TW201526382A - 提升天線隔離度之射頻裝置及無線通訊裝置 - Google Patents
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Abstract
一種射頻裝置,用於一無線通訊裝置,該射頻裝置包含有一天線設置區、一接地元件、一第一天線以及一第二天線。該第一天線包含有一饋入板;一第一輻射體,耦接於該饋入板,並電性連接於該接地元件;以及一金屬支臂,電性連接於該接地元件;其中,該第一天線與該第二天線共用該接地元件,該饋入板位於該金屬支臂與該第一輻射體之間,該金屬支臂用來導引該第二天線所產生的一反射訊號至該金屬支臂上,以提升該第一天線與該第二天線之隔離度。
Description
本發明係指一種射頻裝置及無線通訊裝置,尤指一種可提升隔離度,以在有限空間內放置多個天線,並維持天線效能及頻寬的射頻裝置及無線通訊裝置。
具有無線通訊功能的電子產品,如筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant)、無線基地台、行動電話、智慧電表(Smart Meter)、USB無線網路卡(USB dongle)等,係透過天線來發射或接收無線電波,以傳遞或交換無線電訊號,進而存取無線網路。因此,為了讓使用者能更方便地存取無線通訊網路,理想天線的頻寬應在許可範圍內儘可能地增加,而尺寸則應儘量減小,以配合電子產品體積縮小之趨勢。除此之外,隨著無線通訊技術不斷演進,電子產品所配置的天線數量可能增加。舉例來說,在USB無線網路卡的設計中,為了讓相關電子產品的使用者可同時使用相同頻帶之不同無線通訊系統(如Bluetooth及WiFi)執行不同的應用,或提升無線通訊系統之頻譜效率及傳輸速率以改善通訊品質,USB無線網路卡需利用多重(或多組)天線同步收發無線訊號,將空間分成許多通道,進而提供多個天線場型。由於使用多組天線,天線間相互干擾的問題也就成為設計時需考量的重點之一。
在無線通訊產品的設計中,多組天線通常被分別擺放在無線通訊產品的對角線上或是最長邊上相距最遠的位置,以儘量降低多組天線之間的干擾,而達到最佳的互補天線特性。然而,當無線通訊產品的整體尺寸或其
中可設置天線的區域較小時,需同時考量多組天線的佈局,避免天線之間相互干擾,因此增加許多設計難度。
此外,隨著無線通訊系統的技術進步,寬頻天線已然成為通訊系統的首要需求之一。常見的寬頻天線,如平面倒F天線,其雖可達到收發多頻無線訊號的目的,然而,此類天線的輻射體長度太長,無法安裝於小型化的無線通訊系統中,且低頻頻寬不足(大約110MHz),無法滿足寬頻帶通訊系統需求。
因此,如何在有限空間內設計多組符合傳輸需求的天線,同時兼顧各個天線頻寬、效率及隔離度,也就成為業界所努力的目標之一。
本發明主要提供一種可提升天線隔離度的射頻裝置及無線通訊裝置,以在有限空間內放置多個天線,並維持天線頻寬及效能。
本發明揭露一種射頻裝置,用於一無線通訊裝置,該射頻裝置包含有一天線設置區;一接地元件,用來提供接地;一第一天線,設置於該天線設置區內,用來收發一第一無線訊號;以及一第二天線,設置於該天線設置區內,用來收發一第二無線訊號。該第一天線包含有一饋入板具有一饋入部;一第一輻射體,耦接於該饋入板,並電性連接於該接地元件,用來發射該第一無線訊號;一第一訊號饋入元件,電性連接於該饋入部,用來將該第一無線訊號經該饋入板傳送至該第一輻射體,以透過該第一輻射體發射該第一無線訊號;以及一金屬支臂,電性連接於該接地元件;其中,該接地元件位於該第一天線及該第二天線之間,該第一天線與該第二天線共用該接地元件,該饋入板位於該金屬支臂與該第一輻射體之間,該金屬支臂用來導引該第二無線訊號之一反射訊號至該金屬支臂上,以提升該第一天線與該第二天線之隔離度。
本發明另揭露一種無線通訊裝置,包含有一系統接地件,用來提供接地;一射頻訊號處理模組,用來處理複數個無線訊號;以及一射頻裝置。
該射頻裝置包含有一天線設置區,其中央設置該射頻訊號處理模組;一接地元件,電性連接該系統接地件;一第一天線,設置於該天線設置區內,用來收發該複數個無線訊號之一第一無線訊號;以及一第二天線,設置於該天線設置區內,用來收發該複數個無線訊號之一第二無線訊號。該第一天線包含有一饋入板具有一饋入部;一第一輻射體,耦接於該饋入板,並電性連接於該接地元件,用來發射該第一無線訊號;一第一訊號饋入元件,電性連接於該饋入部,用來將該第一無線訊號經該饋入板傳送至該第一輻射體,以透過該第一輻射體發射該第一無線訊號;以及一金屬支臂,電性連接於該接地元件;其中,該接地元件位於該第一天線及該第二天線之間,該第一天線與該第二天線共用該接地元件,該饋入板位於該金屬支臂與該第一輻射體之間,該金屬支臂用來導引該第二無線訊號之一反射訊號至該金屬支臂上,以提升該第一天線與該第二天線之隔離度。
10‧‧‧無線通訊裝置
102‧‧‧射頻訊號處理模組
100、20、60‧‧‧射頻裝置
200、210、220、600、610‧‧‧天線
230、630‧‧‧接地元件
250、650‧‧‧天線設置區
202、602‧‧‧金屬支臂
204、212、214、222、224、604、612、614‧‧‧輻射體
206、606‧‧‧饋入板
207、607‧‧‧饋入部
216、226、616‧‧‧短路元件
208、218、228、608、618‧‧‧訊號饋入元件
D1、D2、D3‧‧‧方向
h1‧‧‧耦合間距
h2‧‧‧距離
第1圖為本發明實施例一無線通訊裝置之示意圖。
第2圖為本發明實施例一射頻裝置之示意圖。
第3A圖為第2圖射頻裝置之低頻電流分佈示意圖。
第3B圖為第2圖射頻裝置之高頻電流分佈示意圖。
第4A圖至第4C圖為第2圖射頻裝置之電壓駐波比示意圖。
第5A圖至第5B圖為第2圖射頻裝置之天線隔離度示意圖。
第6圖為本發明實施例一射頻裝置之示意圖。
第7A圖至第7B圖為第6圖射頻裝置之電壓駐波比示意圖。
第8圖為第6圖射頻裝置之天線隔離度示意圖。
請參考第1圖,第1圖為本發明實施例一無線通訊裝置10之示意圖。無線通訊裝置10可以是任何具無線通訊功能之電子產品,如手機、電腦
系統、無線存取點設備、無線基地台、USB無線網路卡(USB dongle)等,其簡略地係由一射頻裝置100及一射頻訊號處理模組102所組成。射頻裝置100提供無線通訊裝置10之一無線通訊功能,更精確來說,射頻訊號處理模組102可支援多個相同頻帶之無線訊號同時收發,而射頻裝置100可確保此操作下的隔離度。所謂「多個相同頻帶之無線訊號同時收發」可以是支援多輸入多輸出通訊技術之一無線通訊系統同步收發無線訊號,或是採用相同頻帶之不同無線通訊系統(如Bluetooth及Wi-Fi)同時收發無線訊號。
請參考第2圖,第2圖為本發明實施例一射頻裝置20之示意圖。射頻裝置20可應用於第1圖中的射頻裝置100中,包含有一第一天線200、一第二天線210、一第三天線220、一接地元件230以及一天線設置區250。第一天線200、第二天線210及第三天線220設置於天線設置區250內,用來同時收發多個相同頻帶之無線訊號。舉例來說,第一天線200可用來收發Bluetooth通訊系統的訊號,第二天線210及第三天線220可用來收發WiFi通訊系統的訊號。第一天線200包含有一金屬支臂202、一第一輻射體204、一饋入板206及一訊號饋入元件208。饋入板206具有一饋入部207。訊號饋入元件208電性連接於饋入部207,用來將無線訊號經饋入板206傳送至第一輻射體204;第一輻射體204設置於饋入板206的一側,電性連接於接地元件230,並耦接於饋入板206,即其可透過耦合方式與饋入板206產生訊號連結,以接收由饋入板206饋入之無線訊號,進而發射無線訊號。相對於第一輻射體204,饋入板206的另一側則設置有金屬支臂202,金屬支臂202與饋入部207之一距離h2大致上小於等於5mm,其亦電性連接於接地元件230。第一輻射體204及金屬支臂202之長度大致上為一操作頻率的四分之一波長,但兩者不需等長。於第2圖之實施例中,金屬支臂202大致平行於第一輻射體204,但不限於此。在其他實施例中,金屬支臂202可不平行於第一輻射體204。金屬支臂202與第一輻射體204之間的最短距離需大於一定值,例如應用於Bluetooth或Wi-Fi的系統中,金屬支臂202與第一輻射體204之間
的最短距離大致上需大於等於15mm,當然,在不同頻率的系統中,金屬支臂202與第一輻射體204之間的最短距離可作適當的調整。在此情況下,金屬支臂202可將第二天線210及第三天線220所產生的無線訊號之一反射訊號導引至金屬支臂202上,以提升天線200、210、220之間的隔離度,進而達成良好的天線效率。
詳細來說,第二天線210及第三天線220與第一天線200設置於同一基板上,共用接地元件230,以連接無線通訊裝置10之一系統接地件。射頻訊號處理模組102設置於天線設置區250之中央,第一天線200大致上設置於天線設置區250之一端,第二天線210及第三天線220大致上設置於第一輻射體204及金屬支臂202之延伸方向D1上天線設置區250之另一端。第二天線210包含有一第二輻射體212、一第三輻射體214、一短路元件216及一訊號饋入元件218,而第三天線220包含有一第四輻射體222、一第五輻射體224、一短路元件226及一訊號饋入元件228。如第2圖所示,第二天線210及第三天線220之天線型式類似於平面倒F型天線加上了下地點(短路元件216、226),但不限於此,其他型式的天線亦具有類似的效果。第二輻射體212及第四輻射體222用來激發較低頻的模態,而第三輻射體214及第五輻射體224用來激發較高頻的模態。其中,第一天線200、第二天線210及第三天線220同時運作時的電流分佈如第3A圖及第3B圖所示,第3A圖顯示低頻電流分佈,而第3B圖顯示高頻電流分佈。由於第二天線210與第三天線220係相對而設,因此無線訊號於第二天線210及第三天線220上(如短路元件216、226上)所產生之電流方向D2、D3相反,故第二天線210與第三天線220之間有良好的天線隔離度。此外,金屬支臂202可將第二天線210及第三天線220所產生的反射訊號導引至金屬支臂202上而不干擾第一天線200,以提升第一天線200與第二天線210及第三天線220之間的隔離度。另外,金屬支臂202亦可導引第一天線200中的共振電流大部分流至第一輻射體204中,因此可確保第一天線200具有良好的效能。
進一步地,第4A圖為第一天線200之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)示意圖,第4B圖為第二天線210之電壓駐波比示意圖,第4C圖為第三天線220之電壓駐波比示意圖,第5A圖為第一天線200與第二天線210之天線隔離度示意圖,而第5B圖為第一天線200與第三天線220之天線隔離度示意圖。如第4A圖至第5B圖所示,第一天線200、第二天線210及第三天線220具有良好的頻寬,且天線之間的隔離度皆可達到-25dB左右。
需注意的是,本發明於利用金屬支臂202導引第一天線200中的共振電流大部分流至第一輻射體204中,並使其他天線的反射電流流至金屬支臂202上而不干擾第一輻射體204,以確保天線具有良好的頻寬、效率及隔離度,本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾,而不限於此。舉例來說,第一天線200所產生之無線訊號係以耦合方式由饋入板206饋入至第一輻射體204,其耦合間距h1可作適當的調整,但不限於此。第一天線200亦可作適當的修飾,使無線訊號以其他的饋入方式饋入第一輻射體204。此外,金屬支臂202、第一輻射體204、饋入板206、第二輻射體212、第三輻射體214、第四輻射體222、第五輻射體224等皆可視不同設計需求在X、Y、Z軸方向延伸或變化,而不限於第1圖中的形狀。短路元件216、226用以連接輻射體212、222與接地元件230,用以調整天線阻抗匹配,因此短路元件216、226的形式可視天線整體的匹配和頻寬作適度調整,其形狀並無限制。再者,用來設置射頻裝置20之基板可以是一印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB),亦可以是其他材料的基板。
請參考第6圖,第6圖為本發明另一實施例一射頻裝置60之示意圖。射頻裝置60與射頻裝置20類似,不同的是射頻裝置60係用於二個天線的應用上,因此在天線設置區650中僅設置第一天線600及第二天線610。第一天線600與第一天線200相似,主要的差異在於金屬支臂602之形狀及寬度。由於金屬支臂602與第一輻射體604之間的最短距離大於一定值時,
即可達到本發明之功效,故金屬支臂602之形狀及寬度可依需求調整,不影響金屬支臂602的功用。也就是說,金屬支臂602同樣地可導引第一天線600中的共振電流大部分流至第一輻射體604中,並使其他天線(即第二天線610)的反射電流流至金屬支臂602上而不干擾第一輻射體604,以確保天線具有良好的頻寬、效率及隔離度。第7A圖為第一天線600之電壓駐波比示意圖,第7B圖為第二天線610之電壓駐波比示意圖,第8圖為第一天線600與第二天線610之天線隔離度示意圖。如第7A圖至第8圖所示,第一天線600及第二天線610具有良好的頻寬,且天線之間的隔離度亦可達到-25dB左右
此外,第一天線600之第一輻射體604用以激發較低頻的模態,饋入板606亦可視應用不同而作為一高頻輻射體,用以激發較高頻的模態。短路元件616連接第二天線610之第二輻射體612、一第三輻射體614與接地元件630,用以調整天線阻抗匹配,因此短路元件616的形式可視天線整體的匹配和頻寬作適度調整,其形狀並無限制。除上述之外,射頻裝置20的相關修飾及變化皆可應用於射頻裝置60,而未有所限。
另外,如業界所熟知,天線的輻射頻率、頻寬、效率等係與天線形狀、材質等相關,因此,設計者當可適當調整天線200、210、220、600及610中各元件於X、Y、Z軸方向的大小、寬度、間距等,以符合系統所需。其它如材質、製作方式、各元件的形狀、位置等皆可因應不同需求而做適當之變化,不限於此。
綜上所述,本發明係藉由增加金屬支臂以導引天線的傳遞訊號及反射訊號,以在有限空間下提升多個天線間的隔離度,藉此增加天線效率,以確保無線傳輸的正常運作。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20‧‧‧射頻裝置
200、210、220‧‧‧天線
230‧‧‧接地元件
250‧‧‧天線設置區
202‧‧‧金屬支臂
204、212、214、222、224‧‧‧輻射體
206‧‧‧饋入板
207‧‧‧饋入部
216、226‧‧‧短路元件
208、218、228‧‧‧訊號饋入元件
D1‧‧‧方向
h1‧‧‧耦合間距
Claims (18)
- 一種射頻裝置,用於一無線通訊裝置,該射頻裝置包含有:一天線設置區;一接地元件,用來提供接地;一第一天線,設置於該天線設置區內,用來收發一第一無線訊號,包含有:一饋入板,具有一饋入部;一第一輻射體,耦接於該饋入板,並電性連接於該接地元件,用來發射該第一無線訊號;一第一訊號饋入元件,電性連接於該饋入部,用來將該第一無線訊號經該饋入板傳送至該第一輻射體,以透過該第一輻射體發射該第一無線訊號;以及一金屬支臂,電性連接於該接地元件;以及一第二天線,設置於該天線設置區內,用來收發一第二無線訊號;其中,該接地元件位於該第一天線及該第二天線之間,該第一天線與該第二天線共用該接地元件,該饋入板位於該金屬支臂與該第一輻射體之間,該金屬支臂用來導引該第二無線訊號之一反射訊號至該金屬支臂上,以提升該第一天線與該第二天線之隔離度。
- 如請求項1所述之射頻裝置,其中該第一無線訊號係以耦合方式由該饋入板饋入至該第一輻射體。
- 如請求項1所述之射頻裝置,其中該第二天線包含有:一第二輻射體;一第三輻射體,電性連接於該接地元件;一第二訊號饋入元件,電性連接於該第二輻射體,用來將該第二無線訊號傳送至該第二輻射體,以透過該第二輻射體發射該第二無線訊號; 以及一第一短路元件,電性連接於該第二輻射體與該接地元件之間。
- 如請求項1所述之射頻裝置,其中該射頻裝置另包含有一第三天線,設置於該天線設置區內,用來收發一第三無線訊號,該第三天線包含有:一第四輻射體;一第五輻射體,電性連接於該接地元件;一第三訊號饋入元件,電性連接於該第四輻射體,用來將該第三無線訊號傳送至該第四輻射體,以透過該第四輻射體發射該第三無線訊號;以及一第二短路元件,電性連接於該第四輻射體與該接地元件之間。
- 如請求項4所述之射頻裝置,其中該第二無線訊號於該第一短路元件上產生之電流方向與該第三無線訊號於該第二短路元件上產生之電流方向相反。
- 如請求項1所述之射頻裝置,其中該無線通訊裝置之一射頻訊號處理模組係設置於該天線設置區上,該第一天線與該第二天線之間。
- 如請求項1所述之射頻裝置,其中該金屬支臂大致平行於該第一輻射體。
- 如請求項1所述之射頻裝置,其中該金屬支臂與該饋入部之一距離大致上小於等於5mm。
- 如請求項1所述之射頻裝置,其中該金屬支臂與該第一輻射體之一最短距離大致上大於等於15mm。
- 一種無線通訊裝置,包含有:一系統接地件,用來提供接地;一射頻訊號處理模組,用來處理複數個無線訊號;以及一射頻裝置,包含有:一天線設置區,其中央設置該射頻訊號處理模組;一接地元件,電性連接該系統接地件; 一第一天線,設置於該天線設置區內,用來收發該複數個無線訊號之一第一無線訊號,包含有:一饋入板,具有一饋入部;一第一輻射體,耦接於該饋入板,並電性連接於該接地元件,用來發射該第一無線訊號;一第一訊號饋入元件,電性連接於該饋入部,用來將該第一無線訊號經該饋入板傳送至該第一輻射體,以透過該第一輻射體發射該第一無線訊號;以及一金屬支臂,電性連接於該接地元件;以及一第二天線,設置於該天線設置區內,用來收發該複數個無線訊號之一第二無線訊號;其中,該接地元件位於該第一天線及該第二天線之間,該第一天線與該第二天線共用該接地元件,該饋入板位於該金屬支臂與該第一輻射體之間,該金屬支臂用來導引該第二無線訊號之一反射訊號至該金屬支臂上,以提升該第一天線與該第二天線之隔離度。
- 如請求項10所述之無線通訊裝置,其中該第一無線訊號係以耦合方式由該饋入板饋入至該第一輻射體。
- 如請求項10所述之無線通訊裝置,其中該第二天線包含有:一第二輻射體;一第三輻射體,電性連接於該接地元件;一第二訊號饋入元件,電性連接於該第二輻射體,用來將該第二無線訊號傳送至該第二輻射體,以透過該第二輻射體發射該第二無線訊號;以及一第一短路元件,電性連接於該第二輻射體與該接地元件之間。
- 如請求項10所述之無線通訊裝置,其中該射頻裝置另包含有一第三天線,設置於該天線設置區內,用來收發一第三無線訊號,該第三天線包含有: 一第四輻射體;一第五輻射體,電性連接於該接地元件;一第三訊號饋入元件,電性連接於該第四輻射體,用來將該第三無線訊號傳送至該第四輻射體,以透過該第四輻射體發射該第三無線訊號;以及一第二短路元件,電性連接於該第四輻射體與該接地元件之間。
- 如請求項13所述之無線通訊裝置,其中該第二無線訊號於該第一短路元件上產生之電流方向與該第三無線訊號於該第二短路元件上產生之電流方向相反。
- 如請求項10所述之無線通訊裝置,其中該射頻訊號處理模組係設置於該天線設置區上,該第一天線與該第二天線之間。
- 如請求項10所述之無線通訊裝置,其中該金屬支臂大致平行於該第一輻射體。
- 如請求項10所述之無線通訊裝置,其中該金屬支臂與該饋入部之一距離大致上小於等於5mm。
- 如請求項10所述之無線通訊裝置,其中該金屬支臂與該第一輻射體之一最短距離大致上大於等於15mm。
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