板；二天線，大致對稱地設置於該基板上；以及一去耦合電路，包含有一第一金屬條，設置於該基板上該二天線間，且電性連接於一地端；一第二金屬條，設置於該基板上該二天線間，大致平行於該第一金屬條，且電性連接於該地端；一金屬連接條，設置於該基板上該二天線間，並電性連接該第一金屬條之一端及該第二金屬條之一端，以與該第一金屬條及該第二金屬條大致形成一門框結構；一第一梳形結構，包含有複數個金屬線段，以相互平行方式設置於該基板上並電性連接於該第一金屬條，並與該第一金屬條垂直；以及一第二梳形結構，包含有複數個金屬線段，以相互平行方式設置於該基板上並電性連接於該第二金屬條，並與該第二金屬條垂直。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一天線裝置10之示意圖。天線裝置10包含有一基板100、一第一天線102、一第二天線104及一去耦合電路106。基板100可為一印刷電路板或一電子裝置之殼體的一部分，若為電子裝置之殼體的一部分，則基板100可能配合機構外型設計而包含有凹凸、起伏、穿孔等結構，或者具可撓性。然而，為求簡潔並清楚說明本發明之概念，先以平板式之基板100為例進行說明。第一天線102及第二天線104皆為單極天線，並大致對稱地設置於基板100上。去耦合電路106係以導電材質製 成，並設置於基板100上第一天線102及第二天線104之間，用以抑制天線間耦合作用，以提升天線隔離度，藉此可維持或提升多輸入多輸出之資料吞吐量。

詳細來說，去耦合電路106包含有一第一金屬條108、一第二金屬條110、一金屬連接條112、一第一梳形結構114及一第二梳形結構116。第一金屬條108及第二金屬條110係平行設置於基板100上，並電性連接於地端。金屬連接條112設置於基板100上，並電性連接第一金屬條108及第二金屬條110之頂端，以與第一金屬條108及第二金屬條110大致形成一門框結構(即類似於ㄇ或Π型)。其中，第一金屬條108與第一天線102之距離約為待收發無線訊號的1/4波長，同樣地，第二金屬條110與第二天線104之距離亦約為待收發無線訊號的1/4波長。另一方面，第一梳形結構114係由多個金屬線段118所組成，金屬線段118相互平行地設置於基板100上並電性連接於第一金屬條110，彼此間隔待收發無線訊號的1/10到1/20波長。同理，第二梳形結構116係由多個金屬線段120所組成，金屬線段120相互平行地設置於基板100上並電性連接於第二金屬條112，彼此間隔待收發無線訊號的1/10到1/20波長。另外，金屬線段118、120分別與第一金屬條110及第二金屬條112垂直，更精確來說，係與天線垂直極化方向正交。

因此，由於第一金屬條108、第二金屬條110及金屬連接條112所形成之門框型接地結構係與第一、二天線102、104位於同一平 面，又介於第一、二天線102、104之間，可有效利用空間隔離耦合效果，同時金屬線段118、120也可有效避免相對應頻段之直接波的傳遞。在此情形下，以LTE應用所需的頻段而言，第一天線102與第二天線104的涵蓋寬度可低於4公分，因而可提升空間利用率。

需注意的是，第1圖係為本發明實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾，而不限於此。舉例來說，請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一天線裝置20之示意圖。天線裝置20之結構及運作方法與第1圖之天線裝置10相似，故相同元件以相同符號表示。天線裝置20與天線裝置10不同處在於天線裝置20之一去耦合電路206較去耦合電路106多增加了一第三金屬條200及一第四金屬條202，其同樣可抑制天線間耦合作用，以提升天線隔離度。詳細來說，第三金屬條200設置於第一金屬條108與第一天線102間，同樣電性連接於地端，而第四金屬條202則設置於第二金屬條110與第二天線104間，同樣電性連接於地端。第三金屬條200及第四金屬條202可調整頻寬，以增加設計彈性。

此外，如前所述，基板100可為印刷電路板。在此情形下，天線裝置10、20可以直立方式設置於一底座上。舉例來說，第3圖為天線裝置20以直立方式設置於一底座300之示意圖。在第3圖中，底座300中可能包含有用來固定天線裝置20之機構、處理射頻訊號之射頻電路、處理器等，視不同應用而定。

另一方面，在第1圖或第2圖中，第一金屬條108與第二金屬條110為不等長，但亦可為等長，視系統需求而定。同樣地，第三金屬條200及第四金屬條202之長度亦可為等長或不等長。此外，在第1圖或第2圖中，第一天線102及第二天線104係為大致對稱之形式，兩者皆為三個門框型單極天線所組合而成，此門框型結構可產生電容性效果，有效縮短天線長度，且其一之單極天線結構為小於相對應頻率之四分之一波長。另外，第一天線102及第二天線104之形狀或尺寸可依系統需求各別調整，或者可採用其它形式之天線。舉例來說，請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一天線裝置40之示意圖。天線裝置40之結構及運作方法與第1圖之天線裝置10相似，包含有一基板400、一第一天線402、一第二天線404及一去耦合電路406。去耦合電路406之運作方式與架構與第1圖中去耦合電路106相同，同樣用來抑制天線間耦合作用，以提升天線隔離度，藉此維持或提升多輸入多輸出之資料吞吐量。天線裝置40與天線裝置10不同處在於天線裝置40之第一天線402及第二天線404係為平面倒F式天線(Planar Inverted F Antenna)，其亦符合本發明之應用範圍。當然，天線裝置40亦可如第2圖之例增加第三、四金屬條，或者如第5圖所示，亦可直立設置於一底座500上。

在前述實施例中，基板100、400係以平面結構為例，然而，如前所述，基板100可為一電子裝置之殼體的一部分，亦即可能因外型設計而包含有凹凸、起伏、穿孔等結構。在此情形下，本發明之去耦合電路亦可抑制天線間耦合作用，以提升天線隔離度。舉例來 說，請參考第6圖，第6圖為本發明實施例一天線裝置60之剖視示意圖。天線裝置60包含有一基板600、一第一天線602、一第二天線604及一去耦合電路606。比較第6圖之天線裝置60與第2圖或第3圖之天線裝置20可知，天線裝置60之架構與天線裝置20相同，故同樣可透過去耦合電路606抑制天線間耦合作用，以提升天線隔離度，藉此維持或提升多輸入多輸出之資料吞吐量。天線裝置60與天線裝置20不同之處在於基板600為一汽車車頂天線中殼體的一部分，換言之，第一天線602、第二天線604及去耦合電路606係設置或直接形成於汽車車頂天線殼體的內側，而形成的方式可以是雷射直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)，或是利用導電塗料材料進行塗佈、印刷、技術蒸鍍(Evaporation deposition)，或是製作在產品之殼體表面再以漆或是膠塗佈做隔絕接觸等，且不限於此。

另外，天線裝置60之尺寸、材質等性質可依所需應用之系統而適調整，以應用於LTE系統而言，第一天線602與第二天線604的涵蓋寬度可低於4公分，因而可提升空間利用率。另外，當天線裝置60應用於LTE系統時的多輸入多輸出效能，可進一步參考第7A、7B、8、9A、9B、10A、10B圖。第7A、7B圖為天線裝置60應用於LTE系統進行多輸入多輸出運作時的電壓駐波比(即S11、S22參數)示意圖，第8圖為天線裝置60應用於LTE系統進行多輸入多輸出運作時的隔離度(即S21參數)示意圖。在第7A、7B、8圖中，虛線及實線分別表示以第一天線602及第二天線604進行量測或模擬的結果。由此可知，天線裝置60在2.02~2.25 GHz匹配 較好的頻段，尚可獲得20~35 dB的隔離度。另外，第9A、9B圖為天線裝置60應用於LTE系統進行多輸入多輸出運作時第一天線602及第二天線604之輻射效率圖，而第10A、10B圖為天線裝置60應用於LTE系統進行多輸入多輸出運作時第一天線602及第二天線604之二維電場(E-plane)場型圖。因此，由第7A、7B圖至第10A、10B圖可以看出，即使在有限空間下，天線裝置60仍可於進行多輸入多輸出運作時具有適當頻寬及良好隔離度、輻射效率等。

綜上所述，本發明之去耦合電路可有效提升天線隔離度，除有助於空間充分利用外，並可抑制天線間耦合作用，以維持或提升多輸入多輸出之資料吞吐量。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧天線裝置

100、400、600‧‧‧基板

102、402、602‧‧‧第一天線

104、404、604‧‧‧第二天線

106、206、406、606‧‧‧去耦合電路

108‧‧‧第一金屬條

110‧‧‧第二金屬條

112‧‧‧金屬連接條

114‧‧‧第一梳形結構

116‧‧‧第二梳形結構

118、120‧‧‧金屬線段

200‧‧‧第三金屬條

202‧‧‧第四金屬條

300、500‧‧‧底座

第1圖為本發明實施例一天線裝置之示意圖。

第2圖為本發明實施例一天線裝置之示意圖。

第3圖為第2圖之天線裝置以直立方式設置於一底座之示意圖。

第4圖為本發明實施例一天線裝置之示意圖。

第5圖為第4圖之天線裝置以直立方式設置於一底座之示意圖。

第6圖為本發明實施例一天線裝置之剖視示意圖。

第7A、7B圖為第6圖之天線裝置應用於長期演進無線通訊系 統進行多輸入多輸出運作時的電壓駐波比示意圖。

第8圖為第6圖之天線裝置應用於長期演進無線通訊系統進行多輸入多輸出運作時的隔離度示意圖。

第9A、9B圖為第6圖之天線裝置應用於長期演進無線通訊系統進行多輸入多輸出運作時一第一天線及一第二天線之輻射效率圖。

第10A、10B圖為第6圖之天線裝置應用於長期演進無線通訊系統進行多輸入多輸出運作時一第一天線及一第二天線之二維電場場型圖。

10‧‧‧天線裝置

100‧‧‧基板

102‧‧‧第一天線

104‧‧‧第二天線

106‧‧‧去耦合電路

108‧‧‧第一金屬條

110‧‧‧第二金屬條

112‧‧‧金屬連接條

114‧‧‧第一梳形結構

116‧‧‧第二梳形結構

118、120‧‧‧金屬線段

Claims (20)

1. 一種去耦合電路，用來提升二天線間之隔離度，該二天線大致對稱地設置於一基板上，該去耦合電路包含有：一第一金屬條，設置於該基板上該二天線間，且電性連接於一地端；一第二金屬條，設置於該基板上該二天線間，大致平行於該第一金屬條，且電性連接於該地端；一金屬連接條，設置於該基板上該二天線間，並電性連接該第一金屬條之一端及該第二金屬條之一端，以與該第一金屬條及該第二金屬條大致形成一門框結構；一第一梳形結構，包含有複數個金屬線段，以相互平行方式設置於該基板上並電性連接於該第一金屬條，並與該第一金屬條垂直；以及一第二梳形結構，包含有複數個金屬線段，以相互平行方式設置於該基板上並電性連接於該第二金屬條，並與該第二金屬條垂直。
2. 如請求項1所述之去耦合電路，其中該二天線相距一第一距離，該第一金屬條與該二天線中較近之一天線相距一第二距離，該第二金屬條與該二天線中較近之一天線相距一第三距離，該第一距離大於該第二距離與該第三距離之一總和。
3. 如請求項2所述之去耦合電路，其中該二天線分別用來收發一 特定頻段之無線訊號，該第二距離或該第三距離大致等於該無線訊號的四分之一波長。
4. 如請求項3所述之去耦合電路，其中該第一梳形結構及該第二梳形結構中任一金屬線段與一相鄰金屬線段之一距離介於該無線訊號的二十分之一波長與十分之一波長之間。
5. 如請求項1所述之去耦合電路，其中該第一金屬條之一長度小於該第二金屬條之一長度。
6. 如請求項1所述之去耦合電路，其另包含：一第三金屬條，設置於該門框結構外該第一金屬條與該二天線中一天線間，且電性連接於該地端；以及一第四金屬條，設置於該門框結構外該第二金屬條與該二天線中另一天線間，且電性連接於該地端。
7. 如請求項1所述之去耦合電路，其中該基板係一電子裝置之一殼體的一部分。
8. 如請求項1所述之去耦合電路，其中該基板具有至少一起伏。
9. 如請求項8所述之去耦合電路，其係以一雷射直接成型方式設置於該基板。
10. 如請求項1所述之去耦合電路，其中該二天線皆為平面式單極天線。
11. 一種天線裝置，包含有：一基板；二天線，大致對稱地設置於該基板上；以及一去耦合電路，包含有：一第一金屬條，設置於該基板上該二天線間，且電性連接於一地端；一第二金屬條，設置於該基板上該二天線間，大致平行於該第一金屬條，且電性連接於該地端；一金屬連接條，設置於該基板上該二天線間，並電性連接該第一金屬條之一端及該第二金屬條之一端，以與該第一金屬條及該第二金屬條大致形成一門框結構；一第一梳形結構，包含有複數個金屬線段，以相互平行方式設置於該基板上並電性連接於該第一金屬條，並與該第一金屬條垂直；以及一第二梳形結構，包含有複數個金屬線段，以相互平行方式設置於該基板上並電性連接於該第二金屬條，並與該第二金屬條垂直。
12. 如請求項11所述之天線裝置，其中該二天線相距一第一距離， 該第一金屬條與該二天線中較近之一天線相距一第二距離，該第二金屬條與該二天線中較近之一天線相距一第三距離，該第一距離大於該第二距離與該第三距離之一總和。
13. 如請求項12所述之天線裝置，其中該二天線分別用來收發一特定頻段之無線訊號，該第二距離或該第三距離大致等於該無線訊號的四分之一波長。
14. 如請求項13所述之天線裝置，其中該第一梳形結構及該第二梳形結構中任一金屬線段與一相鄰金屬線段之一距離介於該無線訊號的二十分之一波長與十分之一波長之間。
15. 如請求項11所述之天線裝置，其中該第一金屬條之一長度小於該第二金屬條之一長度。
16. 如請求項11所述之天線裝置，其中該去耦合電路另包含：一第三金屬條，設置於該門框結構外該第一金屬條與該二天線中一天線間，且電性連接於該地端；以及一第四金屬條，設置於該門框結構外該第二金屬條與該二天線中另一天線間，且電性連接於該地端。
17. 如請求項11所述之天線裝置，其中該基板係一電子裝置之一殼體的一部分。
18. 如請求項11所述之天線裝置，其中該基板具有至少一起伏。
19. 如請求項18所述之天線裝置，其係以一雷射直接成型方式設置於該基板。
20. 如請求項11所述之天線裝置，其中該二天線皆為平面式單極天線。