天线模块的制作方法

本发明是有关于一种天线模块，且特别是有关于一种通过开关元件切换模态的天线模块。

背景技术：

因应lteadvancepro(pre5g)及真正5g时代的来临，天线工程师需因应于不同的通信协议而设计不同的天线单体。此举除了造成天线数量不断增加之外，天线所占用的面积亦相应增加。然而，由于现今电子产品的外观设计趋势偏向小型化及轻薄化，因此可用于放置天线的空间即面临严重不足的问题。

举例而言，若欲令某通信装置能够运作于无线广域网络(wirelesswideareanetwork，wwan)及无线局域网络(wirelesslocalareanetwork，wlan)下，设计者一般需在此通信装置上设置相应的天线元件。上述天线元件例如包括wlan协议中的主要(main)天线、辅助(auxiliary)天线及wwan协议中的多输入多输出(multipleinputmultipleoutput，mimo)天线。然而，若欲将上述各天线元件各自独立设计并配置于通信装置中，则所需要占用的空间将会是这些天线元件的总和。举例而言，假设上述天线个别需占用20mm*10mm、20mm*10mm及40mm*10mm的空间，则其在通信装置上将总共占用多达80mm*10mm的空间。

因此，对于本领域技术人员而言，如何设计一种可在不同通信协议中使用的天线，便成为一个值得深入研究的课题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种天线模块，其可用于解决上述技术问题。

本发明提供一种天线模块，包括第一天线元件、第一开关元件、第二开关元件、第二馈入部、第二天线元件及第三天线元件。第一天线元件具有一第一馈入部，第一馈入部用以接收一第一信号。第二天线元件通过第一开关元件电性连接至第一天线元件，并通过第二开关元件电性连接至第二馈入部，第二馈入部用以接收一第二信号。反应于第一开关元件被切换为一导通状态且第二开关元件被切换为一断开状态，第一天线元件耦合于第二天线元件以协同地依据第一信号提供一第一共振模态。反应于第一开关元件被切换为断开状态且第二开关元件被切换为导通状态，第一天线元件依据第一信号独立地提供一第二共振模态，而第二天线元件耦合于第三天线元件以协同地依据第二信号提供一第三共振模态，其中该天线模块邻近于一金属片，且该天线模块更包括一隔离部，该隔离部自该天线模块延伸至该金属片中，并用于将提供该第二共振模态的该第一天线元件隔离于协同提供该第三共振模态的该第二天线元件及该第三天线元件。

基于上述，当第一开关元件及第二开关元件分别处于导通状态及断开状态时，本发明的天线模块可提供第一共振模态。而当第一开关元件及第二开关元件分别处于断开状态及导通状态时，本发明的天线模块可同时提供第二共振模态及第三共振模态。藉此，天线模块不需占用过多空间即可提供多种共振模态，从而令天线模块更适于设置在较轻、薄、短、小的电子装置内。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是依据本发明的一实施例所示的天线模块结构图。

图2是依据图1所示的可提供第一天线模态的天线模块示意图。

图3a是依据图1所示的可提供第二共振模态的天线模块示意图。

图3b是依据图3a所示的可提供第三共振模态的天线模块示意图。

图4a是依据图2所示的电压驻波比趋势图。

图4b是依据图2所示的天线效率图。

图5a是依据图3a所示的电压驻波比趋势图。

图5b是依据图3b所示的电压驻波比趋势图。

图5c是依据图3a及图3b所示的天线效率图。

图6a是依据本发明的一实施例所示的天线模块及金属片示意图。

图6b是依据图6a所述的s参数趋势图。

其中，附图标记：

100：天线模块

110：第一天线元件

111：第一图样

112：第二图样

110a：第一端点

115：第一馈入部

125：第二馈入部

120：第二天线元件

120a：第一端点

120b：第二端点

130：第三天线元件

130a：第一端点

130b：第二端点

141：第一开关元件

142：第二开关元件

150：接地部

160：印刷电路板

410、420、510、520、610、620：曲线

605：隔离部

699：金属片

d1：第一距离

d2：第二距离

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参照图1，其是依据本发明的一实施例所示的天线模块结构图。在本实施例中，天线模块100包括第一天线元件110、第一开关元件141、第二开关元件142、第二馈入部125、第二天线元件120及第三天线元件130。本实施例的天线模块100例如可设置于智能手机等通信装置中，并可随着第一开关元件141及第二开关元件142被切换为导通状态或断开状态而由第一天线元件110、第二天线元件120和/或第三天线元件130提供不同的共振模态。相关细节将在之后详述。

在图1中，第一天线元件110具有第一馈入部115，而第一馈入部115可用以接收第一信号。前述第一信号例如是可用于激发第一天线元件110的射频信号，但可不限于此。

第二天线元件120通过第一开关元件141电性连接至第一天线元件110。详细而言，第一天线元件110可具有第一端点110a，第二天线元件120可具有第一端点120a，且第一开关元件141可连接于第一天线元件110的第一端点110a及第二天线元件120的第一端点120a之间。此外，如图1所示，第一天线元件110的第一端点110a及第二天线元件120的第一端点120a之间可相距第一距离d1，且第一距离d1可介于3mm至5mm之间。

另外，第二天线元件120可通过第二开关元件142电性连接至第二馈入部125。更具体来说，第二天线元件120可包括第二端点120b，且第二开关元件142可连接于第二天线元件120的第二端点120b及第二馈入部125之间。第二馈入部125可用以接收一第二信号。前述第二信号例如是可用于激发第二天线元件120的射频信号，但可不限于此。

第三天线元件130可具有第一端点130a及第二端点130b，其中第三天线元件130的第一端点130a与第二天线元件120可相距第二距离d2，且第二距离d2可介于0.5mm及2mm之间。此外，天线模块100可更包括接地部150，且第三天线元件130的第二端点130b可电性连接于接地部150。

在不同的实施例中，第一开关元件141及第二开关元件142可实现为各式可依据相关的控制信号而被切换为导通状态或断开状态的开关电路。以图1为例，第一开关元件141可实现为具有第一端、第二端及第三端的开关电路，其中第一开关元件141的第一端可连接至第一天线元件110的第一端点110a，第一开关元件141的第二端可连接至第二天线元件120的第一端点120a，而第一开关元件141的第三端可为开路端。

在一实施例中，当第一开关元件141经控制而切换为导通状态时，第一开关元件141可相应地将其第一端连接至第二端，从而令第一天线元件110的第一端点110a电性连接于第二天线元件120的第一端点120a。另一方面，当第一开关元件141经控制而切换为断开状态时，第一开关元件141可相应地将其第一端连接至第三端，从而令第一天线元件110的第一端点110a呈现开路的状态，但本发明可不限于此。

相似于第一开关元件141，第二开关元件142亦可实现为具有第一端、第二端及第三端的开关电路，其中第二开关元件142的第一端可连接至第二天线元件120的第二端点120b，第二开关元件142的第二端可以是开路端，而第二开关元件142的第三端可连接至第二馈入部125。

在一实施例中，当第二开关元件142经控制而切换为导通状态时，第二开关元件142可相应地将其第一端连接至第三端，从而令第二天线元件120的第一端点120b电性连接于第二馈入部125。另一方面，当第二开关元件142经控制而切换为断开状态时，第二开关元件142可相应地将其第一端连接至第二端，从而令第二天线元件120的第二端点120b呈现开路的状态，但本发明可不限于此。

承先前所提及的，本发明的天线模块100可因应于第一开关元件141及第二开关元件142被切换为导通状态/断开状态而提供不同的共振模态，以下将搭配相应的附图作进一步说明。

请参照图2，其是依据图1所示的可提供第一天线模态的天线模块示意图。如图2所示，在本实施例中，当第一开关元件141被切换为导通状态且第二开关元件142被切换为断开状态时，第一天线元件110可通过第一开关元件141耦合于第二天线元件120以协同地依据第一信号(其由第一馈入部115馈入)提供第一共振模态。为便于识别，经耦合而提供第一共振模态的第一天线元件141及第二天线元件142标示为斜线，但本发明可不限于此。

在图2中，上述第一共振模态可对应于第一共振路径，且此第一共振路径可依序经过第一馈入部115、第一天线元件110、第一开关元件141及第二天线元件120。

在本实施例中，上述协同运作于第一共振模态下的第一天线元件110及第二天线元件120可形成wwan协议的mimo天线，但可不限于此。在不同的实施例中，上述第一共振模态可具有多个第一频段。举例而言，若第一天线元件110及第二天线元件120可形成wwan协议的mimo天线，则上述第一频段可包括1805mhz至2690mhz、3.5ghz及5ghz，但可不限于此。在其他实施例中，第一天线元件110及第二天线元件120所协同提供的第一共振模态可由设计者依需求而调整第一天线元件110及第二天线元件120的图样来实现，并不限于上述实施方式。

请再参照图3a及图3b，其中图3a是依据图1所示的可提供第二共振模态的天线模块示意图，而图3b是依据图3a所示的可提供第三共振模态的天线模块示意图。应了解的是，图3a所示的第二共振模态及图3b所示的第三共振模态同时存在，惟为便于识别而分别进行标示。

如图3a所示，当第一开关元件141被切换为断开状态且第二开关元件142被切换为导通状态时，第一天线元件110可依据第一信号(其由第一馈入部115所馈入)独立地提供第二共振模态。为便于识别，独立提供第二共振模态的第一天线元件110于图3a中标示为斜线，但本发明可不限于此。

在图3a中，上述第二共振模态可对应于第二共振路径，且此第二共振路径仅位于第一天线元件110。

在本实施例中，上述运作于第二共振模态下的第一天线元件110可形成wlan协议的主要天线，但可不限于此。在不同的实施例中，上述第二共振模态可具有多个第二频段。

举例而言，若第一天线元件110可形成wlan协议的主要天线，则上述第二频段可包括2.4ghz及5ghz，但可不限于此。更具体来说，第一天线元件110可视为包括相连的第一图样111及第二图样112，其中第一图样111可用于提供2.4ghz的频段，而第二图样112可用于提供5ghz的频段，但可不限于此

在其他实施例中，第一天线元件110所提供的第二共振模态可由设计者依需求而调整第二天线元件110的图样来实现，并不限于上述实施方式。

同时，如图3b所示，当第一开关元件141被切换为断开状态且第二开关元件142被切换为导通状态时，第二天线元件120可耦合于第三天线元件130以协同地依据第二信号(其可由第二馈入部125馈入)提供第三共振模态。为便于识别，协同提供第三共振模态的第二天线元件120及第三天线元件130于图3b中标示为斜线，但本发明可不限于此。

在图3b中，上述第三共振模态可对应于第三共振路径，且此第三共振路径依序经过第二馈入部125、第二开关元件142、第二天线元件120及第三天线元件130。

在本实施例中，上述协同运作于第三共振模态下的第二天线元件120及第三天线元件130可形成wlan协议的辅助天线，但可不限于此。在不同的实施例中，上述第三共振模态可具有多个第三频段。举例而言，若第二天线元件120及第三天线元件130可协同形成wlan协议的辅助天线，则上述第三频段可包括2.4ghz及5ghz，但可不限于此。更具体来说，第二天线元件120可用于提供5ghz的频段，而第三天线元件130可用于提供2.4ghz的频段，但可不限于此。在其他实施例中，第二天线元件120及第三天线元件130所协同提供的第三共振模态可由设计者依需求而调整第二天线元件120及第三天线元件130的图样来实现，并不限于上述实施方式。

由上可知，通过以第一及第二开关元件连接第一、第二及第三天线元件的方式，本发明的天线模块可藉由将第一、第二开关元件切换为导通状态或断开状态来令天线模块仅提供第一共振模态(例如对应于wwan协议中的mimo天线)，或是同时提供第二及第三共振模态(例如分别对应于wlan协议中的主要天线及辅助天线)。藉此，可有效地减少天线模块所需占用的空间，从而令天线模块更适于设置在较轻、薄、短、小的电子装置内。

在图1中，本发明的天线模块100可更包括印刷电路板160，而第一天线元件110、第一开关元件141、第二开关元件142、第二馈入部125、第二天线元件120及第三天线元件130可皆设置于印刷电路板160上。在一实施例中，印刷电路板160的尺寸至多仅需40mm*10mm即可容纳天线模块100，但可不限于此。换言之，相较于习知将各天线元件独立设置的方式，本发明的天线模块100所占用的空间明显较少。

为佐证本发明的天线模块能达到符合需求的天线效能，以下另基于相关的实验数据作进一步说明。

请参照图4a及图4b，其中图4a是依据图2所示的电压驻波比(voltagestandingwaveratio，vswr)趋势图，而图4b是依据图2所示的天线效率图。在本实施例中，第一天线元件110及第二天线元件120可经耦合而形成wwan协议的mimo天线。相应地，由第一天线元件110及第二天线元件120协同提供的第一共振模态的第一频段可包括1805mhz至2690mhz、3.5ghz及5ghz等频段。由图4a所示的vswr曲线可看出，当天线模块100形成wwan协议的mimo天线时，其在上述各第一频段的vswr皆较低。亦即，本发明的天线模块100适于作为wwan协议的mimo天线来使用。

在图4b中，曲线410为图2的天线模块100的效率趋势图，而曲线420则为规格书规定的效率下限趋势。由图4b可看出，图2的天线模块100的效率皆高于规格书的要求，因而适于作为wwan协议的mimo天线来使用。

请参照图5a、图5b及图5c，其中图5a是依据图3a所示的电压驻波比趋势图，图5b是依据图3b所示的电压驻波比趋势图，而图5c是依据图3a及图3b所示的天线效率图。在图5a实施例中，第一天线元件110可形成wlan协议的主要天线。相应地，由第一天线元件110提供的第二共振模态的第二频段可包括2.4ghz及5ghz等频段。由图5a所示的vswr曲线可看出，当天线模块100的第一天线元件110形成wlan协议的主要天线时，其在上述各第二频段的vswr皆较低。亦即，本发明的天线模块100的第一天线元件110适于作为wlan协议的主要天线来使用。

在图5b实施例中，第二天线元件120及第三天线元件130可经耦合而形成wlan协议的辅助天线。相应地，由第二天线元件120及第三天线元件130协同提供的第三共振模态的第三频段可包括2.4ghz及5ghz等频段。由图5b所示的vswr曲线可看出，当天线模块100的第二天线元件120及第三天线元件130协同形成wlan协议的辅助天线时，其在上述各第三频段的vswr皆较低。亦即，本发明的天线模块100的第二天线元件120及第三天线元件130适于作为wlan协议的辅助天线来使用。

在图5c中，曲线510为图3a的第一天线元件110的效率趋势图，曲线520为图3b的第二天线元件120及第三天线元件130的效率趋势图，而曲线530则为规格书规定的效率下限趋势。由图5c可看出，图3a及图3b所示的天线元件的效率皆高于规格书的要求。由此可知，图3a的第一天线元件110适于作为wlan的主要天线来使用，而图3b的第二天线元件120及第三天线元件130适于作为wlan的辅助天线来使用。

在一些实施例中，由于本发明提出的天线模块可能设置于通信装置的金属片(foil)附近，故本发明的天线模块可另设置有相关的隔离手段，藉以避免上述金属片影响天线模块的效能。具体说明如下。

请参照图6a，其是依据本发明的一实施例所示的天线模块及金属片示意图。如图6a所示，天线模块100可毗邻于金属片699。相应地，天线模块100可设置有隔离部605，其可用于将提供第二共振模态的第一天线元件110隔离于协同提供第三共振模态的第二天线元件120及第三天线元件130。在本实施例中，隔离部605可自天线模块100延伸至金属片699中，但本发明可不限于此。

为便于说明，以下仍假设提供第二共振模态的第一天线元件110作为wlan的主要天线来使用，而协同提供第三共振模态的第二天线元件120及第三天线元件130则作为wlan的辅助天线来使用。

请参照图6b，其是依据图6a所示的s参数趋势图。在图6b中，曲线610设置有隔离部605的天线模块100的s21趋势图，而曲线620未设置有隔离部605的天线模块100的s21趋势图。由图6b可看出，相较于未设置有隔离部605的天线模块100，设置有隔离部605的天线模块100在2.4ghz(即，图6b中的2条纵线之间的频段)及5ghz等频段的s参数有明显改善。由此可知，在设置有隔离部605的情况下，可藉由提升wlan的主要天线及辅助天线之间的隔离度而进一步改善天线模块100的效能。

综上所述，通过以第一及第二开关元件连接第一、第二及第三天线元件的方式，本发明的天线模块可藉由将第一、第二开关元件切换为导通状态或断开状态来令天线模块仅提供第一共振模态(例如对应于wwan协议中的mimo天线)，或是同时提供第二及第三共振模态(例如分别对应于wlan协议中的主要天线及辅助天线)。藉此，可有效地减少天线模块所需占用的空间，从而令天线模块更适于设置在较轻、薄、短、小的电子装置内。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。