TWI523328B - 通訊裝置 - Google Patents

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TWI523328B TW101128726A TW101128726A TWI523328B TW I523328 B TWI523328 B TW I523328B TW 101128726 A TW101128726 A TW 101128726A TW 101128726 A TW101128726 A TW 101128726A TW I523328 B TWI523328 B TW I523328B
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Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種包括高隔離度之多輸入多輸出(MIMO,multi-input multi-output)多頻天線結構之通訊裝置。
隨著現今通訊裝置對訊號傳輸量及傳輸速率的需求日益增加，相關通訊標準對於傳輸速率的支援亦不斷的提升，多天線MIMO系統同時接收及發射訊號之能力逐漸受到重視。舉例來說，如無線區域網路(WLAN,wireless local area network)之通訊規範IEEE 802.11n便可支援MIMO操作，進而提升傳輸速率，由此可見，多天線之操作已成為未來之趨勢。但由於須在通訊裝置內部有限的空間中置入數個天線，將造成天線之間彼此的距離過近，且天線之間之干擾也越來越大。保持天線之間之高隔離度對設計者而言成為非常重要的挑戰。
傳統上，改善多天線系統之隔離度或降低耦合問題的方式是在兩天線間置入一寄生隔離金屬元件，其中寄生隔離金屬元件之共振頻率大致接近天線系統之共振頻帶，來阻擋天線之間之電流耦合，進而提高天線系統之隔離度。不過此種利用阻擋電流達成降低耦合之技術亦會使得天線系統之輻射效率因該寄生隔離金屬元件而降低，影響天線系統之輻射特性。另外，傳統之寄生隔離金屬元件通常僅能於單一頻帶內達成高隔離度，未必能在多頻帶內均達成 高隔離度。
因此，有必要設計一種新的通訊裝置，其包括可操作於多頻帶之一天線系統，而天線系統於多頻帶內均具有高隔離度，並能維持良好之輻射效率。
本發明的目的在於提供一種通訊裝置，其包括一天線系統。此天線系統包括至少二支多頻天線與一隔離元件。這些天線之間於多頻帶中均具有高隔離度，且天線系統亦能維持良好之輻射效率。
在較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包括：一第一導電板；以及一天線系統，為一平面結構，其中該天線系統至少包括：一第一天線，操作於至少一第一頻帶及一第二頻帶，其中該第一頻帶之頻率低於該第二頻帶之頻率；一第二天線，操作於至少該第一頻帶及該第二頻帶；一接地面，包括一主接地面及一突出接地面，其中該主接地面及該突出接地面形成一倒T字形，該突出接地面位於該第一天線與該第二天線之間，該主接地面耦接至該第一導電板；以及一開口槽孔，形成於該接地面上，其中該開口槽孔之一開口端係位於該突出接地面之一邊緣，而該開口槽孔於該第一頻帶及該第二頻帶中使得該第一天線及該第二天線之間之隔離度增加。
在一些實施例中，該天線系統位於該第一導電板之一第一邊緣，且至少一部分之該開口槽孔係位於該主接地面。
在一些實施例中，天線系統之開口槽孔為一螺旋狀，或是至少一部分之開口槽孔為一蜿蜒狀。開口槽孔可以在第一頻帶及第二頻帶中均形成共振，來吸引接地面上之表面電流，從而降低天線之間之電流耦合。因此，本發明之天線系統不僅能在多頻帶中具有高隔離度，亦可維持良好之天線輻射效率。
在一些實施例中，本發明之天線系統於第一頻帶內(例如：無線區域網路之2.4GHz頻帶)可以達到低於約-20dB之隔離度(S21)。另外，天線系統於第二頻帶內(例如：無線區域網路5.2GHz及5.8GHz頻帶)可以達到低於約-25dB之隔離度(S21)。
為讓本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請一併參考第1A圖及第1B圖。第1A圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置100之示意圖。在第一實施例中，通訊裝置100包括一天線系統10及一第一導電板11。第一導電板11可以是一平板電腦(Tablet Computer)之一支撐導電板。天線系統10位於第一導電板11之一第一邊緣111處。天線系統10為一平面結構。天線系統10所在之平面平行於第一導電板11，並朝向遠離第一導電板11之方向延伸。
第1B圖係顯示根據本發明第二實施例所述之通訊裝 置200之示意圖。在第二實施例中，通訊裝置200包括一第一導電板12、一第二導電板13，以及一天線系統14。第一導電板12係電性耦接至第二導電板13。第二導電板13之一第二邊緣131係靠近第一導電板12之第一邊緣121。在一些實施例中，第二導電板13為一筆記型電腦之一上蓋之一支撐導電板。天線系統14位於第一導電板12之第一邊緣121和第二導電板13之第二邊緣131之間。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統14之示意圖。在本實施例中，天線系統14包括至少一第一天線20、一第二天線21、一接地面24，以及接地面24之一開口槽孔23。接地面24為一倒T字形。接地面24包括一突出接地面241及一主接地面242，其中突出接地面241位於第一天線20與第二天線21之間，而主接地面242係電性耦接至第一導電板12。天線系統14可以設置於一介質基板22上。第一天線20操作於至少一第一頻帶及一第二頻帶，其中該第一頻帶之頻率低於該第二頻帶之頻率。相似地，第二天線21亦操作於至少該第一頻帶及該第二頻帶。第一天線20具有一正饋入端201和一負饋入端203。負饋入端203係電性耦接至主接地面242，而正饋入端201係電性耦接至一同軸電纜線(coaxial cable)202，用以激發第一天線20。相似地，第二天線21亦具有一正饋入端211和一負饋入端213。負饋入端213係電性耦接至主接地面242，而正饋入端211係電性耦接至另一同軸電纜線212，用以激發第二天線21。接地面24更具有開口槽孔23。開口槽孔23之長度約為該第一頻帶之最低頻率之0.5倍波長。 在一些實施例中，至少一部分之開口槽孔23係位於主接地面242。開口槽孔23之一開口端231位於突出接地面241之一邊緣。在本實施例中，開口槽孔23為一螺旋狀。接地面24之開口槽孔23在該第一頻帶及該第二頻帶中形成共振，來吸引接地面24上之表面電流，從而降低第一天線20和第二天線21之間之電流耦合。因此，開口槽孔23可以在該第一頻帶及該第二頻帶中使得第一天線20及第二天線21之間之隔離度增加。值得注意的是，即使第2圖僅顯示二支天線，在其他實施例中，天線系統14亦可包括三支以上的天線。
第3A圖係顯示第2圖之天線系統14之S參數圖。在一實施例中，天線系統14之面積約為55 x 9mm2，而第一導電板12之面積約為260 x 200mm2。在10dB返回損失的定義下，第一天線20之反射係數(S11)曲線30及第二天線21之反射係數(S22)曲線31皆可包括一第一頻帶33及一第二頻帶34。在較佳實施例中，第一頻帶33可涵蓋無線區域網路(WLAN)2.4GHz頻帶(約介於2400MHz和2484MHz之間)，而第二頻帶34則可涵蓋無線區域網路5.2/5.8GHz頻帶(約介於5150MHz和5350MHz之間，以及5725MHz和5875MHz之間)。當天線系統14用於WLAN系統之MIMO操作時，第一天線20及第二天線21於第一頻帶33及第二頻帶34中之隔離度(S21)曲線32分別約介於-20dB至-27dB之間，以及約介於-25dB至-31dB之間。第一天線20之天線效率(包含阻抗匹配之損失)於第一頻帶33及第二頻帶34中分別為60%至70%，以及87%至 92%。第二天線21之天線效率於第一頻帶33及第二頻帶34中分別為60%至70%，以及93%至97%。因此，本發明之天線系統14在第一頻帶33和第二頻帶34中均具有不錯之輻射效率。值得注意的是，本發明並不限於此，前述之頻帶範圍和元件尺寸皆可由設計者視不同需要而進行調整。
第3B圖係顯示第2圖之天線系統14不具開口槽孔23時之S參數圖。在10dB返回損失的定義下，第一天線20之反射係數(S11)曲線35及第二天線21之反射係數(S22)曲線36亦可包括一第一頻帶38和一第二頻帶39。和第3A圖相比，若天線系統14不具任何開口槽孔時，則第一天線20及第二天線21於第一頻帶38及第二頻帶39中之隔離度(S21)曲線37僅能分別達到約-15dB和約-20dB。故由第3A、3B圖可知，接地面24之開口槽孔23可有效地在第一頻帶33及第二頻帶34中改善第一天線20和第二天線21之間之隔離度達至少5dB。
第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線系統14之示意圖。第4圖基本上與第2圖相似。兩者之差異在於，在第4圖中，接地面44之開口槽孔43至少有一部分為蜿蜒狀。更詳細地說，開口槽孔43包括一U形部分435、一第一S形部分436，以及一第二S形部分437，其中U形部分435圍繞著第一S形部分436和第二S形部分437。在本實施例中，開口槽孔43之特定形狀可以在第一頻帶33及第二頻帶34形成共振。因此，開口槽口43亦可使得第一天線20及第二天線21於第一頻帶33及第二頻帶34 中之隔離度增加。
第5圖係顯示根據本發明再一實施例所述之天線系統14之示意圖。第5圖基本上與第2圖相似。兩者之差異在於，在第5圖中，接地面54之開口槽孔53至少有一部分為蜿蜒狀。更詳細地說，開口槽孔53包括一第一反S形部分535和一第二反S形部分536。在本實施例中，開口槽孔53之特定形狀可以在第一頻帶33及第二頻帶34形成共振。因此，開口槽口53亦可使得第一天線20及第二天線21於第一頻帶33及第二頻帶34中之隔離度增加。
第6圖係顯示根據本發明又一實施例所述之天線系統14之示意圖。第6圖基本上與第2圖相似。兩者之差異在於，在第6圖中，接地面64之開口槽孔63至少有一部分為蜿蜒狀。更詳細地說，開口槽孔63為一W形。在本實施例中，開口槽孔63之特定形狀可以在第一頻帶33及第二頻帶34形成共振。因此，開口槽口63亦可使得第一天線20及第二天線21於第一頻帶33及第二頻帶34中之隔離度增加。
值得注意的是，第2、4、5、6圖所示之各種天線系統14皆可套用於第1A、1B圖所示之通訊裝置100、200中。在一些實施例中，通訊裝置100可以是一智慧型手機或一平板電腦，而通訊裝置200可以是一筆記型電腦。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200‧‧‧通訊裝置
10、14‧‧‧天線系統
11、12‧‧‧第一導電板
111、121‧‧‧第一導電板之第一邊緣
13‧‧‧第二導電板
131‧‧‧第二導電板之第二邊緣
20‧‧‧天線系統之第一天線
201‧‧‧第一天線之正饋入端
202、212‧‧‧同軸電纜線
203‧‧‧第一天線之負饋入端
21‧‧‧天線系統之第二天線
211‧‧‧第二天線之正饋入端
213‧‧‧第二天線之負饋入端
22‧‧‧介質基板
23、43、53、63‧‧‧開口槽孔
231、431、531、631‧‧‧開口槽孔之開口端
232、432、532、632‧‧‧開口槽孔之閉口端
24、44、54、64‧‧‧接地面
241、441、541、641‧‧‧突出接地面
242、442、542、642‧‧‧主接地面
30、35‧‧‧天線系統之第一天線之反射係數(S11)曲線
31、36‧‧‧天線系統之第二天線之反射係數(S22)曲線
32、37‧‧‧天線系統之隔離度(S21)曲線
33、38‧‧‧第一頻帶
34、39‧‧‧第二頻帶
435‧‧‧開口槽孔之U形部分
436‧‧‧開口槽孔之第一S形部分
437‧‧‧開口槽孔之第二S形部分
535‧‧‧開口槽孔之第一反S形部分
536‧‧‧開口槽孔之第二反S形部分
第1A圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置之示意圖；第1B圖係顯示根據本發明第二實施例所述之通訊裝置之示意圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之示意圖；第3A圖係顯示第2圖之天線系統之S參數圖；第3B圖係顯示第2圖之天線系統不具開口槽孔時之S參數圖；第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線系統之示意圖；第5圖係顯示根據本發明再一實施例所述之天線系統之示意圖；第6圖係顯示根據本發明又一實施例所述之天線系統之示意圖。
14‧‧‧天線系統
20‧‧‧天線系統之第一天線
201‧‧‧第一天線之正饋入端
202、212‧‧‧同軸電纜線
203‧‧‧第一天線之負饋入端
21‧‧‧天線系統之第二天線
211‧‧‧第二天線之正饋入端
213‧‧‧第二天線之負饋入端
22‧‧‧介質基板
23‧‧‧開口槽孔
231‧‧‧開口槽孔之開口端
232‧‧‧開口槽孔之閉口端
24‧‧‧接地面
241‧‧‧突出接地面
242‧‧‧主接地面

Claims (11)

  1. 一種通訊裝置，包括：一第一導電板；以及一天線系統，為一平面結構，其中該天線系統至少包括：一第一天線，操作於至少一第一頻帶及一第二頻帶，其中該第一頻帶之頻率低於該第二頻帶之頻率；一第二天線，操作於至少該第一頻帶及該第二頻帶；一接地面，包括一主接地面及一突出接地面，其中該主接地面及該突出接地面形成一倒T字形，該突出接地面位於該第一天線與該第二天線之間，該主接地面耦接至該第一導電板；以及一開口槽孔，形成於該接地面上，其中該開口槽孔之一開口端係位於該突出接地面之一邊緣，而該開口槽孔於該第一頻帶及該第二頻帶中使得該第一天線及該第二天線之間之隔離度增加；其中至少一部分之該開口槽孔係位於該主接地面，而其餘部分之該開口槽孔係位於該突出接地面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線系統位於該第一導電板之一第一邊緣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一天線及該第二天線分別具有一正饋入端和一負饋入端，而該等負饋入端皆耦接至該主接地面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線系統所在之平面平行於該第一導電板，並朝向遠離該第 一導電板之方向延伸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該開口槽孔之長度約為該第一頻帶之最低頻率之0.5倍波長。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該開口槽孔為一螺旋狀。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中至少一部分之該開口槽孔為一蜿蜒狀。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之通訊裝置，其中該開口槽孔包括一U形部分、一第一S形部分，以及一第二S形部分，其中該U形部分圍繞該第一S形部分和該第二S形部分。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之通訊裝置，其中該開口槽孔包括一第一反S形部分和一第二反S形部分。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之通訊裝置，其中該開口槽孔為一W形。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一第二導電板，耦接至該第一導電板，其中該第二導電板之一第二邊緣係靠近該第一導電板之該第一邊緣，而該天線系統位於該第一邊緣及該第二邊緣之間。
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