TWI599108B - 用於無線通信模組之天線 - Google Patents

Description

用於無線通信模組之天線

本揭露係有關用於無線通信模組之天線。更具體而言，本揭露係有關用於無線通信模組且具有小尺寸及優良效率之天線。

就無線通訊技術與產品而言，天線產品或技術佔有重要地位的關鍵零組件。為了能確保穩定的上網能力與資料下載速度，個人行動裝置需要效能優越的天線裝置以強化其訊號收發能力，以便能減少通信時之障礙。於個人行動無線裝置中，為了增加攜帶之方便性，將天線設計隱藏內置並與無線通信模組互相整合係必然之發展方向，將天線設計於印刷電路板上是個人行動無線裝置的首選，目前常見的天線設計方式為單極(Monopole)天線以及平面倒F天線(Planar Inverted-F Antenna,PIFA)兩種。然而，不管是單極天線或是PIFA天線都是一種電場天線，因此非常容易受到電抗近場內之介電物質影響，而產生阻抗的變化，造成頻率失準。內置型天線通常會面臨行動裝置內之電路板或金屬元件破壞天線輻射場型而造成天線在某些方向的輻射效率低落或在天線尺寸縮小後造成輻射效率降低之問題。

本揭露之一方面係有關一種用於無線通信模組之天線，該天線包括：一饋入部、一接地部及一第一輻射部。該接地部具有一第一端及一第二端，該接地部之該第一端係用於接地，而該接地部之該第二 端連接至該饋入部之一第一側，其中該接地部包含相鄰於該第一端之一彎曲部。該第一輻射部包含：一第一調整臂、一第二調整臂、一第一端及一第二端，該第一調整臂連接至該第二調整臂，該第一輻射部之第一端連接至該饋入部之一第二側，該饋入部之第二側係相鄰於該饋入部之第一側，該第一輻射部之該第二端係於該第一調整臂中，該第一調整臂與該接地部之該彎曲部之間具有一間隙，其中該第二調整臂與該第一調整臂之間呈一小於90度之夾角。

本揭露之另一方面係有關一種具有天線之無線通信模組，該天線設置於一基板之一表面上且該無線通信模組包括：一饋入部、一接地層、一接地部、一第一輻射部及一第二輻射部。該接地層位於該表面上並鄰近於該饋入部。該接地部具有一第一端及一第二端，該接地部之該第一端係電容耦合至該接地層，而該接地部之該第二端連接至該饋入部之一第一側，其中該接地部包含相鄰於該第一端之一彎曲部。該第一輻射部係用於發射或接收一第一頻帶之信號且包含：一第一調整臂、一第二調整臂、一第一端及一第二端。該第一調整臂連接至該第二調整臂。該第一輻射部之第一端連接至該饋入部之一第二側，該饋入部之第二側係相鄰於該饋入部之第一側。該第一輻射部之該第二端係於該第一調整臂中，該第一調整臂與該接地部之該彎曲部之間具有一間隙，其中該第二調整臂與該第一調整臂之間呈一小於90度之夾角。該第二輻射部係用於發射或接收一第二頻帶之信號且連接至該饋入部之一第三側，其中該第一頻帶係不同於該第二頻帶。

1‧‧‧無線通信模組

2‧‧‧基板

10‧‧‧天線

11,13‧‧‧淨空區域

12‧‧‧接地層

21‧‧‧饋入部

22‧‧‧接地部

23‧‧‧彎曲部

24‧‧‧第一輻射部

25‧‧‧第一調整臂

26‧‧‧第二調整臂

27‧‧‧間隙

28‧‧‧第二輻射部

31‧‧‧饋入點

32‧‧‧接地點

33‧‧‧電流路徑

34‧‧‧電流路徑

41‧‧‧線

51‧‧‧線

61‧‧‧線

211‧‧‧饋入部之第一側

212‧‧‧饋入部之第二側

213‧‧‧饋入部之第三側

221‧‧‧接地部之第一端

222‧‧‧接地部之第二端

241‧‧‧第一輻射部之第一端

242‧‧‧第一輻射部之第二端

281‧‧‧第二輻射部之第一部分

282‧‧‧第二輻射部之第二部分

θ‧‧‧夾角

圖1顯示根據本揭露一實施例的一種具有天線之無線通信模組之示意圖。

圖2顯示圖1之無線通信模組之天線之結構圖。

圖3顯示圖1之無線通信模組之天線之電流走向圖。

圖4顯示圖1之用於無線通信模組之天線之反射參數圖。

圖5顯示圖1之用於無線通信模組之天線於2.4GHz頻帶之效率圖。

圖6顯示圖1之用於無線通信模組之天線於5GHz頻帶之效率圖。

以平面倒F天線應用於無線通信模組，可提供一較高之設計上之變化性，此外，由於平面倒F天線具有一接地部，其對抗靜電之能力較單極天線佳，故平面倒F天線較單極天線適合實現於一基板上。

圖1顯示根據本揭露一實施例的一種無線通信模組1之天線10之示意圖。圖2顯示圖1之無線通信模組1之天線10之結構圖。該天線10設置於一基板2之一表面上且包括：一饋入部21、一接地部22、一第一輻射部24及一第二輻射部28。該接地部22具有一第一端221及一第二端222，該接地部22之該第一端221係電容耦合至一接地層12，該接地層12與該天線10位於基板2之同一表面上，而該接地部之該第二端222連接至該饋入部21之一第一側211，其中該接地部22包含相鄰於該第一端221之一彎曲部23。

如圖1所示，一般而言，在無線通訊模組之基板2上會形成一具有較大面積的接地層12，並視需求額外規劃出另一淨空區域13(如圖1下方之淨空區域13)，以在需要時供另一天線使用。在此淨空區域11內不可放置其它金屬器件，以避免天線10與電路板上其它元件形成干擾而影響天線10的收發特性。然而現今無線通訊模組在研發方向上，除了要求尺寸輕薄短小以外更需要具備更多功能。如此一來，雖然電子裝置可能縮小，但為了增加更多功能不僅線路設計的複雜度大為提高，使用到的元件數量亦相對增加，即使是電路板的角落也可能因設計需求，必須鋪上接地層12來設置天線10以外的電子零件。這樣的改 變可能會造成淨空區域11被迫縮小，電磁干擾問題更明顯而降低天線的輻射能力，信號收發效果也因此降低。當電路板上的金屬器件覆蓋住天線10時，不僅會使得該天線10的頻率特性失調，同時，也會對輻射特性產生干擾，造成天線10無法正常操作。

本揭露係透過該第一輻射部24與該接地部22之設計以在僅需保留一小淨空區域之情況下維持天線10之高效率。如圖2所示，該第一輻射部24係用於發射或接收一第一頻帶之信號且包含：一第一調整臂25、一第二調整臂26、一第一端241、一第二端242。該第一調整臂25連接至該第二調整臂26。該第一端241連接至該饋入部21之一第二側212，該饋入部21之該第二側212係相鄰於該饋入部21之該第一側211。該第一輻射部24之該第二端242係於該第一調整臂25中，該第一調整臂25與該接地部22之該彎曲部23之間具有一間隙27，該第一調整臂25係藉由該間隙27與該接地部22之該彎曲部23耦合，而於本揭露之一實施例中，該第一調整臂25係與該接地部22之該彎曲部23之一部分實質上平行。於本揭露之一實施例中，該間隙27之寬度係小於該第一頻帶所對應之一波長之0.005倍，例如：0.004倍波長之間隙。該第二調整臂26與該第一調整臂25之間則呈一小於90度之夾角θ。藉由該間隙27，該天線10於該第一頻帶中之效率可以得到提升且將於該第一頻帶所需之諧振路徑縮短。

該第二輻射部28係用於發射或接收一第二頻帶之信號且連接至該饋入部21之一第三側213，其中該第一頻帶係不同於該第二頻帶。於本揭露之一實施例中，該第二輻射部28包含：一第一部分281，其方向平行於該饋入部21之該第三側213之一方向延伸並連接至該第三側213，及一第二部分282，其連接至第一部分281並向該第一輻射部24之方向延伸。藉由使該第二輻射部28向該接地層之相反方向延伸，該天線10於該第二頻帶中之效率可以得到提升。

圖3顯示圖1之無線通信模組之天線之電流走向圖。該天線包含一饋入點31及一接地點32。如圖3所示，該天線於一第一頻帶中之一電流路徑33係由該接地點32流入，且該電流路徑33實質上約略等同於該第一頻帶之四分之一波長。於本揭露之一實施例中，該第一頻帶可為2.4GHz之一應用頻帶。其中該電流於該天線中對應於圖2中之該第一調整臂25中之一流向係與該接地部22之該彎曲部23之一流向實質上平行並透過一間隙互相耦合。同樣如圖3所示，該天線於一第二頻帶中之一電流路徑34係由該接地點32流入，且該電流路徑34實質上約略等同於該第二頻帶之四分之一波長。於本揭露之一實施例中，該第二頻帶可為5GHz之一應用頻帶。

圖4顯示圖1之應用於無線通信模組之天線之反射參數圖。如圖4所示，線41係本揭露之一實施例於1GHz至6.5GHz之間所量測之一S₁₁反射參數之值。如圖4所示，於2.484GHz時該S₁₁反射參數可低至-13.13dB，而於於5.5GHz時該S₁₁反射參數可低至-12.34dB。

圖5顯示圖1之應用於無線通信模組之天線於2.4GHz頻帶之效率圖。如圖5所示，線51係本揭露之一實施例於2.4GHz至2.48GHz之間所量測之一效率之值。

圖6顯示圖1之應用於無線通信模組之天線於5GHz頻帶之效率圖。如圖6所示，線61係本揭露之一實施例於5.1GHz至5.9GHz之間所量測之一效率之值。

本揭露之應用於無線通信模組之天線，由於其在一第一頻帶藉由一第一調整臂之末端或一開路殘支(open stub)與平面倒F天線之接地部相耦合之方式，可充分提升該天線於該第一頻帶之效率並將於該第一頻帶所需之諧振路徑縮短，且透過僅需0.004倍之諧振波長之耦合間隙可進一步有效利用天線之淨空區域用以設計該天線之一第二諧振頻率。於本揭露之一實施例中，天線於該第一頻帶之效率可由78% 提升至85%。此外，於該第二頻帶中，透過將一第二調整臂之末端或一開路殘支遠離一接地層之設計，可充分提升該天線於該第二頻帶之效率。於本揭露之一實施例中，天線於該第二頻帶之效率可提升約12%。於本揭露中，天線所使用之輻射金屬片與接地層係位於同一平面，故該天線之厚度可受到控制，進一步減小該天線之整體尺寸。且由於無須使用槽孔(slot)之設計，可以避免不必要之寄生電容耦合效應以降低天線之設計複雜度。可改善習知雙頻天線效率不佳或尺寸過大之問題。

如本文中所使用且不另外定義，術語「大致」、「實質上」及「約」用於描述並考慮較小變化。當與事件或情形結合使用時，該術語可係指其中事件或情形明確發生之情況以及其中事件或情形極近似於發生之情況。舉例而言，該術語可係指小於或等於±10%，如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%或小於或等於±0.05%。

另外，有時在本文中按範圍格式呈現量、比率及其他數值。應理解，此類範圍格式是為了便利及簡潔起見而使用，且應靈活地理解，不僅包括明確地指定為範圍限制之數值，而且包括涵蓋於該範圍內之所有個別數值或子範圍，如同明確地指定每一數值及子範圍一般。

雖然已參考本發明之特定實施例描述並說明本發明，但此等描述及說明並不限制本發明。熟習此項技術者應理解，在不脫離如所申請專利範圍界定之本發明的真實精神及範圍之情況下，可做出各種改變且可用等效物替代。圖示可能未必按比例繪製。歸因於製造製程及容限，本發明中之藝術再現與實際設備之間可存在區別。可存在並未特定說明之本發明的其他實施例。應將本說明書及圖式視為說明性之 而非限制性的。可做出修改，以使特定情況、材料、物質組成、方法或製程適應於本發明之目標、精神及範圍。所有此類修改都意欲屬於在此申請專利範圍之範圍內。雖然本文揭示之方法已參考按特定次序執行之特定操作加以描述，但應理解，可在不脫離本發明之教示之情況下組合、細分或重新排序這些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特別指示，否則操作之次序及分組並非本發明之限制。

10‧‧‧天線

21‧‧‧饋入部

22‧‧‧接地部

23‧‧‧彎曲部

24‧‧‧第一輻射部

25‧‧‧第一調整臂

26‧‧‧第二調整臂

27‧‧‧間隙

28‧‧‧第二輻射部

211‧‧‧饋入部之第一側

212‧‧‧饋入部之第二側

213‧‧‧饋入部之第三側

221‧‧‧接地部之第一端

222‧‧‧接地部之第二端

241‧‧‧第一輻射部之第一端

242‧‧‧第一輻射部之第二端

281‧‧‧第二輻射部之第一部分

282‧‧‧第二輻射部之第二部分

θ‧‧‧夾角

Claims (10)

1. 一種天線，該天線包括：一饋入部；一接地部，該接地部具有一第一端及一第二端，該接地部之該第一端係用於接地，而該接地部之該第二端連接至該饋入部之一第一側，其中該接地部包含相鄰於該第一端之一弧形彎曲部；一第一輻射部，該第一輻射部包含：一第一調整臂及一第二調整臂，該第一調整臂連接至該第二調整臂，其中該第一調整臂在一第一方向上延伸，該第一方向與該第二調整臂呈一小於90度之夾角；一第一端，該第一端連接至該饋入部之一第二側，該饋入部的該第一側係相鄰於該饋入部的該第二側，一第二端，該第二端係位於該第一調整臂中平行於該第一方向上之一側，其中該第二端與該接地部之該弧形彎曲部之間具有一間隙。
2. 如請求項1之天線，其進一步包含：一第二輻射部，該第二輻射部連接至該饋入部之一第三側。
3. 如請求項2之天線，其中該第一輻射部係用於發射或接收一第一頻帶之信號，且該第二輻射部係用於發射或接收一第二頻帶之信號，其中該第一頻帶係不同於該第二頻帶。
4. 如請求項1之天線，其中該第一調整臂係藉由該間隙與該接地部之該弧形彎曲部耦合。
5. 如請求項3之天線，其中該間隙之寬度係小於該第一頻帶所對應之一波長之0.005倍。
6. 如請求項1之天線，其中該第一調整臂係與該接地部之該弧形彎曲部之一部分實質上平行。
7. 如請求項2之天線，其中該第二輻射部包含：一第一部分，其向平行於該饋入部之該第三側之一方向延伸，一第二部分，其連接至該第一部分並向該第一輻射部之方向延伸。
8. 一種具有天線之無線通信模組，該天線設置於一基板之一表面上，該無線通信模組包括：一饋入部；一接地層，其位於該基板之表面上並鄰近於該饋入部一接地部，該接地部具有一第一端及一第二端，該接地部之該第一端係電容耦合至該接地層，而該接地部之該第二端連接至該饋入部之一第一側，其中該接地部包含相鄰於該第一端之一弧形彎曲部；一第一輻射部，該第一輻射部係用於發射或接收一第一頻帶之信號且包含：一第一調整臂及一第二調整臂，該第一調整臂連接至該第二調整臂，其中該第一調整臂在一第一方向上延伸，該第一方向與該第二調整臂呈一小於90度之夾角；一第一端，該第一端連接至該饋入部之一第二側，該饋入部的該第一側係相鄰於該饋入部的該第二側，一第二端，該第二端係位於該第一調整臂中平行於該第一方向上之一側，其中該第二端與該接地部之該弧形彎曲部之間具有一間隙，一第二輻射部，該第二輻射部係用於發射或接收一第二頻帶 之信號且連接至該饋入部之一第三側，其中該第一頻帶係不同於該第二頻帶。
9. 如請求項8之具有天線之無線通信模組，其中該第一調整臂係藉由該間隙與該接地部之該弧形彎曲部耦合。
10. 如請求項8之具有天線之無線通信模組，其中該間隙之寬度係小於該第一頻帶所對應之一波長之0.005倍。