CN106299613B - 天线系统 - Google Patents

Abstract

一种天线系统。该天线系统包括：一第一偶极天线组件以及一第二偶极天线组件；该第一偶极天线组件包括一第一馈入辐射部和一第一接地辐射部，其中该第一馈入辐射部具有一突出部分，该第一接地辐射部具有一开口槽孔，而该突出部分延伸进入该开口槽孔之内；该第二偶极天线组件包括一第二馈入辐射部和一第二接地辐射部；其中该第一偶极天线组件和该第二偶极天线组件皆由一信号源所激发。该第一偶极天线组件操作于一低频频带，而该第二偶极天线组件操作于一高频频带。本发明的天线系统具有高增益、低介入损耗、少频带间干扰以及低同轴电缆线辐射等特性，并且结构简单，其容易实施操作于各式通信装置当中，可享有大量化生产的商业价值。

Description

天线系统

技术领域

本发明涉及一种天线系统，特别涉及一种高增益(High Gain)的天线系统。

背景技术

随着移动通信技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式计算机、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求，移动装置通常具有无线通信的功能。有些涵盖长距离的无线通信范围，例如：移动电话使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系统及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz，以及2500MHz的频带进行通信，而有些则涵盖短距离的无线通信范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通信。

天线为无线通信领域中不可缺少的组件。倘若用于接收或发射信号的天线其增益(Gain)不足，则很容易造成移动装置的通信质量下降。因此，如何设计出高增益的天线组件，对天线设计者而言是一项重要课题。

因此，需要提供一种天线系统来解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种天线系统，该天线系统包括：一第一偶极天线组件，该第一偶极天线组件包括一第一馈入辐射部和一第一接地辐射部，其中该第一馈入辐射部具有一突出部分，该第一接地辐射部具有一开口槽孔，而该突出部分延伸进入该开口槽孔之内；以及一第二偶极天线组件，该第二偶极天线组件包括一第二馈入辐射部和一第二接地辐射部；其中该第一偶极天线组件和该第二偶极天线组件皆由一信号源所激发，该第一偶极天线组件操作于一低频频带，而该第二偶极天线组件操作于一高频频带。

在一些实施例中，该第一馈入辐射部、该第一接地辐射部、该第二馈入辐射部，以及该第二接地辐射部分别大致为一矩形。

在一些实施例中，该突出部分大致为一较窄直条形，而该开口槽孔大致为一较宽直条形。

在一些实施例中，该开口槽孔的长度小于该低频频带的一中心操作频率的八分之一波长。

在一些实施例中，该突出部分和该开口槽孔的边缘的间隙小于1mm。

在一些实施例中，该突出部分和该开口槽孔用于防止该高频频带的电流干扰该第一偶极天线组件。

在一些实施例中，该第一馈入辐射部的一第一馈入点和该第二馈入辐射部的一第二馈入点皆耦接至该信号源的正极，而该第一接地辐射部的一第一接地点和该第二接地辐射部的一第二接地点皆耦接至该信号源的负极。

在一些实施例中，该第一馈入点邻近于该突出部分，而该第一接地点邻近于该开口槽孔。

在一些实施例中，该天线系统还包括：一第一蜿蜒连接线；以及一第一串接辐射部，经由该第一蜿蜒连接线耦接至该第一馈入辐射部。

在一些实施例中，该突出部分位于该第一馈入辐射部的一第一边缘，该第一蜿蜒连接线耦接至该第一馈入辐射部的一第二边缘，而该第一边缘相对于该第二边缘。

在一些实施例中，该第一蜿蜒连接线大致为一个或多个W字形的一组合。

在一些实施例中，该第一串接辐射部大致为一矩形。

在一些实施例中，该第一蜿蜒连接线的长度约等于该低频频带的一中心操作频率的二分之一波长。

在一些实施例中，该第一串接辐射部的长度约等于该低频频带的一中心操作频率的二分之一波长。

在一些实施例中，该天线系统还包括：一同轴电缆线，包括一中心导线和一导体外壳，其中该信号源的该正极经由该中心导线耦接至该第一馈入点和该第二馈入点，而该信号源的该负极经由该导体外壳耦接至该第一接地点和该第二接地点。

在一些实施例中，该天线系统还包括：一回流抑制组件，耦接至该导体外壳，其中该回流抑制组件用于吸引该导体外壳的电流，以防止该同轴电缆线产生辐射。

在一些实施例中，该回流抑制组件大致为一L字形。

在一些实施例中，该回流抑制组件的长度约等于该低频频带的一中心操作频率的四分之一波长。

在一些实施例中，该回流抑制组件和该第一偶极天线组件的间隙约介于2mm至3mm之间。

在一些实施例中，该天线系统还包括：一第二蜿蜒连接线；一第二串接辐射部，经由该第二蜿蜒连接线耦接至该第二馈入辐射部；一第三蜿蜒连接线；以及一第三串接辐射部，经由该第三蜿蜒连接线耦接至该第二接地辐射部。

本发明提供一种天线系统，其可具有高增益、低介入损耗、少频带间干扰，以及低同轴电缆线辐射等特性。本发明结构简单，其容易实施操作于各式通信装置当中，可享有大量化生产的商业价值。

附图说明

图1显示根据本发明一实施例所述的天线系统的示意图；

图2显示根据本发明一实施例所述的天线系统的示意图；

图3显示根据本发明一实施例所述的天线系统的示意图；以及

图4显示根据本发明一实施例所述的天线系统的示意图。

主要组件符号说明：

100、200、300、400 天线系统

110 第一偶极天线组件

111 第一馈入点

112 第一接地点

120 第一馈入辐射部

121 第一馈入辐射部的第一边缘

122 第一馈入辐射部的第一边缘

125 第一馈入辐射部的突出部分

130 第一接地辐射部

135 第一接地辐射部的开口槽孔

140 第二偶极天线组件

141 第二馈入点

142 第二接地点

150 第二馈入辐射部

160 第二接地辐射部

190 信号源

271 第一蜿蜒连接线

272 第一串接辐射部

273 第四蜿蜒连接线

274 第四串接辐射部

350 同轴电缆线

351 同轴电缆线的中心导线

352 同轴电缆线的导体外壳

360 回流抑制组件

471 第二蜿蜒连接线

472 第二串接辐射部

473 第三蜿蜒连接线

474 第三串接辐射部

Ll 开口槽孔的长度

G1 开口槽孔的边缘和突出部分的间隙

G2 回流抑制组件和第一偶极天线组件的间隙

具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下。

图1显示根据本发明一实施例所述的天线系统100的示意图。天线系统100可用金属材料制成，并可设置于一介质基板上，例如：一印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一FR4(Flame Retardant 4)板。如图1所示，天线系统100至少包括一第一偶极天线组件110和一第二偶极天线组件140。第一偶极天线组件110和第二偶极天线组件140皆由同一信号源190所激发，其中信号源190可以是一射频(Radio Frequency，RF)模块。第一偶极天线组件110操作于一低频频带，而第二偶极天线组件140操作于一高频频带。举例而言，前述低频频带可约介于2400MHz至2500MHz之间，而前述高频频带可约介于5150MHz至5850MHz之间，使得天线系统100可支持Wi-Fi和Bluetooth的双频操作。

第一偶极天线组件110包括一第一馈入辐射部120和一第一接地辐射部130。第二偶极天线组件140包括一第二馈入辐射部150和一第二接地辐射部160。第一馈入辐射部120和第一接地辐射部130可以分别大致为一较长矩形。第二馈入辐射部150和第二接地辐射部160可以分别大致为一较短矩形(例如：前述较长矩形的长度约为前述较短矩形的长度的二倍)。第一馈入辐射部120的一第一馈入点111和第二馈入辐射部150的一第二馈入点141皆耦接至信号源190的正极。第一接地辐射部130的一第一接地点112和第二接地辐射部160的一第二接地点142皆耦接至信号源190的负极。第一馈入辐射部120具有一突出部分125。突出部分125的宽度较第一馈入辐射部120的其余部分的宽度更窄。第一接地辐射部130具有一开口槽孔135。第一馈入点111邻近于突出部分125，而第一接地点112邻近于开口槽孔135。突出部分125可以大致为一较窄直条形，而开口槽孔135可以大致为一较宽直条形，其中突出部分125延伸进入开口槽孔135之内。在组件尺寸方面，第一馈入辐射部120的长度和第一接地辐射部130的长度约等于前述低频频带的一中心操作频率的四分之一波长(λ/4)，第二馈入辐射部150的长度和第二接地辐射部160的长度约等于前述高频频带的一中心操作频率的四分之一波长(λ/4)，开口槽孔135的长度L1小于前述低频频带的中心操作频率的八分之一波长(λ/8)，而突出部分125和开口槽孔135的边缘的间隙G1小于1mm(例如：较佳的间隙G1的长度为0.5mm)。

在本发明中，突出部分125和开口槽孔135用于防止高频频带的电流干扰第一偶极天线组件110。详细而言，突出部分125和开口槽孔135可以共同形成一等效电容器，其具有相对适中的一电容值。对于低频频带而言，此等效电容器视为一开路(Open Circuit)，是以其不致影响第一偶极天线组件110的电流分布；对于高频频带而言，此等效电容器视为一短路(Short Circuit)，是以高频电流可由第二馈入辐射部150流往第一馈入辐射部120后，再经由突出部分125和开口槽孔135的短路路径回流至第二接地辐射部160。本发明的设计可避免传统高增益天线常面临高频、低频辐射部互相干扰的问题，其亦无须采用外加分频器(具有介入损耗)的架构，因此，本发明至少具有改善天线辐射性能、减少介入损耗(Insertion Loss)，以及节省成本等优势，其非常适合应用于各种宽带天线结构当中。

图2显示根据本发明一实施例所述的天线系统200的示意图。图2和图1相似，两者的差异在于，图2的天线系统200还包括一第一蜿蜒连接线271和一第一串接辐射部272，其中第一串接辐射部272经由第一蜿蜒连接线271耦接至第一馈入辐射部120。详细而言，突出部分125位于第一馈入辐射部120的一第一边缘121，第一蜿蜒连接线271耦接至第一馈入辐射部120的一第二边缘122，其中第一边缘121相对于第二边缘122。第一蜿蜒连接线271可以大致为一个或多个W字形的一组合。第一串接辐射部272可以大致为一矩形。第一蜿蜒连接线271的长度(此指其拉直后的总长度)可约等于前述低频频带的中心操作频率的二分之一波长(λ/2)。第一串接辐射部272的长度可约等于前述低频频带的中心操作频率的二分之一波长(λ/2)。在此设计下，可视为天线系统200包括由第一偶极天线组件110、第一蜿蜒连接线271，以及第一串接辐射部272所形成的一天线阵列，其中第一偶极天线组件110可作为主要辐射体，第一蜿蜒连接线271可产生负相位辐射，而第一串接辐射部272可产生正相位辐射。由于第一蜿蜒连接线271具有密集且曲折的电流路径，第一蜿蜒连接线271的各邻近区段上的表面电流呈现相反方向，因此，就远处观之，前述的负相位辐射将会被几乎完全抵消。另一方面，第一串接辐射部272的正相位辐射则可与第一偶极天线组件110的辐射产生相长干涉，从而可提高天线阵列的整体增益。在其他实施例中，此天线阵列亦可包括更多条蜿蜒连接线和更多个串接辐射部，而不仅限于图2所示者。图2的天线系统200的其余特征皆与图1的天线系统100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

图3显示根据本发明一实施例所述的天线系统300的示意图。图3和图1相似，两者的差异在于，图3的天线系统300还包括一同轴电缆线(Coaxial Cable)350和一回流抑制组件360。同轴电缆线350包括一中心导线351和一导体外壳352，其中信号源190的正极经由中心导线351耦接至第一馈入点111和第二馈入点141，而信号源190的负极经由导体外壳352耦接至第一接地点112和第二接地点142。回流抑制组件360耦接至导体外壳352。回流抑制组件360可以大致为一L字形。回流抑制组件360的长度可约等于低频频带的中心操作频率的四分之一波长(λ/4)。回流抑制组件360和第一偶极天线组件110的间隙G2可约介于2mm至3mm之间。回流抑制组件360用于吸引导体外壳352的电流，以防止同轴电缆线350产生辐射。在此设计下，同轴电缆线350的回流电流将聚集于回流抑制组件360上并形成共振驻波(Standing Wave)，因此，回流抑制组件360可以有效地避免同轴电缆线350对于第一偶极天线组件110造成辐射干扰。图3的天线系统300的其余特征皆与图1的天线系统100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

图4显示根据本发明一实施例所述的天线系统400的示意图。图4和图1、图2、图3相似，其间的差异在于，图4的天线系统400还包括一第二蜿蜒连接线471、一第二串接辐射部472、一第三蜿蜒连接线473、一第三串接辐射部474、一第四蜿蜒连接线273，以及一第四串接辐射部274。第二串接辐射部472经由第二蜿蜒连接线471耦接至第二馈入辐射部150。第三串接辐射部474经由第三蜿蜒连接线473耦接至第二接地辐射部160。第二蜿蜒连接线471的长度和第三蜿蜒连接线473的长度(此指其拉直后的总长度)皆可约等于前述高频频带的中心操作频率的二分之一波长(λ/2)。第二串接辐射部472的长度和第三串接辐射部474的长度可约等于前述高频频带的中心操作频率的二分之一波长(λ/2)。第四串接辐射部274经由第四蜿蜒连接线273耦接至第一串接辐射部272。第四蜿蜒连接线273的长度(此指其拉直后的总长度)可约等于前述低频频带的中心操作频率的二分之一波长(λ/2)。第四串接辐射部274的长度可约等于前述低频频带的中心操作频率的二分之一波长(λ/2)。这些外加的蜿蜒连接线、串接辐射部皆可进一步提升天线系统400的天线增益。图4的天线系统400的其余特征皆与图1、图2、图3的天线系统100、200、300类似，故这些实施例均可达成相似的操作效果。

总而言之，本发明提供一种天线系统，其可具有高增益、低介入损耗、少频带间干扰，以及低同轴电缆线辐射等特性。本发明结构简单，其容易实施操作于各式通信装置当中，可享有大量化生产的商业价值。

值得注意的是，以上所述的组件尺寸、组件参数、组件形状，以及频率范围皆非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。另外，本发明的天线系统并不仅限于图1-图4所图示的状态。本发明可以仅包括图1-图4的任何一个或多个实施例的任何一项或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的天线系统中。

在本说明书以及权利要求书中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同组件。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视所附的权利要求书的范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种天线系统，该天线系统包括：

一第一偶极天线组件，该第一偶极天线组件包括一第一馈入辐射部和一第一接地辐射部，其中该第一馈入辐射部具有一突出部分，该第一接地辐射部具有一开口槽孔，而该突出部分延伸进入该开口槽孔之内，以形成一等效电容器；以及

一第二偶极天线组件，该第二偶极天线组件包括一第二馈入辐射部和一第二接地辐射部；

其中该第一偶极天线组件和该第二偶极天线组件皆由一信号源所激发，该第一偶极天线组件操作于一低频频带，而该第二偶极天线组件操作于一高频频带。

2.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一馈入辐射部、该第一接地辐射部、该第二馈入辐射部，以及该第二接地辐射部分别为一矩形。

3.如权利要求1所述的天线系统，其中该突出部分为一直条形，而该开口槽孔为一直条形，该突出部分的直条形宽度窄于该开口槽孔的直条形宽度。

4.如权利要求1所述的天线系统，其中该开口槽孔的长度小于该低频频带的一中心操作频率的八分之一波长。

5.如权利要求1所述的天线系统，其中该突出部分和该开口槽孔的边缘的间隙小于1mm。

6.如权利要求1所述的天线系统，其中该突出部分和该开口槽孔用于防止该高频频带的电流干扰该第一偶极天线组件。

7.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一馈入辐射部的一第一馈入点和该第二馈入辐射部的一第二馈入点皆耦接至该信号源的正极，而该第一接地辐射部的一第一接地点和该第二接地辐射部的一第二接地点皆耦接至该信号源的负极。

8.如权利要求7所述的天线系统，其中该第一馈入点邻近于该突出部分，而该第一接地点邻近于该开口槽孔。

9.如权利要求1所述的天线系统，还包括：

一第一蜿蜒连接线；以及

一第一串接辐射部，该第一串接辐射部经由该第一蜿蜒连接线耦接至该第一馈入辐射部。

10.如权利要求9所述的天线系统，其中该突出部分位于该第一馈入辐射部的一第一边缘，该第一蜿蜒连接线耦接至该第一馈入辐射部的一第二边缘，而该第一边缘相对于该第二边缘。

11.如权利要求9所述的天线系统，其中该第一蜿蜒连接线为一个或多个W字形的一组合。

12.如权利要求9所述的天线系统，其中该第一串接辐射部为一矩形。

13.如权利要求9所述的天线系统，其中该第一蜿蜒连接线的长度等于该低频频带的一中心操作频率的二分之一波长。

14.如权利要求9所述的天线系统，其中该第一串接辐射部的长度等于该低频频带的一中心操作频率的二分之一波长。

15.如权利要求7所述的天线系统，还包括：

一同轴电缆线，该同轴电缆线包括一中心导线和一导体外壳，其中该信号源的该正极经由该中心导线耦接至该第一馈入点和该第二馈入点，而该信号源的该负极经由该导体外壳耦接至该第一接地点和该第二接地点。

16.如权利要求15所述的天线系统，还包括：

一回流抑制组件，该回流抑制组件耦接至该导体外壳，其中该回流抑制组件用于吸引该导体外壳的电流，以防止该同轴电缆线产生辐射。

17.如权利要求16所述的天线系统，其中该回流抑制组件为一L字形。

18.如权利要求16所述的天线系统，其中该回流抑制组件的长度等于该低频频带的一中心操作频率的四分之一波长。

19.如权利要求16所述的天线系统，其中该回流抑制组件和该第一偶极天线组件的间隙介于2mm至3mm之间。

20.如权利要求1所述的天线系统，还包括：

一第二蜿蜒连接线；

一第二串接辐射部，该第二串接辐射部经由该第二蜿蜒连接线耦接至该第二馈入辐射部；

一第三蜿蜒连接线；以及

一第三串接辐射部，该第三串接辐射部经由该第三蜿蜒连接线耦接至该第二接地辐射部。