TWI839953B

TWI839953B - 天線模組

Info

Publication number: TWI839953B
Application number: TW111144326A
Authority: TW
Inventors: 沈素梅
Original assignee: 緯創資通股份有限公司
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2024-04-21

Abstract

本發明提供一種天線模組。天線模組包括天線結構，其包括一接地輻射體、一第一輻射體、一第二輻射體以及一第三輻射體。接地輻射體包括一主接地部及從主接地部的一側延伸出的一支部。第一輻射體位於主接地部的該側且包括一饋入端。第二輻射體連接接地輻射體的該側，第一輻射體位於支部與第二輻射體之間，主接地部、支部、第一輻射體與第二輻射體共同形成一波導結構，第一輻射體與第二輻射體用以激發出一第一高頻。第三輻射體位在接地輻射體的該側，第三輻射體連接於第一輻射體且位於支部旁，第一輻射體與第三輻射體用以激發出一第二高頻。

Description

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可以激發多頻段的天線模組。

隨著科技的進步，使用者對於多頻段天線的需求日漸增加。要如何設計出激發多頻段的天線的同時，縮小天線尺寸並具有良好的輻射效率，是本領域人員致力研究的目標。

本發明提供一種天線模組，其可滿足多頻段的需求。

本發明的一種天線模組，包括至少一天線結構。各天線結構包括一接地輻射體、一第一輻射體、一第二輻射體以及一第三輻射體。接地輻射體包括一主接地部及從主接地部的一側延伸出的一支部。第一輻射體位於主接地部的該側旁，且第一輻射體包括一饋入端。第二輻射體連接於接地輻射體的該側，第一輻射體位於支部與第二輻射體之間，主接地部、支部、第一輻射體與第二輻射體共同形成一波導結構，第二輻射體設置於第一輻射體旁，第一輻射體與第二輻射體用以激發出一第一高頻。第三輻射體位在接地輻射體的該側，第三輻射體連接於第一輻射體且位於支部旁，第一輻射體與第三輻射體用以激發出一第二高頻。

在本發明的一實施例中，上述的各天線結構更包括一第四輻射體，位在接地輻射體的該側且連接於第一輻射體，第一輻射體與第四輻射體用以激發出一低頻。

在本發明的一實施例中，上述的第二輻射體透過局部的第四輻射體連接於第一輻射體，支部、第一輻射體與第二輻射體平行於彼此，第一輻射體與第二輻射體之間的距離小於第一輻射體與支部之間的距離。

在本發明的一實施例中，上述的第一輻射體與第二輻射體之間的距離介於0.3公厘至0.7公厘之間，第一輻射體與支部之間的距離介於0.8公厘至1.2公厘之間。

在本發明的一實施例中，上述的支部、第一輻射體與第二輻射體自該側沿著一第一方向延伸，且沿著垂直第一方向的一第二方向並排，第四輻射體在第二方向上的邊緣超出於主接地部在第二方向上的邊緣。

在本發明的一實施例中，上述的第四輻射體包括一第一部分與一第二部分，第一輻射體係位於第一部分與第二部分之間，第二輻射體連接於第一部分。

在本發明的一實施例中，上述的第一部分包括彎折地連接的一第一段、一第二段及一第三段，第一段連接於第二部分，第三段介於第一段與主接地部之間，第三段包括一重疊區，重疊區沿著第一方向對主接地部的投影重疊於主接地部。

在本發明的一實施例中，上述的重疊區在第二方向上的長度小於5公厘。

在本發明的一實施例中，上述的第一輻射體與第四輻射體的長度介於低頻的0.2倍波長至0.3倍波長之間。

在本發明的一實施例中，上述的第一輻射體與第二輻射體的長度介於第一高頻的0.2倍波長至0.3倍波長之間。

在本發明的一實施例中，上述的第一輻射體與第三輻射體的長度介於第二高頻的0.2倍波長至0.3倍波長之間。

在本發明的一實施例中，上述的支部、第一輻射體與第二輻射體自該側沿著一第一方向延伸，且沿著垂直第一方向的一第二方向並排，主接地部沿著第二方向的寬度漸縮。

在本發明的一實施例中，上述的主接地部的形狀為一三角形或一長方形。

在本發明的一實施例中，上述的至少一天線結構包括兩天線結構，兩天線結構鏡像地設置於一中線的兩側，兩天線結構的其中一者的第三輻射體朝向兩天線結構的另一者的第三輻射體，且兩天線結構的其中一者的第三輻射體與兩天線結構的另一者的第三輻射體之間的距離大於等於第二高頻的0.5倍波長。

在本發明的一實施例中，上述的兩天線結構的其中一者的接地輻射體分離於兩天線結構的另一者的接地輻射體。

在本發明的一實施例中，上述的兩天線結構的其中一者的接地輻射體與兩天線結構的另一者的接地輻射體之間的距離大於等於1公厘。

在本發明的一實施例中，上述的各天線結構更包括一第四輻射體，位在對應的接地輻射體的該側且連接於對應的第一輻射體，第一輻射體與對應的第四輻射體用以激發出一低頻。

在本發明的一實施例中，上述的第四輻射體包括遠離中線的一第一部分與靠近中線的一第二部分，第一輻射體係位於第一部分與第二部分之間，第一部分的長度大於第二部分的長度。

基於上述，本發明的天線模組的各天線結構包括接地輻射體、第一輻射體、第二輻射體以及第三輻射體。接地輻射體包括主接地部及從主接地部的一側延伸出的支部。第一輻射體位於主接地部的該側且包括饋入端。第二輻射體連接接地輻射體的該側，第一輻射體位於支部與第二輻射體之間。第三輻射體位在接地輻射體的該側，第三輻射體連接於第一輻射體且位於支部旁。主接地部、支部、第一輻射體與第二輻射體共同形成波導結構。第一輻射體與第二輻射體用以激發出第一高頻，且第一輻射體與第三輻射體用以激發出第二高頻。透過上述配置，本發明的天線模組可以滿足多種頻段的需求。

目前市售的無線通訊裝置中，主要以機殼全鋁鎂材質、尺寸小型化及資料傳輸高效率為發展方向。為了達到資料傳輸高效率，無線通訊系統利用MIMO(Multi-input Multi-output)的多天線系統以同時傳送多種頻段訊號。

然而，為了達到尺寸小型化的目的，多個天線位置容易擺放過近導致天線隔離度差，進而降低資料的傳輸效率。下面將介紹可以同時滿足多種頻段需求(WiFi 2.4G及WiFi 7，即頻段介於2.4GHz至2.5GHz及5.15GHz至7.125GHz)、具有良好的天線隔離度以及良好天線輻射效率的天線模組10。

圖1是依照本發明的一實施例的一種天線模組設置於機殼的外觀示意圖。請參考圖1，天線模組10包括至少一天線結構。具體而言，在一實施例的至少一天線結構包括兩天線結構100、200，且兩天線結構100、200鏡像地設置於一中線A的兩側。

天線模組10是以平衡式偶極天線為基礎而改良的非對稱的兩天線結構100、200。平衡式偶極天線的長度及寬度例如是100公厘及36公厘，在一實施例的天線模組10的長度及寬度例如是75公厘及14.5公厘。需說明的是，此處的「非對稱」是指單一天線結構上下不對稱，也就是輻射體及接地面不對稱。由於兩天線結構100、200結構相同，故以下先以圖1左側的天線結構100進行介紹。實際上，兩天線結構100、200具有相同的技術效果。

圖2是圖1的天線模組其中一個天線結構的外觀示意圖。請參考圖2，在一實施例的各天線結構100、200包括一接地輻射體110、一第一輻射體120及一第二輻射體130。接地輻射體110包括一主接地部112及從主接地部112的一側延伸出的一支部114。主接地部112的形狀為一三角形或一長方形，但本發明不以此為限。在一實施例的支部114的長及寬分別例如是4公厘及2公厘。

第一輻射體120包括一饋入端125，且第一輻射體120位於主接地部112的該側旁。第二輻射體130連接於接地輻射體110的該側。饋入端125與主接地部112之間具有同軸傳輸線(未繪示)。同軸傳輸線的正端連接至饋入端125，同軸傳輸線的負端連接至主接地部112。

具體而言，支部114、第一輻射體120與第二輻射體130自該側沿著一第一方向D1延伸而平行於彼此，且支部114、第一輻射體120與第二輻射體130沿著垂直第一方向D1的一第二方向D2並排。第二輻射體130設置於第一輻射體120旁，且第一輻射體120位於支部114與第二輻射體130之間。第一方向D1及第二方向D2分別例如是天線結構100的寬度方向及長度方向。

此外，第一輻射體120與第二輻射體130之間的距離小於第一輻射體120與支部114之間的距離。舉例而言，第一輻射體120與第二輻射體130之間的距離介於0.3公厘至0.7公厘之間，第一輻射體120與支部114之間的距離介於0.8公厘至1.2公厘之間。在一實施例中，第一輻射體120與第二輻射體130之間的距離例如是0.5公厘，第一輻射體120與支部114之間的距離例如是1公厘。

在一實施例中，主接地部112、支部114、第一輻射體120與第二輻射體130共同形成一非對稱共平面波導結構，用以增加高頻頻寬。此外，第一輻射體120與第二輻射體130用以激發出一第一高頻，第一高頻頻段例如是5G頻段(5.15GHz至5.85 GHz)。第一輻射體120與第二輻射體130的長度介於該第一高頻的0.2倍波長至0.3倍波長之間。在一實施例的第一輻射體120及第二輻射體130的長度分別例如是5公厘及5.5公厘。

請繼續參考圖2，在一實施例的各天線結構100包括位在接地輻射體110的該側的一第三輻射體140。第三輻射體140沿第二方向D2延伸而連接於第一輻射體120，且第三輻射體140位於支部114旁。第一輻射體120與第三輻射體140用以激發出一第二高頻，第二高頻頻段例如是6G頻段(5.945GHz至7.125GHz)。第一輻射體120與第三輻射體140的長度介於第二高頻的0.2倍波長至0.3倍波長之間。在一實施例中，第三輻射體140的長度例如是4公厘。

各天線結構100更包括位在接地輻射體110的該側的一第四輻射體150。第四輻射體150連接於第一輻射體120，且第二輻射體130透過局部的第四輻射體150連接於第一輻射體120。具體而言，第四輻射體150包括遠離中線A的一第一部分152與靠近中線A的一第二部分154，第一部分152的長度大於第二部分154的長度。第一輻射體120係位於第一部分152與第二部分154之間(交界處)，第二輻射體130連接於第一部分152。亦即，第一輻射體120遠離饋入端125的一端同時連接於第一部份152及第二部分154，且第一輻射體120遠離饋入端125的一端接觸第一部份152與第二部分154的連接處(交界處)。

詳細而言，第四輻射體150的第一部分152包括彎折地連接的一第一段1521、一第二段1522及一第三段1523。第一段1521連接於第二部分154，第三段1523介於第一段1521與主接地部112之間。如圖2所示，第一部分152的第一段1521與第二部分154相連且沿第二方向D2延伸，第二段1522垂直於第一段1521及第三段1523而沿第一方向D1延伸，且第一段1521、第二段1522及第三段1523外觀呈現如鉤子的形狀。

在一實施例的第一輻射體120與第四輻射體150用以激發出一低頻，低頻頻率例如是WiFi 2.4G頻段(2.4GHz至2.5GHz)。第一輻射體120與第四輻射體150的長度介於低頻的0.2倍波長至0.3倍波長之間。在一實施例的第一段1521與第二部分154總長度例如是26公厘，第二段1522長度例如是4.85公厘，第三段1523長度例如是12公厘，且第四輻射體150各部分寬度例如是1.5公厘。

值得一提的是，第四輻射體150並非直接沿第二方向D2筆直延伸出去，而是具有轉折而回勾，呈現如鉤子的形狀。這樣的設計可以縮小整體天線結構100尺寸，同時調整第四輻射體150的長度以激發低頻。

此外，第四輻射體150在第二方向D2上的邊緣超出於主接地部112在第二方向D2上的邊緣。具體而言，第四輻射體150的第三段1523包括一重疊區1523a。重疊區1523a沿著第一方向D1對主接地部112的投影重疊於主接地部112。在一實施例中，重疊區1523a在第二方向D2上的長度小於5公厘。

如圖2所示，由於重疊區1523a位於激發低頻的輻射路徑尾端，因此重疊區1523a的能量較低。即使主接地部112接近重疊區1523a，低頻的輻射效率不易受到主接地部112影響，而維持良好的輻射效率。

透過上述設計，本實施例的天線結構100尺寸小於習知天線，且透過主接地部112、支部114、第一輻射體120與第二輻射體130形成非對稱共平面波導結構以增加高頻頻寬。此外，本實施例的天線結構100可以激發低頻(2.4GHz至2.5GHz)、第一高頻(5.15GHz至5.85 GHz)及第二高頻(5.945GHz至7.125GHz)等WiFi 2.4G及WiFi 7頻段。

請回到圖1，在一實施例的兩天線結構100、200設置於機殼20上，機殼20例如是全鋁鎂的材質。此外，機殼20具有鏡像地設置於中線A兩側的兩槽縫S，且兩槽縫S各自對應於兩天線結構100、200的第四輻射體150、250設置。槽縫S長度及寬度例如是27.5公厘及3公厘，且具有塑料填充於槽縫S。這樣的設計使本實施例的兩天線結構100、200可以透過槽縫S輻射至外界。需說明的是，本發明並不限制機殼20的材質及槽縫S的尺寸，槽縫S長度可於20公厘至30公厘之間調整。

此外，兩天線結構100、200的其中一者的第三輻射體140、240朝向兩天線結構100、200的另一者的第三輻射體140、240，且兩天線結構100、200的其中一者的第三輻射體140、240與兩天線結構100、200的另一者的第三輻射體140、240之間的距離大於等於第二高頻的0.5倍波長。這樣的設計可以確保兩天線結構100、200在輻射高頻(WiFi 7)時，兩者的輻射場型不會互相干擾而具有良好的隔離度，進而使兩天線結構100、200在輻射高頻時的輻射效率具有良好表現。另外，由於激發低頻的路徑彼此背向行走，使低頻輻射場型往外側延伸，因而不會互相干擾。

在一實施例的兩天線結構100、200的其中一者的接地輻射體110、210分離於兩天線結構100、200的另一者的接地輻射體110、210。具體而言，兩接地輻射體110、210之間的距離大於等於1公厘。也就是說，兩接地輻射體110、210互不相連但彼此相近，以縮小整體天線模組10的尺寸。

圖3是圖1的兩天線結構的頻率對應S11、S22及S21的關係圖。請參考圖3，在一實施例的非對稱的天線結構100的S11及天線結構200的S22在低頻(2400MHz至2500MHz)、第一高頻及第二高頻(5150MHz至7125MHz)時均在-10dB以下。在一實施例的非對稱的天線結構100、200間的S21在低頻(2400MHz至2500MHz)、第一高頻及第二高頻(5150MHz至7125MHz)時均大於20dB。這代表本實施例的非對稱的兩天線結構100、200具有良好的隔離度，且訊號損失的程度也不大。

習知的PIFA(Printed Inverted-F antenna)雙天線的輻射體及接地面對稱，且兩者長度皆為0.25倍的波長。在相同尺寸下，習知PIFA雙天線的S11及S22在低頻(2400MHz至2500MHz)、第一高頻及第二高頻(5150MHz至7125MHz)時介於-4dB至-10dB，S21在低頻時僅大於13dB，S21在第一高頻及第二高頻時大於20dB。相較之下，本實施例非對稱的天線結構100、200的隔離度及訊號傳遞程度在低頻或高頻時，均優於習知的PIFA雙天線的表現。

此外，由3D輻射場型實驗可以得知，本實施例的兩天線結構100、200在低頻(2400MHz至2500MHz)、第一高頻及第二高頻(5150MHz至7125MHz)時的輻射效率介於40%至47%之間，均大於30%。因此，本實施例的兩天線結構100、200無論在低頻或高頻時均具有良好的輻射效率。

綜上所述，本發明的天線模組的主接地部、支部、第一輻射體與第二輻射體共同形成波導結構以增加高頻頻寬。第一輻射體與第二輻射體用以激發出第一高頻(5.15GHz至5.85 GHz)，第一輻射體與第三輻射體用以激發出第二高頻(5.945GHz至7.125GHz)，第一輻射體與第四輻射體用以激發低頻(2.4GHz至2.5GHz)。此外，兩天線結構的其中一者的第三輻射體與兩天線結構的另一者的第三輻射體之間的距離大於等於第二高頻的0.5倍波長。透過上述配置，本發明的天線模組可以滿足多種頻段的需求，達到天線模組尺寸小型化的目的，同時具有良好的天線隔離度及天線輻射效率。

10:天線模組 20:機殼 100、200:天線結構 110、210:接地輻射體 112:主接地部 114:支部 120:第一輻射體 125:饋入端 130:第二輻射體 140、240:第三輻射體 150、250:第四輻射體 152:第一部分 1521:第一段 1522:第二段 1523:第三段 1523a:重疊區 154:第二部分 A:中線 D1:第一方向 D2:第二方向 S:槽縫

圖1是依照本發明的一實施例的一種天線模組設置於機殼的外觀示意圖。圖2是圖1的天線模組其中一個天線結構的外觀示意圖。圖3是圖1的兩天線結構的頻率對應S11、S22及S21的關係圖。

100:天線結構

110:接地輻射體

112:主接地部

114:支部

120:第一輻射體

125:饋入端

130:第二輻射體

140:第三輻射體

150:第四輻射體

152:第一部分

1521:第一段

1522:第二段

1523:第三段

1523a:重疊區

154:第二部分

D1:第一方向

D2:第二方向

Claims

一種天線模組，包括：至少一天線結構，各該天線結構包括：一接地輻射體，包括一主接地部及從該主接地部的一側延伸出的一支部；一第一輻射體，位於該主接地部的該側旁，且包括一饋入端；一第二輻射體，連接於該接地輻射體的該側，該第一輻射體位於該支部與該第二輻射體之間，該主接地部、該支部、該第一輻射體與該第二輻射體共同形成一波導結構，該第二輻射體設置於該第一輻射體旁，該第一輻射體與該第二輻射體用以激發出一第一高頻；以及一第三輻射體，位在該接地輻射體的該側，連接於該第一輻射體，且位於該支部旁，該第一輻射體與該第三輻射體用以激發出一第二高頻。
如請求項1所述的天線模組，其中各該天線結構更包括一第四輻射體，位在該接地輻射體的該側且連接於該第一輻射體，該第一輻射體與該第四輻射體用以激發出一低頻。
如請求項2所述的天線模組，其中該第二輻射體透過局部的該第四輻射體連接於該第一輻射體，該支部、該第一輻射體與該第二輻射體平行於彼此，該第一輻射體與該第二輻射體之間的距離小於該第一輻射體與該支部之間的距離。
如請求項3所述的天線模組，其中該第一輻射體與該第二輻射體之間的距離介於0.3公厘至0.7公厘之間，該第一輻射體與該支部之間的距離介於0.8公厘至1.2公厘之間。
如請求項2所述的天線模組，其中該支部、該第一輻射體與該第二輻射體自該側沿著一第一方向延伸，且沿著垂直該第一方向的一第二方向並排，該第四輻射體在該第二方向上的邊緣超出於該主接地部在該第二方向上的邊緣。
如請求項5所述的天線模組，其中該第四輻射體包括一第一部分與一第二部分，該第一輻射體係位於該第一部分與該第二部分之間，該第二輻射體連接於該第一部分。
如請求項6所述的天線模組，其中該第一部分包括彎折地連接的一第一段、一第二段及一第三段，該第一段連接於該第二部分，該第三段介於該第一段與該主接地部之間，該第三段包括一重疊區，該重疊區沿著該第一方向對該主接地部的投影重疊於該主接地部。
如請求項7所述的天線模組，其中該重疊區在該第二方向上的長度小於5公厘。
如請求項2所述的天線模組，其中該第一輻射體與該第四輻射體的長度介於該低頻的0.2倍波長至0.3倍波長之間。
如請求項1所述的天線模組，其中該第一輻射體與該第二輻射體的長度介於該第一高頻的0.2倍波長至0.3倍波長之間。
如請求項1所述的天線模組，其中該第一輻射體與該第三輻射體的長度介於該第二高頻的0.2倍波長至0.3倍波長之間。
如請求項1所述的天線模組，其中該支部、該第一輻射體與該第二輻射體自該側沿著一第一方向延伸，且沿著垂直該第一方向的一第二方向並排，該主接地部沿著該第二方向的寬度漸縮。
如請求項1所述的天線模組，其中該主接地部的形狀為一三角形或一長方形。
如請求項1所述的天線模組，其中該至少一天線結構包括兩天線結構，該兩天線結構鏡像地設置於一中線的兩側，該兩天線結構的其中一者的該第三輻射體朝向該兩天線結構的另一者的該第三輻射體，且該兩天線結構的其中一者的該第三輻射體與該兩天線結構的另一者的該第三輻射體之間的距離大於等於該第二高頻的0.5倍波長。
如請求項14所述的天線模組，其中該兩天線結構的其中一者的該接地輻射體分離於該兩天線結構的另一者的該接地輻射體。
如請求項15所述的天線模組，其中該兩天線結構的其中一者的該接地輻射體與該兩天線結構的另一者的該接地輻射體之間的距離大於等於1公厘。
如請求項14所述的天線模組，其中各該天線結構更包括一第四輻射體，位在對應的該接地輻射體的該側且連接於對應的該第一輻射體，該第一輻射體與對應的該第四輻射體用以激發出一低頻。
如請求項17所述的天線模組，其中該第四輻射體包括遠離該中線的一第一部分與靠近該中線的一第二部分，該第一輻射體係位於該第一部分與該第二部分之間，該第一部分的長度大於該第二部分的長度。