TWM649790U - 多頻雙天線裝置 - Google Patents

Abstract

本案揭露一種多頻雙天線裝置，包含一介質基板及其上之一第一天線單元、一第二天線單元、一第一隔離部以及一第二隔離部。第一天線單元包含第一輻射部、第三輻射部、第一耦合部、第一訊號源及接地部，第二天線單元包含第二輻射部、第四輻射部、第二耦合部、第二訊號源及接地部。位於介質基板第二表面之第一隔離部及位於介質基板第一表面之第二隔離部係設置於第一天線單元及第二天線單元之間，且第一隔離部連接同表面之第一輻射部及第二輻射部，第二隔離部對應第一隔離部且連接至接地部，以藉由第一隔離部及第二隔離部之耦合面積來達到解耦合之目的，並可有效縮小尺寸。

Description

多頻雙天線裝置

本案係有關一種可縮小尺寸並同時具有低耦合特性的多頻雙天線裝置。

一般應用於筆記型電腦的雙天線設計中，單一天線單元的面積尺寸通常為8 mm*40 mm或是10 mm*30 mm，在此雙天線系統中，二天線單元之間的距離大多維持在天線最低操作頻率的0.5倍波長以上，以Wi-Fi 7為例，天線單元之間需距離低頻2.4 GHz的0.5倍波長，大約為62.5 mm，才能確保天線單元之間的良好隔離度，因而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。

若需要在有限空間內設計雙天線，則需要將二天線單元共用天線結構，而為增加二天線單元之間的隔離度，會在天線單元之間加入解耦合元件，以達到減少使用面積並兼顧效能之目的。不過，增加解耦合元件會導致成本增加，也會增加組裝與運送的風險。因此，如何在有限空間下實現雙天線裝置為本案主要之設計訴求。

本案提供一種多頻雙天線裝置，包含一介質基板、一第一輻射部、一第二輻射部、一第一隔離部、一接地部、一第三輻射部、一第四輻射部、一第二隔離部、一第一耦合部、一第二耦合部、一第一訊號源以及一第二訊號源。介質基板係具有相對的一第一長側邊及一第二長側邊以及相對的一第一短側邊及一第二短側邊，且介質基板具有一第一表面及其相對之一第二表面。第一輻射部位於第二表面上且沿著第二長側邊設置，第一輻射部具有一第一末端及一第二末端，第一末端朝向第一長側邊之方向彎折延伸。第二輻射部位於第二表面上且沿著第二長側邊設置，第二輻射部具有一第三末端及一第四末端，第三末端朝向第一長側邊之方向彎折延伸。第一隔離部位於第二表面上且位於第一輻射部及第二輻射部之間，第一隔離部連接第二末端及第四末端。接地部位於第一表面上且沿著第一長側邊設置。第三輻射部位於第一表面上且沿著第一短側邊設置，第三輻射部具有一第五末端及一第六末端，第五末端連接接地部，第六末端順著第二長側邊延伸。第四輻射部位於第一表面上且沿著第二短側邊設置，第四輻射部具有一第七末端及一第八末端，第七末端連接接地部，第八末端順著第二長側邊延伸。第二隔離部位於第一表面上且沿著第二長側邊設置，第二隔離部對應第一隔離部且連接至接地部。第一耦合部位於第一表面上且設置在第三輻射部、第二隔離部及接地部之間。第二耦合部位於第一表面上且設置在第四輻射部、第二隔離部及接地部之間。第一訊號源連接第一耦合部及接地部，第二訊號源連接第二耦合部及接地部。

綜上所述，本案係為一種多頻雙天線裝置設計，其係使用雙面板，並利用雙面板耦合特性縮小天線尺寸及降低雙天線間之耦合，使多頻雙天線裝置具有良好的隔離度，除了可以適用於2400-2484 MHz以及5150-5850 MHz之頻帶之外，更可同時滿足未來Wi-Fi 7的頻帶（5925-7125 MHz）。因此，本案為一種縮小化並同時具有低耦合特性之多頻雙天線裝置，其不僅不會增加產品系統空間，還可以降低天線製造成本及組裝、運送之風險，解決雙天線之間的耦合問題，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。

請同時參閱圖1及圖2所示，本案之多頻雙天線裝置10，包含一介質基板12、一第一輻射部14、一第二輻射部16、一第一隔離部18、一接地部20、一第三輻射部22、一第四輻射部24、一第二隔離部26、一第一耦合部28、一第二耦合部30、一第一訊號源32以及一第二訊號源34。

如圖1及圖2所示，在多頻雙天線裝置10中，介質基板12係包含相對之一第一長側邊121與一第二長側邊122以及相對之一第一短側邊123與一第二短側邊124，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，且介質基板12具有一第一表面125及其相對之一第二表面126，此介質基板12可為硬板（例如FR4）或軟板（例如FPCB）。第一輻射部14係位於第二表面126上、靠近第一短側邊123且沿著第二長側邊122設置，第一輻射部14具有一第一末端141及一第二末端142，並具有至少一次彎折，第一末端141朝向第一長側邊121之方向彎折延伸。第二輻射部16亦位於第二表面126上、靠近第二短側邊124且沿著第二長側邊122設置，第二輻射部16具有一第三末端161及一第四末端162，並具有至少一次彎折，第四末端162靠近第二末端142，且第三末端161朝向第一長側邊121之方向彎折延伸。第一隔離部18係位於第二表面126上且位於第一輻射部14及第二輻射部16之間，使第一隔離部18連接第一輻射部14之第二末端142及第二輻射部16之第四末端162。接地部20係位於第一表面125上且沿著第一長側邊121設置，以從第一短側邊123開始沿著第一長側邊121設置而延伸至第二短側邊124。第三輻射部22位於第一表面125上且沿著第一短側邊123設置，第三輻射部22具有一第五末端221及一第六末端222，第五末端221連接至接地部20，第六末端222順著該第二長側邊122延伸，第三輻射部22具有至少一次彎折。第四輻射部24位於第一表面125上且沿著第二短側邊124設置，第四輻射部24具有一第七末端241及一第八末端242，第七末端241連接至接地部20，第八末端242順著第二長側邊122延伸，使第四輻射部24具有至少一次彎折。第二隔離部26位於第一表面125上的中間位置且沿著第二長側邊122設置，第二隔離部26垂直投影對應第一隔離部18且延伸連接至接地部20。第一耦合部28位於第一表面125上且設置在第三輻射部22、第二隔離部26及接地部20之間，第一耦合部28係具有至少一次彎折，在本實施例中，第一耦合部28係具有二次彎折而呈現ㄇ形結構。第二耦合部30位於第一表面125上且設置在第四輻射部24、第二隔離部26及接地部20之間，第二耦合部30係具有至少一次彎折，在本實施例中，第二耦合部30係具有二次彎折而呈現ㄇ形結構。第一訊號源32之二端分別連接第一耦合部28及接地部20，第二訊號源34之二端分別連接第二耦合部30及接地部20，以利用第一訊號源32及第二訊號源34收發無線射頻訊號。

在一實施例中，如圖1及圖2所示，多頻雙天線裝置10係包含一第一天線單元36以及一第二天線單元38，二者皆支援多頻之操作。其中，第一天線單元36包含第一輻射部14、第三輻射部22、第一耦合部28、第一訊號源32及圖1左半部之接地部20，第二天線單元38包含第二輻射部16、第四輻射部24、第二耦合部30、第二訊號源34及圖1右半部之接地部20，使第一隔離部18及第二隔離部26係位於第一天線單元36及第二天線單元38之間。其中，第一天線單元36係鏡像對稱於第二天線單元38，使第一天線單元36及第二天線單元38在第一隔離部18及第二隔離部26之相對二側呈現對稱之鏡像設計。

在一實施例中，如圖3及圖4所示，多頻雙天線裝置10更包含一天線接地面40，其係鄰接介質基板12之第一長側邊121，使接地部20連接至天線接地面40。在一實施例中，天線接地面40係為一導電材料，例如銅箔、鋁箔或導電布等。

在一實施例中，請同時參閱圖5及圖6所示，多頻雙天線裝置10之介質基板12的第一長側邊121的外側邊更設置有一系統接地面42，使天線接地面40直接連接至系統接地面42，並形成電性連接，以確保多頻雙天線裝置10與周圍之系統接地面42接地，提升穩定性。在一實施例中，系統接地面42係可為一電子裝置之金屬平面，例如，系統接地面42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42可以為筆記型電腦螢幕的系統接地部或是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。

在另一實施例中，多頻雙天線裝置10之介質基板12的第一長側邊121更直接鄰接有一系統接地面42（圖中未示），且天線接地面40亦直接連接至系統接地面42，以形成電性連接。

在一實施例中，請參閱圖1及圖2所示，在多頻雙天線裝置10中，第一輻射部14、第二輻射部16、第三輻射部22以及第四輻射部24除了垂直彎折的結構設計之外，只要有足夠的輻射長度，亦可具有其他不同形狀的結構設計。

在一實施例中，如圖1及圖2所示，第一輻射部14、第二輻射部16、第一隔離部18、接地部20、第三輻射部22、第四輻射部24、第二隔離部26、第一耦合部28及第二耦合部30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3、圖4及圖7所示，在多頻雙天線裝置10之第一天線單元36內，第一耦合部28、第一輻射部14、第一隔離部18、第二隔離部26及接地部20主要係激發一第一操作模態，其中心頻率約在2.45 GHz，藉由改變第一輻射部14的長度與寬度，可以調整第一操作模態之頻率及匹配。第一耦合部28主要係激發一第二操作模態及一第三操作模態，第二操作模態的中心頻率約在5.6 GHz，第三操作模態的中心頻率約在7.1 GHz，兩個模態可以合而為一頻寬，以達到寬頻的特性，且藉由改變第三輻射部22之長度、寬度及相對位置，可以調整第二操作模態及第三操作模態之匹配。在多頻雙天線裝置10之第二天線單元38內，第二耦合部30、第二輻射部16、第一隔離部18、第二隔離部26及接地部20主要係激發一第四操作模態，其中心頻率約在2.45 GHz，藉由改變第二輻射部16的長度與寬度，可以調整第四操作模態之頻率及匹配。第二耦合部30主要係激發一第五操作模態及一第六操作模態，第五操作模態的中心頻率約在5.6 GHz，第六操作模態的中心頻率約在7.1 GHz，兩個模態可以合而為一頻寬，以達到寬頻的特性，且藉由改變第四輻射部24之長度、寬度及相對位置，可以調整第五操作模態及第六操作模態之匹配。因此，綜合上述六個操作模態（第一操作模態至第六操作模態），多頻雙天線裝置10之操作頻寬可以滿足Wi-Fi 7（2.4/5/6 GHz，即2400-2484/5150-5825/5925-7125 MHz）的三頻操作。

本案之多頻雙天線裝置10適用於一般無線通訊裝置，尤其是攜帶式無線通訊裝置，例如筆記型電腦、平板電腦或是個人電腦等，但應用的裝置不限於此。多頻雙天線裝置10位在介質基板12上的尺寸長為40毫米，寬度為7.2毫米，實為一小尺寸之多頻雙天線裝置10之設計結構。

本案提出之多頻雙天線裝置10確實具有良好的反射係數及隔離度。請同時參閱圖3、圖4及圖7所示，在此多頻雙天線裝置10中，整個多頻雙天線裝置10之尺寸係為40 mm *7.2 mm，以此多頻雙天線裝置10於射頻訊號傳輸時，來進行S參數（包含反射係數曲線S ₁₁/S ₂₂及穿透係數曲線S ₂₁）的模擬分析。當多頻雙天線裝置10分別在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶時，其S參數模擬結果分別如圖7所示，由圖7所顯示的反射係數曲線（S ₁₁、S ₂₂）可知，在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶時，於圖式上顯示第一操作模態至第六操作模態的反射係數曲線（S ₁₁、S ₂₂）均小於-6 dB（S ₁₁、S ₂₂＜-6 dB），第一操作模態及第四操作模態的反射係數曲線（S ₁₁、S ₂₂）更小於-10 dB（S ₁₁、S ₂₂＜-10 dB）證明在低頻操作頻帶以及高頻操作頻帶均具有良好的阻抗匹配，可以滿足2400～2484 MHz、5150～5850 MHz及5925～7125 MHz之WiFi 7多頻帶。另一方面，由圖7所顯示的穿透係數曲線S ₂₁可知，穿透係數曲線S ₂₁於頻帶內皆小於-15 dB（S ₂₁＜-15 dB），代表隔離度均高於15 dB，證明多頻雙天線裝置10具有良好的天線解耦合效果。基此，有別於傳統增加天線隔離度須將兩天線單元距離加大，或是於兩天線單元間加入特定波長之共振結構，或是藉由集總元件來達到解耦合及縮小尺寸，本案僅使用簡單的雙面板耦合設計，即可藉由第一隔離部18及第二隔離部26之耦合面積調整解耦合頻率，並可有效縮小天線尺寸、大幅降低天線成本及運送風險。

綜上所述，本案係為一種多頻雙天線裝置設計，其係使用雙面板，並利用雙面板耦合特性縮小天線尺寸及降低雙天線間之耦合，使多頻雙天線裝置具有良好的隔離度，除了可以適用於2400-2484 MHz以及5150-5850 MHz之頻帶之外，更可同時滿足未來Wi-Fi 7的頻帶（5925-7125 MHz）。因此，本案為一種縮小化並同時具有低耦合特性之多頻雙天線裝置，其不僅不增加產品系統空間，還可以降低天線製造成本及組裝、運送之風險，解決雙天線之間的耦合問題，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 125:第一表面 126:第二表面 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:第一隔離部 20:接地部 22:第三輻射部 221:第五末端 222:第六末端 24:第四輻射部 241:第七末端 242:第八末端 26:第二隔離部 28:第一耦合部 30:第二耦合部 32:第一訊號源 34:第二訊號源 36:第一天線單元 38:第二天線單元 40:天線接地面 42: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正面結構示意圖。 圖2為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置的背面結構示意圖。 圖3為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置連接有天線接地面的正面結構示意圖。 圖4為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置連接有天線接地面的背面結構示意圖。 圖5為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置連接至系統接地面的正面示意圖。 圖6為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置連接至系統接地面的背面示意圖。 圖7為根據本案之多頻雙天線裝置產生的反射係數曲線（S ₁₁及S ₂₂參數）及穿透係數曲線（S ₂₁參數）的模擬示意圖。

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

125:第一表面

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

20:接地部

22:第三輻射部

221:第五末端

222:第六末端

24:第四輻射部

241:第七末端

242:第八末端

26:第二隔離部

28:第一耦合部

30:第二耦合部

32:第一訊號源

34:第二訊號源

36:第一天線單元

38:第二天線單元

Claims (10)

1. 一種多頻雙天線裝置，包含： 一介質基板，其係具有相對的一第一長側邊及一第二長側邊以及相對的一第一短側邊及一第二短側邊，且該介質基板具有一第一表面及其相對之一第二表面； 一第一輻射部，位於該第二表面上且沿著該第二長側邊設置，該第一輻射部具有一第一末端及一第二末端，該第一末端朝向該第一長側邊之方向彎折延伸； 一第二輻射部，位於該第二表面上且沿著該第二長側邊設置，該第二輻射部具有一第三末端及一第四末端，該第三末端朝向該第一長側邊之方向彎折延伸； 一第一隔離部，位於該第二表面上且位於該第一輻射部及該第二輻射部之間，該第一隔離部連接該第二末端及該第四末端； 一接地部，位於該第一表面上且沿著該第一長側邊設置； 一第三輻射部，位於該第一表面上且沿著該第一短側邊設置，該第三輻射部具有一第五末端及一第六末端，該第五末端連接該接地部，該第六末端順著該第二長側邊延伸； 一第四輻射部，位於該第一表面上且沿著該第二短側邊設置，該第四輻射部具有一第七末端及一第八末端，該第七末端連接該接地部，該第八末端順著該第二長側邊延伸； 一第二隔離部，位於該第一表面上且沿著該第二長側邊設置，該第二隔離部對應該第一隔離部且連接至該接地部； 一第一耦合部，位於該第一表面上且設置在該第三輻射部、該第二隔離部及該接地部之間； 一第二耦合部，位於該第一表面上且設置在該第四輻射部、該第二隔離部及該接地部之間； 一第一訊號源，連接該第一耦合部及該接地部；以及 一第二訊號源，連接該第二耦合部及該接地部。
2. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第三輻射部之該第六末端更可彎折朝向該第一長側邊的方向延伸，該第四輻射部之該第八末端更可彎折朝向該第一長側邊的方向延伸。
3. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第一耦合部及該第二耦合部係分別具有至少一次彎折。
4. 如請求項3所述之多頻雙天線裝置，其中該第一耦合部及該第二耦合部係分別具有二次彎折而呈現ㄇ形結構。
5. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，更包含一天線接地面，其係鄰接該介質基板之該第一長側邊，使該接地部連接該天線接地面。
6. 如請求項5所述之多頻雙天線裝置，其中該天線接地面更連接至一系統接地面，且該系統接地面位於該介質基板之該第一長側邊的外側。
7. 如請求項5所述之多頻雙天線裝置，其中該天線接地面更連接至一系統接地面，且該系統接地面係鄰接該介質基板之該第一長側邊。
8. 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輻射部、該第三輻射部、該第一耦合部、該第一訊號源及該接地部，該第二天線單元包含該第二輻射部、該第四輻射部、該第二耦合部、該第二訊號源及該接地部，使該第一隔離部及該第二隔離部係位於該第一天線單元及該第二天線單元之間，且該第一天線單元係鏡像對稱於該第二天線單元。
9. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第一輻射部、該第一耦合部、該第一隔離部、該第二隔離部及該接地部係激發一第一操作模態，該第一耦合部係激發一第二操作模態及一第三操作模態。
10. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第二輻射部、該第二耦合部、該第一隔離部、該第二隔離部及該接地部係激發一第四操作模態，該第二耦合部係激發一第五操作模態及一第六操作模態。

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