TWI877791B

TWI877791B - 天線模組

Info

Publication number: TWI877791B
Application number: TW112135280A
Authority: TW
Inventors: 吳建逸; 王紹齊; 浩元陳; 廖竑悳; 吳朝旭; 卓智弘; 王策玄; 李宜樹; 許智為
Original assignee: 和碩聯合科技股份有限公司
Priority date: 2023-09-15
Filing date: 2023-09-15
Publication date: 2025-03-21
Also published as: US12444849B2; US20250096476A1; TW202515041A

Abstract

一種天線模組包括接地輻射體、第一天線及第二天線。第一天線包括第一饋入端、第一段、第二段、第三段與第四段。包含第一饋入端、第一段及第二段的第一區域與包含第一饋入端、第一段、第三段及部分接地輻射體的第二區域共振出第一頻段。包含第一饋入端、第一段及第四段的第三區域與第二區域共振出第二頻段。第二天線包括第二饋入端、第五段與第六段。包含第二饋入端、第五段、第三段、第一段及第二段的區域共振出第一頻段。包含第二饋入端與第六段的區域與包含第二饋入端、第五段、局部第三段及另一部分接地輻射體的區域共振出第二頻段。

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體積小且具有寬頻以及良好天線效能的天線模組。

隨著多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技術越來越普及地應用於天線設計中，要如何在有效空間中加入更多天線，並同時確保天線的性能，是本領域欲探討以及解決的方向。

本發明提供一種天線模組，其具有體積小、寬頻且良好天線性能的特性。

本發明的天線模組包括一接地輻射體、一第一天線以及一第二天線。接地輻射體包括相連接的一第一部分及一第二部分。第一天線包括一第一饋入端、延伸自第一饋入端的一第一段、延伸自第一段的一第二段、一第三段與一第四段。第三段連接至接地輻射體。包含第一饋入端、第一段及第二段的一第一區域與包含第一饋入端、第一段、第三段及接地輻射體的第一部分的一第二區域共同共振出一第一頻段。包含第一饋入端、第一段及第四段的一第三區域與第二區域共同共振出一第二頻段。第二天線包括一第二饋入端、延伸自第二饋入端的一第五段與一第六段。第五段連接至第三段。包含第二饋入端、第五段、第三段、第一段及第二段的一第四區域共同共振出第一頻段。包含第二饋入端與第六段的一第五區域與包含第二饋入端、第五段、局部的第三段及接地輻射體的第二部分的一第六區域共同共振出第二頻段。

在本發明的一實施例中，上述的第一饋入端與第二饋入端之間的距離為第一頻段的0.25倍至0.5倍波長。

在本發明的一實施例中，上述的第五段沿一第一軸向來回延伸而呈一第一蜿蜒路徑。

在本發明的一實施例中，上述的第五段的一部分沿一第一軸向來回延伸而呈一第一蜿蜒路徑，且第五段的另一部分沿一第二軸向來回延伸而呈一第二蜿蜒路徑。

在本發明的一實施例中，上述的第一段與第三段位於接地輻射體的第一部分旁，且第一段與第一部分之間以及第三段與第一部分之間具有一第一槽縫。

在本發明的一實施例中，上述的第五段與第六段位於第二段旁，且第五段與第二段之間以及第六段與第二段之間具有一第二槽縫。

在本發明的一實施例中，上述的第五段與第六段位於接地輻射體的第二部分旁，且第五段與第二部分之間以及第六段與第二部分之間具有一第三槽縫。

在本發明的一實施例中，上述的天線模組更包括一第一導通件及一第二導通件，其中第一導通件連接於接地輻射體的第一部分，第二導通件連接於接地輻射體的第二部分，一第四槽縫形成於第一導通件與第二導通件之間。

在本發明的一實施例中，上述的接地輻射體包括內凹的一第五槽縫，第五槽縫包括彎折連接而呈一L型的一第一間隙及一第二間隙，第一間隙凹陷於接地輻射體的第二部分的邊緣且位於第五段旁，第二間隙位於接地輻射體的第一部分的內部。

在本發明的一實施例中，上述的第五段及第三段配合接地輻射體的第一部分位於第二間隙與第三段之間的部位形成一一階電感，第五槽縫形成一一階電容，接地輻射體位於第四槽縫與第五槽縫之間的部分形成一二階電感，第四槽縫形成一二階電容。

基於上述，本發明的天線模組包括接地輻射體、第一天線以及第二天線。第一天線包括第一饋入端、第一段、第二段、第三段與第四段。包含第一饋入端、第一段及第二段的第一區域與包含第一饋入端、第一段、第三段及接地輻射體的第一部分的第二區域共同共振出第一頻段。包含第一饋入端、第一段及第四段的第三區域與第二區域共同共振出一第二頻段。第二天線包括第二饋入端、第五段與第六段。包含第二饋入端、第五段、第三段、第一段及第二段的第四區域共振出第一頻段。包含第二饋入端及第六段的第五區域與包含第二饋入端、第五段、局部的第三段及接地輻射體的第二部分的第六區域共同共振出第二頻段。天線模組藉由第二天線共用第一天線的第一段、第二段與第三段的輻射體，使天線模組具有體積小、寬頻且良好性能的特性。

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，本發明的天線模組100例如為雙饋入的非對稱PIFA(Planar Inverted F-shaped Antenna)天線。天線模組100設置於尺寸為32公厘x 6.2公厘x 0.4公厘的電路板10。在本實施例中，電路板10的材料為FR-4，但電路板10的材料不以此為限。天線模組100包括一接地輻射體110 (從位置G3依序至G2、B2、G1、G5 (圖2B)的區域)、一第一天線120以及一第二天線130。

接地輻射體110包括相連接的一第一部分111(從位置B2依序至位置G1、G5(圖2B)的部分)以及一第二部分112(從位置B2依序至位置G2、G3的部分)。

第一天線120包括直接饋入的一第一饋入端F1、延伸自第一饋入端F1的一第一段121 (從位置A1依序至位置A2、A5、A4的路徑)、延伸自第一段121的一第二段122 (從位置A5至位置A6的路徑)、一第三段123 (從位置A4依序至位置B1、B2的路徑)與一第四段124 (從位置A2至位置A3的路徑)。第三段123透過位置B2連接至接地輻射體110。

第二天線130包括直接饋入的一第二饋入端F2、延伸自第二饋入端F2的一第五段131(從位置X1至位置X2的路徑)與一第六段132(從位置X3至位置X4的路徑)。第五段131透過位置X2連接至第三段123，且第五段131沿一第一軸向X來回延伸而呈一第一蜿蜒路徑。

請繼續參閱圖1，第一段121與第三段123位於接地輻射體110的第一部分111旁，且第一段121與第一部分111之間以及第三段123與第一部分111之間具有一第一槽縫C1。

第五段131與第六段132位於第二段122旁，且第五段131與第二段122之間以及第六段132與第二段122之間具有一第二槽縫C2。

第五段131與第六段132位於接地輻射體110的第二部分112旁，且第五段131與第二部分112之間以及第六段132與第二部分112之間具有一第三槽縫C3。

此外，天線模組100更包括一第一導通件140及一第二導通件150，第一導通件140連接於接地輻射體110的第一部分111，第二導通件150連接於接地輻射體110的第二部分112，一第四槽縫C4形成於第一導通件140與第二導通件150之間。在本實施例中，第一導通件140及第二導通件150例如為銅箔，但第一導通件140及第二導通件150的種類不以此為限。

要說明的是，天線模組100藉由接地位置G1、G2連接至同軸傳輸線20的負端，使同軸傳輸線20分別與第一導通件140的接地位置G4以及第二導通件150的接地位置G6電性連接，進而電性連接至系統接地面(未繪示)。此外，天線模組100也藉由第一饋入端F1及第二饋入端F2分別電性連接至兩同軸傳輸線20的正端，以將訊號饋入至第一天線120及第二天線130。

圖2A是圖1的第一天線於運作時的共振區域的示意圖。要說明的是，為了清楚地說明第一天線120運作時的共振區域，未參與共振的區域以及元件以虛線繪示。

請參閱圖2A，第一天線120的第一饋入端F1連接從位置A1依序至位置A2、A3的區域以及從位置A4依序至位置A5、A6的區域，並且透過位置A4電性連接至第三段123以及透過位置B2電性連接至接地輻射體110，進而電性連接至第一導通件140的接地位置G4以及系統接地面。這樣的設計使第一天線120具有PIFA天線的架構型態，且第一天線120可藉由不同的區域共同共振，以產生不同頻段的訊號，以下將詳細說明不同的共振區域所產生的不同頻段的訊號。

第一天線120藉由包含第一饋入端F1、第一段121及第二段122的一第一區域(也就是從第一饋入端F1依序至位置A1、A2、A5、A6的區域)與包含第一饋入端F1、第一段121、第三段123及接地輻射體110的第一部分111的一第二區域(也就是從第一饋入端F1依序至位置A1、A4、B1、B2、G1的區域)，共同共振出一第一頻段。另一方面，第一天線120藉由包含第一饋入端F1、第一段121及第四段124的一第三區域(也就是從第一饋入端F1依序至位置A1、A2、A3的區域)與上述的第二區域，共同共振出一第二頻段。

在本實施例中，第一頻段為2400MHz至2484MHz，第二頻段為5150 MHz至7124MHz。此外，天線模組100所產生的第一頻段可用於WiFi 2.4G，第二頻段可用於WiFi 5G以及WiFi 6E，進而使天線模組100具有WiFi 7的應用頻寬。

值得一提的是，第一天線120可藉由調整第二段122的長度與寬度，以控制第一頻段的頻率點和阻抗匹配頻寬。此外，第一天線120還可藉由調整第四段124的長度與寬度、第一饋入端F1依序至位置A4、B1、B2、G1的區域以及第一槽縫C1的長度與寬度，以控制第二頻段的頻率點和阻抗匹配頻寬。

圖2B是圖1的第二天線於運作時的共振區域的示意圖。要說明的是，為了清楚地說明第二天線130運作時的共振區域，未參與共振的區域以及元件以虛線繪示。

請參閱圖2B，第二天線130的第二饋入端F2連接從位置X1至位置X2的區域以及從位置X1依序至位置X3、X4的區域，並透過位置X2電性連接至第一天線120的第三段123、第一段121、第二段122以及接地輻射體110，進而電性連接至第二導通件150的接地位置G6以及系統接地面。這樣的設計使第二天線130同樣地具有PIFA天線的架構型態，且第二天線130同樣地可藉由不同的區域共同共振，以產生不同頻段的訊號。以下將詳細說明不同共振區域所產生的不同頻段的訊號。

第二天線130藉由包含第二饋入端F2、第五段131、第三段123、第一段121及第二段122的一第四區域(也就是從第二饋入端F2依序至位置X1、X2、B2、B1、A4、A1、A2、A5、A6的區域)，共同共振出上述的第一頻段。另一方面，第二天線130藉由包含第二饋入端F2與第六段132的一第五區域(也就是從第二饋入端F2依序至位置X1、X3、X4的區域)與包含第二饋入端F2、第五段131、局部的第三段123及接地輻射體110的第二部分112的一第六區域(也就是從第二饋入端F2依序至位置X1、X2、B2、G2、G3的區域)，共同共振出上述的第二頻段。

值得一提的是，第二天線130可藉由調整從位置X3依序至位置X1、X2、B2、B1、A4、A5、A6的區域，以調整第二槽縫C2的長度與寬度，進而控制第一頻段的頻率點和阻抗匹配頻寬。此外，第二天線130還可藉由調整第六段132的長度與寬度、從位置X4依序至位置X3、X1、X2、B2、G2、G3的區域以及第三槽縫C3的長度與寬度，以控制第二頻段的頻率點和阻抗匹配頻寬。

另外值得一提的是，第二天線130在共振產生第一頻段時，會共用第一天線120的第三段123、第一段121以及第二段122，這樣的設計使天線模組100可具有較小的尺寸，並同時具有可涵蓋2.4G、5G和6E的WiFi 7的多頻帶特性，進而可應用於5G NR MIMO的天線。

此外要說明的是，天線模組100藉由第一饋入端F1與第二饋入端F2之間的距離D1(圖1)為上述的第一頻段的0.25倍至0.5倍波長，使天線模組100在有限的空間中，天線模組100可具有靈活的佈局，且同時具有良好的天線性能。在本實施例中，第一饋入端F1與第二饋入端F2之間的距離D1為17.5公厘。

圖3是依照本發明的又一實施例的一種天線模組的示意圖。要說明的是，圖3的天線模組100a與圖1的天線模組100的差異在於第五段131的路徑形狀以及長度。以下將就差異之處進行說明。

請參閱圖3，第五段131的一部分沿第一軸向X來回延伸而呈一第一蜿蜒路徑，且第五段131的另一部分沿垂直第一軸向X的一第二軸向Y來回延伸而呈一第二蜿蜒路徑。在本實施例中，第二蜿蜒路徑與第二饋入端F2相接，且第一蜿蜒路徑設置於第二蜿蜒路徑與第三段123之間。這樣的設計可使天線模組100a具有與天線模組100不同的阻抗匹配以及天線效能。

圖4是依照本發明的再一實施例的一種天線模組的示意圖。圖5是依照本發明的又一實施例的一種天線模組的示意圖。要說明的是，圖4的天線模組100b與圖1的天線模組100的差異之處以及圖5的天線模組100c與圖2的天線模組100a的差異在於天線模組100b以及天線模組100c包括第五槽縫C5。以下將針對第五槽縫C5的結構以及功效進行說明。

請參閱圖4及圖5，接地輻射體110包括內凹的一第五槽縫C5，第五槽縫C5包括彎折連接而呈一L型的一第一間隙113及一第二間隙114。第一間隙113凹陷於接地輻射體110的第二部分112的邊緣且位於第五段131旁，第二間隙114位於接地輻射體110的第一部分111的內部。天線模組100藉由第五槽縫C5的設置，可使第一天線120以及第二天線130之間具有兩個串接的二階式LC濾波電路。

詳細地說，二階式LC濾波電路分別由以下區域所組成。第五段131及第三段123配合接地輻射體110的第一部分111位於第二間隙114與第三段123之間的部位，也就是從位置X1依序至位置X2、B2、Y1的區域，形成一一階電感。第五槽縫C5形成一一階電容。接地輻射體110位於第四槽縫C4與第五槽縫C5之間的部分，也就是位置Y3至位置Y2的區域，形成一二階電感。第四槽縫C4形成一二階電容。

這樣的設計可提升第一天線120於第一頻段的阻抗匹配，並同時提升第一天線120與第二天線130之間於第一頻段的隔離度。也因此，當二階式LC濾波電路設置於天線模組100b、100c時，天線模組100b、100c藉由第一天線120產生第一頻段以及第二頻段，並藉由第二天線130產生第二頻段。

圖6是圖1的天線模組及圖4的天線模組的頻率-VSWR的關係圖。要說明的是，當二階式LC濾波電路設置於天線模組100b時，天線模組100b的第二天線130在低頻頻段趨近沒有效能。請參閱圖6，在本實施例中，天線模組100以及天線模組100b在頻率2400~2484MHz及5150~7125MHz的VSWR小於3，而具有寬頻的良好表現。

圖7是圖1的天線模組及圖4的天線模組的頻率-隔離度的關係圖。請參閱圖7，在本實施例中，天線模組100b在頻率2400~2484MHz的隔離度小於-12dB及在頻率5150~7125MHz的隔離度小於-18dB，也就是說，天線模組100b藉由二階式LC濾波電路的設置，而具有良好的隔離度表現。

圖8是圖1的天線模組及圖4的天線模組的頻率-效率的關係圖。要說明的是，當二階式LC濾波電路設置於天線模組100b時，天線模組100b的第二天線130在低頻頻段趨近沒有效能。請參閱圖8，在本實施例中，天線模組100b在2400~2484MHz的效率為-2.2~-3.2dBi，在5150~5850MHz的效率在-1.5~-3.1dBi，以及在5925~7125MHz的效率在-1.5~-3.0dBi，相較於天線模組100具有更好的效率表現。

圖9是圖3的天線模組及圖5的天線模組的頻率-效率的關係圖。要說明的是，當二階式LC濾波電路設置於天線模組100c時，天線模組100c的第二天線130在低頻頻段趨近沒有效能。請參閱圖9，在本實施例中，天線模組100c在2400~2484MHz的效率為-2.3~-3.5dBi，在5150~5850MHz的效率在-2.1~-3.4dBi，以及在5925~7125MHz的效率在-2.0~-3.5dBi，相較於天線模組100a具有更好的效率表現。

綜上所述，本發明的天線模組藉由第二天線共用第一天線的第一段、第二段與第三段的輻射體，使天線模組具有體積小、寬頻且良好性能的特性。第一天線藉由調整第二段的長度與寬度，以控制第一頻段的頻率點和阻抗匹配頻寬，以及調整第四段與第一槽縫的長度與寬度，以控制第二頻段的頻率點和阻抗匹配頻寬。另一方面，第二天線藉由調整第二槽縫的長度與寬度，以控制第一頻段的頻率點和阻抗匹配頻寬，以及調整第六段與第三槽縫的長度與寬度，以控制第二頻段的頻率點和阻抗匹配頻寬。此外，天線模組還藉由設置二階式LC濾波電路於第一天線與第二天線之間，以提升第二天線於第一頻段時的阻抗匹配，並同時提升第一天線與第二天線之間的隔離度。這樣的設計可使天線模組具有結構簡單、製作容易、成本較低以及尺寸較小的特性，進而可應用於WiFi7以及5G NR MIMO的天線。

10:電路板 20:同軸傳輸線 100、100a、100b、100c:天線模組 110:接地輻射體 111:第一部分 112:第二部分 113:第一間隙 114:第二間隙 120:第一天線 121:第一段 122:第二段 123:第三段 124:第四段 130:第二天線 131:第五段 132:第六段 140:第一導通件 150:第二導通件 A1~A6、B1、B2:位置 C1:第一槽縫 C2:第二槽縫 C3:第三槽縫 C4:第四槽縫 C5:第五槽縫 D1:距離 F1:第一饋入端 F2:第二饋入端 G1~G6:位置 X:第一軸向 X1~X4:位置 Y:第二軸向 Y1~Y3:位置

圖1是依照本發明的一實施例的一種天線模組的示意圖。圖2A是圖1的第一天線於運作時的共振區域的示意圖。圖2B是圖1的第二天線於運作時的共振區域的示意圖。圖3是依照本發明的又一實施例的一種天線模組的示意圖。圖4是依照本發明的再一實施例的一種天線模組的示意圖。圖5是依照本發明的又一實施例的一種天線模組的示意圖。圖6是圖1的天線模組及圖4的天線模組的頻率-VSWR的關係圖。圖7是圖1的天線模組及圖4的天線模組的頻率-隔離度的關係圖。圖8是圖1的天線模組及圖4的天線模組的頻率-效率的關係圖。圖9是圖3的天線模組及圖5的天線模組的頻率-效率的關係圖。

10:電路板

20:同軸傳輸線

100:天線模組

110:接地輻射體

111:第一部分

112:第二部分

120:第一天線

121:第一段

122:第二段

123:第三段

124:第四段

130:第二天線

131:第五段

132:第六段

140:第一導通件

150:第二導通件

A1~A6、B1、B2:位置

C1:第一槽縫

C2:第二槽縫

C3:第三槽縫

C4:第四槽縫

D1:距離

F1:第一饋入端

F2:第二饋入端

G1~G4、G6:位置

X:第一軸向

X1~X4:位置

Y:第二軸向

Claims

一種天線模組，包括：一接地輻射體，包括相連接的一第一部分及一第二部分；一第一天線，包括一第一饋入端、延伸自該第一饋入端的一第一段、延伸自該第一段的一第二段、一第三段與一第四段，其中該第三段連接至該接地輻射體，包含該第一饋入端、該第一段及該第二段的一第一區域與包含該第一饋入端、該第一段、該第三段及該接地輻射體的該第一部分的一第二區域共同共振出一第一頻段，包含該第一饋入端、該第一段及該第四段的一第三區域與該第二區域共同共振出一第二頻段；以及一第二天線，包括一第二饋入端、延伸自該第二饋入端的一第五段與一第六段，其中該第五段連接至該第三段，包含該第二饋入端、該第五段、該第三段、該第一段及該第二段的一第四區域共振出該第一頻段，包含該第二饋入端與該第六段的一第五區域與包含該第二饋入端、該第五段、局部的該第三段及該接地輻射體的該第二部分的一第六區域共同共振出該第二頻段。
如請求項1所述的天線模組，其中該第一饋入端與該第二饋入端之間的距離為該第一頻段的0.25倍至0.5倍波長。
如請求項1所述的天線模組，其中該第五段沿一第一軸向來回延伸而呈一第一蜿蜒路徑。
如請求項1所述的天線模組，其中該第五段的一部分沿一第一軸向來回延伸而呈一第一蜿蜒路徑，且該第五段的另一部分沿一第二軸向來回延伸而呈一第二蜿蜒路徑。
如請求項1所述的天線模組，其中該第一段與該第三段位於該接地輻射體的該第一部分旁，且該第一段與該第一部分之間以及該第三段與該第一部分之間具有一第一槽縫。
如請求項1所述的天線模組，其中該第五段與該第六段位於該第二段旁，且該第五段與該第二段之間以及該第六段與該第二段之間具有一第二槽縫。
如請求項1所述的天線模組，其中該第五段與該第六段位於該接地輻射體的該第二部分旁，且該第五段與該第二部分之間以及該第六段與該第二部分之間具有一第三槽縫。
如請求項1所述的天線模組，更包括一第一導通件及一第二導通件，其中該第一導通件連接於該接地輻射體的該第一部分，該第二導通件連接於該接地輻射體的該第二部分，一第四槽縫形成於該第一導通件與該第二導通件之間。
如請求項8所述的天線模組，其中該接地輻射體包括內凹的一第五槽縫，該第五槽縫包括彎折連接而呈一L型的一第一間隙及一第二間隙，該第一間隙凹陷於該接地輻射體的該第二部分的邊緣且位於該第五段旁，該第二間隙位於該接地輻射體的該第一部分的內部。
如請求項9所述的天線模組，其中該第五段及該第三段配合該接地輻射體的該第一部分位於該第二間隙與該第三段之間的部位形成一一階電感，該第五槽縫形成一一階電容，該接地輻射體位於該第四槽縫與該第五槽縫之間的部分形成一二階電感，該第四槽縫形成一二階電容。