TWM624820U

TWM624820U - 多頻天線裝置

Info

Publication number: TWM624820U
Application number: TW110213560U
Authority: TW
Inventors: 沈品忠; 蘇紹文; 阮鵬豪
Original assignee: 華碩電腦股份有限公司
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-03-21

Abstract

本案揭露一種多頻天線裝置，包含：一天線接地部、一第一輻射部、一第二輻射部、一第一被動元件、一短路部、一第二被動元件、一饋入部以及一訊號源。天線接地部具有第一側邊，第一輻射部位於天線接地部之第一側邊的一側，第二輻射部位於天線接地部之第一側邊的該側且沿著遠離第一輻射部之方向延伸。第一被動元件連接第一輻射部及第二輻射部。短路部之一端連接第二輻射部，另一端朝向天線接地部之方向延伸。第二被動元件連接短路部及天線接地部。饋入部之一端連接第二輻射部及短路部，另一端朝向天線接地部之方向延伸。訊號源連接饋入部及天線接地部。

Description

多頻天線裝置

本案係有關一種可支援多頻帶操作的多頻天線裝置。

隨著無線通訊的發展，不論在各種場合中都會有無線網路的需求。然而，由於使用者用量的大量提升，造成無線頻帶的擁擠，因此未來將開放WiFi 6E的操作頻帶，以透過增加傳輸頻寬來減少傳遞延遲。

另一方面，為因應筆記型電腦走向窄邊框設計的發展，天線設計的尺寸也變得愈來愈小，在不斷縮小體積的情況下，可以提供無線區域網路(WLAN)天線設計的空間也被大幅限縮，且傳統天線設計體積較大，也僅能應用在低頻頻帶(2400~2500MHz)及高頻頻帶(5150~5850MHz)，無法滿足未來WiFi 6E的頻段。因此，如何在有限空間下實現多頻帶操作為本案主要設計訴求。

本案提供一種多頻天線裝置，包含：一天線接地部、一第一輻射部、一第二輻射部、一第一被動元件、一短路部、一第二被動元件、一饋入部以及一訊號源。天線接地部係具有一第一側邊，第一輻射部位於天線接地部之第一側邊的一側，第二輻射部位於天線接地部之第一側邊的該側且沿著遠離第一輻射部之方向延伸。第一被動元件連接第一輻射部及第二輻射部。短路部之一端連接第二輻射部，另一端朝向天線接地部之方向延伸。第二被動元件連接短路部及天線接地部。饋入部之一端連接第二輻射部及短路部，另一端朝向天線接地部之方向延伸。訊號源連接饋入部及天線接地部。

綜上所述，本案之多頻天線裝置可以支援多頻帶操作，並減少天線設計所需要的面積，具有天線設計結構簡單的優勢，各個操作頻帶可以獨立控制，並能夠依照使用情境不同而作調整。因此，本案可同時達成無線區域網路(WLAN)的低頻頻帶(2400~2500MHz)、高頻頻帶(5150~5850MHz)及更高頻頻帶(5925~7125MHz)的操作頻寬以達到小型化及寬頻化之雙重目的。

10:多頻天線裝置

12:天線接地部

121:第一側邊

122:第二側邊

14:第一輻射部

141:第一末端

142:第二末端

16:第二輻射部

161:第三末端

162:第四末端

18:第一被動元件

20:短路部

201:第五末端

202:第六末端

22:第二被動元件

24:饋入部

241:第七末端

242:第八末端

26:訊號源

28:介質基板

281:第一長側邊

282:第二長側邊

30:系統接地面

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設置於介質基板上之多頻天線裝置的結構示意圖。

圖3為根據本案一實施例連接系統接地面之多頻天線裝置的示意圖。

圖4為根據本案一實施例之多頻天線裝置之訊號源激發在2.45GHz的電流分布圖。

圖5為根據本案一實施例之多頻天線裝置之訊號源激發在6.53GHz的電流分布圖。

圖6為根據本案一實施例之多頻天線裝置之訊號源激發在5.50GHz的電流分布圖。

圖7為根據本案圖2之多頻天線裝置產生的S參數模擬示意圖。

請參閱圖1所示，一多頻天線裝置10之基本架構至少包含一天線接地部12、一第一輻射部14、一第二輻射部16、一第一被動元件18、一短路部20、一第二被動元件22、一饋入部24以及一訊號源26。

在此多頻天線裝置10中，天線接地部12係具有相對之一第一側邊121及一第二側邊122，且第一側邊121係與第二側邊122互相平行。第一輻射部14係位於天線接地部12之第一側邊121的一側，第一輻射部14具有一第一末端141及一第二末端142，且第一末端141為一開路端。第二輻射部16亦位於天線接地部12之第一側邊121的一側，第二輻射部16具有一第三末端161及一第四末端162，第二輻射部16之第三末端161靠近第二末端142，第四末端162則沿著遠離第一輻射部14之方向延伸，使第一輻射部14及第二輻射部16位於天線接地部12之第一側邊121的同一側。第一被動元件18連接第一輻射部14之第二末端142及第二輻射部16之第三末端161，第一被動元件18係用來作為低通濾波器。短路部20之二端係具有一第五末端201及一第六末端202，第五末端201連接第二輻射部16之第四末端162，短路部20之第六末端202則朝向天線接地部12之方向垂直延伸。第二被動元件22連接短路部20之第六末端202及天線接地部12。饋入部24係具有第七末端241及第八末端242，第七末端241垂直連接第二輻射部16之第四末端162及短路部20之第五末端201，另一端之第八末端242係朝向天線接地部12之方向延伸。訊號源26則連接饋入部24之第八末端242及天線接地部12。

在一實施例中，請參閱圖2所示，多頻天線裝置10更包含一介質基板28，介質基板28包含相對之一第一長側邊281及一第二長側邊282，且第一長側邊281及第二長側邊282係互相平行，在介質基板28的表面上設有天線接地部12、第一輻射部14、第二輻射部16、第一被動元件18、短路部20、第二被動元件22、饋入部24以及訊號源26，其中天線接地部12之第二側邊122係與介質基板28的第二長側邊282鄰接重疊，第一輻射部14、第二輻射部16、第一被動元件18及短路部20則鄰近介質基板28的第一長側邊281。

在一實施例中，第一被動元件18係為一電感元件及/或第二被動元件22係為一電感元件。在另一實施例中，第一被動元件18係為一第一電感元件，且第二被動元件22係為一第二電感元件，其中，第一電感元件之電感值大於第二電感元件之電感值。舉例來說，第一電感元件之電感值係介於6.2nH~7.3nH之間，例如6.2nH、6.8nH或7.3nH；第二電感元件之電感值係介於4.1nH~4.7nH之間，例如4.1nH、4.3nH或4.7nH。

在一實施例中，如圖1及圖2所示，多頻天線裝置10中之第一輻射部14、第一被動元件18、第二輻射部16及短路部20的水平段部分係連接成一直線，且間隔平行天線接地部12之第一側邊121。當天線接地部12、第一輻射部14、第二輻射部16、第一被動元件18、短路部20、第二被動元件22、饋入部24以及訊號源26位於介質基板28上時，第一輻射部14、第一被動元件18、第二輻射部16及短路部20的水平段部分所連接成之直線亦鄰近且平行介質基板28的第一長側邊281。在一實施例中，第二輻射部16、饋入部24以及短路部20更可為一體成形之金屬支路。

請同時參閱圖2及圖3所示，多頻天線裝置10之天線接地部12之第二側邊122更電性連接至一系統接地面30，系統接地面30位於介質基板28之第二長側邊282的外側邊，在此實施例中系統接地面30之形狀係為一矩形。在一實施例中，系統接地面30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30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30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30的形狀及尺寸僅為示意，系統接地面30的形狀或尺寸可隨著多頻天線裝置10之應用而隨之改變，當不能以此為限。

在一實施例中，前述之天線接地部12、第一輻射部14、第二輻射部16、短路部20以及饋入部24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，但本案不限於此。

請同時參閱圖1至圖3所示，在本案之多頻天線裝置10中，本案使用第一被動元件(第一電感)18作為低通濾波器，另一第二被動元件(第二電感)22作為電氣路徑的延伸。低頻頻帶(例如2450MHz)的操作是將訊號源26接收到的訊號，從饋入部24饋入到第二輻射部16，並且通過第一被動元件18到達第一輻射部14，以形成共振路徑約接近0.25倍波長的單極天線模態。第一高頻頻帶(例如6530MHz)的操作也同樣從訊號源26接收訊號，饋入部24將訊號饋入至第二輻射部16，由於第一被動元件18操作於高頻時相當於開路，所以訊號並未通過第一被動元件18，訊號只傳輸到第二輻射部16，但也形成共振路徑約接近0.25倍波長的單極天線模態。但相對於低頻而言，高頻的電氣路徑較短，請參閱圖4及圖5所示的表面電流分佈得知，訊號源26激發在2450MHz的圖4，低頻頻帶之電氣路徑較長；訊號源26激發在6530MHz的圖5，高頻頻帶之電氣路徑相對較短。由於低頻共振路徑有通過第一被動元件18到達第一輻射部14之第一末端141，所以能透過改變第一輻射部14的長度，來達到控制低頻共振頻率點；另外，第一高頻頻帶則是透過第二輻射部16之長度來決定高頻共振頻率。另一方面，在第二高頻頻帶(例如5500MHz)的操作中，具有另一共振路徑，訊號源26接收到的訊號會從饋入部24饋入傳輸到短路部20，最後經由第二被動元件(第二電感)22傳輸至天線接地部12而接地，以利用訊號源26、饋入部24、短路部20、第二被動元件22及天線接地部12組成一個迴圈路徑，形成約接近1個波長的迴圈天線模態，以進行高頻訊號的傳輸。請參閱圖6的電流分佈，在短路部20會產生一個電流零點，同時在天線接地部12產生一對應電流零點，形成1個波長的迴圈天線模態。藉由調整第二被動元件(第二電感)22之電感值，可以改變迴圈路徑的電氣長度，以形成不一樣的共振頻率。

再者，承前所述，第一共振頻率是透過第二輻射部16之長度來決定，第二共振頻率則是透過訊號源26、饋入部24、短路部20、第二被動元件22及天線接地部12組成之迴圈路徑來決定。在前述實施例中，第一共振頻率係大於第二共振頻率，第一共振頻率可藉由第二輻射部16之長度來調整，第二共振頻率可以藉由短路部20之長度及第二被動元件(第二電感)22之數值來進行調整，但第二被動元件22無法太大，以避免第二被動元件22在高頻頻帶形成開路。在另一實施例中，第一共振頻率亦可小於第二共振頻率，此時因為第一共振頻率較低，所以使得第二輻射部16之長度需要加長，因為第二共振頻率較高，所以短路部20之長度將縮短，抑或將第二被動元件(第二電感)22值調小。

本案提出之多頻天線裝置10確實具有良好的反射係數。請同時參閱圖1至圖3及圖7所示，在此多頻天線裝置10中，整個多頻天線裝置10之尺寸為28mm＊7mm，使用電感值為6.8nH之第一電感元件作為第一被動元件18，並使用電感值為4.3nH之第二電感元件作為第二被動元件22，以此多頻天線裝置10於射頻訊號傳輸時，來進行S參數的模擬分析。多頻天線裝置10分別在低頻操作頻帶(2.4GHz-2.5GHz)及高頻操作頻帶(5.150GHz-7.125GHz)時，其S參數模擬結果如圖7所示，於圖式上顯示的天線共振頻帶反射係數(S11)均小於-6dB(S11<-6dB)，證明在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶均具有良好阻抗匹配與能量傳遞。因此，本案可以使得反射係數在小於-6dB以下時，滿足低頻頻帶2400-2500MHz以及高頻頻帶5150-7125MHz，除了滿足現有兩個操作頻帶之外，更可滿足未來WiFi 6E的操作頻帶。

綜上所述，本案之多頻天線裝置可以支援多頻帶操作，並減少天線設計所需要的面積，只需要28mm＊7mm的面積，就可以達成天線縮小之功效，並且，本案具有天線設計結構簡單的優勢，各個操作頻帶可以個別獨立控制，並能夠依照使用情境不同而作對應調整。因此，本案可同時達成無線區域網路(WLAN)的低頻頻帶(2400~2500MHz)、高頻頻帶(5150~5850MHz)及更高頻頻帶(5925~7125MHz)(即，WiFi 6E的操作頻帶)的操作頻寬，以達到小型化及寬頻化之雙重目的。

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。