TWI833214B - 多天線模組系統 - Google Patents

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TWI833214B TW111117837A TW111117837A TWI833214B TW I833214 B TWI833214 B TW I833214B TW 111117837 A TW111117837 A TW 111117837A TW 111117837 A TW111117837 A TW 111117837A TW I833214 B TWI833214 B TW I833214B
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黃智勇
黎庭任
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Abstract

一種多天線模組系統，包括一基板、複數個第一天線模組、複數個第二天線模組以及複數個第三天線模組。基板具有一開口。該些第一天線模組分別設置於基板上且位於相對的第一側邊與相對的第二側邊，用以收發一第一頻段訊號。該些第二天線模組分別設置於基板上且位於相對的第三側邊，用以收發一第二頻段訊號。該些第三天線模組分別設置於基板上且位於相對的第三側邊與相對的第四側邊，用以收發一第三頻段訊號。其中，該些第二天線模組與該些第三天線模組分別位於該些第一天線模組之間。

Description

多天線模組系統
本發明是有關於一種天線模組，且特別是有關於一種多天線模組系統。
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隨著需要支援多頻的用途，其體積更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。
此外，當天線結構為多管道輸入多管道輸出(Multi-input Multi-output,MIMO)型的天線時，多個天線擠壓在有限的平面面積上，此些天線之間的訊號難免會互相干擾。
本發明係有關於一種多天線模組系統，可將多個天線模組整合在同一基板上，用以支援4G/LTE+5G/Sub6G+WiFi等多個頻段的無線通訊裝置。
根據本發明之一方面，提出一種多天線模組系統，包括一基板、複數個第一天線模組、複數個第二天線模組以及複數個第三天線模組。基板具有一開口、相對的第一側邊、相對的第二側邊、相對的第三側邊以及相對的第四側邊。此些第一天線模組分別設置於基板上且位於相對的第一側邊與相對的第二側邊，每一第一天線模組具有一第一訊號饋入端以及一第一接地端，用以連接第一組纜線以收發一第一頻段訊號。此些第二天線模組分別設置於基板上且位於相對的第三側邊，每一第二天線模組具有一第二訊號饋入端以及一第二接地端，用以連接第二組纜線以收發一第二頻段訊號。此些第三天線模組分別設置於基板上且位於相對的第三側邊與相對的第四側邊，每一第三天線模組具有一第三訊號饋入端以及一第三接地端，用以連接第三組纜線以收發一第三頻段訊號。其中，此些第二天線模組與此些第三天線模組分別位於此些第一天線模組之間。
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：
100,100a,100b:多天線模組系統
102:基板
104:開口
111~114:第一天線模組
115~116:第二天線模組
117~120:第三天線模組
130:射頻訊號模組
S1:第一側邊
S2:第二側邊
S3:第三側邊
S4:第四側邊
L1:第一距離
L2:第二距離
F1:第一訊號饋入端
F2:第二訊號饋入端
F3:第三訊號饋入端
C1:第一組纜線
C2:第二組纜線
C3:第三組纜線
G1:第一接地端
G2:第二接地端
G3:第三接地端
M1:第一阻抗匹配調整區域
M2:第二阻抗匹配調整區域
M3:第三阻抗匹配調整區域
第1圖繪示依照本發明一實施例的多天線模組系統的平面示意 圖；第2圖繪示依照本發明一實施例的多天線模組系統以複數個纜線連接至射頻訊號模組的示意圖；第3及4圖分別繪示依照本發明另一實施例的多天線模組系統的平面示意圖。
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1及2圖，其中第1圖繪示依照本發明一實施例的多天線模組系統100的平面示意圖，第2圖繪示依照本發明一實施例的多天線模組系統100以複數個纜線C1~C3連接至射頻訊號模組130的示意圖。本實施例提出一種容易調整頻帶設計而達到系統應用之印刷式多頻天線模組，其中天線訊號饋入方式例如直接以50歐姆(Ω)纜線C1~C3的內層導電層與外層導電層分別銲接在各天線模組的訊號饋入端F1~F3及接地端G1~G3，纜線C1~C3另一端則可任意延伸至射頻訊號模組130(參見第2圖)，射頻訊號模組130可透過纜線C1~C3以收發多個頻段的射頻訊號。
多天線模組系統100可操作在具有獨立地之印刷電路板上，多天線模組系統100包括一基板102、複數個第一天線模組111~114、複數個第二天線模組115~116以及複數個第三天線模組117~120。天線模組的數量、所需頻段及極化方向可依照產品需求調整及修正而達到適合的應用，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，第一天線模組111~114的數量可為四個或更多，第二天線模組115~116的數量可為二個或更多，第三天線模組117~120的數量可為四個或更多，但本發明對此不加以限制。
第一天線模組111~114及第三天線模組117~120可分別支援4X4多管道輸入多管道輸出(MIMO)或更高的無線通訊技術，第二天線模組115~116可與第一天線模組111~112搭配支援4X4多管道輸入多管道輸出(MIMO)或更高的無線通訊技術，以應用於多種手持式電子裝置的無線傳輸、筆記型電腦、無線通訊裝置或智能數據機(Smart Modem)中。
此外，第一天線模組111~114的操作頻段可在600MHz~6000MHz之間，常用的頻段有746~894MHz的操作頻段(低頻頻段)、1710MHz~2690MHz的操作頻段(中頻頻段)以及3300MHz~5925MHz的操作頻段(高頻頻段)。第二天線模組115~116的操作頻段可在3300MHz~5000MHz之間。第三天線模組117~120的頻段可在2400MHz~2500MHz之間以及5150MHz~5850MHz之間，但本發明對此不加以限制。
基板102具有一開口104、相對的第一側邊S1、相對的第二側邊S2、相對的第三側邊S3以及相對的第四側邊S4。開口104可位於基板102的中央，第一側邊S1及第二側邊S2均為相隔預定距離且分別位於基板102的橫向及縱向的兩個相對長邊，也就是說，相對的第一側邊S1具有一第一距離L1(沿著縱向)，相對的第二側邊S2具有一第二距離L2(沿著橫向)。第一距離L1與第二距離L2可相等或不相等，第一距離L1與第二距離L2例如為120mm或更高。
第一距離L1例如為第一天線模組111~114所需的低頻頻段的波長的四分之一，以滿足天線低頻頻段產生諧振所需的電流路徑長度。同樣，第二距離L2例如為第一天線模組111~114所需的低頻頻段的波長的四分之一，以滿足天線低頻頻段產生諧振所需的電流路徑長度。
在本實施例中，此些第一天線模組111~114分別設置於基板102上且位於相對的第一側邊S1與相對的第二側邊S2， 每一第一天線模組111~114具有一第一訊號饋入端F1以及一第一接地端G1，用以連接第一組纜線C1以收發一第一頻段訊號。第一天線模組111~114收發的第一頻段訊號包括一低頻頻段、一中頻頻段以及一高頻頻段，即第一天線模組111~114可為三頻天線模組。每個第一天線模組111~114均具有一調整天線電流耦合以及阻抗匹配之電路(以下稱第一阻抗匹配調整區域M1)，以降低返回損耗。第一阻抗匹配調整區域M1例如為π型匹配電路或其他等效電路。
在一實施例中，位於相對的第一側邊S1的第一天線模組111、112具有相同的第一極化方向，而位於相對的第二側邊S2的第一天線模組113、114具有相同的第二極化方向，第一極化方向與第二極化方向不同，因此產生不同極化方向的電磁場。
在另一實施例中，位於相鄰的第一側邊S1與第二側邊S2的二個第一天線模組111、114具有相同的極化方向，而位於相鄰的第一側邊S1與第二側邊S2的另二個第一天線模組112、113具有相同的極化方向，也就是說，位於相對的第一側邊S1的第一天線模組111、112分別具有第一極化方向與第二極化方向，位於相對的第二側邊S2的第一天線模組114、113分別具有第一極化方向與第二極化方向，第一極化方向與第二極化方向不同，可以產生不同極化的應用，因此產生不同極化方向的電磁場。
此外，此些第二天線模組115~116分別設置於基板102上且位於相對的第三側邊S3，每一第二天線模組115~116 具有一第二訊號饋入端F2以及一第二接地端G2，用以連接第二組纜線C2以收發一第二頻段訊號，例如為5GHz頻段訊號。每個第二天線模組115~116均具有一調整天線電流耦合以及阻抗匹配之電路(以下稱第二阻抗匹配調整區域M2)，以降低返回損耗。第二阻抗匹配調整區域M2例如為π型匹配電路或其他等效電路。
另外，此些第三天線模組117~120分別設置於基板102上且位於相對的第三側邊S3以及相對的第四側邊S4，每一第三天線模組117~120具有一第三訊號饋入端F3以及一第三接地端G3，用以連接第三組纜線C3以收發一第三頻段訊號，例如為WiFi頻段訊號。每個第三天線模組117~120均具有一調整天線電流耦合以及阻抗匹配之電路(以下稱第三阻抗匹配調整區域M3)，以降低返回損耗。第三阻抗匹配調整區域M3例如為π型匹配電路或其他等效電路。
第二天線模組115~116及第三天線模組117~120的位置可依照不同輻射場型的需求調整，不限定其型式，在本實施例中，自第一天線模組111起，順時鐘方向天線佈置依序為，第一天線模組111、第三天線模組119、第一天線模組113、第二天線模組116、第三天線模組118、第一天線模組112、第三天線模組120、第一天線模組114、第二天線模組115、第三天線模組117。當基板102的形狀改變時，第二天線模組115~116及第三天線模組117~120的位置也會隨之改變。
相對於第一側邊S1與第二側邊S2而言，相對的第三側邊S3相距的距離可小於第一距離L1與第二距離L2，且相對的第四側邊S4相距的距離可小於第一距離L1與第二距離L2。第三側邊S3相距的距離取決於第二天線模組115~116或第三天線模組117~120所需的頻段的波長的四分之一，以滿足天線頻段產生諧振所需的電流路徑長度。第四側邊S4相距的距離取決於第三天線模組117~120所需的頻段的波長的四分之一，以滿足天線頻段產生諧振所需的電流路徑長度。
在本實施例中，此些第二天線模組115~116與此些第三天線模組117~120分別位於此些第一天線模組111~114之間，也就是說，第三側邊S3與第四側邊S4位於相對的第一側邊S1與相對的第二側邊S2之間，使相同頻段的多個第一天線模組111~114之間具有不同頻段的第二天線模組115~116及第三天線模組117~120，以降低此些天線模組收發的訊號的干擾程度及增加此些天線模組收發的訊號的隔離度。
請參照第1及2圖，第一組纜線C1、第二組纜線C2以及第三組纜線C3通過開口104而連接至射頻訊號模組130。射頻訊號模組130可任意放置在其他位置，不限定位於多天線模組下方。此外，基板102為一類十字形基板，類十字形基板102具有四個長邊以及多個區段，四個長邊即為上述的相對的第一側邊S1以及相對的第二側邊S2，每一個區段往內凹陷於兩個相鄰長邊之間，且大致上呈階梯狀分布，也就是說，此些區段即為上 述的第三側邊S3與第四側邊S4，且大致上呈階梯狀，使第二天線模組115~116與此些第三天線模組117~120位於類十字形基板102的此些區段。
請參照第3及4圖，其分別繪示依照本發明另一實施例的多天線模組系統100a及100b的平面示意圖。與上述實施例不同之處在於，在第3圖中，基板102例如為一正方形基板，正方形基板102具有四個邊以及四個角落，其中此些第一天線模組111~114位於正方形基板102的四個邊，此些第二天線模組115~116與此些第三天線模組117~120位於正方形基板102的四個角落。也就是說，上述的相對的第三側邊S3與相對的第四側邊S4相當於正方形基板102的四個角落(L形邊)，且第三側邊S3與第四側邊S4垂直連接於相鄰的第一側邊S1與第二側邊S2之間。
另外，與上述實施例不同之處在於，在第4圖中，基板102為一八邊形基板，八邊形基板102具有八個邊，此八個邊例如等長或不等長。八個邊即上述的相對的第一側邊S1、相對的第二側邊S2、相對的第三側邊S3以及相對的第四側邊S4，其中第三側邊S3與第四側邊S4位於相對的第一側邊S1以及相對的第二側邊S2之間，且第三側邊S3與第四側邊S4傾斜連接於相鄰的第一側邊S1與第二側邊S2之間，傾斜角例如120度。
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+4G/LTE+5GHz/Sub6G或其他頻段於同一基板102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)纜線銲接在印刷電路板的訊號饋入端及接地端，纜線另一端則可任意延伸至射頻訊號模組。在本實施例中，由於本系統的天線模組直接焊接在印刷電路板上，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。此種多天線模組系統100可操作在具有獨立地之印刷電路板上，不易受系統地干擾，具有多選擇性優勢，且此種多天線模組系統100具備之獨立調整機制，可方便不同系統之多元應用。
另外，本實施例的多天線模組系統100亦可應用在可旋轉式的天線座，其中基板102透過馬達、軸承的搭配固定在天線座上並以控制器驅動而轉動，使天線模組達到可旋轉的目的。本實施例的多天線模組系統100，天線模組於基板102上分布方式平均，可接收來自不同方向的射頻訊號，並掃描訊號強度較強的方向，也可搭配各種天線輻射場型的設計，旋轉至所需的方位，以供用戶使用，具有優化整合不同頻段收發的顯著特色。
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:多天線模組系統
102:基板
104:開口
111~114:第一天線模組
115~116:第二天線模組
117~120:第三天線模組
S1:第一側邊
S2:第二側邊
S3:第三側邊
S4:第四側邊
L1:第一距離
L2:第二距離

Claims (10)

  1. 一種多天線模組系統，包括：一基板，具有一開口、相對的二第一側邊、相對的二第二側邊、相對的二第三側邊以及相對的二第四側邊；複數個第一天線模組，分別設置於該基板上且位於相對的該二第一側邊與相對的該二第二側邊，每一該第一天線模組具有一第一訊號饋入端以及一第一接地端，用以連接第一組纜線以收發一第一頻段訊號，該第一頻段訊號包括一低頻頻段、一中頻頻段以及一高頻頻段，該基板的相對該二第一側邊具有一第一距離，該第一距離為該低頻頻段的波長的四分之一；複數個第二天線模組，分別設置於該基板上且位於相對的該二第三側邊，每一該第二天線模組具有一第二訊號饋入端以及一第二接地端，用以連接第二組纜線以收發一第二頻段訊號；以及複數個第三天線模組，分別設置於該基板上且位於相對的該二第三側邊與相對的該二第四側邊，每一該第三天線模組具有一第三訊號饋入端以及一第三接地端，用以連接第三組纜線以收發一第三頻段訊號，其中，該些第二天線模組與該些第三天線模組分別位於該些第一天線模組之間。
  2. 如請求項1所述之系統，更包括一射頻訊號模組，其中該第一組纜線、該第二組纜線以及該第三組纜線通過該開口而連接至該射頻訊號模組。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該基板的相對該二第二側邊具有一第二距離，該第二距離為該低頻頻段的波長的四分之一。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該基板為一類十字形基板，該類十字形基板具有四個長邊以及多個區段，其中該些第一天線模組位於該類十字形基板的四個長邊，該些第二天線模組與該些第三天線模組位於該類十字形基板的該些區段。
  5. 如請求項1所述之系統，其中該基板為一正方形基板，該正方形基板具有四個邊以及四個角落，其中該些第一天線模組位於該正方形基板的四個邊，該些第二天線模組與該些第三天線模組位於該正方形基板的四個角落。
  6. 如請求項1所述之系統，其中該基板為一八邊形基板，該八邊形基板具有八個邊，該些第一天線模組、該些第二天線模組與該些第三天線模組分別位於該八個邊上。
  7. 如請求項1所述之系統，其中位於相對的該第一側邊的該些第一天線模組具有相同的第一極化方向，位於相對的該第二側邊的該些第一天線模組具有相同的第二極化方向，該第一極化方向與該第二極化方向不同。
  8. 如請求項1所述之系統，其中位於相對的該第一側邊的該些第一天線模組分別具有第一極化方向與第二極化方向，位於相對的該第二側邊的該些第一天線模組分別具有第一極化方向與第二極化方向，該第一極化方向與該第二極化方向不同。
  9. 如請求項1所述之系統，其中該些第一天線模組及該些第三天線模組支援4X4多管道輸入多管道輸出的無線通訊技術，該些第二天線模組與該些第一天線模組搭配支援4X4多管道輸入多管道輸出的無線通訊技術。
  10. 如請求項1所述之系統，其中該多天線模組系統用於一可旋轉式的天線座，並以一控制器驅動而轉動。
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