TWM631242U - 多頻雙天線裝置 - Google Patents

Abstract

本案揭露一種多頻雙天線裝置，包含一第一天線單元及一第二天線單元。第一天線單元包含：一第一輻射部位於一第一接地部一側；一第一饋入部連接第一輻射部並朝向第一接地部之方向延伸；一第一短路部位於第一饋入部一側，且連接第一輻射部並朝向第一接地部之方向延伸；一第一訊號源連接第一饋入部及第一接地部；一第一集總元件連接第一短路部及第一接地部；一第二集總元件連接第一輻射部；及一第二輻射部之一端連接第二集總元件，另一端朝遠離第一輻射部之方向延伸。第二天線單元具有與第一天線單元對稱之結構設計，且第一天線單元透過一第五集總元件連接第二天線單元。

Description

多頻雙天線裝置

本案係有關一種縮小化並同時具有低耦合特性的多頻雙天線裝置。

隨著無線通訊的演進，不論在各種場合都會有無線網路的需求。然而，由於使用者對網路用量的提升造成頻帶擁擠，未來即將開放WiFi 6E的頻帶，以透過增加傳輸頻寬來減少無線傳遞延遲。近年來筆記型電腦多以高螢幕佔比為主流設計，螢幕外圍邊框的寬度僅有約4 mm至6 mm，天線可使用的空間被大幅縮減，因此傳統天線設計方式已經無法滿足現今的設計需求。

一般應用於筆記型電腦的雙天線系統設計，單一天線單元的面積尺寸通常為8 mm * 40 mm （320 mm ²）或是10 mm * 30 mm （300 mm ²），在此雙天線系統之中，天線單元與單元之間的距離大多維持在最低操作頻率的0.6倍波長以上，才能確保天線單元之間的良好隔離度，因而無法使得雙天線單元之間的間距很靠近，以至於無法有良好的空間整合。再者，傳統雙天線系統之應用設計僅適用於2400～2500 MHz以及5150～5850 MHz的頻帶，無法滿足WiFi 6E的頻帶。

本案提供一種多頻雙天線裝置，包含一第一接地部、一第一輻射部、一第一饋入部、一第一短路部、一第一訊號源、一第一集總元件、一第二集總元件、一第二輻射部、一第二接地部、一第三輻射部、一第二饋入部、一第二短路部、一第二訊號源、一第三集總元件、一第四集總元件、一第四輻射部及一第五集總元件。第一輻射部位於第一接地部一側，並具有一第一外側端及一第一內側端；第一饋入部連接第一輻射部之第一外側端並朝向第一接地部之方向延伸；第一短路部位於第一饋入部一側，且連接第一輻射部並朝向第一接地部之方向延伸；第一訊號源連接第一饋入部及第一接地部；第一集總元件連接第一短路部及第一接地部；第二集總元件連接第一輻射部之第一內側端；第二輻射部之一端連接第二集總元件，另一端朝遠離第一輻射部之方向延伸。第三輻射部位於第二接地部一側，並具有一第二外側端及一第二內側端；第二饋入部連接第三輻射部之第二外側端並朝向第二接地部之方向延伸；第二短路部位於第二饋入部一側，且連接第三輻射部並朝向第二接地部之方向延伸；第二訊號源連接第二饋入部及第二接地部；第三集總元件連接第二短路部及第二接地部；第四集總元件連接第三輻射部之第二內側端；第四輻射部之一端連接第四集總元件，另一端朝遠離第三輻射部之方向延伸。第五集總元件連接第二輻射部及第四輻射部。

綜上所述，本案係為一種縮小化並同時具有低耦合特性的多頻雙天線裝置設計，由於天線的共振頻率與波長相關，為了在有限的空間下實現雙頻帶操作，因此本案之天線設計使用了集總元件來控制共振頻帶，避免雙天線單元之間的耦合，使多頻雙天線裝置具有良好的隔離度，除了可以適用於2400～2500 MHz以及5150～5850 MHz之頻帶，更可同時滿足未來WiFi 6E的頻帶（5925～7125 MHz）。基此，本案可以在不增加產品系統空間之前提下，解決雙天線單元之間的隔離度問題，並支援更廣泛的頻段範圍，以同時提升無線通訊的覆蓋率及品質。

以下將配合相關圖式來說明本案的實施例。在這些圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或電路，必須瞭解的是，儘管術語“第一”、“第二”等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域或功能，但是這些元件、部件、區域及/或功能不應受這些術語的限制，這些術語僅用於將一個元件、部件、區域或功能與另一個元件、部件、區域或功能區隔開來。

請參閱圖1所示，本案之多頻雙天線裝置10，包含一介質基板12、一第一接地部14、一第一輻射部16、一第一饋入部18、一第一短路部20、一第一訊號源22、一第一集總元件24、一第二集總元件26、一第二輻射部28、一第二接地部30、一第三輻射部32、一第二饋入部34、一第二短路部36、一第二訊號源38、一第三集總元件40、一第四集總元件42、一第四輻射部44以及一第五集總元件46。

如圖1所示，在此多頻雙天線裝置10中，介質基板12係包含相對之一第一長側邊121及一第二長側邊122以及相對之一第一短側邊123及一第二短側邊124，且第一短側邊123連接第一長側邊121及第二長側邊122之同一側，第二短側邊124連接第一長側邊121及第二長側邊122的另一同側。第一接地部14係位於介質基板12上、靠近第一短側邊123且鄰接第一長側邊121，以沿著第一長側邊121設置。第一輻射部16位於介質基板12上且鄰近第二長側邊122，第一輻射部16位於第一接地部14一側，並具有一第一外側端161（靠近第一短側邊123）及一第一內側端162（遠離第一短側邊123）。第一饋入部18位於介質基板12上，第一饋入部18位於第一接地部14及第一輻射部16之間且垂直連接第一輻射部16之第一外側端161並朝向第一接地部14之方向延伸。第一短路部20位於介質基板12上且位於第一饋入部18之一側，第一短路部20垂直連接第一輻射部16並朝向第一接地部14之方向延伸。第一訊號源22位於介質基板12上且連接第一饋入部18及第一接地部14，以利用第一訊號源22收發無線射頻訊號。第一集總元件24位於介質基板12上且連接第一短路部20及第一接地部14，以藉由第一集總元件24來調整低頻及高頻時的阻抗匹配。第二集總元件26位於介質基板12上且連接第一輻射部16之第一內側端162。第二輻射部28位於介質基板12上，第二輻射部28之一端連接第二集總元件26，另一端朝向遠離第一輻射部16之方向延伸（朝向第二短側邊124之方向延伸）。

續如圖1所示，第二接地部30係位於介質基板12上、靠近第二短側邊124且鄰接第一長側邊121，以沿著第一長側邊121設置。第三輻射部32位於介質基板12上且鄰近第二長側邊122，第三輻射部32位於第二接地部30一側，並具有一第二外側端321（靠近第二短側邊124）及一第二內側端322（遠離第二短側邊124）。第二饋入部34位於介質基板12上，第二饋入部34位於第二接地部30及第三輻射部32之間且垂直連接第三輻射部32之第二外側端321並朝向第二接地部30之方向延伸。第二短路部36位於介質基板12上且位於第二饋入部34之一側，第二短路部36垂直連接第三輻射部32並朝向第二接地部30之方向延伸。第二訊號源38位於介質基板12上且連接第二饋入部34及第二接地部30，以利用第二訊號源38收發無線射頻訊號。第三集總元件40位於介質基板12上且連接第二短路部36及第二接地部30。第四集總元件42位於介質基板12上且連接第三輻射部32之第二內側端322。第四輻射部44位於介質基板12上，第四輻射部44之一端連接第四集總元件42，另一端朝向遠離第三輻射部32之方向延伸（朝向第一短側邊123之方向延伸）。第五集總元件46位於介質基板12上且連接第二輻射部28及第四輻射部44，以隔絕第二輻射部28及第四輻射部44，避免第二輻射部28及第四輻射部44之間會有電流通過。

在一實施例中，在多頻雙天線裝置10中，第一集總元件24、第三集總元件40係可選自一電感元件、一電容元件或一電阻元件。第五集總元件46、第二集總元件26及第四集總元件42則為一電感元件。

在一實施例中，如圖1所示，多頻雙天線裝置10更包含一第一天線單元48以及一第二天線單元50，二者皆為多頻操作，其中第一天線單元48包含第一接地部14、第一輻射部16、第一饋入部18、第一短路部20、第一訊號源22、第一集總元件24、第二集總元件26及第二輻射部28，第二天線單元50包含第二接地部30、第三輻射部32、第二饋入部34、第二短路部36、第二訊號源38、第三集總元件40、第四集總元件42及第四輻射部44，且第一天線單元48之第二輻射部28係利用第五集總元件46連接第二天線單元50之第四輻射部44。在一實施例中，第一天線單元48係鏡像對稱於第二天線單元50，使多頻雙天線裝置10中之第一天線單元48及第二天線單元50在第五集總元件46之相對二側呈現鏡像對稱。

在一實施例中，如圖1所示，在第一天線單元48操作時，第一饋入部18，第一輻射部16、第二集總元件26及第二輻射部28所形成之共振路徑之長度係為低頻操作頻率0.25倍波長的長度。同理，在第二天線單元50操作時，第二饋入部34，第三輻射部32、第四集總元件42及第四輻射部44所形成之共振路徑之長度係為低頻操作頻率0.25倍波長的長度。

在一實施例中，如圖1所示，第一接地部14、第一輻射部16、第一饋入部18、第一短路部20、第二輻射部28、第二接地部30、第三輻射部32、第二饋入部34、第二短路部36及第四輻射部44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，但本案不以此為限。

請參閱圖1所示，多頻雙天線裝置10之介質基板12之第一長側邊121的外側邊更設置有一系統接地面52，使第一接地部14及第二接地部30電性連接至系統接地面52。在一實施例中，系統接地面52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52係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，當電子裝置為筆記型電腦時，系統接地面52可以為筆記型電腦螢幕的系統接地部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52的形狀及尺寸僅為示意，系統接地面52的形狀或尺寸可隨著多頻雙天線裝置10之應用而隨之改變，當不能以此為限。

在一實施例中，第一天線單元48之第一輻射部16更可具有一第一彎折部（圖中未示），第二天線單元50之第三輻射部32更可具有一第二彎折部（圖中未示），以藉由第一彎折部與第二彎折部來調整第一天線單元48與第二天線單元50之共振路徑的長度。

在本案之多頻雙天線裝置10中，請同時參閱圖1所示，以第一天線單元48為例，第一集總元件24、第二集總元件26及第五集總元件46皆使用電感元件。在低頻頻帶操作時，實際以2.46 GHz為例，如圖2所示，第一訊號源22會產生射頻訊號，第一饋入部18會將射頻訊號饋入第一輻射部16，並且通過第二集總元件26到達第二輻射部28，以形成共振路徑約為0.25倍波長的單極天線模態，且因第五集總元件46之存在，射頻訊號亦不會通過第五集總元件46，所以不會影響第二天線單元50。在高頻頻帶操作時，實際以6.21 GHz為例，如圖3所示，第一訊號源22產生射頻訊號，也同樣從第一饋入部18將射頻訊號饋入第一輻射部16，由於第二集總元件26操作於高頻時等效於高阻抗，該頻率的表面電流不易通過，所以表面電流並未通過第二集總元件26，但也形成共振路徑約為0.25倍波長的單極天線模態，但相對於低頻而言高頻的路徑較短，可參考圖2與圖3的表面電流分佈得知。其中，在低頻頻帶（2.4 GHz）及高頻頻帶（5/6 GHz）之操作頻帶中，第一集總元件24皆作為阻抗匹配的功能使用。另外，第二天線單元50之操作原理係與前述之第一天線單元48相同，故在此不再多贅述此第二天線單元50之操作原理。

本案提出之雙天線系統10確實具有良好的反射係數及隔離度。請同時參閱圖1、圖4及圖5所示，在此多頻雙天線裝置10中，整個多頻雙天線裝置10之尺寸為5 mm *25 mm（125 mm ²），第一集總元件24及第三集總元件40之電感值為5.6 nH，第二集總元件26及第四集總元件42之電感值為18 nH，第五集總元件46之電感值為72 nH，以此多頻雙天線裝置10於射頻訊號傳輸時，來進行S參數（包含反射係數及正向傳輸係數）的模擬分析。多頻雙天線裝置10分別在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶時，其S參數模擬結果如圖4及圖5所示，由圖4所顯示的曲線可知，在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶時，於圖式上顯示的反射係數（S11、S22）均小於-5 dB（S11、S22 ＜-5 dB），證明在低頻操作頻帶以及高頻操作頻帶均具有良好的反射係數，可以滿足2400～2500 MHz以及5150～5850 MHz之頻帶，更可同時滿足5925～7125 MHz之頻帶。另一方面，由圖5所顯示的隔離度（正向傳輸係數）曲線可知，多頻雙天線裝置10在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶時，於操作頻帶內顯示天線隔離度可分別大於15 dB（S21＜-15 dB）及8.8 dB（S21＜-8.8 dB），證明在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶均具有良好的隔離度。因此，本案之多頻雙天線裝置10在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶下均具有良好的隔離度。

本案之多頻雙天線裝置係利用集總元件（例如電感）作為輻射部的連接，使得低頻與高頻能夠共用輻射部，跟先前技術中之天線尺寸，例如8 mm * 40 mm （320 mm ²）或是10 mm * 30 mm （300 mm ²）相比，本案可以減少天線設計所需要的面積，只需要5 mm *25 mm（125 mm ²）即可，故可達成天線縮小化功效。此外，第一天線單元與第二天線單元之間距離只需要一顆集總元件作為連接，就能夠避免第一天線單元與第二天線單元之間的耦合，使得多頻雙天線裝置可以達到良好的隔離度。

綜上所述，本案係為一種縮小化並同時具有低耦合特性的多頻雙天線裝置設計，由於天線的共振頻率與波長相關，為了在有限的空間下實現雙頻帶操作，因此本案之天線設計使用了集總元件來控制共振頻帶，避免雙天線單元之間的耦合，使多頻雙天線裝置具有良好的隔離度，除了可以適用於2400～2500 MHz以及5150～5850 MHz之頻帶之外，更可同時滿足未來WiFi 6E的頻帶（5925～7125 MHz）。基此，本案可以在不增加產品系統空間之前提下，解決雙天線單元之間的隔離度問題，並支援更廣泛的頻段範圍，以同時提升無線通訊的覆蓋率及品質。

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:多頻雙天線裝置 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:第一接地部 16:第一輻射部 161:第一外側端 162:第一內側端 18:第一饋入部 20:第一短路部 22:第一訊號源 24:第一集總元件 26:第二集總元件 28:第二輻射部 30:第二接地部 32:第三輻射部 321:第二外側端 322:第二內側端 34:第二饋入部 36:第二短路部 38:第二訊號源 40:第三集總元件 42:第四集總元件 44:第四輻射部 46:第五集總元件 48:第一天線單元 50:第二天線單元 52:系統接地面

圖1為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置的結構示意圖。 圖2為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置之第一訊號源激發在2.46 GHz的表面電流路徑分布圖。 圖3為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置之第一訊號源激發在6.21 GHz的表面電流路徑分布圖。 圖4為根據本案之多頻雙天線裝置產生的反射係數（S11及S22參數）模擬示意圖。 圖5為根據本案之多頻雙天線裝置產生的正向傳輸係數（S21參數）模擬示意圖。

10:多頻雙天線裝置

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:第一接地部

16:第一輻射部

161:第一外側端

162:第一內側端

18:第一饋入部

20:第一短路部

22:第一訊號源

24:第一集總元件

26:第二集總元件

28:第二輻射部

30:第二接地部

32:第三輻射部

321:第二外側端

322:第二內側端

34:第二饋入部

36:第二短路部

38:第二訊號源

40:第三集總元件

42:第四集總元件

44:第四輻射部

46:第五集總元件

48:第一天線單元

50:第二天線單元

52:系統接地面

Claims (10)

1. 一種多頻雙天線裝置，包含： 一第一接地部； 一第一輻射部，位於該第一接地部一側，並具有一第一外側端及一第一內側端； 一第一饋入部，連接該第一輻射部之該第一外側端並朝向該第一接地部之方向延伸； 一第一短路部，位於該第一饋入部一側，且連接該第一輻射部並朝向該第一接地部之方向延伸； 一第一訊號源，連接該第一饋入部及該第一接地部； 一第一集總元件，連接該第一短路部及該第一接地部； 一第二集總元件，連接該第一輻射部之該第一內側端； 一第二輻射部，其一端連接該第二集總元件，另一端朝遠離該第一輻射部之方向延伸； 一第二接地部； 一第三輻射部，位於該第二接地部一側，並具有一第二外側端及一第二內側端； 一第二饋入部，連接該第三輻射部之該第二外側端並朝向該第二接地部之方向延伸； 一第二短路部，位於該第二饋入部一側，且連接該第三輻射部並朝向該第二接地部之方向延伸； 一第二訊號源，連接該第二饋入部及該第二接地部； 一第三集總元件，連接該第二短路部及該第二接地部； 一第四集總元件，連接該第三輻射部之該第二內側端； 一第四輻射部，其一端連接該第四集總元件，另一端朝遠離該第三輻射部之方向延伸；以及 一第五集總元件，連接該第二輻射部及該第四輻射部。
2. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，更包含一介質基板，包含相對之一第一長側邊及一第二長側邊，該第一接地部、該第一輻射部、該第一饋入部、該第一短路部、該第一訊號源、該第一集總元件、該第二集總元件、該第二輻射部、該第二接地部、該第三輻射部、該第二饋入部、該第二短路部、該第二訊號源、該第三集總元件、該第四集總元件、該第四輻射部及該第五集總元件係位於該介質基板上，且該第一接地部及該第二接地部鄰接該第一長側邊。
3. 如請求項2所述之多頻雙天線裝置，更包含一系統接地面，位於該介質基板的該第一長側邊，且連接該第一接地部及該第二接地部。
4. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，更包含一第一天線單元以及一第二天線單元，該第一天線單元包含該第一接地部、該第一輻射部、該第一饋入部、該第一短路部、該第一訊號源、該第一集總元件、該第二集總元件及該第二輻射部，該第二天線單元包含該第二接地部、該第三輻射部、該第二饋入部、該第二短路部、該第二訊號源、該第三集總元件、該第四集總元件及該第四輻射部，且該第一天線單元係鏡像對稱於該第二天線單元。
5. 如請求項4所述之多頻雙天線裝置，其中該第一天線單元操作時，該第一饋入部、該第一輻射部、該第二集總元件及該第二輻射部所形成之共振路徑係為低頻操作頻率0.25倍波長的長度。
6. 如請求項4所述之多頻雙天線裝置，其中該第二天線單元操作時，該第二饋入部、該第三輻射部、該第四集總元件及該第四輻射部所形成之共振路徑係為低頻操作頻率0.25倍波長的長度。
7. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第一集總元件及該第三集總元件係選自一電感元件、一電容元件或一電阻元件。
8. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第二集總元件、該第四集總元件及該第五集總元件係為一電感元件。
9. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第一饋入部及該第一短路部係垂直連接該第一輻射部；以及該第二饋入部及該第二短路部係垂直連接該第三輻射部。
10. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第一輻射部更具有一第一彎折部；以及該第三輻射部更具有一第二彎折部。

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