TWM584024U - 天線裝置 - Google Patents

Abstract

本案提供一種天線裝置，包含介質基板、接地面、槽孔金屬部、第一、第二單極天線及第一、第二耦合金屬支路。接地面位於介質基板的一側邊。槽孔金屬部係於介質基板之第二表面形成有第一槽孔天線及第二槽孔天線。第一單極天線及第二單極天線位於介質基板的第一表面，並個別與第一槽孔天線及第二槽孔天線間隔交錯，以分別耦合激發第一槽孔天線或第二槽孔天線。第一耦合金屬支路位於介質基板的第一表面且鄰近第一單極天線及第二單極天線。第二耦合金屬支路位於介質基板的第一表面且位於第一單極天線及第二單極天線之間，並鄰近第一耦合金屬支路。

Description

天線裝置

本案係有關一種去耦合天線裝置。

隨著無線通訊產品逐漸走向輕、薄、小、多功能合一的發展趨勢，天線設計空間會不斷縮小，且無線通訊產品為了追求更快速的傳輸速度，天線數量也會愈多，所以在空間小及天線數量增加的情況下，除了要保持天線高輻射效率之特性外，在多天線間的隔離度就是一個非常難以解決的問題。

以雙天線結構為例，為了解決雙天線之間的隔離度問題，除了加大雙天線之間的距離之外，一般都會在雙天線之間加入解耦合元件，但是解耦合元件通常只能解決單一頻帶的耦合，並且容易消耗原本的天線輻射效能，因此，在需要雙頻操作的情況下，解耦合元件無法針對各頻段獨立調整，並同時滿足雙頻雙天線的隔離度需求。

本案提供一種天線裝置，包含介質基板、接地面、槽孔金屬部、第一單極天線、第二單極天線、第一耦合金屬支路及第二耦合金屬支路。介質基板包含相對之一第一表面及一第二表面。接地面位於介質基板的一側邊。槽孔金屬部位於介質基板之第二表面且連接接地面，且槽孔金屬部係分別向二相對外側延伸而形成一第一槽孔天線及一第二槽孔天線。第一單極天線位於介質基板的第一表面，並與第一槽孔天線間隔交錯，以耦合激發第一槽孔天線。第二單極天線位於介質基板的第一表面，並與第二槽孔天線間隔交錯，以耦合激發第二槽孔天線。第一耦合金屬支路位於介質基板的第一表面且鄰近第一單極天線及第二單極天線，且第一耦合金屬支路係分別與第一單極天線及該第二單極天線相隔一第一耦合間距。第二耦合金屬支路位於介質基板的第一表面且位於第一單極天線及第二單極天線之間，第二耦合金屬支路一端連接接地面，另一端則鄰近第一耦合金屬支路並相隔一第二耦合間距。

綜上所述，本案之天線裝置藉由第一耦合金屬支路搭配第二耦合金屬支路的結構設計，可有效解決天線裝置在低頻和高頻各頻段的隔離度，並保持小天線尺寸以及良好的輻射特性。

圖1係為根據本案一實施例之天線裝置的結構示意圖，請參閱圖1所示，一天線裝置10包含介質基板12、接地面14、槽孔金屬部16、第一單極天線22、第二單極天線24、第一耦合金屬支路26及第二耦合金屬支路28。圖2為根據本案一實施例之天線結構的俯視圖，圖3為根據本案一實施例之天線結構的底視圖，請合併參閱圖1、圖2及圖3所示，介質基板12包含相對之一第一表面121及一第二表面122，在介質基板12的第二表面122上設置槽孔金屬部16；在介質基板12的第一表面121上則設置第一單極天線22、第二單極天線24、第一耦合金屬支路26及第二耦合金屬支路28。

接地面14係位於介質基板12的一側邊。在一實施例中，接地面14可為獨立之一金屬板，或是貼附於一電子裝置之金屬平面，例如，接地面14可為電子裝置的金屬機殼接地部或是電子裝置的塑膠機殼內部的金屬部，但不限於此。其中，接地面14的尺寸僅為示意，接地面14的尺寸可隨著天線裝置10之應用而有所不同。

在此天線裝置10中，介質基板12係具有四個側邊，包含二相對之短邊123、125以及二相對之長邊124、126，接地面14係位於介質基板12之長邊124的邊緣。在介質基板12第二表面122上的槽孔金屬部16係用以形成第一槽孔天線18及第二槽孔天線20。詳言之，槽孔金屬部16中央部位係電性連接至接地面14，且槽孔金屬部16係分別向二相對外側的介質基板12之短邊123、125方向延伸，使槽孔金屬部16向外延伸之二端分別與接地面14各形成一開口端，進而在介質基板12左半部形成第一槽孔天線18及在介質基板12右半部形成第二槽孔天線20，且第一槽孔天線18之開口端係朝向遠離的第二槽孔天線20的方向延伸（朝向短邊123的方向延伸），第二槽孔天線20之開口端係朝向遠離的第一槽孔天線18的方向延伸（朝短邊125的方向延伸）。

第一單極天線22及第二單極天線24分別位於介質基板12的第一表面121的左半部及右半部。第一單極天線22與第一槽孔天線18間隔交錯，亦即雖然第一單極天線22與第一槽孔天線18為上、下對應關係且中間隔著介質基板12，但第一單極天線22與第一槽孔天線18之相對位置係為互相交錯者，以藉由第一單極天線22耦合激發第一槽孔天線18。第二單極天線24與第二槽孔天線20間隔交錯，亦即雖然第二單極天線24與第二槽孔天線20為上、下對應關係且中間隔著介質基板12，但第二單極天線24與第二槽孔天線20之相對位置係為互相交錯者，以耦合激發第二槽孔天線20。因此，天線裝置10藉由第一槽孔天線18及第二槽孔天線20個別受到第一單極天線22及第二單極天線24的耦合激發而各別於低頻操作頻帶產生一共振模態，並且天線裝置10分別利用第一單極天線22及第二單極天線24個別於高頻操作頻帶產生一共振模態，以形成兩組分別具有低頻和高頻操作頻帶的天線。在一實施例中，前述之低頻操作頻帶及高頻操作頻帶可分別為涵蓋2.4 GHz以及5 GHz操作頻帶。

第一耦合金屬支路26係為寄生偶極金屬支路，其係位於介質基板12的第一表面121且靠近長邊126邊緣，第一耦合金屬支路26二側係鄰近第一單極天線22及第二單極天線24，使第一耦合金屬支路26係與第一單極天線22相隔一第一耦合間距d1，且與第二單極天線24亦相隔第一耦合間距d1。

第二耦合金屬支路28係位於介質基板12的第一表面121且位於第一單極天線22及第二單極天線24之間，第二耦合金屬支路28之一端從介質基板12之長邊124邊緣連接至接地面14，另一端則鄰近第一耦合金屬支路26並相隔一第二耦合間距d2。在一實施例中，第二耦合金屬支路28係為一T型耦合金屬支路，包含一第一金屬段281以及垂直連接第一金屬段281的一第二金屬段282，第一金屬段281鄰近第一耦合金屬支路26並與其互相平行，且第一金屬段281與第一耦合金屬支路26相隔第二耦合間距d2，第二金屬段282則電性連接至接地面14。

在一實施例中，第一單極天線22更包含一第一金屬支路221及一第一饋入部222。請同時參閱圖4所示，第一金屬支路221之一端係電性連接第一饋入部222，且部分的第一金屬支路221係與第一槽孔天線18間隔交錯並延伸至鄰近第一耦合金屬支路26，且第一金屬支路221延伸之部分係與第一耦合金屬支路26之左側部分係互相平行並間隔第一耦合間距d1，第一饋入部222一端連接第一金屬支路221，另一端則電性連接至接地面14，以藉由第一饋入部222接收或發射射頻訊號。在一實施例中，第二單極天線24更包含一第二金屬支路241及一第二饋入部242。第二金屬支路241之一端係電性連接第二饋入部242，且部分的第二金屬支路241係與第二槽孔天線20間隔交錯並延伸至鄰近第一耦合金屬支路26，且第二金屬支路241延伸之部分係與第一耦合金屬支路26之右側部分係互相平行並間隔第一耦合間距d1，第二饋入部242一端連接第二金屬支路241，另一端則電性連接至接地面14，以接收或發射射頻訊號。

在一實施例中，第一耦合間距d1係為0.2～2毫米（mm），第二耦合間距d2為0.1～1.5毫米（mm）。

在一實施例中，若以天線裝置10中的第二耦合金屬支路28為中心軸，則位於介質基板12左半側的第一槽孔天線18與第一單極天線22及位於介質基板12右半側的第二槽孔天線20與第二單極天線24係為互相對稱之天線結構設計。

並且，為了便於第一饋入部222及第二饋入部242固接於天線裝置10，更可在介質基板12的第一表面121設有第一接地連接部30及一第二接地連接部32，第一接地連接部30用以電性連接第一饋入部222及接地面14；第二接地連接部32則用以電性連接第二饋入部242及接地面14。此外，為利於第二耦合金屬支路28的第二金屬段282固接於接地面14，亦可在介質基板12的第一表面121設有一第三接地連接部34，以輕易電性連接第二耦合金屬支路28的第二金屬段282與接地面14。

在一實施例中，槽孔金屬部16、第一單極天線22（第一金屬支路221）、第二單極天線24（第二金屬支路241）、第一耦合金屬支路26、第二耦合金屬支路28、第一接地連接部30、第二接地連接部32及第三接地連接部34可以是導電性材料製成，例如銀、銅、鋁、鐵或是其合金等，但不限於此。

在天線裝置10接收或發射射頻訊號時，第一饋入部222及第二饋入部242能單獨運作或是能同時運作。當第一饋入部222與第二饋入部242分別饋入一低頻之射頻訊號時，第一金屬支路221與第二金屬支路241分別耦合激發第一槽孔天線18與第二槽孔天線20並使得第一槽孔天線18與第二槽孔天線20分別於低頻頻段產生一共振模態，同時會產生一第一低頻耦合能量至相鄰訊號源，而為使第一饋入部222及第二饋入部242達到良好的隔離度，藉由第一耦合金屬支路26之作用，使第一耦合金屬支路26可藉由第一金屬支路221或第二金屬支路241耦合激發，並能於低頻另外產生一個共振模態，同理，也會產生一第二低頻耦合能量至相鄰訊號源，使第一低頻耦合能量和第二低頻耦合能量相互抵消，因此透過調整第一、第二槽孔天線18、20以及第一耦合金屬支路26的細部尺寸，將能使第一低頻耦合能量和第二低頻耦合能量這兩股耦合能量相互抵消而達到良好的隔離度，故此第一耦合金屬支路26乃為一類中性線結構。而本天線裝置10之高頻頻段為依靠第一單極天線22與第二單極天線24分別共振於高頻所貢獻，當第一饋入部222與第二饋入部242分別饋入一高頻之射頻訊號時，第一耦合金屬支路26可藉由第一金屬支路221或第二金屬支路241耦合激發，於高頻時也會產生一第一高頻耦合能量干擾相鄰訊號源，但是，由於第一單極天線22及第二單極天線24本身耦合至相鄰訊號源的能量小，故不足以與第一耦合金屬支路26所產生的第一高頻耦合能量相互抵消，而使隔離度下降，因此第一耦合金屬支路26操作於高頻時，對於本天線裝置10有負面影響，然而，本案進一步藉由第二耦合金屬支路28的加入可以破壞第一耦合金屬支路26於高頻之共振模態，意即該高頻模態之耦合能量將隨之減小，從而改善第一單極天線22與第二單極天線24所產生之高頻共振模態的隔離度。

為證明本案提出之天線裝置確實在低頻頻段及高頻頻段分別具有良好的隔離效果，請同時參閱圖5、圖6及圖7所示，圖5為根據本案一實施例之天線裝置之實際尺寸的示意圖，天線裝置10之介質基板12上設置的雙天線結構（包含第一槽孔天線18、第二槽孔天線20、第一單極天線22、第二單極天線24、第一耦合金屬支路26及第二耦合金屬支路28），其實際總長度為40 mm，寬度僅為5mm，實為一小尺寸的雙天線結構設計，以此天線裝置10於射頻訊號傳輸時，進行S參數的模擬。在低頻操作頻帶（2.4 G）時，其S參數模擬結果如圖6所示，於圖式下方的隔離度曲線於頻帶內均小於-15 dB，所以在低頻操作頻帶具有良好的隔離度。在高頻操作頻帶（5 G）時，其S參數模擬結果如圖7所示，於圖式下方的隔離度曲線於頻帶內均小於-15 dB，所以在高頻操作頻帶亦同樣具有良好的隔離度。因此，本案之天線裝置10在雙頻之操作頻帶下均具有良好的隔離度。

綜上所述，為了解決雙天線之間隔離度的問題，本案在第一槽孔天線及第二槽孔天線附近設計一第一耦合金屬支路並藉由第一金屬支路與第二金屬支路激發第一耦合金屬支路以產生一類中性線的特性改善低頻頻段之隔離度。另外在高頻的部分則藉由第二耦合金屬支路耦合第一耦合金屬支路可破壞第一耦合金屬支路於高頻之共振模態，從而改善第一單極天線與第二單極天線所產生之高頻頻段的隔離度。由於本案是利用多共振結構產生不同路徑的耦合能量，使耦合能量間相互抵消提升天線隔離度的技巧，並非依靠雙天線間（第一槽孔天線與第二槽孔天線之間、第一單極天線與第二單極天線之間）的距離關係提升隔離度，因此本案之天線裝置在尺寸上有很大的優勢，非常適合應用在具有小尺寸多天線的無線通訊產品中，且在小型化多天線的特點下，亦可維持同樣的無線通訊品質。

以上所述之實施例僅係為說明本案之技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案之內容並據以實施，當不能以之限定本案之專利範圍，即大凡依本案所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案之申請專利範圍內。

10‧‧‧天線裝置 12‧‧‧介質基板 121‧‧‧第一表面 122‧‧‧第二表面 123、125‧‧‧短邊 124、126‧‧‧長邊 14‧‧‧接地面 16‧‧‧槽孔金屬部 18‧‧‧第一槽孔天線 20‧‧‧第二槽孔天線 22‧‧‧第一單極天線 221‧‧‧第一金屬支路 222‧‧‧第一饋入部 24‧‧‧第二單極天線 241‧‧‧第二金屬支路 242‧‧‧第二饋入部 26‧‧‧第一耦合金屬支路 28‧‧‧第二耦合金屬支路 281‧‧‧第一金屬段 282‧‧‧第二金屬段 30‧‧‧第一接地連接部 32‧‧‧第二接地連接部 34‧‧‧第三接地連接部 d1‧‧‧第一耦合間距 d2‧‧‧第二耦合間距

[圖1]為根據本案一實施例之天線裝置的結構示意圖。 [圖2]為根據本案一實施例之天線結構的俯視圖。 [圖3]為根據本案一實施例之天線結構的底視圖。 [圖4]為根據本案一實施例之天線裝置的另一示意圖。 [圖5]為根據本案一實施例之天線裝置之實際尺寸的示意圖。 [圖6]為根據本案之天線裝置於之一實施例於低頻下產生的S參數模擬示意圖。 [圖7]為根據本案之天線裝置於之一實施例於高頻下產生的S參數模擬示意圖。

Claims (8)

1. 一種天線裝置，包括：
   一介質基板，包含相對之一第一表面及一第二表面；
   一接地面，位於該介質基板的一側邊；
   一槽孔金屬部，位於該介質基板之該第二表面且連接該接地面，該槽孔金屬部係分別向二相對外側延伸而形成一第一槽孔天線及一第二槽孔天線；
   一第一單極天線，位於該介質基板的該第一表面，並與該第一槽孔天線間隔交錯，以耦合激發該第一槽孔天線；
   一第二單極天線，位於該介質基板的該第一表面，並與該第二槽孔天線間隔交錯，以耦合激發該第二槽孔天線；
   一第一耦合金屬支路，位於該介質基板的該第一表面且鄰近該第一單極天線及該第二單極天線，該第一耦合金屬支路係分別與該第一單極天線及該第二單極天線相隔一第一耦合間距；以及
   一第二耦合金屬支路，位於該介質基板的該第一表面且位於該第一單極天線及該第二單極天線之間，該第二耦合金屬支路一端連接該接地面，另一端則鄰近該第一耦合金屬支路並相隔一第二耦合間距。
2. 如請求項1所述之天線裝置，其中該第一單極天線包含：
   一第一金屬支路，其係與該第一槽孔天線間隔交錯並延伸至鄰近該第一耦合金屬支路；以及
   一第一饋入部，連接該第一金屬支路及該接地面。
3. 如請求項2所述之天線裝置，其中該第二單極天線包含：
   一第二金屬支路，其係與該第二槽孔天線間隔交錯並延伸至鄰近該第一耦合金屬支路；以及
   一第二饋入部，連接該第二金屬支路及該接地面。
4. 如請求項3所述之天線裝置，其中該第一耦合金屬支路之部分係與該第一金屬支路之部分互相平行並間隔該第一耦合間距。
5. 如請求項3所述之天線裝置，其中該第一耦合金屬支路之部分係與該第二金屬支路之部分互相平行並間隔該第一耦合間距。
6. 如請求項1所述之天線裝置，其中該第二耦合金屬支路係為一T型耦合支路，包含一第一金屬段以及一垂直連接該第一金屬段的第二金屬段，該第一金屬段鄰近該第一耦合金屬支路並相隔該第二耦合間距，該第二金屬段連接該接地面。
7. 如請求項3所述之天線裝置，更包括一第一接地連接部及一第二接地連接部係位於該介質基板的該第一表面，該第一接地連接部連接該第一饋入部及該接地面；及該第二接地連接部連接該第二饋入部及該接地面。
8. 如請求項1所述之天線裝置，更包括一第三接地連接部，位於該介質基板的該第一表面且連接該第二耦合金屬支路及該接地面。