CN107181061B - 天线结构以及应用该天线结构的电路模块与电子装置 - Google Patents

天线结构以及应用该天线结构的电路模块与电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种天线结构以及应用该天线结构的电路模块与电子装置，该天线结构包括辐射元件、短路接脚、金属匹配元件以及信号馈入元件，辐射元件设置于一电路板的上方，且短路接脚的两端分别连接于辐射元件以及电路板上的接地端，而金属匹配元件设置于电路板上并用以改变天线结构的阻抗，信号馈入元件的两端则分别连接于辐射元件以及金属匹配元件，来自该电路板的电流依序通过金属匹配元件以及信号馈入元件而到达辐射元件，以使辐射元件发射辐射信号。该天线结构可以减少搭配电感电容电路，降低电感或电容所带来的能量损耗，不须再因为所应用的电子装置的不同而大幅改变天线结构的辐射元件、短路接脚或信号馈入元件的外形，以降低制造成本。

Description

天线结构以及应用该天线结构的电路模块与电子装置
技术领域
本发明涉及无线信号传输的领域，尤其涉及一种天线结构以及应用该天线结构的电路模块与电子装置。
背景技术
近年来，由于消费性电子产品的普及化以及网际网络的蓬勃发展，使得来自全球不同区域的信息得以被迅速传递以供世界各地的人们进行交流。再者，现今网际网络的互连架构也逐渐由电缆、光纤等有线连结的型态改变为无线连结的型态，藉以解决线路布局过于复杂的问题，同时提供使用者方便且人性化的通信环境。
其中，于无线连结的型态上，使用电磁波传递信号的无线通信技术亦被广泛地应用在笔记本电脑、移动电话与穿戴式装置等各式电子装置，因此用于收发电磁波信号的天线结构成为了该些电子装置中所不可或缺的元件。目前的天线结构具有外露在电子装置外的形式以及内建于电子装置内的形式，然而，外露式的天线结构除了会影响电子装置的体积大小与美观，也有着容易受到外力撞击而折弯、折断的缺点，故内建式的天线结构已成为主流趋势。
请参阅图1，其为现有天线结构的结构示意图。图1所示天线结构1为一平面型倒F天线(Planar inverted-F antenna)，其包括辐射元件11、短路接脚12、信号馈入元件13以及设置于电路板2上的电感电容电路(LC circuit)14，且短路接脚12的两端分别连接于辐射元件11以及电路板2上的接地端21，而信号馈入元件13的两端则分别连接于辐射元件11以及电感电容电路14，并供来自电路板2上的信号处理单元22的电流通过而被传输至辐射元件11，进而使辐射元件11向外发射辐射信号；其中，为了使天线结构1与信号处理单元22之间的阻抗相匹配，或为了使天线结构1符合实际应用所需的规格与效能，目前的作法是通过改变电感电容电路14或天线结构1的外形来实现，而有关于图1所示的天线结构1为本领域技术人员所知悉，故在此即不再予以赘述。
然而，现有的天线结构1具有以下缺陷：第一、电感电容电路14中的电感以及电容会造成能量损耗；第二、因应天线结构1所应用的电子装置的不同，天线结构1的外形亦须有所改变才能够获得较佳的效能，而若天线结构1的外形过于复杂，则用来制作天线结构1的模具的复杂度也会随着增加，如此会增加制造成本，且不易于大量生产。是以，现有的天线结构1具有改善的空间。
发明内容
本发明的一目的在提供一种其金属匹配元件设置在电路板上的天线结构，且天线结构因应金属匹配元件的外形或金属匹配元件与电路板的接地端的间距而符合所需的阻抗与规格，如此可降低额外于电路板上设置电感或电容所带来的能量损耗，并减少改变天线结构的外形。
本发明的一另一目的在提供应用上述天线结构的一种电路模块与一种电子装置。
于一较佳实施例中，
本发明提供一种电路模块，包括：
一电路板，其上设置有一接地端以及一信号处理单元；以及
一天线结构，包括：
一辐射元件，位于该电路板的上方；
一短路接脚，其两端分别连接于该辐射元件以及该接地端；
一金属匹配元件，设置于该电路板上，并用以改变该天线结构的一阻抗；以及
一信号馈入元件，其两端分别连接于该辐射元件以及该金属匹配元件，并供来自该信号处理单元的一电流通过而被传输至该辐射元件，以使该辐射元件向外发射一辐射信号。
于一较佳实施例中，本发明亦提供一种天线结构，包括：
一辐射元件，位于一电路板的上方；
一短路接脚，其两端分别连接于该辐射元件以及该电路板上的一接地端；
一金属匹配元件，设置于该电路板上，并用以改变该天线结构的一阻抗；以及
一信号馈入元件，其两端分别连接于该辐射元件以及该金属匹配元件，并供来自该电路板的一电流通过而被传输至该辐射元件，以使该辐射元件向外发射一辐射信号。
于一较佳实施例中，本发明亦提供一种电子装置，包括：
一壳体；
一电路板，设置于该壳体内，且该电路板上设置有一接地端以及一信号处理单元；以及
一天线结构，设置于该壳体内，包括：
一辐射元件，位于该电路板的上方；
一短路接脚，其两端分别连接于该辐射元件以及该接地端；
一金属匹配元件，设置于该电路板上，并用以改变该天线结构的一阻抗；以及
一信号馈入元件，其两端分别连接于该辐射元件以及该金属匹配元件，并供来自该信号处理单元的一电流通过而被传输至该辐射元件，以使该辐射元件向外发射一辐射信号。
基于上述技术方案可知，本发明的技术效果在于：
减少搭配电感电容电路，降低电感或电容所带来的能量损耗，不须再因为所应用的电子装置的不同而大幅改变天线结构的辐射元件、短路接脚或信号馈入元件的外形，以降低制造成本。
附图说明
图1为现有天线结构的结构示意图。
图2为本发明电路模块及其天线结构于一较佳实施例的结构示意图。
图3为本发明电子装置于一较佳实施例的外观结构示意图。
图4为图3所示电子装置的电路模块的部分结构示意图。
图5为使用者操作图3所示电子装置时的一较佳情境示意图。
图6为使用者操作图3所示电子装置时的另一较佳情境示意图。
图7为图3所示电子装置的天线结构的工作频率(横轴)与电压驻波比(纵轴)的关系示意图。
图8为图3所示电子装置的天线结构在XY平面的辐射场形示意图。
附图标记说明：
1 天线结构 2 电路板
3 天线结构 4 电路板
4’ 电路板 5 电路模块
6 电子装置 7 远端装置
8 使用者 11 辐射元件
12 短路接脚 13 信号馈入元件
14 电感电容电路 21 接地端
22 信号处理单元 31 辐射元件
32 短路接脚 33 信号馈入元件
34 金属匹配元件 41 接地端
42 接地端 43 信号处理单元
44 红外线发射器 61 壳体
62 按钮 63 收音孔
81 口部 S1 辐射信号
S2 红外线信号
具体实施方式
请参阅图2，其为本发明电路模块及其天线结构于一较佳实施例的结构示意图，其中，为了更清楚说明本案发明，图2所示电路板4上仅绘出用来说明的元件。电路模块5包括电路板4以及天线结构3，且电路板4上设置有多个接地端41、42以及信号处理单元43，而天线结构3包括辐射元件31、短路接脚32、信号馈入元件33以及设置于电路板4上的金属匹配元件34；其中，辐射元件31位于电路板4的上方，且短路接脚32的两端分别连接于辐射元件31以及电路板4上的其中一个接地端41，而信号馈入元件33的两端则分别连接于辐射元件31以及金属匹配元件34，因此，来自信号处理单元43的电流就可于依序通过金属匹配元件34以及信号馈入元件33后被传输至辐射元件31，进而使辐射元件31向外发射辐射信号。
于本较佳实施例中，天线结构3为一平面型倒F天线(Planar inverted-Fantenna)，且金属匹配元件34为形成于电路板4上的铜箔；其中，金属匹配元件34不接触任何的接地端41、42，因此当电路板4通电后，与金属匹配元件34相距在一有效耦合距离内的任一接地端42会与金属匹配元件34产生电子耦合，且其所带来的效应会因金属匹配元件34的形状的改变而不同，亦会因金属匹配元件34与接地端42之间的距离改变而不同。
基此，本案通过调整金属匹配元件34的形状或改变金属匹配元件34与接地端42之间的距离而改变金属匹配元件34与接地端42于电子耦合时所带来的效应，以进而使天线结构3与信号处理单元43之间的阻抗相匹配，如此一来，来自信号处理单元43的电流可更顺利地被传送至天线结构3，藉此提升天线效率；一般来说，阻抗的匹配值为50欧姆，但不以此为限。此外，本案亦可通过调整金属匹配元件34的形状或调整金属匹配元件34与接地端42之间的距离而使天线结构3符合实际应用时所需的规格。
以下进一步以“将图2所示电路模块5应用于电子装置”作说明。首先，请参阅图3与图4，图3为本发明电子装置于一较佳实施例的外观结构示意图，图4为图3所示电子装置的电路模块的部分结构示意图。电子装置6包括壳体61以及设置于壳体61内的电路板4’以及天线结构3，于本较佳实施例中，电子装置6为一远端装置的遥控器，且此处所述远端装置7(参见图5～6)是以电视为例，因此电子装置6还包括显露于壳体61外的多个按钮62，且壳体61上具有用以供使用者的声音传送至电路板4的收音孔63，但并不以上述为限。
再者，电子装置6的电路板4’以及天线结构3大致类似于图2所示者，在此即不再予以赘述，而不同的处在于，电路板4’上还设置了部分显露于壳体61外的红外线发射器44，且红外线发射器44是用来因应使用者的操作而发射红外线信号。此外，于本较佳实施例中，电路板4’上的信号处理单元43为语音处理单元，其用于对使用者的声音进行信号处理。
详言之，请参阅图5，其为使用者操作图3所示电子装置时的一较佳情境示意图。当使用者欲遥控远端装置7(电视)时，使用者可先将电子装置6(遥控器)的红外线发射器44朝向远端装置7(电视)，再通过按压遥控器的按钮62而使红外线发射器44对远端装置7(电视)发射相对应的红外线信号S2，以进而达到遥控远端装置7(电视)的目的。
又，请参阅图6，其为使用者操作图3所示电子装置时的另一较佳情境示意图。电子装置6(遥控器)还提供了语音摇控的功能，因此，当使用者8欲遥控远端装置7(电视)时，可先将口部81对准电子装置6(遥控器)的壳体61上的收音孔63，再以声音的方式下达指令，而使用者8的声音则会经由收音孔63而被传送至电路板4’，此时，电路板4’上的信号处理单元43会对使用者8的声音进行信号处理，使得相应的电流从信号处理单元43输出并于依序通过天线结构3的金属匹配元件34与信号馈入元件33后被传输至辐射元件31，以令辐射元件31向远端装置7(电视)发射相应的辐射信号S1，进而达到遥控远端装置7(电视)的目的。
特别说明的是，请再度参阅图4，为了提升天线结构3的天线效率以及符合实际应用需求，于本较佳实施例中，天线结构3的金属匹配元件34的外形被设计为D1*D2的长条矩形，且金属匹配元件34与电路板4的接地端41、42的间距被设计为D3，而辐射元件31的外形则为D4*D5，并与电路板4间隔的高度为D6；其中，D1＝15.5mm，D2＝2.95mm，D3＝0.5mm，D4＝24.2mm，D5＝2mm，D6＝6.5mm。
接下来以图7与8来说明经由上述设计后的天线结构3所符合的规格。请参阅图7，其为图3所示电子装置的天线结构的工作频率(横轴)与电压驻波比(纵轴)的关系示意图。图7示意了天线结构3的工作频率在介于2.2GHz以及2.8GHz之间的电压驻波比(VoltageStanding Wave Ratio,VSWR)是满足了业界须低于2的要求，此亦表现了天线结构3具有较大的可用天线频宽。
又，请同步参阅图6与图8，图8为图3所示电子装置的天线结构在XY平面的辐射场形示意图，而XY平面的定义则如图6所示。图6与图8的结合示意了天线结构3在朝向远端装置7(电视)的方向(即-X方向)上具有良好的辐射场形。而有关如何对图7与图8进行解读，为本领域技术人员所知悉，在此即不再予以赘述。此外，经由实际测试后，基于上述设计的天线结构3的相关实验数据如表1所示，且该些实验数据是由经过国家认证的实验室(LAB:ETSLindgren SYSTEM CTIACertificatoin,OTA3,ADT)所实验而得，其中，由该些实验数据可以获知工作频率介于2.402GHz以及2.480GHz之间都是具有大于70％的天线效率。
Figure BDA0000937750110000071
表1
经由以上的说明可知，由于本案仅须调整设置于电路板4’上的金属匹配元件34的外形或金属匹配元件34与电路板4’的接地端42的间距就可改变天线结构3的阻抗以及使天线结构3符合实际应用上所需的规格，因此本案天线结构3具有下述优点：第一、减少搭配电感电容电路，降低电感或电容所带来的能量损耗；第二、不须再因为所应用的电子装置的不同而大幅改变天线结构3的辐射元件31、短路接脚32或信号馈入元件33的外形，藉以降低制造成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求，因此凡其它未脱离本发明所公开的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本案的权利要求内。

Claims (9)

1.一种电路模块，其特征在于，包括：
一电路板，其上设置有多个接地端以及一信号处理单元，其中所述多个接地端包括一耦合接地端；以及
一天线结构，包括：
一辐射元件，位于该电路板的上方；
一短路接脚，其两端分别连接于该辐射元件以及所述多个接地端中的一个接地端；
一金属匹配元件，设置于该电路板上与该耦合接地端相距一距离，并用以改变该天线结构的一阻抗；以及
一信号馈入元件，其两端分别连接于该辐射元件以及该金属匹配元件，并供来自该信号处理单元的一电流通过而被传输至该辐射元件，以使该辐射元件向外发射一辐射信号；其中该金属匹配元件连接于该信号处理单元以及该信号馈入元件且该金属匹配元件未接触于任一所述接地端，因此该天线结构与该信号处理单元之间的阻抗匹配是通过调整该金属匹配元件的形状或改变该金属匹配元件与该耦合接地端之间的距离来实现。
2.如权利要求1所述的电路模块，其特征在于，该金属匹配元件为形成于该电路板上的一铜箔。
3.如权利要求1所述的电路模块，其特征在于，该金属匹配元件呈一长条状。
4.如权利要求1所述的电路模块，其特征在于，该天线结构为一平面型倒F天线。
5.一种电子装置，其特征在于，包括：
一壳体；
一电路板，设置于该壳体内，且该电路板上设置有多个接地端以及一信号处理单元，其中所述多个接地端包括一耦合接地端；以及
一天线结构，设置于该壳体内，包括：
一辐射元件，位于该电路板的上方；
一短路接脚，其两端分别连接于该辐射元件以及所述多个接地端中的一个接地端；
一金属匹配元件，设置于该电路板上与该耦合接地端相距一距离，并用以改变该天线结构的一阻抗；以及
一信号馈入元件，其两端分别连接于该辐射元件以及该金属匹配元件，并供来自该信号处理单元的一电流通过而被传输至该辐射元件，以使该辐射元件向外发射一辐射信号；其中该金属匹配元件连接于该信号处理单元以及该信号馈入元件且该金属匹配元件未接触于任一所述接地端，因此该天线结构与该信号处理单元之间的阻抗匹配是通过调整该金属匹配元件的形状或改变该金属匹配元件与该耦合接地端之间的距离来实现。
6.如权利要求5所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置为一远端装置的一摇控器。
7.如权利要求6所述的电子装置，其特征在于，还包括一红外线发射器，其设置于该电路板上并至少部分显露于该壳体外，且该红外线发射器用以对该远端装置发射一红外线信号。
8.如权利要求5所述的电子装置，其特征在于，其中该金属匹配元件为形成于该电路板上的一铜箔。
9.如权利要求5所述的电子装置，其特征在于，该天线结构为一平面型倒F天线。
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