CN110556621A - 天线架构及通信装置 - Google Patents

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Abstract

一种天线架构包含金属背板、倒F金属片和天线单元。所述倒F金属片与所述金属背板之间具有槽缝，所述倒F金属片与所述金属背板一体成形，且与所述金属背板垂直设置。所述天线单元对应所述槽缝及所述倒F金属片设置，其中所述天线单元包含辐射部和接地部，其中所述辐射部耦接至信号馈入点，并且包含第一辐射体和第二辐射体。所述第一辐射体、所述槽缝及所述倒F金属片协同操作产生第一操作频率的无线信号，且所述第二辐射体、所述槽缝及所述倒F金属片协同操作产生第二操作频率的无线信号，以构成窄边金属框的双频的双开回路天线设计。

Description

天线架构及通信装置
技术领域
本公开内容涉及一种天线架构，且特别涉及一种可以设置于狭窄边框的天线架构。
背景技术
随着笔记本电脑的发展，人们对于大频占比的追求日益增进，而传统上的闭槽孔天线因为会造成笔记本电脑屏幕上方的面积过大，已经无法满足人们对于美观及结构强度上的追求。
因此，如何设计一种在可以正常收发无线信号，并且同时具有大频占比的天线架构为本领域的一大议题。
发明内容
本公开的一实施方式提供了一种天线架构。此天线架构包含金属背板、倒F金属片和天线单元。所述倒F金属片与所述金属背板之间具有槽缝，所述倒F金属片与所述金属背板一体成形，且与所述金属背板垂直设置。所述天线单元对应所述槽缝设置及所述倒F金属片设置，其中所述天线单元包含辐射部和接地部，其中所述辐射部耦接至信号馈入点，并且包含第一辐射体和第二辐射体。所述第一辐射体、所述槽缝及所述倒F金属片协同操作产生第一操作频率的无线信号，且所述第二辐射体、所述槽缝及所述倒F金属片协同操作产生第二操作频率的无线信号。
本公开的另一实施方式提供了一种通信装置。此通信装置包含金属背板、倒F金属片、第一天线单元以及第二天线单元。所述倒F金属片与所述金属背板之间具有第一槽缝和第二槽缝，所述倒F金属片与所述金属背板一体成形，且所述倒F金属片垂直所述金属背板设置。所述第一天线单元对应所述第一槽缝及所述倒F金属片设置，所述第一天线单元包含第一辐射体和第二辐射体。所述第二天线单元对应所述槽缝及所述倒F金属片设置，并且与所述第一天线单元具有间隔，其中所述第二天线单元包含第三辐射体和第四辐射体。所述第一辐射体、所述第一槽缝及所述倒F金属片协同操作产生所述第一操作频率的无线信号，且所述第二辐射体、所述第一槽缝及所述倒F金属片协同操作产生所述第二操作频率的无线信号。所述第三辐射体、所述第二槽缝及所述倒F金属片协同操作产生所述第一操作频率的无线信号，且所述第四辐射体、所述第二槽缝及所述倒F金属片协同操作产生所述第二操作频率的无线信号。
因此，根据本公开的实施方式，本公开的实施例通过在狭窄的边框额外设置一个倒F金属片与天线单元上的图腾(图案)协同操作，并进一步通过倒U字型的接地方式调整天线阻抗的匹配，以构成窄边金属框的双频的双开回路天线设计。
附图说明
为让本公开内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，说明书附图的说明如下：
图1A为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种通信装置的正面立体示意图；
图1B为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种通信装置的背面立体示意图；
图2为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种天线架构于XY平面上的结构示意图；
图3为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种天线架构根据剖面线P1-P2的剖面示意图；
图4为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种天线架构的实验数据图；
图5为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种天线架构的实验数据图；以及
图6为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种天线架构的实验数据图。
附图标记说明：
100：通信装置
110、120：天线架构
X、Y、Z：方向
111、121：槽缝
130：屏幕
140：金属背板
210：辐射部
211、212：辐射体
220：接地部
260：天线单元
P1、P2、A1、A2、A3、C1、C2、C3、C4、C5、C6、B1、B2、B3：节点
P1-P2：剖面线
d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10、d11、d12、d13、d14、d15、d16、d17、d18、d19、d20、d21、d22：距离
230：信号传输线
240、250：金属导体
270：信号馈入点
310：倒F金属片
311：第一部分
312：第二部分
313：第三部分
330：绝缘板
331：突出部
332：主体
具体实施方式
为了使本公开内容的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本公开内容造成不必要的限制。
关于以下各种实施例中所使用的“耦接”或“连接”，可指二或多个元件相互“直接”作实体接触或电性接触，或是相互“间接”作实体接触或电性接触，亦可指两个或多个元件相互动作。
本公开内容的目的在于公开一种可以在通信装置的有限的边框内设置天线单元，以使得通信装置可以在节省天线单元的体积的前提下，仍旧可以构成隔离度(Isolation)在标准-20dB以下的双频的双开回路天线设计。
图1A为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种通信装置100的正面立体示意图。如图1A所示，于一些实施例中，通信装置100的正面包含屏幕130及设置在屏幕130上方(于+Y方向上)的天线架构110和天线架构120，且天线架构110和天线架构120彼此间隔一定距离。于一些实施例中，天线架构110和天线架构120设置相距大于12cm(公分)，以达到较好的隔离度。
于一些实施例中，天线架构110用以作为通信装置100的主(Main)天线，天线架构120用以作为通信装置100的副(AUX)天线，且天线架构110、120各自用以产生2.4GHz和5GHz的无线信号，但不限于此，天线架构110、120可以用以产生任何频率的无线信号。
于一些实施例中，通信装置100可以包含平板电脑、个人电脑(PersonalComputer，PC)或笔记本电脑(Laptop)，但不限于此，任何需要节省边框以达到较大频占比，并且具有通信功能的电子装置皆在本公开内容所保护的范围内，然而下述内容将以笔记本电脑为例作说明。
图1B为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种通信装置100的背面立体示意图。于一些实施例中，如图1B所示，通信装置100包含一金属背板140，且于金属背板140上具有两个槽缝111、121，分别对应至天线架构110和天线架构120。
于一些实施例中，槽缝111、112用以让无线信号可以通过，并且可以实现为贯穿金属背板140的通孔或槽孔。
于一些实施例中，天线架构110和天线架构120的架构相同，仅位置上相对设置，因此，下述的实施例皆以天线架构110为例作说明。
图2为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种天线架构110于XY平面上的结构示意图。如图2所示，天线架构110包含槽缝111、天线单元260、信号传输线230，其中信号传输线230耦接至天线单元260，并用以提供电信号至天线单元260，以使得天线单元260可以依据此电信号产生一无线信号并发送至无线存取点(Access Point，AP)或无线基地台(Base station)。
于一些实施例中，天线单元260于X方向的长度为距离d1，于Y方向的长度为距离d7，其中距离d1可以是56毫米，距离d7可以是6.85毫米，但本公开内容不以此为限。于一些实施例中，天线单元260可以被实现为印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)。
于一些实施例中，槽缝111于X方向的长度为距离d2，于Y方向的长度为距离d8，其中距离d2可以是46毫米，距离d8可以是2.5毫米，但本公开内容不以此为限。
于一些实施例中，天线单元260对应于槽缝111设置，详细来说，天线单元260与槽缝111部分重叠设置，例如于Y方向上重叠2.5毫米。
于一些实施例中，天线单元260包含辐射部210和接地部220，且辐射部210和接地部220之间存在一间隔。于一些实施例中，辐射部210的形状为T字型，辐射部210的下端相近于接地部220，辐射部210的下部与槽缝111重叠。举例来说，以Y方向为基准，辐射部210的下部与槽缝111重叠2.5毫米。辐射部210包含辐射体211、辐射体212和信号馈入点270，其中信号馈入点270位于辐射部210于Y方向上的最低点，且辐射体211于Y方向的长度小于辐射体212于Y方向的长度。
于一些实施例中，可以通过调整辐射体211和辐射体212的馈体面积，以适当地调整双频带的天线的阻抗匹配。
于一些实施例中，辐射体211、槽缝111以及倒F金属片(即图3所示的310，设置于天线架构110的Z方向，将于图3再作说明)协同操作，使得辐射体211、槽缝111以及倒F金属片(如图3所示的倒F金属片310)共同形成第一电气路径，并进一步依据第一电气路径形成第一操作频率(例如2.4GHz)的共振频带，其中第一电气路径为由节点A1、A2、C1、C2、C3至C4所形成的路径。换句话说，天线架构110通过辐射体211、槽缝111以及倒F金属片(如图3所示的倒F金属片310)的协同操作产生第一操作频率的无线信号。
于一些实施例中，上述的第一电气路径(亦即节点A1、A2、C1、C2、C3至C4)的长度为第一操作频率的3/4倍的波长，但不限于此，1/2倍至3/4倍的波长皆在本公开内容所保护的范围内。举例而言，若第一操作频率为2.4GHz，则第一电气路径的长度的范围为62毫米至93毫米。
于一些实施例中，辐射体212、槽缝111以及倒F金属片(如图3所示的倒F金属片310)协同操作，使得辐射体212、槽缝111以及倒F金属片(如图3所示的倒F金属片310)共同形成第二电气路径，并进一步依据第二电气路径形成第二操作频率(例如5GHz)的共振频带，其中所述第二电气路径为由节点A1、A3、C1、C6、C5至C4所形成的路径。换句话说，天线架构110通过辐射体212、槽缝111以及倒F金属片(如图3所示的倒F金属片310)的协同操作产生第二操作频率的无线信号。
于一些实施例中，上述的第二电气路径(亦即节点A1、A3、C1、C6、C5至C4)的长度为第二操作频率的1/2倍的波长，但不限于此，1/2倍至3/4倍的波长皆在本公开内容所保护的范围内。举例而言，若第二操作频率为5GHz，则第二电气路径的长度的范围为30毫米至45毫米。
通过上述设置，天线架构110可以经由第一电气路径(即节点A1、A2、C1、C2、C3至C4)产生一低频的共振频带并经由第二电气路径(即节点A1、A3、C1、C6、C5至C4)产生一高频的共振频带，以作为双频的双开回路天线。
于一些实施例中，信号传输线230包含正端(正极)和负端(负极)，其中信号传输线230的正端耦接至信号馈入点270，并用以将来自信号馈入点270的电信号传送至辐射体212，而信号传输线230的负端经由连接金属导体250对应于节点B3的部分而接地。于一些实施例中，信号传输线230包含内圈和外圈，且经由绝缘材质将内圈和外圈间隔，内圈为信号传输线230的正端，外圈为信号传输线230的负端。当要将信号传输线230的负端接地时，先将信号传输线230的外层剥下，并包覆导电布(即金属导体250)接地。
于一些实施例中，信号传输线230可以被实现为1.13同轴线，天线架构110对应的信号传输线230的长度为350毫米，而天线架构120对应的信号传输线的长度为550毫米。
于一些实施例中，金属导体250于Y方向的大小为距离d6，于X方向的大小为距离d5，其中距离d6的大小为17毫米，距离d5的范围为5-9毫米，但本公开内容不以此为限。于一些实施例中，金属导体250可以由导电布来实现，但不限于此，任何可以用以接地的金属导体皆在本公开内容所保护的范围内。
于一些实施例中，接地部220包含对应至节点B1的第一部分及对应至节点B2的第二部分，其中接地部220的第一部分经由金属导体240接地，且接地部220的第二部分与信号传输线230的正极耦接。
于一些实施例中，金属导体240于Y方向的长度为距离d6，于X方向的长度为距离d3，其中距离d6可以为17毫米，距离d3的大小为5.5毫米，但本公开内容不以此为限。于一些实施例中，金属导体240可以由铝箔来实现，但不限于此，任何可以用以接地的金属导体皆在本公开内容所保护的范围内。
于一些实施例中，接地部220与信号传输线230于X方向连接，金属导体240从接地部220的一端沿-Y方向延伸，金属导体250从信号传输线230沿-Y方向延伸，金属导体240和金属导体250间隔一距离d4设置，且两者之间的距离d4的范围为5～11毫米。详细来说，距离d4包含从金属导体240至槽缝111的边缘处的距离d9和从槽缝111的边缘处至金属导体250的距离d10，其中距离d9的范围为5～10毫米，距离d10的大小约为1毫米。
通过上述设置，接地部220、信号传输线230、金属导体240和金属导体250可以形成一倒U字型的接地方式，而天线架构110可以经由此倒U字型的接地设计(亦即改变金属导体240和金属导体250之间的距离d4)以及辐射部210的尺寸设计，适当地调整天线阻抗的匹配。
图3为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种天线架构110根据图2中的剖面线P1-P2切开的剖面示意图。如图3所示，天线架构110除了图1A所示的屏幕130、图1B所示的金属背板140、图2所示的槽缝111、天线单元260和信号传输线230外，还包含倒F金属片310和绝缘板330。以+Z方向为准，绝缘板330设置在金属背板140和倒F金属片310之上，天线单元260设置在绝缘板330之上，信号传输线230设置在天线单元260之上，而屏幕130设置在信号传输线230之上。
如图3所示，倒F金属片310与金属背板140垂直设置，槽缝111设置于金属背板140和倒F金属片310之间，且天线单元260对应于槽缝111和倒F金属片310设置。在本发明实施例中，倒F金属片310与金属背板140为一体成形。换句话说，倒F金属片310可为金属背板140的一部分，其为金属背板140于Y方向反折所形成。
于一些实施例中，倒F金属片310包含于-Y方向延伸的第一部分311、于+Z方向延伸的第二部分312以及于-Y方向延伸的第三部分313，其中天线单元260设置于倒F金属片310的第一部分311和第三部分313之间，且金属背板140与倒F金属片310的第二部分312垂直设置。于一些实施例中，倒F金属片310的第一部分311于Y方向的长度为距离d14，倒F金属片310的第二部分312于Z方向的长度为距离d11，倒F金属片310的第三部分313于Y方向的长度为距离d15，且倒F金属片310的第三部分313于Z方向的长度为距离d18，其中距离d14可以为4.35毫米，距离d11可以为3.85毫米，距离d15可以为2.3毫米，距离d18可以为0.6毫米，但本公开内容不以此为限。
于一些实施例中，天线单元260与倒F金属片310之间具有至少一耦合间距，详细来说，天线单元260与倒F金属片310的第二部分312间隔距离d12，天线单元260与倒F金属片310的第三部分313间隔距离d13，其中距离d12可以是0.71毫米，距离d13可以是0.76毫米，然而并不限于此，任何大于0.5毫米的耦合间距(即距离d12和距离d13)皆在本公开内容所保护的范围内。
于一些实施例中，绝缘板330包含突出部331和主体332，其中突出部331与槽缝111匹配，并且与槽缝111间隔距离d22，而距离d22可以是0.2毫米，但不限于此。绝缘板330的主体332与天线单元260并排设置，并且绝缘板330的主体332的一端与天线单元260的一端设置于倒F金属片310的第一部分311和第三部分313之间，绝缘板330的主体332与天线单元260的各自另一端设置于金属背板140和信号传输线230之间。
于一些实施例中，绝缘板330可以由塑胶来实现，且绝缘板330于Z方向的长度为距离d16，且距离d16的范围为0.5毫米至0.6毫米。
于一些实施例中，如图3所示，天线单元260于Z方向的长度为距离d17，天线单元260及绝缘板330于Y方向上与金属背板140重叠的长度为距离d19，其中距离d17可以为0.4毫米，距离d19可以为2毫米。
于一些实施例中，如图3所示，屏幕130于Z方向的长度为距离d21，信号传输线230于Z方向的长度为距离d20，其中距离d21可以为0.55毫米，距离d20的范围为小于1.5毫米。
图4为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种天线架构110、120的实验数据图。如图4所示，可以看出来通过本公开内容所设置的天线架构110和天线架构120在频带2400MHz至2500MHz及频带5000MHz至6000MHz的电压驻波比(Voltage Standing WaveRatio，VSWR)皆小于3。换句话说，通过本公开内容的配置，天线架构110和天线架构120皆可得到良好的匹配。
图5为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种天线架构110、120的实验数据图，其中所述实验数据图为通过网络分析仪测量的频率-隔离度S21的实验数据图。由图5中的实验数据图可得知，在频率为2400MHz至2500MHz时，天线架构110和天线架构120具有的反射损失约为-37dB；在频率为5000MHz至6000MHz时，天线架构110和天线架构120具有的反射损失小于-40dB。换句话说，本公开内容由于将天线架构110和天线架构120设计间隔距离大于12cm(公分)，因此可以达到远低于标准值-20dB的隔离度。
图6为根据本公开内容的一些实施例所示出的一种天线架构110、120的实验数据图。如图6所示，在频率为2400MHz至2500MHz时，天线架构110和天线架构120的天线效率为-2.9dBi至-4.4dBi，而在频率为5000MHz至6000MHz时，天线架构110和天线架构120的天线效率为-3.7dBi至-5.9dBi。换句话说，天线架构110和天线架构120即便设置在狭窄的金属框内，仍具有高的天线效率。
综上所述，本公开内容的实施例通过在狭窄的边框额外设置一个倒F金属片310与天线单元260上的图腾协同操作，并进一步通过倒U字型的接地方式调整天线阻抗的匹配，以构成窄边金属框的双频的双开回路天线设计。
虽然本公开内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开内容，任何本领域技术人员，于不脱离本公开内容的构思和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本公开内容的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种天线架构，其特征在于，包含：
一金属背板；
一倒F金属片，该倒F金属片与该金属背板之间具有一槽缝，该倒F金属片与该金属背板一体成形，且该倒F金属片与该金属背板垂直设置；以及
一天线单元，对应该槽缝及该倒F金属片设置，该天线单元包含一辐射部和一接地部，该辐射部耦接至一信号馈入点，并且包含一第一辐射体和一第二辐射体，该第一辐射体、该槽缝及该倒F金属片协同操作产生一第一操作频率的无线信号，且该第二辐射体、该槽缝及该倒F金属片协同操作产生一第二操作频率的无线信号。
2.如权利要求1所述的天线架构，其特征在于，该倒F金属片包含于一第一方向延伸的一第一部分、于一第二方向延伸的一第二部分以及于该第一方向延伸的一第三部分，且该金属背板与该倒F金属片的该第二部分垂直设置。
3.如权利要求1所述的天线架构，其特征在于，还包含：
一信号传输线，其中该信号传输线的正端耦接至该信号馈入点，且该信号传输线的负端经由一第一金属导体接地。
4.如权利要求3所述的天线架构，其特征在于，该接地部的一端经由一第二金属导体接地，该接地部与该信号线于一第一方向连接，该第二金属导体从该接地部的一端沿一第二方向延伸，该第一金属导体从该信号传输线沿该第二方向延伸，且该第一金属导体和该第二金属导体于该第一方向上间隔一距离设置，该第一方向垂直该第二方向。
5.如权利要求4所述的天线架构，其特征在于，该第一操作频率和该第二操作频率的阻抗匹配与该第一辐射体的面积、该第二辐射体的面积以及该第一金属导体和该第二金属导体之间距相关联。
6.如权利要求4所述的天线架构，其特征在于，该第一金属导体和该第二金属导体间隔为5毫米至10毫米。
7.如权利要求1所述的天线架构，其特征在于，该第一辐射体经由该第一辐射体与该倒F型金属片之间的至少一耦合间距与该槽缝相邻于该第一辐射体的一第一部分形成一第一电气路径，该第二辐射体经由该至少一耦合间距与该槽缝相邻于该第二辐射体的一第二部分形成一第二电气路径，且该第一电气路径的长度为该第一操作频率的0.5～0.75倍波长，该第二电气路径的长度为该第二操作频率的0.5～0.75倍波长。
8.如权利要求7所述的天线架构，其特征在于，该至少一耦合间距大于0.5毫米。
9.如权利要求1所述的天线架构，其特征在于，该倒F金属片包含于一第一方向延伸的一第一部分、于一第二方向延伸的一第二部分以及于该第一方向延伸的一第三部分，其中该天线单元设置于该第一部分和该第三部分之间。
10.如权利要求9所述的天线架构，其特征在于，该天线单元的一端和与该天线单元并排设置的一绝缘板的一端设置于该倒F金属片的该第一部分和该第三部分之间。
11.一种通信装置，其特征在于，包含：
一金属背板；
一倒F金属片，该倒F金属片与该金属背板之间分别具有一第一槽缝及一第二槽缝，该倒F金属片与该金属背板一体成形，且该倒F金属片垂直该金属背板设置；
一第一天线单元，对应该第一槽缝及该倒F金属片设置，该第一天线单元包含一第一辐射体和一第二辐射体；以及
一第二天线单元，对应该第二槽缝和该倒F金属片设置，并且与该第一天线单元具有一间隔，该第二天线单元包含一第三辐射体和一第四辐射体，
该第一辐射体、该第一槽缝及该倒F金属片协同操作产生一第一操作频率的无线信号，该第二辐射体、该第一槽缝及该倒F金属片协同操作产生一第二操作频率的无线信号，该第三辐射体、该第二槽缝及该倒F金属片协同操作产生该第一操作频率的无线信号，且该第四辐射体、该第二槽缝及该倒F金属片协同操作产生该第二操作频率的无线信号。
12.如权利要求11所述的通信装置，其特征在于，该第一天线单元和该第二天线单元设置相距大于12cm。
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