TWI885558B

TWI885558B - 天線結構

Info

Publication number: TWI885558B
Application number: TW112142127A
Authority: TW
Inventors: 蔡宜哲; 黃啓晉; 陳晉揚
Original assignee: 啓碁科技股份有限公司
Priority date: 2023-11-01
Filing date: 2023-11-01
Publication date: 2025-06-01
Also published as: TW202520548A; US20250141106A1

Abstract

本發明提供一種天線結構，包含一第一頻帶天線以及一第二頻帶天線。第一頻帶天線操作於一第一頻帶。第二頻帶天線操作於一第二頻帶，且包含一饋入部、一平衡不平衡轉換器及至少一天線單元。平衡不平衡轉換器連接饋入部。天線單元連接平衡不平衡轉換器。第一頻帶與第二頻帶不同。藉此，本發明的天線結構透過平衡不平衡轉換器增加第一頻帶天線及第二頻帶天線之間的隔離度。

Description

天線結構

本發明係關於一種天線結構，特別是關於一種多頻帶的天線結構。

具有雙頻帶的電子裝置在雙頻帶同時運作時，對相鄰通道拒斥力(Adjacent Channel Rejection；ACR)的要求極高。此外，在高功率、戶外或外接天線的狀態下，雙頻帶之間的干擾更加嚴重，因此，外接高增益天線的電子裝置對隔離度的要求日益增加。

現有的電子裝置可透過增加相鄰頻帶天線之間的間距，使電磁波在空氣中輻射的電長度/路徑(Electrical Length)擴延，而使鄰近天線接收到的干擾降低，然而，此種增加隔離度的方法將使天線的整體尺寸變大。另外，在雙頻帶的天線之間加裝隔離器降低鄰近天線干擾能量，然其需對天線本身的參數進行調整。

有鑒於此，如何開發一種可增加天線隔離度的天線結構遂成相關業者值得研發之目標。

因此，本發明之目的在於提供一種天線結構，其將平衡不平衡轉換器連接於饋入部及天線單元之間，以隔離不同頻帶的天線。

依據本發明的結構態樣之一實施方式提供一種天線結構，包含一第一頻帶天線以及一第二頻帶天線。第一頻帶天線操作於一第一頻帶。第二頻帶天線操作於一第二頻帶，且包含一饋入部、一平衡不平衡轉換器及至少一天線單元。平衡不平衡轉換器連接饋入部。天線單元連接平衡不平衡轉換器。第一頻帶與第二頻帶不同。

依據本發明的結構態樣之另一實施方式提供一種天線結構，包含一第一天線陣列以及一第二天線陣列。第一天線陣列操作於一第一頻帶。第二天線陣列操作於一第二頻帶，且包含一饋入部、一功率分配器、複數天線單元及一平衡不平衡轉換器。功率分配器連接饋入部。此些天線單元連接功率分配器。平衡不平衡轉換器連接於功率分配器及此些天線單元之一者之間。第一頻帶與第二頻帶不同。

以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。

此外，本文中當某一元件(或單元或模組等)「連接」於另一元件，可指所述元件是直接連接於另一元件，亦可指某一元件是間接連接於另一元件，意即，有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而當有明示某一元件是「直接連接」於另一元件時，才表示沒有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而第一、第二、第三等用語只是用來描述不同元件，而對元件本身並無限制，因此，第一元件亦可改稱為第二元件。且本文中之元件/單元/電路之組合非此領域中之一般周知、常規或習知之組合，不能以元件/單元/電路本身是否為習知，來判定其組合關係是否容易被技術領域中之通常知識者輕易完成。

請參閱第1圖，第1圖係繪示本發明之第一實施方式之天線結構100之示意圖。天線結構100包含一第一頻帶天線110以及一第二頻帶天線120。第一頻帶天線110操作於一第一頻帶。第二頻帶天線120操作於一第二頻帶，且包含一饋入部121、一平衡不平衡轉換器122及至少一天線單元123。饋入部121連接於接地部G1及天線單元123之間，且饋入部121可為饋入訊號線。平衡不平衡轉換器122連接於饋入部121及接地部G2之間。天線單元123連接平衡不平衡轉換器122。其中，第一頻帶與第二頻帶不同。藉此，本發明之天線結構100可透過平衡不平衡轉換器122增加第一頻帶天線110及第二頻帶天線120之間的隔離度。

詳細地說，平衡不平衡轉換器122之一長度為L，第二頻帶天線120操作於第二頻帶的一波長為，其符合下式(1)： (1)；

其中，N為正整數。具體而言，平衡不平衡轉換器122的形狀可根據第二頻帶天線120的空間限制進行調整，然而平衡不平衡轉換器122的整體長度L須符合上述式(1)，長度L可如第1圖標示之平衡不平衡轉換器122的中心線線段。在第一實施方式中，天線單元123可為一偶極天線，但本發明不以此為限。

舉例來說，當天線結構100同時具有WiFi 6E及WiFi 7雙頻帶(即第一頻帶與第二頻帶)，當頻率介於5725 MHz~5925 MHz的耦合量較為強烈，此時可採用前述頻率範圍的中間值(即5800MHz)的3/4倍波長帶入式(1)，以計算出平衡不平衡轉換器122的長度L。另外，當平衡不平衡轉換器122的寬度愈小，其可形成高阻抗，而不易將射頻訊號傳遞至地平面。

請參閱第1圖及第2圖，第2圖係繪示本發明之第二實施方式之天線結構100a之示意圖。天線結構100a包含一第一頻帶天線110以及一第二頻帶天線120a。在第二實施方式中，第一頻帶天線110的結構可與第一實施方式之第一頻帶天線110結構相同，亦可為其他與第二頻帶天線120a頻帶不同結構的天線，但本發明不以此為限。天線結構100a可更包含一扼流元件124。扼流元件124連接於第二頻帶天線120a之饋入部121及平衡不平衡轉換器122之間。藉此，本發明之天線結構100a在第二頻帶天線120a的前端加入扼流元件124，防止射頻訊號流入地面。

請參閱第3圖，第3圖係繪示本發明之第三實施方式之第一實施例之天線結構200之示意圖。天線結構200包含一第一天線陣列210、一第二天線陣列220及一第三天線陣列230。第一天線陣列210操作於一第一頻帶。第二天線陣列220操作於一第二頻帶，且包含一饋入部221、一功率分配器T1、複數天線單元223及一平衡不平衡轉換器222。功率分配器T1連接饋入部221。此些天線單元223連接功率分配器T1。平衡不平衡轉換器222連接於功率分配器T1及此些天線單元223之一者之間。第三天線陣列230操作於一第三頻帶。第一頻帶、第二頻帶及第三頻帶相異。

詳細地說，天線結構200包含對應三個頻段的天線陣列，第一天線陣列210為操作於5 GHz的貼片天線陣列。第二天線陣列220為操作於6 GHz的偶極天線陣列。第三天線陣列230為操作於2 GHz的貼片天線陣列。第二天線陣列220包含一第一天線子陣列A1及一第二天線子陣列A2。第一天線子陣列A1包含第一天線埠P1、饋入部221、功率分配器T1、平衡不平衡轉換器222及複數天線單元223。第二天線子陣列A2包含第二天線埠P2、饋入部221、功率分配器T1、平衡不平衡轉換器222及複數天線單元223。第一天線埠P1及第二天線埠P2經由饋入部221將訊號透過功率分配器T1平均分配至所有天線單元223。第一天線陣列210可包含第三天線埠P3及第四天線埠P4。在第3圖中，功率分配器T1為一分三T型功率分配器/結合器(1 to 3 T-Junction Power Divider/Combiner)，功率分配器T1的分支數量可根據天線單元223的數量調整，但本發明不以此為限。

在第3圖中，平衡不平衡轉換器222設置於第一天線子陣列A1，以增加三個頻段的天線陣列之間的隔離度。在本發明的其他實施方式中，平衡不平衡轉換器222亦可設置於第二天線陣列220中的第一天線子陣列A1或第二天線子陣列A2中的至少任一個天線單元223與功率分配器T1之間，以提升第一天線陣列210與第二天線陣列220之間的隔離度，但本發明不以此為限。藉此，本發明之天線結構200在至少一個天線單元223與功率分配器T1之間設置平衡不平衡轉換器222，加強電流分配特性，並保有良好天線阻抗，進而達成去耦合的效果。

請參閱第3圖及第4圖，其中第4圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第一實施例之天線結構200之隔離度之比較示意圖。在第三實施例中，第一天線陣列210的第三天線埠P3與第二天線陣列220相同極化。詳細來說，由第4圖可知，其繪示了現有技術未設置平衡不平衡轉換器及有設置平衡不平衡轉換器222的第一天線陣列210之第三天線埠P3與第二天線陣列220之第一天線埠P1的隔離度的比較圖。所有天線單元223與功率分配器T1之間皆未設置平衡不平衡轉換器222時，第一天線陣列210之第三天線埠P3與第二天線陣列220之第一天線埠P1的隔離度最高可達-37dB，其中一天線單元223與功率分配器T1之間設有平衡不平衡轉換器222時，第一天線陣列210之第三天線埠P3與第二天線陣列220之第一天線埠P1的隔離度最高可達-42.1dB。

請參閱第3圖及第5圖，其中第5圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第一實施例之天線結構200之隔離度之另一比較示意圖。在第三實施例中，第一天線陣列210的第四天線埠P4與第二天線陣列220正交極化。由第5圖可知，其繪示了現有技術未設置平衡不平衡轉換器及有設置平衡不平衡轉換器222的第二天線陣列220之第一天線埠P1與第一天線陣列210之第四天線埠P4的隔離度的比較圖。所有天線單元223與功率分配器T1之間皆未設置平衡不平衡轉換器222時，第二天線陣列220之第一天線埠P1與第一天線陣列210之第四天線埠P4的隔離度最高可達-39.1dB，其中一天線單元223與功率分配器T1之間設有平衡不平衡轉換器222時，第二天線陣列220之第一天線埠P1與第一天線陣列210之第四天線埠P4的隔離度最高可達-41.8dB。

請參閱第3圖、第6圖及第7圖，其中第6圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第一實施例之天線結構200之第二天線陣列220之電壓駐波比之比較示意圖，第7圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第一實施例之天線結構200之第二天線陣列220之效率之比較示意圖。由第6圖及第7圖可知，未設置平衡不平衡轉換器222及有設置平衡不平衡轉換器222的第二天線陣列220在第二頻帶的區間時，其電壓駐波比及效率的差異極小。藉此，本發明之天線結構200在不影響第二天線陣列220整體效能的前提下，保有天線重要的參數，提升天線結構200中不同頻帶之間的隔離度。

請參閱第3圖、第8圖及第9圖，其中第8圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第二實施例之天線結構200之第二天線陣列220之第一天線子陣列A3之示意圖，第9圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第三實施例之天線結構200之第二天線陣列220之第一天線子陣列A4之示意圖。由第8圖及第9圖可知，第三實施方式之第二實施例及第三實施例與第一實施例的差異在於平衡不平衡轉換器222的設置位置，其他結構及特徵皆可與第一實施例相同或相似，在此不另贅述。在第8圖中，平衡不平衡轉換器222設置於由上往下的第二個天線單元223與功率分配器T1之間，在第9圖中，平衡不平衡轉換器222設置於由上往下的第三個天線單元223與功率分配器T1之間。在本發明的其他實施方式中，平衡不平衡轉換器222亦可設置於第二天線子陣列A2的任一個天線單元223與功率分配器T1之間，但本發明不以此為限。

請參閱第3圖、第10圖至第12圖，其中第10圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第四實施例之第二天線陣列220a之示意圖，第11圖係繪示依照第10圖第三實施方式之第四實施例之第二天線陣列220a之側視圖，第12圖係繪示依照第10圖第三實施方式之第四實施例之第二天線陣列220a之天線單元223之示意圖。由第10圖至第12圖可知，第三實施方式之第四實施例與第一實施例的差異在於第二天線陣列220a的結構，其他結構及特徵皆可與第一實施例相同或相似，在此不另贅述。

具體而言，各天線單元223可包含一基板2231、一第一輻射件2232及一第二輻射件2233。第一輻射件2232設置於基板2231之一第一面S1，且包含一第一匹配部M1、一第二匹配部M2及一第一輻射部R1。第一匹配部M1連接功率分配器T1及平衡不平衡轉換器222。第二匹配部M2連接第一匹配部M1。第一輻射部R1連接第二匹配部M2。第二輻射件2233設置於基板2231之一第二面S2，且包含一連接部C1及一第二輻射部R2。第二輻射部R2連接連接部C1。第一輻射部R1遠離第二匹配部M2之一端與第二輻射部R2遠離連接部C1之一端不重疊。

換句話說，位於基板2231之第一面S1的第一輻射部R1及位於基板2231之第二面S2的第二輻射部R2形成一偶極天線，而第一匹配部M1及第二匹配部M2用於阻抗匹配。

另外，第二天線陣列220a可更包含一板件225。板件225具有一開孔2251及一接地金屬層(圖未繪示)，其中饋入部221及功率分配器T1設置於板件225之一面，接地金屬層設置於板件225之另一面。天線單元223可更包含一通孔陣列2234。通孔陣列2234設置於基板2231之一端，通孔陣列2234穿過開孔2251，使天線單元223固接於板件225。通孔陣列2234包含複數通孔H1，此些通孔H1之相鄰二者的一間距2235表示為G，第二天線陣列220a操作於第二頻帶的一波長為，其符合下式(2)： G＜ (2)。

進一步來說，為達成自動化生產，天線單元223多採用雙列直插封裝(Dual in-line package；DIP)的插件方式與板件225連接，然而DIP的插件方式可能造成第二頻帶的電磁波洩漏而使阻抗匹配受影響，藉此，在基板2231的底部設置連通至第一面S1及第二面S2的通孔陣列2234作為等效金屬牆可防止電磁波洩漏，在提升天線隔離度的前提下仍使天線結構200有效發揮最佳效能。

由上述實施方式可知，本發明之天線結構具有下列優點，其一，可透過平衡不平衡轉換器增加第一頻帶天線及第二頻帶天線之間的隔離度；其二，在前端加入扼流元件，防止射頻訊號流入地面；其三，在至少一個天線單元與功率分配器之間設置平衡不平衡轉換器，加強電流分配特性，並保有良好天線阻抗，進而達成去耦合的效果；其四，在不影響第二天線陣列整體效能的前提下，保有天線重要的參數，提升天線結構中不同頻帶之間的隔離度；其五，在基板的底部設置連通至第一面及第二面的通孔陣列作為等效金屬牆可防止電磁波洩漏，在提升天線隔離度的前提下仍使天線結構有效發揮最佳效能。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100,100a,200:天線結構 110:第一頻帶天線 120,120a:第二頻帶天線 121,221:饋入部 122,222:平衡不平衡轉換器 123,223:天線單元 124:扼流元件 210:第一天線陣列 220,220a:第二天線陣列 2231:基板 2232:第一輻射件 2233:第二輻射件 2234:通孔陣列 2235:間距 225:板件 2251:開孔 230:第三天線陣列 A1,A3,A4:第一天線子陣列 A2:第二天線子陣列 C1:連接部 G1,G2:接地部 H1:通孔 L:長度 M1:第一匹配部 M2:第二匹配部 P1:第一天線埠 P2:第二天線埠 P3:第三天線埠 P4:第四天線埠 R1:第一輻射部 R2:第二輻射部 S1:第一面 S2:第二面 T1:功率分配器

第1圖係繪示本發明之第一實施方式之天線結構之示意圖；第2圖係繪示本發明之第二實施方式之天線結構之示意圖；第3圖係繪示本發明之第三實施方式之第一實施例之天線結構之示意圖；第4圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第一實施例之天線結構之隔離度之比較示意圖；第5圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第一實施例之天線結構之隔離度之另一比較示意圖；第6圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第一實施例之天線結構之第二天線陣列之電壓駐波比之比較示意圖；第7圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第一實施例之天線結構之第二天線陣列之效率之比較示意圖；第8圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第二實施例之天線結構之第二天線陣列之第一天線子陣列之示意圖；第9圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第三實施例之天線結構之第二天線陣列之第一天線子陣列之示意圖；第10圖係繪示依照第3圖第三實施方式之第四實施例之第二天線陣列之示意圖；第11圖係繪示依照第10圖第三實施方式之第四實施例之第二天線陣列之側視圖；及第12圖係繪示依照第10圖第三實施方式之第四實施例之第二天線陣列之天線單元之示意圖。

100:天線結構

110:第一頻帶天線

120:第二頻帶天線

121:饋入部

122:平衡不平衡轉換器

123:天線單元

G1,G2:接地部

L:長度

Claims

一種天線結構，包含：一第一頻帶天線，操作於一第一頻帶；以及一第二頻帶天線，操作於一第二頻帶，且包含：一饋入部；一平衡不平衡轉換器，連接該饋入部；及至少一天線單元，連接該平衡不平衡轉換器；其中，該第一頻帶與該第二頻帶不同；其中，該平衡不平衡轉換器之一長度為L，該第二頻帶天線操作於該第二頻帶的一波長為，其符合下式：；其中，N為正整數。
如請求項1所述之天線結構，更包含：一扼流元件，連接於該饋入部及該平衡不平衡轉換器之間。
如請求項1所述之天線結構，其中該平衡不平衡轉換器之一端連接該饋入部，該平衡不平衡轉換器之另一端連接一接地部。
如請求項1所述之天線結構，其中該至少一天線單元為一偶極天線。
如請求項1所述之天線結構，其中該至少一天線單元包含：一基板；一第一輻射件，設置於該基板之一第一面，且包含：一第一匹配部，連接該饋入部及該平衡不平衡轉換器；一第二匹配部，連接該第一匹配部；及一第一輻射部，連接該第二匹配部；及一第二輻射件，設置於該基板之一第二面，且包含：一連接部；及一第二輻射部，連接該連接部；其中，該第一輻射部遠離該第二匹配部之一端與該第二輻射部遠離該連接部之一端不重疊。
如請求項1所述之天線結構，其中，該第二頻帶天線更包含：一板件，具有一開孔，其中該饋入部設置於該板件；該至少一天線單元包含：一基板；及一通孔陣列，設置於該基板之一端，該通孔陣列穿過該開孔，使該至少一天線單元固接於該板件。
如請求項6所述之天線結構，其中該通孔陣列包含複數通孔，該些通孔之相鄰二者的一間距為G，該第二頻帶天線操作於該第二頻帶的該波長為，其符合下式： G＜。
一種天線結構，包含：一第一天線陣列，操作於一第一頻帶；以及一第二天線陣列，操作於一第二頻帶，且包含：一饋入部；一功率分配器，連接該饋入部；複數天線單元，連接該功率分配器；及一平衡不平衡轉換器，連接於該功率分配器及該些天線單元之一者之間；其中，該第一頻帶與該第二頻帶不同；其中，該平衡不平衡轉換器之一長度為L，該第二天線陣列操作於該第二頻帶的一波長為，其符合下式：；其中，N為正整數。
如請求項8所述之天線結構，更包含：一扼流元件，連接於該功率分配器及該平衡不平衡轉換器之間。
如請求項8所述之天線結構，其中該平衡不平衡轉換器之一端連接該饋入部，該平衡不平衡轉換器之另一端連接一接地部。
如請求項8所述之天線結構，其中各該天線單元為一偶極天線。
如請求項8所述之天線結構，其中各該天線單元包含：一基板；一第一輻射件，設置於該基板之一第一面，且包含：一第一匹配部，連接該功率分配器及該平衡不平衡轉換器；一第二匹配部，連接該第一匹配部；及一第一輻射部，連接該第二匹配部；及一第二輻射件，設置於該基板之一第二面，且包含：一連接部；及一第二輻射部，連接該連接部；其中，該第一輻射部遠離該第二匹配部之一端與該第二輻射部遠離該連接部之一端不重疊。
如請求項8所述之天線結構，其中，該第二天線陣列更包含：一板件，具有一開孔，其中該饋入部及該功率分配器設置於該板件；各該天線單元包含：一基板；及一通孔陣列，設置於該基板之一端，該通孔陣列穿過該開孔，使各該天線單元固接於該板件。
如請求項13所述之天線結構，其中該通孔陣列包含複數通孔，該些通孔之相鄰二者的一間距為G，該第二天線陣列操作於該第二頻帶的該波長為，其符合下式： G＜。