TWI688162B

TWI688162B - 多頻天線

Info

Publication number: TWI688162B
Application number: TW107141762A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2018-11-23
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2020-03-11
Also published as: US20200168991A1; TW202021191A; US10916847B2

Abstract

一種多頻天線，包括接地面與天線元件。天線元件包括第一輻射部與第二輻射部。第一輻射部的第一端耦接至饋入點，第一輻射部的第二端為第一開路端。第二輻射部的第一端耦接至接地面，第二輻射部的第二端為第二開路端。第二輻射部與第一輻射部電性不相連，且第二輻射部與第一輻射部之間具有耦合間距。天線元件透過第一輻射部操作於第一頻段，並透過第二輻射部操作於第二頻段，且第一頻段的頻率低於第二頻段的頻率。

Description

多頻天線

本發明是關於一種多頻天線，特別是關於一種可操作於多個頻段的多頻天線。

近年來，為了滿足消費者對於影像畫質與產品外觀的訴求，通訊裝置的產品設計逐漸朝向窄邊框的趨勢發展。然而，在窄邊框的外觀設計下，通訊裝置中可用來設置天線元件的區域也就越來越少。此外，隨著通訊裝置的頂部（Top Edge）加入越來越多的攝錄相關元件（例如相機鏡頭、閃光燈），更使得通訊裝置中可使用的天線佈局區域大幅受到限制。

因此，如何在不影響通訊品質的前提下，將天線元件妥善配置在有限的佈局區域內，是天線設計領域面臨的重要課題。

本發明提供一種多頻天線，可於有限的天線佈局區域內配置天線元件，並使天線元件的操作頻段達到最廣的頻寬範圍。

本發明的實施例提供一種多頻天線。所述多頻天線包括接地面與天線元件。天線元件包括第一輻射部與第二輻射部。第一輻射部的第一端耦接至饋入點，第一輻射部的第二端為第一開路端。第二輻射部的第一端耦接至接地面，第二輻射部的第二端為第二開路端。第二輻射部與第一輻射部電性不相連，且第二輻射部與第一輻射部之間具有耦合間距。天線元件透過第一輻射部操作於第一頻段，並透過第二輻射部操作於第二頻段，且第一頻段的頻率低於第二頻段的頻率。

基於上述，在本發明的諸實施例中，多頻天線的天線元件包括電性不互相連接的第一輻射部與第二輻射部，且第二輻射部與第一輻射部之間具有耦合間距。藉由讓第一輻射部與第二輻射部之間保持電性浮接（floating）的狀態，可避免天線元件的第一頻段與第二頻段產生嚴重的干擾情形。由於不需考慮頻段干擾的情形，故第一輻射部與第二輻射部之間的耦合間距可以盡可能地縮短，以節省天線佈局面積。因此，在通訊裝置內有限的天線佈局區域中。得以配置預設尺寸的第一輻射部與第二輻射部，使得天線元件的操作頻段可以達到最廣的頻寬範圍，進而提升天線元件的效能。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

在本案說明書全文（包括申請專利範圍）中所使用的「耦接（或連接）」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言，若文中描述第一裝置耦接（或連接）於第二裝置，則應該被解釋成該第一裝置可以直接連接於該第二裝置，或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地連接至該第二裝置。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。不同實施例中使用相同標號或使用相同用語的元件/構件/步驟可以相互參照相關說明。

圖1是依照本發明一實施例的多頻天線100的俯視示意圖。請參照圖1所示，多頻天線100包括接地面101與天線元件102。依照設計需求，多頻天線100可應用於筆記型電腦、藍牙通訊裝置、智慧型手機、平板電腦或其他無線收發裝置。此外，多頻天線100還具有基板103。基板103可用來承載天線元件102，並做為天線佈局區域。天線元件102可以是平面天線（Planar Antenna），而基板103可以是FR-4基板（Flame Retardant-4 Substrate）或其他介質基板（Dielectric Substrate）。

天線元件102可包括第一輻射部110與第二輻射部120。第一輻射部110的第一端耦接至饋入點FP，且第一輻射部110的第二端為開路端E1。第二輻射部120的第一端耦接至接地面101，且第二輻射部120的第二端為開路端E2。第二輻射部120與第一輻射部110電性不相連，且第二輻射部120與第一輻射部110之間具有耦合間距D1。

在操作上，天線元件102可透過饋入點FP來接收由多頻天線100的收發器（未繪示）所提供的饋入訊號。舉例來說，設置在第一輻射部110上的饋入點FP可透過同軸纜線、導電彈片或是頂針電性連接至多頻天線100的收發器，使得第一輻射部110可接收到來自收發器的饋入訊號，並產生第一共振模態。同時，透過第一輻射部110與第二輻射部120之間的耦合間距D1，饋入訊號還可從第一輻射部110的饋入點FP耦合至第二輻射部120，使第二輻射部120產生第二共振模態。第一共振模態與第二共振模態可分別對應於第一頻段與第二頻段。因此，天線元件102可透過第一輻射部110操作於第一頻段，並透過第二輻射部120操作於第二頻段。

於本實施例中，第二輻射部120的第一端可以經由匹配元件104耦接至接地面101，以調整天線元件102在第二頻段下的阻抗匹配，並縮短第二輻射部120形成的共振路徑。此外，由於第二輻射部120與第一輻射部110之間並沒有電性連接，而是保持電性浮接（floating）的狀態，故可使第一共振模態與第二共振模態相互影響的程度降至最低。

請再參照圖1所示，第一輻射部110從饋入點FP至開路端E1依序包括相互串聯的第一區段111、第二區段112、第三區段113、第四區段114與第五區段115。第二區段112的長邊方向與第四區段114的長邊方向皆平行於第一方向（例如是X方向）。第一區段111的長邊方向、第三區段113的長邊方向與第五區段115的長邊方向皆平行於第二方向（例如是Y方向），且第一方向垂直於第二方向。需注意的是，圖1是以第一區段111的長邊方向平行於Y方向作為舉例說明。於其他實施例中，第一區段111的長邊方向也可以平行於X方向，也就是第一區段111在X方向的長度可設計為大於第一區段111在Y方向的長度。

如圖1所示，第二輻射部120包括相互串聯的第六區段121與第七區段122。第七區段122的長邊方向平行於第一方向（例如是X方向），且第六區段121的長邊方向平行於第二方向（例如是Y方向）。換言之，第六區段121的長邊方向平行於第三區段113的長邊方向，第七區段122的長邊方向平行於第二區段112的長邊方向。

圖2A是依照本發明另一實施例的多頻天線200的俯視示意圖。多頻天線200包括接地面101、天線元件202與基板103，其中基板103可具有第一長度L（例如是65 mm）與第一寬度W（例如是10 mm）。天線元件202可透過第一輻射部110操作於第一頻段，並透過第二輻射部120操作於第二頻段。於本實施例中，第一頻段可包含704 MHz至960 MHz之間的頻段，而第二頻段可包含1710 MHz至2170 MHz之間的頻段。於其他實施例中，第一頻段與第二頻段的頻率範圍可依照其他設計需求來調整。例如：天線元件202的操作頻段可以設計為涵蓋整個長期演進技術（Long Term Evolution、LTE）的通訊頻段。

不同於圖1的實施例，圖2A的天線元件202還包括第三輻射部130。第三輻射部130與第一輻射部110分別設置於基板103的相對兩面，且第三輻射部130與第一輻射部110之間沒有電性連接。舉例來說，圖2B是依照本發明的一實施例說明圖2的多頻天線200於剖面線B-B’方向的剖面示意圖。如圖2B所示，第一輻射部110與第二輻射部120可以設置於基板103的第一表面1031，而第三輻射部130可以設置於基板103的第二表面1032。

多頻天線200的饋入訊號可從第一輻射部110的饋入點FP耦合至第三輻射部130，使第三輻射部130產生對應於第三頻段的第三共振模態。於本實施例中，天線元件202可透過第三輻射部130操作於第三頻段，且第三頻段的頻率可以高於第二輻射部120的第二頻段的頻率。例如：第三頻段可包含2.3 GHz至2.7 GHz之間的頻段。因此，天線元件202可透過第一輻射部110、第二輻射部120與第三輻射部130而分別操作於一個低頻頻段（第一頻段）與兩個高頻頻段（第二頻段、第三頻段）。

此外，第三輻射部130在Y方向上的位置可以設置於遠離接地面101的位置，以增進第三輻射部130與第一輻射部110的耦合效率。舉例來說，如圖2A所示，基板103的短邊具有第一寬度W，第三輻射部130與接地面101之間具有第一間距W’。於本實施例中，第三輻射部130與接地面101之間的第一間距W’是等於第一寬度W的二分之一（即W’=W/2）。於其他實施例中，第一間距W’可以大於或等於第一寬度W的二分之一（即W’＞W/2）。

第三輻射部130在X方向上的位置可以設置於接近饋入點FP的位置，以增進第三輻射部130與第一輻射部110的耦合效率。舉例來說，圖2C是依照本發明的一實施例說明圖2的第一輻射部110與第三輻射部130在Z方向上的重疊區域的示意圖。如圖2C所示，第一輻射部110在基板103上的正投影（沿Z方向的正投影）與第三輻射部130在基板103上的正投影（沿Z方向的正投影）可形成重疊區域140，重疊區域140是位於第三輻射部130的右側，也就是靠近饋入點FP的位置。此外，重疊區域140具有第一面積A1，第三輻射部130在基板103上的正投影具有第二面積A2，第一面積A1小於第二面積A2。

圖3是依照本發明再一實施例的多頻天線300的俯視示意圖。圖3的多頻天線300與圖2的多頻天線200之間的差異在於，圖3的第三輻射部130與第一輻射部110在Z方向上相互重疊的部分較多，藉此讓第三輻射部130與第一輻射部110之間的耦合效率進一步提升。此外，圖3的多頻天線300還包括匹配元件105與匹配元件106。如圖3所示，第一輻射部110的第一端可經由匹配元件105耦接至饋入點FP，且第一輻射部110的第一端還經由匹配元件106耦接至接地面101。匹配元件105與匹配元件106可用來調整天線元件202在第一頻段（經由第一輻射部110產生的頻段）的阻抗匹配，以使天線元件202達到第一頻段所設定的頻寬。

同樣的，由於第二輻射部120的第一端是經由匹配元件104耦接至接地面101，故匹配元件104可用來調整天線元件202在第二頻段（經由第二輻射部120產生的頻段）的阻抗匹配，以使天線元件202達到第二頻段所設定的頻寬。於本實施例中，匹配元件104與匹配元件105可以是電容，而匹配元件106可以是電感。因此，透過在饋入點FP及其周圍設置匹配元件104、105、106，可使天線元件202達到預設的頻寬，進而有效提升天線元件202的整體效能。

綜上所述，在本發明的諸實施例中，多頻天線的天線元件可透過第一輻射部、第二輻射部與第三輻射部而分別操作於三個通訊頻段。藉由讓第一輻射部與第二輻射部之間保持電性浮接（floating）的狀態，且第一輻射部與第三輻射部之間也保持電性浮接（floating）的狀態，可避免天線元件的低頻頻段與高頻頻段發生相互干擾的情形。由於不需考慮頻段干擾的情形，故第一輻射部與第二輻射部之間的耦合間距可以盡可能地縮短，以節省天線佈局面積。此外，藉由讓第三輻射部與第一輻射部分別設置於多頻天線的基板的相對兩面，可以有效節省天線元件的佈局空間。因此，在通訊裝置內有限的天線佈局空間中，得以配置預設尺寸的第一輻射部、第二輻射部與第三輻射部，使得天線元件的操作頻段可以達到最廣的頻寬範圍，進而提升天線元件的效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300:多頻天線

101:接地面

102、202:天線元件

103:基板

104、105、106:匹配元件

110:第一輻射部

111:第一區段

112:第二區段

113:第三區段

114:第四區段

115:第五區段

120:第二輻射部

121:第六區段

122:第七區段

130:第三輻射部

1031:第一表面

1032:第二表面

A1:第一面積

A2:第二面積

D1:耦合間距

E1:開路端

E2:開路端

FP:饋入點

L:第一長度

W:第一寬度

W’:第一間距

圖1是依照本發明一實施例的多頻天線的俯視示意圖。圖2A是依照本發明另一實施例的多頻天線的俯視示意圖。圖2B是依照本發明的一實施例說明圖2的多頻天線於剖面線B-B’方向的剖面示意圖。圖2C是依照本發明的一實施例說明圖2的第一輻射部與第三輻射部在Z方向上的重疊區域的示意圖。圖3是依照本發明再一實施例的多頻天線的俯視示意圖。

100:多頻天線