TWM580810U - Dual antenna element - Google Patents

Abstract

本案提供一種雙天線元件。雙天線元件包含接地面、第一輻射部、第二輻射部、第一接地部、第二接地部及隔離單元。第一輻射部包含沿著接地面延伸之第一輻射段及第二輻射段。第二輻射部包含沿著接地面延伸之第三輻射段及第四輻射段。第一輻射段之一端於接地面之垂直投影不重疊於第二輻射段於接地面之垂直投影，且第三輻射段之一端於接地面之垂直投影不重疊於第四輻射段於接地面之垂直投影。隔離單元位於接地面、第一輻射部及第二輻射部所共同圍繞之一區域內，隔離單元連接接地面。

Description

雙天線元件

本案是關於一種雙天線元件。

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。

本案提供一種雙天線元件，包含接地面、第一輻射部、第二輻射部、第一接地部、第二接地部及隔離單元。第一輻射部耦接第一訊號源，第一輻射部包含第一輻射段及第二輻射段。第一輻射段沿著接地面延伸。第二輻射段位在第一輻射段與接地面之間且沿著第一輻射段延伸。其中，第一輻射段之一端於接地面之垂直投影不重疊於第二輻射段於接地面之垂直投影。第二輻射部耦接第二訊號源，第二輻射部包含第三輻射段及第四輻射段。第三輻射段沿著接地面延伸。第四輻射段位在第三輻射段與接地面之間且沿著第三輻射段延伸。其中，第三輻射段之一端於接地面之垂直投影不重疊於第四輻射段於接地面之垂直投影。第一接地部連接於第二輻射段與接地面之間。第二接地部連接於第四輻射段與接地面之間。隔離單元位於接地面、第一輻射部及第二輻射部所共同圍繞之一區域內，且隔離單元連接接地面。當一射頻訊號經由第一訊號源饋入第一天線單元且經由第二訊號源饋入第二天線單元時，隔離單元耦合於第一輻射段之一端及第三輻射段之一端。

請參照圖1，圖1為根據本案之雙天線元件之一實施例之示意圖。雙天線元件包含兩天線單元10、20（為方便描述，以下分別稱為第一天線單元10及第二天線單元20）、接地面40以及由兩天線單元10、20與接地面40所包圍之一隔離單元30。第一天線單元10及第二天線單元20分別耦接於第一訊號源51及第二訊號源52。

在一實施例中，兩天線單元10、20分別支援雙頻之操作，兩天線單元10、20可具有2.4 GHz之低頻操作頻率以及5 GHz之高頻操作頻率。在實作上，兩天線單元10、20可為介質基板上之走線（trace），且兩天線單元10、20可以導電性材料（銀、銅、鋁、鐵或是其合金）製成。

第一天線單元10包含第一輻射部11及第一接地部12。第一輻射部11連接第一接地部12，第一接地部12連接接地面40。第一輻射部11包含第一輻射段111及第二輻射段112。第二輻射段112位在第一輻射段111與接地面40之間，第二輻射段112連接第一接地部12，第一訊號源51耦接在第二輻射段112與接地面40之間。第一輻射段111係沿著接地面40延伸，第二輻射段112係沿著第一輻射段111及接地面40延伸。第一輻射段111之長度係大於第二輻射段112之長度，也就是第一輻射段111鄰近於第二天線單元20之一端111A於接地面40之垂直投影不重疊於第二輻射段112於接地面40之垂直投影。

第二天線單元20包含第二輻射部21及第二接地部22。第二輻射部21連接第二接地部22，第二接地部22連接接地面40。第二輻射部21包含第三輻射段211及第四輻射段212。第四輻射段212位在第三輻射段211與接地面40之間，第四輻射段212連接第二接地部22，第二訊號源52耦接在第四輻射段212與接地面40之間。第三輻射段211係沿著接地面40延伸，第四輻射段212係沿著第三輻射段211及接地面40延伸。第三輻射段211之長度大於第四輻射段212之長度，也就是第三輻射段211鄰近於第一天線單元10之一端211A於接地面40之垂直投影不重疊於第四輻射段212於接地面40之垂直投影。

在一實施例中，隔離單元30位於接地面40、第一輻射部11及第二輻射部21所共同圍繞之區域內，且隔離單元30連接接地面40。當射頻訊號經由兩訊號源51、52饋入兩天線單元10、20時，隔離單元30分別與第一輻射段111之一端111A及第三輻射段211之一端211A耦合。隔離單元30與第一天線單元10與第二天線單元20之間的耦合間距能降低兩天線單元10、20之操作頻率，使兩天線單元10、20對應操作頻率所需之物理長度下降，以縮減雙天線元件之尺寸。

請參照圖4，圖4示例出S參數曲線S1、S2及隔離度曲線S3。由S參數曲線S1、S2可知，第一天線單元10及第二天線單元20皆可同時支援為2.4 GHz之低頻頻帶及為5 GHz之高頻頻帶；由隔離度曲線S3可知，第一天線單元10及第二天線單元20之間之隔離度大於-15 dB，第一天線單元10及第二天線單元20符合兩天線單元之間之隔離度必須大於-15 dB之規格。基此，雙天線元件能應用在現今具輕、薄及窄邊框需求之電子裝置並兼具通訊品質。

在一實施例中，第一天線單元10及第二天線單元20可為單極天線。接地面40更可連接於一金屬導電面，金屬導電面可為應用雙天線元件之電子裝置的金屬機殼接地部或電子裝置的塑膠機殼內部的金屬濺鍍部，但不限於此。

請參照圖1~2，在一實施例中，隔離單元30係為一π型共振網路。如圖1所示，隔離單元30包含第一耦合段31、第二耦合段32、第一被動元件33、第二被動元件34及第三被動元件35。第一被動元件33連接在第一耦合段31及第二耦合段32之間。

第一耦合段31位在第一輻射段111之一端111A與接地面40之間，第一耦合段31沿著第一輻射段111之一端111A及接地面40延伸，第一耦合段31與第一輻射段111之一端111A之間具有一耦合間距（以下稱為第一耦合間距G1）。第二被動元件34連接在第一耦合段31及接地面40之間。當射頻訊號饋入第一天線單元10時，第一耦合段31耦合於第一輻射段111之一端111A，且第一耦合段31經由第二被動元件34電氣連接至接地面40。

第二耦合段32位在第三輻射段211之一端211A與接地面40之間，第二耦合段32係沿著第三輻射段211之一端211A及接地面40延伸，第二耦合段32與第三輻射段211之一端211A之間具有一耦合間距（以下稱為第二耦合間距G2）。在本實施例中，第二耦合間距G2等於第一耦合間距G1。在其他實施例中，第二耦合間距G2不等於第一耦合間距G1。第三被動元件35連接在第二耦合段32及接地面40之間。當射頻訊號饋入第二天線單元20時，第二耦合段32耦合於第三輻射段211之一端211A，且第二耦合段32經由第三被動元件35電氣連接至接地面40。

再者，為了提升兩天線單元10、20之間之隔離度，第一耦合段31及第二耦合段32係分別位於第一輻射段111之一端111A及第三輻射段211之一端211A之正下方，也就是第一耦合段31於接地面40之垂直投影重疊於第一輻射段111之一端111A於接地面40之垂直投影，第二耦合段32於接地面40之垂直投影重疊於第三輻射段211之一端211A於接地面40之垂直投影，如此能增加第一耦合段31與第一輻射段111之一端111A之間之耦合面積以及第二耦合段32與第三輻射段211之一端211A之間之耦合面積。

在一實施例中，第二被動元件34及第三被動元件35係分別位於第一輻射段111耦合於第一耦合段31之一端111A及第三輻射段211耦合於第二耦合段32之一端211A之正下方，也就是第二被動元件34於接地面40之垂直投影及第三被動元件35於接地面40之垂直投影分別重疊於第一輻射段111於接地面40之垂直投影及第三輻射段211於接地面40之垂直投影。在其他實施例中，第二被動元件34及第三被動元件35係分別位於第一輻射段111之一端111A與第三輻射段211之一端211A之間之間距G3下方。也就是，第二被動元件34於接地面40之垂直投影及第三被動元件35於接地面40之垂直投影不重疊於第一輻射段111於接地面40之垂直投影及第三輻射段211於接地面40之垂直投影。並且，由於第一輻射段111之一端111A並未連接第三輻射段211之一端211A，第一被動元件33於接地面40之垂直投影不重疊於第一輻射段111於接地面40之垂直投影及第三輻射段211於接地面40之垂直投影。

在一實施例中，第一被動元件33可為電感，第二被動元件34及第三被動元件35可為電容，第一被動元件33之電感值可為3.6 nH，第二被動元件34及第三被動元件35之電容值可為1.2 pF。在另一些實施例中，第一被動元件33可為電容，第二被動元件34及第三被動元件35可為電感。

在本實施例中，第一輻射段111及第二輻射段112係平行於接地面40。在其他實施例中，第一輻射段111及第二輻射段112不平行於接地面40。第一輻射部11更包含第五輻射段113），且第五輻射段113之兩端分別連接第一輻射段111及第二輻射段112。在一實施例中，第五輻射段113垂直於接地面40，且第五輻射段113分別垂直第一輻射段111及第二輻射段112，第一輻射部11呈現具彎折之倒「U」字形結構。在其他實施例中，第五輻射段113不垂直於接地面40或第一輻射段111及第二輻射段112的至少其中之一。再者，第二輻射部21更包含第六輻射段213，且第六輻射段213之兩端分別連接第三輻射段211及第四輻射段212，在一實施例中，第六輻射段213垂直於接地面40，且第六輻射段213分別垂直第三輻射段211及第四輻射段212，第三輻射段211自第六輻射段213朝第一輻射段111之方向延伸且平行於接地面40，第四輻射段212自第六輻射段213朝第二輻射段112之方向延伸且平行於接地面40，第二輻射部21亦呈現具彎折之倒「U」字形結構。在其他實施例中，第六輻射段213不垂直於接地面40或第三輻射段211及第四輻射段212的至少其中之一。在其他實施例中，第三輻射段211及第四輻射段212不平行於接地面40。基此，相較於不具彎折之雙天線元件，具彎折之第一輻射部11及第二輻射部21能降低雙天線元件10、20之整體高度，且第一輻射部11及第二輻射部21係對稱地設置，對稱設置之第一輻射部11及第二輻射部21有助於雙天線元件之設計。

在一實施例中，請合併參照圖1及圖2，雙天線元件具有一長度方向D1及一寬度方向D2，接地面40於寬度方向D2上之寬度W3可為1-1.5mm，雙天線元件於長度方向D1上之整體長度L1為 36-40 mm，且雙天線元件於寬度方向D2上之寬度W1為5-7 mm，雙天線元件之整體尺寸為 252-280 mm ²，雙天線元件之整體尺寸小於一般整體尺寸位在300 mm ²至320 mm ²之範圍間之單天線元件，也就是在傳統上之單天線的空間中能容納雙天線單元10、20，同時兼具通訊品質。

再者，如圖1及圖2所示，第一輻射段111之長度L2為16-20 mm，第一輻射段111耦合於第一耦合段31之一端111A於長度方向D1上之長度L3為 5-9 mm，且第一輻射段111耦合於第一耦合段31之一端111A於寬度方向D2上之寬度W2為1-2 mm。耦合間距G1、G2為0.5-1 mm。第一輻射段111之一端111A與第三輻射段211之一端211A之間之間距G3為1-4 mm。第一訊號源51與第一接地部12之間距G4為 1-5 mm。第二天線單元20的尺寸可相同於第一天線單元10，於此不再贅述。

進一步，如圖1及圖3所示，第一耦合段31及第二耦合段32於長度方向D1上之長度L4、L5為5.5-9.5 mm，第一耦合段31及第二耦合段32於寬度方向D2上之寬度W4為0.5-1 mm。第一被動元件33於長度方向D1上之長度L6為1-3 mm，被動元件34、35於寬度方向D2上之高度W5為1 -2mm。第一被動元件33於接地面40之垂直投影與被動元件34、35於接地面40之垂直投影之間之間距G5為1-3 mm。

在一實施例中，第一輻射段111之一端111A與第三輻射段211之一端之間之間距G3小於低頻操作頻率之0.05波長距離。並且，第一耦合段31的長度L4係至少大於第一輻射段111之長度L2之五分之一；或者，第一耦合段31的長度L4亦可位在第一輻射段111之長度L2之五分之一至二分之一之範圍間；同理，第二耦合段32的長度L5係至少大於第三輻射段211之長度L7之五分之一；或者，第二耦合段32的長度L5亦可位在第三輻射段211之長度L7之五分之一至二分之一之範圍間。

綜上所述，根據本案之雙天線元件之一實施例，隔離單元係位在由兩天線單元與接地面所圍繞之區域內，在有限的空間中，隔離單元並不佔據天線單元之輻射體空間，隔離單元能降低兩天線單元之間所需之淨空距離又提升兩天線單元之間之訊號隔離度，且隔離單元使兩天線單元對應操作頻率所需之物理長度下降，進而減縮雙天線元件之尺寸，雙天線元件能應用在現今具輕、薄及窄邊框需求之電子裝置並兼具通訊品質。

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。

10‧‧‧第一天線單元 11‧‧‧第一輻射部 111‧‧‧第一輻射段 111A‧‧‧第一輻射段之一端 112‧‧‧第二輻射段 113‧‧‧第五輻射段 12‧‧‧第一接地部 20‧‧‧第二天線單元 21‧‧‧第二輻射部 211‧‧‧第三輻射段 211A‧‧‧第三輻射段之一端 212‧‧‧第四輻射段 213‧‧‧第六輻射段 22‧‧‧第二接地部 30‧‧‧隔離單元 31‧‧‧第一耦合段 32‧‧‧第二耦合段 33‧‧‧第一被動元件 34‧‧‧第二被動元件 35‧‧‧第三被動元件 40‧‧‧接地面 51‧‧‧第一訊號源 52‧‧‧第二訊號源 D1‧‧‧長度方向 D2‧‧‧寬度方向 G1-G2‧‧‧耦合間距 G3-G5‧‧‧間距 L1-L7‧‧‧長度 W1-W4‧‧‧寬度 W5‧‧‧高度 S1‧‧‧S參數曲線 S2‧‧‧S參數曲線 S3‧‧‧隔離度曲線

[圖1] 為根據本案之雙天線元件之一實施例之示意圖。 [圖2] 為圖1之雙天線元件之一實施態樣之示意圖。 [圖3] 為圖1之隔離單元之一實施態樣之示意圖。 [圖4] 為圖1之雙天線元件於各操作頻率之S參數之示意圖。

Claims (9)

1. 一種雙天線元件，包含： 一接地面； 一第一輻射部，耦接一第一訊號源，該第一輻射部包含： 一第一輻射段，沿著該接地面延伸；及 一第二輻射段，位在該第一輻射段與該接地面之間並沿著該第一輻射段延伸，且該第一輻射段之一端於該接地面之垂直投影不重疊於該第二輻射段於該接地面之垂直投影； 一第二輻射部，耦接一第二訊號源，該第二輻射部包含： 一第三輻射段，沿著該接地面延伸；及 一第四輻射段，位在該第三輻射段與該接地面之間並沿著該第三輻射段延伸，且該第三輻射段之一端於該接地面之垂直投影不重疊於該第四輻射段於該接地面之垂直投影； 一第一接地部，連接於該第二輻射段與該接地面之間； 一第二接地部，連接於該第四輻射段與該接地面之間；及 一隔離單元，位於該接地面、該第一輻射部及該第二輻射部所共同圍繞之一區域內，且該隔離單元連接該接地面，當一射頻訊號經由該第一訊號源饋入該第一輻射部且經由該第二訊號源饋入該第二輻射部時，該隔離單元耦合於該第一輻射段之該一端及該第三輻射段之該一端。
2. 如請求項1所述之雙天線元件，其中該隔離單元包含： 一第一耦合段，位於該第一輻射段之該一端與該接地面之間，該第一耦合段相對該第一輻射段之該一端延伸，且該第一耦合段與該第一輻射段之該一端之間具有一第一耦合間距； 一第二耦合段，位於該第三輻射段之該一端與該接地面之間，該第二耦合段相對該第三輻射段之該一端延伸，且該第二耦合段與該第三輻射段之該一端之間具有一第二耦合間距，該第二耦合間距等於該第一耦合間距； 一第一被動元件，連接於該第一耦合段與該第二耦合段之間； 一第二被動元件，連接於該第一耦合段與該接地面之間；及 一第三被動元件，連接於該第二耦合段與該接地面之間。
3. 如請求項2所述之雙天線元件，其中該第一耦合段於該接地面之垂直投影重疊於該第一輻射段之該一端於該接地面之垂直投影，該第二耦合段於該接地面之垂直投影重疊於該第三輻射段之該一端於該接地面之垂直投影。
4. 如請求項2所述之雙天線元件，其中該第一被動元件於該接地面之垂直投影不重疊於該第一輻射段於該接地面之垂直投影以及該第三輻射段於該接地面之垂直投影。
5. 如請求項2所述之雙天線元件，其中該第一輻射部更包含一第五輻射段連接該第一輻射段及該第二輻射段，該第二輻射部更包含一第六輻射段連接該第三輻射段及該第四輻射段。
6. 如請求項2所述之雙天線元件，其中該第一輻射部及該第二輻射部分別具有一低頻操作頻率及一高頻操作頻率，該第一輻射段之該一端與該第三輻射段之該一端之間具有一間距，該間距係小於該低頻操作頻率之0.05波長距離。
7. 如請求項1所述之雙天線元件，其中該第一輻射部及該第二輻射部對稱設置。
8. 如請求項2所述之雙天線元件，其中該第一耦合段的長度位在該第一輻射段之長度之五分之一至二分之一之範圍間，該第二耦合段的長度位在該第三輻射段之長度之五分之一至二分之一之範圍間。
9. 如請求項2所述之雙天線元件，其中該第一耦合段的長度至少大於該第一輻射段之長度之五分之一，該第二耦合段的長度至少大於該第三輻射段之長度之五分之一。