TW202127735A - 多天線系統 - Google Patents

Abstract

一種多天線系統包含感測元件、第一電感器、第一天線、第一電容器、第二電感器、第二天線及第二電容器。第一電感器包含第一端及第二端。第一天線包含第一輻射部及第二輻射部，第一輻射部接地，第二輻射部根據感測元件及第一電感器共同形成第一感應極板，第一感應極板用以感測鄰近第一感應極板之物體，第二電感器包含第三端及第四端，第二天線包含第三輻射部及第四輻射部，第三輻射部接地，第四輻射部根據感測元件及第二電感器共同形成第二感應極板，第二感應極板用以感測鄰近第二感應極板之另一物體。

Description

多天線系統

本案是關於一種多天線系統。

隨著無線通訊技術的進步，資料傳輸量的需求也隨之提高。為滿足龐大的資料傳輸量，無線通訊系統利用多輸入多輸出系统（Multi-input Multi-output；MIMO）的多天線系統架構。在多天線系統中，兩支以上天線架構各自傳送訊號，但多天線系統會造成通訊時之功率過大，導致特定吸收率（Specific Absorption Rate； SAR）超出標準規範，可能會危害人體或生物體之健康。

根據傳統的天線設計，為了避免前述特定吸收率超出標準規範，多天線之間的距離需加大。然而，目前電子裝置趨勢為小型化，例如行動通訊手持式裝置、穿戴式裝置等，基於使用者的良好體驗，縮小了整體體積，縮小的體積即限制天線可設置的空間。

有鑑於此，在一些實施例中，一種多天線系統包含感測元件、第一電感器、第一天線、第一電容器、第二電感器、第二天線及第二電容器。第一電感器包含第一端及第二端，第一電感器位於感測元件之一側。第一天線包含第一輻射部及第二輻射部，第一輻射部連接一接地，第二輻射部根據感測元件及第一電感器共同形成第一感應極板，第一感應極板用以感測鄰近第一感應極板之物體，第二電感器包含第三端及第四端，第二電感器位於感測元件之另一側，第二天線包含第三輻射部及第四輻射部，第三輻射部連接接地，第四輻射部根據感測元件及第二電感器共同形成第二感應極板，第二感應極板用以感測鄰近第二感應極板之另一物體。

請參照圖1至圖4，圖1至圖4為根據本案之多天線系統之多個實施例之示意圖，其中，在圖1至圖4中所提及的多天線系統之相關數量與外型，僅用來具體地說明各個實施例的實施方式，以便於了解各個實施例的內容，而非用來侷限各個實施例的保護範圍。

多天線系統位於電子設備中，電子設備可依據多天線系統執行無線通訊功能。所述電子設備例如筆記型電腦、平板電腦及手機。如圖1所示，多天線系統包含兩個天線（為方便描述，以下分別稱為第一天線100及第二天線200）、感測元件300、兩個電感器（以下分別稱為第一電感器L1及第二電感器L2）及兩個電容器（以下分別稱為第一電容器C1及第二電容器C2），天線、電感器及電容器的數量不以兩個為限，可依電子設備之設計做調整。

第一電感器L1包含兩端（以下分別稱為第一端E1及第二端E2），第一端E1耦接感測元件300之一側，第二端E2耦接第一天線100之一側。第二電感器L2包含兩端（以下分別稱為第三端E3及第四端E4），第三端E3耦接感測元件300之遠離第一電感器L1之另一側，第四端E4耦接第二天線200之一側。換言之，感測元件300耦接於第一電感器L1與第二電感器L2之間，第一電感器L1耦接於第一天線100與感測元件300之間，以及第二電感器L2耦接於第二天線200與感測元件300之間。第一天線100包含兩個輻射部（以下分別稱為第一輻射部110及第二輻射部120）。第一電容器C1耦接於第一輻射部110與第二輻射部120之間。第一輻射部110用以接地，第二輻射部120耦接第一電感器L1之第二端E2。第二天線200包含兩個輻射部（以下分別稱為第三輻射部130及第四輻射部140）。第二電容器C2耦接於第三輻射部130與第四輻射部140之間。第三輻射部130用以接地，第四輻射部140耦接第二電感器L2之第四端E4。

其中，由於第一電感器L1與第二輻射部120及感測元件300相連，第二輻射部120可藉由第一電感器L1與感測元件300共同形成第一感應極板。第一感應極板可產生感測訊號，以感測鄰近第一感應極板之物體O1。也就是說，當物體O1接近第一感應極板時，第一天線100可藉由第一感應極板感應到物體O1接近，而調整第一天線100產生之射頻（Radio frequency，RF）訊號之功率大小。例如，物體O1可為人體，當人體接近第一感應極板，第一天線100降低射頻訊號之功率。

再者，為了避免第一感應極板在感應物體O1時，因第一輻射部110接地而影響在電子設備中其他元件之正常運作，第二輻射部120與第一輻射部110之間設置第一電容器C1。當第一感應極板在感應物體O1時，第一電容器C1具有高阻抗值而呈現類似斷路（未導通）之狀態，避免第一感應極板在感應物體O1時所產生的感測訊號經由第一輻射部110接地而流至電子設備中之其他元件。藉由第一電容器C1阻隔於第一輻射部110與第二輻射部120之間，第一輻射部110不與第一電感器L1及感測元件300共同形成第一感應極板，電子設備中之其他元件可不受感測訊號之影響而正常運作。

同樣地，由於第二電感器L2與第四輻射部140及感測元件300相連，第四輻射部140可藉由第二電感器L2與感測元件300共同形成第二感應極板。第二感應極板可產生另一感測訊號，以感測鄰近第二感應極板之另一物體O2。也就是說，當物體O2接近第二感應極板時，第二天線200可藉由第二感應極板感應到物體O2接近，而調整第二天線200產生之射頻訊號之功率大小。例如，當為人體之物體O2接近第二感應極板時，第二天線200降低射頻訊號之功率。

再者，為了避免第二感應極板在感應物體O2時，因第三輻射部130接地而影響到電子設備中其他元件之正常運作，第四輻射部140與第三輻射部130之間設置有第二電容器C2。第二感應極板在感應物體O2時，第二電容器C2因具有高阻抗值而呈現斷路狀態，避免第二感應極板在感應物體O2時所產生的感測訊號經由第三輻射部130接地而流至電子設備中之其他元件。藉由第二電容器C2阻隔於第三輻射部130與第四輻射部140之間，第三輻射部130不與第二電感器L2及感測元件300共同形成第二感應極板，電子設備中之其他元件可不受感測訊號之影響而正常運作。

在一些實施例中，第一天線100、第二天線200可以導電性材料（銀、銅、鋁、鐵或是其合金）製成，接地可為電子設備之金屬機殼或電子設備中各電子元件之共地面。

基此，藉由多天線100、200之間共用一個感測元件300，依據感測物體O1、O2是否接近以調整天線100、200在執行無線通訊功能時之功率大小，可解決因功率過大導致特定吸收率（Specific Absorption Rate； SAR）超出標準規範之問題。並且，基於多個天線僅需使用一個感測元件300，多天線系統於電子設備內所佔據的空間減小，電子設備亦可維持較小的體積，多天線系統之設計及製程成本也降低。另外，電容器C1、C2之設置亦可使電子設備中之其他元件不受感測物體O1、O2之感測訊號影響而正常運作。

在一些實施例中，多天線系統中之天線種類可依據欲支援之通訊操作頻帶分部或使用者之設計而不限制，例如，天線可為耦合式天線（Coupled antenna）或是直饋式天線（Direct-fed antenna），並且天線可設計為支援高操作頻帶、低操作頻帶或是全頻操作頻帶。在一些實施例中，如圖1所示，第一天線100及第二天線200分別為耦合式天線。其中，第二輻射部120包含第一輻射段121及第二輻射段122。第一輻射段121包含第一饋入端F1，第一饋入端F1位於第一輻射段121之一端，且所述一端遠離感測元件300。第二輻射段122耦接第二端E2及第一電容器C1。第二輻射段122包含第一截122a及第二截122b。第一截122a垂直耦接第二截122b，第一截122a與第二截122b共同呈現字母「L」之形狀。第一輻射部110、第一截122a及第二截122b共同環繞第一輻射段121之一端，所述一端遠離第一饋入端F1。第一截122a平行於第一輻射段121，且第一截122a與第一輻射段121之間具有一耦合間距（以下稱為第一耦合間距G1）。第二截122b耦接第二端E2及第一電容器C1。第一截122a、第二截122b、第一電感器L1及感測元件300共同形成第一感應極板。第一饋入端F1用以接收一饋入訊號S1，饋入訊號S1流至第一輻射段121，基於第一耦合間距G1，第一輻射段121激發第一輻射部110及第二輻射段122之第一截122a及第二截122b，使第一天線100產生支援高頻操作頻帶及低頻操作頻帶之全頻操作頻帶，其中，高頻操作頻帶的範圍為3300MHz-5925MHz，低頻操作頻帶的範圍為617MHz-960MHz。

第四輻射部140包含第三輻射段123及第四輻射段124。第三輻射段123包含第二饋入端F2，第二饋入端F2位於第三輻射段123之一端，且所述一端遠離感測元件300。第四輻射段124耦接第四端E4及第二電容器C2。第四輻射段124包含第一截124a及第二截124b。第一截124a垂直耦接第二截124b，第一截124a與第二截124b共同呈現字母「L」之形狀。第三輻射部130、第一截124a及第二截124b共同環繞第三輻射段123之一端，所述一端遠離第二饋入端F2。第一截124a平行於第三輻射段123，且第一截122a與第三輻射段123之間具有耦合間距（以下稱為第二耦合間距G2）。第二截124b耦接第四端E4及第二電容器C2。第一截124a、第二截124b、第二電感器L2及感測元件300共同形成第二感應極板。第二饋入端F2用以接收另一饋入訊號S2，饋入訊號S2流至第三輻射段123，基於第二耦合間距G2，第三輻射段123激發第三輻射部130及第四輻射段124之第一截124a及第二截124b，使第二天線200亦可產生支援高頻操作頻帶及低頻操作頻帶之全頻操作頻帶。

在一些實施例中，請參照圖2，在多天線系統中，其中一天線可為直饋式天線，而另一天線可為耦合式天線。如圖2所示，圖2以第一天線100’為直饋式天線且第二天線200為耦合式天線為例。第一天線100’耦接第二端E2，並且，圖2的電感器L1、L2、感測元件300及第二天線200之描述類似圖1，其描述已詳細記載於前述之實施例中，故於此不再贅述。第一天線100’包含第一輻射部110及第二輻射部120。第一輻射部110用以接地。第二輻射部120包含第一輻射段121’及第二輻射段122。第二輻射段122之第一截122a垂直耦接第二輻射段122之第二截122b，第一截122a與第二截122b共同呈現字母「L」之形狀。第二截122b耦接第二端E2，第一電容器C1耦接於第一輻射部110與第二截122b之間。第一截122a、第二截122b、第一電感器L1及感測元件300共同形成第一感應極板。第一輻射段121’包含第一截121a及第二截121b，第一截121a包含第一饋入端F1，第一饋入端F1位於第一截121a之一端，且所述一端遠離感測元件300。第一截121a平行於第二輻射段122之第一截122a，第二截121b垂直耦接第一截121a之另一端及第二輻射段122之第一截122a，且所述第一截121a之另一端鄰近感測元件300。也就是說，第一截121a垂直耦接於第二截121b，第一截121a與第二截121b共同呈現字母「L」之形狀。第一截121a與第一截122a之間具有一距離（以下稱為第一距離D1）。第一輻射部110、第一截121a及第二截122b共同環繞第一截121a之一端及第二截121b，所述一端遠離第一饋入端F1。第一饋入端F1接收饋入訊號S1，第一輻射部110、第一輻射段121’之第一截121a及第二截121b及第二輻射段122之第一截122a及第二截122b根據饋入訊號S1，使第一天線100’產生一高操作頻帶。藉此，第一天線100’所產生之高操作頻帶可支援第二天線200所產生的全頻操作頻帶。也就是說，不僅多天線系統可支援全頻操作帶，藉由第一天線100’及第二天線200皆可產生高操作頻帶，更可加強多天線系統於高操作頻帶上之訊號傳輸之效能。在另一些實施例中，第一天線及第二天線的天線種類可為互換，即，第一天線可為耦合式天線，第二天線可為直饋式天線，第二天線之操作頻帶可用以支援第一天線，其耦合式天線及直饋式天線之描述與圖2所示之多天線系統之實施例類似，於此不再贅述。

在一些實施例中，請參照圖3，多天線系統中之天線可皆為直饋式天線。如圖3所示，圖3以第一天線100’及第二天線200’為直饋式天線為例。第二天線200’耦接第四端E4，並且，圖3中的電感器L1、L2、感測元件300及第一天線100’之描述類似於圖2，其描述已詳細記載於前述之實施例中，故於此不再贅述。詳細而言，第二天線200’包含第三輻射部130及第四輻射部140。第三輻射部130用以接地。第四輻射部140包含第三輻射段123’及第四輻射段124。第四輻射段124之第一截124a垂直耦接第四輻射段124之第二截124b。第一截124a與第二截124b共同呈現字母「L」之形狀。第二截124b耦接第四端E4，第二電容器C2耦接於第三輻射部130與第二截124b之間。第一截124a、第二截124b、第二電感器L2及感測元件300共同形成第二感應極板。第三輻射段123’包含第一截123a及第二截123b。第一截123a包含第二饋入端F2。第二饋入端F2位於第一截123a之一端，且所述一端遠離感測元件300。第一截123a平行於第四輻射段124之第一截124a。第二截123b垂直耦接第一截123a之另一端及第四輻射段124之第一截124a，且所述第一截123a之另一端鄰近感測元件300。第一截123a垂直耦接於第二截123b，第一截123a與第二截123b共同呈現字母「L」之形狀。第三輻射部130、第一截124a及第二截124b共同環繞第一截123a之一端及第二截123b，所述一端遠離第二饋入端F2。第一截123a與第一截124a之間具有一距離（以下稱為第二距離D2）。第二饋入端F2接收饋入訊號S2，第三輻射部130、第三輻射段123’之第一截123a及第二截123b及第四輻射段124之第一截124a及第二截124b根據饋入訊號S2，使第二天線200’產生一高操作頻帶。藉此，第一天線100’及第二天線200’共同支援高操作頻帶，可加強多天線系統於高操作頻帶上之訊號傳輸之效能。

在一些實施例中，當第一天線100、100’、第二天線200、200’產生高頻操作頻帶或全頻操作頻帶時，第一電感器L1及第二電感器L2具有高阻抗值而呈現類似斷路之狀態，可避免射頻訊號流至感測元件300而使感測元件300受到毀損。

在一些實施例中，如圖1至圖3所示，第一天線100（或第一天線100’）、第一電感器L1、感測元件300、第二電感器L2及第二天線200（或第二天線200’）可依序以一直線排列。即長度方向V1平行於長度方向V2，第一天線100（或第一天線100’）、第一電感器L1、感測元件300、第二電感器L2及第二天線200（或第二天線200’）依序沿著長度方向V1及長度方向V2排列。在一些實施例中，當天線100、100’、200、200’、電感器L1、L2、感測元件300以一直線排列，第一輻射部110及第三輻射部130位於第一電容器C1及第二電容器C2之相同一側，第二輻射部120及第四輻射部140位於第一電容器C1及第二電容器C2之相同另一側，例如以圖1至圖3所示，相較於第一電容器C1及第二電容器C2之位置，第一輻射部110及第三輻射部130位於第一電容器C1及第二電容器C2之下側，第二輻射部120及第四輻射部140位於第一電容器C1及第二電容器C2之上側。

在一些實施例中，為了配合電子設備中之其他元件之配置，使用者可將多天線系統設置於電子設備內部之機殼角落位置。請參照圖4，圖4以第一天線100’為直饋式天線且第二天線200為耦合式天線為例，但不以此限，第一天線100’亦可以如圖1及圖3所示之為饋入式天線之第一天線100取代；第二天線200亦可以如圖3所示之為直饋式天線之第二天線200’取代。詳細而言，第一天線100’具有一長度方向V1，第二天線200具有另一長度方向V2。第一天線100’與第二天線200之間可具有小於180度之夾角，例如，夾角為90度之直角，即長度方向V1可垂直於長度方向V2。並且，第一天線100’、第一電感器L1、感測元件300及第二電感器L2依序延一直線排列，即第一天線100’、第一電感器L1、感測元件300及第二電感器L2延著長度方向V1排列。當第二天線200、第二電感器L2、感測元件300、第一電感器L1及第一天線100’沿著垂直於長度方向V1之方向垂直投影時，其垂直投影不相互重疊。當第二天線200、第二電感器L2、感測元件300、第一電感器L1及第一天線100’沿著垂直於長度方向V2之方向垂直投影時，其垂直投影相互重疊。

在一些實施例中，如圖4所示，當第一天線100’與第二天線200之間具有小於180度之夾角時，第一輻射部110與第三輻射部130相互鄰近，且第二輻射段122與第四輻射部140相互遠離。換句話說，第一輻射部110及第三輻射部130可位於夾角之內側（角度小於180度之一側）接地，而第二輻射段122與第四輻射部140可位於夾角之外側（角度大於180度之一側）。

在一些實施例中，如圖4所示，長度V3可為75毫米（mm）。

綜上所述，藉由多天線之間共用一個感測元件，依據感測物體是否接近以調整天線在執行無線通訊功能時之功率大小，可解決因功率過大導致特定吸收率超出標準規範之問題。此外，多個天線僅需使用一個感測元件，以及天線之間可直線設置或可具有夾角，多天線系統可配合其他元件更彈性地設置於電子設備內。並且多天線系統於電子設備內所佔據的空間減小，電子設備亦可維持較小的體積。多天線系統之設計及製程成本降低。電容器之設置可使電子設備中之其他元件不受感測物體之感測訊號影響而正常運作，電感器之設置亦可避免射頻訊號流至感測元件而使感測元件受到毀損。

雖然本案已以實施例揭露如上然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本案之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。

100:第一天線 100’:第一天線 200:第二天線 200’:第二天線 110:第一輻射部 120:第二輻射部 121:第一輻射段 121’:第一輻射段 121a:第一截 121b:第二截 122:第二輻射段 122a:第一截 122b:第二截 123:第三輻射段 123’:第三輻射段 123a:第一截 123b:第二截 124:第四輻射段 124a:第一截 124b:第二截 130:第三輻射部 140:第四輻射部 300:感測元件 C1:第一電容器 C2:第二電容器 E1:第一端 E2:第二端 E3:第三端 E4:第四端 F1:第一饋入端 F2:第二饋入端 L1:第一電感器 L2:第二電感器 G1:第一耦合間距 G2:第二耦合間距 D1:第一距離 D2:第二距離 V1:長度方向 V2:長度方向 V3:長度 O1:物體 O2:物體 S1:饋入訊號 S2:饋入訊號

[圖1] 為根據本案之多天線系統之一實施例之示意圖。 [圖2] 為根據本案之多天線系統之另一實施例之示意圖。 [圖3] 為根據本案之多天線系統之另一實施例之示意圖。 [圖4] 為根據本案之多天線系統之另一實施例之示意圖。

100:第一天線

200:第二天線

110:第一輻射部

120:第二輻射部

121:第一輻射段

122:第二輻射段

122a:第一截

122b:第二截

123:第三輻射段

124:第四輻射段

124a:第一截

124b:第二截

130:第三輻射部

140:第四輻射部

300:感測元件

C1:第一電容器

C2:第二電容器

E1:第一端

E2:第二端

E3:第三端

E4:第四端

F1:第一饋入端

F2:第二饋入端

L1:第一電感器

L2:第二電感器

G1:第一耦合間距

G2:第二耦合間距

V1:長度方向

V2:長度方向

O1:物體

O2:物體

S1:饋入訊號

S2:饋入訊號

Claims (10)

1. 一種多天線系統，包含： 一感測元件； 一第一電感器，包含一第一端及一第二端，該第一端耦接該感測元件，該第一電感器位於該感測元件之一側； 一第一天線，包含： 一第一輻射部，連接一接地；及 一第二輻射部，耦接該第二端，該第二輻射部根據該感測元件及該第一電感器共同形成一第一感應極板，該第一感應極板用以感測鄰近該第一感應極板之一物體； 一第一電容器，耦接該第一輻射部與該第二輻射部之間； 一第二電感器，包含一第三端及一第四端，該第三端耦接該感測元件，該第二電感器位於該感測元件之另一側； 一第二天線，包含： 一第三輻射部，連接該接地；及 一第四輻射部，耦接該第四端，該第四輻射部根據該感測元件及該第二電感器共同形成一第二感應極板，該第二感應極板用以感測鄰近該第二感應極板之另一物體；及 一第二電容器，耦接該第三輻射部與該第四輻射部之間。
2. 如請求項1所述之多天線系統，其中，該第二輻射部包含： 一第一輻射段，包含一第一饋入端，該第一饋入端位於遠離該感測元件之一端，該第一饋入端用以接收一饋入訊號；及 一第二輻射段，耦接該第二端及該第一電容器，該第二輻射段及該第一輻射部與該第一輻射段之間具有一第一耦合間距，該第二輻射段與該感測元件共同形成該第一感應極板； 其中，該第一輻射段根據該饋入訊號耦合該第二輻射段及該第一輻射部，以激發該第一天線產生一全頻操作頻帶。
3. 如請求項1所述之多天線系統，其中，該第二輻射部包含： 一第一輻射段，包含一第一饋入端，該第一饋入端位於遠離該感測元件之一端，該饋入端用以接收一饋入訊號；以及 一第二輻射段，耦接該第一輻射段、該第二端及該第一電容器，且該第二輻射段與該第一輻射段之間具有一第一距離，該第一輻射段、該第二輻射段與該感測元件共同形成該第一感應極板，該第一輻射段及該第二輻射段根據該饋入訊號產生一高操作頻帶。
4. 如請求項2或3所述之多天線系統，其中，該第四輻射部包含： 一第三輻射段，包含一第二饋入端，該第二饋入端位於遠離該感測元件之一端，該第二饋入端用以接收另一饋入訊號；及 一第四輻射段，耦接該第四端及該第二電容器，該第四輻射段及該第三輻射部與該第三輻射段之間具有一第二耦合間距，該第四輻射段與該感測元件共同形成該第二感應極板； 其中，該第三輻射段根據該另一饋入訊號耦合該第四輻射段及該第三輻射部，以激發該第二天線產生另一全頻操作頻帶。
5. 如請求項4所述之多天線系統，其中，該第一輻射部與該第二輻射段共同環繞該第一輻射段之一端，該第一輻射段之該端遠離該第一饋入端，該第三輻射部與該第四輻射段共同環繞該第三輻射段之一端，該第三輻射段之該端遠離該第二饋入端。
6. 如請求項3所述之多天線系統，其中，該第四輻射部包含： 一第三輻射段，包含一第二饋入端，該第二饋入端位於遠離該感測元件之一端，該第二饋入端用以接收另一饋入訊號；以及 一第四輻射段，耦接該第三輻射段、該第四端及該第二電容器，且該第四輻射段與該第三輻射段之間具有一第二距離，該第三輻射段、該第四輻射段與該感測元件共同形成該第二感應極板，該第三輻射段及該第四輻射段根據該另一饋入訊號產生另一高操作頻帶。
7. 如請求項1所述之多天線系統，其中，該第一天線之一長度方向垂直於該第二天線之另一長度方向，且該第二天線及該感測元件沿著垂直該長度方向之垂直投影不重疊於該第一天線沿著垂直該長度方向之垂直投影，該第二天線及該感測元件沿著垂直該另一長度方向之垂直投影重疊於該第一天線沿著垂直該另一長度方向之垂直投影。
8. 如請求項7所述之多天線系統，其中，該第一輻射部與該第三輻射部之間相互鄰近，該第二輻射部與該第四輻射部之間相互遠離。
9. 如請求項1所述之多天線系統，其中，該第一天線之一長度方向平行於該第二天線之另一長度方向，且該第一天線、該感測元件及該第二天線沿著該長度方向直線排列。
10. 如請求項9所述之多天線系統，其中，該第一輻射部及該第三輻射部位於該第一電容器及該第二電容器之相同一側，該第二輻射部及該第四輻射部位於該第一電容器及該第二電容器之相同另一側。

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