天线系统的制作方法

1.本发明涉及一种天线系统，特别是涉及一种支持宽频操作的天线系统。


背景技术：

2.随着移动通讯技术的发达，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讯的功能。有些涵盖长距离的无线通讯范围，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的频带进行通讯，而有些则涵盖短距离的无线通讯范围，例如：wi-fi、bluetooth系统使用2.4ghz、5.2ghz和5.8ghz的频带进行通讯。
3.天线(antenna)为无线通讯领域中不可缺少的元件。倘若用于接收或发射信号的天线其频宽(bandwidth)不足，则很容易造成移动装置的通讯品质下降。因此，如何设计出小尺寸、宽频带的天线系统，对天线设计者而言是一项重要课题。


技术实现要素：

4.在优选实施例中，本发明提出一种天线系统，包括：一接地面；一第一非导体支撑元件，邻近于该接地面；一第一天线元件，分布于该第一非导体支撑元件上，其中该第一天线元件由一第一信号源所激发；一第二非导体支撑元件，邻近于该接地面；以及一第二天线元件，分布于该第二非导体支撑元件上，其中该第二天线元件由一第二信号源所激发；其中该第一天线元件和该第二天线元件都涵盖lte/5g的一宽频操作频带。
5.在一些实施例中，该宽频操作频带包括一第一频率区间、一第二频率区间、一第三频率区间，以及一第四频率区间，该第一频率区间介于700mhz至960mhz之间，该第二频率区间介于1710mhz至2170mhz之间，该第三频率区间介于2300mhz至2690mhz之间，而该第四频率区间介于3300mhz至5000mhz之间。
6.在一些实施例中，该第一天线元件包括：一第一馈入部，耦接至该第一信号源；一第一辐射部，耦接至该第一馈入部，其中该第一辐射部具有一缺口区域；一第二辐射部，耦接至该接地面，并邻近于该第一辐射部；以及一第三辐射部，耦接至该接地面，并邻近于该第一辐射部；其中该第一馈入部介于该第二辐射部和该第三辐射部之间。
7.在一些实施例中，该第一辐射部呈现一矩形，而该缺口区域呈现一正方形。
8.在一些实施例中，该第二辐射部呈现一较长直条形，而该第三辐射部呈现一较短直条形。
9.在一些实施例中，该第一辐射部的长度小于或等于该第一频率区间的0.5倍波长，该第二辐射部的长度介于该第三频率区间的0.25倍至0.5倍波长之间，而该第三辐射部的长度介于该第四频率区间的0.25倍至0.5倍波长之间。
10.在一些实施例中，该第二天线元件包括：一第二馈入部，耦接至该第二信号源；一第四辐射部，耦接至该第二馈入部，其中该第四辐射部包括一末端分叉结构；一第五辐射
部，耦接至该接地面，并邻近于该第四辐射部；以及一第六辐射部，耦接至该接地面；其中该第二馈入部介于该第五辐射部和该第六辐射部之间。
11.在一些实施例中，该第四辐射部的该末端分叉结构包括一第一矩形增宽部分和一第二矩形增宽部分，而一单极槽孔形成于该第一矩形增宽部分和该第二矩形增宽部分之间。
12.在一些实施例中，该第五辐射部呈现一n字形，而该第六辐射部呈现一倒j字形。
13.在一些实施例中，该第二馈入部和该第四辐射部的总长度小于或等于该第一频率区间的0.5倍波长，该第五辐射部的长度介于该第三频率区间的0.25倍至0.5倍波长之间，而该第六辐射部的长度介于该第四频率区间的0.25倍至0.5倍波长之间。
附图说明
14.图1为本发明一实施例所述的天线系统的立体图；
15.图2为本发明一实施例所述的第一天线元件的平面展开图；
16.图3为本发明一实施例所述的第一天线元件的返回损失图；
17.图4为本发明一实施例所述的第二天线元件的平面展开图；
18.图5为本发明一实施例所述的第二天线元件的返回损失图；
19.图6为本发明一实施例所述的第一天线元件和第二天线元件之间的隔离度图。
20.符号说明
21.100:天线系统
22.110:接地面
23.120:第一非导体支撑元件
24.130:第二非导体支撑元件
25.191:第一信号源
26.192:第二信号源
27.200:第一天线元件
28.210:第一馈入部
29.211:第一馈入部的第一端
30.212:第一馈入部的第二端
31.220:第一辐射部
32.221:第一辐射部的第一边缘
33.222:第一辐射部的第二边缘
34.223:第一辐射部的第三边缘
35.224:第一辐射部的第四边缘
36.225:缺口区域
37.230:第二辐射部
38.231:第二辐射部的第一端
39.232:第二辐射部的第二端
40.240:第三辐射部
41.241:第三辐射部的第一端
42.242:第三辐射部的第二端
43.400:第二天线元件
44.410:第二馈入部
45.411:第二馈入部的第一端
46.412:第二馈入部的第二端
47.420:第四辐射部
48.424:末端分叉结构
49.425:末端分叉结构的第一矩形增宽部分
50.426:末端分叉结构的第二矩形增宽部分
51.428:单极槽孔
52.429:不等宽阶梯结构
53.430:第五辐射部
54.431:第五辐射部的第一端
55.432:第五辐射部的第二端
56.440:第六辐射部
57.441:第六辐射部的第一端
58.442:第六辐射部的第二端
59.d1,d2,d3,d4,d5,d6,dl:间距
60.e1:第一表面
61.e2:第二表面
62.e3:第三表面
63.e4:第四表面
64.e5:第五表面
65.e6:第六表面
66.fb1,fb5:第一频率区间
67.fb2,fb6:第二频率区间
68.fb3,fb7:第三频率区间
69.fb4,fb8:第四频率区间
70.gc1:第一耦合间隙
71.gc2:第二耦合间隙
72.gc3:第三耦合间隙
73.h1,h2:高度
74.l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7长度
75.lb1:第一弯折线
76.lb2:第二弯折线
77.lb3:第三弯折线
78.lb4:第四弯折线
79.vss:接地电位
80.w1,w2,w3,w4:宽度
具体实施方式
81.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。
82.在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包含」及「包括」一词为开放式的用语，故应解释成「包含但不仅限定于」。「大致」一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，「耦接」一词在本说明书中包含任何直接及间接的电连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电连接至该第二装置。
83.以下的揭露内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的揭露内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本揭露书叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，也可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，以下揭露书不同范例可能重复使用相同的参考符号或(且)标记。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例或(且)结构之间有特定的关系。
84.图1是显示根据本发明一实施例所述的天线系统(antenna system)100的立体图。天线系统100可应用于一通讯装置(communication device)或是一车用电子装置(automotive electronic device)当中，但不仅限于此。如图1所示，天线系统100包括：一接地面(ground plane)110、一第一非导体支撑元件(nonconductive support element)120、一第二非导体支撑元件130、一第一天线元件(antenna element)200，以及一第二天线元件400。接地面110、第一天线元件200，以及第二天线元件400都可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。第一非导体支撑元件120和第二非导体支撑元件130可用塑胶材质制成。
85.第一天线元件200和第二天线元件400的形状和种类于本发明中并不特别作限制。例如，第一天线元件200和第二天线元件400的任一者可为一单极天线(monopole antenna)、一偶极天线(dipole antenna)、一补钉天线(patch antenna)、一耦合馈入式天线(coupled-fed antenna)、一平面倒f字形天线(planar inverted f antenna，pifa)、一芯片天线(chip antenna)，或是一混合天线(hybrid antenna)。在优选实施例中，第一天线元件200和第二天线元件400都可涵盖lte(long term evolution)或是5g(5th generation wireless systems)的一宽频操作频带。
86.接地面110可大致为一矩形平面，用于提供一接地电位(ground voltage)vss。第一非导体支撑元件120邻近于接地面110。第一非导体支撑元件120具有一第一表面e1、一第二表面e2，以及一第三表面e3，其中第一表面e1可大致平行于第三表面e3，而第二表面e2可大致垂直于第一表面e1和第三表面e3。第一天线元件200分布于第一非导体支撑元件120的第一表面e1、第二表面e2，以及第三表面e3上，其中第一天线元件200可由一第一信号源
(signal source)191所激发。第二非导体支撑元件130邻近于接地面110。第二非导体支撑元件130具有一第四表面e4、一第五表面e5，以及一第六表面e6，其中第四表面e4可大致平行于第六表面e6，而第五表面e5可大致垂直于第四表面e4和第六表面e6。第二天线元件400分布于第二非导体支撑元件130的第四表面e4、第五表面e5，以及第六表面e6上，其中第二天线元件400可由一第二信号源192所激发。第一信号源191和第二信号源192可各自为一射频(radio frequency，rf)模组。必须注意的是，本说明书中所谓「邻近」或「相邻」一词可指对应的二元件间距小于一既定距离(例如：5mm或更短)，但通常不包括对应的二元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0)。根据实际测量结果，由于第一天线元件200和第二天线元件400两者为大致互相垂直地配置，故天线系统100可具有多重极化方向(polarization directions)及良好的天线间隔离度(isolation)。
87.以下实施例将介绍第一天线元件200和第二天线元件400的细部结构特征。必须理解的是，这些附图和叙述内容仅为举例，而非用于限制本发明的保护范围。
88.图2是显示根据本发明一实施例所述的第一天线元件200的平面展开图。请一并参考图1、图2。第一天线元件200可分别沿着一第一弯折线lb1和一第二弯折线lb2作90度弯折，其中第一弯折线lb1可介于第一非导体支撑元件120的第一表面e1和第二表面e2之间，而第二弯折线lb2可介于第一非导体支撑元件120的第二表面e2和第三表面e3之间。在图2的实施例中，第一天线元件200包括一第一馈入部(feeding element)210、一第一辐射部(radiation element)220、一第二辐射部230，以及一第三辐射部240。
89.第一馈入部210介于第二辐射部230和第三辐射部240之间，并与第二辐射部230和第三辐射部240都完全分离。第一馈入部210具有一第一端211和一第二端212，其中第一馈入部210的第一端211耦接至第一信号源191。第一辐射部220可大致呈现一矩形。第一辐射部220具有一第一边缘221、一第二边缘222、一第三边缘223，以及一第四边缘224，其中第一边缘221与第二边缘222彼此相对平行并都可视为第一辐射部220的长边(long sides)，而第三边缘223与第四边缘224彼此相对平行并都可视为第一辐射部220的短边(short sides)。第一辐射部220的第一边缘221还耦接至第一馈入部210的第二端212。另外，一缺口区域(notch region)225可形成于第一辐射部220的第二边缘222处，而此缺口区域225可大致呈现一正方形。在一些实施例中，第一辐射部220由第一非导体支撑元件120的第二表面e2上延伸至第三表面e3上，其中缺口区域225几乎完全位于第一非导体支撑元件120的第三表面e3上。
90.第二辐射部230可大致呈现一较长直条形。第二辐射部230具有一第一端231和一第二端232，其中第二辐射部230的第一端231耦接至接地电位vss，而第二辐射部230的第二端232为一开路端并邻近于第一辐射部220。第一辐射部220的第一边缘221和第二辐射部230的第二端232之间可形成一第一耦合间隙(coupling gap)gc1。第三辐射部240可大致呈现一较短直条形。第三辐射部240具有一第一端241和一第二端242，其中第三辐射部240的第一端241耦接至接地电位vss，而第三辐射部240的第二端242为一开路端并邻近于第一辐射部220。第一辐射部220的第一边缘221和第三辐射部240的第二端242之间可形成一第二耦合间隙gc2。在一些实施例中，第一馈入部210、第二辐射部230，以及第三辐射部240几乎完全位于第一非导体支撑元件120的第一表面e1上。在另一些实施例中，第二辐射部230的第一端231还可经由一第一匹配电路(matching circuit)耦接至接地电位vss，而第三辐射
部240的第一端241还可经由一第二匹配电路耦接至接地电位vss(未显示)。例如，前述的第一匹配电路和第二匹配电路的任一者可包括彼此并联耦接至一电容器(capacitor)和一电感器(inductor)，但也不仅限于此。
91.图3是显示根据本发明一实施例所述的第一天线元件200的返回损失(return loss)图，其中横轴代表操作频率(mhz)，而纵轴代表返回损失(db)。根据图3的测量结果，第一天线元件200可涵盖一第一频率区间(frequency interval)fb1、一第二频率区间fb2、一第三频率区间fb3，以及一第四频率区间fb4。例如，第一频率区间fb1可介于700mhz至960mhz之间，第二频率区间fb2可介于1710mhz至2170mhz之间，第三频率区间fb3可介于2300mhz至2690mhz之间，而第四频率区间fb4可介于3300mhz至5000mhz之间。因此，第一天线元件200将至少可支持lte和5g的宽频操作。
92.在天线原理方面，第一馈入部210和第一辐射部220可共同激发产生前述的第一频率区间fb1和第二频率区间fb2。第二辐射部230可由第一馈入部210和第一辐射部220所耦合激发，以产生前述的第三频率区间fb3。第三辐射部240可由第一馈入部210和第一辐射部220所耦合激发，以产生前述的第四频率区间fb4。
93.在一些实施例中，关于第一天线元件200的元件尺寸可如下列所述。第一辐射部220的长度l1可小于或等于第一频率区间fb1的0.5倍波长(λ/2)。第一辐射部220的宽度w1可介于20mm至30mm之间。缺口区域225的长度l2可介于8mm至12mm之间。缺口区域225的宽度w2可介于8mm至12mm之间。第二辐射部230的长度l3可介于第三频率区间fb3的0.25倍至0.5倍波长之间(λ/4～λ/2)。第三辐射部240的长度l4可介于第四频率区间fb4的0.25倍至0.5倍波长之间(λ/4～λ/2)。缺口区域225至第一辐射部220的第三边缘223的间距可定义为一第一间距d1，而缺口区域225至第一辐射部220的第四边缘224的间距可定义为一第二间距d2，其中第二间距d2与第一间距d1的比值(d2/d1)可介于1/5至1/2之间，例如：约1/3。第二辐射部230至第一馈入部210的间距d3可介于1mm至2mm之间。第三辐射部240至第一馈入部210的间距d4可介于2mm至3mm之间。第一耦合间隙gc1的宽度可介于1mm至3mm之间。第二耦合间隙gc2的宽度可介于2mm至4mm之间。第一非导体支撑元件120的高度h1可介于7mm至11mm之间。以上尺寸范围根据多次实验结果而求出，其有助于最佳化第一天线元件200的操作频宽(operation bandwidth)和阻抗匹配(impedance matching)。
94.图4是显示根据本发明一实施例所述的第二天线元件400的平面展开图。请一并参考图1、图4。第二天线元件400可分别沿着一第三弯折线lb3和一第四弯折线lb4作90度弯折，其中第三弯折线lb3可介于第二非导体支撑元件130的第四表面e4和第五表面e5之间，而第四弯折线lb4可介于第二非导体支撑元件130的第五表面e5和第六表面e6之间。在图4的实施例中，第二天线元件400包括一第二馈入部410、一第四辐射部420、一第五辐射部430，以及一第六辐射部440。
95.第二馈入部410介于第五辐射部430和第六辐射部440之间，并与第五辐射部430和第六辐射部440都完全分离。第二馈入部410具有一第一端411和一第二端412，其中第二馈入部410的第一端411耦接至第二信号源192。第四辐射部420可呈现一蜿蜒形状(meandering shape)，例如：一倒u字形。第四辐射部420的一端耦接至第二馈入部410的第二端412，而第四辐射部420还包括一末端分叉结构424(位于其另一端处)。详细而言，末端分叉结构424包括一第一矩形增宽部分425(面积较大)和一第二矩形增宽部分426(面积较
correlation coefficient，ecc)则都在0.2以下，此已可满足一般多天线系统的实际应用需求。
101.本发明提出一种新颖的天线系统。与传统设计相比，本发明至少具有小尺寸、宽频带、多极化、高隔离度，以及低封包相关系数等优势，故其很适合应用于各种各式的通讯装置或车用电子装置当中。
102.值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状，以及频率范围都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。本发明的天线系统并不仅限于图1～图6所图示的状态。本发明可以仅包括图1～图6的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均需同时实施于本发明的天线系统当中。
103.在本说明书以及权利要求中的序数，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元件。
104.虽以如上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。