TWM599482U - 多頻天線裝置 - Google Patents

Abstract

本案提供一種多頻天線裝置，包含一天線接地部、一訊號源、一饋入金屬支路、一寄生金屬支路以及一輻射金屬段。訊號源連接天線接地部，饋入金屬支路連接天線接地部及訊號源，使饋入金屬支路、天線接地部及訊號源形成一迴圈結構。寄生金屬支路具有第一端及第二端並位於饋入金屬支路之一側，寄生金屬支路之第一端連接天線接地部，寄生金屬支路係從第二端彎折並沿饋入金屬支路的方向延伸形成一寄生金屬段，寄生金屬段與饋入金屬支路之間具有一耦合間距。輻射金屬段之一端連接饋入金屬支路，另一端朝遠離饋入金屬支路的方向延伸。

Description

多頻天線裝置

本案係有關一種多頻天線裝置。

目前應用在筆記型電腦的無線區域網路（WLAN）天線設計，其雙頻頻帶通常涵蓋目前無線區域網路所需之2.4GHz（2.4～2.484GHz）及5GHz之頻帶，5GHz頻帶包含5.2 GHz（5.15～5.35 GHz）及5.8GHz（5.725～5.875 GHz）頻帶。但是，隨著網路產品的種類及數量愈來愈多，頻寬需求日益升高，現有的Wi-Fi資源已明顯不足，為了因應WiFi 6E的問世，美國FCC已開放5.925-7.125 GHz 頻段的頻譜資源提供Wi-Fi裝置使用，增加的頻寬約有 1.2 GHz。因此，必須在空間有限的情況下提升天線的適用頻寬。

本案提供一種多頻天線裝置，包含一天線接地部、一訊號源、一饋入金屬支路、一寄生金屬支路以及一輻射金屬段。訊號源連接天線接地部，饋入金屬支路連接天線接地部及訊號源，使饋入金屬支路、天線接地部及訊號源形成一迴圈結構。寄生金屬支路具有一第一端及一第二端並位於饋入金屬支路之一側，寄生金屬支路之第一端連接天線接地部，寄生金屬支路更包含一寄生金屬段，寄生金屬支路係從第二端彎折並沿饋入金屬支路的方向延伸形成寄生金屬段，寄生金屬段與饋入金屬支路之間具有一耦合間距。輻射金屬段之一端連接饋入金屬支路，另一端朝遠離饋入金屬支路的方向延伸。

綜上所述，本案之多頻天線裝置不僅可以產生一低頻操作頻帶涵蓋無線區域網路2.4GHz頻帶，更可在高頻操作頻帶產生一超寬頻之共振模態，以達到約2GHz以上的操作頻寬，輕易地涵蓋無線區域網路之操作頻寬需求。因此，本案可以在不增加電子產品之空間的前提下，有效縮小天線尺寸並同時在高頻達到多模態寬頻效果，以提升無線通訊覆蓋率。

圖1係為根據本案一實施例之多頻天線裝置的結構示意圖，請參閱圖1所示，一多頻天線裝置10包含一介質基板12、一天線接地部14、一訊號源16、一饋入金屬支路18、一寄生金屬支路20以及一輻射金屬段22。其中，介質基板12包含二相對之長側邊，一第一長側邊121及一第二長側邊122，且第一長側邊121及第二長側邊122係互相平行，在介質基板12的同一表面上設有天線接地部14、訊號源16、饋入金屬支路18、寄生金屬支路20以及輻射金屬段22。天線接地部14係位於介質基板12的第一長側邊121並緊鄰第一長側邊121。訊號源16連接至饋入金屬支路18及天線接地部14，用以接收或發射射頻訊號。饋入金屬支路18之一端連接天線接地部14，另一端連接訊號源16，使饋入金屬支路18、天線接地部14及訊號源16形成一封閉的迴圈結構24。寄生金屬支路20係位於饋入金屬支路18之一側，寄生金屬支路20具有一第一端201及一第二端202，第一端201連接至天線接地部14，寄生金屬支路20更包含一寄生金屬段203，寄生金屬支路20係從第二端202彎折並從第二端202沿饋入金屬支路18的方向延伸形成寄生金屬段203，亦即寄生金屬段203係鄰近介質基板12之第二長側邊122並沿第二長側邊122平行延伸而位於第二長側邊122與饋入金屬支路18之間，使寄生金屬段203與饋入金屬支路18之間具有一耦合間距D，且此寄生金屬支路20包含一彎折部204位於第一端201及第二端202之間，即寄生金屬支路20係朝向饋入金屬支路18的方向彎折形成彎折部204，以提供足夠長度的低頻共振路徑。平行第二長側邊122的輻射金屬段22之一端連接饋入金屬支路18，另一端朝遠離饋入金屬支路18的方向延伸，在此實施例中，輻射金屬段22之形狀係為一字形。

在一實施例中，饋入金屬支路18更包含一第一垂直金屬段181、一第一水平金屬段182、一第二垂直金屬段183、一第二水平金屬段184以及一第三垂直金屬段185。第一垂直金屬段181鄰近訊號源16且連接天線接地部14，第一水平金屬段182之一端連接第一垂直金屬段181，另一端朝寄生金屬支路20的方向延伸，第二垂直金屬段183連接第一水平金屬段182並朝遠離天線接地部14的方向延伸，第二水平金屬段184之一端連接第二垂直金屬段183，另一端則連接輻射金屬段22，第三垂直金屬段185連接第二水平金屬段184及訊號源16，以藉由第一垂直金屬段181、第一水平金屬段182、第二垂直金屬段183、第二水平金屬段184及第三垂直金屬段185與天線接地部14及訊號源16形成迴圈結構24。此時，寄生金屬支路20延伸之寄生金屬段203與對應之第二水平金屬段184之間具有耦合間距D，使寄生金屬支路20與饋入金屬支路18具有對應重疊的區域，以利於低頻的耦合激發。

請參閱圖1及圖2所示，多頻天線裝置10之天線接地部14更電性連接至一系統接地面26，系統接地面26係位於介質基板12之第一長側邊121的外側邊。在一實施例中，系統接地面26可為一獨立之金屬片，或是位於一電子裝置之金屬平面，例如，系統接地面26可為電子裝置的金屬機殼或是電子裝置的塑膠機殼內部的金屬部，其中電子裝置可為筆記型電腦或平板，但不限於此。在此實施例中，所繪製的系統接地面26的尺寸僅為示意，系統接地面26的尺寸可隨著多頻天線裝置10之應用而改變。

在一實施例中，天線接地部14、饋入金屬支路18、寄生金屬支路20及輻射金屬段22係由導電性金屬材料製成，例如銀、銅、鋁、鐵或是其合金等，但不限於此。

在一實施例中，除了有彎折部204的設計之外，亦可以其他等同元件代替。請參閱圖3所示，寄生金屬支路20更可包含一被動元件205，例如電阻、電感、電容等元件，被動元件205設置於第一端201及第二端202之間，以藉由被動元件205提供足夠長度的低頻共振路徑。其餘結構則與圖1所示之實施例相同，故於此不再贅述。

請同時參閱圖1及圖4至圖7所示，當訊號源16饋入射頻訊號時，由饋入金屬支路18、天線接地部14及訊號源16形成之迴圈結構24可以產生第一路徑P1並激發1倍波長的共振模態，如圖4所示，其共振頻率約為8 GHz。此時，迴圈結構24可同時耦合激發低頻共振路徑的寄生金屬支路20，如圖5所示之第二路徑P2，寄生金屬支路20會激發在略低於0.25倍波長的共振模態，以有效控制共振頻率為2.4 GHz的共振模態。此外，寄生金屬支路20與部分之饋入金屬支路18（第一垂直金屬段181、第一水平金屬段182及第二垂直金屬段183）會同時形成另一個迴圈路徑，如圖6所示之第三路徑P3，此第三路徑P3會激發約0.5倍波長的共振模態，其共振頻率為5.3 GHz。如圖7所示之第四路徑P4，輻射金屬段22與饋入金屬支路18之第三垂直金屬段185會激發在略低於0.25倍波長的共振模態，以有效控制共振頻率為6.5 GHz，並同時可以優化多頻天線裝置10在7 GHz附近之阻抗匹配。因此，本案之多頻天線裝置10利用饋入金屬支路18也是天線輻射體之作用，可有效縮小天線尺寸，並同時在高頻達成多模態寬頻效果，以包含5.15～5.35/5.725～5.875 GHz和新WIFI 6 GHz（5.925～7.125 GHz）的頻帶操作需求，並且，低頻模態和高頻模態皆可獨立調整。

本案提出之多頻天線裝置10確實在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶皆具有良好的返回損失。請同時參閱圖2及圖8所示，在此多頻天線裝置10中，整個多頻天線裝置10之長度為20 mm且高度僅為5 mm，面積為100 mm ²，誠為一小尺寸的多頻天線裝置10之結構設計，以此多頻天線裝置10於射頻訊號傳輸時，進行S參數的模擬。在低頻操作頻帶（2.4 GHz）時，其S參數模擬結果如圖8所示，於圖式左邊的天線共振頻帶返回損失大於7.3 dB（S11>-7.3 dB），證明在低頻操作頻帶具有良好的返回損失。在高頻操作頻帶（5 GHz～8 GHz）時，其S參數模擬結果如圖8所示，於圖式右邊的天線共振頻帶返回損失亦大於7.3 dB（S11>-7.3 dB），證明在高頻操作頻帶亦具有良好的返回損失。

本案提出之多頻天線裝置10確實在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶皆具有良好的天線效率。請同時參閱圖2及圖9所示，在低頻操作頻帶（2.4 GHz）時，其天線效率模擬結果如圖9所示，於圖式左邊的天線效率超過50％，證明多頻天線裝置10低頻操作頻帶具有良好的天線效率。在高頻操作頻帶（5 GHz～8 GHz）時，於圖式右邊的天線效率大部分更超過65％，證明多頻天線裝置10在高頻操作頻帶具有良好的天線效率。因此，本案之多頻天線裝置10的天線效率確實表現良好。

綜上所述，本案之多頻天線裝置不僅可以產生一低頻操作頻帶涵蓋無線區域網路2.4GHz頻帶，更可在高頻操作頻帶產生一超寬頻之共振模態，以達到約2GHz以上的操作頻寬，輕易地涵蓋無線區域網路之操作頻寬需求。因此，本案可以在不增加電子產品之空間的前提下，有效縮小天線尺寸並同時在高頻達到多模態寬頻效果，以提升無線通訊覆蓋率。

以上所述之實施例僅係為說明本案之技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案之內容並據以實施，當不能以之限定本案之專利範圍，即大凡依本案所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案之申請專利範圍內。

10:多頻天線裝置 12:介質基板 121:第一長側邊 122:第二長側邊 14:天線接地部 16:訊號源 18:饋入金屬支路 181:第一垂直金屬段 182:第一水平金屬段 183:第二垂直金屬段 184:第二水平金屬段 185:第三垂直金屬段 20:寄生金屬支路 201:第一端 202:第二端 203:寄生金屬段 204:彎折部 205:被動元件 22:輻射金屬段 24:迴圈結構 26:系統接地面 D:耦合間距 P1:第一路徑 P2:第二路徑 P3:第三路徑 P4:第四路徑

圖1為根據本案一實施例之多頻天線裝置的結構示意圖。 圖2為根據本案一實施例之多頻天線裝置連接系統接地面之結構示意圖。 圖3為根據本案另一實施例之多頻天線裝置的結構示意圖。 圖4為根據本案之多頻天線裝置共振於8 GHz的路徑示意圖。 圖5為根據本案之多頻天線裝置共振於2.4 GHz的路徑示意圖。 圖6為根據本案之多頻天線裝置共振於5.3 GHz的路徑示意圖。 圖7為根據本案之多頻天線裝置共振於6.5 GHz的路徑示意圖。 圖8為根據本案多頻天線裝置之一實施例的S參數模擬示意圖。 圖9為根據本案多頻天線裝置之一實施例的天線效率模擬示意圖。

10:多頻天線裝置

12:介質基板

121:第一長側邊

122:第二長側邊

14:天線接地部

16:訊號源

18:饋入金屬支路

181:第一垂直金屬段

182:第一水平金屬段

183:第二垂直金屬段

184:第二水平金屬段

185:第三垂直金屬段

20:寄生金屬支路

201:第一端

202:第二端

203:寄生金屬段

204:彎折部

22:輻射金屬段

24:迴圈結構

D:耦合間距

Claims (9)

1. 一種多頻天線裝置，包含： 一天線接地部； 一訊號源，連接該天線接地部； 一饋入金屬支路，連接該天線接地部及該訊號源，使該饋入金屬支路、該天線接地部及該訊號源形成一迴圈結構； 一寄生金屬支路，具有一第一端及一第二端並位於該饋入金屬支路之一側，該寄生金屬支路之該第一端連接該天線接地部，該寄生金屬支路包含一寄生金屬段，該寄生金屬支路係從該第二端彎折並沿該饋入金屬支路的方向延伸形成該寄生金屬段，該寄生金屬段與該饋入金屬支路之間具有一耦合間距；以及 一輻射金屬段，其一端連接該饋入金屬支路，另一端朝遠離該饋入金屬支路的方向延伸。
2. 如請求項1所述之多頻天線裝置，其中該饋入金屬支路更包含：一第一垂直金屬段鄰近該訊號源且連接該天線接地部；一第一水平金屬段連接該第一垂直金屬段並朝該寄生金屬支路的方向延伸；一第二垂直金屬段連接該第一水平金屬段並朝遠離該天線接地部的方向延伸；一第二水平金屬段連接該第二垂直金屬段及該輻射金屬段；以及一第三垂直金屬段連接該第二水平金屬段及該訊號源。
3. 如請求項2所述之多頻天線裝置，其中該寄生金屬段與該第二水平金屬段之間具有該耦合間距。
4. 如請求項1所述之多頻天線裝置，其中該寄生金屬支路更包含一彎折部，位於該第一端及該第二端之間。
5. 如請求項4所述之多頻天線裝置，其中該寄生金屬支路係朝向該饋入金屬支路的方向彎折形成該彎折部。
6. 如請求項1所述之多頻天線裝置，其中該寄生金屬支路更包含一被動元件，位於該第一端及該第二端之間。
7. 如請求項1所述之多頻天線裝置，其中該輻射金屬段之形狀係為一字形。
8. 如請求項1所述之多頻天線裝置，更包含一介質基板，使該天線接地部、該訊號源、該饋入金屬支路、該寄生金屬支路及該輻射金屬段位於該介質基板上。
9. 如請求項1所述之多頻天線裝置，其中該天線接地部更連接至一系統接地面。

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