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TWI550954B - 天線組與天線隔離度增強方法 - Google Patents

天線組與天線隔離度增強方法 Download PDF

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TWI550954B
TWI550954B TW103145730A TW103145730A TWI550954B TW I550954 B TWI550954 B TW I550954B TW 103145730 A TW103145730 A TW 103145730A TW 103145730 A TW103145730 A TW 103145730A TW I550954 B TWI550954 B TW I550954B
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  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Description

天線組與天線隔離度增強方法
本發明係關於一種天線組與天線隔離度增強方法，應用於同樣操作頻帶之不同系統下，具有高隔離度的雙頻天線。
天線是無線通訊中重要的元件之一，隨著多進多出系統的進步以及整合性接取設備的發展，在同一設備上需要的天線也以倍數計量的成長。然而伴隨而來的確是天線之間耦合效應而使天線本身輻射品質降低，而且也可能使系統之間相互干擾，尤其又以相同操作頻帶的系統最為嚴重。因此，如何在系統設備侷限的空間中，設計高效率，高隔離度的天線一直是重要的研究課題，同時也是本發明的主要領域。
就目前常用的無線通訊系統中，WiFi的操作頻帶在2.4GHz到2.5GHz的開放頻段、以及5.15GHz到5.85GHz的頻帶給更快速的規格802.11ac使用。由於是開放頻段，同樣使用在2.4GHz到2.5GHz的無線系統例如：藍芽及無線電話...等。
如第1圖所示習知雙頻天線組100，包含有一第一雙頻天線101、一第二雙頻天線102。其中第二雙頻天線102之構造與特性與第一雙頻天線相同。
當右邊之第二雙頻天線102作為訊號激發源時，會因為感應產生耦合電場導致左邊的第一雙頻天線101受影響，請注意，開放頻段使用在2.4GHz到2.5GHz的低頻帶，因此可由圖式清楚知道同一頻帶同時使用的第一雙頻天線101會受到第二雙頻天線102之共振影響。如第1圖中剖面線較分散之處，顯示相同頻帶操作之低頻帶干擾的影響較大。
由於同頻帶的干擾，無法使用濾波器等被動元件區隔，所以只能降低天線之間的耦合量，以降低同時運作在相同頻帶的另一個系統 所產生的干擾。因此，如何實現高隔離度天線設計，並具有良好天線輻射特性，實為一急需克服之問題。
本發明之目的之一在提供一種應用於多進多出系統之雙頻天線組，利用中性線及/或槽孔來提高天線之隔離度。
依據本發明之一實施例，提供了一種天線組，包含有一第一天線、一第二天線、一中性線、一基板、以及一參考地。第一天線與第二天線均包含有一低頻共振路徑與一高頻共振路徑。中性線耦接第一天線與第二天線分別之該低頻共振路徑。參考地位於基板上，並耦接到第一天線與第二天線。其中兩低頻共振路徑對應於一第一操作頻帶，兩高頻共振路徑對應於一第二操作頻帶，兩低頻共振路徑與兩高頻共振路徑不重疊，且當天線組操作在第一操作頻帶時，藉由中性線調整兩低頻共振路徑之電流，以減少兩低頻共振路徑間的耦合效應。
依據本發明之另一實施例，提供了一種天線組，包含有包含有一第一天線、一第二天線、一中性線、一基板、以及一參考地。第一天線包含有一第一低頻天線與一第一高頻天線，第一低頻天線包含有一第一低頻共振路徑、第一高頻天線包含有一第一高頻共振路徑。第二天線，包含有一第二低頻天線與一第二高頻天線，第二低頻天線包含有一第二低頻共振路徑、第二高頻天線包含有一第二高頻共振路徑。中性線耦接第一低頻天線與第二低頻天線，形成一連接路徑，以耦接第一低頻共振路徑與第二低頻共振路徑。參考地位於基板上，並耦接到第一天線與第二天線。其中連接路徑用以分流第一共振路徑與第二共振路徑之電流，以減少該第一低頻天線與該第二低頻天線之間的耦合效應。
依據本發明之另一實施例，提供了一種天線組之隔離度增強方法，包含有下列步驟：首先，提供一第一天線與一第二天線，其中第一天線與第二天線均包含有一低頻共振路徑與一高頻共振路徑。將一中性線耦接第一天線與第二天線分別之低頻共振路徑。提供一包含有一槽孔之參考地製作於基板上，參考地耦接到第一天線與第二天線，且槽孔用以隔離兩低頻共振路徑之低頻感應電場。接著，設定兩低頻共振路徑對應於一 第一操作頻帶，兩高頻共振路徑對應於一第二操作頻帶，且兩低頻共振路徑與兩高頻共振路徑不重疊，且當天線組操作在第一操作頻帶時，藉由中性線調整兩低頻共振路徑之電流，以減少兩低頻共振路徑間的耦合效應。
本發明實施例之天線組利用中性線及/或槽孔來增加天線間的隔離度，減少同頻帶之干擾以解決習知技術之問題。
100、200‧‧‧天線組
101、102、201、202‧‧‧天線
201a、202a‧‧‧低頻天線
201b、202b‧‧‧高頻天線
204‧‧‧參考地
204a‧‧‧槽孔
205‧‧‧基板
第1圖顯示一習知雙頻天線組之示意圖。
第2A圖顯示本發明一實施例之天線組之示意圖。
第2B圖顯示本發明一實施例之天線組之模擬圖。
第3圖顯示本發明一實施例之天線組之模擬圖。
第4A圖顯示本發明另一實施例之天線組之模擬圖。
第4B圖顯示本發明另一實施例之天線組之模擬圖。
第5圖顯示本發明另一實施例之天線組之模擬圖。
第6圖顯示本發明一實施例之天線組隔離度增強方法之流程圖。
第2A圖顯示本發明一實施例之一種應用於多進多出系統之雙頻天線組200，包含有一第一天線201、一第二天線202、一中性線203(neutralized line)、一參考地204、一基板205。需注意，以下內容所述之低頻頻率不限於2.4GzHz、2.5GHz，可為其他頻率值；高頻頻率不限於5GHz，可為其他頻率值，於此2.4GHz與5GHz僅作為示例說明。
第一天線201，包含有一第一低頻天線201a與一第一高頻天線201b。第一低頻天線201a提供一第一低頻共振路徑L1(以虛線箭頭標示)，第一高頻天線201b提供一第一高頻共振路徑H1(以實線箭頭標示)。 其中，第一高頻共振路徑H1的長度比第一低頻共振路徑L1之長度短。
第二天線202，包含有一第二低頻天線202a與一第二高頻天線202b。第二低頻天線202a提供一第二低頻共振路徑L2(以虛線箭頭標示)，第二高頻天線202b提供一第二高頻共振路徑H2(以實線箭頭標示)。其中，第二高頻共振路徑H2的長度比第二低頻共振路徑L2之長度短。
一實施例，兩低頻共振路徑L1、L2對應於一第一操作頻帶，兩高頻共振路徑H1、H2對應於一第二操作頻帶。兩低頻共振路徑L1、L2與該兩高頻共振路徑H1、H2不重疊。
一實施例，第二天線202之構造與特性與第一天線相同。
中性線203，耦接第一低頻天線201a與第二低頻天線202a，以形成一連接路徑203d。連接路徑203d只連接第一、第二低頻共振路徑L1、L2，並不連接第一、第二高頻共振路徑H1、H2，即連接路徑203d與第一、第二高頻共振路徑H1、H2錯開。因此，中性線203使第一低頻天線201a與第二低頻天線202a之間相互感應的耦合電流，透過連接路徑203d調整第一低頻天線201a與第二低頻天線202a其中之一之電流分流、回流電流的相位及大小，減少耦合電流，以減少第一低頻天線201a與第二低頻天線202a之間的耦合效應，而不影響高頻共振路徑H1、H2。
基板205上印刷電路包含一參考地204。參考地204耦接第一天線201與第二天線202。參考地204包含有一槽孔204a。
第2B圖顯示本發行一實施例之天線組之模擬電場狀態圖。該圖中假設右邊的第二天線202收發訊號作為激發源且饋入點為A，則本發明之實施例可利用中性線203將原本左邊第一天線201上的感應電場透過連接路徑203d中和，減少第二天線202(激發源)在第一天線201之饋入點B產生的感應能量，則在左邊的第一天線201之饋入點B感應產生耦合之電場會較小，進而增加第一天線201與第二天線202隔離度。
一實施例，第一天線201與第二天線202之距離小於四分之一波長。
一實施例中，本發明係將天線組200(2.4/5GHz)之的共振路徑設定為：於不同操作帶時使用不重疊的共振路徑。舉例而言，當中性線203連接第一天線201與第二天線202的地方在低頻(2.4GHz)之共振路徑 L1、L2，與高頻(5GHz)共振路徑H1、H2錯開，即不在高頻的共振路徑，則對於高頻訊號的影響就比較小。因此，本實施例中，係將中性線203耦接第一低頻天線201a與第二低頻天線202a，以在低頻共振路徑L1、L2之區域內使用中性線203耦接，同時增加低頻(2.4GHz)的隔離度、以及不影響第一高頻天線201b與第二高頻天線202b高頻頻率(5GHz)之天線特性。而第一高頻天線201b與第二高頻天線202b之5G頻帶的共振路徑H1、H2係利用天線結構下方的參考地(Ground)204的間距來調整匹配。依此方式，可得到如第2B圖所示之結果一第一高頻天線201b剖面線較第1圖中密集，表示該密集處不受右邊第二天線202之耦合電場影響；同時第一低頻天線201a之剖面線密集區域也較習知技術第1圖減少，而增加了第一低頻天線201a與第二低頻天線202a之隔離度。
需注意，上述第2B圖之模擬電場狀況僅為示例，本發明不限於此。再者，中性線203之位置可設於如第2A圖所示h箭頭方向之任意位置，設至此位置時，中性線203在低頻共振路徑上移動，對於高頻頻帶之返回損失(Return Loss)與隔離度(Isolation)之影響甚小。如第4A圖所示，中性線203往h方向移動0mm、3mm、6mm、9mm時，對第一高頻天線201b之5G頻帶影響不大；而如第4B圖所示，中性線203往h方向移動對於作為激發源之第二高頻天線202b之5G頻帶之隔離度均大於20dB。
再者，本發明實施例之槽孔204a係設定為用以隔離低頻感應電場，例如隔離第一、第二低頻天線於2.4GHz頻帶運作時之兩低頻天線間的感應電場。如第3圖顯示槽孔204a之長度對應到天線隔離度一實施例之模擬圖。由該圖之模擬結果可知：當槽孔調整到適當長度(5mm~17mm，或小於五分之一波長)時，天線隔離度的效果以及頻寬，都會有所增加，可以用來補強單獨使用中和線的效果。如該圖所示，當槽孔長度為11mm、13mm、15mm時效果相近，在2.4G~2.5G之頻帶上皆有大於20dB之隔離度。
需注意，習知技術中，傳播速度(V)=波長(λ)×頻率(f)，因此λ=V/f。又波在不同介質之傳播速度(V)會有差異，介質之特性以等效介電常數εr表示，則傳播速度V=C/sqrt(εr)，C為光速定義真空狀態下εr=1，而一般天線之玻璃纖維(FR4)基板之介電常數εr=3.8~4.4介於空氣與FR4兩種 材質之間，其等效介電常數一般會在1~4.4之間。一實施例中，上述波長可為等效波長(equivalent wave length)。波長λr=C/(f×sqrt(εr))，其中C為光速C=3x108m/s，f為操作頻率(operation frequency)，εr為等效介電係數(equivalent permittivity)。當然，上述數據與材質僅為示例，本發明不限於此。
一實施例中，利用槽孔204a提高天線之隔離度，因為不需要另外設置元件即可提高隔離功效，面積較小，因此可在具有較小面積設備之視訊棒(Dongle)天線實施。
一實施例中，此中性線203與槽孔204a可搭配應用在2.4GHz~2.5GHz及5.15GHz~5.85GHz的天線，加強隔離度使2.4GHz~2.48GHz的隔離度大於20dB，如第5圖所示。
第6圖顯示本發明一實施例之一種天線組之隔離度增強方法之流程圖。該方法包含有下列步驟：步驟S602：開始。
步驟S604：提供一第一天線與一第二天線，其中第一天線第二天線均包含有一低頻共振路徑與一高頻共振路徑。
步驟S606：將一中性線耦接第一天線與第二天線分別之低頻共振路徑。
步驟S608：設定兩低頻共振路徑對應於一第一操作頻帶，兩高頻共振路徑對應於一第二操作頻帶，且兩低頻共振路徑與兩高頻共振路徑不重疊，且當天線組操作在第一操作頻帶時，藉由中性線調整兩低頻共振路徑之電流，以減少兩低頻共振路徑間的耦合效應。
步驟S610：提供一包含有一槽孔之參考地製作於基板上，參考地耦接第一天線與第二天線，且槽孔用以隔離兩低頻共振路徑之低頻感應電場。
步驟S612：結束。
本發明實施例之天線組利用中性線及/或槽孔來增加天線間的隔離度，減少同頻帶之干擾以解決習知技術之問題。
以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍，只要不脫離本發明之要旨，該行業者進行之各種變形或變更均落入本發明之申請專利範圍。
200‧‧‧天線組
201、202‧‧‧天線
201a、202a‧‧‧低頻天線
201b、202b‧‧‧高頻天線
204‧‧‧參考地
204a‧‧‧槽孔
205‧‧‧基板

Claims (12)

  1. 一種天線組，包含有：一第一天線與一第二天線，該第一天線與該第二天線均包含有一低頻共振路徑與一高頻共振路徑；以及一中性線，耦接該第一天線與該第二天線分別之該低頻共振路徑，且該第一天線之低頻共振路徑與該第二天線之低頻共振路徑之頻帶相同；其中該兩低頻共振路徑對應於一第一操作頻帶，該兩高頻共振路徑對應於一第二操作頻帶，該兩低頻共振路徑與該兩高頻共振路徑不重疊，且當該天線組操作在該第一操作頻帶時，藉由該中性線調整該兩低頻共振路徑之電流，以減少該兩低頻共振路徑間的耦合效應。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線組，更包含一基板、以及一參考地，該參考地位於該基板上，並耦接到該第一天線與該第二天線。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之天線組，其中該參考地包含有一槽孔，該槽孔用以隔離該兩低頻共振路徑的低頻感應電場。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線組，其中該高頻共振路徑的長度比低頻共振路徑短。
  5. 一種天線組，包含有：一第一天線，包含有一第一低頻天線與一第一高頻天線，該第一低頻天線包含有一第一低頻共振路徑、該第一高頻天線包含有一第一高頻共振路徑；一第二天線，包含有一第二低頻天線與一第二高頻天線，該第二低頻天線包含有一第二低頻共振路徑、該第二高頻天線包含有一第二高頻共振路徑；以及 一中性線，耦接該第一低頻天線與該第二低頻天線，形成一連接路徑，以耦接該第一低頻共振路徑與該第二低頻共振路徑，其中該第一天線之低頻共振路徑與該第二天線之低頻共振路徑之頻帶相同；其中該連接路徑用以分流該第一共振路徑與該第二共振路徑之電流，以減少該第一低頻天線與該第二低頻天線之間的耦合效應。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之天線組，更包含一基板、以及一參考地，該參考地位於該基板上，並耦接到該第一天線與該第二天線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之天線組，其中該參考地包含有一槽孔，該槽孔用以隔離該第一低頻共振路徑與該第二低頻共振路徑之低頻感應電場。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之天線組，其中該第一、第二高頻共振路徑的長度比該第一、第二低頻共振路徑短。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之天線組，其中該中性線耦接該第一低頻共振路徑與該第二低頻共振路徑，使該第一天線與該第二天線之該第一、第二低頻共振路徑與該第一、第二高頻共振路徑分開，以減少高頻與低頻相互的影響。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之天線組，其中，當槽孔之長度小於五分之一波長時，該第一低頻天線與該第二低頻天線之隔離度效果及頻寬將達到一預設數值。
  11. 一種天線組之隔離度增強方法，包含有：提供一第一天線與一第二天線，其中該第一天線與該第二天線均包含有一低頻共振路徑與一高頻共振路徑；將一中性線耦接該第一天線與該第二天線分別之低頻共振路 徑，其中該第一天線之低頻共振路徑與該第二天線之低頻共振路徑之頻帶相同；以及設定該兩低頻共振路徑對應於一第一操作頻帶，該兩高頻共振路徑對應於一第二操作頻帶，且該兩低頻共振路徑與該兩高頻共振路徑不重疊，且當該天線組操作在該第一操作頻帶時，藉由該中性線調整該兩低頻共振路徑之電流，以減少該兩低頻共振路徑間的耦合效應。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，更包含：提供一包含有一槽孔之參考地製作於基板上，該參考地耦接到該第一天線與該第二天線，且該槽孔用以隔離該兩低頻共振路徑之低頻感應電場。
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