CN104767024B - 天线装置及应用该天线装置的通讯装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线装置及应用该天线装置的通讯装置，该天线装置包括辐射部及电路板。辐射部包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第一延伸部及第一凸出部。第二侧壁与第三侧壁连接于第一侧壁且彼此相对。第一延伸部自第二侧壁向第三侧壁延伸。第一凸出部自第一延伸部向第一侧壁延伸。电路板平行第一侧壁，包括接地层、馈入点、净空区、第一金属片及第二金属片。馈入点电性连接至辐射部。净空区设置于第一侧壁、第二侧壁及第三侧壁形成的容置空间中。第一金属片设置于净空区内且延伸自接地层。第二金属片连接第一金属片设置于净空区内，第二金属片平行于第一延伸部且连接第一凸出部。

Description

天线装置及应用该天线装置的通讯装置

技术领域

本发明是有关于一种天线装置，且特别是有关于一种应用于通讯装置的天线装置。

背景技术

随着科技快速发展，现今生活中无线行动通讯装置已广为大众使用。无线行动通讯装置通常设置有天线，以接收及传送无线讯号，常见的无线行动通讯装置例如手机。当使用手机进行通讯时，使用者的靠近天线的头部可能曝露在电磁波辐射环境中。关于手机电磁波辐射量标准，国际上以电磁波能量比吸收率(Specific Absorption Rate,SAR)为标准。SAR代表人体组织每单位公斤在单位时间内所吸收的功率，以W/kg为单位。以中国台湾为例，通讯传播委员会(NCC)规范的手机SAR值限制是不得超过2.0W/kg，与欧洲标准一致，而美国联邦通讯委员会(Federal Communications Commission,FCC)规范的手机SAR标准则是1.6W/kg。因此，如何设计符合SAR规范的天线及其适用的通讯装置，乃目前业界致力的课题之一。

发明内容

本发明是有关于一种天线装置及应用该天线装置的通讯装置。

根据本发明的第一方面，提出一种天线装置，天线装置包括辐射部以及电路板。辐射部包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第一延伸部以及第一凸出部。第二侧壁与第三侧壁连接于第一侧壁且彼此相对。第一延伸部自第二侧壁朝向第三侧壁延伸。第一凸出部自第一延伸部朝向第一侧壁延伸。电路板平行第一侧壁，包括接地层、馈入点、净空区、第一金属片以及第二金属片。馈入 点电性连接至辐射部。净空区设置于第一侧壁、第二侧壁及第三侧壁形成的容置空间中。第一金属片设置于净空区内且延伸自接地层。第二金属片连接第一金属片设置于净空区内，第二金属片平行于第一延伸部且连接第一凸出部。

较佳的，本发明天线装置还包括金属连接器，该第一凸出部经由该金属连接器连接该第二金属片。

较佳的，该第二金属片自该第一金属片朝向该第三侧壁延伸，并于邻近该第二金属片的末端连接该第一凸出部。

较佳的，该馈入点经由该第一侧壁、该第二侧壁、该第一延伸部、该第一凸出部、该第二金属片及该第一金属片形成第一电流路径，该第一电流路径长度是该第二金属片长度的4.5倍～5倍。

较佳的，该第二金属片自该第一金属片朝向该第二侧壁延伸，并于邻近该第二金属片的末端连接该第一凸出部。

较佳的，该辐射部还包括第二延伸部，该第二延伸部自该第三侧壁朝向该第二侧壁延伸。

较佳的，该辐射部还包括第二凸出部，该第二凸出部自该第一延伸部朝向该第一侧壁延伸，该第二凸出部连接该第一金属片。

较佳的，该电路板还包括可调式匹配电路，该可调式匹配电路经由该馈入点电性连接至该辐射部。

根据本发明的另一方面，提出一种通讯装置，该通讯装置包括辐射部、电路板以及听筒。辐射部包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第一延伸部以及第一凸出部。第二侧壁与第三侧壁连接于第一侧壁且彼此相对。第一延伸部自第二侧壁朝向第三侧壁延伸。第一凸出部自第一延伸部朝向第一侧壁延伸。电 路板平行第一侧壁，包括接地层、馈入点、净空区、第一金属片以及第二金属片。馈入点电性连接至辐射部。净空区设置于第一侧壁、第二侧壁及第三侧壁形成的容置空间中。第一金属片设置于净空区内且延伸自接地层。第二金属片连接第一金属片设置于净空区内，第二金属片平行于第一延伸部且连接第一凸出部。辐射部设置于通讯装置邻近听筒的一侧。

优选的，该通讯装置还包括金属背盖，该金属背盖与该辐射部的该第一侧壁设置于该电路板的同侧，该金属背盖与该第一侧壁之间具有间距，该间距是1.5mm～2mm。

与现有技术相对比，本发明天线装置及应用该天线装置的通讯装置，由于利用自电路板的接地层延伸金属片，改变了天线中的电流分布情形，能够达到降低SAR值的目的，而能符合标准规范，且在降低SAR的同时天线效率亦不会变差。以此方式亦无需更动制程，不会导致增加制作成本，且能够应用于使用金属外壳的无线行动通讯装置。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示依照本发明第一实施例的天线装置的示意图。

图2绘示依照本发明第一实施例的天线装置沿A-A’剖面线的侧视图。

图3绘示依照本发明第二实施例的天线装置的示意图。

图4绘示依照本发明第三实施例的天线装置的示意图。

图5绘示依照本发明第四实施例的天线装置的示意图。

图6绘示依照本发明第五实施例的天线装置的示意图。

图7绘示应用本发明天线装置的通讯装置的正面示意图。

图8绘示应用本发明天线装置的通讯装置的背面示意图。

图9绘示应用本发明天线装置的通讯装置的内部结构示意图。

具体实施方式

对于降低手机天线SAR的技术，可以包括以下几种实现方式：(1)降低天线本体的传导功率(conductive power)，例如通过减少电流以使得电磁波辐射能量降低；(2)使用吸波材料(absorber)吸收电磁波，以降低SAR值；(3)配置中构铁件于天线上方，以阻挡电磁波；(4)延伸印刷电路板的铺铜区，以阻挡电磁波。使用上述方法(1)及方法(2)皆会影响天线特性，例如可能造成天线效率(efficiency)下降。此外，如方法(2)使用额外的吸波材料，或如方法(3)使用额外的中构铁件，亦会造成成本增加。而当通讯装置使用金属外壳时，上述方法皆会因为金属外壳挡到天线的辐射，而降低天线效能，因此上述方法并不适用于金属外壳的无线行动通讯装置。本揭露提出一种天线装置，既不影响天线特性亦不会造成成本增加，同时可以应用在金属外壳的无线行动通讯装置上。

请一并参考图1及图2，图1绘示依照本发明第一实施例的天线装置的示意图，图2绘示依照本发明第一实施例的天线装置沿A-A’剖面线的侧视图。天线装置1包括辐射部10以及电路板20。辐射部10包括第一侧壁101、第二侧壁102、第三侧壁103、第一延伸部104以及第一凸出部105。第二侧壁102连接于第一侧壁101的第一边，第三侧壁103连接于第一侧壁101的第二边，第三侧壁103相对于第二侧壁102。第一延伸部104自第二侧壁102朝向第三侧壁103延伸。第一凸出部105自第一延伸部104朝向第一侧壁101延伸。电路板20平行第一侧壁101，电路板20包括接地层201、馈入点202、净空区203、第一金属片204以及第二金属片205。馈入点202电性连接至辐射部10。净空区202设置于第一侧壁101、第二侧壁102及第三侧壁103形成的容置空间中。第 一金属片204设置于净空区203内且延伸自接地层201。第二金属片205连接第一金属片204并设置于净空区203内，第二金属片205平行于第一延伸部104且连接第一凸出部105。兹详细说明各元件如下。

天线装置1例如应用于通讯装置中，如图1所示，辐射部10例如可设置于通讯装置的天侧，即通讯装置靠近听筒的一侧，辐射部10例如可构成通讯装置天侧的金属外壳，图1中所示辐射部10当中没有金属的空缺部分，可以藉由填充塑胶材料以构成通讯装置的外壳。辐射部10可产生特定频率射频信号的电磁波辐射，亦可接收特定频率的射频信号。

通讯装置在天侧及地侧(未绘示于图中)皆可设置天线结构，例如以天侧的天线负责4G的LTE系统，以地侧的天线负责3G的WCDMA系统。由于听筒靠近通讯装置的天侧，较靠近使用者的头部，天侧的天线对于SAR影响较大，因此本揭露以通讯装置天侧的天线作为示例性说明，然并不限于此，本揭露的天线装置亦可应用于通讯装置的地侧。

天线装置1的辐射部10包括有第一侧壁101、第二侧壁102及第三侧壁103，三者例如也可以互相垂直设置。第一侧壁101例如构成通讯装置的背盖部分，即第一侧壁101与通讯装置的显示装置(例如液晶显示器,LCD)位在电路板20的不同侧。在图1及图2中第一侧壁101、第二侧壁102及第三侧壁103是以直角互相垂直连接，然此仅为示例性说明，实际应用中第一侧壁101、第二侧壁102及第三侧壁103彼此的连接处亦可以是圆弧形，可对通讯装置作适当的外形设计。

电路板20可设置于通讯装置中，电路板20例如是印刷电路板(Printed CircuitBoard,PCB)，电路板20上可包括有通讯装置的微处理器、信号处理晶片、显示 驱动积体电路、射频电路等等电路。电路板20包括有接地层(ground plane)201，例如可由铜构成，可作为电路板20上多个电路的地电位连接处。图1中虽仅绘示电路板20的接地层201，然本领域人员应当理解电路板20另包括有电路层，设置有通讯装置所需的各种电路。

电路板20包括馈入点(feed point)202，馈入点(feed point)202电性连接辐射部10，电路板20上的电路(例如射频电路)所产生的信号可经由馈入点202而馈入辐射部10以产生电磁波辐射。此外，经由辐射部10所接收到的射频信号也可经由馈入点202传送至电路板20上的电路进行信号处理。

电路板20包括净空区203，净空区203设置于第一侧壁101、第二侧壁102及第三侧壁103形成的容置空间中。净空区203的设置是为了避免辐射部10与电路板20上的电路与元件互相干扰而造成影响天线性质，净空区203例如是电路板20上没有铺铜的一个区域。

辐射部10包括第一延伸部104，第一延伸部104自第二侧壁102朝向第三侧壁103延伸，第一延伸部104可垂直于第二侧壁102。从馈入点202经由第一侧壁101、第二侧壁102以及第一延伸部104，即形成电流路径，与净空区203的组合即可形成天线。通过适当调整第一延伸部104的长度，可以调整此电流路径的辐射频率范围在1710MHz～2170MHz。如此虽可以产生所需频率的辐射信号，然而此天线的SAR可能超出规范限制，因此本揭露的天线装置1还包括第一凸出部105以及在净空区203内适当地设置金属片。

天线装置1的辐射部10还包括有第一凸出部105，第一凸出部105自第一延伸部104朝向第一侧壁101延伸，第一凸出部105可垂直于第一延伸部104。电路板20的净空区23内设置有第一金属片204以及第二金属片205，第一金属 片204延伸自接地层201，第二金属片205连接第一金属片204，第一金属片204与第二金属片205例如同样是印刷电路板的铺铜区域。第二金属片205平行于第一延伸部104，且第二金属片205连接第一凸出部105。

第一凸出部105可经由一个金属连接器连接第二金属片205，此金属连接器例如可以是一个金属弹片，将第一凸出部105固定在第二金属片205上。

此实施例中，第二金属片205是自第一金属片204朝向第三侧壁103延伸，并且于邻近第二金属片205的末端连接第一凸出部105。

如此馈入点202经由第一侧壁101、第二侧壁102、第一延伸部104、第一凸出部105、第二金属片205及第一金属片204形成第一电流路径，与前述没有第二金属片205时电流的分布情形不相同。可适当调整第一电流路径与第二金属片205之间的长度比例以获得所需的辐射频率以及符合规范的SAR值，例如第一电流路径长度可以是第二金属片205长度的4.5倍～5倍。

表一为根据本实施例的配置有第二金属片205以降低SAR值的天线装置1，与没有配置第二金属片205时的天线装置的SAR值的比较，两者的天线传导功率皆设定为22dBm。所测试的频带为通用行动通讯系统(Universal Mobile Telecommunications System,UMTS)的B2频带(辐射频率为1900MHz)，B2频带内可再细分为多个频道(channel)，依频率取此频带内的三个端点低频/中频/高频频道(L/M/H)进行测试。此测试中所使用的天线装置1，其中第一电流路径长度是第二金属片205长度的4.7倍。

表一

表二为根据本实施例配置有第二金属片205以降低SAR值的天线装置1，与没有配置第二金属片205时的天线装置于发送信号时的天线效率(efficiency)的比较。所测试的频带同样为UMTS的B2频带(辐射频率为1900MHz)。

表二

由上方表格可以看出，本揭露实施例的天线装置，由于以适当的结构改变了电流分布的情形，不仅不会影响天线的特性(如表二所示)，天线效率并不会变差，且更可以有效降低SAR值(如表一所示)，使得天线装置的SAR符合美国FCC较为严格的规范1.6W/kg，当然亦符合中国台湾以及欧洲对于SAR的规范2.0W/kg。

于本发明实施例上述的天线装置，由于利用自电路板20的接地层201延伸，且延伸的金属部分包括平行于第一延伸部104的第二金属片205，将第二金属片205连接至第一凸出部105形成电流回路而改变了电流路径，进而达到降低SAR值的目的，能够符合国际标准的规范，且在降低SAR的同时天线效率亦不会变差。而由于此方式是在电路板20的净空区203中适当地延伸接地层201的金属，可通过适当的铺铜而完成，无需特别更动电路制程，也不会导致增加制作成本，且本实施例的天线装置亦可应用于金属外壳的无线行动通讯装置。

图3绘示依照本发明第二实施例的天线装置的示意图。第二实施例与第一实施例的差别在于，净空区203内的金属片配置方式不相同。于本实施例的天线装置2中，第二金属片205是自第一金属片204朝向第二侧壁102延伸，并且于邻近第二金属片205的末端连接第一凸出部105。因此，在第二实施例中，第一凸出部105比第一金属片204更靠近第二侧壁102，即第一凸出部105与第一金属片204的相对位置关系与第一实施例不同。

在此结构中，馈入点202经由第一侧壁101、第二侧壁102、第一延伸部104、第一凸出部105、第二金属片205及第一金属片204形成第二电流路径。同样可适当调整第二电流路径与第二金属片205之间的长度比例以获得所需的辐射频率以及符合规范的SAR值，例如第二电流路径长度可以是第二金属片205长度的4.5倍～5倍。意即，虽然净空区203内的金属片配置方式与第一实施例不相同，但仍然保有与第一延伸部104平行的第二金属片205，改变了电流分布情形，依然可以达到有效降低SAR值的目的。

图4绘示依照本发明第三实施例的天线装置3的示意图。第三实施例与第一实施例的差别在于，天线装置3的辐射部10还包括第二延伸部106，第二延伸部106自第三侧壁103朝向第二侧壁102延伸，第二延伸部106可垂直于第三侧壁103。

从馈入点202经由第一侧壁101、第三侧壁103以及第二延伸部106，形成高频电流路径，与净空区203的组合即可形成天线。通过适当调整第二延伸部106的长度，可以调整此高频电流路径的辐射频率范围在2500MHz～2690MHz。因此，天线装置3包括至少两个不同的辐射频率范围，能够处理不同应用所使用的不同频带的射频信号。

图5绘示依照本发明第四实施例的天线装置4的示意图。第四实施例与第三实施例的差别在于，天线装置4的辐射部10还包括第二凸出部107，第二凸出部107自第一延伸部104朝向第一侧壁101延伸，第二凸出部107可垂直于第一延伸部104。第二凸出部107连接第一金属片204，第二凸出部107可经由一个金属连接器(例如金属弹片)连接第一金属片204。

藉由第二凸出部107连接至第一金属片204，天线装置4除了第一电流路径(经第一延伸部104、第一凸出部105与第二金属片205形成的回路，辐射频率范围在1710MHz～2170MHz)以及高频电流路径(经第二延伸部106，辐射频率范围在2500MHz～2690MHz)，更可以包括第三电流路径(经第二凸出部106与第一金属片204形成的回路)，而可以包括有第三种辐射频率范围，使得天线装置4能够应用于更多领域。

图6绘示依照本发明第五实施例的天线装置5的示意图。第五实施例与第四实施例的差别在于，天线装置5的电路板20还包括可调式匹配电路(tunable matching circuit)206，可调式匹配电路206经由馈入点202电性连接至辐射部10。可调式匹配电路206可以适当调整阻抗值，能够使得电路板20与辐射部10之间达到更佳的阻抗匹配(impedancematching)效果，而能使天线装置5有较佳的效率。

上述第一至第五实施例为本揭露的天线装置可能的多种实施方式，本揭露的天线装置能够达到降低SAR值的目的，而符合国际标准的规范。前述的实施例并非用以限定本发明，本领域所属技术人员亦可组合各实施例中的元件，作出适当的更动与调整。

本揭露另提出一种应用前述天线装置的通讯装置，通讯装置例如可以是手 机。图7绘示应用本发明天线装置的通讯装置的正面示意图。通讯装置9包括有前述的天线装置1，实际应用中可以使用上述任何一实施例的天线装置，此处为方便说明，以使用第一实施例的天线装置1作为示例性说明。通讯装置9包括听筒91，辐射部10设置于通讯装置9邻近听筒90的一侧，即设置于通讯装置9的天侧，于通讯使用时较靠近使用者头部的一侧。天线装置1的结构于此不再赘述。

通讯装置9可包括显示装置92，例如是液晶显示器(LCD)或是有机发光二极管面板(OLED)，显示装置92设置于通讯装置92的正面，可提供使用者介面供使用者操作以及显示资料。

图8绘示应用本发明天线装置的通讯装置的背面示意图。天线装置1当中的第一侧壁101可构成通讯装置9的背盖一部分，即第一侧壁101与显示装置92位于通讯装置9的相异两侧。通讯装置9可包括金属背盖93，例如可作为通讯装置9的电池背盖，并能使得通讯装置9具有金属机身的质感。金属背盖93与第一侧壁101之间不使用金属连接，例如可使用塑胶或其他绝缘材料填充，金属背盖93与第一侧壁101之间的间距d可以是1.5mm～2mm，藉由适当隔开距离以使得金属背盖93不致影响辐射部10的天线特性。

图9绘示应用本发明天线装置的通讯装置的内部结构示意图。图9为沿着图1中A-A’剖面线所绘示的通讯装置9的侧视图，图9与图2的视角相同，以与图2能清楚的比较。通讯装置9包括有辐射部10、电路板20、显示装置92以及金属背盖93，显示装置92与辐射部10的第一侧壁101设置于电路板20的相异两侧，第一侧壁101在电路板20的投影面与显示装置92在电路板20的投影面不重叠，第一侧壁101在电路板20的投影面例如对应到电路板20的净空 区203。金属背盖93与辐射部10的第一侧壁101设置于电路板20的同侧，金属背盖93与第一侧壁101之间具有的间距d是1.5mm～2mm。此间距d的空间可以设置非金属材质的物件(例如橡胶)，使天线能够正常运作。

金属背盖93亦可设置有接地点(未绘示于图中)，即金属背盖93可于多处连接至电路板20的接地层201，例如可以将6个接地点平均设置在金属背盖93的周围，如此可以避免金属背盖93影响天线装置1的天线特性。

如本揭露中的天线装置及应用其的通讯装置，由于利用自电路板的接地层延伸金属片，改变了天线中的电流分布情形，能够达到降低SAR值的目的，而能符合标准规范，且在降低SAR的同时天线效率亦不会变差。以此方式亦无需更动制程，不会导致增加制作成本，且能够应用于使用金属外壳的无线行动通讯装置。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：

辐射部，包括：

第一侧壁；

第二侧壁，连接于该第一侧壁的第一边；

第三侧壁，连接于该第一侧壁的第二边且相对于该第二侧壁，该第一侧壁、该第二侧壁及该第三侧壁形成容置空间；

第一延伸部，自该第二侧壁朝向该第三侧壁延伸；以及

第一凸出部，自该第一延伸部朝向该第一侧壁延伸；以及

电路板，平行于该第一侧壁，该电路板包括：

接地层；

馈入点，电性连接至该辐射部；

净空区，设置于该容置空间中；

第一金属片，设置于该净空区内，该第一金属片延伸自该接地层；以及

第二金属片，连接该第一金属片并设置于该净空区内，该第二金属片平行于该第一延伸部，且该第二金属片连接该第一凸出部；

其中，从该馈入点经由该第一侧壁、该第二侧壁、该第一延伸部、该第一凸出部、该第二金属片以及该第一金属片形成第一电流路径，借由调整该第一电流路径与该第二金属片的长度比例以调整辐射频率以及电磁波能量比吸收率。

2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，还包括金属连接器，该第一凸出部经由该金属连接器连接该第二金属片。

3.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，该第二金属片自该第一金属片朝向该第三侧壁延伸，并于邻近该第二金属片的末端处该第二金属片连接该第一凸出部。

4.如权利要求3所述的天线装置，其特征在于，该第一电流路径长度是该第二金属片长度的4.5倍～5倍。

5.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，该第二金属片自该第一金属片朝向该第二侧壁延伸，并于邻近该第二金属片的末端处该第二金属片连接该第一凸出部。

6.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，该辐射部还包括第二延伸部，该第二延伸部自该第三侧壁朝向该第二侧壁延伸。

7.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，该辐射部还包括第二凸出部，该第二凸出部自该第一延伸部朝向该第一侧壁延伸，该第二凸出部连接该第一金属片。

8.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，该电路板还包括可调式匹配电路，该可调式匹配电路经由该馈入点电性连接至该辐射部。

9.一种通讯装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至8任一项所述的天线装置；以及

听筒，该天线装置的辐射部设置于该通讯装置邻近该听筒的一侧。

10.如权利要求9所述的通讯装置，其特征在于，还包括：

金属背盖，该金属背盖与该辐射部的该第一侧壁设置于该电路板的同侧，该金属背盖与该第一侧壁之间具有间距，该间距是1.5mm～2mm。