TWM638831U - 天線系統 - Google Patents

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TWM638831U
TWM638831U TW111210216U TW111210216U TWM638831U TW M638831 U TWM638831 U TW M638831U TW 111210216 U TW111210216 U TW 111210216U TW 111210216 U TW111210216 U TW 111210216U TW M638831 U TWM638831 U TW M638831U
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radiating
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radiation
antenna
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羅文遠
林暉
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廣達電腦股份有限公司
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Abstract

一種天線系統，包括一第一天線元件和一第二天線元件。第一天線元件包括：一第一接地元件、一第一輻射部、一第二輻射部，以及一第三輻射部。第一輻射部具有一第一饋入點。第二輻射部係耦接至第一接地元件。第三輻射部係耦接至第一接地元件，其中第三輻射部係鄰近於第一輻射部和第二輻射部。第二天線元件包括：一第二接地元件、一第四輻射部、一第五輻射部，以及一第六輻射部。第四輻射部具有一第二饋入點。第五輻射部係鄰近於第四輻射部。第五輻射部更經由第六輻射部耦接至第二接地元件。

Description

天線系統
本創作係關於一種天線系統，特別係關於一種具有高隔離度(Isolation)之天線系統。
隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850 MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
天線(Antenna)為支援無線通訊之行動裝置中之常用元件。然而，由於行動裝置內部空間狹小，各個天線及其傳輸線之配置往往極為接近，容易互相干擾。因此，有必要提出一種全新的解決方案，以改良傳統設計中隔離度(Isolation)不佳之問題。
在較佳實施例中，本創作提出一種天線系統，包括：一第一天線元件，包括：一第一接地元件；一第一輻射部，具有一第一饋入點；一第二輻射部，耦接至該第一接地元件；以及一第三輻射部，耦接至該第一接地元件，其中該第三輻射部係鄰近於該第一輻射部和該第二輻射部；以及一第二天線元件，包括：一第二接地元件；一第四輻射部，具有一第二饋入點；一第五輻射部，鄰近於該第四輻射部；以及一第六輻射部，其中該第五輻射部係經由該第六輻射部耦接至該第二接地元件。
在一些實施例中，該第一天線元件和該第二天線元件之間之一第一距離係大於或等於43mm。
在一些實施例中，該第一饋入點和該第二饋入點之間之一第二距離係大於或等於65mm。
在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一直條形，該第二輻射部係呈現一L字形，而該第三輻射部係呈現一倒L字形。
在一些實施例中，該第四輻射部係呈現一直條形，該第五輻射部係呈現一N字形，而該第六輻射部係呈現一矩形。
在一些實施例中，該第三輻射部和該第一輻射部之間形成一第一耦合間隙，該第三輻射部和該第二輻射部之間形成一第二耦合間隙，該第五輻射部和該第四輻射部之間形成一第三耦合間隙，而該第一耦合間隙、該第二耦合間隙，以及該第三耦合間隙之每一者之寬度皆小於或等於2mm。
在一些實施例中，該天線系統涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。
在一些實施例中，該第二輻射部和該第三輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第三輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第五輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第五輻射部和該第六輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
為讓本創作之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本創作之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」 及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
第1圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線系統(Antenna System)100之示意圖。天線系統100可以套用於一行動裝置(Mobile Device)當中，例如：一掌上型遊戲機(Handheld Game Machine)、一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)、一筆記型電腦(Notebook Computer)、一無線分享器(Wireless Access Point)、一路由器(Router)，或是具有通訊功能之任一裝置。抑或，天線系統100可以套用於一電子裝置(Electronic Device)當中，例如：一物聯網(Internet of Things，IOT)中之任一單元。
在第1圖之實施例中，天線系統100至少包括一第一天線元件101和一第二天線元件102。例如，第一天線元件101可視為一主要天線元件(Main Antenna Element)，而第二天線元件102則可視為一輔助天線元件(Auxiliary Antenna Element)，但亦不僅限於此。
第一天線元件101包括：一第一接地元件(Ground Element)111、一第一輻射部(Radiation Element)120、一第二輻射部130，以及一第三輻射部140，其中第一接地元件111、第一輻射部120、第二輻射部130，以及第三輻射部140皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。第一接地元件111可由一接地銅箔(Ground Copper Foil)來實施，其可耦接至天線系統100之一系統接地面(System Ground Plane)(未顯示)。
第一輻射部120可以大致呈現一較短直條形。詳細而言，第一輻射部120具有一第一饋入點(Feeding Point)FP1，其中第一饋入點FP1更可耦接至一第一信號源(Signal Source)191。例如，第一信號源191可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發第一天線元件101。必須注意的是，第一輻射部120係與第一接地元件111、第二輻射部130，以及第三輻射部140皆完全分離。
第二輻射部130可以大致呈現一L字形。詳細而言，第二輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第二輻射部130之第一端131係耦接至第一接地元件111，而第二輻射部130之第二端132為一開路端(Open End)。
第三輻射部140可以大致呈現一倒L字形。詳細而言，第三輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第三輻射部140之第一端141係耦接至第一接地元件111，而第三輻射部140之第二端142為一開路端。例如，第三輻射部140之第二端142和第二輻射部130之第二端132兩者可大致朝互相靠近之方向作延伸。第三輻射部140係同時鄰近於第一輻射部120和第二輻射部130，其中第三輻射部140和第一輻射部120之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1，而第三輻射部140和第二輻射部130之間可形成一第二耦合間隙GC2。第一耦合間隙GC1之寬度可大於第二耦合間隙GC2之寬度。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：10mm或更短)，但通常不包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。
在一些實施例中，第一天線元件101更包括一第一介質基板(Dielectric Substrate)181，其中第一接地元件111、第一輻射部120、第二輻射部130，以及第三輻射部140皆可設置於第一介質基板181之同一表面上。例如，第一介質基板181可為一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。
第二天線元件102包括：一第二接地元件112、一第四輻射部150、一第五輻射部160，以及一第六輻射部170，其中第二接地元件112、第四輻射部150、第五輻射部160，以及第六輻射部170皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。第二接地元件112可由另一接地銅箔來實施，其亦可耦接至天線系統100之系統接地面。
第四輻射部150可以大致呈現一較長直條形(相較於第一輻射部120而言)。詳細而言，第四輻射部150具有一第二饋入點FP2，其中第二饋入點FP2更可耦接至一第二信號源192。例如，第二信號源192可為另一射頻模組，其可用於激發第二天線元件102。必須注意的是，第四輻射部150係與第二接地元件112、第五輻射部160，以及第六輻射部170皆完全分離。
第五輻射部160可以大致呈現一N字形。詳細而言，第五輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第五輻射部160之第一端161係耦接至第六輻射部170，而第五輻射部160之第二端162為一開路端。例如，第五輻射部160之第二端162和第二輻 射部130之第二端132兩者可大致朝相同方向作延伸。第五輻射部160係鄰近於第四輻射部150，其中第五輻射部160和第四輻射部150之間可形成一第三耦合間隙GC3。
第六輻射部170可以大致呈現一矩形。第五輻射部160可經由第六輻射部170耦接至第二接地元件112。
在一些實施例中，第二天線元件102更包括一第二介質基板182，其中第二接地元件112、第四輻射部150、第五輻射部160，以及第六輻射部170皆可設置於第二介質基板182之同一表面上。例如，第二介質基板182可為另一FR4基板、另一印刷電路板，或是另一軟性電路板。然而，本創作並不僅限於此。在另一些實施例中，第二介質基板182亦可與前述之第一介質基板181兩者互相整合。
第2圖係顯示根據本創作一實施例所述之第一天線元件101之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第2圖之量測結果，第一天線元件101可涵蓋一第一頻帶(Frequency Band)FB1和一第二頻帶FB2。例如，第一頻帶FB1可介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶FB2可介於5150MHz至5850MHz之間。
第3圖係顯示根據本創作一實施例所述之第二天線元件102之電壓駐波比圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第3圖之量測結果，第二天線元件102亦可涵蓋前述之第一頻帶FB1和第二頻帶FB2。因此，天線系統100將至少可支援WLAN(Wireless Local Area Network) 2.4GHz/5GHz之寬頻操作。
第4圖係顯示根據本創作一實施例所述之第一天線元件101和第二天線元件102之間之隔離度(Isolation)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表隔離度(dB)。舉例而言，若將第一饋入點FP1設定為一第一埠(Port 1)，且將第二饋入點FP2設定為一第二埠(Port 2)，則第一埠和第二埠兩者之間之S21參數之絕對值將可視為第一天線元件101和第二天線元件102之間之隔離度。根據第4圖之量測結果，天線系統100於前述之第一頻帶FB1和第二頻帶FB2內之隔離度均可達25dB或更高，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。
在一些實施例中，天線系統100之元件尺寸可如下列所述。第一輻射部120之長度L1可大致等於天線系統100之第一頻帶FB1之0.125倍波長(λ/8)。第二輻射部130和第三輻射部140之總長度(L2+L3)可大致等於天線系統100之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。第三輻射部140之長度L3可大致等於天線系統100之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第五輻射部160之長度L4可大致等於天線系統100之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第五輻射部160和第六輻射部170之總長度(L4+L5)可大致等於天線系統100之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。第一耦合間隙GC1之寬度可小於或等於2mm。第二耦合間隙GC2之寬度可小於或等於1mm(或2mm)。第三耦合間隙GC3之寬度可小於或等於2mm。另外，為增強天線系統100之隔離度，第一天線元件101和第二天線元件102之間之一第一距離D1可大於或等於43mm，而第一饋入點FP1和第二饋入點FP2之間之一第二距離D2可大於或等於65mm。以上尺寸和參數範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化天線系統100之隔離度、操作頻寬(Operational Bandwidth)，以及阻抗匹配(Impedance Matching)。
第5圖係顯示根據本創作一實施例所述之掌上型遊戲機500之示意圖。在第5圖之實施例中，掌上型遊戲機500包括前述之天線系統100，其中第一天線元件101和第二天線元件102皆可設置於掌上型遊戲機500之一中間部份。因此，掌上型遊戲機500將能支援無線通訊(Wireless Communication)之功能。在一些實施例中，掌上型遊戲機500更包括一射頻電路(RF Circuit)、一濾波器(Filter)、一放大器(Amplifier)、一處理器(Processor)，或(且)一外殼，但亦不僅限於此。必須注意的是，天線系統100可根據掌上型遊戲機500之外型而略為調整其自身之立體結構，但不致影響其通訊品質。第5圖之掌上型遊戲機500之其餘特徵皆與第1圖之天線系統100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
本創作提出一種新穎之天線系統。與傳統設計相比，本創作至少具有高隔離度、小尺寸、寬頻帶，以及低製造成本等優勢，故其很適合應用於各種各式之行動通訊裝置或物聯網當中。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本創作之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本創作之天線系統並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本創作可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本創作之天線系統當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本創作雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:天線系統 101:第一天線元件 102:第二天線元件 111:第一接地元件 112:第二接地元件 120:第一輻射部 130:第二輻射部 131:第二輻射部之第一端 132:第二輻射部之第二端 140:第三輻射部 141:第三輻射部之第一端 142:第三輻射部之第二端 150:第四輻射部 160:第五輻射部 161:第五輻射部之第一端 162:第五輻射部之第二端 170:第六輻射部 181:第一介質基板 182:第二介質基板 191:第一信號源 192:第二信號源 500:掌上型遊戲機 D1:第一距離 D2:第二距離 FB1:第一頻帶 FB2:第二頻帶 FP1:第一饋入點 FP2:第二饋入點 GC1:第一耦合間隙 GC2:第二耦合間隙 GC3:第三耦合間隙 L1,L2,L3,L4,L5:長度
第1圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線系統之示意圖。 第2圖係顯示根據本創作一實施例所述之第一天線元件之電壓駐波比圖。 第3圖係顯示根據本創作一實施例所述之第二天線元件之電壓駐波比圖。 第4圖係顯示根據本創作一實施例所述之第一天線元件和第二天線元件之間之隔離度圖。 第5圖係顯示根據本創作一實施例所述之掌上型遊戲機之示意圖。
100:天線系統
101:第一天線元件
102:第二天線元件
111:第一接地元件
112:第二接地元件
120:第一輻射部
130:第二輻射部
131:第二輻射部之第一端
132:第二輻射部之第二端
140:第三輻射部
141:第三輻射部之第一端
142:第三輻射部之第二端
150:第四輻射部
160:第五輻射部
161:第五輻射部之第一端
162:第五輻射部之第二端
170:第六輻射部
181:第一介質基板
182:第二介質基板
191:第一信號源
192:第二信號源
D1:第一距離
D2:第二距離
FP1:第一饋入點
FP2:第二饋入點
GC1:第一耦合間隙
GC2:第二耦合間隙
GC3:第三耦合間隙
L1,L2,L3,L4,L5:長度

Claims (9)

  1. 一種天線系統，包括：一第一天線元件，包括：一第一接地元件；一第一輻射部，具有一第一饋入點；一第二輻射部，耦接至該第一接地元件；以及一第三輻射部，耦接至該第一接地元件，其中該第三輻射部係鄰近於該第一輻射部和該第二輻射部；以及一第二天線元件，包括：一第二接地元件；一第四輻射部，具有一第二饋入點；一第五輻射部，鄰近於該第四輻射部；以及一第六輻射部，其中該第五輻射部係經由該第六輻射部耦接至該第二接地元件；其中該第一天線元件和該第二天線元件之間之一第一距離係大於或等於43mm。
  2. 如請求項1之天線系統，其中該第一饋入點和該第二饋入點之間之一第二距離係大於或等於65mm。
  3. 如請求項1之天線系統，其中該第一輻射部係呈現一直條形，該第二輻射部係呈現一L字形，而該第三輻射部係呈現一倒L字形。
  4. 如請求項1之天線系統，其中該第四輻射部係呈現一直條形，該第五輻射部係呈現一N字形，而該第六輻射部係呈現一矩形。
  5. 如請求項1之天線系統，其中該第三輻射部和該第一輻射部之間形成一第一耦合間隙，該第三輻射部和該第二輻射部之間形成一第二耦合間隙，該第五輻射部和該第四輻射部之間形成一第三耦合間隙，而該第一耦合間隙、該第二耦合間隙，以及該第三耦合間隙之每一者之寬度皆小於或等於2mm。
  6. 如請求項1之天線系統，其中該天線系統涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。
  7. 如請求項6之天線系統，其中該第二輻射部和該第三輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
  8. 如請求項6之天線系統，其中該第三輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
  9. 如請求項6之天線系統，其中該第五輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
TW111210216U 2022-09-20 2022-09-20 天線系統 TWM638831U (zh)

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