TWI569513B - 天線模組 - Google Patents

Description

天線模組

本揭示內容關於一種天線技術，且特別係關於一種多頻的天線模組。

近來，隨著無線通訊技術的發展，市面上的電子產品如筆記型電腦以及平板電腦等，皆廣泛地利用無線通訊技術來傳遞資訊。

然而，隨著通訊需求的提高，電子產品中採用的天線若要設計為多頻天線，容易存在低頻頻寬不足的問題，並且較難以涵蓋到長期演進技術(Long Term Evolution，LTE)700頻段。

因此，如何改善多頻天線的低頻頻寬不足的現象，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域極需改進的目標。

為了改善多頻天線的低頻頻寬，本揭示內容是提供一種天線模組，其包含寄生單元與第一天線單元。寄生單元包含第一寄生輻射部與第二寄生輻射部，第二寄生輻射 部電性連接第一寄生輻射部。第一寄生輻射部與第二寄生輻射部環繞寄生單元的中央區域。第一天線單元包含饋入端、接地端與第一輻射部，其中接地端電性連接接地部。饋入端用以收發第一天線訊號。第一輻射部用以與寄生單元產生天線模組之第一共振模態，其包含中央頻率、中央頻率之二倍頻率與中央頻率之三倍頻率。

綜上所述，本揭示內容利用天線單元與寄生單元形成的雙開迴路(Open-loop)架構，而不同的共振模態以涵蓋多種頻帶，並且具有寬頻的特性。此外，本揭示內容的天線模組可應用於多重輸入輸出的系統內，並且具有良好的隔離度。

以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本揭示內容之技術方案提供更進一步的解釋。

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下：

100、300、510、520、531、532、700‧‧‧天線模組

110、310、710‧‧‧寄生單元

112、114、312、314‧‧‧寄生輻射部

116、316‧‧‧中央區域

120、720、730‧‧‧天線單元

121、731‧‧‧饋入端

122、732‧‧‧接地端

123、124‧‧‧輻射部

125、126、128、326‧‧‧突出部

127‧‧‧連接部

130‧‧‧訊號傳輸線

140、540、740‧‧‧接地部

1121、1261‧‧‧部分

G1~G7‧‧‧槽縫

T1‧‧‧端點

410、420、430、440、450、460、610、620、630‧‧‧曲線

4111~4113、412~415‧‧‧頻帶

F1~F7‧‧‧頻率

d1、d2‧‧‧距離

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖示之說明如下：第1圖係說明本揭示內容一實施例之天線模組之示意圖；第2A圖係說明本揭示內容一實施例之天線模組之寄生單元之示意圖；第2B圖係說明本揭示內容一實施例之天線模組之天線單元之示意圖； 第3圖係說明本揭示內容一實施例之天線模組之示意圖；第4A圖係說明本揭示內容一些實施例之天線模組之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)對頻率的關係圖；第4B圖係說明本揭示內容一些實施例之天線模組之天線增益對頻率的關係圖；第5圖係說明本揭示內容一些實施例之應用於多重輸入輸出(Multi-input Multi-output，MIMO)系統之天線模組之示意圖；第6圖係說明本揭示內容一些實施例之應用於多重輸入輸出系統之天線模組之隔離度(Isolation)對頻率的關係圖；以及第7圖係說明本揭示內容一實施例之天線模組之示意圖。

為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照附圖及以下所述之各種實施例。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍；步驟的描述亦非用以限制其執行之順序，任何由重新組合，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。

於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則「一」與「該」可泛指單一個或 複數個。將進一步理解的是，本文中所使用之「包含」、「包括」、「具有」及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。

當一元件被稱為「連接」或「耦接」至另一元件時，它可以為直接連接或耦接至另一元件，又或是其中有一額外元件存在。相對的，當一元件被稱為「直接連接」或「直接耦接」至另一元件時，其中是沒有額外元件存在。

關於本文中所使用之「約」、「大約」或「大致約」一般通常係指數值之誤差或範圍約百分之二十以內，較好地是約百分之十以內，而更佳地則是約百分五之以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如「約」、「大約」或「大致約」所表示的誤差或範圍。

請參考第1圖。第1圖係說明本揭示內容一實施例之天線模組100之示意圖。如第1圖所示，天線模組100包含寄生單元110與天線單元120。寄生單元110與天線單元120形成雙開迴路(Open-loop)的架構。

為說明寄生單元110，請參考第2A圖。寄生單元110包含第一寄生輻射部112與第二寄生輻射部114，第一寄生輻射部112電性連接第二寄生輻射部114。第一寄生輻射部112與第二寄生輻射部114環繞的區域為第一寄生單元112的中央區域116。

為說明天線單元120，請參考第2B圖。天線單 元120包含饋入端121、接地端122、第一輻射部123、連接部127。天線單元120可區分為連接部127與天線本體。連接部127配置於基板(例如印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB))的第二面並且電性連接基板第一面的天線本體。饋入端121用以收發第一天線訊號，接地端122電性連接於接地部140。接地部140可以電性連接於天線模組100所搭配的系統的接地面，其尺寸依系統而決定。於一實施例中，第一輻射部123包含第一突出部126，其中第一突出部126配置於寄生單元110的中央區域116內，槽縫G1配置於第一寄生輻射部112與第一突出部126之間，槽縫G2配置於第二寄生輻射部114與第一突出部126之間(如第1圖所示)。

第一輻射部123形成單極天線(Monopole antenna)並用以與寄生單元110產生天線模組100之第一共振模態。具體而言，寄生單元110以端點T1電性連接於天線模組100所搭配的系統的接地面。訊號傳輸線130的正端電性耦接至饋入端121，訊號傳輸線130的負端電性耦接至接地端122。訊號經由訊號傳輸線130的正端傳入饋入端121，經由第一輻射部123，透過槽縫G1與槽縫G2與寄生單元110(包含第一寄生輻射部112與第二寄生輻射部114)耦合，而產生第一共振模態。第一共振模態涵蓋的頻帶包含中央頻率、中央頻率之二倍頻率與中央頻率之三倍頻率。於一實施例中，中央頻率為704~906百萬赫(MHz)，中央頻率的二倍頻率大約為1700百萬赫(MHz)，中央頻率的 三倍頻率大約為2400百萬赫(MHz)。如第4A圖所示，頻帶4111代表704~906百萬赫(MHz)，頻帶4112代表1700百萬赫(MHz)，頻帶4113代表2400百萬赫(MHz)。天線模組100可達到低頻只有一個共振模態的效果，亦即第一共振模態。此外，使用者可透過設計部分1261(包含於第一突出部126)的長度與/或寬度來調整第一共振模態的阻抗頻寬。

於一實施例中，第一共振模態的中央頻率的二倍頻率的頻寬約為1425百萬赫(MHz)至2170百萬赫(MHz)，其包含1.5(GHz)的長期演進技術(Long Term Evolution，LTE)B11與B21頻帶。第一共振模態的中央頻率的三倍頻率的頻寬約為2500百萬赫(MHz)至2700百萬赫(MHz)，其包含長期演進技術(Long Term Evolution，LTE)B7頻帶。

實作上，設置於基板第二面的天線單元120的連接部127可透過灌孔與設置於基板第一面的天線本體電性連接。如第1圖所示，連接部127投影於基板第一面的面積重疊第一寄生輻射部112的一部份，並且由於基板厚度(例如4釐米(mm))的阻隔，因此連接部127與寄生單元110保持電性隔離。訊號傳輸線130可為同軸傳輸線(例如50歐姆同軸傳輸線)，但本案並不以此為限。

於一實施例中，天線模組100可應用於可攜式電子裝置內。電子裝置例如為筆記型電腦、手機、平板電腦、遊戲機、翻譯機或是廣泛地運用在各種電子產品，但本揭示 內容不以此為限。天線模組100的尺寸可設計為長度75釐米(mm)，寬度12釐米(mm)或10釐米(mm)，厚度0.4釐米(mm)。

如此一來，本揭示內容的天線模組100可透過天線單元120與寄生單元110的設計，產生涵蓋多頻率的共振模態，並且具有寬頻的特性。此外，相較於先前技術，本揭示內容的天線模組100不需要設置垂直(例如Z軸)方向的延伸天線路徑，因此可達到節省體積的效果，進而縮減應用天線模組100的電子裝置的體積。

於一實施例中，如第1圖與第2B圖所示，天線單元120更包含第二輻射部124與第二突出部128。第二輻射部124電性連接饋入端121，並形成單極天線。第二突出部128電性連接第二輻射部124。槽縫G3配置於第二突出部128與第一寄生輻射部112之間。

第二突出部128用以與寄生單元110產生天線模組100之第二共振模態。具體而言，訊號經由訊號傳輸線130的正端傳入饋入端121，經由第二輻射部124與第二突出部128，透過槽縫G3與寄生單元110(包含第一寄生輻射部112與114)耦合，而產生第二共振模態。於一實施例中，第二共振模態涵蓋的頻帶大約為1400百萬赫(MHz)，如第4A圖頻帶412所示。此外，使用者可透過設計第二突出部128與部分1121(包含於第一寄生輻射部112)的長度與/或寬度來調整第二共振模態的阻抗頻寬。

於一實施例中，如第1圖與第2B圖所示，槽縫 G4配置於第二輻射部124內。第二輻射部124用以產生天線模組100之第三共振模態。於一實施例中，第三共振模態涵蓋的頻帶大約為2050百萬赫(MHz)，如第4A圖頻帶413所示。此外，使用者可透過設計槽縫G4的長度與/或寬度來調整第三共振模態的阻抗頻寬。

於一實施例中，如第1圖與第2B圖所示，第二輻射部124包含第三突出部125，其電性連接饋入端121。槽縫G5配置於第三突出部125內。第三突出部125用以產生天線模組100之第四共振模態。於一實施例中，第四共振模態涵蓋的頻帶大約為2200百萬赫(MHz)，如第4A圖頻帶414所示。此外，使用者可透過設計槽縫G5的長度與/或寬度來調整第四共振模態的阻抗頻寬。

於一實施例中，如第1圖與第2B圖所示，槽縫G6配置於第三突出部125內，第三突出部125用以產生天線模組100之第五共振模態。於一實施例中，第五共振模態涵蓋的頻帶大約為2600百萬赫(MHz)，如第4A圖頻帶415所示。此外，使用者可透過設計槽縫G6的長度與/或寬度來調整第五共振模態的阻抗頻寬。

舉例來說，在第1圖所示的實施例中，天線模組100所產生的第一共振模態至第五共振模態的頻帶涵蓋長期演進技術700頻帶、全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communications，GSM)850頻帶、延伸全球行動通訊系統(Extended GSM)900頻帶、LTE1500頻帶、數位蜂巢式系統(Digital Cellular System，DCS) 1800頻帶、PCS1900頻帶、通用行動通訊系統(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)2100頻帶、長期演進技術2500頻帶。換言之，本揭示內容的天線模組100涵蓋多種不同的頻帶，並且使用者可透過槽縫G1~G6的不同設計方式以調整第一共振模態~第五共振模態的阻抗頻寬。

於另一實施例中，上述寄生單元可依實際需求設計為不同形狀，亦可改變與天線單元之間相對位置，請參考第3圖。天線模組300與天線模組100大致相同，以下僅就其相異處進行說明。

天線模組300包含寄生單元310與天線單元120。寄生單元310包含第一寄生輻射部312與第二寄生輻射部314，第一寄生輻射部312電性連接第二寄生輻射部314。第一寄生輻射部312與第二寄生輻射部314環繞的區域為中央區域316。第一輻射部123之第一突出部326相鄰第二寄生輻射部314，並且槽縫G7配置於第二寄生輻射部314與第一突出部326之間。

相似地，訊號經由訊號傳輸線130的正端傳入饋入端121，經由第一輻射部123，透過槽縫G1與寄生單元310(包含第一寄生輻射部312與第二寄生輻射部314)耦合，而產生第一共振模態。天線模組300的第二共振模態~第五共振模態如上所述，此處不再重複敘述。天線模組100的尺寸可設計為長度75釐米(mm)，寬度12釐米(mm)，厚度0.4釐米(mm)。

請參考第4A圖、第4B圖。第4A圖係說明本揭示內容一些實施例之天線模組之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)對頻率的關係圖。如第4A圖所示，橫軸代表頻率，縱軸代表電壓駐波比，頻率F1約為704百萬赫(MHz)，頻率F2約為960百萬赫(MHz)，頻率F3約為1425百萬赫(MHz)，頻率F4約為1710百萬赫(MHz)，頻率F5約為2170百萬赫(MHz)，頻率F6約為2500百萬赫(MHz)，頻率F7約為2700百萬赫(MHz)。第4B圖係說明本揭示內容一些實施例之天線模組之天線增益(單位為分貝(dB))對頻率的關係圖。曲線410、440代表尺寸為長度75釐米(mm)，寬度12釐米(mm)，厚度0.4釐米(mm)的天線模組100。曲線420、450代表尺寸為長度75釐米(mm)，寬度12釐米(mm)，厚度0.4釐米(mm)的天線模組300。曲線430、460代表尺寸為長度75釐米(mm)，寬度10釐米(mm)，厚度0.4釐米(mm)的天線模組100。如第4B圖所示，曲線460於低頻894百萬赫(MHz)~960百萬赫(MHz)的天線增益略低於曲線440、450，然而其他頻帶具有不錯的天線增益。

於一實施例中，天線模組100、300可應用於多重輸入多重輸入輸出(Multi-input Multi-output，MIMO)的通訊系統，並且配置於可攜式電子裝置內。舉例而言，天線模組可配置於平板電腦內。如第5圖所示，第一天線模組510、第二天線模組520、第三天線模組531、第四天線模組532可共用系統的接地面540。於使用兩個天線模組的可 攜式電子裝置，天線模組的擺放位置可以是第一天線模組510與第二天線模組520，第一天線模組510與第三天線模組531，第一天線模組510與第四天線模組532三種情況。第一天線模組510與第三天線模組531，以及第一天線模組510與第四天線模組532的情況中，第一天線模組510與第三天線模組531(或第四天線模組532)之間至少間隔距離d1(例如75釐米(mm))。於一實施例中，12吋以上的電子裝置採用第一天線模組510與第二天線模組520的配置方式，而12吋以下的電子裝置採用第一天線模組510與第三天線模組531(或者第一天線模組510與第四天線模組532)的配置方式，但本揭示內容不以此為限。

請參考第6圖。第6圖係說明本揭示內容一些實施例之應用於多重輸入輸出系統之天線模組之隔離度(Isolation)對頻率的關係圖。如第6圖所示，橫軸代表頻率，縱軸代表隔離度(單位為分貝(dB))，頻率F1約為704百萬赫(MHz)，頻率F2約為960百萬赫(MHz)，頻率F3約為1425百萬赫(MHz)，頻率F4約為1710百萬赫(MHz)，頻率F5約為2170百萬赫(MHz)，頻率F6約為2500百萬赫(MHz)，頻率F7約為2700百萬赫(MHz)。曲線610代表第一天線模組510、第二天線模組520的情況，曲線620代表第一天線模組510、第三天線模組531的情況，曲線630代表第一天線模組510、第四天線模組532的情況。由第6圖可知，曲線610~630均可達到隔離度小於13分貝(dB)的效果，封包相關係數(Envelope Correlation Coefficient，ECC)均為0.3以下，因此本揭示內容的天線模組之間的干擾現象可獲得改善。

於另一實施例中，如第7圖所示，天線模組700應用於筆電裝置內，其尺寸設計為長度106釐米(mm)，寬度16釐米(mm)，厚度2.8釐米(mm)。天線模組700包含寄生單元710、天線單元720與天線單元730，其中寄生單元710與天線單元720分別類似於前述寄生單元110、310與天線單元120，此處不再重複敘述。天線單元730的天線本體與天線單元720的天線本體至少間隔距離d2(例如13釐米)，並共用的接地部740。

天線單元730之接地端732電性連接於接地部740，天線單元730之饋入端731用以收發第二天線訊號。於一實施例中，天線單元730用以產生第六共振模態，其涵蓋無線保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)頻帶。如此一來，不同天線單元可整合於本揭示內容的天線模組700內，以進一步縮減電子裝置內的天線體積，以縮減電子裝置體積。

本揭示內容得以透過上述實施例，利用天線單元與寄生單元形成的雙開迴路架構，而不同的共振模態以涵蓋多種頻帶，並且具有寬頻的特性。此外，本揭示內容的天線模組可應用於多重輸入輸出的系統內，並且具有良好的隔離度。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示 內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧天線模組

110‧‧‧寄生單元

112、114‧‧‧寄生輻射部

116‧‧‧中央區域

120‧‧‧天線單元

121‧‧‧饋入端

122‧‧‧接地端

126、128‧‧‧突出部

127‧‧‧連接部

130‧‧‧訊號傳輸線

140‧‧‧接地部

1121、1261‧‧‧部分

G1~G6‧‧‧槽縫

T1‧‧‧端點

Claims (10)

1. 一種天線模組，包含：一寄生單元，電性連接於一接地部，該寄生單元包含：一第一寄生輻射部；以及一第二寄生輻射部，電性連接該第一寄生輻射部，其中該第一寄生輻射部與該第二寄生輻射部環繞該寄生單元的一中央區域；以及一第一天線單元，包含：一饋入端，用以收發一第一天線訊號；一接地端，電性連接該接地部；以及一第一輻射部，電性連接該饋入端，該第一輻射部用以與該寄生單元產生該天線模組之一第一共振模態，其中該第一共振模態包含一中央頻率、該中央頻率之二倍頻率與該中央頻率之三倍頻率。
2. 如請求項1所述之天線模組，其中該第一輻射部之一第一突出部配置於該中央區域內，一第一槽縫配置於該第一寄生輻射部與該第一突出部之間，一第二槽縫配置於該第二寄生輻射部與該第一突出部之間。
3. 如請求項1所述之天線模組，其中該第一輻射部之一第一突出部相鄰該第二寄生輻射部，一第一槽縫配置於該第二寄生輻射部與該第一突出部之間。
4. 如請求項1所述之天線模組，其中該第一天線單元包含一連接部與一天線本體，該接地部、該寄生單元與該天線本體配置於一基板之一第一面，該連接部配置於該基板之一第二面，並電性連接該第一突出部，該連接部之投影面積重疊該第一寄生輻射部。
5. 如請求項1所述之天線模組，其中該第一天線單元更包含：一第二輻射部，電性連接該饋入端；以及一第二突出部，電性連接該第二輻射部，該第二突出部用以與該寄生單元產生該天線模組之一第二共振模態；其中一第三槽縫配置於該第二突出部與該第一寄生輻射部之間。
6. 如請求項5所述之天線模組，其中一第四槽縫配置於該第二輻射部內，該第二輻射部用以產生該天線模組之一第三共振模態，並透過該第四槽縫調整該第三共振模態的阻抗頻寬。
7. 如請求項5所述之天線模組，其中該第二輻射部包含：一第三突出部，電性連接該饋入端，其中一第五槽縫配置於該第三突出部內，該第三突出部用以產生該天線模組之一第四共振模態，並透過該第五槽縫調整該第四共振模態的阻抗頻寬。
8. 如請求項7所述之天線模組，其中一第六槽縫配置於該第三突出部內，用以產生該天線模組之一第五共振模態，並透過該第六槽縫調整該第五共振模態的阻抗頻寬。
9. 如請求項1所述之天線模組，其中該天線模組更包含：一第二天線單元，用以產生一第六共振模態，該第二天線單元之一天線主體與該第一天線單元之一天線主體間隔一距離，該第二天線單元之一接地端電性連接該接地部，該第二天線單元之一饋入端用以收發一第二天線訊號。
10. 如請求項1所述之天線模組，其中該天線模組包含於一可攜式電子裝置內。