TWM638323U - 多頻雙天線裝置 - Google Patents

Abstract

本案揭露一種多頻雙天線裝置，包含第一天線單元、第二天線單元以及一蜿蜒隔離部。第一天線單元包含：一第一接地部，具有相對之一第一側邊及一第二側邊；一第一輻射部，位於第一側邊的一側，並具有一第一末端及一第二末端，第一末端朝向第一接地部之方向延伸；一第一集成元件連接第一末端及第一接地部；一第二輻射部係位於第一輻射部及第一接地部之間，並具有一第三末端及一第四末端，第三末端朝向第一接地部之方向延伸；第一訊號源連接第三末端及第一接地部。第二天線單元具有與第一天線單元對應之結構設計，且蜿蜒隔離部係位於第一天線單元及第二天線單元之間。

Description

多頻雙天線裝置

本案係有關一種微型化並同時具有良好隔離度的多頻雙天線裝置。

近年來筆記型電腦的零件佈局不斷的壓縮天線使用空間，再加上目前以高螢幕佔比為主流設計，螢幕外圍邊框的寬度僅有約4 mm至6 mm，天線可使用的空間被大幅縮減，讓天線高度普遍低於過往的6 mm。即使將天線擺放於鍵盤周圍，也會受到強調長工作時間的加大容量電池擠壓空間，因此傳統天線設計方式已經無法滿足現今的設計需求。

一般應用於筆記型電腦的雙天線系統設計中，將二天線單元並排緊靠的設計能夠減少天線佔用面積，但是二天線單元通常要在低頻2.4 GHz之最低操作頻率的0.5倍波長的間隔距離（大約為62.5 mm），才能確保二天線單元之間的良好隔離度，但將目前間隔距離由62.5 mm縮短至5 mm的距離，會大幅降低天線之間的隔離度，導致無法有良好的空間整合。

本案提供一種多頻雙天線裝置，包含一第一接地部、一第一輻射部、一第一集成元件、一第二輻射部、一第一訊號源、一第二接地部、一第三輻射部、一第二集成元件、一第四輻射部、一第二訊號源以及一蜿蜒隔離部。在多頻雙天線裝置中，第一接地部具有相對之一第一側邊及一第二側邊；第一輻射部位於第一側邊的一側，並具有一第一末端及一第二末端，第一輻射部之第一末端朝向第一接地部之方向延伸；第一集成元件連接第一末端及第一接地部；第二輻射部係位於第一輻射部及第一接地部之間，並具有一第三末端及一第四末端，第二輻射部之第三末端朝向第一接地部之方向延伸；第一訊號源連接第三末端及第一接地部。第二接地部係與第一接地部並列，並具有相對之一第三側邊及一第四側邊，且第三側邊與第一側邊同側；第三輻射部位於第三側邊的一側，並具有一第五末端及一第六末端，第三輻射部之第五末端朝向第二接地部之方向延伸；第二集成元件連接第五末端及第二接地部；第四輻射部係位於第三輻射部及第二接地部之間，並具有一第七末端及一第八末端，第四輻射部之第七末端朝向第二接地部之方向延伸；第二訊號源連接第七末端及第二接地部。蜿蜒隔離部係位於第一輻射部及第三輻射部之間。

綜上所述，本案係為一種多頻雙天線裝置設計，其係藉由加入一集成元件的設計來縮小單一天線單元尺寸，並利用二天線單元的背對背的雙天線佈局來達成2.4 GHz的解耦合需求，只需要5 mm的間隔距離，就可以達成2.4 GHz頻帶的隔離度需求。並且，本案於二天線單元之間增設一無接地的蜿蜒部設計，以提升二天線單元在5 GHz及6 GHz頻帶的隔離度。因此，本案為一種簡單且微型化的多頻雙天線裝置設計，其係可以在不增加產品系統空間之前提下，使多頻雙天線裝置可以達到良好的隔離度，並能夠提供2.4 GHz（2400～2500 MHz）及5 GHz（5150～5850 MHz）之頻帶使用，也滿足WiFi 6E最新高頻段6 GHz（5925～7125 MHz）的特性需求。

以下將配合相關圖式來說明本案的實施例。在這些圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或電路，必須瞭解的是，儘管術語“第一”、“第二”等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域或功能，但是這些元件、部件、區域及/或功能不應受這些術語的限制，這些術語僅用於將一個元件、部件、區域或功能與另一個元件、部件、區域或功能區隔開來。

請參閱圖1所示，本案之多頻雙天線裝置10，包含一介質基板12、一第一接地部14、一第一輻射部16、一第一集成元件18、一第二輻射部20、一第一訊號源22、一第二接地部24、一第三輻射部26、一第二集成元件28、一第四輻射部30、一第二訊號源32以及一蜿蜒隔離部34，且第一接地部14、第一輻射部16、第一集成元件18、第二輻射部20、第一訊號源22、第二接地部24、第三輻射部26、第二集成元件28、第四輻射部30、第二訊號源32以及蜿蜒隔離部34係位於介質基板12的同一表面上。

如圖1所示，在多頻雙天線裝置10中，介質基板12係包含相對之一第一長側邊121與一第二長側邊122以及相對之一第一短側邊123與一第二短側邊124，第一短側邊123連接第一長側邊121及第二長側邊122之同一側，第二短側邊124連接第一長側邊121及第二長側邊122的另一同側。第一接地部14係靠近第一短側邊123且鄰接第一長側邊121，以沿著第一長側邊121設置，此第一接地部14係具有相對之一第一側邊141及一第二側邊142，以利用第二側邊142鄰接介質基板12的第一長側邊121。第一輻射部16係位於第一接地部14之第一側邊141的一側，且第一輻射部16具有一第一末端161及一第二末端162，第一輻射部16之第一末端161靠近中央位置並朝向第一接地部14之方向延伸，第一輻射部16之第二末端162則接近第一短側邊123。第一集成元件18之一端連接第一輻射部16之第一末端161，第一集成元件18之另一端則連接第一接地部14。第二輻射部20係位於第一輻射部16及第一接地部14之間且靠近該第一輻射部16，第二輻射部20具有一第三末端201及一第四末端202，第二輻射部20之第三末端201係朝向第一接地部14之方向延伸，第二輻射部20之第四末端202則接近第一短側邊123。第一訊號源22之一端連接第二輻射部20之第三末端201，第一訊號源22之另一端則連接至第一接地部14而接地，以利用第一訊號源22收發無線射頻訊號。

請繼續參閱圖1所示，第二接地部24係與第一接地部14並列，第二接地部24係位於介質基板12上靠近第二短側邊124且鄰接第一長側邊121，以沿著第一長側邊121設置，第二接地部24係具有相對之一第三側邊241及一第四側邊242，且第三側邊241與第一接地部14之第一側邊141同側，並利用第四側邊242鄰接介質基板12的第一長側邊121。第三輻射部26係位於第二接地部24之第三側邊241的一側，且第三輻射部26具有一第五末端261及一第六末端262，第三輻射部26之第五末端261靠近中央位置並朝向第二接地部24之方向延伸，第三輻射部26之第六末端262則接近第二短側邊124，在一實施例中，第一輻射部16與第三輻射部26之間的距離D係間隔5毫米。第二集成元件28之一端連接第三輻射部26之第五末端261，第二集成元件28之另一端連接第二接地部24。第四輻射部30係位於第三輻射部26及第二接地部24之間且靠近第三輻射部26，第四輻射部30具有一第七末端301及一第八末端302，第四輻射部30之第七末端301係朝向第二接地部24之方向延伸，第四輻射部30之第八末端302則接近第二短側邊124。第二訊號源32之一端連接第四輻射部30之第七末端301，第二訊號源32之另一端連接至第二接地部24而接地，以利用第二訊號源32收發無線射頻訊號。蜿蜒隔離部34位於介質基板12之中央位置上，且位於第一輻射部16及第三輻射部26之間，以隔絕第一輻射部16及第三輻射部26，避免第一輻射部16及第三輻射部26之間會有近場耦合電流路徑通過而造成干擾。

在圖1所示之實施例中，第一輻射部16之第一末端161係垂直彎折延伸而連接至第一集成元件18，第二輻射部20之第三末端201係垂直彎折延伸而連接至第一訊號源22，第三輻射部26之第五末端261係垂直彎折延伸而連接至第二集成元件28，以及第四輻射部30之第七末端301係垂直彎折延伸而連接至第二訊號源32。

在一實施例中，如圖1所示，多頻雙天線裝置10係包含一第一天線單元36以及一第二天線單元38，二者皆為多頻操作。其中，第一天線單元36包含第一接地部14、第一輻射部16、第一集成元件18、第二輻射部20以及第一訊號源22，第二天線單元38包含第二接地部24、第三輻射部26、第二集成元件28、第四輻射部30以及第二訊號源32，使蜿蜒隔離部34恰好位於第一天線單元36（第一輻射部16）及第二天線單元38（第三輻射部26）之間，且與第一天線單元36及第二天線單元38之間沒有任何連接關係。其中，第一天線單元36係鏡像對稱於第二天線單元38，使第一天線單元36及第二天線單元38在蜿蜒隔離部34之相對二側呈現對稱之鏡像設計。

本案在第一天線單元36及第二天線單元38之間增設了蜿蜒隔離部34的設計，此蜿蜒隔離部34係為無接地設計，總長度係約為高頻操作頻率（例如5.36 GHz）0.5倍波長的長度，且加入蜿蜒隔離部34之後，也未改變多頻雙天線裝置10在低頻（2.4 GHz）時的共振模態。

在一實施例中，如圖1所示，在多頻雙天線裝置10中，第一集成元件18以及第二集成元件28係分別為一電感元件。其中，第一集成元件18之電感值為3.9 nH～6.2 nH，第二集成元件28之電感值為3.9 nH～6.2 nH。

在一實施例中，如圖1所示，在第一天線單元36中，第一輻射部16之長度係為低頻操作頻率之0.1倍波長的長度。在第二天線單元38中，第三輻射部26之長度係為低頻操作頻率之0.1倍波長的長度。

在一實施例中，請參閱圖2所示，多頻雙天線裝置10之介質基板12的第一長側邊121的外側邊更設置有一系統接地面40，使第一接地部14之第二側邊142以及第二接地部24之第四側邊242電性連接至系統接地面40。在一實施例中，系統接地面40可為獨立之一金屬片，或是位於一電子裝置之金屬平面，例如，系統接地面40係可為電子裝置的金屬框或是電子裝置的機殼內部的金屬片或濺鍍的金屬部，但本案不以此為限。舉例來說，當電子裝置為筆記型電腦時，系統接地面40可以為筆記型電腦螢幕的系統接地部或筆記型電腦螢幕機殼內的EMI鋁箔或濺鍍之金屬區域等金屬部。其中，於圖式中所繪製的系統接地面40的形狀及尺寸僅為示意，系統接地面40的形狀或尺寸可隨著多頻雙天線裝置10之應用而隨之改變，當不能以此為限。

在多頻雙天線裝置10中，第一輻射部16、第二輻射部20、第三輻射部26以及第四輻射部30除了垂直彎折的結構設計之外，只有要足夠的輻射長度，亦可具有其他不同形狀的結構設計。在另一實施例中，請參閱圖3所示，第一輻射部16之第一末端161係彎曲延伸而連接第一集成元件18，第二輻射部20之第三末端201係彎曲延伸而連接第一訊號源22，第三輻射部26之第五末端261係彎曲延伸而連接第二集成元件28，以及第四輻射部30之第七末端301係彎曲延伸而連接第二訊號源32，其餘結構則與前述圖1所記載之實施例相同，故可參考前述說明，於此不再贅述。

在一實施例中，如圖1及圖3所示，第一接地部14、第一輻射部16、第二輻射部20、第二接地部24、第三輻射部26、第四輻射部30以及蜿蜒隔離部34等元件係由導電性金屬材料製成，例如銀、銅、鋁、鐵或是其合金等，但本案不以此為限。

在本案之多頻雙天線裝置10中，請同時參閱圖1、圖4及圖5所示，第一集成元件18係使用電感值為4.7 nH之電感元件，第二集成元件28係使用電感值為4.7 nH的電感元件。以第二天線單元38為例，在低頻頻帶操作時，實際以2.442 GHz為例，如圖4所示，第二訊號源32會產生射頻訊號，射頻訊號會饋入第四輻射部30，經耦合至第三輻射部26，並且通過第二集成元件28到達第二接地部24，以形成一低頻共振路徑。透過調整第二集成元件28，能單獨調適低頻2.4 GHz的中心頻率，並不會影響2.4 GHz之頻寬以及高頻5/6 GHz之特性。且搭配第一天線單元36及第二天線單元38對稱的背對背設計，可以發現本案於低頻2.4 GHz時具有良好的自我解耦合（inherently decoupled）特性。再者，第二集成元件28可以縮小多頻雙天線裝置10之尺寸，讓第三輻射部26之總長度僅需要低頻操作頻率0.1倍波長的長度，比常見的0.25倍波長結構更能縮小第二天線單元38的尺寸。第二天線單元38在高頻頻帶（5/6 GHz）操作時，實際以6.140 GHz為例，如圖5所示，第二訊號源32產生射頻訊號，將射頻訊號饋入至第四輻射部30共振產生，以形成一高頻共振路徑。其中，為改善高頻頻帶的隔離度，本案在第一天線單元36及第二天線單元38之間加入無接地的蜿蜒隔離部34之設計，當第二天線單元38操作在高頻頻帶時，蜿蜒隔離部34係吸收了朝向第一天線單元36之近場耦合能量，所以不會影響到第一天線單元36，以避免第一天線單元36被耦合共振，可參考圖5的表面電流分佈得知。另外，第一天線單元36之操作原理係與前述之第二天線單元38相同，故可參考前述說明，於此不再贅述。

本案提出之多頻雙天線裝置10確實具有良好的反射係數及隔離度。請同時參閱圖2及圖6所示，在此多頻雙天線裝置10中，整個多頻雙天線裝置10之尺寸係為5 mm *25 mm（125 mm ²），第一集成元件18及第二集成元件28之電感值為4.7 nH，以此多頻雙天線裝置10於射頻訊號傳輸時，來進行S參數（包含反射係數S11/S22及透射係數S21）的模擬分析。當多頻雙天線裝置10分別在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶時，其S參數模擬結果分別如圖6所示，由圖6所顯示的反射係數曲線（S11、S22）可知，在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶時，於圖式上顯示的反射係數（S11、S22）均小於-6 dB（S11、S22 ＜-6 dB），證明在低頻操作頻帶以及高頻操作頻帶均具有良好的阻抗匹配，可以滿足2400～2500 MHz、5150～5850 MHz及5925～7125 MHz之WiFi多頻帶。另一方面，由圖6所顯示的透射係數（S21）可知，多頻雙天線裝置10在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶時，於低頻操作頻帶內顯示天線透射係數可以小於-13 dB（S21＜-13 dB），於高頻操作頻帶內顯示天線透射係數可以小於-10 dB（S21＜-10 dB），證明在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶均具有良好的隔離度。因此，本案之多頻雙天線裝置10在低頻操作頻帶以及高頻操作頻帶下均具有良好的隔離度。

綜上所述，本案係為一種多頻雙天線裝置設計，其係藉由加入一集成元件的設計來縮小單一天線單元尺寸，並利用二天線單元的背對背的雙天線佈局來達成2.4 GHz的解耦合需求，只需要5 mm的間隔距離，就可以達成2.4 GHz頻帶的隔離度需求。並且，本案於二天線單元之間增設一無接地的蜿蜒部設計，以提升二天線單元在5 GHz及6 GHz頻帶的隔離度。因此，本案為一種簡單且微型化的多頻雙天線裝置設計，其係可以在不增加產品系統空間之前提下，使多頻雙天線裝置可以達到良好的隔離度，並能夠提供2.4 GHz（2400～2500 MHz）及5 GHz（5150～5850 MHz）之頻帶使用，也滿足WiFi 6E最新高頻段6 GHz（5925～7125 MHz）的特性需求。

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:多頻雙天線裝置 12:介質基板 121:第一長側邊 122:第二長側邊 123:第一短側邊 124:第二短側邊 14:第一接地部 141:第一側邊 142:第二側邊 16:第一輻射部 161:第一末端 162:第二末端 18:第一集成元件 20:第二輻射部 201:第三末端 202:第四末端 22:第一訊號源 24:第二接地部 241:第三側邊 242:第四側邊 26:第三輻射部 261:第五末端 262:第六末端 28:第二集成元件 30:第四輻射部 301:第七末端 302:第八末端 32:第二訊號源 34:蜿蜒隔離部 36:第一天線單元 38:第二天線單元 40:系統接地面 D:距離

圖1為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置的結構示意圖。 圖2為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置連接至系統接地面的結構示意圖。 圖3為根據本案另一實施例之多頻雙天線裝置的結構示意圖。 圖4為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置之第二訊號源激發在2.442 GHz的表面電流路徑分布圖。 圖5為根據本案一實施例之多頻雙天線裝置之第二訊號源激發在6.14 GHz的表面電流路徑分布圖。 圖6為根據本案之多頻雙天線裝置產生的反射係數（S11及S22參數）及透射係數（S21參數）的模擬示意圖。

10:多頻雙天線裝置

12:介質基板

121:第一長側邊

122:第二長側邊

123:第一短側邊

124:第二短側邊

14:第一接地部

141:第一側邊

142:第二側邊

16:第一輻射部

161:第一末端

162:第二末端

18:第一集成元件

20:第二輻射部

201:第三末端

202:第四末端

22:第一訊號源

24:第二接地部

241:第三側邊

242:第四側邊

26:第三輻射部

261:第五末端

262:第六末端

28:第二集成元件

30:第四輻射部

301:第七末端

302:第八末端

32:第二訊號源

34:蜿蜒隔離部

36:第一天線單元

38:第二天線單元

D:距離

Claims (11)

1. 一種多頻雙天線裝置，包含： 一第一接地部，具有相對之一第一側邊及一第二側邊； 一第一輻射部，位於該第一側邊的一側，並具有一第一末端及一第二末端，該第一輻射部之該第一末端朝向該第一接地部之方向延伸； 一第一集成元件，連接該第一末端及該第一接地部； 一第二輻射部，位於該第一輻射部及該第一接地部之間，並具有一第三末端及一第四末端，該第二輻射部之該第三末端朝向該第一接地部之方向延伸； 一第一訊號源，連接該第三末端及該第一接地部； 一第二接地部，其係與該第一接地部並列，並具有相對之一第三側邊及一第四側邊，且該第三側邊與該第一側邊同側； 一第三輻射部，位於該第三側邊的一側，並具有一第五末端及一第六末端，該第三輻射部之該第五末端朝向該第二接地部之方向延伸； 一第二集成元件，連接該第五末端及該第二接地部； 一第四輻射部，位於該第三輻射部及該第二接地部之間，並具有一第七末端及一第八末端，該第四輻射部之該第七末端朝向該第二接地部之方向延伸； 一第二訊號源，連接該第七末端及該第二接地部；以及 一蜿蜒隔離部，位於該第一輻射部及該第三輻射部之間。
2. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，更包含一介質基板，該第一接地部、該第一輻射部、該第一集成元件、該第二輻射部、該第一訊號源、該第二接地部、該第三輻射部、該第二集成元件、該第四輻射部、該第二訊號源以及該蜿蜒隔離部係位於該介質基板上，且該第一接地部之該第二側邊及該第二接地部之該第四側邊係鄰接該介質基板的一長側邊。
3. 如請求項2所述之多頻雙天線裝置，更包含一系統接地面，位於該介質基板的該長側邊，且電性連接該第一接地部之該第二側邊及該第二接地部之該第四側邊。
4. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，更包含一第一天線單元以及一第二天線單元，該第一天線單元包含該第一接地部、該第一輻射部、該第一集成元件、該第二輻射部及該第一訊號源，該第二天線單元包含該第二接地部、該第三輻射部、該第二集成元件、該第四輻射部及該第二訊號源，使該蜿蜒隔離部位於該第一天線單元及該第二天線單元之間，且該第一天線單元係鏡像對稱於該第二天線單元。
5. 如請求項4所述之多頻雙天線裝置，其中該第一輻射部之該第一末端係垂直彎折延伸而連接該第一集成元件；該第二輻射部之該第三末端係垂直彎折延伸而連接該第一訊號源；該第三輻射部之該第五末端係垂直彎折延伸而連接該第二集成元件；以及該第四輻射部之該第七末端係垂直彎折延伸而連接該第二訊號源。
6. 如請求項4所述之多頻雙天線裝置，其中該第一輻射部之該第一末端係彎曲延伸而連接該第一集成元件；該第二輻射部之該第三末端係彎曲延伸而連接該第一訊號源；該第三輻射部之該第五末端係彎曲延伸而連接該第二集成元件；以及該第四輻射部之該第七末端係彎曲延伸而連接該第二訊號源。
7. 如請求項1或4所述之多頻雙天線裝置，其中該蜿蜒隔離部之長度係為高頻操作頻率0.5倍波長的長度。
8. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第一輻射部之長度係為低頻操作頻率0.1倍波長的長度。
9. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第三輻射部之長度係為低頻操作頻率0.1倍波長的長度。
10. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第一集成元件及該第二集成元件係為一電感元件。
11. 如請求項1所述之多頻雙天線裝置，其中該第一輻射部及該第三輻射部之間的距離係間隔5毫米。

Images