CN109818659A

CN109818659A - 通讯装置

Info

Publication number: CN109818659A
Application number: CN201711260350.1A
Authority: CN
Inventors: 蔡明哲
Original assignee: Quanta Computer Inc
Current assignee: Quanta Computer Inc
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-05-28
Anticipated expiration: 2037-12-04
Also published as: CN109818659B; TW201924241A; TWI659629B; US10530055B2; US20190148830A1

Abstract

本发明公开一种通讯装置，包括：一介质基板、一外壳、一第一天线、一第二天线、一第三天线、一第四天线、一第五天线、一第六天线、一第七天线，以及一第八天线。介质基板具有一上表面和一下表面。外壳具有一外表面和一内表面。第一天线和第三天线设置于介质基板的上表面。第二天线和第四天线设置于介质基板的下表面。第五天线、第六天线、第七天线，以及第八天线设置于外壳的内表面。

Description

通讯装置

技术领域

本发明涉及一种通讯装置，特别是涉及一种可支持多输入多输出(Multi-Inputand Multi-Output，MIMO)功能的小型化双频带通讯装置。

背景技术

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：手提式电脑、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。

无线网络基地台(Wireless Access Point)是使移动装置于室内能高速上网的必要元件。然而，由于室内环境充满了信号反射和多重路径衰减(Multipath Fading)，无线网络基地台必须能同时处理来自各方向和不同频率的信号。因此，如何在无线网络基地台的有限空间中设计出一种多频带(Multiband)、全向性(Omnidirectional)的天线，已成为现今设计者的一大挑战。

发明内容

在优选实施例中，本发明提供一种通讯装置，包括：一介质基板，具有一上表面和一下表面；一外壳，具有一外表面和一内表面；一第一天线；一第二天线；一第三天线，其中该第一天线和该第三天线设置于该介质基板的该上表面；一第四天线，其中该第二天线和该第四天线设置于该介质基板的该下表面；一第五天线；一第六天线；一第七天线；以及一第八天线，其中该第五天线、该第六天线、该第七天线，以及该第八天线设置于该外壳的该内表面。

在一些实施例中，该第一天线、该第二天线、该第三天线，以及该第四天线涵盖介于2400MHz至2500MHz之间的一第一频带，而其中该第五天线、该第六天线、该第七天线，以及该第八天线涵盖介于5150MHz至5850MHz之间的一第二频带。

在一些实施例中，该介质基板呈现一正方形。

在一些实施例中，该第一天线、该第二天线、该第三天线，以及该第四天线分别位于该介质基板的四个侧边。

在一些实施例中，该外壳包括一第一侧壁、一第二侧壁、一第三侧壁，以及一第四侧壁，而该介质基板由该第一侧壁、该第二侧壁、该第三侧壁，以及该第四侧壁所包围。

在一些实施例中，该第一侧壁邻近于该第一天线，而该第五天线设置于该第一侧壁的一内侧面。

在一些实施例中，该第二侧壁邻近于该第二天线。

在一些实施例中，该第三侧壁邻近于该第三天线，而该第八天线设置于该第三侧壁的一内侧面。

在一些实施例中，该第四侧壁邻近于该第四天线，而该第六天线和该第七天线都设置于该第四侧壁的一内侧面。

在一些实施例中，该第七天线大致位于该第三侧壁、该第四侧壁，以及该介质基板的一角落交界处。

附图说明

图1A为本发明一实施例所述的通讯装置的立体图；

图1B为本发明一实施例所述的介质基板的俯视图；

图1C为本发明一实施例所述的介质基板的背视图；

图2为本发明一实施例所述的第五天线的示意图；

图3为本发明一实施例所述的第六天线的示意图；

图4为本发明一实施例所述的第七天线的示意图；

图5为本发明一实施例所述的第八天线的示意图。

符号说明

100～通讯装置；

110～介质基板；

111～介质基板的第一侧边；

112～介质基板的第二侧边；

113～介质基板的第三侧边；

114～介质基板的第四侧边；

120～外壳；

121～外壳的第一侧壁；

122～外壳的第二侧壁；

123～外壳的第三侧壁；

124～外壳的第四侧壁；

126～第三侧壁和第四侧壁的交界处；

131～第一天线；

132～第二天线；

133～第三天线；

134～第四天线；

141～第五天线；

142～第六天线；

143～第七天线；

144～第八天线；

151～第一辐射部；

152～第二辐射部；

153～第三辐射部；

154～第四辐射部；

161～第一连接线；

162～第二连接线；

163～第三连接线；

164～第四连接线；

171～第一连接器；

172～第二连接器；

173～第三连接器；

174～第四连接器；

D1、D2、D3～距离；

E1～介质基板的上表面；

E2～介质基板的下表面；

E3～外壳的外表面；

E4～外壳的内表面；

F1～第一馈入点；

F2～第二馈入点；

F3～第三馈入点；

F4～第四馈入点；

L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7～长度；

H1、H2～高度；

X～X轴；

Y～Y轴；

Z～Z轴。

具体实施方式

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。

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。

图1A是显示根据本发明一实施例所述的通讯装置(Communication Device)100的立体图。例如，通讯装置100可以是一无线网络基地台(Wireless Access Point)或是一路由器(Router)。在图1A的实施例中，通讯装置100包括：一介质基板(DielectricSubstrate)110、一外壳(Housing)120、一第一天线(Antenna)131、一第二天线132、一第三天线133、一第四天线134、一第五天线141、一第六天线142、一第七天线143，以及一第八天线144。图1B是显示根据本发明一实施例所述的介质基板110的俯视图。图1C是显示根据本发明一实施例所述的介质基板110的背视图。请一并参考图1A、图1B、图1C以理解本发明。必须注意的是，虽然未显示于图1A、图1B、图1C中，通讯装置100还可包括其他元件，例如：一信号处理器(Signal Processor)、一供电模块(Power Supply Module)，以及一射频模块(Radio Frequency Module)。

介质基板110可以是一印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)或是一FR4(Flame Retardant 4)基板。介质基板110具有相对的一上表面E1和一下表面E2。外壳120可以用非导体材质制成，例如：聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)。外壳120具有一外表面E3和一内表面E4，其中外表面E3是指使用者的眼睛可直接观察到的一装置外侧表面，而内表面E4是指使用者的眼睛无法观察到的一装置内侧表面。介质基板110设置于外壳120之内，并邻近于外壳120的内表面E4。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：2mm或更短)，也可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)。另外，所谓「上」、「下」、「内」、「外」等用词用于描述元件间的相对位置关系，其并非意指特定或固定的方向。

在一些实施例中，介质基板110大致呈现一正方形，而外壳120包括一第一侧壁(Sidewall)121、一第二侧壁122、一第三侧壁123，以及一第四侧壁124，其中介质基板110由第一侧壁121、第二侧壁122、第三侧壁123，以及第四侧壁124所包围。第一侧壁121可与第二侧壁122至少部分地相连接，而第三侧壁123可与第四侧壁124至少部分地相连接。另外，第一侧壁121、第二侧壁122、第三侧壁123，以及第四侧壁124的每一者都可大致垂直于介质基板110。详细而言，介质基板110具有一第一侧边111、一第二侧边112、一第三侧边113，以及一第四侧边114，其中外壳120的第一侧壁121、第二侧壁122、第三侧壁123，以及第四侧壁124分别邻近于介质基板110的第一侧边111、第二侧边112、第三侧边113，以及第四侧边114。在其他实施例中，介质基板110和外壳120的形状也可根据不同需要进行调整。例如，介质基板110也可大致呈现一长方形或一不规则形，而外壳120则可呈现对应于介质基板110的不同形状。必须理解的是，虽然图1A中第一侧壁121、第二侧壁122与第三侧壁123、第四侧壁124分离，但在另一些实施例中，第一侧壁121也可与第四侧壁124相连接，而第二侧壁122也可与第三侧壁123相连接，使得此四个侧壁共同形成一封闭回圈形，以围绕住介质基板110。另外，外壳120还可包括一上盖和一下盖，以形成一封闭空心立方体(未显示)，其中介质基板110可位于此封闭空心立方体之内。

第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134的每一者都可涵盖介于2400MHz至2500MHz之间的一第一频带。第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144的每一者都可涵盖介于5150MHz至5850MHz之间的一第二频带。因此，通讯装置100至少可支持WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz/5GHz的双频操作。此种4×4的多输入多输出(Multi-Input and Multi-Output，MIMO)天线设计可有效提升通讯装置100的数据传输速度。必须理解的是，前述的第一频带和第二频带的范围也可依据不同需要进行调整。

第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134的形状和种类于本发明中并不特别限制。举例而言，第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134的每一者都可为一芯片天线(Chip Antenna)。为了降低天线间的互相干扰，第一天线131和第三天线133设置于(或印刷于)介质基板110的上表面E1，而第二天线132和第四天线134设置(或印刷于)于介质基板110的下表面E2。例如，第一天线131和第三天线133可位于介质基板110的上表面E1的相对二边缘处，而第二天线132和第四天线134可位于介质基板110的下表面E2的相对二边缘处。详细而言，第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134分别大致位于介质基板110的第一侧边111、第二侧边112、第三侧边113，以及第四侧边114各自的中心点处，使得外壳120的第一侧壁121、第二侧壁122、第三侧壁123，以及第四侧壁124分别邻近于第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134。在一些实施例中，第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134分别大致位于一菱形的四个顶点上。在一些实施例中，第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134的任二者的最短距离D3至少为50mm，以增强天线间的隔离度(Isolation)。

第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144的形状和种类于本发明中并不特别限制。举例而言，第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144的每一者都可用导体材质所制成，例如：金属片。为了美化装置外观，第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144都设置于外壳120的内表面E4。换言之，第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144为内建式天线(Built-in Antenna)而非外接式天线(External Antenna)，它们不会被使用者所直接观察到。此种设计更有助于微缩通讯装置100的整体尺寸。

图2是显示根据本发明一实施例所述的第五天线141的示意图。请一并参考图1A、图2。第五天线141设置于第一侧壁121的一内侧面(亦即，外壳120的内表面E4处)。例如，第五天线141可大致位于第一天线131的上方，而第五天线141和第一天线131的间距可至少为50mm。在图2的实施例中，第五天线141包括一第一辐射部(Radiation Element)151、一第一连接线(Connection Line)161，以及一第一连接器(Connector)171。第一辐射部151可为一梯形金属片，其中一第一馈入点F1可大致位于此梯形金属片的一较短平行边处。第一连接线161可为一同轴电缆线(Coaxial Cable)。第一连接器171可为一IPEX连接头。第一辐射部151的第一馈入点F1可经由第一连接线161和第一连接器171耦接至介质基板110上的金属走线(Metal Trace)，以接收一馈入信号。在元件尺寸方面，第一辐射部151的较短平行边的长度L1可约为2.9mm，第一辐射部151的较长平行边的长度L2可约为3.7mm，第一辐射部151的高度H1可约为6mm，而第一连接线161的长度可约介于35mm至50mm之间。

图3是显示根据本发明一实施例所述的第六天线142的示意图。请一并参考图1A、图3。第六天线142设置于第四侧壁124的一内侧面(亦即，外壳120的内表面E4处)。例如，第六天线142可大致位于第四天线134的上方，而第六天线142和第四天线134的间距可至少为50mm。在图3的实施例中，第六天线142包括一第二辐射部152、一第二连接线162，以及一第二连接器172。第二辐射部152可为一等腰三角形金属片，其中一第二馈入点F2可大致位于此等腰三角形金属片的一共同顶点处。第二连接线162可为一同轴电缆线。第二连接器172可为一IPEX连接头。第二辐射部152的第二馈入点F2可经由第二连接线162和第二连接器172耦接至介质基板110上的金属走线，以接收一馈入信号。在元件尺寸方面，第二辐射部152的顶边的长度L3可约为3.4mm，第二辐射部152的高度H2可约为6mm，而第二连接线162的长度可约介于35mm至50mm之间。

图4是显示根据本发明一实施例所述的第七天线143的示意图。请一并参考图1A、图4。第七天线143设置于第四侧壁124的一内侧面(亦即，外壳120的内表面E4处)。详细而言，第七天线143大致位于第三侧壁123、第四侧壁124，以及介质基板110三者的一角落交界处126。在图4的实施例中，第七天线143包括一第三辐射部153、一第三连接线163，以及一第三连接器173。第三辐射部153可为一矩形金属片，其中一第三馈入点F3可大致位于此矩形金属片的一短边处。第三连接线163可为一同轴电缆线。第三连接器173可为一IPEX连接头。第三辐射部153的第三馈入点F3可经由第三连接线163和第三连接器173耦接至介质基板110上的金属走线，以接收一馈入信号。在元件尺寸方面，第三辐射部153的长边的长度L4可约为6.2mm，第三辐射部153的短边的长度L5可约为1.6mm，而第三连接线163的长度可约介于65mm至75mm之间。

图5是显示根据本发明一实施例所述的第八天线144的示意图。请一并参考图1A、图5。第八天线144设置于第三侧壁123的一内侧面(亦即，外壳120的内表面E4处)。例如，第八天线144可大致位于第三天线133的上方，而第八天线144和第三天线133的间距可至少为50mm。在图5的实施例中，第八天线144包括一第四辐射部154、一第四连接线164，以及一第四连接器174。第四辐射部154可为一矩形金属片，其中一第四馈入点F4可大致位于此矩形金属片的一短边处。第四连接线164可为一同轴电缆线。第四连接器174可为一IPEX连接头。第四辐射部154的第四馈入点F4可经由第四连接线164和第四连接器174耦接至介质基板110上的金属走线，以接收一馈入信号。在元件尺寸方面，第四辐射部154的长边的长度L6可约为6.2mm，第四辐射部154的短边的长度L7可约为1.6mm，而第四连接线164的长度可约介于65mm至75mm之间。在一些实施例中，第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144的任二者的最短距离至少为50mm，以增强天线间的隔离度。例如，前述最短距离可指第七天线143和第六天线142之间的距离D1，或是第七天线143和第八天线144之间的距离D2。

必须注意的是，以上元件尺寸的范围是根据多次实验结果而求出，其有助于最佳化各天线的操作频带及阻抗匹配(Impedance Matching)。

在一些实施例中，第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134的四个馈入点分别耦接至独立的四个低频信号源(例如：四个2.4GHz信号源)，而第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144的四个馈入点分别耦接至独立的四个高频信号源(例如：四个5GHz信号源)。在另一些实施例中，第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134的四个馈入点共同耦接至单一低频信号源(例如：一个2.4GHz信号源)，而第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144的四个馈入点共同耦接至单一高频信号源(例如：一个5GHz信号源)。以上两种不同馈入机制均能激发产生前述的第一频带和第二频带。前述的低频信号源、高频信号源都可位于介质基板110上，并可再经由介质基板110上的金属走线(或/且连接线)耦接至第一天线131、第二天线132、第三天线133、第四天线134、第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144。

根据实际测量结果，本发明的通讯装置100的所有天线于XY平面上可共同产生近似全向性(Omnidirectional)的辐射场型。第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134的任相邻二者之间的隔离度都高于15dB。第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134的任相邻二者之间的封包相关系数(Envelope CorrelationCoefficient，ECC)都小于0.2。第一天线131、第二天线132、第三天线133，以及第四天线134的增益(Gain)都介于1至5.7dBi之间。另一方面，第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144的任相邻二者之间的隔离度都高于20dB。第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144的任相邻二者之间的封包相关系数都小于0.1。第五天线141、第六天线142、第七天线143，以及第八天线144的增益都介于1至5.5dBi之间。由上可知，通讯装置100已可满足一般移动通讯的实际应用需求。

本发明提出一种新颖的通讯装置及其天线系统，相较于传统技术，所提的天线系统至少具有双频带、全向性辐射场型、高隔离度，以及低封包相关系数等优势。由于本发明采用内建式天线而非传统的外接式天线，故通讯装置的整体尺寸还可进一步微缩。例如，所提的通讯装置的长度可仅约为80mm，宽度可仅约为80mm，而高度可仅约为50mm，其远小于传统4x4多输入多输出的路由器的尺寸(长度约达290mm，宽度约达270mm，而高度约达55mm)。另外，本发明可避免通讯装置的外观受到外接式天线所影响，从而可达成改良整体装置外型的效果。

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。本发明的通讯装置及天线系统并不仅限于图1A～图5所图示的状态。本发明可以仅包括图1A～图5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通讯装置及天线系统当中。

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。

虽然结合以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。

Claims

1.一种通讯装置，其特征在于，该通讯装置包括：

介质基板，具有一上表面和一下表面；

外壳，具有一外表面和一内表面；

第一天线；

第二天线；

第三天线，其中该第一天线和该第三天线设置于该介质基板的该上表面；

第四天线，其中该第二天线和该第四天线设置于该介质基板的该下表面；

第五天线；

第六天线；

第七天线；以及

第八天线，其中该第五天线、该第六天线、该第七天线，以及该第八天线设置于该外壳的该内表面。

2.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第一天线、该第二天线、该第三天线，以及该第四天线涵盖介于2400MHz至2500MHz之间的一第一频带，而其中该第五天线、该第六天线、该第七天线，以及该第八天线涵盖介于5150MHz至5850MHz之间的一第二频带。

3.如权利要求1所述的通讯装置，其中该介质基板呈现一正方形。

4.如权利要求3所述的通讯装置，其中该第一天线、该第二天线、该第三天线，以及该第四天线分别位于该介质基板的四个侧边。

5.如权利要求1所述的通讯装置，其中该外壳包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁，以及第四侧壁，而该介质基板由该第一侧壁、该第二侧壁、该第三侧壁，以及该第四侧壁所包围。

6.如权利要求5所述的通讯装置，其中该第一侧壁邻近于该第一天线，而该第五天线设置于该第一侧壁的一内侧面。

7.如权利要求5所述的通讯装置，其中该第二侧壁邻近于该第二天线。

8.如权利要求5所述的通讯装置，其中该第三侧壁邻近于该第三天线，而该第八天线设置于该第三侧壁的一内侧面。

9.如权利要求5所述的通讯装置，其中该第四侧壁邻近于该第四天线，而该第六天线和该第七天线都设置于该第四侧壁的一内侧面。

10.如权利要求5所述的通讯装置，其中该第七天线大致位于该第三侧壁、该第四侧壁，以及该介质基板的一角落交界处。