TWM624317U - 天線系統 - Google Patents

Abstract

本案揭露一種天線系統，包含：一天線接地面具有一第一側邊，一第一饋入部及一第二饋入部，分別鄰近第一側邊。一第一短路部具有一第一末端及一第一短路端，第一末端電性連接第一饋入部，第一短路端電性連接天線接地面之第一側邊。一第二短路部具有一第二末端及一第二短路端，第二末端電性連接第二饋入部，第二短路端電性連接天線接地面之第一側邊。一第一訊號源電性連接第一饋入部及天線接地面，一第二訊號源電性連接第二饋入部及天線接地面。一去耦合裝置位於第一短路部及第二短路部之間，且電性連接第一短路部、第二短路部及天線接地面。

Description

天線系統

本案係有關一種具有高隔離度的天線系統。

目前應用在筆記型電腦的雙天線設計，單一饋入之平面天線的面積尺寸通常為8毫米*40毫米或是10毫米*30毫米；而作為雙天線系統，天線單元與天線單元之間的距離也通常保持在天線最低操作頻率之0.6倍波長，以確保天線單元之間具有良好的隔離度，無法將雙天線間距設計的極為靠近，以致無法有良好的空間整合。

而為了提升天線單元之間的隔離度，通常會在天線單元與天線單元之間增設有電容或電阻等去耦合元件，以增加雙天線單元之間的隔離度。然而，在這種降低天線耦合設計上，還是獨立在天線單元主要輻射部之外，除了與天線單元整合度低之外，天線單元與天線單元之間的距離也因需保留增設去耦合元件之空間，因而增加天線系統的整體尺寸。

當筆記型電腦螢幕走向全面屏趨勢的外觀設計時，螢幕周圍的窄邊框條件（大約為4至6毫米）將大幅減少天線系統可以使用的淨空區，導致原本適用於傳統筆記型電腦之天線尺寸將無法使用。

本案提供一種天線系統，包含一天線接地面、一第一饋入部、一第二饋入部、一第一短路部、一第二短路部、一第一訊號源、一第二訊號源以及一去耦合裝置。天線接地面具有一第一側邊，第一饋入部及第二饋入部分別鄰近第一側邊。第一短路部具有一第一末端及一第一短路端，且位於第一饋入部與第二饋入部之間，第一末端電性連接第一饋入部，第一短路端電性連接天線接地面之第一側邊。第二短路部具有一第二末端及一第二短路端，且位於第一饋入部與第二饋入部之間，第二末端電性連接第二饋入部，第二短路端電性連接天線接地面之第一側邊。第一訊號源電性連接第一饋入部及天線接地面，第二訊號源電性連接第二饋入部及天線接地面。去耦合裝置位於第一短路部及第二短路部之間，且電性連接第一短路部、第二短路部及天線接地面。

綜上所述，本案之天線系統係為一種微型化的雙天線系統設計，除了可以有效縮小天線系統的整體尺寸之外，亦可減少天線間之耦合，達到高天線隔離度之要求，並同時滿足窄邊框需求以及未來縮小化的天線需求。

本案為一種通訊裝置，特別是一種可應用在任意電子裝置（例如，筆記型電腦）上的天線系統10。請參閱圖1所示，天線系統10包含一介質基板12、一天線接地面14、一第一天線單元16、一第二天線單元22、一第一訊號源28、一第二訊號源30以及一去耦合裝置32，其中第一天線單元16更包含一第一饋入部18及一第一短路部20，第二天線單元22更包含一第二饋入部24及一第二短路部26。介質基板12包含相對之一第一長側邊121及一第二長側邊122以及相對之第一短側邊123及第二短側邊124，且第一長側邊121及第二長側邊122係互相平行，第一短側邊123及第二短側邊124係互相平行，在介質基板12的表面上設有天線接地面14、第一饋入部18、第二饋入部24、第一短路部20、第二短路部26、第一訊號源28、第二訊號源30以及去耦合裝置32。

如圖1所示，在此天線系統10中，天線接地面14係位於介質基板12表面且沿著第一長側邊121設置，天線接地面14具有相對之二側邊，一第一側邊141以及一第二側邊142，使第二側邊142可與介質基板12的第一長側邊121重疊。第一天線單元16之第一饋入部18位於介質基板12表面的一側且鄰近天線接地面14之第一側邊141，第二天線單元22之第二饋入部24位於介質基板12表面的另一側且鄰近天線接地面14之第一側邊141。第一短路部20係位於第一饋入部18與第二饋入部24之間且靠近第一饋入部18，第一短路部20之二端分別具有一第一末端201及一第一短路端202，第一末端201電性連接第一饋入部18，第一短路端202電性連接天線接地面14之第一側邊141，第一短路部20係自第一短路端202朝介質基板12之第二長側邊122的方向彎折延伸至第一末端201。第二短路部26係位於第一饋入部18與第二饋入部24之間且靠近第二饋入部24，第二短路部26之二端分別具有一第二末端261及一第二短路端262，第二末端261電性連接第二饋入部24，第二短路端262電性連接天線接地面14之第一側邊141，第二短路部26係自第二短路端262朝介質基板12之第二長側邊122的方向彎折延伸至第二末端261。第一訊號源28電性連接在第一饋入部18及天線接地面14之間，第二訊號源30電性連接在第二饋入部24及天線接地面14之間。去耦合裝置32係位於第一短路部20及第二短路部26之間，且去耦合裝置32更電性連接第一短路部20、第二短路部26及天線接地面14之第一側邊141。

在一實施例中，去耦合裝置32更包含一導電連接部34以及一去耦合電路36，導電連接部34係具有一第三末端341及一第四末端342，導電連接部34利用第三末端341電性連接至第一短路部20，並利用第四末端342電性連接至第二短路部26，去耦合電路36則電性連接於導電連接部34及天線接地面14之間。在本實施例中，導電連接部34係為一T形導電連接部，T形導電連接部包含一水平金屬支路343以及一垂直金屬支路344，水平金屬支路343之二端分別具有第三末端341及第四末端342，以分別電性連接至第一短路部20及第二短路部26，垂直金屬支路344一端連接至水平金屬支路343之中央位置，另一端則連接至去耦合電路36。在一實施例中，去耦合電路36係為至少一集總元件或集總元件的任意組合，以藉此提高第一訊號源28與第二訊號源30之間的隔離度。其中，集總元件係為電容元件，但本案不以此為限。

請同時參閱圖1及圖2所示，天線系統10之天線接地面14之第二側邊142更電性連接至一系統接地面40，系統接地面40位於介質基板12之第一長側邊121的外側邊，系統接地面40之形狀係為一矩形。在一實施例中，系統接地面40可為獨立之一金屬片，或是位於一電子裝置之金屬平面，例如，系統接地面40可為電子裝置的金屬框或是電子裝置的機殼內部的金屬片或濺鍍的金屬部，但本案不以此為限。舉例來說，電子裝置為筆記型電腦時，系統接地面40可以為筆記型電腦螢幕的系統接地面或筆記型電腦螢幕機殼內的EMI鋁箔或濺鍍之金屬區域等金屬部。其中，於圖式中所繪製的系統接地面40的尺寸僅為示意，系統接地面40的尺寸可隨著天線系統10之應用而隨之改變，當不能以此為限。

請同時參閱圖1及圖2所示，在一實施例中，本案不限定第一饋入部18及第二饋入部24的結構設計，第一饋入部18及第二饋入部24可以為一耦合饋入金屬結構或一直接饋入金屬結構。

請同時參閱圖1、圖2及圖3所示，當第一饋入部18及第二饋入部24為耦合饋入金屬結構時，第一饋入部18包含一第一金屬支路181以及第二金屬支路182，第一金屬支路181的一端連接第一短路部20之第一末端201，並自第一末端201朝向遠離第一短路部20之方向延伸至靠近介質基板12的第一短側邊123，第二金屬支路182之一端電性連接第一訊號源28，並朝向介質基板12的第二長側邊122的方向延伸，再靠近第一金屬支路181之位置彎折朝向第一短路部20的方向延伸，使第二金屬支路182及第一金屬支路181之間距有一第一耦合間距d1。第二饋入部24包含一第三金屬支路241以及第四金屬支路242，第三金屬支路241的一端連接第二短路部26之第二末端261，並自第二末端261朝向遠離第二短路部26之方向延伸至靠近介質基板12的第二短側邊124，第四金屬支路242之一端電性連接第二訊號源30，並朝向介質基板12的第二長側邊122的方向延伸，再靠近第三金屬支路241之位置彎折朝向第二短路部26的方向延伸，使第四金屬支路242及第三金屬支路241之間距有一第二耦合間距d2。

請同時參閱圖1、圖2及圖4所示，當第一饋入部18及第二饋入部為24直接饋入金屬結構時，第一饋入部18包含一第一長金屬支路183、一第一彎折部184以及第一短金屬支路185，第一長金屬支路183之一端電性連接第一短路部20，第一長金屬支路183之另一端則電性連接第一彎折部184，第一短金屬支路185之一端垂直連接至第一長金屬支路183，第一短金屬支路185之另一端則電性連接至第一訊號源28。第二饋入部24包含一第二長金屬支路243、一第二彎折部244以及第二短金屬支路245，第二長金屬支路243之一端電性連接第二短路部26，第二長金屬支路243之另一端則電性連接第二彎折部244，第二短金屬支路245之一端垂直連接至第二長金屬支路243，第二短金屬支路245之另一端則電性連接至第二訊號源30。

在一實施例中，請同時參閱圖1至圖4所示，在本案之天線系統10中，第一饋入部18及第二饋入部24係為互相對稱之金屬結構，且第一短路部20及第二短路部26亦為互相對稱之金屬結構，但本案不以此為限。在其他實施例中，第一饋入部18及第二饋入部24可為不對稱之金屬結構，第一短路部20及第二短路部26亦可為不對稱之金屬結構。

在一實施例中，一天線接地面14、一第一饋入部18、一第二饋入部24、一第一短路部20、一第二短路部26以及去耦合裝置32之導電連接部34等元件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。

在本案之天線系統10中，整個天線系統10之整體尺寸僅高度5 mm、長度38 mm，天線面積190 mm ²，比傳統單天線所佔面積300~320 mm ²還小。本案之第一天線單元16與第二天線單元22之間的間距僅7 mm，遠小於最低操作頻率間距75 mm (最低操作頻率之0.6倍波長)，使得本案使用傳統設計的單天線面積即可達成雙天線系統，此外，天線高度僅有5 mm，使天線系統10亦可輕易內藏在筆記型電腦窄邊框螢幕周圍。再者，在本案之天線系統10設計中，將第一天線單元16與第二天線單元22經由導電連接部34並接一去耦合電路36，使第一短路部20、第二短路部26、導電連接部34與天線接地面14共同形成一封閉結構，並加入去耦合電路（集總元件）36，以激發半波長天線模態，此模態將天線間耦合之表面電流侷限在此封閉結構之中，以減少第一天線單元16與第二天線單元22間之耦合，使第一訊號源28與第二訊號源30之間具有高度隔離度。因此，本案可在即有限天線空間內，涵蓋操作頻帶，但仍可保有訊號源之間的隔離度。

本案提出之天線系統10確實具有良好的隔離度及返回損失。請同時參閱圖3及圖5所示，在此天線系統10中，整個天線系統10之尺寸為5 mm ＊38 mm，第一訊號源28與第二訊號源30相隔37 mm，使用2.2 pF之電容元件作為去耦合電路36，以此天線系統10於射頻訊號傳輸時，來進行S參數的模擬分析。圖3所示之天線系統10在低頻操作頻帶（2.4 GHz）時，其S參數模擬結果如圖5所示，於圖式下方的隔離度曲線（S12）於操作頻帶內顯示隔離度均能優於15 dB（S12＜-15 dB），且天線共振頻帶返回損失（S11、S22）均大於10 dB(S11及S22＜-10 dB)，證明在低頻操作頻帶有良好返回損失，同時具有良好的隔離度。

請同時參閱圖4及圖6所示，在此天線系統10中，整個天線系統10之尺寸為5 mm ＊38 mm，第一訊號源28與第二訊號源30相隔37 mm，使用2.2 pF之電容元件作為去耦合電路36，以此天線系統10於射頻訊號傳輸時，來進行S參數的模擬分析。圖4所示之天線系統10在低頻操作頻帶（2.4 GHz）時，其S參數模擬結果如圖6所示，於圖式下方的隔離度曲線（S12）於操作頻帶內顯示隔離度均能優於15dB（S12＜-15 dB），且天線共振頻帶返回損失（S11、S22）均大於10 dB(S11及S22＜-10 dB)，證明在低頻操作頻帶有良好返回損失，同時具有良好的隔離度。

為證明本案提出之天線系統10確實具有良好的隔離效果，請同時參閱圖3、圖5以及圖7、圖8所示，以圖3之天線系統10於射頻訊號傳輸時，進行S參數的模擬。天線系統10在低頻操作頻帶（2.4 GHz）時，其S參數模擬結果如圖5所示，於圖式下方的隔離度曲線（S12）於操作頻帶內顯示隔離度均大於15 dB(S21＜-15 dB)，且天線共振頻帶返回損失（S11、S22）大於10 dB(S11及S22＜-10 dB)，證明在低頻操作頻帶有良好返回損失，同時具有良好的隔離度。而以圖7所示不具有去耦合電路之天線系統10’在同樣頻段之低頻操作頻帶（2.4 GHz）進行操作時，其S參數模擬結果如圖8所示，天線共振頻帶返回損失大約為7.3 dB，且隔離度只有8 dB，隔離效果並不好。因此，本案之天線系統10具有去耦合裝置32之設計，能與天線單元（包含第一天線單元16及第二天線單元22）具有良好的整合效果，且達成高天線隔離度之要求。

綜上所述，本案之天線系統係為一種微型化的雙天線系統設計，除了可以有效縮小天線系統的整體尺寸之外，亦可減少天線間之耦合，達到高天線隔離度之要求，並同時滿足窄邊框需求以及未來縮小化的天線需求。

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。

10,10’:天線系統 12:介質基板 121:第一長側邊 122:第二長側邊 123:第一短側邊 124:第二短側邊 14:天線接地面 141:第一側邊 142:第二側邊 16:第一天線單元 18:第一饋入部 181:第一金屬支路 182:第二金屬支路 183:第一長金屬支路 184:第一彎折部 185:第一短金屬支路 20:第一短路部 201:第一末端 202:第一短路端 22:第二天線單元 24:第二饋入部 241:第三金屬支路 242:第四金屬支路 243:第二長金屬支路 244:第二彎折部 245:第二短金屬支路 26:第二短路部 261:第二末端 262:第二短路端 28:第一訊號源 30:第二訊號源 32:去耦合裝置 34:導電連接部 341:第三末端 342:第四末端 343:水平金屬支路 344:垂直金屬支路 36:去耦合電路 40:系統接地面 d1:第一耦合間距 d2:第二耦合間距

圖1為根據本案一實施例之天線系統的結構示意圖。 圖2為根據本案一實施例連接系統接地面之天線系統的示意圖。 圖3為根據本案一實施例之具有耦合饋入之天線系統的結構示意圖。 圖4為根據本案一實施例之具有直接饋入之天線系統的結構示意圖。 圖5為根據本案圖3之天線系統產生的S參數模擬示意圖。 圖6為根據本案圖4之天線系統產生的S參數模擬示意圖。 圖7為不具有去耦合電路之天線系統的結構示意圖。 圖8為不具有去耦合電路之天線系統產生的S參數模擬示意圖。

10:天線系統

12:介質基板

121:第一長側邊

122:第二長側邊

123:第一短側邊

124:第二短側邊

14:天線接地面

141:第一側邊

142:第二側邊

16:第一天線單元

18:第一饋入部

20:第一短路部

201:第一末端

202:第一短路端

22:第二天線單元

24:第二饋入部

26:第二短路部

261:第二末端

262:第二短路端

28:第一訊號源

30:第二訊號源

32:去耦合裝置

34:導電連接部

341:第三末端

342:第四末端

343:水平金屬支路

344:垂直金屬支路

36:去耦合電路

Claims (11)

1. 一種天線系統，包含： 一天線接地面，具有一第一側邊； 一第一饋入部，鄰近該第一側邊； 一第二饋入部，鄰近該第一側邊； 一第一短路部，具有一第一末端及一第一短路端，且位於該第一饋入部與該第二饋入部之間，該第一末端電性連接該第一饋入部，該第一短路端電性連接該天線接地面之該第一側邊； 一第二短路部，具有一第二末端及一第二短路端，且位於該第一饋入部與該第二饋入部之間，該第二末端電性連接該第二饋入部，該第二短路端電性連接該天線接地面之該第一側邊； 一第一訊號源，電性連接該第一饋入部及該天線接地面； 一第二訊號源，電性連接該第二饋入部及該天線接地面；以及 一去耦合裝置，位於該第一短路部及該第二短路部之間，且電性連接該第一短路部、該第二短路部及該天線接地面。
2. 如請求項1所述之天線系統，其中該去耦合裝置更包含： 一導電連接部，具有一第三末端及一第四末端，該第三末端電性連接該第一短路部，該第四末端電性連接該第二短路部；以及 一去耦合電路，電性連接該導電連接部及該天線接地面。
3. 如請求項2所述之天線系統，其中該導電連接部係為一T形導電連接部，該T形導電連接部包含一水平金屬支路以及一垂直金屬支路，該水平金屬支路具有該第三末端及該第四末端，該垂直金屬支路一端連接至該水平金屬支路，另一端連接至該去耦合電路。
4. 如請求項2所述之天線系統，其中該去耦合電路係為至少一集總元件。
5. 如請求項4所述之天線系統，其中該集總元件係為電容元件。
6. 如請求項1所述之天線系統，其中該天線接地面具有相對於該第一側邊之一第二側邊，該第二側邊更電性連接一系統接地面。
7. 如請求項1所述之天線系統，更包括一介質基板，使該天線接地面、該第一饋入部、該第二饋入部、該第一短路部、該第二短路部、該第一訊號源、該第二訊號源以及該去耦合裝置分別位於該介質基板上。
8. 如請求項1所述之天線系統，其中該第一饋入部及該第二饋入部係為一耦合饋入金屬結構。
9. 如請求項1所述之天線系統，其中該第一饋入部及該第二饋入部係為一直接饋入金屬結構。
10. 如請求項1所述之天線系統，其中該第一饋入部及該第二饋入部係為互相對稱之金屬結構。
11. 如請求項1所述之天線系統，其中該第一短路部及該第二短路部係為互相對稱之金屬結構。

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