TW201526381A - 天線系統 - Google Patents

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TW201526381A
TW201526381A TW102147704A TW102147704A TW201526381A TW 201526381 A TW201526381 A TW 201526381A TW 102147704 A TW102147704 A TW 102147704A TW 102147704 A TW102147704 A TW 102147704A TW 201526381 A TW201526381 A TW 201526381A
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Cheng-Da Yang
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    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
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Abstract

一種天線系統,包括至少一天線元件。該天線元件包括一接地面、一接地隔離部,以及一饋入部。該接地隔離部具有一彎折結構。該接地隔離部之一接地端係耦接至該接地面之一邊緣。該饋入部之一饋入端係耦接至一信號源,而該饋入部之一開路端係鄰近於該接地隔離部之一開路端,使得該饋入部和該接地隔離部共同形成一共振路徑。該接地隔離部係用於減低該天線元件於一特定方向之輻射。

Description

天線系統
本發明係關於一種天線系統,特別係關於一種具有高隔離度(High Isolation)特性之天線系統。
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、850MHz、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以及WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)系統使用2.4GHz、3.5GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
用於無線通訊之天線為行動裝置中不可或缺之元件。在現有設計中,常會將多支天線放入行動裝置中以進行信號之接收和傳送。然而,當這些天線之操作頻率相同或是相近時,天線之間容易彼此干擾,且其間嚴重之相互耦合效應往往更降低行動裝置之通訊品質。
為了解決先前技術之問題,本發明提供一種天線系統,包括:一第一天線元件,包括:一第一接地面,具有一第一邊緣;一第一接地隔離部,具有一彎折結構,其中該第一接地隔離部之一接地端係耦接至該第一邊緣;以及一第一饋入部,其中該第一饋入部之一饋入端係耦接至一第一信號源,而該第一饋入部之一開路端係鄰近於該第一接地隔離部之一開路端,使得該第一饋入部和該第一接地隔離部共同形成一第一共振路徑;其中該第一接地隔離部係用於減低該第一天線元件於一第一方向之輻射。
100、200‧‧‧天線系統
110、510、610、710‧‧‧第一天線元件
120‧‧‧第一接地面
121‧‧‧第一接地面之第一邊緣
130、530、730‧‧‧第一接地隔離部
131、531、731‧‧‧第一接地隔離部之接地端
132、532、732‧‧‧第一接地隔離部之開路端
133‧‧‧第一接地隔離部之第一支路
134‧‧‧第一接地隔離部之第二支路
140、640、740‧‧‧第一饋入部
141、641、741‧‧‧第一饋入部之饋入端
142、642、742‧‧‧第一饋入部之開路端
143‧‧‧第一饋入部之第一支路
144‧‧‧第一饋入部之第二支路
150、250‧‧‧淨空區域
190‧‧‧第一信號源
210‧‧‧第二天線元件
220‧‧‧第二接地面
221‧‧‧第二接地面之第二邊緣
230‧‧‧第二接地隔離部
231‧‧‧第二接地隔離部之接地端
232‧‧‧第二接地隔離部之開路端
233‧‧‧第二接地隔離部之第一支路
234‧‧‧第二接地隔離部之第二支路
240‧‧‧第二饋入部
241‧‧‧第二饋入部之饋入端
242‧‧‧第二饋入部之開路端
243‧‧‧第二饋入部之第一支路
244‧‧‧第二饋入部之第二支路
290‧‧‧第二信號源
GC1‧‧‧第一耦合間隙
GC2‧‧‧第二耦合間隙
D1‧‧‧第一接地隔離部之第一支路和第二支路之間距
D2‧‧‧第一饋入部之第一支路和第二支路之間距
D3‧‧‧第二接地隔離部之第一支路和第二支路之間距
D4‧‧‧第二饋入部之第一支路和第二支路之間距
DG‧‧‧天線間距
X、Y、Z‧‧‧座標軸
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之示意圖;第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之示意圖;第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線元件於一平面上之輻射場型圖;第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二天線元件於一平面上之輻射場型圖;第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線元件和第二天線元件之隔離度圖;第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線元件之示意圖;第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線元件之 示意圖;以及第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線元件之示意圖。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉出本發明之具體實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統100之示意圖。天線系統100可應用於一行動裝置當中,例如:一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer),以及一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1圖所示,天線系統100至少包括一第一天線元件110。第一天線元件110可以用金屬材質製成,並可設置於一介質基板上,例如:一FR4(Flame Retardant 4)基板。第一天線元件110包括一第一接地面120、一第一接地隔離部130,以及一第一饋入部140。第一接地面120具有一第一邊緣121。第一接地隔離部130可以具有一彎折結構。第一接地隔離部130之一端為一接地端131,其係耦接至第一接地面120之第一邊緣121;而第一接地隔離部130之另一端為一開路端(Open End)132。第一饋入部140亦可具有一彎折結構。第一饋入部140之一端為一饋入端141,其係耦接至一第一信號源190。第一信號源190可為一射頻(Radio Frequency)模組,並可用於激發第一天線元件110。第一饋入部140之另一端為一開路端142,其係鄰近於第一接地隔離部130之開路端132,這使得第一饋入部140和第一接地隔離部130共 同形成一第一共振路徑。當第一天線元件110係由第一信號源190所饋入時,該第一共振路徑(包括第一饋入部140和第一接地隔離部130)係激發產生一低頻頻帶,而第一饋入部140自身係激發產生一高頻頻帶。在一些實施例中,該低頻頻帶約介於2200MHz至2800MHz之間,而該高頻頻帶約介於4920MHz至5850MHz之間。
在一些實施例中,第一饋入部140之開路端142和第一接地隔離部130之開路端132之間形成一第一耦合間隙GC1,而第一耦合間隙GC1之寬度至少為0.1mm。在其他實施例中,第一耦合間隙GC1之寬度約介於0.1mm至10mm之間。第一耦合間隙GC1可用於調整第一天線元件110之操作頻寬。舉例來說,若第一耦合間隙GC1之寬度變大,則第一天線元件110之操作頻寬將可隨之變大;而若第一耦合間隙GC1之寬度變小,則第一天線元件110之操作頻寬將可隨之變小。在一些實施例中,第一饋入部140、第一接地隔離部130,以及第一接地面120之第一邊緣121大致共同包圍住一淨空區域150。在一些實施例中,第一接地隔離部130大致為一U字形。更詳細地說,第一接地隔離部130包括一第一支路133和一第二支路134。第一支路133係鄰近於第一接地隔離部130之開路端132,而第二支路134係鄰近於第一接地隔離部130之接地端131,其中第一支路133和第二支路134皆大致平行於第一接地面120之第一邊緣121。第一支路133和第二支路134兩者之間距D1應該至少為0.2mm。在一些實施例中,第一饋入部140亦大致為一U字形。更詳細地說,第一饋入部140包括一第一支路143和一第二支路144。第 一支路143係鄰近於第一饋入部140之開路端142,而第二支路144係鄰近於第一饋入部140之饋入端141,其中第一支路143和第二支路144皆大致平行於第一接地面120之第一邊緣121。第一支路143和第二支路144兩者之間距D2應該至少為0.2mm。
當第一天線元件110係由第一信號源190所饋入時,第一接地隔離部130之第一支路133和第二支路134將激發產生相反方向之表面電流,因此可以減低第一天線元件110於一第一方向之輻射。在第1圖之實施例中,該第一方向即等同於-Y軸方向。換言之,第一接地隔離部130可兼具有輻射元件和隔離元件之雙重功能,其可用於激發產生天線操作頻帶,並可同時防止設置於-Y軸方向上之其他元件受到第一天線元件110之輻射干擾。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統200之示意圖。天線系統200包括一第一天線元件110和一第二天線元件210。第一天線元件110之特徵係如第1圖之實施例所述。第二天線元件210可以用金屬材質製成,並可設置於一介質基板上。第二天線元件210包括一第二接地面220、一第二接地隔離部230,以及一第二饋入部240。第二接地面220具有一第二邊緣221。第二接地隔離部230可以具有一彎折結構。第二接地隔離部230之一端為一接地端231,其係耦接至第二接地面220之第二邊緣221;而第二接地隔離部230之另一端為一開路端232。第二饋入部240之一端為一饋入端241,其係耦接至一第二信號源290。第二信號源290可為另一射頻模組,並可用於激發第二天線元件210。在一些實施例中,第二信號源290與 第一信號源190具有相同之激發頻率。第二饋入部240之另一端為一開路端242,其係鄰近於第二接地隔離部230之開路端232,這使得第二饋入部240和第二接地隔離部230共同形成一第二共振路徑。當第二天線元件210係由第二信號源290所饋入時,該第二共振路徑(包括第二饋入部240和第二接地隔離部230)係激發產生一低頻頻帶,而第二饋入部240自身係激發產生一高頻頻帶。在一些實施例中,該低頻頻帶約介於2200MHz至2800MHz之間,而該高頻頻帶約介於4920MHz至5850MHz之間。
在一些實施例中,第二饋入部240之開路端242和第二接地隔離部230之開路端232之間形成一第二耦合間隙GC2,而第二耦合間隙GC2之寬度至少為0.1mm。在其他實施例中,第二耦合間隙GC2之寬度約介於0.1mm至10mm之間。在一些實施例中,第二饋入部240、第二接地隔離部230,以及第二接地面220之第二邊緣221大致共同包圍住一淨空區域250。在一些實施例中,第二接地隔離部230大致為一U字形。第二接地隔離部230包括一第一支路233和一第二支路234。第一支路233係鄰近於第二接地隔離部230之開路端232,而第二支路234係鄰近於第二接地隔離部230之接地端231,其中第一支路233和第二支路234皆大致平行於第二接地面220之第二邊緣221。第一支路233和第二支路234兩者之間距D3應該至少為0.2mm。在一些實施例中,第二饋入部240亦大致為一U字形。第二饋入部240包括一第一支路243和一第二支路244。第一支路243係鄰近於第二饋入部240之開路端242,而第二支路244係鄰近於第 二饋入部240之饋入端241,其中第一支路243和第二支路244皆大致平行於第二接地面220之第二邊緣221。第一支路243和第二支路244兩者之間距D4應該至少為0.2mm。
當第二天線元件210係由第二信號源290所饋入時,第二接地隔離部230之第一支路233和第二支路234將激發產生相反方向之表面電流,因此可以減低第二天線元件210於一第二方向之輻射。在第2圖之實施例中,該第二方向即等同於+Y軸方向。第二接地隔離部230可用於激發產生天線操作頻帶,並可同時防止設置於+Y軸方向上之其他元件受到第二天線元件210之輻射干擾。
簡而言之,在第2圖之實施例中,第二天線元件210大致為第一天線元件110之一左右相反鏡像,其中第二天線元件210之第二接地隔離部230係鄰近於第一天線元件110之第一接地隔離部130。第一天線元件110和第二天線元件210之間之一天線間距DG必須至少為1mm。第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線元件110於XY平面上之輻射場型圖。第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二天線元件210於XY平面上之輻射場型圖。請一併參考第2、3A、3B圖。當第一天線元件110和第二天線元件210大致操作於同一頻帶時,第一接地隔離部130可抑制第一天線元件110於該第一方向(-Y軸)之輻射場形,而第二接地隔離部230可抑制第二天線元件210於該第二方向(+Y軸)之輻射場形。由於第一天線元件110之該第一方向(-Y軸)和第二天線元件210該第二方向(+Y軸)係彼此相對,在此設計下,第一天線元件110和第二天線元件210將不易互相 干擾,從而能有效地提升天線系統200之隔離度。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線元件110和第二天線元件210之隔離度(S21)圖。根據第4圖之量測結果,在2200MHz至5800MHz之頻率範圍中,第一天線元件110和第二天線元件210之間之隔離度(S21)均可被壓抑在-20dB以下,符合一般高隔離度天線系統之應用需求。本發明之天線元件和天線系統可以有效地解決傳統多重天線因相互耦合效應所造成之干擾問題,另外,由於接地隔離部亦為天線元件之共振路徑之一部份,不會再佔據額外之設計空間,本發明可以在不增加整體尺寸之情況下提升天線系統之隔離度,其很適合應用於各種小型化之行動裝置。
在其他實施例中,天線系統並不一定要具有對稱式設計,且其內之天線元件之結構亦不僅限於以上圖式所述者。天線系統更可包括三個以上之天線元件。下列第5-7圖係用於舉例說明一些本發明之變化形態。必須理解的是,雖然它們係以第一天線元件作說明,但這些變化形態亦可以對應地套用至第二天線元件。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線元件510之示意圖。在第5圖之實施例中,第一天線元件510之一第一接地隔離部530具有一蜿蜒結構。舉例來說,第一接地隔離部530可以大致為一W字形。又例如,第一接地隔離部530可以大致為一或複數個U字形之一組合,或是大致為一或複數個V字形之一組合。以上蜿蜒結構之形狀僅為舉例,但本發明並不僅限於此。第5圖之第一天線元件510之其餘特徵皆與第 1圖之第一天線元件110相似,故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線元件610之示意圖。在第6圖之實施例中,第一天線元件610之一第一饋入部640具有一蜿蜒結構。舉例來說,第一饋入部640可以大致為一W字形。又例如,第一饋入部640可以大致為一或複數個U字形之一組合,或是大致為一或複數個V字形之一組合。以上蜿蜒結構之形狀僅為舉例,但本發明並不僅限於此。第6圖之第一天線元件610之其餘特徵皆與第1圖之第一天線元件110相似,故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線元件710之示意圖。在第7圖之實施例中,第一天線元件710之一第一饋入部740具有一蜿蜒結構。舉例來說,第一饋入部740可以大致為一W字形。又例如,第一饋入部740可以大致為一或複數個U字形之一組合,或是大致為一或複數個V字形之一組合。以上蜿蜒結構之形狀僅為舉例,但本發明並不僅限於此。另一方面,第一天線元件710之第一饋入部740和一第一接地隔離部730各自具有一末端彎折設計。亦即,第一饋入部740之一開路端742係彎折約90度並朝向第一接地面120之第一邊緣121作延伸,而第一接地隔離部730之一開路端732亦彎折約90度並朝向第一接地面120之第一邊緣121作延伸。第7圖之第一天線元件710之其餘特徵皆與第1圖之第一天線元件110相似,故此二實施例均可達成相似之操作效果。
值得注意的是,以上所述之元件參數、元件形狀, 以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之天線系統和天線元件並不僅限於第1-7圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-7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發明之天線系統和天線元件當中。
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。
本發明雖以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明的範圍,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可做些許的更動與潤飾,因此本發明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
110‧‧‧第一天線元件
120‧‧‧第一接地面
121‧‧‧第一接地面之第一邊緣
130‧‧‧第一接地隔離部
131‧‧‧第一接地隔離部之接地端
132‧‧‧第一接地隔離部之開路端
133‧‧‧第一接地隔離部之第一支路
134‧‧‧第一接地隔離部之第二支路
140‧‧‧第一饋入部
141‧‧‧第一饋入部之饋入端
142‧‧‧第一饋入部之開路端
143‧‧‧第一饋入部之第一支路
144‧‧‧第一饋入部之第二支路
150‧‧‧淨空區域
190‧‧‧第一信號源
D1‧‧‧第一接地隔離部之第一支路和第二支路之間距
D2‧‧‧第一饋入部之第一支路和第二支路之間距
GC1‧‧‧第一耦合間隙
X、Y、Z‧‧‧座標軸

Claims (20)

  1. 一種天線系統,包括:一第一天線元件,包括:一第一接地面,具有一第一邊緣;一第一接地隔離部,具有一彎折結構,其中該第一接地隔離部之一接地端係耦接至該第一邊緣;以及一第一饋入部,其中該第一饋入部之一饋入端係耦接至一第一信號源,而該第一饋入部之一開路端係鄰近於該第一接地隔離部之一開路端,使得該第一饋入部和該第一接地隔離部共同形成一第一共振路徑;其中該第一接地隔離部係用於減低該第一天線元件於一第一方向之輻射。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一饋入部之該開路端和該第一接地隔離部之該開路端之間形成一第一耦合間隙,而該第一耦合間隙之寬度至少為0.1mm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一接地隔離部大致為一U字形或一V字形。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一接地隔離部包括一第一支路和一第二支路,該第一支路係鄰近於該第一接地隔離部之該開路端,該第二支路係鄰近於該第一接地隔離部之該接地端,而該第一支路和該第二支路皆大致平行於該第一邊緣。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一接地隔離部具有一蜿蜒結構。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一饋入部大致為一U字形或一V字形。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一饋入部包括一第一支路和一第二支路,該第一支路係鄰近於該第一饋入部之該開路端,該第二支路係鄰近於該第一饋入部之該饋入端,而該第一支路和該第二支路皆大致平行於該第一邊緣。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一饋入部具有一蜿蜒結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一饋入部、該第一接地隔離部,以及該第一邊緣大致共同包圍住一淨空區域。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一饋入部之該開路端和該第一接地隔離部之該開路端皆彎折並朝向該第一邊緣作延伸。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,其中該第一共振路徑係激發產生一低頻頻帶,該第一饋入部係激發產生一高頻頻帶,該低頻頻帶約介於2200MHz至2800MHz之間,而該高頻頻帶約介於4920MHz至5850MHz之間。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統,更包括:一第二天線元件,包括:一第二接地面,具有一第二邊緣;一第二接地隔離部,具有一彎折結構,其中該第二接地隔離部之一接地端係耦接至該第二邊緣;以及 一第二饋入部,其中該第二饋入部之一饋入端係耦接至一第二信號源,而該第二饋入部之一開路端係鄰近於該第二接地隔離部之一開路端,使得該第二饋入部和該第二接地隔離部共同形成一第二共振路徑;其中該第二接地隔離部係用於減低該第二天線元件於一第二方向之輻射。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之天線系統,其中該第一天線元件和該第二天線元件之間之一天線間距係至少為1mm。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之天線系統,其中該第二天線元件大致為該第一天線元件之一鏡像,而該第二接地隔離部係鄰近於該第一接地隔離部。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之天線系統,其中該第一方向和該第二方向係彼此相對,使得該第一天線元件和該第二天線元件彼此不易互相干擾。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之天線系統,其中該第一天線元件和該第二天線元件大致具有相同操作頻帶。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之天線系統,其中該第二饋入部之該開路端和該第二接地隔離部之該開路端之間形成一第二耦合間隙,而該第二耦合間隙之寬度至少為0.1mm。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之天線系統,其中該第二接地隔離部大致為一U字形、一V字形或一蜿蜒結構。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之天線系統,其中該第二饋入部大致為一U字形、一V字形或一蜿蜒結構。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之天線系統,其中該第二饋入 部、該第二接地隔離部,以及該第二邊緣大致共同包圍住一淨空區域。
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