TWI528643B - 無線收發裝置及其天線模組 - Google Patents

Description

無線收發裝置及其天線模組

本發明有關於一種無線收發裝置及其天線模組，且特別是有關於一種單頻天線的無線收發裝置及其天線模組。

近年來，由於筆記型電腦、智慧型手機以及平板電腦等消費性電子產品的普及化，全球不同區域的資訊得以相互交流連結，因而促使通訊方式由早期的有線網路改變為無線與有線並存之網路。

為了因應無線網路的使用需求，電腦裝置必須與無線收發裝置(wireless transceiver)電性連結，以使電腦裝置可以順利的收發無線訊號。目前常見的無線收發裝置多為符合通用串列匯流排(universal serial bus，USB)標準規格的型態(例如USB dongle)，以便於與電腦裝置的通用串列匯流排連接埠(USB Port)進行通訊連接。

無線收發裝置的內部必須配置有至少一組天線模組，方可接收無線訊號或發送無線訊號。目前，習知的天線模組的種類可大致區分為單極天線或是雙件式的偶極天 線，少有多頻帶的操作模式。

為了增加無線收發裝置在使用時的空間利用性 以及收納攜帶時的方便性，無線收發裝置在設計時已逐漸朝向體積越來越小的設計。然而，由於無線收發裝置的尺寸受到限制時，將會造成天線模組在設計時阻抗匹配的不易，造成設計上的困難，以及在頻寬和效率上都有著不可避免的限制。

有鑑於以上的問題，本揭露提出一種無線收發裝 置及其天線模組，其透過一體成型的天線結構而形成一種具有較大工作頻帶之單頻天線，以應用於無線收發裝置。

根據本揭露一實施例中的天線模組，此天線模組 包括第一連接部、訊號饋入部、接地部、第二連接部、第三連接部、第一輻射部以及第二輻射部。訊號饋入部由第一連接部的一端延伸而出，且此訊號饋入部的延伸方向垂直第一連接部的延伸方向。接地部由第一連接部的另一端延伸而出。第二連接部連接第一連接部與訊號饋入部的外側邊，並具有相互平行的第一側邊與第二側邊，此第二連接部透過第一側邊而垂直連接訊號饋入部的外側邊。第三連接部連接第一連接部與接地部的外側邊。第三連接部具有相互平行的第三側邊與第四側邊，此第三連接部透過第三側邊而垂直連接接地部的外側邊。第一輻射部垂直連接第二側邊，並與上述 的第一連接部、訊號饋入部與接地部相互平行但不重疊。第二輻射部垂直連接第四側邊。其中，訊號饋入部、第二連接部與第一輻射部用以提供天線模組之第一共振頻帶之電流路徑，訊號饋入部、第一連接部、第三連接部與第二輻射部用以提供天線模組之第二共振頻帶之電流路徑。

於其中一實施例中，訊號饋入部的外側邊之長度 大於第一側邊之長度，接地部的外側邊之長度大於第三側邊之長度。

於其中一實施例中，第一共振頻帶部分地疊合第 二共振頻帶。

於其中一實施例中，第一輻射部包括第一子輻射 部、第二子輻射部與第三子輻射部，第一子輻射部與第二子輻射部分別係由第三子輻射部的內側邊之相對兩端延伸而出並相互平行，且第一子輻射部連接一部分的第二側邊。

根據本揭露一實施例中的無線收發裝置，此無線 收發裝置用以與主機裝置電性連接並藉由收發無線訊號來傳輸資料。無線收發裝置包括殼體、傳輸介面以及天線模組，其中傳輸介面曝露於殼體，其用以電性連接至主機裝置。天線模組設置於殼體內，其包括第一連接部、訊號饋入部、接地部、第二連接部、第三連接部、第一輻射部以及第二輻射部。訊號饋入部由第一連接部的一端延伸而出，此訊號饋入部的延伸方向垂直第一連接部的延伸方向，且訊號饋入部的 遠離第一連接部的一端連接至傳輸介面。接地部由第一連接部的另一端延伸而出，且接地部的遠離第一連接部的一端連接至傳輸介面。第二連接部連接第一連接部與訊號饋入部的外側邊，並具有相互平行的第一側邊與第二側邊，此第二連接部透過第一側邊而垂直連接訊號饋入部的外側邊。第三連接部連接第一連接部與接地部的外側邊。第三連接部具有相互平行的第三側邊與第四側邊，此第三連接部透過第三側邊而垂直連接接地部的外側邊。第一輻射部垂直連接第二側邊，並與上述的第一連接部、訊號饋入部與接地部相互平行但不重疊。第二輻射部垂直連接第四側邊。其中，訊號饋入部、第二連接部與第一輻射部用以提供天線模組之第一共振頻帶之電流路徑，訊號饋入部、第一連接部、第三連接部與第二輻射部用以提供天線模組之第二共振頻帶之電流路徑。

於其中一實施例中，訊號饋入部的外側邊之長度 大於第一側邊之長度，接地部的外側邊之長度大於第三側邊之長度。

於其中一實施例中，第一共振頻帶部分地疊合第 二共振頻帶。

於其中一實施例中，第一輻射部包括第一子輻射 部、第二子輻射部與第三子輻射部，第一子輻射部與第二子輻射部分別係由第三子輻射部的內側邊之相對兩端延伸而出並相互平行，且第一子輻射部連接一部分的第二側邊。

於其中一實施例中，傳輸介面係為通用串列匯流排連接埠。

綜合以上所述，本揭露提供一種無線收發裝置及其天線模組，其透過結構之設計使得天線模組可以具有第一共振頻帶之電流路徑以及第二共振頻帶之電流路徑，且第一共振頻帶部分地疊合第二共振頻帶，使得天線模組可以具有一種較大的工作頻帶並形成一種單頻天線。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

A‧‧‧無線收發裝置

1‧‧‧天線模組

100‧‧‧第一連接部

102‧‧‧訊號饋入部

104‧‧‧接地部

106‧‧‧第二連接部

108‧‧‧第三連接部

110‧‧‧第一輻射部

1100‧‧‧第一子輻射部

1102‧‧‧第二子輻射部

1104‧‧‧第三子輻射部

112‧‧‧第二輻射部

1120‧‧‧第四子輻射部

1122‧‧‧第五子輻射部

1124‧‧‧第六子輻射部

114a、114b‧‧‧缺口

S1~S16‧‧‧側邊

2‧‧‧傳輸介面

3‧‧‧殼體

4‧‧‧基板

第1圖係為根據本揭露一實施例之無線收發裝置的立體示意圖。

第2圖係為根據第1圖之天線模組的立體示意圖。

第3圖係為根據第1圖之天線模組的展開平面示意圖。

第4A圖係為根據本揭露一實施例之無線收發裝置的天線模組的S11參數測量結果。

第4B圖係為根據本揭露一實施例之無線收發裝置的天線模組的駐波比值測量結果。

第4C圖係為根據本揭露一實施例之無線收發裝置的 天線模組的史密斯圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照第1圖，第1圖係為根據本揭露一實施例之無線收發裝置的立體示意圖。如第1圖所示，無線收發裝置A用以與主機裝置(未繪示於圖式)電性連接，並藉由接收與發射無線訊號來傳輸資料。換句話說，主機裝置可以透過無線收發裝置A來與其他主機裝置通訊連接，並以無線通訊之方式來將主機裝置之資料傳輸至其他主機裝置或是接收其他主機裝置之資料。於實務上，主機裝置可以為一種桌上型電腦、筆記型電腦或平板電腦，但不以此為限。

無線收發裝置A主要包括有天線模組1、傳輸介面2、殼體3以及基板4，其中傳輸介面2曝露於殼體3外，而天線模組1則設置於殼體3內。傳輸介面2用以電性連接至主機裝置的資料傳輸介面，以進行資料的傳輸。於本發明實施例中，傳輸介面2係為一種通用串列匯流排(universal serial bus，USB)連接埠，此通用串列匯流排連接埠包括有電 源腳位、第一資料腳位、第二資料腳位以及接地腳位。當無線收發裝置A的傳輸介面2電性連接於主機裝置時，無線收發裝置A會分別透過電源腳位VBUS與接地腳位GND來接收主機裝置中的電源供應器(power supply)所供應的系統電壓與接地電位，並透過第一資料腳位與第二資料腳位來與主機裝置進行資料的傳輸。

無線收發裝置A更可以包括有一組處理模組，此處理模組設置於基板4上，並電性連接於傳輸介面2與天線模組1之間，其用以編碼或解碼所欲接收或是傳送之資料。此外，雖然第1圖中的傳輸介面2為通用串列匯流排連接埠，然而，傳輸介面2亦可以為一種PS/2介面、RS-232介面、IEEE 1394介面(亦稱火線介面)或是遊戲控制器連接埠，本發明在此不加以限制。於實務上，天線模組1與殼體3之間的間隔距離約略為1釐米(millimeter)，但不以此為限。此外，殼體3所使用的材料可以為塑膠材料等絕緣材料，但不以此為限。為了更加清楚說明天線模組1之細部結構，以下分別就天線模組1中的各部位作詳細的說明。

請一併參照第2圖與第3圖，第2圖係為根據第1圖之天線模組的立體示意圖；第3圖係為根據第1圖之天線模組的展開平面示意圖。如第2圖與第3圖所示，天線模組1係由一種可撓性導電材料所組成，此天線模組1撓曲配置於無線收發裝置A的殼體3中而呈現一種立體結構，換句話說， 天線模組1係為一體成型之製作方式所形成。天線模組1主要包括有第一連接部100、訊號饋入部102、接地部104、第二連接部106、第三連接部108、第一輻射部110以及第二輻射部112。此外，本發明在此不加以限制天線模組1的所使用的導電材料，此導電材料例如可以為銅、鋁或是其他可撓性導電材料。

訊號饋入部102係由第一連接部100的一端延伸 而出，且訊號饋入部102的延伸方向垂直第一連接部100的延伸方向。接地部104係由第一連接部100的另一端延伸而出，接地部104的延伸方向垂直第一連接部100的延伸方向。換句話說，第一連接部100分別連接於訊號饋入部102與接地部104之間，且訊號饋入部102、接地部104與第一連接部100係位於相同平面，而形成一種「ㄇ」型結構。於本發明實施例中，訊號饋入部102的遠離第一連接部100的一端具有一個訊號饋入點(未標示於圖式)，接地部104的遠離第一連接部100的一端具有一個接地點(未標示於圖式)。此訊號饋入點以及接地點分別連接至傳輸介面2，且此訊號饋入點用以饋入訊號至天線模組1中。

第二連接部106連接第一連接部100與訊號饋入 部102的外側邊，並具有相互平行的第一側邊S1與第二側邊S2，且此第二連接部106係透過第一側邊S1而垂直連訊號饋入部102的外側邊。換句話說，第二連接部106係由靠近第一 連接部100的訊號饋入部102的外側邊延伸而出。第三連接部108連接第一連接部100與接地部104的外側邊，故第三連接部108具有相互平行的第三側邊S3與第四側邊S4，且此第三連接部108係透過第三側邊S3而垂直連接接地部104的外側邊。換句話說，第三連接部108係由靠近第一連接部100的接地部104的外側邊延伸而出。

換句話說，第二連接部106與第三連接部108分 別是由訊號饋入部102的外側邊與接地部104的外側邊延伸而出所形成，且第二連接部106與第三連接部108垂直於訊號饋入部102、接地部104與第一連接部100所形成的平面，使得第二連接部106與訊號饋入部102之間所形成的夾角以及第三連接部108與接地部104之間所形成的夾角皆為九十度。更詳細來說，訊號饋入部102的外側邊之長度大於第二連接部106的第一側邊S1之長度，接地部104的外側邊之長度大於第三連接部108的第三側邊S3之長度。換句話說，第二連接部106的第一側邊S1僅連接一部分的訊號饋入部102的外側邊，而第三連接部108的第三側邊S3僅連接一部分的接地部104的外側邊。

第一輻射部110垂直連接第二連接部106的第二 側邊S2，並與第一連接部100、訊號饋入部102與接地部104相互平行但不重疊。第二輻射部112垂直連接第三連接部108的第四側邊S4，亦即第二輻射部112平行但不重疊於第一連 接部100、訊號饋入部102與接地部104所形成的平面。換句話說，第一輻射部110與第二連接部106之間所形成的夾角以及第二輻射部112與第三連接部108之間所形成的夾角皆為九十度，且第一輻射部110與第二輻射部112是朝向遠離第一連接部100的方向所形成。於實務上，第一輻射部110與第二輻射部112與基板4之間具有一間隙，換句話說，第一輻射部110與第二輻射部112未接觸到基板4。

更詳細來說，第一輻射部110與第二輻射部112 皆呈一種「ㄈ」型結構(亦可稱「凹」型結構)，並分別具有缺口114a與缺口114b，所述的缺口114a的方向與缺口114b的方向皆朝向第一連接部100。因此，第一輻射部110更可以包括有第一子輻射部1100、第二子輻射部1102以及第三子輻射部1104，其中第一子輻射部1100與第二子輻射部1102分別係由第三子輻射部1104的內側邊S10之相對兩端延伸而出並相互平行，且第一子輻射部1100連接一部分的第二側邊S2。 同樣地，第二輻射部112更可以包括有第四子輻射部1120、第五子輻射部1122以及第六子輻射部1124，其中第四子輻射部1120與第五子輻射部1122分別係由第六子輻射部1124的內側邊S16之相對兩端延伸而出並相互平行，且第四子輻射部1120連接一部分的第四側邊S4。

缺口114a係由第一子輻射部1100的內側邊S6、 第三子輻射部1104的內側邊S10以及第二子輻射部1102的內 側邊S8圍繞所形成；缺口114b係由第四子輻射部1120的內側邊S12、第六子輻射部1124的內側邊S16以及第五子輻射部1122的內側邊S14圍繞所形成。

於本發明實施例中，第三子輻射部1104的外側邊S9與內側邊S10之間的距離長度大於第一子輻射部1100的外側邊S5與內側邊S6之間的距離長度以及第二子輻射部1102的外側邊S7與內側邊S8之間的距離長度；第六子輻射部1124的外側邊S15與內側邊S16之間的距離長度大於第四子輻射部1120的外側邊S11與內側邊S12之間的距離長度以及第五子輻射部1122的外側邊S13與內側邊S14之間的距離長度。

在實際的操作中，訊號饋入部102、第二連接部106與第一輻射部110用以提供天線模組1之第一共振頻帶之電流路徑(未繪示於圖式)；訊號饋入部102、第一連接部100、第三連接部108與第二輻射部112用以提供天線模組1之第二共振頻帶之電流路徑(未繪示於圖式)。由於電流路徑的長度會決定天線模組1所應用的頻率範圍，故第二共振頻帶會略高於第一共振頻帶。值得注意的是，第一共振頻帶會部分地疊合第二共振頻帶，使得天線模組1可以產生一種較大的工作頻帶，並形成一種單頻天線。換句話說，本發明之天線模組1係利用雙頻的概念，並透過天線結構的設計來增加天線模組1的頻寬，並形成為單頻天線。於實務上，本發明之天線模組1 所增加的頻寬百分比可大於20%。

請一併參照第4A圖、第4B圖以及第4C圖，第4A圖係為根據本揭露一實施例之無線收發裝置的天線模組的S11參數測量結果；第4B圖係為根據本揭露一實施例之無線收發裝置的天線模組的駐波比值測量結果；第4C圖係為根據本揭露一實施例之無線收發裝置的天線模組的史密斯圖。由於天線模組1的S11參數、駐波比值(standing wave ratio，SWR)以及史密斯圖(smith chart)已被所屬技術領域具有通常知識者所知悉，故不再特別贅述。

此外，當本發明之天線模組1操作於5.15GHz時，天線模組1的平均增益(average gain)為-1.53dB，其尖峰增益比(peak gain)為4.81dBi，其效率(efficiency)為70.21%；當天線模組1操作於5.35GHz時，天線模組1的平均增益為-1.31dB，其尖峰增益比為5.21dBi，其效率為73.82%；當天線模組1操作於5.825GHz時，天線模組1的平均增益為-1.22dB，其尖峰增益比為5.82dBi，其效率為75.44%；當天線模組1操作於5.875GHz時，天線模組1的平均增益為-1.47dB，其尖峰增益比為5.65dBi，其效率為76.66%。於實務上，本發明之天線模組1的工作頻帶約略在5.15GHz~5.875GHz之間，換句話說，第一共振頻帶與第二共振頻帶經疊合所形成的工作頻帶可以在5.15GHz~5.875GHz之間，但不以此為限。

綜合以上所述，本發明實施例提供一種無線收發 裝置及其天線模組，其透過結構之設計使得天線模組可以具有第一共振頻帶之電流路徑以及第二共振頻帶之電流路徑，且第一共振頻帶部分地疊合第二共振頻帶，使得天線模組可以具有一種較大的工作頻帶並形成一種單頻天線。藉此，本發明之無線收發裝置及其天線模組解決了阻抗匹配不易的問題，並降低了製造的困難度以及製造成本，十分具有實用性。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1‧‧‧天線模組

100‧‧‧第一連接部

102‧‧‧訊號饋入部

104‧‧‧接地部

106‧‧‧第二連接部

108‧‧‧第三連接部

110‧‧‧第一輻射部

1100‧‧‧第一子輻射部

1102‧‧‧第二子輻射部

1104‧‧‧第三子輻射部

112‧‧‧第二輻射部

1120‧‧‧第四子輻射部

1122‧‧‧第五子輻射部

1124‧‧‧第六子輻射部

114a、114b‧‧‧缺口

S1~S16‧‧‧側邊

Claims (9)

1. 一種天線模組，包括：一第一連接部；一訊號饋入部，由該第一連接部的一端延伸而出，且該訊號饋入部的延伸方向垂直該第一連接部的延伸方向；一接地部，由該第一連接部的另一端延伸而出；一第二連接部，連接該第一連接部與該訊號饋入部的外側邊，具有相互平行的一第一側邊與一第二側邊，該第二連接部透過該第一側邊而垂直連接該訊號饋入部的外側邊；一第三連接部，連接該第一連接部與該接地部的外側邊，具有相互平行的一第三側邊與一第四側邊，該第三連接部透過該第三側邊而垂直連接該接地部的外側邊；一第一輻射部，垂直連接該第二側邊，並與該第一連接部、該訊號饋入部與該接地部相互平行但不重疊；以及一第二輻射部，垂直連接該第四側邊；其中，該訊號饋入部、該第二連接部與該第一輻射部用以提供該天線模組之一第一共振頻帶之電流路徑，該訊號饋入部、該第一連接部、該第三連接部與該第二輻射部用以提供該天線模組之一第二共振頻帶之電流路徑。
2. 如請求項1所述之天線模組，其中該訊號饋入部的外側邊之長度大於該第一側邊之長度，該接地部的外側邊之長度 大於該第三側邊之長度。
3. 如請求項1所述之天線模組，其中該第一共振頻帶部分地疊合該第二共振頻帶。
4. 如請求項1所述之天線模組，其中該第一輻射部包括一第一子輻射部、一第二子輻射部與一第三子輻射部，該第一子輻射部與該第二子輻射部分別係由該第三子輻射部的內側邊之相對兩端延伸而出並相互平行，且該第一子輻射部連接一部分的該第二側邊。
5. 一種無線收發裝置，用以與一主機裝置電性連接並藉由收發無線訊號來傳輸資料，該無線收發裝置包括：一殼體；一傳輸介面，曝露於該殼體，用以電性連接至該主機裝置；以及一天線模組，設置於該殼體內，該天線模組包括：一第一連接部；一訊號饋入部，由該第一連接部的一端延伸而出，且該訊號饋入部的延伸方向垂直該第一連接部的延伸方向，該訊號饋入部的遠離該第一連接部的一端連接至該傳輸介面；一接地部，由該第一連接部的另一端延伸而出，該接地部的遠離該第一連接部的一端連接至該傳輸介面； 一第二連接部，連接該第一連接部與該訊號饋入部的外側邊，具有相互平行的一第一側邊與一第二側邊，該第二連接部透過該第一側邊而垂直連接該訊號饋入部的外側邊；一第三連接部，連接該第一連接部與該接地部的外側邊，具有相互平行的一第三側邊與一第四側邊，該第三連接部透過該第三側邊而垂直連接該接地部的外側邊；一第一輻射部，垂直連接該第二側邊，並與該第一連接部、該訊號饋入部與該接地部相互平行但不重疊；以及一第二輻射部，垂直連接該第四側邊；其中，該訊號饋入部、該第二連接部與該第一輻射部用以提供該天線模組之一第一共振頻帶之電流路徑，該訊號饋入部、該第一連接部、該第三連接部與該第二輻射部用以提供該天線模組之一第二共振頻帶之電流路徑。
6. 如請求項5所述之無線收發裝置，其中該訊號饋入部的外側邊之長度大於該第一側邊之長度，該接地部的外側邊之長度大於該第三側邊之長度。
7. 如請求項5所述之無線收發裝置，其中該該第一共振頻帶部分地疊合該第二共振頻帶。
8. 如請求項5所述之無線收發裝置，其中該第一輻射部包括 一第一子輻射部、一第二子輻射部與一第三子輻射部，該第一子輻射部與該第二子輻射部分別係由該第三子輻射部的內側邊之相對兩端延伸而出並相互平行，且該第一子輻射部連接一部分的該第二側邊。
9. 如請求項5所述之無線收發裝置，其中該傳輸介面係為通用串列匯流排連接埠。