TW201639240A - 天線系統 - Google Patents

Abstract

一種天線系統，包括一第一偶極天線元件和一第二偶極天線元件。該第一偶極天線元件包括一第一饋入輻射部和一第一接地輻射部，其中該第一饋入輻射部具有一突出部份，該第一接地輻射部具有一開口槽孔，而該突出部份係延伸進入該開口槽孔之內。該第二偶極天線元件包括一第二饋入輻射部和一第二接地輻射部。該第一偶極天線元件和該第二偶極天線元件皆由一信號源所激發。該第一偶極天線元件係操作於一低頻頻帶，而該第二偶極天線元件係操作於一高頻頻帶。

Description

天線系統

本發明係關於一種天線系統，特別係關於一種高增益(High Gain)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系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

天線為無線通訊領域中不可缺少之元件。倘若用於接收或發射信號之天線其增益(Gain)不足，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出高增益之天線元件，對天線設計者而言是一項重要課題。

本發明提供一種天線系統，包括：一第一偶極天 線元件，包括一第一饋入輻射部和一第一接地輻射部，其中該第一饋入輻射部具有一突出部份，該第一接地輻射部具有一開口槽孔，而該突出部份係延伸進入該開口槽孔之內；以及一第二偶極天線元件，包括一第二饋入輻射部和一第二接地輻射部；其中該第一偶極天線元件和該第二偶極天線元件皆由一信號源所激發，該第一偶極天線元件係操作於一低頻頻帶，而該第二偶極天線元件係操作於一高頻頻帶。

在一些實施例中，該第一饋入輻射部、該第一接地輻射部、該第二饋入輻射部，以及該第二接地輻射部分別大致為一矩形。

在一些實施例中，該突出部份大致為一較窄直條形，而該開口槽孔大致為一較寬直條形。

在一些實施例中，該開口槽孔之長度係小於該低頻頻帶之一中心操作頻率之八分之一波長。

在一些實施例中，該突出部份和該開口槽孔之邊緣之間隙係小於1mm。

在一些實施例中，該突出部份和該開口槽孔係用於防止該高頻頻帶之電流干擾該第一偶極天線元件。

在一些實施例中，該第一饋入輻射部之一第一饋入點和該第二饋入輻射部之一第二饋入點皆耦接至該信號源之正極，而該第一接地輻射部之一第一接地點和該第二接地輻射部之一第二接地點皆耦接至該信號源之負極。

在一些實施例中，該第一饋入點係鄰近於該突出部份，而該第一接地點係鄰近於該開口槽孔。

在一些實施例中，該天線系統更包括：一第一蜿 蜒連接線；以及一第一串接輻射部，經由該第一蜿蜒連接線耦接至該第一饋入輻射部。

在一些實施例中，該突出部份係位於該第一饋入 輻射部之一第一邊緣，該第一蜿蜒連接線係耦接至該第一饋入輻射部之一第二邊緣，而該第一邊緣係相對於該第二邊緣。

在一些實施例中，該第一蜿蜒連接線大致為一或 複數W字形之一組合。

在一些實施例中，該第一串接輻射部大致為一矩 形。

在一些實施例中，該第一蜿蜒連接線之長度約等 於該低頻頻帶之一中心操作頻率之二分之一波長。

在一些實施例中，該第一串接輻射部之長度約等 於該低頻頻帶之一中心操作頻率之二分之一波長。

在一些實施例中，該天線系統更包括：一同軸電 纜線，包括一中心導線和一導體外殼，其中該信號源之該正極係經由該中心導線耦接至該第一饋入點和該第二饋入點，而該信號源之該負極係經由該導體外殼耦接至該第一接地點和該第二接地點。

在一些實施例中，該天線系統更包括：一迴流抑 制元件，耦接至該導體外殼，其中該迴流抑制元件係用於吸引該導體外殼之電流，以防止該同軸電纜線產生輻射。

在一些實施例中，該迴流抑制元件大致為一L字 形。

在一些實施例中，該迴流抑制元件之長度約等於 該低頻頻帶之一中心操作頻率之四分之一波長。

在一些實施例中，該迴流抑制元件和該第一偶極 天線元件之間隙約介於2mm至3mm之間。

在一些實施例中，該天線系統更包括：一第二蜿 蜒連接線；一第二串接輻射部，經由該第二蜿蜒連接線耦接至該第二饋入輻射部；一第三蜿蜒連接線；以及一第三串接輻射部，經由該第三蜿蜒連接線耦接至該第二接地輻射部。

100、200、300、400‧‧‧天線系統

110‧‧‧第一偶極天線元件

111‧‧‧第一饋入點

112‧‧‧第一接地點

120‧‧‧第一饋入輻射部

121‧‧‧第一饋入輻射部之第一邊緣

122‧‧‧第一饋入輻射部之第一邊緣

125‧‧‧第一饋入輻射部之突出部份

130‧‧‧第一接地輻射部

135‧‧‧第一接地輻射部之開口槽孔

140‧‧‧第二偶極天線元件

141‧‧‧第二饋入點

142‧‧‧第二接地點

150‧‧‧第二饋入輻射部

160‧‧‧第二接地輻射部

190‧‧‧信號源

271‧‧‧第一蜿蜒連接線

272‧‧‧第一串接輻射部

273‧‧‧第四蜿蜒連接線

274‧‧‧第四串接輻射部

350‧‧‧同軸電纜線

351‧‧‧同軸電纜線之中心導線

352‧‧‧同軸電纜線之導體外殼

360‧‧‧迴流抑制元件

471‧‧‧第二蜿蜒連接線

472‧‧‧第二串接輻射部

473‧‧‧第三蜿蜒連接線

474‧‧‧第三串接輻射部

L1‧‧‧開口槽孔之長度

G1‧‧‧開口槽孔之邊緣和突出部份之間隙

G2‧‧‧迴流抑制元件和第一偶極天線元件之間隙

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3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之示意圖；以及第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之示意圖。

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可用金屬材料製成，並可設置於 一介質基板上，例如：一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一FR4(Flame Retardant 4)板。如第1圖所示，天線系統100至少包括一第一偶極天線元件110和一第二偶極天線元件140。第一偶極天線元件110和第二偶極天線元件140皆由同一信號源190所激發，其中信號源190可以是一射頻(Radio Frequency，RF)模組。第一偶極天線元件110係操作於一低頻頻帶，而第二偶極天線元件140係操作於一高頻頻帶。舉例而言，前述低頻頻帶可約介於2400MHz至2500MHz之間，而前述高頻頻帶可約介於5150MHz至5850MHz之間，使得天線系統100可支援Wi-Fi和Bluetooth之雙頻操作。

第一偶極天線元件110包括一第一饋入輻射部120 和一第一接地輻射部130。第二偶極天線元件140包括一第二饋入輻射部150和一第二接地輻射部160。第一饋入輻射部120和第一接地輻射部130可以分別大致為一較長矩形。第二饋入輻射部150和第二接地輻射部160可以分別大致為一較短矩形(例如：前述較長矩形之長度約為前述較短矩形之長度之二倍)。 第一饋入輻射部120之一第一饋入點111和第二饋入輻射部150之一第二饋入點141皆耦接至信號源190之正極。第一接地輻射部130之一第一接地點112和第二接地輻射部160之一第二接地點142皆耦接至信號源190之負極。第一饋入輻射部120具有一突出部份125。突出部份125之寬度係較第一饋入輻射部120之其餘部份之寬度更窄。第一接地輻射部130具有一開口槽孔135。 第一饋入點111係鄰近於突出部份125，而第一接地點112係鄰近於開口槽孔135。突出部份125可以大致為一較窄直條形，而 開口槽孔135可以大致為一較寬直條形，其中突出部份125係延伸進入開口槽孔135之內。在元件尺寸方面，第一饋入輻射部120之長度和第一接地輻射部130之長度約等於前述低頻頻帶之一中心操作頻率之四分之一波長(λ/4)，第二饋入輻射部150之長度和第二接地輻射部160之長度約等於前述高頻頻帶之一中心操作頻率之四分之一波長(λ/4)，開口槽孔135之長度L1係小於前述低頻頻帶之中心操作頻率之八分之一波長(λ/8)，而突出部份125和開口槽孔135之邊緣之間隙G1係小於1mm(例如：較佳之間隙G1之長度為0.5mm)。

在本發明中，突出部份125和開口槽孔135係用於 防止高頻頻帶之電流干擾第一偶極天線元件110。詳細而言，突出部份125和開口槽孔135可以共同形成一等效電容器，其具有相對適中之一電容值。對於低頻頻帶而言，此等效電容器係視為一開路(Open Circuit)，是以其不致影響第一偶極天線元件110之電流分佈；對於高頻頻帶而言，此等效電容器係視為一短路(Short Circuit)，是以高頻電流可由第二饋入輻射部150流往第一饋入輻射部120後，再經由突出部份125和開口槽孔135之短路路徑迴流至第二接地輻射部160。本發明之設計可避免傳統高增益天線常面臨高頻、低頻輻射部互相干擾之問題，其亦無須採用外加分頻器(具介入損耗)之架構，因此，本發明至少具有改善天線輻射性能、減少介入損耗(Insertion Loss)，以及節省成本等優勢，其非常適合應用於各種寬頻天線結構當中。

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。第2圖和第1圖相似，兩者之差異在於，第2圖之天線系統200更包括一第一蜿蜒連接線271和一第一串接輻射部272，其中第一串接輻射部272係經由第一蜿蜒連接線271耦接至第一饋入輻射部120。詳細而言，突出部份125係位於第一饋入輻射部120之一第一邊緣121，第一蜿蜒連接線271係耦接至第一饋入輻射部120之一第二邊緣122，其中第一邊緣121係相對於第二邊緣122。第一蜿蜒連接線271可以大致為一或複數個W字形之一組合。第一串接輻射部272可以大致為一矩形。 第一蜿蜒連接線271之長度(此指其拉直後之總長度)可約等於前述低頻頻帶之中心操作頻率之二分之一波長(λ/2)。第一串接輻射部272之長度可約等於前述低頻頻帶之中心操作頻率之二分之一波長(λ/2)。在此設計下，可視為天線系統200包括由第一偶極天線元件110、第一蜿蜒連接線271，以及第一串接輻射部272所形成之一天線陣列，其中第一偶極天線元件110可作為主要輻射體，第一蜿蜒連接線271可產生負相位輻射，而第一串接輻射部272可產生正相位輻射。由於第一蜿蜒連接線271具有密集且曲折之電流路徑，第一蜿蜒連接線271之各鄰近區段上之表面電流係呈現相反方向，因此，就遠處觀之，前述之負相位輻射將會被幾乎完全抵消。另一方面，第一串接輻射部272之正向位輻射則可與第一偶極天線元件110之輻射產生建設性干涉，從而可提高天線陣列之整體增益。在其他實施例中，此天線陣列亦可包括更多條蜿蜒連接線和更多個串接輻射部，而不僅限於第2圖所示者。第2圖之天線系統200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。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系 統300之示意圖。第3圖和第1圖相似，兩者之差異在於，第3圖之天線系統300更包括一同軸電纜線(Coaxial Cable)350和一迴流抑制元件360。同軸電纜線350包括一中心導線351和一導體外殼352，其中信號源190之正極係經由中心導線351耦接至第一饋入點111和第二饋入點141，而信號源190之負極係經由導體外殼352耦接至第一接地點112和第二接地點142。迴流抑制元件360係耦接至導體外殼352。迴流抑制元件360可以大致為一L字形。迴流抑制元件360之長度可約等於低頻頻帶之中心操作頻率之四分之一波長(λ/4)。迴流抑制元件360和第一偶極天線元件110之間隙G2可約介於2mm至3mm之間。迴流抑制元件360係用於吸引導體外殼352之電流，以防止同軸電纜線350產生輻射。在此設計下，同軸電纜線350之迴流電流將聚集於迴流抑制元件360上並形成共振駐波(Standing Wave)，因此，迴流抑制元件360可以有效地避免同軸電纜線350對於第一偶極天線元件110造成輻射干擾。第3圖之天線系統300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。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系 統400之示意圖。第4圖和第1、2、3圖相似，其間之差異在於，第4圖之天線系統400更包括一第二蜿蜒連接線471、一第二串接輻射部472、一第三蜿蜒連接線473、一第三串接輻射部474、一第四蜿蜒連接線273，以及一第四串接輻射部274。第二串接 輻射部472係經由第二蜿蜒連接線471耦接至第二饋入輻射部150。第三串接輻射部474係經由第三蜿蜒連接線473耦接至第二接地輻射部160。第二蜿蜒連接線471之長度和第三蜿蜒連接線473之長度(此指其拉直後之總長度)皆可約等於前述高頻頻帶之中心操作頻率之二分之一波長(λ/2)。第二串接輻射部472之長度和第三串接輻射部474之長度可約等於前述高頻頻帶之中心操作頻率之二分之一波長(λ/2)。第四串接輻射部274係經由第四蜿蜒連接線273耦接至第一串接輻射部272。第四蜿蜒連接線273之長度(此指其拉直後之總長度)可約等於前述低頻頻帶之中心操作頻率之二分之一波長(λ/2)。第四串接輻射部274之長度可約等於前述低頻頻帶之中心操作頻率之二分之一波長(λ/2)。這些外加之蜿蜒連接線、串接輻射部皆可進一步提升天線系統400之天線增益。第4圖之天線系統400之其餘特徵皆與第1、2、3圖之天線系統100、200、300類似，故這些實施例均可達成相似之操作效果。

總括言之，本發明提供一種天線系統，其可具有 高增益、低介入損耗、少頻帶間干擾，以及低同軸電纜線輻射等特性。本發明結構簡單，其容易施作於各式通訊裝置當中，可享有大量化生產之商業價值。

值得注意的是，以上所述之元件尺寸、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。另外，本發明之天線系統並不僅限於第1-4圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-4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‧‧‧第一偶極天線元件

111‧‧‧第一饋入點

112‧‧‧第一接地點

120‧‧‧第一饋入輻射部

125‧‧‧第一饋入輻射部之突出部份

130‧‧‧第一接地輻射部

135‧‧‧第一接地輻射部之開口槽孔

140‧‧‧第二偶極天線元件

141‧‧‧第二饋入點

142‧‧‧第二接地點

150‧‧‧第二饋入輻射部

160‧‧‧第二接地輻射部

190‧‧‧信號源

L1‧‧‧開口槽孔之長度

G1‧‧‧開口槽孔之邊緣和突出部份之間隙

Claims (20)

1. 一種天線系統，包括：一第一偶極天線元件，包括一第一饋入輻射部和一第一接地輻射部，其中該第一饋入輻射部具有一突出部份，該第一接地輻射部具有一開口槽孔，而該突出部份係延伸進入該開口槽孔之內；以及一第二偶極天線元件，包括一第二饋入輻射部和一第二接地輻射部；其中該第一偶極天線元件和該第二偶極天線元件皆由一信號源所激發，該第一偶極天線元件係操作於一低頻頻帶，而該第二偶極天線元件係操作於一高頻頻帶。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該第一饋入輻射部、該第一接地輻射部、該第二饋入輻射部，以及該第二接地輻射部分別大致為一矩形。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該突出部份大致為一較窄直條形，而該開口槽孔大致為一較寬直條形。
4. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該開口槽孔之長度係小於該低頻頻帶之一中心操作頻率之八分之一波長。
5. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該突出部份和該開口槽孔之邊緣之間隙係小於1mm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該突出部份和該開口槽孔係用於防止該高頻頻帶之電流干擾該第一偶極天線元件。
7. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該第一饋入輻射部之一第一饋入點和該第二饋入輻射部之一第二饋入點皆耦接至該信號源之正極，而該第一接地輻射部之一第一接地點和該第二接地輻射部之一第二接地點皆耦接至該信號源之負極。
8. 如申請專利範圍第7項所述之天線系統，其中該第一饋入點係鄰近於該突出部份，而該第一接地點係鄰近於該開口槽孔。
9. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，更包括：一第一蜿蜒連接線；以及一第一串接輻射部，經由該第一蜿蜒連接線耦接至該第一饋入輻射部。
10. 如申請專利範圍第9項所述之天線系統，其中該突出部份係位於該第一饋入輻射部之一第一邊緣，該第一蜿蜒連接線係耦接至該第一饋入輻射部之一第二邊緣，而該第一邊緣係相對於該第二邊緣。
11. 如申請專利範圍第9項所述之天線系統，其中該第一蜿蜒連接線大致為一或複數W字形之一組合。
12. 如申請專利範圍第9項所述之天線系統，其中該第一串接輻射部大致為一矩形。
13. 如申請專利範圍第9項所述之天線系統，其中該第一蜿蜒連接線之長度約等於該低頻頻帶之一中心操作頻率之二分之一波長。
14. 如申請專利範圍第9項所述之天線系統，其中該第一串接輻 射部之長度約等於該低頻頻帶之一中心操作頻率之二分之一波長。
15. 如申請專利範圍第7項所述之天線系統，更包括：一同軸電纜線，包括一中心導線和一導體外殼，其中該信號源之該正極係經由該中心導線耦接至該第一饋入點和該第二饋入點，而該信號源之該負極係經由該導體外殼耦接至該第一接地點和該第二接地點。
16. 如申請專利範圍第15項所述之天線系統，更包括：一迴流抑制元件，耦接至該導體外殼，其中該迴流抑制元件係用於吸引該導體外殼之電流，以防止該同軸電纜線產生輻射。
17. 如申請專利範圍第16項所述之天線系統，其中該迴流抑制元件大致為一L字形。
18. 如申請專利範圍第16項所述之天線系統，其中該迴流抑制元件之長度約等於該低頻頻帶之一中心操作頻率之四分之一波長。
19. 如申請專利範圍第16項所述之天線系統，其中該迴流抑制元件和該第一偶極天線元件之間隙約介於2mm至3mm之間。
20. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，更包括：一第二蜿蜒連接線；一第二串接輻射部，經由該第二蜿蜒連接線耦接至該第二饋入輻射部；一第三蜿蜒連接線；以及 一第三串接輻射部，經由該第三蜿蜒連接線耦接至該第二接地輻射部。