TW201917943A - 雙頻天線模組 - Google Patents

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Abstract

一種雙頻天線模組，包括一第一輻射體、一第二輻射體、一第一濾波器及一第二濾波器。第一輻射體包括一第一饋入端及一第一接地端，第一輻射體用以耦合共振出一第一頻帶。第二輻射體包括一第二饋入端及一第二接地端，第二輻射體用以耦合共振出一第二頻帶。第一濾波器從第一饋入端往遠離第一輻射體的方向延伸，第一濾波器用以過濾第二頻帶。第二濾波器從第二饋入端往遠離第二輻射體的方向延伸，第二濾波器用以過濾第一頻帶。

Description

雙頻天線模組
本發明是有關於一種天線模組，且特別是有關於一種雙頻天線模組。
在現行的無線傳輸系統中，雙頻系統(例如同時包含2.4G的頻寬與5G的頻寬)相當常見。在雙頻系統的天線設計上，其中一種設計是採用兩個單頻天線，但這樣的設計往往會面臨到兩個單頻天線之間訊號隔離度不佳的問題，通常採用增加兩個天線之間的距離來提升訊號隔離度，然而增加兩個天線之間的距離會使得整體天線的尺寸變大，而難以小型化。另一種設計是採用雙頻天線，並使用分頻器(diplexer)以將不同頻段訊號分頻出來。然而，由於雙頻天線需要分頻器，整體價格也會較高。
本發明提供一種雙頻天線模組，其具有小尺寸、在不同頻段之間具有良好的隔離度且具有較低的成本。
本發明的一種雙頻天線模組，包括一第一輻射體、一第二輻射體、一第一濾波器及一第二濾波器。第一輻射體包括一第一饋入端及一第一接地端，第一輻射體用以耦合共振出一第一頻帶。第二輻射體包括一第二饋入端及一第二接地端，第二輻射體用以耦合共振出一第二頻帶。第一濾波器從該第一饋入端往遠離該第一輻射體的方向延伸，第一濾波器用以過濾第二頻帶。第二濾波器從該第二饋入端往遠離該第二輻射體的方向延伸，第二濾波器用以過濾第一頻帶。
在本發明的一實施例中，上述的雙頻天線模組更包括一第一接地圖案及一第二接地圖案。第一接地端連接於第一接地圖案。第二接地端連接於第二接地圖案，第一接地圖案與第二接地圖案分別位於第一輻射體與第二輻射體之間。
在本發明的一實施例中，上述的雙頻天線模組更包括一載板、一第三接地圖案及多個導通孔。載板包括相對的一第一面及一第二面，其中第一接地圖案與第二接地圖案分別配置於第一面。第三接地圖案配置於第二面。這些導通孔貫穿載板，這些導通孔的一部分連接第一接地圖案與第三接地圖案，這些導通孔的另一部分連接第二接地圖案與第三接地圖案。
在本發明的一實施例中，上述的第一接地圖案與第二接地圖案分別位在第一面的一中間區域，第一輻射體與第二輻射體分別在第一面上往遠離中間區域的方向延伸。第一濾波器從第一饋入端延伸至中間區域，且第二濾波器從第二饋入端延伸至中間區域。
在本發明的一實施例中，上述的連接於第一接地圖案與第三接地圖案的這些導通孔沿著第一接地圖案的外緣排列，且連接於第二接地圖案與第三接地圖案的這些導通孔沿著第二接地圖案的外緣排列。
在本發明的一實施例中，上述的第一接地圖案具有一凹口，第一濾波器伸入凹口。
在本發明的一實施例中，上述的第一接地圖案與第二接地圖案具有對應的輪廓，且第二濾波器沿著第一接地圖案的輪廓與第二接地圖案的輪廓延伸於第一接地圖案與第二接地圖案之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一濾波器的長度為第二頻帶的1/4波長，且第二濾波器的長度為第一頻帶的1/4波長。
在本發明的一實施例中，上述的第一頻帶在2400MHz至2500MHz之間，且第二頻帶在5150MHz至5850MHz之間。
基於上述，本發明的雙頻天線模組利用第一輻射體與第二輻射體分別耦合共振出第一頻帶與第二頻帶，並在第一輻射體的第一饋入端處設計第一濾波器來過濾第二頻帶，且在第二輻射體的第二饋入端處設計第二濾波器來過濾第一頻帶，以使第一頻帶與第二頻帶之間具有良好的隔離度。如此，第一輻射體與第二輻射體不需要間隔一大段距離，而使得雙頻天線模組整體能具有小的尺寸。此外，由於本發明的雙頻天線模組也不需要配置分頻器，而具有較低的成本。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依照本發明的一實施例的一種雙頻天線模組的立體示意圖。圖2是圖1的雙頻天線模組的背面示意圖。請參閱圖1與圖2，本實施例的雙頻天線模組100包括一載板110、一第一輻射體120、一第二輻射體130、一第一濾波器140、一第二濾波器150、一第一接地圖案160及一第二接地圖案170。載板110包括相對的一第一面112及一第二面114(標示於圖2)。如圖1所示，第一輻射體120、第二輻射體130、第一濾波器140及第二濾波器150、第一接地圖案160及第二接地圖案170配置於載板110的第一面112上。當然，在其他實施例中，雙頻天線模組100也可省略載板110，而直接形成在電子裝置的機殼上。
如圖1所示，第一輻射體120包括一第一饋入端122及一第一接地端124，第一接地端124連接於第一接地圖案160。第二輻射體130包括一第二饋入端132及一第二接地端134，第二接地端134連接於第二接地圖案170。
在本實施例中，第一接地圖案160與第二接地圖案170分別位於第一輻射體120與第二輻射體130之間。更明確地說，第一接地圖案160與第二接地圖案170分別位在載板110的第一面112的一中間區域113，第一輻射體120與第二輻射體130分別在第一面112上往遠離中間區域113的方向延伸。在本實施例中，第一輻射體120位於中間區域113的上側，第二輻射體130位於中間區域113的下側。當然，第一輻射體120與第二輻射體130的相對位置不以此為限制，只要第一輻射體120與第二輻射體130遠離於彼此即可。
另外，如圖2所示，在本實施例中，雙頻天線模組100更包括一第三接地圖案180及多個導通孔190。第三接地圖案180配置於第二面114上對應於第一接地圖案160與第二接地圖案170的位置。第一接地圖案160與第三接地圖案180之間透過貫穿載板110的其中一部分的導通孔190連接，第二接地圖案170與第三接地圖案180之間透過貫穿載板110的另一部分的導通孔190連接。
如圖1與圖2所示，在本實施例中，連接於第一接地圖案160與第三接地圖案180的這些導通孔190沿著第一接地圖案160的外緣排列，且連接於第二接地圖案170與第三接地圖案180的這些導通孔190沿著第二接地圖案170的外緣排列。當然，在其他實施例中，導通孔190也可以位在第一接地圖案160與第二接地圖案170的非邊緣處，導通孔190的配置位置與排列方式不以此為限制。當然，在其他實施例中，若第一接地圖案160與第二接地圖案170的面積足夠，雙頻天線模組100也可省略第三接地圖案180與導通孔190。
在本實施例中，雙頻天線模組100的第一輻射體120用以耦合共振出一第一頻帶。第二輻射體130用以耦合共振出一第二頻帶。在本實施例中，第一頻帶的頻寬為2.4G頻寬，約在2400MHz至2500MHz之間，且第二頻帶的頻寬為5G頻寬，約在5150MHz至5850MHz之間。當然，在其他實施例中，第一頻帶與第二頻帶也可以具有其他的頻寬範圍，第一頻帶與第二頻帶的頻寬範圍不以此為限制。
值得一提的是，一般而言，雙頻的天線架構會面臨到的問題是兩天線間的能量互相影響，而造成訊號互相干擾。因此，兩天線之間需要具有一定的隔離度，才能在兩頻段中各自有良好的訊號。在本實施例中，特別設計了第一濾波器140與第二濾波器150，如此，雙頻天線模組100可在小成本且小尺寸的前提下，有效提升第一頻帶與第二頻帶之間的隔離度。也就是說，雙頻天線模組100即便是受限於尺寸而使得第一輻射體120與第二輻射體130相當接近，第一濾波器140與第二濾波器150仍可以讓第一輻射體120所耦合出的第一頻帶與第二輻射體130所耦合出的第二頻帶之間具有良好的隔離度。
如圖1所示，在本實施例中，第一濾波器140延伸自第一輻射體120的第一饋入端122，且往遠離第一輻射體120的方向延伸，而伸入中間區域113。在本實施例中，位於中間區域113的第一接地圖案160具有一凹口162，第一濾波器140伸入凹口162。第一濾波器140用以過濾第二頻帶的電磁波。在本實施例中，第一濾波器140的長度為第二頻帶的1/4波長。
同樣地，第二濾波器150延伸自第二饋入端132，且往遠離第二輻射體130的方向延伸，而延伸至中間區域113。在本實施例中，第一接地圖案160與第二接地圖案170在交界處具有對應的輪廓，且第二濾波器150沿著第一接地圖案160的輪廓與第二接地圖案170的輪廓延伸於第一接地圖案160與第二接地圖案170之間。第二濾波器150用以過濾第一頻帶的電磁波。在本實施例中，第二濾波器150的長度為第一頻帶的1/4波長。
換句話說，本實施例的雙頻天線模組100利用第一輻射體120與第二輻射體130分別耦合共振出第一頻帶與第二頻帶，並在第一輻射體120的第一饋入端122處設計第一濾波器140來過濾第二頻帶，且在第二輻射體130的第二饋入端132處設計第二濾波器150來過濾第一頻帶，以使第一頻帶與第二頻帶之間具有良好的隔離度。如此，第一輻射體120與第二輻射體130不需要間隔一大段距離，而使得雙頻天線模組100整體能具有小的尺寸。此外，雙頻天線模組100也不需要配置分頻器，而具有較低的成本。
圖3是圖1的雙頻天線模組100的頻率-返回損失及隔離度的關係圖。請參閱圖3，經模擬可知，圖1的雙頻天線模組100，在2.4G頻段(x軸約在2.4GHz至2.55GHz之間)與5G頻段(x軸約在5.6GHz至6GHz之間)，返回損失均低於-10增益(dB)，而具有較佳的返回損失表現。此外，圖1的雙頻天線模組100不但在全頻段的隔離度均小於-20增益(dB)，在2.4G頻段與5G頻段處更具有較低的數值，這代表在2.4G頻段與5G頻段具有更佳的隔離度表現。
圖4至圖6是圖1的雙頻天線模組100所耦合出的第一頻帶在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的場型分布。要說明的是，圖4至圖6分別是將圖1的雙頻天線模組100放在X-Y-Z三維座標的原點處，沿著X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面量測雙頻天線模組100所耦合出的第一頻帶在不同角度(360度)上的輻射增益值。也就是說，在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面上，以雙頻天線模組100為中心，360度地量測第一頻帶的輻射增益，而形成圖4至圖6所顯示出的輻射場型。
請參閱圖4至圖6，圖1的雙頻天線模組100在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的場型分布接近於一般耦合出2.4G頻段的單個單頻天線的場型，也接近一般具有分頻器的雙頻天線在2.4G頻段的場型。換句話說，本實施例的雙頻天線模組100的第一濾波器140可有效地隔離第二頻段，而使第一輻射體120所耦合出的第一頻段(例如2.4G頻段)能具有接近於單頻天線或是具有分頻器的雙頻天線的良好的表現。此外，由下表一可看到，雙頻天線模組100的第一輻射體120所耦合出的第一頻段(例如2.4G頻段，2400MHz至2500MHz之間)的天線效益均在60%以上，而具有良好的天線表現。
表一：
圖7至圖9是圖1的雙頻天線模組100所耦合出的第二頻帶在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的場型分布。同樣地，圖7至圖9分別是將圖1的雙頻天線模組100放在X-Y-Z三維座標的原點處，沿著X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面量測雙頻天線模組100所耦合出的第二頻帶在不同角度(360度)上的輻射增益值。也就是說，在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面上，以雙頻天線模組100為中心，360度地量測第二頻帶的輻射增益，而形成圖7至圖9所顯示出的輻射場型。
請參閱圖7至圖9，圖1的雙頻天線模組100在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的場型分布接近於一般耦合出5G頻段的單個單頻天線的場型，也接近一般具有分頻器的雙頻天線在5G頻段的場型。換句話說，本實施例的雙頻天線模組100的第二濾波器150可有效地隔離第一頻段，而使第二輻射體130所耦合出的第二頻段能具有接近於單頻天線或是具有分頻器的雙頻天線的良好的表現。此外，由下表二可看到，雙頻天線模組100的第二輻射體130所耦合出的第二頻段(例如5G頻段，5150MHz至5850MHz之間)的天線效益均在60%以上，而具有良好的天線表現。
表二：
因此，本實施例的雙頻天線模組100的第一濾波器140與第二濾波器150的設計可使得第一輻射體120與第二輻射體130不需要距離很遠，所以整體可維持小的尺寸。在本實施例中，第一輻射體120與第二輻射體130的形式例如可以採用平面倒F天線(Planar Inverted-F Antenna，PIFA Antenna)，以縮小雙頻天線模組100的尺寸，更具體地說，雙頻天線模組100的長、寬、高尺寸可縮小至27.5公厘、16公厘及0.6公厘。當然，第一輻射體120與第二輻射體130的形式與雙頻天線模組100的長、寬、高尺寸也不以此為限制。
綜上所述，本發明的雙頻天線模組利用第一輻射體與第二輻射體分別耦合共振出第一頻帶與第二頻帶，並在第一輻射體的第一饋入端處設計第一濾波器來過濾第二頻帶，且在第二輻射體的第二饋入端處設計第二濾波器來過濾第一頻帶，以使第一頻帶與第二頻帶之間具有良好的隔離度。如此，第一輻射體與第二輻射體不需要間隔一大段距離，而使得雙頻天線模組整體能具有小的尺寸。此外，由於本發明的雙頻天線模組也不需要配置分頻器，而具有較低的成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
X、Y、Z‧‧‧方向
100‧‧‧雙頻天線模組
110‧‧‧載板
112‧‧‧第一面
113‧‧‧中間區域
114‧‧‧第二面
120‧‧‧第一輻射體
122‧‧‧第一饋入端
124‧‧‧第一接地端
130‧‧‧第二輻射體
132‧‧‧第二饋入端
134‧‧‧第二接地端
140‧‧‧第一濾波器
150‧‧‧第二濾波器
160‧‧‧第一接地圖案
162‧‧‧凹口
170‧‧‧第二接地圖案
180‧‧‧第三接地圖案
190‧‧‧導通孔
圖1是依照本發明的一實施例的一種雙頻天線模組的立體示意圖。 圖2是圖1的雙頻天線模組的背面示意圖。 圖3是圖1的雙頻天線模組的頻率-返回損失及隔離度的關係圖。 圖4至圖6是圖1的雙頻天線模組所耦合出的第一頻帶在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的場型分布。 圖7至圖9是圖1的雙頻天線模組所耦合出的第二頻帶在X-Z平面、Y-Z平面、X-Y平面的場型分布。

Claims (9)

  1. 一種雙頻天線模組，包括： 一第一輻射體，包括一第一饋入端及一第一接地端，該第一輻射體用以耦合共振出一第一頻帶； 一第二輻射體，包括一第二饋入端及一第二接地端，該第二輻射體用以耦合共振出一第二頻帶； 一第一濾波器，從該第一饋入端往遠離該第一輻射體的方向延伸，該第一濾波器用以過濾該第二頻帶；以及 一第二濾波器，從該第二饋入端往遠離該第二輻射體的方向延伸，該第二濾波器用以過濾該第一頻帶。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的雙頻天線模組，更包括： 一第一接地圖案，該第一接地端連接於該第一接地圖案；以及 一第二接地圖案，該第二接地端連接於該第二接地圖案，該第一接地圖案與該第二接地圖案分別位於該第一輻射體與該第二輻射體之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的雙頻天線模組，更包括： 一載板，包括相對的一第一面及一第二面，其中該第一接地圖案與該第二接地圖案分別配置於該第一面； 一第三接地圖案，配置於該第二面；以及 多個導通孔，貫穿該載板，該些導通孔的一部分連接該第一接地圖案與該第三接地圖案，該些導通孔的另一部分連接該第二接地圖案與該第三接地圖案。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的雙頻天線模組，其中該第一接地圖案與該第二接地圖案分別位在該第一面的一中間區域，該第一輻射體與該第二輻射體分別在該第一面上往遠離該中間區域的方向延伸，該第一濾波器從該第一饋入端延伸至該中間區域，且該第二濾波器從該第二饋入端延伸至該中間區域。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的雙頻天線模組，其中連接於該第一接地圖案與該第三接地圖案的該些導通孔沿著該第一接地圖案的外緣排列，且連接於該第二接地圖案與該第三接地圖案的該些導通孔沿著該第二接地圖案的外緣排列。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的雙頻天線模組，其中該第一接地圖案具有一凹口，該第一濾波器伸入該凹口。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的雙頻天線模組，其中該第一接地圖案與該第二接地圖案具有對應的輪廓，且該第二濾波器沿著該第一接地圖案的輪廓與該第二接地圖案的輪廓延伸於該第一接地圖案與該第二接地圖案之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的雙頻天線模組，其中該第一濾波器的長度為該第二頻帶的1/4波長，且該第二濾波器的長度為該第一頻帶的1/4波長。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的雙頻天線模組，其中該第一頻帶在2400MHz至2500MHz之間，且該第二頻帶在5150MHz至5850MHz之間。
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