TWI823391B - 三頻天線模組 - Google Patents

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TWI823391B
TWI823391B TW111118223A TW111118223A TWI823391B TW I823391 B TWI823391 B TW I823391B TW 111118223 A TW111118223 A TW 111118223A TW 111118223 A TW111118223 A TW 111118223A TW I823391 B TWI823391 B TW I823391B
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黎庭任
羅國彰
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智易科技股份有限公司
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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    • H—ELECTRICITY
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

一種三頻天線模組，包括一基板、一第一輻射體、一第二輻射體以及一短路結構。基板具有一訊號饋入端以及一接地端。訊號饋入端連接第一輻射體，接地端連接第二輻射體。第一輻射體包括一第一延伸區塊以及一第二延伸區塊，第二輻射體包括一第三延伸區塊以及一第四延伸區塊。第一延伸區塊與第二延伸區塊相隔一第一間距，第三延伸區塊與第四延伸區塊相隔一第二間距。短路結構連接於第一延伸區塊與第三延伸區塊之間，且短路結構分別與第一延伸區塊與第三延伸區塊之間設有一第一開槽與一第二開槽。

Description

三頻天線模組
本發明是有關於一種天線模組，且特別是有關於一種三頻天線模組。
由於目前的電子產品均朝輕、薄、短、小的設計發展，因此，除了電子產品內各項電路元件有小型化的趨勢外，配置在電子產品內的天線更需要支援多頻的用途，其體積也需要考量小型化的設計。特別是寬頻網路與多媒體服務的應用上，三頻天線可提供三共振模態，使三頻天線可在三個不同共振頻段下操作，以涵蓋更大的頻寬。
然而，傳統的三頻天線為立體式天線，其面積大、佔用空間且結構複雜，不容易調整天線所需的頻率，因而立體式天線所需負擔的模具成本及組裝成本高，且立體式天線有容易變形之風險，有待進一步改善。
本發明係有關於一種三頻天線模組，可用於支援多個頻段的無線通訊裝置中。
根據本發明之一方面，提出一種三頻天線模組，包括一基板、一第一輻射體、一第二輻射體以及一短路結構。基板具有一訊號饋入端以及一接地端。訊號饋入端連接第一輻射體，接地端連接第二輻射體。第一輻射體包括一第一延伸區塊以及一第二延伸區塊，第二輻射體包括一第三延伸區塊以及一第四延伸區塊。第一延伸區塊與第二延伸區塊相隔一第一間距，第三延伸區塊與第四延伸區塊相隔一第二間距。第一間距由基板的中間往一第一方向延伸，第二間距由基板的中間往一第二方向延伸，第一方向與第二方向相反。短路結構連接於第一延伸區塊與第三延伸區塊之間，且短路結構分別與第一延伸區塊與第三延伸區塊之間設有一第一開槽與一第二開槽。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
100:三頻天線模組
110:基板
110a:表面
111:訊號饋入端
112:接地端
120:第一輻射體
121:第一延伸區塊
122:第二延伸區塊
123:第一子區塊
124:第二子區塊
125:第一調整區塊
130:第二輻射體
131:第三延伸區塊
132:第四延伸區塊
133:第三子區塊
134:第四子區塊
135:第二調整區塊
140:短路結構
141:第一接點
142:第二接點
143:水平延伸段
150:纜線
151:內層導電層
152:外層導電層
θ1:第一角度
θ2:第二角度
D1:第一方向
D2:第二方向
D3:第三方向
C1:第一側邊
C2:第二側邊
C3:第三側邊
C4:第四側邊
C5:第五側邊
C6:第六側邊
C7:第七側邊
C8:第八側邊
S1:第一開槽
S2:第二開槽
S3:第三開槽
L1:第一路徑
L2:第二路徑
L3:第三路徑
G1:第一間距
G2:第二間距
G,G11,G12,G21,G22:間距
Wa:第一頻段
Wb:第二頻段
Wc:第三頻段
第1A圖繪示依照本發明一實施例的三頻天線模組的平面示意圖；第1B圖繪示第1A圖的三頻天線模組搭接一同軸纜線的示意圖；第2A及2B圖分別繪示依照本發明另一實施例的三頻天線模組的平面示意圖；第3A及3B圖分別繪示依照本發明另一實施例的三頻天線模 組的平面示意圖；第4圖繪示本發明三頻天線模組的返回損失特性圖。
第5圖繪示本發明三頻天線模組的輻射效率示意圖。
下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域具有通常知識者在顯而易知的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本申請保護的範圍。以下是以相同/類似的符號表示相同/類似的元件做說明。
請參照第1A圖，其繪示依照本發明一實施例的三頻天線模組100的平面示意圖。三頻天線模組100包括一基板110、一第一輻射體120、一第二輻射體130以及一短路結構140。基板110具有一表面110a，第一輻射體120、第二輻射體130以及短路結構140皆位於基板110的同一表面110a上，以形成一印刷式天線結構。
第一輻射體120與第二輻射體130可為左右對稱的結構，以形成對稱偶極天線結構。如第1A圖所示，第一輻射體120位於基板110的右半側，第一輻射體120包括一第一延伸區塊121以及一第二延伸區塊122。第二輻射體130位於基板110的左半側，第二輻射體130包括一第三延伸區塊131以及一第四延伸區塊132。在本實施例中，第一延伸區塊121與第三延伸區塊131可為 左右對稱的結構，以產生第一諧振頻率以及第二諧振頻率，且第二延伸區塊122與第四延伸區塊132可為左右對稱的結構，以產生第三諧振頻率。
在另一實施例中，第一輻射體120與第二輻射體130亦可為左右不對稱的結構，以分別提供相異的工作頻段。
在本實施例中，基板110具有一訊號饋入端111以及一接地端112，其中訊號饋入端111連接第一輻射體120，接地端112連接第二輻射體130。訊號饋入端111與接地端112位於第一延伸區塊121與第三延伸區塊131之間的一開槽中，且訊號饋入端111與接地端112裸露於基板110的表面110a，用以連接一纜線150(例如是同軸纜線150)。如第1B圖所示，纜線150搭接在三頻天線模組100上。纜線150的內層導電層151與外層導電層152分別焊接在基板110的訊號饋入端111與接地端112，以將射頻訊號經由天線模組100發射或接收。
在本實施例中，第一輻射體120的第一延伸區塊121由基板110的中間往第一方向D1延伸，而第二輻射體130的第三延伸區塊131由基板110的中間往第二方向D2延伸。第一方向D1與第二方向D2相反。此外，纜線150用以饋入一訊號至訊號饋入端111，且訊號的饋入方向大致上與第一方向D1及第二方向D2垂直。當訊號(電流)經由訊號饋入端111及接地端112分別傳輸至第一延伸區塊121與第三延伸區塊131時，第一延伸區塊121及第三延伸區塊131可產生約5.925GHz~約7.125GHz的工作頻段以 及約5.15GHz~約5.85GHz的工作頻段，但本發明對此不加以限制。5.925GHz~7.125GHz(此範圍可更大或更小)的工作頻段以及5.15GHz~5.85GHz(此範圍可更大或更小)的工作頻段的返回損耗例如可低至-10dB(數值愈小表示訊號品質愈好)。
另外，當訊號(電流)經由第一延伸區塊121及第三延伸區塊131分別傳輸至第二延伸區塊122與第四延伸區塊132時，第二延伸區塊122及第四延伸區塊132可產生約2.4GHz~2.5GHz的工作頻段。2.4GHz~2.5GHz的工作頻段的返回損耗例如可低至-10dB(數值愈小表示訊號品質愈好)。
請參照第1B圖，第一延伸區塊121例如為一梯形結構，其包括一第一側邊C1、一第二側邊C2、一第三側邊C3以及一第四側邊C4。第一側邊C1為梯形結構的長邊，第二側邊C2為梯形結構的斜邊，第三側邊C3為梯形結構的短邊，第四側邊C4為梯形結構的底邊。第一側邊C1的長度大於第三側邊C3的長度，且第一側邊C1大致上垂直於第四側邊C4。此外，第二延伸區塊122包括一第一子區塊123、一第二子區塊124以及一第一調整區塊125，第一子區塊123由基板110的中間往第一方向D1延伸，第二子區塊124連接第一子區塊123之一端並沿著第三方向D3延伸，第一調整區塊125連接第二子區塊124之一端並往第二方向D2延伸而鄰近於短路結構140之一側。第一調整區塊125可做為調整天線電流耦合以及阻抗匹配之區域。
在本實施例中，第二側邊C2與第二延伸區塊122 的第一子區塊123連接且相交第一角度θ1。第一角度θ1例如介於15度至35度之間，例如約25度，本發明對此不加以限制。請參照第1A圖，第一延伸區塊121與第一子區塊123之間相隔一第一間距G1，且第一間距G1沿著第一方向D1漸增。第三延伸區塊131與第三子區塊133之間相隔一第二間距G2，且第二間距G2沿著第二方向D2漸增。
請參照第1B圖，第三延伸區塊131例如為一梯形結構，其包括一第五側邊C5、一第六側邊C6、一第七側邊C7以及一第八側邊C8。第五側邊C5為梯形結構的長邊，第六側邊C6為梯形結構的斜邊，第七側邊C7為梯形結構的短邊，第八側邊C8為梯形結構的底邊。第五側邊C5的長度大於第七側邊C7的長度，且第五側邊C5大致上垂直於第八側邊C8。此外，第四延伸區塊132包括一第三子區塊133、一第四子區塊134以及一第二調整區塊135，第三子區塊133由基板110的中間往第二方向D2延伸，第四子區塊134連接第三子區塊133之一端並沿著第三方向D3延伸，第二調整區塊135連接第四子區塊134之一端並往第一方向D1延伸而鄰近於短路結構140之另一側。第二調整區塊135可做為調整天線電流耦合以及阻抗匹配之區域。第延伸區塊121與相鄰的第二子區塊124之間以及第一延伸區塊121與相鄰的第一調整區塊125之間分別相隔一間距G11、G12，其中間距G11、G12可為相同或依照需求而設計成不同值。第三延伸區塊131與相鄰的第四子區塊134之間以及第三延伸區塊 131與相鄰的第二調整區塊135之間分別相隔一間距G21、G22，其中間距G21、G22可相同或依照需求而設計成不同值。
在本實施例中，第六側邊C6與第四延伸區塊132的第三子區塊133連接且相交第二角度θ2。第二角度θ2例如介於15度至35度之間，例如約25度，第一角度θ1與第二角度θ2可為相同或不相同，本發明對此不加以限制。
請參照第1A及1B圖，短路結構140具有一第一接點141、一水平延伸段143以及一第二接點142，第一接點141與第二接點142位於水平延伸段143的兩端。第一接點141與第一延伸區塊121的第三側邊C3(即梯形結構的短邊)連接，第二接點142與第三延伸區塊131的第七側邊C7(即梯形結構的短邊)連接。水平延伸段143的距離大致上等於第一延伸區塊121的第三側邊C3與第三延伸區塊131的第七側邊C7之間的距離。
此外，短路結構140分別與第一延伸區塊121與第三延伸區塊131之間相隔一第一開槽S1與一第二開槽S2，第一開槽S1與第二開槽S2分別沿著第一方向D1與第二方向D2延伸。第一開槽S1與第二開槽S2大致上與第一輻射體120與第二輻射體130之間相隔的一第三開槽S3的延伸方向(即第三方向D3)垂直。
在本實施例中，第一開槽S1、第二開槽S2、第一間距G1、第二間距G2以及間距G11、G12、G21、G22可做為三頻天線模組100的第一諧振頻率、第二諧振頻率以及第三諧振 頻率及阻抗匹配調整之區域，第三開槽S3可做為調整天線電流耦合以及阻抗匹配之區域。上述各開槽的寬度及各間距大小可依設計需求做適當尺寸調整。
請參照第2A及2B圖，其分別繪示依照本發明另一實施例的三頻天線模組100的平面示意圖。在第2A圖中，第一延伸區塊121與第三延伸區塊131例如為一矩形結構。第一延伸區塊121與相鄰的第一子區塊123之間相隔一固定間距G，第一延伸區塊121與相鄰的第二子區塊124之間以及第一延伸區塊121與相鄰的第一調整區塊125之間分別相隔一間距G11、G12，其中間距G、G11、G12可為相同或依照需求而設計成不同值，且第一延伸區塊121與第一子區塊123之間多一段延伸長度126(約為基板110寬度的七分之一或八分之一)。第三延伸區塊131與相鄰的第三子區塊133之間相隔一固定間距G，第三延伸區塊131與相鄰的第四子區塊134之間以及第三延伸區塊131與相鄰的第二調整區塊135之間分別相隔一間距G21、G22，其中間距G、G21、G22可相同或依照需求而設計成不同值，且第三延伸區塊131與第三子區塊133之間多一段延伸長度136，同樣可達到三頻效果。在第2B圖中，第一延伸區塊121與第三延伸區塊131例如為一梯形結構，第一延伸區塊121與第一子區塊123之間多一段延伸長度126(約為基板110寬度的七分之一或八分之一)，第三延伸區塊131與第三子區塊133之間多一段延伸長度136，以調整第三頻段所需的電氣長度。另外，在第2B圖中，第一延伸 區塊121與第一子區塊123之間相隔一第一間距G1，且第一間距G1沿著第一方向D1漸增。第三延伸區塊131與第三子區塊133之間相隔一第二間距G2，且第二間距G2沿著第二方向D2漸增，其中第一間距G1及第二間距G2可為相同或依照需求而設計成不同值，其他間距G11、G12、G21、G22如同上述，在此不再贅述。
請參照第3A及3B圖，其分別繪示依照本發明另一實施例的三頻天線模組100的平面示意圖。與上述實施例不同之處在於：在第3A圖中，第一角度θ1與第二角度θ2例如為15度。在第3B圖中，第一角度θ1與第二角度θ2例如為35度。隨著第一角度θ1與第二角度θ2的調整，對應的第一間距G1與第二間距G2也會隨之改變，進而達到調整天線電流耦合以及阻抗匹配之功效。
本實施例之三頻天線模組100為一種使用於印刷電路板上易調整設計之印刷式三頻天線，適用於無線通訊裝置中，並可依產品的需求做輕易的調整與修正即可達到適合的應用，可應用於操作頻段在802.11a(5150~5850MHz)、802.11b(2400~2500MHz)、802.11g(2400~2500MHz)、802.11n(2.4GHz/5GHz Band)、802.11ac(5GHz Band)、802.11ax(2.4GHz/5GHz/6GHz Band)之無線通訊裝置中，或可稍作頻段調整而應用在其它工作頻段之無線通訊裝置的天線上，例如可應用於如ODU(OutDoor Unit)、IDU(InDoor Unit)、CPE (Customer Premises Equipment)之無線通訊裝置中。
在本實施例中，三頻天線模組100的基板110例如具有一長度(沿著D1/D2方向)以及一寬度(沿著D3方向)，長度約為26.8mm，寬度約為10.3mm。訊號饋入端111位於基板110中間的二分之一寬度的位置上，其位置可向上或向下調整。訊號饋入端111位於第一側邊C1，且接地端112位於第五側邊C5。訊號(電流)由訊號饋入端111饋入之後，部分電流經由第一側邊C1、第四側邊C4(圖式所示的第一路徑L1)到達短路結構140的第一接點141，另一部分電流經由第一側邊C1、第二側邊C2及第三側邊C3(圖式所示的第二路徑L2)到達短路結構140的第一接點141，另一部分電流經由第一側邊C1、第一子區塊123、第二子區塊124以及第一調整區塊125(圖式所示的第三路徑L3)而到達鄰近於短路結構140的第一接點141的位置。
第一路徑L1的電氣長度取決於第一輻射體120激發第一頻段的電磁波所需的長度，約略等於第一頻段的波長的四分之一。第二路徑L2的電氣長度取決於第一輻射體120激發第二頻段的電磁波所需的長度，約略等於第二頻段的波長的四分之一。第三路徑L3的電氣長度取決於第一輻射體120激發第三頻段的電磁波所需的長度，約略等於第三頻段的波長的四分之一。
如第4圖繪示之三頻天線模組100的返回損耗特性圖，其中縱軸為返回損耗值(return loss)，橫軸為頻率(GHz)。第一頻段Wa例如為約5.925GHz~約7.125GHz的工作頻段， 第二頻段Wb例如為約5.15GHz~約5.85GHz的工作頻段，第三頻段Wc例如為約2.4GHz~2.5GHz的工作頻段。第4圖顯示本發明三頻天線模組100可以運行的訊號頻段以及寬度，用以表示天線可以運作於小於-10dB返回損耗值的多個工作頻段上。第5圖顯示本發明三頻天線模組100的輻射效率示意圖，其三個工作頻段(Wa、Wb、Wc)的天線輻射效率皆大於70%以上，因此在整體上將有助於天線頻寬提昇的效果。
目前盛行的第五代行動網路5G/Sub6G特別在頻寬上定義了支援多頻的規格，在未來還可以提供更多的頻段，以整合例如WiFi/2.4GHz+5GHz+6GHz或其他頻段於同一基板110上，除了相關通訊技術可以延續，另外還具有較高頻寬與傳輸速率的無線網路可用，對用戶而言是非常具有吸引力的。在訊號傳輸上，天線訊號饋入方式例如直接以50歐姆(Ω)纜線銲接在訊號饋入端111，纜線150另一端則可任意延伸至射頻訊號模組。在本實施例中，由於本系統採印刷式三頻天線模組100，免除立體天線所需負擔的模具費及組裝成本，並可避免立體天線易變形之風險。此種印刷式三頻天線模組100可操作在具有獨立地之印刷電路板上或跟系統地搭配，具有多選擇性優勢，此種印刷式三頻天線模組100具備之獨立調整機制，可方便不同系統之多元應用。
綜上所述，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。本發明所屬技術領域中具有通常知識者， 在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:三頻天線模組
110:基板
110a:表面
111:訊號饋入端
112:接地端
120:第一輻射體
121:第一延伸區塊
122:第二延伸區塊
123:第一子區塊
124:第二子區塊
125:第一調整區塊
130:第二輻射體
131:第三延伸區塊
132:第四延伸區塊
133:第三子區塊
134:第四子區塊
135:第二調整區塊
140:短路結構
141:第一接點
142:第二接點
143:水平延伸段
θ1:第一角度
θ2:第二角度
G1:第一間距
G2:第二間距
D1:第一方向
D2:第二方向
D3:第三方向
S1:第一開槽
S2:第二開槽
S3:第三開槽

Claims (13)

  1. 一種三頻天線模組，包括：一基板，具有一訊號饋入端以及一接地端；一第一輻射體；一第二輻射體，其中該訊號饋入端連接該第一輻射體，該接地端連接該第二輻射體，該第一輻射體包括一第一延伸區塊以及一第二延伸區塊，該第二輻射體包括一第三延伸區塊以及一第四延伸區塊，該第一延伸區塊與該第二延伸區塊相隔一第一間距，該第三延伸區塊與該第四延伸區塊相隔一第二間距，該第一間距由該基板的中間往一第一方向延伸，該第二間距由該基板的中間往一第二方向延伸，該第一方向與該第二方向相反；以及一短路結構，連接於該第一延伸區塊與該第三延伸區塊之間，且該短路結構分別與該第一延伸區塊與第三延伸區塊之間相隔一第一開槽與一第二開槽，其中該短路結構具有一第一接點，該第一接點與該第一延伸區塊的一側邊相連接，該訊號饋入端至該第一接點的電氣長度為該第一輻射體激發之第一頻段的波長的四分之一。
  2. 如請求項1所述之三頻天線模組，更包括一纜線，設置於該基板上，該纜線用以饋入一訊號至該訊號饋入端，且該訊號的饋入方向與該第一方向及該第二方向垂直。
  3. 如請求項1所述之三頻天線模組，其中該第一輻射體、該第二輻射體與該短路結構一體形成於該基板上，以形成一印刷式天線結構。
  4. 如請求項1所述之三頻天線模組，其中該第一輻射體與該第二輻射體之間相隔一第三開槽，且該第一輻射體與該第二輻射體形成一對稱偶極天線結構。
  5. 如請求項4所述之三頻天線模組，其中該第三開槽沿著一第三方向延伸，該第一開槽與該第二開槽分別沿著該第一方向與該第二方向延伸，且該第三方向大致上垂直於該第一方向與該第二方向。
  6. 如請求項5所述之三頻天線模組，其中該第二延伸區塊包括一第一子區塊、一第二子區塊以及一第一調整區塊，該第一子區塊由該基板的中間往該第一方向延伸，該第二子區塊連接該第一子區塊之一端並沿著該第三方向延伸，該第一調整區塊連接該第二子區塊之一端並往該第二方向延伸而鄰近於該短路結構之一側。
  7. 如請求項6所述之三頻天線模組，其中該第一延伸區塊為一梯形結構，該梯形結構的斜邊與該第一子區塊連接且相交一第一角度，該第一角度為銳角。
  8. 如請求項7所述之三頻天線模組，其中該第一接點與該梯形結構的短邊相連接。
  9. 如請求項5所述之三頻天線模組，其中該第四延伸區塊包括一第三子區塊、一第四子區塊以及一第二調整區塊，該第三子區塊由該基板的中間往該第二方向延伸，該第四子區塊連接該第三子區塊之一端並沿著該第三方向延伸，該第二調整區塊連接該第四子區塊之一端並往該第一方向延伸而鄰近於該短路結構之另一側。
  10. 如請求項9所述之三頻天線模組，其中該第三延伸區塊為一梯形結構，該梯形結構的斜邊與該第三子區塊連接且相交一第二角度，該第二角度為銳角。
  11. 如請求項10所述之三頻天線模組，其中該短路結構具有一第二接點，該第二接點與該梯形結構的短邊相連接。
  12. 如請求項1所述之三頻天線模組，其中該第一延伸區塊與該第三延伸區塊為一矩形結構，該第一延伸區塊與相鄰的該第二延伸區塊的一子區塊之間相隔一間距，該第三延伸區塊與相鄰的該第四延伸區塊的一子區塊之間相隔一間距。
  13. 如請求項1所述之三頻天線模組，其中該基板具有一長度以及一寬度，該訊號饋入端位於該基板中間的二分之一該寬度的位置上。
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