TWI528634B - Multi-input and output antenna device - Google Patents

Description

多輸入輸出之天線裝置

本發明係有關於一種天線裝置，特別是有關於一種具有隔離結構的多輸入輸出之天線裝置。

習用的天線裝置多為單天線結構，因此為了增加接收及發射的效率而使用雙天線結構的方式，以達到多輸入輸出(Multi Input Multi Output,MIMO)之功效，來提升天線之接收及發射的效率。

目前無線通訊行動裝置的盛行(包含智慧型手機、平板電腦以及筆記型電腦...等等)，站在第一線接收電磁波訊號的天線也就相形重要許多。為使無線通訊的使用族群達到更快速資料的傳輸速率，多輸入輸出的系統將被採用，而以天線的觀點來看，整個無線通訊行動裝置就是一個天線，因而如何在日益要求輕薄的無線通訊行動裝置中實現多輸入輸出的天線也就相形重要，對設計天線者更是與日俱增的挑戰。

但是兩天線之間會相互耦合，特別是彼此在近距離的情況下(通常為近場距離)，兩天線之間相互耦合的問題會更加嚴重，進而產生隔離度不佳的問題。

因此，便有需要提供一種兩天線彼此在近距離的情況下還有高隔離度的天線裝置，以解決前述的問題。

本發明的目的在於提供一種具有高隔離度的多輸入輸出之天線裝置。

為達成上述目的，本發明提出一種多輸入輸出之天線裝置，包括：一基板，具有一第一天線區域、一第二天線區域、一隔離區域及一接地面。該第一天線區域對稱該第二天線區域，該隔離區域位在該第一天線區域與該第二天線區域之間，該接地面形成在該基板上並圍繞該第一天線區域、該第二天線區域及該隔離區域的周圍；一第一天線，形成在該基板上之該第一天線區域；一第二天線，形成在該基板上之該第二天線區域；以及一隔離結構，形成在該基板上之該隔離區域。該隔離結構包括：一第一開槽孔，包括：一長邊，由該基板的邊緣向基板內側沿伸；一第二開槽孔，包括：一長邊，由該基板的邊緣向基板內側沿伸。

依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置，該第一開槽孔對稱該第二開槽孔。

依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一開槽孔及第二開槽孔呈現ㄩ字形，其中該第一開槽孔更包括：一短邊，平行該長邊；以及一轉折邊，連接該長邊及該短邊；以及該第二開槽孔更包括：一短邊，平行該長邊；以及一轉折邊，連接該長邊及該短邊。但隨隔離頻率之需求，長邊必須存在，轉折邊或短邊則可有可無。

依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置， 其中該第一開槽孔之長邊與該第二開槽孔之長邊靠近該隔離區域之中間，以及該第一開槽孔之短邊與該第二開槽孔之短邊靠近該隔離區域之邊緣。

依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一開槽孔之長邊與該第二開槽孔之長邊靠近該隔離區域之邊緣，以及該第一開槽孔之短邊與該第二開槽孔之短邊靠近該隔離區域之中間。

依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一天線與該第二天線為環圈天線、單極天線、槽孔天線或倒F型天線。

依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一天線到該隔離結構的距離與該第二天線到該隔離結構的距離相同。

依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該基板為一印刷電路板或一半導體製程之晶圓。

依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一開槽孔與該第二開槽孔的周圍為該接地面。

依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該接地面為單層金屬接地面。依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該接地面為多層金屬接地面，透過貫孔方式相互電性連接。

依照本發明的實施例所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一天線及該第二天線為單一頻率操作之天線。

本發明所述之多輸入輸出之天線裝置是建立於印刷電路板技術或半導體製程技術下可實現之天線設計技術，可於兩天線彼此在一近距離情況下達到高隔離度的要求，該多輸入輸出之天線裝置不受整體系統接地面大小之影響，適用整合無線通訊行動裝置之多輸入輸出天線設計，而且在無線通訊行動系統裝置中之可在不增加多輸入輸出天線彼此距離之情況下，可達到多輸入輸出天線間高隔離度的表現，增進整體無線傳輸系統之資料吞吐量。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。

圖1為本發明第一實施例之多輸入輸出之天線裝置之立體圖。圖2為本發明第一實施例之多輸入輸出之天線裝置之上視圖。

請同時參閱圖1及圖2，多輸入輸出之天線裝置100包括：一基板120、一第一天線131、一第二天線141及一隔離結構180。其中該基板120具有一第一天線區域130、一第二天線區域140、一隔離區域150及一接地面110。

該第一天線區域130對稱該第二天線區域140。該隔離區域150位在該第一天線區域130與該第二天線區域140之間。

該基板120可為一印刷電路板，且該接地面110形成在該基板120上並圍繞該第一天線區域130、該第二天線區域140及該隔離區域150的周圍。該接地面110為金屬 材質，且該接地面110為單層金屬接地面。圖1中為了能明顯表示接地面110與基板120的不同，因此將接地面110的厚度增加，表示接地面110與基板120為不同材料，實際上，該接地面110為單層金屬接地面，只有一層薄的金屬面且厚度小於基板120的厚度。

該第一天線131形成在該基板120上之該第一天線區域130。該第二天線141形成在該基板120上之該第二天線區域140。該第一天線131與該第二天線141可為環圈天線、單極天線、槽孔天線或倒F型天線。該第一天線區域130包括一第一裸露區132以及該第二天線區域140包括一第二裸露區142，該第一裸露區132及該第二裸露區142是指在基板120上方沒有任何電線或電路的區域。

該第一天線131、該第二天線141、該第一裸露區132及該第二裸露區142可利用印刷蝕刻阻劑的工法或者利用貼附蝕刻阻劑，經過曝光顯影後，再以蝕刻的方式形成。

該第一天線131與該第二天線141可因為天線的設計及電路的設計不同，因此不一定要與接地面110連接。

該隔離結構180形成在該基板120上之該隔離區域150。該隔離結構180包括一第一開槽孔160及一第二開槽孔170。該第一開槽孔160對稱該第二開槽孔170。

該第一開槽孔160呈現ㄩ字形，其三個邊分別為一長邊161、一短邊163及一轉折邊162。同樣地，該第二開槽孔170也同樣呈現ㄩ字形，其三個邊分別為一長邊171、一短邊173及一轉折邊172。

該第一開槽孔160的長邊161由該基板120的邊緣向基板120內側沿伸。該第一開槽孔160的短邊163平行該長邊161。該第一開槽孔160的轉折邊162連接該長邊161及該短邊163。

同樣地，該第二開槽孔170的長邊171由該基板120的邊緣向基板120內側沿伸。該第二開槽孔170的短邊173平行該長邊171。該第二開槽孔170的轉折邊172連接該長邊171及該短邊173。

該第一開槽孔160之長邊161與該第二開槽孔170之長邊171靠近該隔離區域150的中間，以及該第一開槽孔160之短邊163與該第二開槽孔170之短邊173靠近該隔離結構180的邊緣。

該第一開槽孔160與第二開槽孔170的周圍為接地面110，因此該第一開槽孔160與第二開槽孔170可利用印刷蝕刻阻劑的工法或者利用貼附蝕刻阻劑，經過曝光顯影後，再以蝕刻的方式形成。

當第一天線131(或第二天線141)發出一訊號時，透過隔離結構180的設計，能達到電場耦合的效果，在此情況下，第一天線131(或第二天線141)所發出的訊號，除了向外發射的訊號外，往第二天線141或(或第一天線131)的訊號能量大部分像是被鎖在隔離結構180內，使得訊號能量耦合到另一天線的能量變少，進而提高隔離度。

該第一開槽孔160與該第二開槽孔170的設計可隨著隔離頻率之需求、基板面積或電路設計，因此長邊161、 171必須存在，而轉折邊162、172或短邊163、173則可以省略。

圖3為本發明第二實施例之多輸入輸出之天線裝置之上視圖。第二實施例的多輸入輸出之天線裝置200大體上類似於第一實施例的多輸入輸出之天線裝置100，類似的元件標示類似的標號。第二實施例的多輸入輸出之天線裝置200與第一實施例的多輸入輸出之天線裝置100不同的地方在於第一開槽孔與第二開槽孔的設計。

如圖3所示，第一天線區域130對稱該第二天線區域140。該隔離區域250位在該第一天線區域130與該第二天線區域140之間。該隔離結構280包括一第一開槽孔260及一第二開槽孔270。該第一開槽孔260呈現ㄩ字形，其三個邊分別為一長邊263、一短邊261及一轉折邊262。同樣地，該第二開槽孔270也同樣呈現ㄩ字形，其三個邊分別為一長邊273、一短邊271及一轉折邊272。

該第一開槽孔260的長邊261由該基板的邊緣向基板內側沿伸。該第一開槽孔260的短邊261平行該長邊261。該第一開槽孔260的轉折邊262連接該長邊261及該短邊261。

在該隔離區域250中的第一開槽孔260之長邊263與第二開槽孔270之長邊273靠近該隔離區域250之邊緣，以及第一開槽孔260之短邊261與第二開槽孔270之短邊271靠近該隔離區域250之中間。

圖4為本發明第三施例之多輸入輸出之天線裝置立體 圖。第三實施例的多輸入輸出之天線裝置300大體上類似於第一實施例的多輸入輸出之天線裝置100，類似的元件標示類似的標號。第三實施例的多輸入輸出之天線裝置300與第一實施例的多輸入輸出之天線裝置100不同的地方在於基板與接地面的設計。

如圖4所示，該接地面310為多層金屬接地面，可分為一第一接地面311及一第二接地面312，該第一接地面311形成在該基板320的表面上，該第二接地面312形成在該基板320的中間夾層處。該第一接地面311與該第二接地面312可透過貫孔390的方式相互電氣連接。第三實施例的優點在於，多層金屬接地面的設計可使電路的設計上有較多的變化，以及減少雜訊的產生。

圖5為本發明第一實施例之多輸入輸出之天線裝置之上視圖，圖5與圖2是顯示相同物件，但圖5主要是隔離結構180到第一天線131及第二天線141間的距離及隔離結構180的尺寸。

圖5中元件尺寸為：S1=S2=5mm；d1=d4=8.5mm；d2=d5=2.5mm；d3=d6=7.2mm；w1=w4=0.5mm；w2=w5=1.3mm；w3=4mm； 第一天線131與第二天線141為採用半波長的環圈天線。

圖6為本發明第一實施例之隔離度表現圖。圖6是用以表示當多輸入輸出之天線裝置為圖5所示的尺寸時，在不同的頻率可得到的不同的隔離度。

請同時參閱圖1、圖5及圖6。本發明的實驗方式是在不同頻率(為圖6中的橫軸)時，第一天線131發出以一固定功率Po的電磁波訊號，並測量第二天線141收到該第一 天線的電磁波訊號而得到接受功率Pi，並以的公

式計算(dB為圖6中的縱軸，表示隔離度)。

圖6中的實線表示沒有隔離結構的多輸入輸出之天線裝置的表現曲線。虛線為本發明的多輸入輸出之天線裝置的表現曲線。從圖中可知，在2.4GHz~2.48 GHz的頻段中有一凹陷的曲線趨勢，因此可得知，本發明的多輸入輸出之天線裝置在特定的頻帶中達到改善隔離度的效果。

綜上可知，本發明所述之多輸入輸出之天線裝置具有下列之特點：

1.本發明的多輸入輸出之天線裝置是建立於印刷電路板技術或半導體製程技術下可實現之天線設計技術，可於兩天線彼此在一近距離情況下達到高隔離度的要求，該多輸入輸出之天線裝置不受整體系統接地面大小之影響，適用整合無線通訊行動裝置之多輸入輸出天線設計。

2.本發明的多輸入輸出之天線裝置應用在無線通訊行動系統裝置之中(例如筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機……等等)，可在不增加多輸入輸出天線彼此距離之情況下，達到多輸入輸出天線間高隔離度的表現，增進整體無線傳輸系統之資料吞吐量。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

100、200、300‧‧‧多輸入輸出之天線裝置

110、310‧‧‧接地面

120、320‧‧‧基板

130‧‧‧第一天線區域

131‧‧‧第一天線

132‧‧‧第一裸露區

140‧‧‧第二天線區域

141‧‧‧第二天線

142‧‧‧第二裸露區

150、250‧‧‧隔離區域

160、260‧‧‧第一開槽孔

161、171、263、273‧‧‧長邊

162、172、262、272‧‧‧轉折邊

163、173、261、271‧‧‧短邊

170、270‧‧‧第二開槽孔

180、280‧‧‧隔離結構

311‧‧‧第一接地面

312‧‧‧第二接地面

390‧‧‧貫孔

S1、S2‧‧‧元件尺寸

d1、d2、d3、d4、d5、d6‧‧‧元件尺寸

w1、w2、w3、w4、w5‧‧‧元件尺寸

圖1為本發明第一實施例之多輸入輸出之天線裝置之立體圖。

圖2及圖5為本發明第一實施例之多輸入輸出之天線裝置之上視圖。

圖3為本發明第二實施例之多輸入輸出之天線裝置之上視圖。

圖4為本發明第三施例之多輸入輸出之天線裝置立體圖。

圖6為本發明第一實施例之隔離度表現圖。

100‧‧‧多輸入輸出之天線裝置

110‧‧‧接地面

130‧‧‧第一天線區域

131‧‧‧第一天線

132‧‧‧第一裸露區

140‧‧‧第二天線區域

141‧‧‧第二天線

142‧‧‧第二裸露區

150‧‧‧隔離區域

160‧‧‧第一開槽孔

161、171‧‧‧長邊

162、172‧‧‧轉折邊

163、173‧‧‧短邊

170‧‧‧第二開槽孔

180‧‧‧隔離結構

Claims (10)

1. 一種多輸入輸出之天線裝置，包括：一基板，具有一第一天線區域、一第二天線區域、一隔離區域及一接地面，該第一天線區域對稱該第二天線區域，該隔離區域位在該第一天線區域與該第二天線區域之間，該接地面形成在該基板上並圍繞該第一天線區域、該第二天線區域及該隔離區域的周圍，其中該接地面為多層金屬接地面，透過貫孔方式相互電性連接；一第一天線，形成在該基板上之該第一天線區域；一第二天線，形成在該基板上之該第二天線區域；以及一隔離結構，形成在該基板上之該隔離區域，該隔離結構包括：一第一開槽孔，包括：一長邊，由該基板的邊緣向基板內側沿伸；以及一第二開槽孔，包括：一長邊，由該基板的邊緣向基板內側沿伸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一開槽孔對稱該第二開槽孔。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一開槽孔及第二開槽孔呈現ㄩ字形，其中該第一開槽孔更包括： 一短邊，平行該長邊；以及一轉折邊，連接該長邊及該短邊；以及該第二開槽孔更包括：一短邊，平行該長邊；以及一轉折邊，連接該長邊及該短邊。
4. 如申請專利範圍第3項所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一開槽孔之長邊與該第二開槽孔之長邊靠近該隔離區域之中間，以及該第一開槽孔之短邊與該第二開槽孔之短邊靠近該隔離區域之邊緣。
5. 如申請專利範圍第3項所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一開槽孔之長邊與該第二開槽孔之長邊靠近該隔離區域之邊緣，以及該第一開槽孔之短邊與該第二開槽孔之短邊靠近該隔離區域之中間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一天線與該第二天線為環圈天線、單極天線、槽孔天線或倒F型天線。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一天線到該隔離結構的距離與該第二天線到該隔離結構的距離相同。
8. 如申請專利範圍第1項所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該基板為一印刷電路板或一半導體製程之晶圓。
9. 如申請專利範圍第1項所述之多輸入輸出之天線裝置，其中該第一開槽孔與該第二開槽孔的周圍為該接地面。
10. 如申請專利範圍第1項所述之多輸入輸出之天線裝置， 其中該第一天線及該第二天線為單一頻率操作之天線。