TWI750825B

TWI750825B - 天線系統

Info

Publication number: TWI750825B
Application number: TW109133423A
Authority: TW
Inventors: 沈素梅; 陳星嘉; 詹漢琳; 林志忠
Original assignee: 亞旭電腦股份有限公司
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2021-12-21
Also published as: TW202213864A

Abstract

本案提供一種天線系統包含接地面、第一天線單元、第二天線單元、第一接地單元及第二接地單元。接地面包含第一側邊及第二側邊；第一接地單元與接地面共同形成第一封閉迴路，第一接地單元的物理長度匹配於第一高頻訊號及第二高頻訊號以提供第一高頻訊號及第二高頻訊號接地；第二接地單元形成第二封閉迴路並連接第一接地單元，第二接地單元的物理長度大於第一接地單元的物理長度；第二接地單元的物理長度與第一接地單元的物理長度的總和匹配於第一低頻訊號及第二低頻訊號以共同提供第一低頻訊號及第二低頻訊號接地。

Description

天線系統

本案是關於一種天線系統，特別是一種利用接地線去耦合效應實現隔離之天線系統。

隨著無線通訊技術的進步，資料傳輸量的需求也隨之提高，若要滿足龐大的資料傳輸量，無線通訊系統利用多輸入多輸出系统（Multi-input Multi-output；MIMO）的天線系統架構實現無線資料傳輸。在MIMO系統中，兩支以上天線架構會各自傳送不同訊號，但天線隔離度（isolation）較差時會造成天線之間互相干擾，導致訊號損失降低系統傳輸速率。

根據傳統的天線設計，兩支天線之間需要至少大於特定的距離才能使天線之間不會產生互相干擾，以達到良好的天線隔離度。但目前電子裝置朝向小型化設計，例如行動通訊手持式裝置、穿戴式裝置基於使用者的良好體驗縮小了電子裝置的體積大小，進而限制天線可設置的空間，當設置的兩支天線之間無法保持至少特定的距離，天線隔離度因此相對不佳，天線之間產生了互相干擾，傳輸品質因此下降。

在一些實施例中，一種天線系統包含接地面、第一天線單元、第二天線單元、第一接地單元及第二接地單元。接地面包含第一側邊及第二側邊，第一天線單元連接第一側邊，第一天線單元用以接收及發送第一高頻訊號及第一低頻訊號，第二天線單元連接第二側邊，第二天線單元用以接收及發送第二高頻訊號及第二低頻訊號，第一接地單元之封閉端連接第一側邊，且第一接地單元之另一封閉端連接第二側邊，以與接地面共同形成第一封閉迴路，第一接地單元的物理長度匹配於第一高頻訊號及第二高頻訊號，以提供第一高頻訊號及第二高頻訊號接地，第二接地單元形成第二封閉迴路，第二接地單元連接第一接地單元，第二接地單元的物理長度大於第一接地單元的物理長度，其中，第二接地單元的物理長度與第一接地單元的物理長度的總和匹配於第一低頻訊號及第二低頻訊號，第二接地單元與第一接地單元共同提供第一低頻訊號及第二低頻訊號接地。

在一些實施例中，一種天線系統包含接地面、第一天線單元、第二天線單元、第一接地單元及第二接地單元。接地面包含第一側邊及第二側邊，第一天線單元連接第一側邊，第一天線單元用以接收及發送第一高頻訊號及第一低頻訊號，第二天線單元連接第二側邊，第二天線單元用以接收及發送第二高頻訊號及第二低頻訊號，第一接地單元之封閉端連接第一側邊，且第一接地單元之另一封閉端連接第二側邊，以與接地面共同形成第一接地單元之封閉迴路，第一接地單元的物理長度匹配於第一高頻訊號及第二高頻訊號，以提供第一高頻訊號及第二高頻訊號接地，第二接地單元形成第二接地單元之封閉迴路，第二接地單元連接第一接地單元，第二接地單元的物理長度小於第一接地單元的物理長度，其中，第二接地單元的物理長度與第一接地單元的物理長度的總和匹配於第一低頻訊號及第二低頻訊號，第二接地單元與第一接地單元共同提供第一低頻訊號及第二低頻訊號接地。

請參照圖1，圖1為利用接地線去耦合效應實現隔離之天線系統。天線系統包含支援雙頻訊號之兩天線單元（為方便描述，以下分別稱為第一天線單元1及第二天線單元2）、兩接地單元（以下分別稱為第一接地單元41及第二接地單元42）及接地面3。接地面3包含第一側邊S1及第二側邊S2，第一天線單元1連接於第一側邊S1而接地，第二天線單元2連接於第二側邊S2而接地。

第一接地單元41包含兩封閉端E1、E2，封閉端E1連接第一側邊S1，且封閉端E2連接第二側邊S2，因此，第一接地單元41與第一側邊S1、第二側邊S2之間共同形成一封閉迴路（以下稱為第一封閉迴路）。第二接地單元42連接第一接地單元41，第二接地單元42的物理長度大於第一接地單元41的物理長度，第二接地單元42單獨地形成另一封閉迴路（以下稱為第二封閉迴路）。第一接地單元41及第二接地單元42可進一步提供第一天線單元1及第二天線單元2接地。

詳細而言，第一天線單元1可接收及發送高頻訊號（以下稱為第一高頻訊號），且第一天線單元1可接收及發送低頻訊號（以下稱為第一低頻訊號），第一天線單元1與接地單元41、42之間具有一第一耦合間距G1。基於第一高頻訊號，第一接地單元41的物理長度匹配於第一高頻訊號，即第一封閉迴路匹配於第一高頻訊號，也就是第一接地單元41的物理長度實質上為第一高頻訊號的1/4波長距離，相較於第一天線單元1原有之接地，第一接地單元41可進一步提供第一高頻訊號接地。並且，基於第一低頻訊號，第一接地單元41的物理長度及第二接地單元42的物理長度的總和匹配於第一低頻訊號，即第一封閉迴路及第二封閉迴路共同匹配於第一低頻訊號，也就是第一接地單元41的物理長度及第二接地單元42的物理長度的總和實質上為第一低頻訊號的1/4波長距離，第一接地單元41及第二接地單元42可共同進一步提供第一低頻訊號接地。

第二天線單元2可接收及發送高頻訊號（以下稱為第二高頻訊號），且第二天線單元2可接收及發送低頻訊號（以下稱為第二低頻訊號）。第二天線單元2與接地單元41、42之間具有一第二耦合間距G2。基於第二高頻訊號，第一接地單元41的物理長度匹配於第二高頻訊號，即第一封閉迴路匹配於第二高頻訊號，也就是第一接地單元41的物理長度實質上為第二高頻訊號的1/4波長距離，相較於第二天線單元2原有之接地，第一接地單元41可進一步提供第二高頻訊號接地。並且，基於第二低頻訊號，第一接地單元41的物理長度及第二接地單元42的物理長度的總和亦匹配於第二低頻訊號，即第一封閉迴路及第二封閉迴路亦共同匹配於第二低頻訊號，也就是第一接地單元41的物理長度及第二接地單元42的物理長度的總和實質上為第二低頻訊號的1/4波長距離，第一接地單元41及第二接地單元42可共同進一步提供第二低頻訊號接地。

在另一實施例中，請參照圖2，圖2係為根據本案之天線系統之另一實施例之示意圖。圖2之天線系統與圖1之天線系統之間的差異在於圖2示例出第一接地單元51及第二接地單元52，第一接地單元51的物理長度大於第二接地單元52的物理長度。詳細而言，第一接地單元51包含兩封閉端E1、E2，封閉端E1連接第一側邊S1，且封閉端E2連接第二側邊S2，因此，第一接地單元51與第一側邊S1、第二側邊S2之間共同形成一封閉迴路（以下稱為第一封閉迴路）。第二接地單元52連接第一接地單元51，第二接地單元52的物理長度小於第一接地單元51的物理長度，第二接地單元52單獨地形成另一封閉迴路（以下稱為第二封閉迴路）。第一接地單元51及第二接地單元52可進一步提供第一天線單元1及第二天線單元2接地。

第一天線單元1與接地單元51、52之間具有一第三耦合間距G3。基於第一高頻訊號，第一接地單元51的物理長度匹配於第一高頻訊號，即第一封閉迴路匹配於第一高頻訊號，也就是第一接地單元51的物理長度實質上為第一高頻訊號的1/4波長距離，相較於第一天線單元1原有之接地，第一接地單元51可進一步提供第一高頻訊號接地。並且，基於第一低頻訊號，第一接地單元51的物理長度及第二接地單元52的物理長度的總和匹配於第一低頻訊號，即第一封閉迴路及第二封閉迴路共同匹配於第一低頻訊號，也就是第一接地單元51的物理長度及第二接地單元52的物理長度的總和實質上為第一低頻訊號的1/4波長距離，第一接地單元51及第二接地單元52可共同進一步提供第一低頻訊號接地。

第二天線單元2與接地單元51、52之間具有一第四耦合間距G4。基於第二高頻訊號，第一接地單元51的物理長度匹配於第二高頻訊號，即第一封閉迴路亦匹配於第二高頻訊號，也就是第一接地單元51的物理長度實質上為第二高頻訊號的1/4波長距離，相較於第二天線單元2原有之接地，第一接地單元51可進一步提供第二高頻訊號接地。並且，基於第二低頻訊號，第一接地單元51的物理長度及第二接地單元52的物理長度的總和亦匹配於第二低頻訊號，即第一封閉迴路及第二封閉迴路亦共同匹配於第二低頻訊號，也就是第一接地單元51的物理長度及第二接地單元52的物理長度的總和實質上為第二低頻訊號的1/4波長距離，第一接地單元51及第二接地單元52可共同進一步提供第二低頻訊號接地。

基此，當饋入訊號分別激發天線單元1、2時，藉由額外設置之第一接地單元41、51及第二接地單元42、52，第一接地單元41、51及第二接地單元42、52可進一步提供天線單元1、2在收發高頻及低頻訊號時接地，可使第一天線單元1與第二天線單元2之間的間距較小而不會互相干擾，可使天線系統具有良好的天線隔離度，因而維持天線系統良好的傳輸品質。

在一些實施例中，如圖1及圖2所示，接地面3包含至少二以上的複數側邊，其中，複數側邊中相鄰之第一側邊S1與第二側邊S2之間形成一夾角A1，夾角A1可為小於180度之夾角，即第一側邊S1與第二側邊S2相交但不為一直線。在一些實施例中，接地面3之第一側邊S1可垂直於第二側邊S2，第一側邊S1與第二側邊S2相交並形成為90度之夾角A1。

在一些實施例中，如圖1及圖2所示，第一接地單元41、51之封閉端E1連接第一側邊S1，且封閉端E2連接第二側邊S2，換句話說，第一接地單元41、51設置於與夾角A1具有同一頂點且與夾角A1互補為一圓（360度角）的反角上，封閉端E1、E2分別連接於所述反角的兩邊上，反角的兩邊即為第一側邊S1及第二側邊S2。其中，第二接地單元42、52與第一接地單元41、51連接，第一接地單元41、51及第二接地單元42、52沿著平行於第一側邊S1之第一投影方向D1垂直投影時，第一接地單元41、51及第二接地單元42、52的垂直投影至少一部份重疊於第一天線單元1；當第二天線單元2沿著第一投影方向D1垂直投影時，第二天線單元2的垂直投影不重疊於第一天線單元1。另一方面，當第一接地單元41、51及第二接地單元42、52沿著平行於第二側邊S2之第二投影方向D2垂直投影時，第一接地單元41、51及第二接地單元42、52的垂直投影至少一部份重疊於第二天線單元2；當第一天線單元1沿著第二投影方向D2垂直投影時，第一天線單元1的垂直投影不重疊於二天線單元2。

在一些實施例中，請參照圖3，長度L1可為2.25毫米（mm）、長度L2可為3.5mm、長度L3可為5.25mm、長度L4可為3.5mm、長度L5可為8.05mm、長度L6可為9.25mm、長度L7可為9.8mm、長度L8可為7.25mm、長度L9可為10mm、長度L10可為15.5mm、長度L11可為11.25mm、長度L12可為10.5mm、長度L13可為10mm、長度L14可為15.5mm、第一耦合間距G1、第二耦合間距G2、第三耦合間距G3及第四耦合間距G4的長度可為5mm-10mm。

在一些實施例中，請參照圖4，圖4為圖1之天線系統於各操作頻率之反射損失圖。其中，曲線a代表第一天線單元1，曲線b代表第二天線單元2，曲線c代表為天線干擾情況指標之天線隔離度（isolation），由圖4可得知，第一天線單元1與第二天線單元2的高頻操作頻帶可分布在5-6GHz，而低頻操作頻帶分別分布在2.4-2.5GHz。

在一些實施例中，請合併參照圖5-圖8，圖5、圖6為分別根據圖1之天線系統之第一天線單元1及第二天線單元2於低頻操作頻帶為2.45GHz所產生的輻射場形，圖7、圖8為根據圖1之天線系統之第一天線單元1及第二天線單元2於高頻操作頻帶為5.5GHz所產生的輻射場形。其中，圖5之輻射場型的最大增益（peak gain）可為2.57 dBi，效能（efficiency）可為55.66%；圖6之輻射場型的最大增益可為0.71 dBi，效能可為59.27%；圖7之輻射場型的最大增益可為2.62 dBi，效能可為60.33%；圖8之輻射場型的最大增益可為3.58 dBi，效能可為61.41%。根據圖5-圖8可得知，設置有接地單元41、42的天線系統具有優良的輻射場形能量、最大增益及效能數值，基此，在天線系統設置接地單元可有效隔離複數天線單元之間產生的互相干擾，因而增強天線系統整體的收訊品質。

在一些實施例中，第一接地單元41、51及第二接地單元42、52可為任意幾何形狀，其中，當天線系統在電子裝置設置的空間有限時，可透過增加第一接地單元41、51及第二接地單元42、52的部分寬度，以減短第一接地單元41、51之封閉迴路的長度（即，減短第一接地單元41、51之封閉端E1至封閉端E2之間的長度）及第二接地單元42、52之封閉迴路的長度。詳細而言，如圖1及圖2所示之第一接地單元41、51及第二接地單元42、52分別以正方形為示例，凸出部411設置於第一接地單元41其中一處直角，凸出部421設置於第二接地單元42的四處直角，凸出部511設置於第一接地單元51其中三處直角，凸出部521設置於第二接地單元52其中一處直角。基此，當天線系統在電子裝置設置的空間有限時，第一接地單元41、51及第二接地單元42、52可透過增加部分寬度的凸出部411、421、511、521提供第一接地單元41、51及第二接地單元42、52高頻或低頻訊號接地，以使天線單元在收發高頻或低頻訊號時能持續提供天線系統整體好的收訊品質。

在一些實施例中，天線系統可印刷在印刷電路板（Printed Circuit Board；PCB）上，第一天線單元1、第二天線單元2、第一接地單元41、51及第二接地單元42、52可為印刷電路板上的金屬走線（trace），第一天線單元1、第二天線單元2、第一接地單元41、51及第二接地單元42、52可以導電性材料（銀、銅、鋁、鐵或是其合金）製成，接地面3可為應用於天線系統之電子裝置之金屬機殼或電子裝置各電子元件之共地面。在一些實施例中，第一天線單元1、第二天線單元2可設計為平面型倒F天線（Planar inverted-F antenna；PIFA）。

綜上所述，根據本案之天線系統之一實施例，可使兩支天線單元在設置時不受限於電子裝置的體積大小，當兩支天線之間因電子裝置的體積較小而無法保持至少特定的距離時，天線系統可根據接地單元提供高頻或低頻訊號接地，以使天線單元在收發高頻或低頻訊號時保持良好的天線隔離度，可避免天線單元之間距離太近而產生互相干擾，因此增強天線系統良好的傳輸品質，且由於維持較小的電子裝置體積，因此也節省了電子裝置的製程成本。

雖然本案已以實施例揭露如上然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本案之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。

1:第一天線單元 2:第二天線單元 3:接地面 41:第一接地單元 411:凸出部 42:第二接地單元 421:凸出部 51:第一接地單元 511:凸出部 52:第二接地單元 521:凸出部 E1:封閉端 E2:封閉端 A1:夾角 S1:第一側邊 S2:第二側邊 G1:第一耦合間距 G2:第二耦合間距 G3:第三耦合間距 G4:第四耦合間距 D1:第一投影方向 D2:第二投影方向 L1:長度 L2:長度 L3:長度 L4:長度 L5:長度 L6:長度 L7:長度 L8:長度 L9:長度 L10:長度 L11:長度 L12:長度 L13:長度 L14:長度 a:曲線 b:曲線 c:曲線

[圖1]係為根據本案之天線系統之一實施例之示意圖。 [圖2]係為根據本案之天線系統之另一實施例之示意圖。 [圖3]係為圖1之天線系統之尺寸之一實施例之示意圖。 [圖4]係為圖1之天線系統之一實施例於各操作頻率之反射損失圖。 [圖5]係為圖1之天線系統之第一天線單元之一實施例所形成之輻射場型圖。 [圖6]係為圖1之天線系統之第二天線單元之一實施例所形成之輻射場型圖。 [圖7]係為圖1之天線系統之第一天線單元之另一實施例所形成之輻射場型圖。 [圖8]係為圖1之天線系統之第二天線單元之另一實施例所形成之輻射場型圖。

1:第一天線單元

2:第二天線單元

3:接地面

41:第一接地單元

411:凸出部

42:第二接地單元

421:凸出部

E1:封閉端

E2:封閉端

A1:夾角

S1:第一側邊

S2:第二側邊

G1:第一耦合間距

G2:第二耦合間距

D1:第一投影方向

D2:第二投影方向

Claims

一種天線系統，包含：一接地面，包含一第一側邊及一第二側邊；一第一天線單元，連接該第一側邊，該第一天線單元用以接收及發送一第一高頻訊號及一第一低頻訊號；一第二天線單元，連接該第二側邊，該第二天線單元用以接收及發送一第二高頻訊號及一第二低頻訊號；一第一接地單元，該第一接地單元之一封閉端連接該第一側邊，且該第一接地單元之另一封閉端連接該第二側邊，以與該接地面共同形成一第一封閉迴路，該第一接地單元的物理長度匹配於該第一高頻訊號的波長距離及該第二高頻訊號的波長距離，以提供該第一高頻訊號及該第二高頻訊號接地；及一第二接地單元，形成一第二封閉迴路，該第二接地單元連接該第一接地單元，該第二接地單元的物理長度大於該第一接地單元的物理長度；其中，該第二接地單元的物理長度與該第一接地單元的物理長度的總和匹配於該第一低頻訊號的波長距離及該第二低頻訊號的波長距離，該第二接地單元與該第一接地單元共同提供該第一低頻訊號及該第二低頻訊號接地。
如請求項1所述之天線系統，其中，該第一側邊與該第二側邊之間具有小於180度之一夾角。
如請求項2所述之天線系統，其中，該第一側邊垂直於該第二側邊。
如請求項1所述之天線系統，其中，該第一接地單元及該第二接地單元沿著平行於該第一側邊之一第一投影方向的垂直投影重疊於該第一天線單元。
如請求項4所述之天線系統，其中，該第一接地單元及該第二接地單元沿著平行於該第二側邊之一第二投影方向的垂直投影重疊於該第二天線單元，該第一投影方向垂直於該第二投影方向。
一種天線系統，包含：一接地面，包含一第一側邊及一第二側邊；一第一天線單元，連接該第一側邊，該第一天線單元用以接收及發送一第一高頻訊號及一第一低頻訊號；一第二天線單元，連接該第二側邊，該第二天線單元用以接收及發送一第二高頻訊號及一第二低頻訊號；一第一接地單元，該第一接地單元之一封閉端連接該第一側邊，且該第一接地單元之另一封閉端連接該第二側邊，以與該接地面共同形成該第一接地單元之封閉迴路，該第一接地單元的物理長度匹配於該第一高頻訊號的波長距離及該第二高頻訊號的波長距離，以提供該第一高頻訊號及該第二高頻訊號接地；及一第二接地單元，形成該第二接地單元之封閉迴路，該第二接地單元連接該第一接地單元，該第二接地單元的物理長度小於該第一接地單元的物理長度；其中，該第二接地單元的物理長度與該第一接地單元的物理長度的總和匹配於該第一低頻訊號的波長距離及該第二低頻訊號的波長距離，該第二接地單元與該第一接地單元共同提供該第一低頻訊號及該第二低頻訊號接地。
如請求項6所述之天線系統，其中，該第一側邊與該第二側邊之間具有大於零度之一夾角。
如請求項7所述之天線系統，其中，該第一側邊垂直於該第二側邊。
如請求項6所述之天線系統，其中，該第一接地單元及該第二接地單元沿著平行於該第一側邊之一第一投影方向的垂直投影重疊於該第一天線單元。
如請求項9所述之天線系統，其中，該第一接地單元及該第二接地單元沿著平行於該第二側邊之一第二投影方向的垂直投影重疊於該第二天線單元，該第一投影方向垂直於該第二投影方向。