TW201539859A - 寬頻天線模組 - Google Patents

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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Abstract

一種寬頻天線模組，包含一接地導體、一第一輻射導體、一第二輻射導體及一退耦電感。第一輻射導體包括一第一饋入部、一第一接地部、一第一輻射部、一第二輻射部及一第三輻射部。第二輻射部連接於連接第一饋入部的第一輻射部。第三輻射部具有一連接第一輻射部的第一連接端及一第一自由端。第二輻射導體包括一第二饋入部、一第二接地部、一第四輻射部、一第五輻射部及一第六輻射部。第五輻射部連接於連接第二饋入部的第四輻射部。第六輻射部具有一連接第四輻射部的第二連接端及一第二自由端。退耦電感跨接於第一自由端及第二自由端。

Description

寬頻天線模組
本發明是有關於一種寬頻天線模組，特別是指一種體積小且隔離度佳的寬頻天線模組。
多天線系統(例如MIMO系統)目前被用來提升傳輸資料率(Data rate)、資料吞吐量(Data throughput)、頻譜效率(Spectrum efficiency)、連結可靠性(Link reliability)及傳輸頻道容量(Channel capacity)。然而隨著可攜式電子裝置持續小型化，同一可攜式電子裝置內之多個天線間的距離愈來愈短。當兩支天線彼此靠近且支援相同的共振頻帶時，天線與天線之間的互感效應(Mutual coupling effect)導致天線間的隔離度變差且導致天線效率下降。
一種現有改善隔離度的技術是於二天線之間設置突出的接地面(protruded ground plane)，如美國專利第US 6,624,790號專利所示。但是，此技術的缺點是添加於天線間的接地面會增加天線模組整體的尺寸，與小型化的目標背道而馳。此外，此技術於5GHz的共振頻段不夠寬，無法涵蓋WLAN 802.11a.n。
因此，如何發展出一種新的天線模組，能改善天線與天線之間的隔離度，且維持天線良好的傳輸效能及小型化的尺寸，並達成寬頻的傳輸，遂成為本案進一步要探討的主題。
因此，本發明之目的，即在提供一種隔離度佳的寬頻天線模組。
於是，本發明寬頻天線模組，包含一接地導體、一第一輻射導體、一第二輻射導體及一退耦電感。該接地導體具有一第一接地端及一第二接地端。該第一輻射導體包括一第一饋入部、一第一接地部、一第一輻射部、一第二輻射部及一第三輻射部。該第一饋入部與該接地導體間隔設置且具有一供饋入一第一射頻訊號並鄰近該第一接地端的第一饋入端。該第一接地部連接該第一饋入部及該接地導體。該第一輻射部連接該第一饋入部。該第二輻射部連接該第一輻射部。該第三輻射部具有一連接該第一輻射部的第一連接端及一相反於該第一連接端的第一自由端。
該第二輻射導體包括一第二饋入部、一第二接地部、一第四輻射部、一第五輻射部及一第六輻射部。該第二饋入部與該接地導體間隔設置且具有一供饋入一第二射頻訊號並鄰近該第二接地端的第二饋入端。該第二接地部連接該第二饋入部及該接地導體。該第四輻射部連接該第二饋入部。該第五輻射部連接該第四輻射部。該第六輻 射部具有一連接該第四輻射部的第二連接端及一相反於該第二連接端且鄰近該第三輻射部的第一自由端之第二自由端。該退耦電感跨接於該第三輻射部的第一自由端及該第六輻射部的第二自由端。
較佳地，該第一饋入部、該第一輻射部及該第二輻射部形成一產生一第一共振模態之第一電流路徑，該第一共振模態涵蓋一第一頻段，該第二饋入部、該第四輻射部及該第五輻射部形成一產生一第二共振模態之第二電流路徑，該第二共振模態涵蓋該第一頻段，該第一接地部具有一由該接地導體概沿一第一方向延伸的第一接地段，及一由該第一接地段概沿一第二方向延伸至該第一饋入部的第二接地段，該第二接地部具有一由該接地導體概沿該第一方向延伸的第三接地段，及一由該第三接地段概沿一第三方向延伸至該第二饋入部的第四接地段，該第一接地部的第一接地段、該第二接地部的第三接地段及該接地導體形成一第三電流路徑，該第三電流路徑的長度概為該第一頻段對應之波長的二分之一。
較佳地，該第一接地部的第二接地段、該第一輻射部、該第三輻射部形成一產生一第三共振模態之第四電流路徑，該第三共振模態涵蓋一頻率低於該第一頻段的第二頻段，該第二接地部的第四接地段、該第四輻射部、該第六輻射部形成一產生一第四共振模態之第五電流路徑，該第四共振模態涵蓋該第二頻段。
較佳地，該第二方向垂直於該第一方向，該第 三方向相反於該第二方向。
較佳地，該第一輻射部由該第一饋入部概沿第二方向延伸，該第二輻射部由該第一輻射部概沿一第四方向延伸，該第四輻射部由該第二饋入部概沿第三方向延伸，該第五輻射部由該第四輻射部概沿該第四方向延伸，該第四方向相反於該第一方向。
較佳地，該第三輻射部具有一第一連接段、一第一蜿蜒段及一第一延伸段，該第一連接段由該第一輻射部概沿該第一方向延伸，該第一蜿蜒段由該第一連接段概沿該第三方向延伸且呈蜿蜒狀，該第一延伸段由該第一蜿蜒段概沿該第三方向延伸，該第一連接段具有該第一連接端，該第一延伸段具有該第一自由端。
較佳地，該第六輻射部具有一第二連接段、一第二蜿蜒段及一第二延伸段，該第二連接段由該第四輻射部概沿該第一方向延伸，該第二蜿蜒段由該第二連接段概沿該第二方向延伸且呈蜿蜒狀，該第二延伸段由該第二蜿蜒段概沿該第二方向延伸，該第二連接段具有該第二連接端，該第二延伸段具有該第二自由端。
較佳地，該第一饋入部係由其第一饋入端概沿該第一方向延伸，該第二饋入部係由其第二饋入端概沿該第一方向延伸。
較佳地，該第一頻段係5GHz~6GHz，該第二頻段係2.4GHz~2.5GHz。
本發明之功效在於藉由退耦電感跨接於第三輻 射部的第一自由端及第六輻射部的第二自由端，能消除第一自由端與第二自由端之間的電容性耦合效應，進而使該第一輻射導體與該第二輻射導體操作於第二頻段時具有好的隔離度；此外，藉由該第三電流路徑的長度概為該第一頻段對應之波長的二分之一，使該第一輻射導體與該第二輻射導體操作於第一頻段時具有好的隔離度。
100‧‧‧寬頻天線模組
1‧‧‧接地導體
11‧‧‧第一接地端
12‧‧‧第二接地端
2‧‧‧第一輻射導體
21‧‧‧第一饋入部
211‧‧‧第一饋入端
22‧‧‧第一接地部
221‧‧‧第一接地段
222‧‧‧第二接地段
23‧‧‧第一輻射部
24‧‧‧第二輻射部
25‧‧‧第三輻射部
251‧‧‧第一連接段
252‧‧‧第一連接端
253‧‧‧第一蜿蜒段
254‧‧‧第一延伸段
255‧‧‧第一自由端
3‧‧‧第二輻射導體
31‧‧‧第二饋入部
311‧‧‧第二饋入端
32‧‧‧第二接地部
321‧‧‧第三接地段
322‧‧‧第四接地段
33‧‧‧第四輻射部
34‧‧‧第五輻射部
35‧‧‧第六輻射部
351‧‧‧第二連接段
352‧‧‧第二連接端
353‧‧‧第二蜿蜒段
354‧‧‧第二延伸段
355‧‧‧第二自由端
4‧‧‧退耦電感
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向
D4‧‧‧第四方向
C1‧‧‧第一電流路徑
C2‧‧‧第二電流路徑
C3‧‧‧第三電流路徑
C4‧‧‧第四電流路徑
C5‧‧‧第五電流路徑
m1‧‧‧第一共振模態
m2‧‧‧第二共振模態
m3‧‧‧第三共振模態
m4‧‧‧第四共振模態
L‧‧‧長度
W‧‧‧寬度
S11‧‧‧曲線
S22‧‧‧曲線
S21‧‧‧曲線
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明寬頻天線模組的較佳實施例的一構造示意圖；圖2是一類似圖1的視圖，說明該寬頻天線模組的電流路徑及尺寸；圖3是該寬頻天線模組的一S參數圖；圖4是該寬頻天線模組的一第一輻射導體及一接地導體操作於一第一頻段的一輻射場型圖；圖5是該寬頻天線模組的一第二輻射導體及該接地導體操作於該第一頻段的一輻射場型圖；圖6是該寬頻天線模組的該第一輻射導體及該接地導體操作於一第二頻段的一輻射場型圖；圖7是該寬頻天線模組的該第二輻射導體及該接地導體操作於該第二頻段的一輻射場型圖；及圖8是該寬頻天線模組的一輻射效率圖。
參閱圖1，是本發明寬頻天線模組100之較佳實施例。寬頻天線模組100包含一接地導體1、一第一輻射導體2、一第二輻射導體3及一退耦(Decoupling)電感4。
接地導體1具有一第一接地端11及一第二接地端12。第一輻射導體2包括一第一饋入部21、一第一接地部22、一第一輻射部23、一第二輻射部24及一第三輻射部25。第一饋入部21與接地導體1間隔設置且具有一供饋入一第一射頻訊號並鄰近第一接地端11的第一饋入端211。本實施例的第一饋入部21係由其第一饋入端211沿一第一方向D1延伸。
第一接地部22連接第一饋入部21及接地導體1。第一接地部22具有一第一接地段221及一第二接地段222。第一接地段221由接地導體1沿第一方向D1延伸，第二接地段222由第一接地段221遠離接地導體1的一端沿一第二方向D2延伸至第一饋入部21遠離接地導體1的一端，其中該第二方向D2係垂直於該第一方向D1。
第一輻射部23連接於第一饋入部21，更明確的說，第一輻射部23由第一饋入部21遠離接地導體1的一端沿第二方向D2延伸。第三輻射部25具有一連接第一輻射部23的第一連接端252及一相反於第一連接端252的第一自由端255。在本實施例中，第三輻射部25具有一第一連接段251、一第一蜿蜒段253及一第一延伸段254。第一連接段251由第一輻射部23遠離第一饋入部21的一端沿 第一方向D1延伸。第一蜿蜒段253由第一連接段251遠離第一輻射部23的一端概沿一第三方向D3延伸且呈蜿蜒狀，其中該第三方向D3係相反於該第二方向D2。第一延伸段254由第一蜿蜒段253遠離第一連接段251的一端沿第三方向D3延伸。第一連接段251具有該第一連接端252，第一延伸段254具有該第一自由端255。
第二輻射部24連接該第一輻射部23，更明確的說，第二輻射部24由第一輻射部23遠離第一饋入部21的一端沿一第四方向D4延伸，其中該第四方向D4相反於該第一方向D1。
第二輻射導體3包括一第二饋入部31、一第二接地部32、一第四輻射部33、一第五輻射部34及一第六輻射部35。第二饋入部31與接地導體1間隔設置且具有一供饋入一第二射頻訊號並鄰近該第二接地端12的第二饋入端311。本實施例的第二饋入部31係由其第二饋入端311概沿該第一方向D1延伸。
第二接地部32連接第二饋入部31及接地導體1。第二接地部32具有一第三接地段321及一第四接地段322。第三接地段321由接地導體1沿該第一方向D1延伸。第四接地段322由第三接地段321遠離接地導體1的一端沿第三方向D3延伸至第二饋入部31遠離接地導體1的一端。
第四輻射部33連接於第二饋入部31，更明確的說，第四輻射部33由第二饋入部31遠離接地導體1的一 端沿第三方向D3延伸。第六輻射部35具有一連接該第四輻射部33的第二連接端352，及一相反於該第二連接端352且鄰近該第三輻射部25的第一自由端255之第二自由端355。在本實施例中，第六輻射部35具有一第二連接段351、一第二蜿蜒段353及一第二延伸段354。第二連接段351由第四輻射部33遠離第二饋入部31的一端沿第一方向D1延伸。第二蜿蜒段353由第二連接段351遠離第四輻射部33的一端概沿第二方向D2延伸且呈蜿蜒狀。第二延伸段354由第二蜿蜒段353遠離第二連接段351的一端沿第二方向D2延伸。第二連接段351具有該第二連接端352，第二延伸段354具有該第二自由端355。
第五輻射部34連接該第四輻射部33，更明確的說，第五輻射部34由第四輻射部33遠離第二饋入部31的一端沿第四方向D4延伸。退耦電感4跨接於第三輻射部25的第一自由端255及第六輻射部35的第二自由端355。
補充說明的是，本實施例的第一接地端11及第二接地端12分別與二同軸纜線(圖未示)的外導體電連接以接收接地訊號。本實施例的第一饋入端211及第二饋入端311分別與該二同軸纜線的內導體電連接以分別接收該第一射頻訊號及該第二射頻訊號。另外，本實施例的第一輻射導體2與接地導體1共同形成一倒F形天線，第二輻射導體3與接地導體1共同形成另一倒F形天線。
參閱圖1至圖3，第一饋入部21、第一輻射部23及第二輻射部24形成一產生一第一共振模態m1之第一 電流路徑C1，該第一共振模態m1涵蓋一第一頻段。第二饋入部31、第四輻射部33及第五輻射部34形成一產生一第二共振模態m2之第二電流路徑C2，該第二共振模態m2涵蓋該第一頻段。第一接地部22的第一接地段221、第二接地部32的第三接地段321及接地導體1形成一第三電流路徑C3。第三電流路徑C3的長度為該第一頻段對應之波長的二分之一。
第一接地部22的第二接地段222、第一輻射部23、第三輻射部25形成一產生一第三共振模態m3之第四電流路徑C4，該第三共振模態m3涵蓋一頻率低於該第一頻段的第二頻段。第二接地部32的第四接地段322、第四輻射部33、第六輻射部35形成一產生一第四共振模態m4之第五電流路徑C5，該第四共振模態m4涵蓋該第二頻段。
藉由第一共振模態m1及第二共振模態m2涵蓋第一頻段，並藉由第三共振模態m3及第四共振模態m4涵蓋第二頻段，能使寬頻天線模組100達到寬頻傳輸的效果。本實施例的第一頻段係5GHz~6GHz，第二頻段係2.4GHz~2.5GHz，也就是說，寬頻天線模組100的操作頻段能涵蓋WLAN(無線區域網路)802.11a.b.g.n及ac。再者，透過第三電流路徑C3的長度為該第一頻段對應之波長的二分之一，能有效改善寬頻天線模組100操作於第一頻段時的隔離度。此外，透過退耦電感4跨接於第一自由端255及第二自由端355，能消除第一輻射導體2與第二輻射導體3之間的電容性耦合(Capacitive coupling)效應，從而改 善寬頻天線模組100操作於第二頻段時的隔離度。
圖3是天線模組的S參數圖，其中，曲線S11是相關於第一輻射導體2之第一饋入端211的返回損失，曲線S22是相關於第二輻射導體3之第二饋入端311的返回損失，曲線S21是代表第一輻射導體2之第一饋入端211及第二輻射導體3之第二饋入端311之間的隔離度。曲線S11及曲線S22顯示第一輻射導體2及第二輻射導體3在第一共振模態m1及第二共振模態m2涵蓋的第一頻段之返回損失小於-6dB，且在第三共振模態m3及第四共振模態m4涵蓋的第二頻段之返回損失亦小於-6dB。又曲線S21顯示第一輻射導體2及第二輻射導體3在第一頻段及第二頻段之隔離度皆小於-15dB。
圖4是第一輻射導體2及接地導體1操作於第一頻段的輻射場型圖，圖5是第二輻射導體3及接地導體1操作於第一頻段的輻射場型圖，其中，圖4及圖5中的Y軸相當於第一方向D1及第四方向D4所形成之軸向，X軸相當於第二方向D2及第三方向D3所形成之軸向。圖4及圖5所顯示的輻射場型圖對稱於y軸，表示第一輻射導體2與第二輻射導體3操作於第一頻段的輻射場型的相關性低(low correlation)，適於應用於MIMO天線系統。
圖6是第一輻射導體2及接地導體1操作於第二頻段的輻射場型圖，圖7是第二輻射導體3及接地導體1操作於第二頻段的輻射場型圖。圖6及圖7所顯示的輻射場型圖對稱於y軸，表示第一輻射導體2與第二輻射導體3 操作於第二頻段的輻射場型的相關性低，適於應用於MIMO天線系統。
圖8是寬頻天線模組100的一輻射效率圖。寬頻天線模組100操作於第一頻段的效率介於78%至85%之間，且操作於第二頻段的效率介於50%至62%之間。圖8顯示寬頻天線模組100在第一頻段及第二頻段皆有良好的輻射效率。
補充說明的是，如圖1及圖2所示，第一輻射導體2及第二輻射導體3具有一長度L及一寬度W。在本實施例中，長度L為23mm，寬度W為12mm。前述尺寸顯示寬頻天線模組100的面積能符合小型化的目標。
綜上所述，本發明寬頻天線模組100藉由第一電流路徑C1、第二電流路徑C2、第四電流路徑C4及第五電流路徑C5，使寬頻天線模組100能操作於第一頻段及第二頻段，從而達成寬頻傳輸的效果，再者，藉由第三電流路徑C3的長度為第一頻段對應之波長的二分之一，及退耦電感4跨接於第一自由端255及第二自由端355，能使寬頻天線模組100在第一頻段及第二頻段皆有良好的隔離度，此外，寬頻天線模組100還能符合小型化目標，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
100‧‧‧寬頻天線模組
1‧‧‧接地導體
11‧‧‧第一接地端
12‧‧‧第二接地端
2‧‧‧第一輻射導體
21‧‧‧第一饋入部
211‧‧‧第一饋入端
22‧‧‧第一接地部
221‧‧‧第一接地段
222‧‧‧第二接地段
23‧‧‧第一輻射部
24‧‧‧第二輻射部
25‧‧‧第三輻射部
251‧‧‧第一連接段
252‧‧‧第一連接端
253‧‧‧第一蜿蜒段
254‧‧‧第一延伸段
255‧‧‧第一自由端
3‧‧‧第二輻射導體
31‧‧‧第二饋入部
311‧‧‧第二饋入端
32‧‧‧第二接地部
321‧‧‧第三接地段
322‧‧‧第四接地段
33‧‧‧第四輻射部
34‧‧‧第五輻射部
35‧‧‧第六輻射部
351‧‧‧第二連接段
352‧‧‧第二連接端
353‧‧‧第二蜿蜒段
354‧‧‧第二延伸段
355‧‧‧第二自由端
4‧‧‧退耦電感
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向
D4‧‧‧第四方向

Claims (9)

  1. 一種寬頻天線模組，包含：一接地導體，具有一第一接地端及一第二接地端；一第一輻射導體，包括：一第一饋入部，與該接地導體間隔設置且具有一供饋入一第一射頻訊號並鄰近該第一接地端的第一饋入端，一第一接地部，連接該第一饋入部及該接地導體，一第一輻射部，連接該第一饋入部，一第二輻射部，連接該第一輻射部，及一第三輻射部，具有一連接該第一輻射部的第一連接端及一相反於該第一連接端的第一自由端；一第二輻射導體，包括：一第二饋入部，與該接地導體間隔設置且具有一供饋入一第二射頻訊號並鄰近該第二接地端的第二饋入端，一第二接地部，連接該第二饋入部及該接地導體，一第四輻射部，連接該第二饋入部，一第五輻射部，連接該第四輻射部，及一第六輻射部，具有一連接該第四輻射部的第二連接端及一相反於該第二連接端且鄰近該第三輻射部的第一自由端之第二自由端；及 一退耦電感，跨接於該第三輻射部的第一自由端及該第六輻射部的第二自由端。
  2. 如請求項1所述的寬頻天線模組，其中，該第一饋入部、該第一輻射部及該第二輻射部形成一產生一第一共振模態之第一電流路徑，該第一共振模態涵蓋一第一頻段，該第二饋入部、該第四輻射部及該第五輻射部形成一產生一第二共振模態之第二電流路徑，該第二共振模態涵蓋該第一頻段，該第一接地部具有一由該接地導體概沿一第一方向延伸的第一接地段，及一由該第一接地段概沿一第二方向延伸至該第一饋入部的第二接地段，該第二接地部具有一由該接地導體概沿該第一方向延伸的第三接地段，及一由該第三接地段概沿一第三方向延伸至該第二饋入部的第四接地段，該第一接地部的第一接地段、該第二接地部的第三接地段及該接地導體形成一第三電流路徑，該第三電流路徑的長度概為該第一頻段對應之波長的二分之一。
  3. 如請求項2所述的寬頻天線模組，其中，該第一接地部的第二接地段、該第一輻射部、該第三輻射部形成一產生一第三共振模態之第四電流路徑，該第三共振模態涵蓋一頻率低於該第一頻段的第二頻段，該第二接地部的第四接地段、該第四輻射部、該第六輻射部形成一產生一第四共振模態之第五電流路徑，該第四共振模態涵蓋該第二頻段。
  4. 如請求項3所述的寬頻天線模組，其中，該第二方向垂 直於該第一方向，該第三方向相反於該第二方向。
  5. 如請求項4所述的寬頻天線模組，其中，該第一輻射部由該第一饋入部概沿第二方向延伸，該第二輻射部由該第一輻射部概沿一第四方向延伸，該第四輻射部由該第二饋入部概沿第三方向延伸，該第五輻射部由該第四輻射部概沿該第四方向延伸，該第四方向相反於該第一方向。
  6. 如請求項5所述的寬頻天線模組，其中，該第三輻射部具有一第一連接段、一第一蜿蜒段及一第一延伸段，該第一連接段由該第一輻射部概沿該第一方向延伸，該第一蜿蜒段由該第一連接段概沿該第三方向延伸且呈蜿蜒狀，該第一延伸段由該第一蜿蜒段概沿該第三方向延伸，該第一連接段具有該第一連接端，該第一延伸段具有該第一自由端。
  7. 如請求項6所述的寬頻天線模組，其中，該第六輻射部具有一第二連接段、一第二蜿蜒段及一第二延伸段，該第二連接段由該第四輻射部概沿該第一方向延伸，該第二蜿蜒段由該第二連接段概沿該第二方向延伸且呈蜿蜒狀，該第二延伸段由該第二蜿蜒段概沿該第二方向延伸，該第二連接段具有該第二連接端，該第二延伸段具有該第二自由端。
  8. 如請求項7所述的寬頻天線模組，其中，該第一饋入部係由其第一饋入端概沿該第一方向延伸，該第二饋入部係由其第二饋入端概沿該第一方向延伸。
  9. 如請求項8所述的寬頻天線模組，其中，該第一頻段係5GHz~6GHz，該第二頻段係2.4GHz~2.5GHz。
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