TWM580266U - Multi-antenna system - Google Patents

Abstract

本案提供一種多天線系統，包含接地面、與接地面連接之介質基板及分別位於介質基板兩表面之兩天線元件。第一天線元件包含連接接地面之第一末端及第二末端。第一末端鄰近介質基板之第一側邊，第一天線元件朝遠離第一側邊之方向延伸，第二末端遠離第一側邊。第二天線元件包含連接接地面之第三末端及第四末端。第三末端鄰近第二側邊，第二天線元件朝遠離第二側邊之方向延伸，第四末端遠離第二側邊，且第四末端於第一表面之投影相交於第二末端，使接地面、第一天線元件之第二末端以及第二天線元件之第四末端於第一表面之投影之間形成迴圈結構。

Description

多天線系統

本案是關於一種多天線系統。

應用在筆記型電腦、平板電腦或是手機等行動裝置，多為內藏式天線，並且在裝置內部空間中，皆需要預留特定的天線空間。然而，隨著行動裝置的輕、薄及易方便攜帶等特性需求，同時為講求產品在工業設計上的美觀與質感，其外觀設計經常會使用金屬或具導電能力之材質，常因空間或者是淨空區不足而導致天線的輻射特性明顯下降，足夠之淨空區又造成裝置的厚度增加，天線設計將隨著前述需求而面臨嚴苛環境的挑戰。

本案提供一種多天線系統。多天線系統包含介質基板、接地面、第一天線元件及第二天線元件。介質基板具有相對之一第一側邊與一第二側邊及相對之一第一表面與一第二表面。接地面連接介質基板。第一天線元件位於介質基板之第一表面，第一天線元件包含第一末端及第二末端，第一末端鄰近於介質基板之一第一側邊，第一天線元件朝遠離第一側邊之方向延伸，第二末端遠離第一側邊，且第一末端及第二末端分別連接接地面。第二天線元件位於介質基板之第二表面，第二天線元件包含第三末端及第四末端，第三末端鄰近於第二側邊，第二天線元件朝遠離於第二側邊之方向延伸，第四末端遠離於第二側邊，且第三末端及第四末端分別連接接地面，且第四末端於第一表面之投影相交於第二末端。其中，前述之接地面、第一天線元件之第二末端以及第二天線元件之第四末端於第一表面之投影之間形成一迴圈結構。

圖1A為根據本案之多天線系統之一實施例之示意圖，請參照圖1A，揭示具有雙頻操作頻率之一多天線系統1。多天線系統1包含介質基板11、接地面12以及設置於介質基板11之兩天線元件（為方便描述，以下稱為第一天線元件13及第二天線元件14）。

在一實施例中，多天線系統1之低頻操作頻率及高頻操作頻率可分別涵蓋2.4 GHz及5 GHz操作頻帶。第一天線元件13及第二天線元件14可為介質基板11上的走線（trace），且第一天線元件13及第二天線元件14可以導電性材料（銀、銅、鋁、鐵或是其合金）製成。接地面12可為應用多天線系統1之電子裝置之金屬機殼。

請合併參照圖1A及圖1B，介質基板11具有相對之兩側邊（以下分別稱為第一側邊111及第二側邊112）及相對之兩表面（以下分別稱為第一表面11a及第二表面11b）。第一天線元件13及第二天線元件14係分別位於介質基板11之第一表面11a及第二表面11b。在佈局上，第一天線元件13較第二天線元件14鄰近於介質基板11之第一側邊111，第二天線元件14較第一天線元件13鄰近於介質基板11之第二側邊112。第一天線元件13之整體係朝第二側邊112之方向延伸，第二天線元件14之整體係朝第一側邊111之方向延伸，且部分之第二天線元件14於介質基板11之第一表面11a之投影相交於第一天線元件13。

詳細而言，第一天線元件13包含相對之兩端（以下分別稱為第一末端13a及第二末端13b）且第二天線元件14包含相對之兩端（以下稱分別為第三末端14a及第四末端14b）。第一天線元件13之第一末端13a較第二末端13b鄰近於第一側邊111，也就是第二末端13b相對遠離於第一側邊111。第一末端13a及第二末端13b分別連接接地面12，第一天線元件13藉由第一末端13a連接鄰近於第一側邊111之接地面12，並藉由第二末端13b連接遠離於第一側邊111之接地面12。

再者，第二天線元件14之第三末端14a較第四末端14b鄰近於第二側邊112，也就是第四末端14b相對遠離於第二側邊112。第二天線元件14之第三末端14a及第四末端14b分別連接接地面12，第二天線元件14藉由第三末端14a連接鄰近於第二側邊112之接地面12，並藉由第四末端14b連接遠離於第二側邊112之接地面12，且第四末端14b於第一表面11a之投影相交於第一天線元件13之第二末端13b，使接地面12、第一天線元件13之第二末端13b以及第二天線元件14之第四末端14b於介質基板11之第一表面11a之投影之間形成一迴圈結構L。

於是，當射頻訊號饋入第一天線元件13及第二天線元件14時，因第一天線元件13耦合於第二天線元件14，在迴圈結構L上形成耦合電流之迴圈路徑，產生共振腔效應而降低第一天線元件13與第二天線元件14之間之干擾，達到去耦合之功效，如此大幅提升第一天線元件13與第二天線元件14之間之訊號隔離度，兩天線元件13、14之效能不受影響。再者，藉由迴圈結構L，兩天線元件13、14之間不須保持額外之間距來降低干擾，且藉由兩天線元件13、14之自身結構產生前述之去耦合機制，介質基板11上亦不需要增加額外元件來達成去耦合機制，如此能縮減雙天線設計之尺寸，提升空間使用率，且有助於多輸入多輸出（Multi-input Multi-output；MIMO）天線之應用。

在一實施例中，迴圈結構L之物理長度與欲去耦合之共振頻率點有關，多天線系統1之設計者可根據欲去耦合之頻率設計迴圈結構L之物理長度，以調整欲去耦合之頻率之偏移，使兩操作頻段之間不相互干擾而具有良好的隔離度。在一實施例中，迴圈結構L之物理長度係位在多天線系統1之低頻操作頻段之0.05倍波長距離至0.1倍波長距離之間。

在一實施例中，第一天線元件13具有低頻操作頻率及高頻操作頻率，例如前述之涵蓋2.4 GHz及5 GHz操作頻帶。請合併參照圖1A及圖2，第一天線元件13包含第一金屬支路131、第二金屬支路132及第三金屬支路133，且第一金屬支路131及第三金屬支路133分別形成第一天線元件13之第一末端13a及第二末端13b。

在佈局上，第一金屬支路131較第二金屬支路132及第三金屬支路133鄰近於第一側邊111。第一金屬支路131鄰近於第一側邊111之一端連接接地面12而形成前述之第一末端13a。第一金屬支路131之整體係朝遠離第一側邊111之方向延伸。第二金屬支路132與第一金屬支路131之間相隔一間隙（以下稱為第一間隙G1），且第二金屬支路132自第一間隙G1之一側朝遠離第一金屬支路131之方向延伸，也就是第二金屬支路132朝第二側邊112之方向延伸。第三金屬支路133與第二金屬支路132之間具有一耦合間距（以下稱為第一耦合間距C1），且第三金屬支路133朝遠離第一金屬支路131之方向延伸，也就是第三金屬支路133朝第二側邊112之方向延伸，且第三金屬支路133朝接地面12之方向彎折而連接接地面12，第三金屬支路133之一端133b（即，第三金屬支路133連接於接地面12之一端）形成第一天線元件13之第二末端13b。

第二天線元件14亦具有低頻操作頻率及高頻操作頻率。第二天線元件14包含第四金屬支路141、第五金屬支路142及第六金屬支路143，且第四金屬支路141及第六金屬支路143分別形成第二天線元件14之第三末端14a及第四末端14b。

詳細而言，在佈局上，第四金屬支路141較第五金屬支路142及第六金屬支路143鄰近於第二側邊112。第四金屬支路141之一端（即，第四金屬支路141鄰近於第二側邊112之一端）連接接地面12而形成前述之第三末端14a。第四金屬支路141之整體係朝遠離第二側邊112之方向延伸。第五金屬支路142與第四金屬支路141之間相隔一間隙（以下稱為第二間隙G2），且第五金屬支路142自第二間隙G2之一側朝遠離第四金屬支路141之方向延伸，也就是第五金屬支路142朝第一側邊111之方向延伸。第六金屬支路143與第五金屬支路142之間具有一耦合間距（以下稱為第二耦合間距C2），且第六金屬支路143朝遠離第四金屬支路141之方向延伸，也就是第六金屬支路143朝第一側邊111之方向延伸，且第六金屬支路143朝接地面12之方向彎折而連接接地面12，第六金屬支路143之一端143b（即，第六金屬支路143連接於接地面12之一端）形成第二天線元件14之第四末端14b。並且，第六金屬支路143之一端143b於第一表面11a之投影相交於第三金屬支路133連接於接地面12之一端133b。於是，第六金屬支路143之一端143b於第一表面11a之投影、第三金屬支路133之一端133b以及接地面12之間形成前述之迴圈結構L。

在一實施例中，前述之第一間隙G1係用以設置與訊號源連接之一第一饋入部134，第一金屬支路131係藉由第一饋入部134連接第二金屬支路132。當射頻訊號自第一饋入部134饋入時，射頻訊號激發第二金屬支路132及第三金屬支路133於低頻頻帶（例如前述之2.4 GHz）內之共振模態，且射頻訊號激發第一金屬支路131、第二金屬支路132及第三金屬支路133於高頻（例如前述之5 GHz）頻帶內之共振模態。同樣地，前述之第二間隙G2係用以設置與訊號源連接之一第二饋入部144，第四金屬支路141係藉由第二饋入部144連接第五金屬支路142。當一射頻訊號饋入第二饋入部144時，射頻訊號激發第五金屬支路142及第六金屬支路143於低頻頻帶內之共振模態，且射頻訊號激發第四金屬支路141、第五金屬支路142及第六金屬支路143於高頻頻帶之共振模態。

在一實施例中，第二金屬支路132於接地面12之投影重疊於第三金屬支路133之其中一端133a（即，第三金屬支路133鄰近於第一側邊111之一端）於接地面12之部分投影，也就是第二金屬支路132與第三金屬支路133之一端133a係分別位於第一耦合間距C1之兩側。在一實施例中，第二金屬支路132位於第一耦合間距C1鄰近接地面12之一側，第三金屬支路133之一端133a位於第一耦合間距C1遠離接地面之12之另一側。

再者，第二金屬支路132包含垂直連接之兩區段（以下分別稱為第一區段1321及第二區段1322），第一區段1321與第二區段1322之間呈現一倒「L」字型。其中，第一區段1321係相對第一側邊111延伸，第二區段1322係沿著垂直於第一側邊111之方向延伸，且第一耦合間距C1係位於第二區段1322與第三金屬支路133之一端133a之間。

在一實施例中，第五金屬支路142於接地面12之投影重疊於第六金屬支路143之其中一端143a（即，第六金屬支路143鄰近於第二側邊112之一端）於接地面12之部分投影，也就是第五金屬支路142與第六金屬支路143之一端143a係分別位於第二耦合間距C2之兩側。在一實施例中，第五金屬支路142位於第二耦合間距C2鄰近接地面12之一側，第六金屬支路143之一端143a位於第二耦合間距C2遠離接地面之12之另一側。

再者，第五金屬支路142包含垂直連接之兩區段（以下分別稱為第五金屬支路142之第一區段1421及第五金屬支路142之第二區段1422），第一區段1421與第二區段1422之間呈現一倒「L」字型。其中，第一區段1421係相對第二側邊112延伸，第二區段1422係沿著垂直於第二側邊112之方向延伸，且第二耦合間距C2係位於第二區段1422與第六金屬支路143之一端143a之間。

在一實施例中，第三金屬支路133包含相互連接之耦合延伸段1331、彎折段1332及接地段1333。耦合延伸段1331形成第三金屬支路133之一端133a。耦合延伸段1331沿著垂直於第一側邊111之方向朝第二側邊112之方向延伸。第一耦合間距C1位於耦合延伸段1331與第二金屬支路132之第二區段1322之間。彎折段1332連接耦合延伸段1331。彎折段1332具有蜿蜒結構而包含複數彎折以滿足第三金屬支路133之物理長度。接地段1333連接彎折段1332，且接地段1333沿著垂直於第一側邊111之方向延伸，接地段1333並朝向接地面12彎折而連接接地面12。

第六金屬支路143包含相互連接之耦合延伸段1431、彎折段1432及接地段1433。耦合延伸段1431形成第六金屬支路143之一端143a。耦合延伸段1431沿著垂直於第二側邊112之方向朝第一側邊111之方向延伸。第二耦合間距C2位於耦合延伸段1431與第五金屬支路142之第二區段1422之間。彎折段1432連接耦合延伸段1431。彎折段1432具有蜿蜒結構而包含複數彎折以滿足第六金屬支路143之物理長度。接地段1433連接彎折段1432，且接地段1433沿著垂直於第二側邊112之方向延伸，接地段1433並朝向接地面12彎折而連接接地面12，且接地段1433於介質基板11之第一表面11a之投影相交於接地段1333而形成前述之迴圈結構L。

在一實施例中，第一金屬支路131包含垂直連接之兩區段而呈現一倒「L」字型，且第四金屬支路141亦包含垂直連接之兩區段而呈現一倒「L」字型。

在一實施例中，請參照圖3，接地面12包含一槽縫121，槽縫121具有一開口，且槽縫121之開口連接迴圈結構L而延伸迴圈結構L，也就是槽縫121增加迴圈結構L的物理長度，如此能進一步增加前述之欲去耦合之共振頻率點之偏移之可調性。

在一實施例中，介質基板11的長度及寬度分別為40 mm及5 mm，且第一耦合間距C1及第二耦合間距C2係位在0.2 mm至0.8 mm之範圍間。第二金屬支路132與第三金屬支路133的路徑總長度以及第五金屬支路142與第六金屬支路143的路徑總長度係為低頻操作頻率之0.25倍波長距離；第一金屬支路131、第二金屬支路132及第三金屬支路133的物理長度的總和以及第四金屬支路141、第五金屬支路142及第六金屬支路143的物理長度的總和係為高頻操作頻率之0.5倍波長距離。

綜上所述，根據本案之多天線系統之一實施例，藉由迴圈結構產生的去耦合機制，兩天線元件之間不須保持額外之間距，且介質基板上 亦不需要增加額外元件來達成去耦合機制，如此減少了多天線系統於電子裝置中所佔據之空間，進而提升空間使用率，多天線系統能應用在現今具輕、薄及窄邊框需求之電子裝置。

雖然本案已以實施例揭露如上然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本案之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。

1‧‧‧多天線系統 11‧‧‧介質基板 11a‧‧‧第一表面 11b‧‧‧第二表面 111‧‧‧第一側邊 112‧‧‧第二側邊 121‧‧‧槽縫 12‧‧‧接地面 13‧‧‧第一天線元件 13a‧‧‧第一末端 13b‧‧‧第二末端 131‧‧‧第一金屬支路 132‧‧‧第二金屬支路 1321‧‧‧第一區段 1322‧‧‧第二區段 133‧‧‧第三金屬支路 133a‧‧‧第三金屬支路之一端 133b‧‧‧第三金屬支路之一端 1331‧‧‧耦合延伸段 1332‧‧‧彎折段 1333‧‧‧接地段 134‧‧‧第一饋入部 14‧‧‧第二天線元件 14a‧‧‧第三末端 14b‧‧‧第四末端 141‧‧‧第四金屬支路 142‧‧‧第五金屬支路 1421‧‧‧第五金屬支路之第一區段 1422‧‧‧第五金屬支路之第二區段 143‧‧‧第六金屬支路 143a‧‧‧第六金屬支路之一端 143b‧‧‧第六金屬支路之一端 1431‧‧‧耦合延伸段 1432‧‧‧彎折段 1433‧‧‧接地段 144‧‧‧第二饋入部 C1‧‧‧第一耦合間距 C2‧‧‧第二耦合間距 G1‧‧‧第一間隙 G2‧‧‧第二間隙 L‧‧‧迴圈結構

[圖1A] 係為根據本案之多天線系統之一實施例之示意圖。 [圖1B] 係為圖1A中之多天線系統之介質基板之一實施例之側面示意圖。 [圖2] 係為根據本案之多天線系統之一實施例之示意圖。 [圖3] 係為根據本案之多天線系統之另一實施例之示意圖。

Claims (10)

1. 一種多天線系統，包含： 一介質基板，具有相對之一第一側邊與一第二側邊及相對之一第一表面與一第二表面； 一接地面，連接該介質基板； 一第一天線元件，位於該介質基板之該第一表面，該第一天線元件包含一第一末端及一第二末端，該第一末端鄰近於該介質基板之該第一側邊，該第一天線元件朝遠離該第一側邊之方向延伸，該第二末端遠離該第一側邊，且該第一末端及該第二末端分別連接該接地面；及 一第二天線元件，位於該介質基板之該第二表面，該第二天線元件包含一第三末端及一第四末端，該第三末端鄰近於該第二側邊，該第二天線元件朝遠離於該第二側邊之方向延伸，該第四末端遠離於該第二側邊，且該第三末端及該第四末端分別連接該接地面，且該第四末端於該第一表面之投影相交於該第二末端； 其中，該接地面、該第一天線元件之該第二末端以及該第二天線元件之該第四末端於該第一表面之投影之間形成一迴圈結構。
2. 如請求項1所述之多天線系統，其中該第一天線元件包含： 一第一金屬支路，鄰近於該第一側邊，該第一金屬支路連接該接地面而形成該第一末端，且該第一金屬支路朝遠離該第一側邊之方向延伸； 一第二金屬支路，與該第一金屬支路相隔一第一間隙且朝遠離該第一側邊之方向延伸； 一第三金屬支路，與該第二金屬支路之間具有一第一耦合間距，且該第三金屬支路朝遠離該第一側邊之方向延伸並朝該接地面之方向彎折而連接該接地面，以形成該第二末端；及 一第一饋入部，位於該第一間隙並連接該第一金屬支路及該第二金屬支路。
3. 如請求項2所述之多天線系統，其中該第二金屬支路於該接地面之投影重疊於該第三金屬支路鄰近於該第一側邊之一端於該接地面之部分投影。
4. 如請求項3所述之多天線系統，其中該第二金屬支路係位於該第一耦合間距鄰近於該接地面之一側，且該第三金屬支路鄰近於該第一側邊之一端係位於該第一耦合間距遠離於該接地面之另一側。
5. 如請求項2所述之多天線系統，其中該第二天線元件包含： 一第四金屬支路，鄰近於該第二側邊，該第四金屬支路連接該接地面而形成該第三末端，且該第四金屬支路朝遠離該第二側邊之方向延伸； 一第五金屬支路，與該第四金屬支路相隔一第二間隙且朝遠離該第二側邊之方向延伸； 一第六金屬支路，與該第五金屬支路之間具有一第二耦合間距，且該第六金屬支路朝遠離該第二側邊之方向延伸並朝該接地面之方向彎折而連接該接地面，以形成該第四末端，且該第六金屬支路連接於該接地面之一端於該第一表面上之投影相交於該第三金屬支路連接於該接地面之一端；及 一第二饋入部，位於該第二間隙並連接該第四金屬支路及該第五金屬支路； 其中，該接地面、該第三金屬支路連接於該接地面之一端以及該第六金屬支路連接於該接地面之一端於該第一表面上之投影之間形成該迴圈結構。
6. 如請求項5所述之多天線系統，其中該第五金屬支路於該接地面之投影重疊於該第六金屬支路鄰近於該第二側邊之一端於該接地面之部分投影。
7. 如請求項6所述之多天線系統，其中該第五金屬支路係位於該第二耦合間距鄰近於該接地面之一側，且該第六金屬支路鄰近於該第二側邊之一端係位於該第二耦合間距遠離於該接地面之另一側。
8. 如請求項7所述之多天線系統，其中該第三金屬支路包含： 一耦合延伸段，位於該第一耦合間距遠離於該接地面之另一側，且該耦合延伸段沿著垂直於該第一側邊之方向延伸； 一彎折段，連接該耦合延伸段，該彎折段包含複數彎折；及 一接地段，連接該彎折段，該接地段沿著垂直於該第一側邊之方向延伸並朝向該接地面彎折而連接該接地面。
9. 如請求項7所述之多天線系統，其中該第六金屬支路包含： 一耦合延伸段，位於該第二耦合間距遠離於該接地面之另一側，且該耦合延伸段沿著垂直於該第二側邊之方向延伸； 一彎折段，連接該耦合延伸段，該彎折段包含複數彎折；及 一接地段，連接該彎折段，該接地段沿著垂直於該第二側邊之方向延伸並朝向該接地面彎折而連接該接地面。
10. 如請求項1所述之多天線系統，其中該接地面包含一槽縫，該槽縫具有一開口連接該迴圈結構而延伸該迴圈結構。