TWM637124U - 多頻帶天線裝置 - Google Patents

Abstract

本案揭露一種多頻帶天線裝置，包含一介質基板、一第一接地部、一第一輻射部、一第一短路部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第二短路部、一第四輻射部、一第一饋入部以及一第二饋入部。位於介質基板之第一表面上的第二輻射部、第一輻射部、第一短路部、第一接地部、第二短路部、第三輻射部及第四輻射部之間係形成一倒T形間距。第一饋入部位於第一表面上，且位於倒T形間距內的一非中央位置，第二饋入部位於介質基板之第二表面上，第二饋入部之一側利用至少一第一導通孔貫穿介質基板而電性連接第一饋入部，另一側朝向遠離第一接地部之方向延伸，使第二饋入部之垂直投影部分重疊倒T形間距。

Description

多頻帶天線裝置

本案係有關一種有效縮小天線尺寸之多頻帶天線裝置。

隨著無線通訊的演進，舊有的WiFi頻寬與速度以無法滿足消費者的需求，為了解決頻寬的問題，下一代的WiFi 6E技術增加了6GHz的頻帶，以藉由更大的頻寬來滿足消費者的使用需求。對於天線設計而言，雖然增加頻寬可以提升無線通訊的使用範圍，但天線設計的難度也會隨之增加，再加上近年來各項電子產品的高屏佔比已成為顯學，消費者對於美觀的標準也愈來愈高。為了回應消費者對於外型美觀的期待，筆記型電腦螢幕的邊框尺寸勢必需要縮得更小，在尺寸不斷縮小的情況下，天線的可設計空間被大幅縮減，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天線架構通常採用平面倒F型天線(PIFA設計)，以搭配多個金屬支路來創造出不同的共振頻率，藉此增加頻寬，雖然這種技術也可以達到寬頻之效果，但卻因為使用多個金屬支路，造成天線尺寸較大，其面積尺寸通常為8mm*40mm(320mm²)，無法有效縮小天線尺寸。

本案提供一種多頻帶天線裝置，包含一介質基板、一第一接地部、一第一輻射部、一第一短路部、一第二輻射部、一第三輻射部、一 第二短路部、一第四輻射部、一第一饋入部以及一第二饋入部。介質基板係具有相對之一第一表面及一第二表面，第一接地部位於第一表面上，第一輻射部位於第一表面上且位於第一接地部一側，並具有一第一外側端及一第一內側端，第一短路部位於第一表面上，且連接第一外側端及第一接地部，第二輻射部位於第一表面上且位於第一輻射部之一側，第二輻射部之一端彎折連接第一內側端。第三輻射部位於第一表面上且與第一輻射部位於第一接地部的同一側，並具有一第二外側端及一第二內側端，第二內側端靠近該第一內側端，第二短路部位於第一表面上，且連接第二外側端及第一接地部，第四輻射部位於第一表面上且位於第三輻射部之一側，第四輻射部之一端彎折連接第二內側端，使第二輻射部、第一輻射部、第一短路部、第一接地部、第二短路部、第三輻射部及第四輻射部之間形成一倒T形間距。第一饋入部位於第一表面上，且位於倒T形間距內的一非中央位置，第二饋入部位於第二表面上，第二饋入部之一側利用至少一第一導通孔貫穿介質基板而電性連接第一饋入部，另一側朝向遠離第一接地部之方向延伸，使第二饋入部之垂直投影部分重疊倒T形間距。

綜上所述，本案係為一種可有效縮小天線尺寸之多頻帶天線裝置，其係採用槽孔天線的輻射特性，並選擇性搭配電容元件或分佈式電容，以便在有限的空間下實現多頻帶操作。因此，本案可以在不增加產品系統空間之前提下，有效縮小天線尺寸並支援更廣泛的頻段範圍，以適用於2.41~2.48GHz以及5.150~7.125GHz之多頻帶，故可同時滿足WiFi 6E的頻帶(5.925~7.125GHz)。

10:多頻帶天線裝置

12:介質基板

121:第一表面

122:第二表面

14:第一接地部

16:第一輻射部

161:第一外側端

162:第一內側端

18:第一短路部

20:第二輻射部

22:第三輻射部

221:第二外側端

222:第二內側端

24:第二短路部

26:第四輻射部

28:第一饋入部

30:第二饋入部

32:訊號源

34:倒T形間距

36:第一導通孔

38:第二接地部

40:第二導通孔

42:系統接地面

44:電容元件

46:延伸部

48:耦合金屬部

50:第三導通孔

D1:第一間距

D2:第二間距

圖1為根據本案一實施例之多頻帶天線裝置的結構示意圖。

圖2為根據本案一實施例之多頻帶天線裝置的結構底視圖。

圖3為根據本案另一實施例之多頻帶天線裝置的結構示意圖。

圖4為根據本案再一實施例之多頻帶天線裝置的結構示意圖。

圖5為根據本案再一實施例之多頻帶天線裝置的結構底視圖。

圖6為根據本案一實施例之多頻帶天線裝置激發在2.45GHz的表面電流路徑分布圖。

圖7為根據本案一實施例之多頻帶天線裝置激發在6GHz的表面電流路徑分布圖。

圖8為根據本案之多頻帶天線裝置產生的反射係數(S11參數)模擬示意圖。

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。

請同時參閱圖1及圖2所示，本案之多頻帶天線裝置10，至少包含一介質基板12、一第一接地部14、一第一輻射部16、一第一短路部18、一第二輻射部20、一第三輻射部22、一第二短路部24、一第 四輻射部26、一第一饋入部28、一第二饋入部30、一訊號源32以及至少一第一導通孔36。

在多頻帶天線裝置10中，介質基板12係具有相對之一第一表面121及一第二表面122，介質基板12係使用一般的印刷電路板(PCB)。第一接地部14位於第一表面121上，且鄰接介質基板12的一側邊緣。第一輻射部16係位於介質基板12之第一表面121上且位於第一接地部14之一側，第一輻射部16具有一第一外側端161及一第一內側端162。第一短路部18係位於第一表面121上，第一短路部18之一端垂直連接第一輻射部16之第一外側端161，另一端朝向第一接地部14之方向延伸並連接至第一接地部14。第二輻射部20係位於第一表面121上且位於第一輻射部16之一側，第二輻射部20之一端具有一次彎折且連接第一內側端162，使第一輻射部16與第二輻射部20之間形成一第一間距D1。第三輻射部22係位於第一表面121上且與第一輻射部16位於第一接地部14的同一側，第三輻射部22具有一第二外側端221及一第二內側端222，且第二內側端222靠近第一輻射部16之第一內側端162。第二短路部24係位於第一表面121上，第二短路部24之一端垂直連接第三輻射部22之第二外側端221，另一端朝向第一接地部14之方向延伸並連接至第一接地部14。第四輻射部26位於第一表面121上且位於第三輻射部22之一側，第四輻射部26之一端具有一次彎折且連接第二內側端222，使第三輻射部22與第四輻射部26之間形成一第二間距D2。

其中，第二輻射部20、第一輻射部16、第一短路部18、第一接地部14、第二短路部24、第三輻射部22及第四輻射部26之間所 圍繞之區域係形成一倒T形間距34。第一饋入部28位於第一表面121上，且位於倒T形間距34內的一非中央位置，在此實施例中，第一饋入部28係位於第三輻射部22與第一接地部14之間的介質基板12上；在另一實施例中，第一饋入部28亦可位於第一輻射部16與第一接地部14之間的介質基板12上。第二饋入部30係位於第二表面122上，第二饋入部30之一側利用至少一第一導通孔(via)36貫穿介質基板12而電性連接至第一饋入部28，在此係以二個第一導通孔36為例，但本案不以此為限，第二饋入部30之另一側朝向遠離第一接地部14之方向延伸，使第二饋入部30之垂直投影部分重疊該倒T形間距34。訊號源32之一端連接第一饋入部28，另一端則連接至第一接地部14，以藉由訊號源32將射頻訊號傳輸饋入至第一饋入部28。

在一實施例中，以介質基板12之中心線為對稱軸，第一輻射部16係對稱第三輻射部22、第一短路部18係對稱第二短路部24以及第二輻射部20係對稱第四輻射部26，使第一輻射部16、第一短路部18及第二輻射部20與第三輻射部22、第二短路部24及第四輻射部26為鏡像對稱設計。

在一實施例中，如圖1及圖2所示，多頻帶天線裝置10更包含一第二接地部38及複數第二導通孔40，第二接地部38位於介質基板12之第二表面122上且對應第一接地部14，第一接地部14係透過複數第二導通孔40貫穿介質基板12而電性連接第二接地部38。

在一實施例中，如圖1及圖2所示，多頻帶天線裝置10之介質基板12的外側邊更設置有一系統接地面42，使位於第一表面121之 第一接地部14及位於第二表面122之第二接地部38皆連接至系統接地面42，以形成電性連接。在一實施例中，系統接地面42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42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42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42的形狀及尺寸僅為示意，系統接地面42的形狀或尺寸可隨著多頻帶天線裝置10之應用而隨之改變，當不能以此為限。

為了讓多頻帶天線裝置10之物理尺寸縮得更小，本案更可在倒T形間距34中心位置的電流零點處增設一電容元件44。請參閱圖3所示，圖3所示之多頻帶天線裝置10之底視圖係與圖2相同，故請同時參閱圖2及圖3所示。如圖2及圖3所示，本案之多頻帶天線裝置10，至少包含一介質基板12、一第一接地部14、一第一輻射部16、一第一短路部18、一第二輻射部20、一第三輻射部22、一第二短路部24、一第四輻射部26、一第一饋入部28、一第二饋入部30、一訊號源32、至少一第一導通孔36、一第二接地部38、複數第二導通孔40以及一電容元件44。介質基板12係具有第一表面121及第二表面122，第一表面121上設有第一接地部14、第一輻射部16、第二輻射部20、第一短路部18、第三輻射部22、第四輻射部26、第二短路部24、第一饋入部28、訊號源32以及電容元件44，第二表面122則設有第二饋入部30及第二接地部38。其中第二輻射部20具有一次彎折並電性連接第一輻射部16之第 一內側端162，第二輻射部20之開放末端與第一輻射部16平行，使第一輻射部16與第二輻射部20之間具有第一間距D1，而第一短路部18一端垂直連接於第一輻射部16之第一外側端161，並往第一接地部14方向延伸且與第一接地部14電性連接。第四輻射部26具有一次彎折並電性連接第三輻射部22之第二內側端222，第四輻射部26之開放末端與第三輻射部22平行，使第三輻射部22與第四輻射部26之間具有第二間距D2，而第二短路部24一端垂直連接於第三輻射部22之第二外側端221，並往第一接地部14方向延伸且與第一接地部14電性連接。其中，上述之第二輻射部20、第一輻射部16、第一短路部18、第一接地部14、第二短路部24、第三輻射部22及第四輻射部26之間係形成一倒T形間距34。第一饋入部28位於倒T形間距34內且位於第三輻射部22與第一接地部14之間。第二饋入部30之一側利用至少一第一導通孔36貫穿介質基板12而電性連接至第一饋入部28，在此係以二個第一導通孔36為例，但本案不以此為限，第二饋入部30之另一側朝向遠離第二接地部38之方向延伸，使第二饋入部30之垂直投影部分重疊該倒T形間距34。訊號源32之一端連接第一饋入部28，另一端則連接至第一接地部14，以藉由訊號源32將射頻訊號傳輸饋入至第一饋入部28。電容元件44連接在第一輻射部16之第一內側端162與第三輻射部22之第二內側端222之間，以藉由調整電容元件44之電容值，來有效控制低頻操作時的頻率位置。除了電容元件44之外，其餘之詳細結構說明可參考前述圖1及圖2所示之實施例說明，故於此不再贅述。

請同時參閱圖4及圖5所示，本案之多頻帶天線裝置10， 至少包含一介質基板12、一第一接地部14、一第一輻射部16、一第一短路部18、一第二輻射部20、一第三輻射部22、一第二短路部24、一第四輻射部26、一延伸部46、一第一饋入部28、一第二饋入部30、一耦合金屬部48、一訊號源32一第一導通孔36、一第二接地部38、複數第二導通孔40以及一第三導通孔50。介質基板12係具有第一表面121及第二表面122，第一表面121上設有第一接地部14、第一輻射部16、第一短路部18、第二輻射部20、第三輻射部22、第二短路部24、第四輻射部26、延伸部46、第一饋入部28以及訊號源32，第二表面122則設有第二饋入部30、耦合金屬部48以及一第二接地部38。上述之第二輻射部20、第一輻射部16、第一短路部18、第一接地部14、第二短路部24、第三輻射部22及第四輻射部26之間係形成一倒T形間距34。第一饋入部28位於倒T形間距34內且位於第三輻射部22與第一接地部14之間。第二饋入部30之一側利用二第一導通孔36貫穿介質基板12而電性連接至第一饋入部28，第二饋入部30之另一側朝向遠離第二接地部38之方向延伸，使第二饋入部30之垂直投影部分重疊該倒T形間距34。其中，延伸部46係連接第二輻射部20之彎折處並朝向第四輻射部26方向延伸，耦合金屬部48係位於第二表面122上，耦合金屬部48之一端透過一第三導通孔50貫穿介質基板12而電性連接第四輻射部26，另一端朝向延伸部46之垂直投影位置的方向延伸，使耦合金屬部48與延伸部46之垂直投影有部分重疊，以藉此作為一分佈式電容，來調整低頻操作時的頻率位置。其餘之詳細結構說明可參考前述圖1及圖2所示之實施例說明，故於此不再贅述。

如圖1至圖5所示，本案之多頻帶天線裝置10藉由第二輻射部20、第一輻射部16、第一短路部18、第一接地部14、第二短路部24、第三輻射部22及第四輻射部26之間所形成之倒T形間距34，以構成槽孔天線之基本架構而具有槽孔輻射的特性。再者，為了使射頻訊號可以順利電氣耦接至倒T形間距34，第一接地部14係透過複數個第二導通孔40電性連接位於第二表面122之第二接地部38，同樣地，在第一饋入部28也設有第一導通孔36，以利用第一導通孔36使第一饋入部28電性連接位於第二表面122之第二饋入部30，藉此增加實際應用與量產的可行性。

在一實施例中，如圖1至圖5所示，第一接地部14、第一輻射部16、第一短路部18、第二輻射部20、第三輻射部22、第二短路部24、第四輻射部26、第一饋入部28、第二饋入部30、第二接地部38、延伸部46及耦合金屬部48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。

在本案之多頻帶天線裝置10中，請同時參閱圖3所示，以圖3之多頻帶天線裝置10為例。在低頻頻帶操作時，實際以2.45GHz為例，如圖3及圖6所示，訊號源32會產生射頻訊號，第一饋入部28會將射頻訊號饋入至第二饋入部30，以透過第二饋入部30將射頻訊號耦合至倒T形間距34，使多頻帶天線裝置10具有槽孔天線的輻射特性，在低頻2.45GHz頻帶的電場能量會分佈在倒T形間距34，以形成共振路徑約為0.25倍波長的開槽孔天線共振模態，如圖6所示。在高頻頻帶操作時，實際以6GHz為例，如圖3及圖7所示，訊號源32產生射頻訊號，也同 樣從第一饋入部28將射頻訊號饋入第二饋入部30，以透過第二饋入部30將射頻訊號耦合至倒T形間距34，以形成共振路徑約為0.5倍波長的閉槽孔天線共振模態，此模態的電場強點會出現在倒T形間距34的中心位置，但對於電流而言，此位置則會是一個電流零點，如圖7所示。再者，在電流零點處增加電容元件44，以藉由調整其電容值，可以有效控制低頻的頻率位置，使多頻帶天線裝置10的低頻帶滿足2.41GHz-2.48GHz操作，除此之外也可達到縮小天線尺寸的作用。另外，本案透過調整第二輻射部20及第四輻射部26之延伸長度，更能有效提升高頻帶的阻抗匹配。

本案提出之多頻帶天線裝置10確實具有良好的反射係數。請同時參閱圖3及圖8所示，在此多頻帶天線裝置10中，整個多頻帶天線裝置10之尺寸為14mm*5mm(70mm²)，以此多頻帶天線裝置10於射頻訊號傳輸時，來進行S參數的模擬分析。多頻帶天線裝置10分別在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶時，其S參數模擬結果如圖8所示，由圖8所顯示的曲線可知，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)均小於-5dB(S11<-5dB)，證明在低頻操作頻帶以及高頻操作頻帶均具有良好的反射係數，可以滿足於2.41~2.48GHz以及5.15~7.125GHz之多頻帶，同時也符合WiFi 6E的操作頻帶。因此，本案之多頻帶天線裝置10使用槽孔天線架構，搭配電容元件44，有效縮小尺寸，僅需14mm*5mm(70mm²)的尺寸空間即可滿足多頻帶的天線需求。

綜上所述，本案係為一種可有效縮小天線尺寸之多頻帶天線裝置，其係採用槽孔天線的輻射特性，並選擇性搭配電容元件或分佈式電容，以便在有限的空間下實現多頻帶操作。因此，本案可以在不增加產 品系統空間之前提下，有效縮小天線尺寸並支援更廣泛的頻段範圍，以適用於2.41~2.48GHz以及5.150~7.125GHz之多頻帶，故可同時滿足WiFi 6E的頻帶(5.925~7.125GHz)。

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:多頻帶天線裝置

12:介質基板

121:第一表面

14:第一接地部

16:第一輻射部

161:第一外側端

162:第一內側端

18:第一短路部

20:第二輻射部

22:第三輻射部

221:第二外側端

222:第二內側端

24:第二短路部

26:第四輻射部

28:第一饋入部

30:第二饋入部

32:訊號源

34:倒T形間距

36:第一導通孔

40:第二導通孔

42:系統接地面

D1:第一間距

D2:第二間距

Claims (21)

1. 一種多頻帶天線裝置，包含： 一介質基板，具有相對之一第一表面及一第二表面； 一第一接地部，位於該第一表面上； 一第一輻射部，位於該第一表面上且位於該第一接地部一側，並具有一第一外側端及一第一內側端； 一第一短路部，位於該第一表面上，且連接該第一外側端及該第一接地部； 一第二輻射部，位於該第一表面上且位於該第一輻射部之一側，該第二輻射部之一端彎折連接該第一內側端； 一第三輻射部，位於該第一表面上且與該第一輻射部位於該第一接地部的同一側，並具有一第二外側端及一第二內側端，該第二內側端靠近該第一內側端； 一第二短路部，位於該第一表面上，且連接該第二外側端及該第一接地部； 一第四輻射部，位於該第一表面上且位於該第三輻射部之一側，該第四輻射部之一端彎折連接該第二內側端，使該第二輻射部、該第一輻射部、該第一短路部、該第一接地部、該第二短路部、該第三輻射部及該第四輻射部之間形成一倒T形間距； 一第一饋入部，位於該第一表面上，且位於該倒T形間距內的一非中央位置；以及 一第二饋入部，位於該第二表面上，該第二饋入部之一側利用至少一第一導通孔貫穿該介質基板而電性連接該第一饋入部，另一側朝向遠離該第一接地部之方向延伸，使該第二饋入部之垂直投影部分重疊該倒T形間距。
2. 如請求項1所述之多頻帶天線裝置，更包含一訊號源，其一端連接該第一饋入部，另一端連接該第一接地部。
3. 如請求項1所述之多頻帶天線裝置，更包含一第二接地部，位於該第二表面上，且對應該第一接地部，該第一接地部透過複數第二導通孔貫穿該介質基板而電性連接該第二接地部。
4. 如請求項3所述之多頻帶天線裝置，更包含一系統接地面，位於該介質基板的一側，且該系統接地面連接該第一接地部及該第二接地部。
5. 如請求項1所述之多頻帶天線裝置，其中該第一饋入部位於該第一輻射部與該第一接地部之間的該介質基板上。
6. 如請求項1所述之多頻帶天線裝置，其中該第一饋入部位於該第三輻射部與該第一接地部之間的該介質基板上。
7. 如請求項1所述之多頻帶天線裝置，其中該第一輻射部係對稱該第三輻射部、該第一短路部係對稱該第二短路部以及該第二輻射部係對稱該第四輻射部。
8. 如請求項1所述之多頻帶天線裝置，更包含一電容元件，位於該第一表面上，且連接在該第一內側端與該第二內側端之間。
9. 如請求項8所述之多頻帶天線裝置，更包含一訊號源，其一端連接該第一饋入部，另一端連接該第一接地部。
10. 如請求項8所述之多頻帶天線裝置，更包含一第二接地部，位於該第二表面上，且對應該第一接地部，該第一接地部透過複數第二導通孔貫穿該介質基板而電性連接該第二接地部。
11. 如請求項10所述之多頻帶天線裝置，更包含一系統接地面，位於該介質基板的一側，且該系統接地面連接該第一接地部及該第二接地部。
12. 如請求項8所述之多頻帶天線裝置，其中該第一饋入部位於該第一輻射部與該第一接地部之間的該介質基板上。
13. 如請求項8所述之多頻帶天線裝置，其中該第一饋入部位於該第三輻射部與該第一接地部之間的該介質基板上。
14. 如請求項8所述之多頻帶天線裝置，其中該第一輻射部係對稱該第三輻射部、該第一短路部係對稱該第二短路部以及該第二輻射部係對稱該第四輻射部。
15. 如請求項1所述之多頻帶天線裝置，更包含： 一延伸部，位於該第一表面上，該延伸部連接該第二輻射部之彎折處並朝向該第四輻射部方向延伸；以及 一耦合金屬部，位於該第二表面上，該耦合金屬部之一端透過一第三導通孔貫穿該介質基板而電性連接該第四輻射部，另一端朝向該延伸部之垂直投影的方向延伸，並與該垂直投影部分重疊。
16. 如請求項15所述之多頻帶天線裝置，更包含一訊號源，其一端連接該第一饋入部，另一端連接該第一接地部。
17. 如請求項15所述之多頻帶天線裝置，更包含一第二接地部，位於該第二表面上，且對應該第一接地部，該第一接地部透過複數第二導通孔貫穿該介質基板而電性連接該第二接地部。
18. 如請求項17所述之多頻帶天線裝置，更包含一系統接地面，位於該介質基板的一側，且該系統接地面連接該第一接地部及該第二接地部。
19. 如請求項15所述之多頻帶天線裝置，其中該第一饋入部位於該第一輻射部與該第一接地部之間的該介質基板上。
20. 如請求項15所述之多頻帶天線裝置，其中該第一饋入部位於該第三輻射部與該第一接地部之間的該介質基板上。
21. 如請求項15所述之多頻帶天線裝置，其中該第一輻射部係對稱該第三輻射部、該第一短路部係對稱該第二短路部以及該第二輻射部係對稱該第四輻射部。

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