TWI760197B - 天線模組 - Google Patents

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Abstract

一種天線模組,包括一第一輻射體、一接地面及一第二輻射體。第一輻射體包括一第一區段及一第二區段,其中第一區段包括一第一端與一第二端,第一端為一饋入端,第二端連接於第二區段,第一區段包括沿著一第一方向來回彎折的多個第一部分,第二區段包括沿著一第二方向來回彎折的多個第二部分第一方向與第二方向之間的一夾角介於60度至120度之間。接地面配置於第一輻射體的第一區段旁。第二輻射體具有一端連接於第一輻射體的饋入端,以及另一端垂直地連接至接地面。

Description

天線模組
本發明是有關於一種天線模組,且特別是有關於一種天線模組。
由於現有LoRa(Long Range)天線需涵蓋歐洲443MHz和大陸433.05MHz~434.79MHz及470MHz~510MHz頻帶。早期以耦合型式來設計,其天線所佔用的體積及淨空區都會比較大,才能達到寬頻特性。但受到小型裝置的空間限制,此類天線不易設計。
本發明提供一種天線模組,可透過特殊設計可有較小尺寸且具有寬頻特性。
本發明的一種天線模組,包括一第一輻射體、一接地面及一第二輻射體。第一輻射體包括一第一區段及一第二區段,其中第一區段包括一第一端與一第二端,第一端為一饋入端,第二端連接於第二區段,第一區段包括沿著一第一方向來回彎折的多個第一部分,第二區段包括沿著一第二方向來回彎折的多個第二部分第一方向與第二方向之間的一夾角介於60度至120度之間。接地面配置於第一輻射體的第一區段旁。第二輻射體具有一端連接於第一輻射體的饋入端,以及另一端垂直地連接至接地面。
在本發明的一實施例中,上述的這些第一部分之間具有多個第一耦合間隙,且這些第二部分之間具有多個第二耦合間隙。
在本發明的一實施例中,上述的第一輻射體的第一區段與第二輻射體之間具有一第三耦合間隙,這些第二部分的至少一者與最靠近的第一部分之間具有一第四耦合間隙,第四耦合間隙大於各第一耦合間隙、各第二耦合間隙及第三耦合間隙。
在本發明的一實施例中,上述的第一區段的長度為第二區段的長度的1/2倍。
在本發明的一實施例中,上述的第二輻射體的長度為第一區段的長度的1/2倍。
在本發明的一實施例中,上述的第一區段的寬度小於第二區段的寬度。
在本發明的一實施例中,上述的天線模組激發出一頻段,第一輻射體的長度為頻段的1/4倍波長。
在本發明的一實施例中,上述的第二輻射體包括依序連接的一第一段、一第二段及一第三段,第二輻射體的該端位於第一段,第一段透過該端連接於饋入端,第二段為一貼片(patch),第二輻射體的該另一端位於第三段且遠離第二段,第三段透過該另一端垂直地連接至接地面。
在本發明的一實施例中,上述的第三段往靠近第一段與遠離第一段的方向來回彎折。
在本發明的一實施例中,上述的第一輻射體、第二輻射體及接地面位於同平面。
基於上述,本發明的天線模組的第一輻射體包括一第一區段及一第二區段,第一區段的第一端為饋入端,第一區段的第二端連接於第二區段。第一區段包括沿著第一方向來回彎折的多個第一部分,第二區段包括沿著第二方向來回彎折的多個第二部分第一方向與第二方向之間的一夾角介於60度至120度之間。接地面配置於第一輻射體的第一區段旁。第二輻射體的一端連接於第一輻射體的饋入端,以及另一端垂直地連接至接地面。本發明的天線模組藉由上述設計而可達到寬頻的效果,且可具有較小的尺寸,可應用於小尺寸的裝置。
圖1是依照本發明的一實施例的一種天線模組的示意圖。請參閱圖1,本實施例的天線模組100包括一第一輻射體110、一接地面130及一第二輻射體120。在本實施例中,第一輻射體110、第二輻射體120及接地面130位於同平面。
第一輻射體110包括一第一區段111(位置A1~A8)及一第二區段116(位置A8~A15)。第一區段111包括沿著第一方向D1來回彎折的多個第一部分115(位置A1A2、A3A4、A5A6、A7A8),這些第一部分115之間具有多個第一耦合間隙C1、C2、C3。第一耦合間隙C1、C2、C3介於0.5公厘(mm)至1.5公厘(mm)之間,例如是1公厘(mm)。
第一區段111包括一第一端112(位置A1)與一第二端113(位置A8),第一端112為一饋入端114,第二端113連接於第二區段116。
第一方向D1與第二方向D2之間的一夾角θ介於60度至120度之間,例如是90度,而使得第一區段111及第二區段116呈L型。藉由上述的角度範圍,可達到增加頻寬的效果。
第二區段116包括沿著第二方向D2來回彎折的多個第二部分117(位置A8A9、A10A11、A12A13、A14A15)。
第二區段116的這些第二部分117之間具有多個第二耦合間隙C4、C5、C6。第二耦合間隙C4、C5、C6介於0.5公厘(mm)至1.5公厘(mm)之間,例如是1公厘(mm)。
另外,第一輻射體110的第一區段111(在位置A1A2處)與第二輻射體120(在位置B2B3處)之間具有一第三耦合間隙C7。第三耦合間隙C7介於0.5公厘(mm)至1.5公厘(mm)之間,例如是1公厘(mm)。第三耦合間隙C7用以維持位置A1、A2的路徑與位置B2、B3的路徑之間一定距離,以提升天線的阻抗匹配。
此外,在本實施例中,這些第二部分117的至少一者與最靠近的第一部分115之間具有一第四耦合間隙C8,具體地說,位置A11、A12與位置A5、A6之間具有第四耦合間隙C8。在本實施例中,第四耦合間隙C8大於各第一耦合間隙C1~C3、各第二耦合間隙C2~C6及第三耦合間隙C7。第四耦合間隙C8介於1.5公厘(mm)至2.5公厘(mm)之間,例如是2公厘(mm)。第四耦合間隙C8用以維持位置A11、A12的路徑與位置A5、A6的路徑之間一定距離,以提升天線效率及頻寬。
在本實施例中,天線模組100激發出一頻段,例如是LoRa天線的433MHz~510MHz頻段。第一輻射體110的長度為此頻段的1/4倍波長。此外,第一輻射體110的第一區段111的長度為第二區段116的長度的1/2倍。也就是說,第一輻射體110的第一區段111的長度為頻段的1/12倍波長,第一輻射體110的第二區段116的長度為頻段的1/6倍波長。
另外,第一輻射體110的第一區段111的寬度小於第二區段116的寬度。在本實施例中,遠離於饋入端114的第二區段116具有較大的寬度可使得天線具有較佳的特性。
如圖1所示,接地面130(位置G1~G3)配置於第一輻射體110的第一區段111旁。在本實施例中,接地面130的左邊界不超出第一輻射體110的第一區段111在位置A5處的左邊界,而與第二區段116保持一定的距離,以避免影響天線特性。
此外,接地面130的左邊界會介於位置A4、A5之間,而不會太靠近饋入端114(位置A1),以使接地面130具有足夠的面積。另外,接地面130透過接地銅箔14搭接到系統接地面130。。此外,同軸傳輸線30的正端連接至饋入端114(位置A1),同軸傳輸線30的負端連接至接地端G1。
再者,第二輻射體120的一端(位置B1)連接於第一輻射體110的饋入端114,且另一端(位置B6)垂直地連接至接地面130。具體地說,第二輻射體120包括依序連接的一第一段122、一第二段124及一第三段126。第二輻射體120的此端(位置B1)位於第一段122,第一段122透過此端(位置B1)連接於饋入端114,且沿著第一方向D1延伸。第二段124為一貼片(patch)。若搭配圖2可見,第二輻射體120的第二段124會與NFC Tag天線13相當靠近,第二輻射體120的第二段124具有較大的面積可使得天線模組100避免被NFC Tag天線13干擾,且能具有較佳的天線特性及阻抗匹配。
第三段126位於第二段124及接地面130之間,且往靠近第一段122與遠離第一段122的方向(第二方向D2)來回彎折。這樣的設計可使得第三段126在靠近第一段122的部位較少,而可具有較佳的阻抗匹配。
第二輻射體120的另一端(位置B6)位於第三段126且遠離該第二段124,第三段126透過該另一端(位置B6)垂直地連接至接地面130。相較於習知的PIFA天線是以平行接地面130的邊界的方式下地,本實施例中,第二輻射體120的第三段126是以垂直接地面130的邊界的方式下地,這樣垂直下地的設計可縮小天線輻射下地路徑,節省空間,而讓出更多空間來給天線圖騰,以使天線圖騰的設計更具自由度與彈性。此外,位置B1、B2、B5、B6所組成的路徑可圍成一F形的接地結構,使位置B1切齊位置G1,讓位置A1的左側有更多可運用的輻射空間。此外,在本實施例中,第二輻射體120的長度為第一區段111的長度的1/2倍,以具有較佳的阻抗匹配。
本實施例的天線模組100藉由上述設計而可達到寬頻的效果,且可不受周圍元件的影響,可應用於小尺寸的裝置。
圖2是圖1的天線模組設置於電子裝置內的示意圖。圖3是圖2的另一視角的示意圖。要說明是,圖2是從YZ平面往X方向看去的視角,圖3是從XZ平面往Y方向看去的視角。
請參閱圖2與圖3,在本實施例中,電子裝置10例如是小型遠端儲存裝置,整機長度約為214公厘,寬度約為136公厘,高度約為68公厘。天線模組100的長度L1約為60公厘,寬度L2約為20公厘,而具有小的尺寸。
天線模組100周圍有多個具有金屬的結構,例如,天線模組100離電源板11的距離L3、L4約10公厘,天線模組100離磁鐵12的距離L5約10公厘,天線模組100離NFC Tag天線13的距離L6約10公厘。天線模組100離切換板16的距離L7(圖3)約10公厘。
如圖3所示,天線模組100貼附至塑膠殼體15的內側壁,且連接於接地銅箔14。接地銅箔14沿著塑膠殼體15及觸控面板22(例如是電子紙的面板)的背蓋配置,且越過切換板16。散熱導體21(例如是散熱用銅箔)配置在觸控面板22的背面以供觸控面板22散熱。接地銅箔14、導電泡棉20與硬碟19、金屬中框18及主機板17連接於彼此而共同作為完整的系統接地面,以使天線模組100具有大的系統接地面。
圖4是圖1的天線模組的頻率-VSWR的關係圖。請參閱圖4,在本實施例中,天線模組100在頻率為433MHz~510MHz處的電壓駐波比(VSWR)可在8以下,而具有良好的表現。
圖5是圖1的天線模組的頻率-天線效率的關係圖。請參閱圖5,在本實施例中,天線模組100在頻率為433MHz~510MHz處的天線效率為-4.4 dBi~-5.3dBi,而具有良好的表現。
綜上所述,本發明的天線模組的第一輻射體包括一第一區段及一第二區段,第一區段的第一端為饋入端,第一區段的第二端連接於第二區段。第一區段包括沿著第一方向來回彎折的多個第一部分,第二區段包括沿著第二方向來回彎折的多個第二部分第一方向與第二方向之間的一夾角介於60度至120度之間。接地面配置於第一輻射體的第一區段旁。第二輻射體的一端連接於第一輻射體的饋入端,以及另一端垂直地連接至接地面。本發明的天線模組藉由上述設計而可達到寬頻的效果,且可具有較小的尺寸,可應用於小尺寸的裝置。
θ:夾角 A1~A15、B1~B6、G1~G3:位置 C1~C3:第一耦合間隙 C4~C6:第二耦合間隙 C7:第三耦合間隙 C8:第四耦合間隙 D1:第一方向 D2:第二方向 L1:長度 L2:寬度 L3~L7:距離 X、Y、Z:座標 10:電子裝置 11:電源板 12:磁鐵 13:NFC Tag天線 14:接地銅箔 15:塑膠殼體 16:切換板 17:主機板 18:金屬中框 19:硬碟 20:導電泡棉 21:散熱導體 22:觸控面板 30:同軸傳輸線 100:天線模組 110:第一輻射體 111:第一區段 112:第一端 113:第二端 114:饋入端 115:第一部分 116:第二區段 117:第二部分 120:第二輻射體 122:第一段 124:第二段 126:第三段 130:接地面
圖1是依照本發明的一實施例的一種天線模組的示意圖。 圖2是圖1的天線模組設置於電子裝置內的示意圖。 圖3是圖2的另一視角的示意圖。 圖4是圖1的天線模組的頻率-VSWR的關係圖。 圖5是圖1的天線模組的頻率-天線效率的關係圖。
θ:夾角
A1~A15、B1~B6、G1~G3:位置
C1~C3:第一耦合間隙
C4~C6:第二耦合間隙
C7:第三耦合間隙
C8:第四耦合間隙
D1:第一方向
D2:第二方向
14:接地銅箔
30:同軸傳輸線
100:天線模組
110:第一輻射體
111:第一區段
112:第一端
113:第二端
114:饋入端
115:第一部分
116:第二區段
117:第二部分
120:第二輻射體
122:第一段
124:第二段
126:第三段
130:接地面

Claims (10)

  1. 一種天線模組,包括:一第一輻射體,包括一第一區段及一第二區段,其中該第一區段包括一第一端與一第二端,該第一端為一饋入端,該第二端連接於該第二區段,該第一區段包括沿著一第一方向來回彎折的多個第一部分,該第二區段包括沿著一第二方向來回彎折的多個第二部分,該第一方向與該第二方向之間的一夾角介於60度至120度之間;一接地面,配置於該第一輻射體的該第一區段旁;以及一第二輻射體,具有一端連接於該第一輻射體的該饋入端,以及另一端垂直地連接至該接地面,整段該第二區段均沿著該第二方向來回彎折。
  2. 如請求項1所述的天線模組,其中該些第一部分之間具有多個第一耦合間隙,且該些第二部分之間具有多個第二耦合間隙。
  3. 如請求項2所述的天線模組,其中該第一輻射體的該第一區段與該第二輻射體之間具有一第三耦合間隙,該些第二部分的至少一者與最靠近的該第一部分之間具有一第四耦合間隙,該第四耦合間隙大於各該第一耦合間隙、各該第二耦合間隙及該第三耦合間隙。
  4. 如請求項1所述的天線模組,其中該第一區段的長度為該第二區段的長度的1/2倍。
  5. 如請求項1所述的天線模組,其中該第二輻射體的長度為該第一區段的長度的1/2倍。
  6. 如請求項1所述的天線模組,其中該第一區段的寬度小於該第二區段的寬度。
  7. 如請求項1所述的天線模組,其中該天線模組激發出一頻段,該第一輻射體的長度為該頻段的1/4倍波長。
  8. 如請求項1所述的天線模組,其中該第二輻射體包括依序連接的一第一段、一第二段及一第三段,該第二輻射體的該端位於該第一段,該第一段透過該端連接於該饋入端,該第二段為一貼片(patch),該第二輻射體的該另一端位於該第三段且遠離該第二段,該第三段透過該另一端垂直地連接至該接地面。
  9. 如請求項8所述的天線模組,其中該第三段往靠近該第一段與遠離該第一段的方向來回彎折。
  10. 如請求項1所述的天線模組,其中該第一輻射體、該第二輻射體及該接地面位於同平面。
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