TWI590524B - 天線系統 - Google Patents

Description

天線系統

本發明係關於一種天線系統，特別係關於可改良隔離度之天線系統。

隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

天線系統為支援無線通訊之行動裝置中不可或缺之元件。然而，由於行動裝置內部空間狹小，各個天線之配置往往極為接近，容易互相干擾。因此，有必要設計一種全新的天線系統，以改良傳統天線系統中隔離度不佳之問題。

在較佳實施例中，本發明提供一種天線系統，包括：一第一天線，包括一第一饋入部和一第一輻射部，其中該 第一饋入部係耦接至一第一信號源，該第一輻射部之一第一端係耦接至一接地區域，而該第一輻射部之一第二端為一開路端並係鄰近於該第一饋入部；以及一第二天線，包括一第二饋入部和一第二輻射部，其中該第二饋入部係耦接至一第二信號源，該第二輻射部之一第一端係耦接至該接地區域，而該第二輻射部之一第二端為一開路端並係鄰近於該第二饋入部。

在一些實施例中，該第一天線和該第二天線皆為耦合饋入式天線，該第一輻射部係由該第一饋入部所耦合激發，而該第二輻射部係由該第二饋入部所耦合激發。在一些實施例中，該等耦合饋入式天線係同時改良該天線系統之隔離度和特定吸收率。在一些實施例中，該第一輻射部之該第二端和該第二輻射部之該第二端係朝互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，該第一輻射部和該第二輻射部皆為L字形。在一些實施例中，該第一天線更包括一第一附加支路，該第二天線更包括一第二附加支路，而該第一附加支路和該第二附加支路係朝互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，該第一附加支路和該第二附加支路皆為直條形。在一些實施例中，該第一輻射部和該第一附加支路之組合以及該第二輻射部和該第二附加支路之組合皆為F字形。在一些實施例中，該第一輻射部之該第二端和該第二輻射部之該第二端係朝互相靠近之方向作延伸。在一些實施例中，該第一天線和該第二天線皆操作於一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶約介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶約介於5150MHz至5850MHz之間。

100、200、300‧‧‧天線系統

110、210、310‧‧‧第一天線

120、220、320‧‧‧第二天線

130‧‧‧第一饋入部

140、340‧‧‧第一輻射部

141、341‧‧‧第一輻射部之第一端

142、342‧‧‧第一輻射部之第二端

150‧‧‧第二饋入部

160、360‧‧‧第二輻射部

161、361‧‧‧第二輻射部之第一端

162、362‧‧‧第二輻射部之第二端

171‧‧‧第一附加支路

172‧‧‧第一附加支路

180‧‧‧接地區域

191‧‧‧第一信號源

192‧‧‧第二信號源

D1、D2‧‧‧第一天線和第二天線之間距

GC1‧‧‧第一耦合間隙

GC2‧‧‧第二耦合間隙

-X‧‧‧負X軸方向

X‧‧‧正X軸方向

第1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3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4圖係顯示傳統天線系統之隔離度之示意圖；以及第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之隔離度之示意圖。

為讓本發明之目的、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。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統100之示意圖。天線系統100可應用於一行動裝置中，例如：一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1圖所示，天線系統100包括一第一天線110和一第二天線120。第一天線110包括一第一饋入部130和一第一輻射部140，其中第一饋入部130係耦接至一第一信號源191。第一饋入部130可以大致為一矩形或一正方形。第一信號源191可以是一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其係用於激發第一天線110。第一輻射部140可以大致為一L字形。第一輻射部140之一第一端141係耦接至一接地 區域180，而第一輻射部140之一第二端142為一開路端並係鄰近於第一饋入部130。第一輻射部140之第二端142和第一饋入部130之間可以形成一第一耦合間隙GC1，其中第一耦合間隙GC1之寬度係小於2mm。接地區域180可以是行動裝置之一接地金屬面，其並可提供一接地電位。第二天線120包括一第二饋入部150和一第二輻射部160，其中第二饋入部150係耦接至一第二信號源192。第二饋入部150可以大致為一矩形或一正方形。第二信號源192可以是一射頻模組，其係用於激發第二天線120。第二輻射部160可以大致為一L字形。第二輻射部160之一第一端161係耦接至接地區域180，而第二輻射部160之一第二端162為一開路端並係鄰近於第二饋入部150。第二輻射部160之第二端162和第二饋入部150之間可以形成一第二耦合間隙GC2，其中第二耦合間隙GC2之寬度係小於2mm。第一輻射部140之第二端142和第二輻射部160之第二端162可以朝互相遠離之方向作延伸。例如，第一輻射部140之第二端142可以朝-X軸方向延伸，而第二輻射部160之第二端162可以朝+X軸方向延伸，使其兩者互相遠離。

在天線原理方面，天線系統100之第一天線110和第二天線120皆為耦合饋入式天線(Coupling-feed Antenna)，其中第一輻射部140係由第一饋入部130所耦合激發，而第二輻射部160係由第二饋入部150所耦合激發。前述耦合饋入式天線之設計可同時改良天線系統100之隔離度(Isolation)和特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)。詳細而言，第一天線110和第二天線120皆可操作於一低頻頻帶和一高頻頻帶。在第一 天線110中，高頻頻帶係由第一饋入部130所激發產生，低頻頻帶係由第一饋入部130和第一輻射部140所共同激發產生；而在第二天線120中，高頻頻帶係由第二饋入部150所激發產生，低頻頻帶係由第二饋入部150和第二輻射部160所共同激發產生。以傳統雙頻2.4GHz/5GHz平面倒F天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)而言，因低頻頻帶之共振路徑會產生高階共振模態，貢獻高頻電流，故常有高頻頻帶(5GHz)之特定吸收率無法符合法定規範之問題。在本發明中，由於第一饋入部130和第一輻射部140係彼此分離，且第二饋入部150和第二輻射部160亦彼此分離，在此設計下，低頻頻帶之共振路徑將不易直接產生影響高頻頻帶之高階共振模態，因此可以大幅降低天線系統100之高頻特定吸收率。另一方面，本發明之第一天線110和第二天線120係朝向相反方向作延伸，其開路端互相遠離，此更有助於改善天線系統100之隔離度。是以，本發明之天線系統100可以在沒有任何外加隔離元件之情況下，仍使得第一天線110和第二天線120之間之隔離度維持於可接受之範圍內(可接受之隔離度通常是指於-15dB或更佳)。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統200之示意圖。第2圖和第1圖相似，兩者之差異在於，天線系統200之一第一天線210更包括一第一附加支路171，而天線系統200之一第二天線220更包括一第二附加支路172。第一附加支路171和第二附加支路172可以皆大致為直條形，其中第一附加支路171和第二附加支路172之開路端可以朝互相遠離之方向作延伸。例如，第一附加支路171之開路端可以朝-X軸方 向延伸，而第二附加支路172之開路端可以朝+X軸方向延伸。第一附加支路171和第二附加支路172係分別用於調整第一天線210和第二天線220之阻抗匹配。第一附加支路171和第二附加支路172之長度皆較第一輻射部140和第二輻射部160更短。第一輻射部140和第一附加支路171之組合，以及第二輻射部160和第二附加支路172之組合皆可各自為F字形。第2圖之天線系統200之其餘特徵皆與第1圖之天線系統100相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統300之示意圖。第3圖和第1圖相似，兩者之差異在於，在天線系統300中，一第一天線310之一第一輻射部340之一第二端342和一第二天線320之一第二輻射部360之一第二端362係朝互相靠近之方向作延伸。例如，第一輻射部340之第二端342可以朝X軸方向延伸，而第二輻射部360之第二端362可以朝-X軸方向延伸。由於第一天線310和第二天線320具有面對面之開路端，第一天線310和第二天線320之間距D2應較第1圖之第一天線110和第二天線120之間距D1更長，始可達成同樣之隔離度。第3圖之天線系統300之其餘特徵皆與第1圖之天線系統100相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第4圖係顯示平面倒F型天線(PIFA)系統之隔離度之示意圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線之間之隔離度(S21)(dB)。當傳統平面倒F型天線系統採用直接饋入式之二天線時，亦即，每一天線之饋入部係直接連接至輻射部，兩天線距離同D1，彼此低頻輻射部朝相反方向，從結果看 出其天線之間之隔離度將明顯較差。根據第4圖之量測結果，傳統平面倒F型天線系統之隔離度於低頻頻帶中可能僅有-7dB，此代表天線之間之互相干擾相對嚴重，將降低整體之通訊品質。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之隔離度之示意圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線之間之隔離度(S21)(dB)。在本發明之天線系統中，第一天線和第二天線皆操作於一第一頻帶和一第二頻帶，其中第一頻帶可約介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶可約介於5150MHz至5850MHz之間。換言之，本發明至少可支援Wi-Fi、Bluetooth等行動通訊頻帶。根據第5圖之量測結果，當天線系統採用第1-3圖實施例中所述之至少二耦合饋入式天線時，其天線之間之隔離度於第一頻帶和第二頻帶中皆可達-15dB或更佳，已能符合一般行動通訊之規格標準。另一方面，耦合饋入式天線之設計更可壓抑低頻共振路徑之高階共振模態，是以本發明之天線系統亦能輕易符合各頻帶之特定吸收率標準，如下列表一所示。

表一為實際量測之特定吸收率之比較表。根據量測結果可知，與傳統平面倒F型天線相比，在同樣天線增益之情況(例如：同為-2.95dBi)下，本發明無論是從上方、下方所測得之特定吸收率皆可顯著地降低，特別是下方特定吸收率可達傳統設計之一半以下，因此，本發明之天線系統將更容易符合法定之特定吸收率規範。

值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之天線系統並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之天線系統當中。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

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‧‧‧天線系統

110‧‧‧第一天線

120‧‧‧第二天線

130‧‧‧第一饋入部

140‧‧‧第一輻射部

141‧‧‧第一輻射部之第一端

142‧‧‧第一輻射部之第二端

150‧‧‧第二饋入部

160‧‧‧第二輻射部

161‧‧‧第二輻射部之第一端

162‧‧‧第二輻射部之第二端

180‧‧‧接地區域

191‧‧‧第一信號源

192‧‧‧第二信號源

D1‧‧‧第一天線和第二天線之間距

GC1‧‧‧第一耦合間隙

GC2‧‧‧第二耦合間隙

-X‧‧‧負X軸方向

X‧‧‧正X軸方向

Claims (5)

1. 一種天線系統，包括：一第一天線，包括一第一饋入部和一第一輻射部，其中該第一饋入部係耦接至一第一信號源，該第一輻射部之一第一端係耦接至一接地區域，而該第一輻射部之一第二端為一開路端並係鄰近於該第一饋入部；以及一第二天線，包括一第二饋入部和一第二輻射部，其中該第二饋入部係耦接至一第二信號源，該第二輻射部之一第一端係耦接至該接地區域，而該第二輻射部之一第二端為一開路端並係鄰近於該第二饋入部；其中該第一輻射部之該第二端和該第一饋入部之間形成一第一耦合間隙，該第一耦合間隙之寬度小於2mm，該第二輻射部之該第二端和該第二饋入部之間形成一第二耦合間隙，而該第二耦合間隙之寬度小於2mm；其中該第一天線和該第二天線之間為一淨空區間，而該淨空區間內沒有設置任何隔離元件；其中該第一天線更包括一第一附加支路，該第二天線更包括一第二附加支路，而該第一附加支路和該第二附加支路係朝互相遠離之方向作延伸；其中該第一附加支路和該第二附加支路皆為直條形；其中該第一輻射部和該第一附加支路之組合以及該第二輻射部和該第二附加支路之組合皆為F字形；其中該第一天線和該第二天線皆操作於一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶約介於2400MHz至2500MHz之間，而該 第二頻帶約介於5150MHz至5850MHz之間；其中在該第一天線中，該高頻頻帶係由該第一饋入部所激發產生，而該低頻頻帶係由該第一饋入部和該第一輻射部所共同激發產生；其中在該第二天線中，該高頻頻帶係由該第二饋入部所激發產生，而該低頻頻帶係由該第二饋入部和該第二輻射部所共同激發產生；其中該第一附加支路和該第二附加支路係分別用於調整該第一天線和該第二天線之阻抗匹配。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該第一天線和該第二天線皆為耦合饋入式天線，該第一輻射部係由該第一饋入部所耦合激發，而該第二輻射部係由該第二饋入部所耦合激發。
3. 如申請專利範圍第2項所述之天線系統，其中該等耦合饋入式天線係同時改良該天線系統之隔離度和特定吸收率。
4. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該第一輻射部之該第二端和該第二輻射部之該第二端係朝互相遠離之方向作延伸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該第一輻射部和該第二輻射部皆為L字形。