CN115347355B - 用于笔记本电脑的切换式环天线模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于笔记本电脑的切换式环天线模块，设置于笔记本电脑的显示部的金属机壳的边角区域，其包括金属部、第一导体、馈入部、近接感测电路、第二导体及主动开关。金属部具有第一直段与第二直段彼此连接以构成L型，金属部是金属机壳的一部分，第一直段与金属机壳构成第一间隙，第二直段与金属机壳构成第二间隙。馈入部通过第一导体连接第一直段。近接感测电路具有感测导体与感测芯片，感测导体连接馈入部，感测芯片连接于感测导体与接地边角之间。第二导体通过电容连接第二直段。主动开关连接于接地边角与第二导体之间。第一、第二直段、第一、第二导体与接地边角包围近接感测电路的四周。本发明可缩小天线尺寸且整合近接感测功能。

Description

用于笔记本电脑的切换式环天线模块

技术领域

本发明涉及一种天线模块，特别涉及一种用于笔记本电脑的切换式环天线模块。

背景技术

请参照图1，笔记本电脑的外观型态主要区分为三个部分，分别是具有屏幕的显示部1、转轴2与输入部3，转轴2用以连接显示部1与输入部3。现有的笔记本电脑必备无线网络功能，且使用内藏式天线，在保持外观简约的同时，须具备多个通信频带的应用。

金属机壳的笔记本电脑其呈现的外观美感往往容易获得用户青睐，但对于天线设计的挑战则更严苛。再者，基于多通信频带的应用，已有许多无线通信系统规定了对于人体的影响程度要降低，例如电磁波比吸收率（SAR）必须要越低越好。因此除了达到符合无线通信规范的信号强度，依据用户使用状态，笔记本电脑制造商在笔记本电脑的各种工作模式也往往制定了电磁波比吸收率的规范，以保护消费者的安全。经常地，近接传感器（proximity sensor）用以侦测用户接触或靠近电子装置的情况，较常使用的感测方式是侦测感应电容值的变化。近接传感器通常是独立的模块，并且尽可能不受外在或其他金属屏蔽以达到侦测效能。然而，在市场上，全金属机壳的笔记本电脑在整合原则上须要避免金属屏蔽的近接传感器的方面是相当困难的挑战。

发明内容

针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种用于笔记本电脑的切换式环天线模块，解决全金属机壳对近接感测电路产生屏蔽，及影响天线的辐射特性的问题。

本发明技术方案如下：一种用于笔记本电脑的切换式环天线模块，设置于笔记本电脑的显示部的金属机壳的边角区域，所述切换式环天线模块包括：

金属部，具有第一直段与第二直段，所述第一直段连接所述第二直段以构成L型，所述金属部是所述金属机壳的一部分，所述第一直段与所述金属机壳的上边末端构成第一间隙，所述第二直段与所述金属机壳的侧边末端构成第二间隙；

第一导体；

馈入部，通过所述第一导体连接所述第一直段的第一连接端；

近接感测电路，具有感测导体与感测芯片，所述感测导体连接所述馈入部，所述感测芯片连接于所述感测导体与接地边角之间；

第二导体，通过电容连接所述第二直段的第二连接端；以及

主动开关，连接于所述接地边角与所述第二导体之间；

其中，所述第一直段、所述第二直段、所述第一导体、所述第二导体与所述接地边角包围所述近接感测电路的四周。

进一步地，所述金属部利用所述近接感测电路连接所述接地边角以达成接地。

进一步地，所述主动开关是单刀四掷开关。

进一步地，所述感测导体具有第一感测段与第二感测段，所述第一感测段的第一端连接所述馈入部，所述第一感测段的第二端为浮接，所述第二感测段的第一端连接所述馈入部，所述第二感测段的第二端通过所述感测芯片连接所述接地边角。

进一步地，所述第一间隙与所述第二间隙的宽度相同，皆为5毫米。

进一步地，所述第二连接端通过连接所述电容、所述第二导体与所述主动开关以达成接地，其中接地的所述第二连接端用以缩短所述金属部的所述第一直段与所述第二直段产生共振模态所需的总长度。

进一步地，所述切换式环天线模块工作于低频共振模态与高频共振模态，所述金属部的所述第一直段与所述第二直段的总长度短于所述低频共振模态的中心频率所对应波长的四分之一。

进一步地，所述主动开关至少包括短路模式与开路模式。

进一步地，所述短路模式使所述低频共振模态的中心频率降低，所述开路模式使所述低频共振模态的中心频率上升。

进一步地，所述短路模式包括至少一电感模式，所述开路模式包括至少一电容模式。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明中金属环天线的辐射特性不容易受到金属机壳影响而减损其无线传输的性能表现。在达到缩减天线占用空间的情况下，更善用空间整合了近接感测电路，利用环天线配合接地组件包围近接感测电路的情况使感测电路在其周围是金属机壳的环境而仍维持良好的感测性能。简言之，在金属机壳情况提供了一种拥有良好辐射特性、通信性能以及合并有近接感测功能的整合模块，具有很高的产业应用价值。

附图说明

图1是传统的笔记本电脑的外观示意图。

图2是本发明实施例提供的笔记本电脑的外观示意图。

图3是本发明实施例提供的用于笔记本电脑的切换式环天线模块的示意图。

图4是本发明实施例提供的用于笔记本电脑的切换式环天线模块的天线效率图。

图5是本发明实施例提供的用于笔记本电脑的切换式环天线模块应用于实际产品的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

请参照图2与图3，图3是本实施例的笔记本电脑的示意图。用于笔记本电脑的切换式环天线模块，设置于笔记本电脑的显示部1的金属机壳10的边角区域100，本实施例的边角区域100具有90度的边角，仅是用于简化说明，也可改成类似于图1的笔记本电脑的圆弧角。图2的边角区域100在上侧具有上边末端101，在右侧具有侧边末端102。所述切换式环天线模块4包括金属部41、第一导体42、馈入部43、近接感测电路44、第二导体45以及主动开关46。金属部41具有第一直段411与第二直段412，第一直段411连接第二直段412以构成L型。所述L型依照视角的方向而有所不同，在图3以显示部1的正面而言是呈现前后翻转且旋转90度后的L型（可以称为倒L型），当切换式环天线模块4的位置更改为显示部1的左上侧的边角时，则呈现旋转90度的L型。当边角是具有多边形或弧形时，构成的L型则例如具有至少一个导角或具有圆弧角。金属部41是金属机壳10的一部分，第一直段411与金属机壳10的上边末端101构成第一间隙101a，第二直段412与金属机壳10的侧边末端102构成第二间隙102a。对笔记本电脑的机壳而言，第一间隙101a与第二间隙102a可以用绝缘体基材填补，一种施作方式例如：金属机壳10本体以绝缘体基材做支撑，然后做金属涂布的制程，使外观呈现全金属的样貌，而在第一间隙101a及第二间隙102a不做金属涂布，但制作第一间隙101a及第二间隙102a结构的方式不限于此。较佳的，第一间隙101a与第二间隙102a的宽度相同，皆为5毫米（mm），但不因此限定。图3实施例的主要部分并没有说明天线的厚度，也就是没有特别讨论垂直于天线图样的机壳厚度方面天线需要延伸多少程度，一种实施方式是在机壳厚度方面的侧边都被天线使用，其方式会于图5实施例说明。

再者，馈入部43通过第一导体42连接第一直段411的第一连接端411a。近接感测电路44具有感测导体441与感测芯片442，感测导体441连接馈入部43，感测芯片442连接于感测导体441与接地边角GC之间。第二导体45通过电容C连接第二直段412的第二连接端412a。主动开关46连接于接地边角GC与第二导体45之间。金属部41的第一直段411、金属部41的第二直段412、第一导体42、第二导体45与接地边角GC包围近接感测电路44的四周。

金属部41利用近接感测电路44连接接地边角GC以达成接地，在说明此接地路径之前先叙述感测导体441的结构，感测导体441具有第一感测段S1与第二感测段S2，第一感测段S1的第一端S1a连接馈入部43，第一感测段S1的第二端S1b为浮接，第二感测段S2的第一端S2a连接馈入部43，第二感测段S2的第二端S2b通过感测芯片442连接接地边角GC。由此可知，第一连接端411a连接第一导体42，然后连接第二感测段S2，然后再通过连接感测芯片442的方式连接到接地（接地边角GC）。以本实施例的天线工作频率点最低为617MHz为例子，金属部41的第一直段411与接地边角GC的距离约为10毫米（mm），第二直段412与接地边角GC的距离也为10毫米，但不以此为限。

另一方面，第二连接端412a通过连接电容C、第二导体45与主动开关46以达成接地，其中接地的第二连接端412a用以缩短金属部41的第一直段411与第二直段412产生共振模态所需的总长度。此切换式环天线模块4工作于一低频共振模态与一高频共振模态。对低频共振模态而言，当第二连接端412a未接地时，低频共振模态是天线所激发的四分之一波长共振模态，天线长度主要由第一直段411与第二直段412总长决定。当第二连接端412a接地之后，配合电容C（例如电容值为0.6pF或0.75pF）以缩短共振路径的总长，并且构成环天线的配置。简言之，本实施例的金属部41的第一直段411与第二直段412的总长度短于低频共振模态的中心频率所对应波长的四分之一。

参照图4，接着说明主动开关46的功能，本实施例图4的天线效率结果是基于第一直段411的长度是46毫米、第二直段的长度是22毫米、第一间隙101a及第二间隙102a都是5毫米、第一直段411与接地边角GC的距离为10毫米、第二直段412与接地边角GC的距离也为10毫米，且电容C是0.5pF的情况下所量测得的结果。主动开关46主要调整在低频共振模态的天线效率，也就是改变共振频率点及带宽，以本发明实施例应用在617MHz至960MHz的频率范围是低频共振模态所工作的频段。较佳的，主动开关46至少包括一短路模式与一开路模式。短路模式使低频共振模态的中心频率降低，使频率在617MHz至760MHz的天线效率较佳。开路模式使低频共振模态的中心频率上升，使频率在760MHz至960MHz的天线效率较佳。除了将低频的频率范围区分为两个模式之外，更可以区分成更多模式。例如，短路模式更可包括至少一电感模式，开路模式更可包括至少一电容模式，因此例如可用四种模式。电感模式就是将原本是短路的路径上串联一个适当的电感值，开路模式就是在开路的路径上由单纯的断开替换成使用一个电容。较佳的，低频共振模态的工作频率涵盖617MHz-960MHz，高频共振模态的工作频率涵盖、1452MHz-1496MHz、1710MHz-2018MHz、2025MHz-2690MHz。较佳的，主动开关是单刀四掷开关（SP4T）就可实现四个切换模式，主要让前述低频共振模态的频率范围对应低频共振模态所需工作状态的频率点可以有更佳的天线效率。并且，上述模式的切换基本上不影响（或劣化）高频共振模态的天线效率。在图4的例子中，高频共振模态的较低频率点1710MHz附近是以短路模式的天线效率较高，且在大约在高于2100MHz的频率点以上的情况，短路模式与开路模式的天线效率是几乎相同。

请参照图5，图5是一种应用于实际产品的示意图。当第一直段411平行于X轴，第二直段412平行于Y轴，则在机壳厚度方面是以Z轴上的尺寸表示。斜影线部分是天线图案（省略了感测芯片442、主动开关46及电容C等表面黏着组件），而承载天线图样的基材（在天线的背后）则为机壳的一部分，此基材为非金属。为了方面示意，机壳例如预留一个组装部5，当切换式环天线模块4组装完成后，组装部5再覆盖在切换式环天线模块4之上。上边末端101是金属，侧边末端102也是金属，此时组装部5为非金属，这个实施方式显然可以理解为，在边角区域100的L型区块的机壳主要是非金属的结构，除了第一直段411与第二直段412，图4的天线效率结果是应用于这个实施态样。另一种变化态样是，组装部5的正表面501为金属，以维持显示部1的金属框体（屏幕的正面周边保持金属框的结构），而上表面502与侧表面503为非金属，与前例相同的部分是，当切换式环天线模块4组装完成后，组装部5再覆盖在切换式环天线模块4之上。此变化态样还进一步包括一种变化，上表面502在Z轴方面可以有部分是第一直段411在Z轴的延伸，且侧表面503在Z轴方向也可以有部分是第二直段412在Z轴的延伸，也就是金属部41的厚度（以Z轴方向表示）是可调整的。以上各态样，在组装层面也有另一种方式，参考前述一开始提到的金属涂布制程，只要在制程过程中，金属部41与金属机壳10的结构可以利用第一间隙101a、第二间隙102a区隔开，则不必要将组装部5施作为一个独立的结构，使得边角区域100仍能保持简单的组装机构（只有屏幕正面和屏幕背面这两块壳件用以施做组装）。上述对于组装部5的说明过程及态样变化主要是帮助说明切换式环天线模块4实际在产品应用层面的对于金属机壳10实际结构的组装考虑，及金属部41在Z轴、厚度的可变量，最终产品是适应于不同机种设计而做修改的。

综上所述，本发明实施例所提供的用于笔记本电脑的切换式环天线模块，其金属环天线的辐射特性不容易受到金属机壳影响而减损其无线传输的性能表现。在达到缩减天线占用空间的情况下，更善用空间整合了近接感测电路，利用环天线配合接地组件包围近接感测电路的情况使感测电路在其周围是金属机壳的环境而仍维持良好的感测性能。简言之，在金属机壳情况提供了一种拥有良好辐射特性、通信性能以及合并有近接感测功能的整合模块，具有很高的产业应用价值。

Claims (9)

1.一种用于笔记本电脑的切换式环天线模块，其特征在于，设置于笔记本电脑的显示部的金属机壳的边角区域，所述切换式环天线模块包括：

金属部，具有第一直段与第二直段，所述第一直段连接所述第二直段以构成L型，所述金属部是所述金属机壳的一部分，所述第一直段与所述金属机壳的上边末端构成第一间隙，所述第二直段与所述金属机壳的侧边末端构成第二间隙；

第一导体；

馈入部，通过所述第一导体连接所述第一直段的第一连接端；

近接感测电路，具有感测导体与感测芯片，所述感测导体连接所述馈入部，所述感测芯片连接于所述感测导体与接地边角之间；所述感测导体具有第一感测段与第二感测段，所述第一感测段的第一端连接所述馈入部，所述第一感测段的第二端为浮接，所述第二感测段的第一端连接所述馈入部，所述第二感测段的第二端通过所述感测芯片连接所述接地边角；

第二导体，通过电容连接所述第二直段的第二连接端；以及

主动开关，连接于所述接地边角与所述第二导体之间；

其中，所述第一直段、所述第二直段、所述第一导体、所述第二导体与所述接地边角包围所述近接感测电路的四周。

2.根据权利要求1所述的用于笔记本电脑的切换式环天线模块，其特征在于，所述金属部利用所述近接感测电路连接所述接地边角以达成接地。

3.根据权利要求1所述的用于笔记本电脑的切换式环天线模块，其特征在于，所述主动开关是单刀四掷开关。

4.根据权利要求1所述的用于笔记本电脑的切换式环天线模块，其特征在于，所述第一间隙与所述第二间隙的宽度相同，皆为5毫米。

5.根据权利要求1所述的用于笔记本电脑的切换式环天线模块，其特征在于，所述第二连接端通过连接所述电容、所述第二导体与所述主动开关以达成接地，其中接地的所述第二连接端用以缩短所述金属部的所述第一直段与所述第二直段产生共振模态所需的总长度。

6.根据权利要求1所述的用于笔记本电脑的切换式环天线模块，其特征在于，所述切换式环天线模块工作于低频共振模态与高频共振模态，所述金属部的所述第一直段与所述第二直段的总长度短于所述低频共振模态的中心频率所对应波长的四分之一。

7.根据权利要求6所述的用于笔记本电脑的切换式环天线模块，其特征在于，所述主动开关至少包括短路模式与开路模式。

8.根据权利要求7所述的用于笔记本电脑的切换式环天线模块，其特征在于，所述短路模式使所述低频共振模态的中心频率降低，所述开路模式使所述低频共振模态的中心频率上升。

9.根据权利要求7所述的用于笔记本电脑的切换式环天线模块，其特征在于，所述短路模式包括至少一电感模式，所述开路模式包括至少一电容模式。

Images