TW201712945A - 天線模組及應用該天線模組之無線通訊裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種天線模組，包括金屬件，所述金屬件上開設有開槽，所述開槽用以將所述金屬件劃分為間隔設置之第一金屬部及第二金屬部；以及第一輻射部，所述第一輻射部設置於所述第二金屬部內，且與所述第二金屬部間隔設置；其中，所述第一金屬部接地，所述第一輻射部用以饋入一電流訊號，並將所述電流訊號耦合至所述第二金屬部，所述第二金屬部與所述第一金屬部藉由所述開槽激發出複數個共振模態。本發明還提供一種具有該天線模組之無線通訊裝置。

Description

天線模組及應用該天線模組之無線通訊裝置

本發明涉及一種天線模組及應用該天線模組之無線通訊裝置。

隨著無線通訊技術之進步，無線通訊裝置不斷朝向輕薄趨勢發展，消費者對於產品外觀之要求亦越來越高。由於金屬殼體於外觀、機構強度、散熱效果等方面具有優勢，因此越來越多之廠商設計出具有金屬殼體之無線通訊裝置來滿足消費者之需求。然，金屬殼體容易干擾遮蔽設置於其內之天線所輻射之訊號，不容易達到寬頻設計，導致內置天線之輻射性能不佳。且隨著長期演進(Long Term Evolution，LTE)技術之不斷發展，天線之頻寬不斷增加。因此，如何利用金屬殼體設計出具有較寬頻寬之天線，是天線設計面臨之一項重要課題。

有鑑於此，有必要提供一種結合金屬殼體設計之天線模組。

另，有必要提供一種應用該天線模組之無線通訊裝置。

一種天線模組，包括：

金屬件，所述金屬件上開設有開槽，所述開槽用以將所述金屬件劃分為間隔設置之第一金屬部及第二金屬部；以及

第一輻射部，所述第一輻射部設置於所述第二金屬部內，且與所述第二金屬部間隔設置；

其中，所述第一金屬部接地，所述第一輻射部用以饋入一電流訊號，並將所述電流訊號耦合至所述第二金屬部，所述第二金屬部與所述第一金屬部藉由所述開槽激發出複數個共振模態。

一種無線通訊裝置，包括主體部、顯示單元及上述天線模組，所述顯示單元設置於所述主體部之一表面，所述金屬件設置於所述主體部相對所述顯示單元之另一表面。

上述天線模組中之金屬件上設置有開槽，從而使得金屬件構成天線模組之一部分，避免了金屬件對天線造成之屏蔽效應，減小天線尺寸與佔用空間，達到降低成本之效果。

圖1為本發明較佳實施例具有天線模組之無線通訊裝置之分解示意圖。

圖2為圖1所示天線模組之分解示意圖。

圖3為圖1所示無線通訊裝置之整體示意圖。

圖4為圖1所示無線通訊裝置之功能模組圖。

圖5為圖1所示天線模組於低頻段之散射參數曲線圖。

圖6為圖1所示天線模組於高頻段之散射參數曲線圖。

圖7為圖1所示天線模組於低頻段之總輻射效率曲線圖。

圖8為圖1所示天線模組於高頻段之總輻射效率曲線圖。

請參閱圖1及圖2，本發明較佳實施方式提供一種天線模組100，其應用於行動電話、個人數位助理等無線通訊裝置200中，用以發射、接收無線電波以傳遞、交換無線訊號。

該無線通訊裝置200還包括主體部21、顯示單元22以及基板23。該顯示單元22設置於所述主體部21之其中一表面。該基板23可採用環氧樹脂玻璃纖維（FR4）等介電材質製成。該基板23設置於該主體部21之內部，基板23其上設置有訊號饋入點231及系統接地面（圖未示）。所述訊號饋入點231用以為所述天線模組100提供訊號饋入作用。所述系統接地面用於為該天線模組100提供接地。所述基板23之一側還設置有電子元件233。於本實施例中，所述電子元件233為通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB）介面模組，其與所述基板23電連接。

請一併參閱圖3，所述天線模組100包括金屬件11、第一輻射部12、電連接單元13及切換單元15。所述金屬件11可為金屬片體，或者為利用濺鍍等方法於塑膠殼體上形成之金屬導電層。於本實施例中，該金屬件11為所述無線通訊裝置200之電池蓋，其設置於所述主體部21中與該顯示單元22相對之另一表面。

所述金屬件11為一端開口之殼體，其包括頂面111、二相對設置之第一側面112及二相對設置之第二側面113。所述第一側面112及第二側面113均設置於所述頂面111之邊緣。該第一側面112及第二側面113為平面狀或弧面狀。於本實施例中，所述金屬件11上還設有開槽115。所述開槽115開設於所述頂面111上，且分別延伸至該二個第二側面113，進而整體開設於所述頂面111及所述第二側面113上，以將所述金屬件11劃分為間隔設置之第一金屬部117及第二金屬部118。所述開槽115之寬度可為0.5-1.5mm，於本實施例中，所述開槽115之寬度為0.5mm。

於本實施例中，該金屬件11中之第一金屬部117作為所述天線模組100之接地部，並藉由饋線、探針、彈片等方式連接至所述基板23之系統接地面，以為該天線模組100提供接地。所述金屬件11之第二金屬部118則構成所述天線模組100之第二輻射部。

可理解，所述金屬件11上還設置有與所述電子元件233相應之開口119。於本實施例中，所述開口119設置於所述第二金屬部118之第一側面112上。所述電子元件233可從所述開口119露出，如此可便於使用者將一USB設備穿過該開口119，並插設於所述電子元件233上，進而建立所述USB設備與該無線通訊裝置200之電連接。

所述第一輻射部12整體設置於所述第二金屬部118內部，且與所述第二金屬部118間隔一定距離設置，如此可使得電流訊號從所述第一輻射部12耦合至所述第二金屬部118（即天線模組100之第二輻射部）。於本實施例中，所述第一輻射部12與第二金屬部118之間之間距為0.5mm。所述第一輻射部12包括依次電連接之饋入段121、過渡段123及耦合段125。所述饋入段121所在平面與所述頂面111所在平面相互平行。於本實施例中，所述饋入段121為一直條狀片體。所述饋入段121之一端藉由饋線、探針、彈片等方式連接至所述訊號饋入點231，用於為所述天線模組100饋入電流。

所述過渡段123整體設置於與所述頂面111垂直之平面內。於本實施例中，所述過渡段123為一直條狀片體。所述過渡段123之一端垂直連接至所述饋入段121遠離所述訊號饋入點231之一端，另一端則朝所述頂面111所在方向延伸。

所述耦合段125整體佈設於與所述頂面111相互平行之平面內。於本實施例中，所述耦合段125為一直條狀片體，其垂直連接至所述過渡段123遠離所述饋入段121之一端，且分別朝向二所述第二側面113之方向延伸。

可理解，於其他實施例中，所述耦合段125亦可設置於所述過渡段123所在平面，即與所述過渡段123共面設置，僅需保證所述第一輻射部12整體與所述第二金屬部118間隔設置即可。所述耦合段125可與所述頂面111或所述第一側面112間隔設置。另外，需要說明之是，所述饋入段121、過渡段123及耦合段125之形狀不局限於本實施例項所述之直條狀，其亦可為其他形狀，例如，所述饋入段121可呈L型、所述過渡段123之兩側分別開設有複數缺口，以整體呈方波狀、所述耦合段125可為直條狀，然僅朝向其中一個第二側面113延伸等等。

於本實施例中，所述電連接單元13包括五個連接部131、132、133、134及135。其中電連接部131-133為低頻連接部，電連接部134-135為高頻連接部。所述五個連接部131-135均設置於所述第二金屬部118靠近所述開槽115之一側邊緣上，且電性連接至所述第二金屬部118及切換單元15。可理解，該五個連接部131-135可為柔性電路板（Flexible Printed Circuit，FPC）或其他導電結構。另外，需要說明之是，所述連接部之數量並不局限本實施例所示之五個，其可根據具體情況進行調整。例如，該電連接單元13可包括四個連接部，其中一個連接部為高頻連接部，剩餘之三個連接部為低頻連接部。當然，當所述天線模組100僅需調整其於高頻段之頻寬或低頻段之頻寬時，該電連接單元13對應之低頻連接部或高頻連接部可省略，即僅需設置一個或一個以上之高頻連接部，或者僅設置一個或一個以上之低頻連接部。

於本實施例中，所述切換單元15包括兩個導電部151以及五個切換開關S1、S2、S3、S4及S5。所述導電部151可為FPC或者軟硬結合板，其設置於所述第一金屬部117上，且與所述第一金屬部117電連接。所述切換開關S1-S5分成兩組，分別設置於相應之導電部151上，以藉由所述導電部151連接至所述第一金屬部117及對應之高頻連接部與低頻連接部。例如，所述切換開關S1-S4設置於其中一個導電部151上，且藉由所述導電部151電連接至所述第一金屬部117，並與所述電連接部131-134一一對應電連接。所述切換開關S5設置於另外一個導電部151上，且藉由所述導電部151電連接至所述第一金屬部117，並與相應之電連接部135電連接。如此，藉由控制所述切換開關S1-S5之導通或斷開，使得所述第一金屬部117於不同位置與所述第二金屬部118建立電連接或斷開連接，以形成不同之電流路徑，進而使得所述天線模組100工作於不同之工作頻段，可有效調節該天線模組100之頻寬。於本實施例中，每一切換開關S1-S5均對應不同之工作頻段，當所述切換開關S1-S5其中之一導通而其他切換開關均斷開時，所述天線模組100可工作於所述導通之切換開關對應之工作頻段。

例如，請一併參閱下附表1，當所述切換開關S1導通，而其他切換開關S2、S3、S4及S5均斷開時，所述天線模組100可工作於第一工作頻段，即LTE band17（704-746MHz）。當所述切換開關S2導通，而其他切換開關S1、S3、S4及S5均斷開時，所述天線模組100可工作於第二工作頻段，即GSM850（824-894MHz）。當所述切換開關S3導通，而其他切換開關S1、S2、S4及S5均斷開時，所述天線模組100可工作於第三工作頻段，即GSM900（880-960MHz）。當所述切換開關S4導通，而其他切換開關S1、S2、S3及S5均斷開時，所述天線模組100可工作於第四工作頻段，即LTE band7（2300-2690MHz）。當所述切換開關S5導通，而其他切換開關S1、S2、S3及S4均斷開時，所述天線模組100可工作於第五工作頻段，即GSM1800/1900/UMTS2100（1710-2170MHz）。

表1 天線模組100之工作頻段與切換開關之導通或斷開狀態表

可理解，於其他實施例，所述導電部151之數量並不局限為本實施例中之兩個，其亦可僅設置一個，如此所述切換開關S1-S5均設置於所述導電部151上。

請一併參閱圖4，所述無線通訊裝置200還包括處理單元25、射頻收發單元26、匹配電路27及濾波單元28。所述處理單元25設置於所述基板23上，且電性連接至所述顯示單元22、射頻收發單元26及所述切換開關S1-S5。所述處理單元25用於輸出一相應之控制訊號至所述導電部151上之各個切換開關S1-S5，進而控制所述切換開關S1-S5之導通及斷開。

所述匹配電路27電性連接至所述訊號饋入點231及所述射頻收發單元26，用於調整所述天線模組100之阻抗匹配，以優化所述天線模組100之性能。

所述濾波單元28包括高通濾波單元281及低通濾波單元283。所述高通濾波單元281及低通濾波單元283均電接至所述射頻收發單元26與所述匹配電路27，用於將所述天線模組100發出或接收之射頻訊號中之高頻部分及低頻部分進行有效分離。

當該無線通訊裝置200工作時，電流藉由所述訊號饋入點231進入第一輻射部12，並從所述第一輻射部12耦合至所述第二金屬部118。所述第二金屬部118與所述第一金屬部117再藉由兩者之間之開槽115激發出複數個共振模態。另外，所述處理單元25藉由輸出相應之控制訊號至所述切換單元15，以導通或斷開所述切換單元15中之切換開關S1-S5，進而有效調整所述天線模組100之頻寬，使得所述天線模組100可至少工作於LTE band17（704-746MHz）、GSM850（824-894MHz）、GSM900（880-960MHz）、LTE band7（2300-2690MHz）、GSM1800/1900/UMTS2100（1710-2170MHz）等通訊系統。

請一併參閱圖5及圖6，為上述天線模組100分別於低頻段及高頻段之S參數（散射參數）曲線圖。其中，曲線51代表當切換開關S3導通，其他切換開關S1、S2、S4及S5斷開時，所述天線模組100之工作頻率。曲線52代表當切換開關S2導通，其他切換開關S1、S3、S4及S5斷開時，所述天線模組100之工作頻率。曲線53代表當切換開關S1導通，其他切換開關S2、S3、S4及S5斷開時，所述天線模組100之工作頻率。曲線61代表當切換開關S4導通，其他切換開關S1、S2、S3及S5斷開時，所述天線模組100之工作頻率。曲線62代表當切換開關S5導通，其他切換開關S1、S2、S3及S4斷開時，所述天線模組100之工作頻率。

顯然，由上述曲線可知，該天線模組100可工作LTE band17（704-746MHz）、GSM850（824-894MHz）、GSM900（880-960MHz）、LTE band7（2300-2690MHz）、GSM1800/1900/UMTS2100（1710-2170MHz）等複數個通訊系統。

請一併參閱圖7及圖8，為上述天線模組100分別於低頻段及高頻段之總輻射效率曲線圖。其中曲線71代表當切換開關S3導通，其他切換開關S1、S2、S4及S5斷開時，所述天線模組100之總輻射效率。曲線72代表當切換開關S2導通，其他切換開關S1、S3、S4及S5斷開時，所述天線模組100之總輻射效率。曲線73代表當切換開關S1導通，其他切換開關S2、S3、S4及S5斷開時，所述天線模組100之總輻射效率。曲線81代表當切換開關S4導通，其他切換開關S1、S2、S3及S5斷開時，所述天線模組100之總輻射效率。曲線82代表當切換開關S5導通，其他切換開關S1、S2、S3及S4斷開時，所述天線模組100之總輻射效率。

顯然，由上述曲線可知，當該天線模組100工作於LTE band17（704-746MHz）、GSM850（824-894MHz）、GSM900（880-960MHz）、LTE band7（2300-2690MHz）、GSM1800/1900/UMTS2100（1710-2170MHz）等複數個通訊系統時，其總輻射效率均於60%以上，滿足天線設計標準。

本發明之無線通訊裝置200藉由於所述金屬件11上設置開槽115，以將所述金屬件11劃分為第一金屬部117及第二金屬部118，並將所述第一金屬部117接地，且使得所述第二金屬部118構成天線模組100之其中一個輻射部，避免了所述金屬件11對天線造成之屏蔽效應，減小天線尺寸與佔用空間，達到降低成本之效果。另外，所述天線模組100藉由設置所述切換單元15，以導通或斷開該第一金屬部117與第二金屬部118之電連接，進而使得所述天線模組100產生多頻段之操作頻寬，可工作於複數個通訊系統。總而言該無線通訊裝置200可於不破壞金屬機殼之結構下，能有效維持天線特性與保持產品整體外觀設計之完整性。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

200‧‧‧無線通訊裝置

100‧‧‧天線模組

11‧‧‧金屬件

111‧‧‧頂面

112‧‧‧第一側面

113‧‧‧第二側面

115‧‧‧開槽

117‧‧‧第一金屬部

118‧‧‧第二金屬部

119‧‧‧開口

12‧‧‧第一輻射部

121‧‧‧饋入段

123‧‧‧過渡段

125‧‧‧耦合段

13‧‧‧電連接單元

131-135‧‧‧連接部

15‧‧‧切換單元

151‧‧‧導電部

S1-S5‧‧‧切換開關

21‧‧‧主體部

22‧‧‧顯示單元

23‧‧‧基板

231‧‧‧訊號饋入點

233‧‧‧電子元件

25‧‧‧處理單元

26‧‧‧射頻收發單元

27‧‧‧匹配電路

28‧‧‧濾波單元

281‧‧‧高通濾波單元

283‧‧‧低通濾波單元

無

100‧‧‧天線模組

11‧‧‧金屬件

111‧‧‧頂面

112‧‧‧第一側面

113‧‧‧第二側面

115‧‧‧開槽

117‧‧‧第一金屬部

118‧‧‧第二金屬部

119‧‧‧開口

12‧‧‧第一輻射部

121‧‧‧饋入段

123‧‧‧過渡段

125‧‧‧耦合段

13‧‧‧電連接單元

131-135‧‧‧連接部

15‧‧‧切換單元

151‧‧‧導電部

S1-S5‧‧‧切換開關

Claims (14)

1. 一種天線模組，其中所述天線模組包括：
   金屬件，所述金屬件上開設有開槽，所述開槽用以將所述金屬件劃分為間隔設置之第一金屬部及第二金屬部；以及
   第一輻射部，所述第一輻射部設置於所述第二金屬部內，且與所述第二金屬部間隔設置；
   其中，所述第一金屬部接地，所述第一輻射部用以饋入一電流訊號，並將所述電流訊號耦合至所述第二金屬部，所述第二金屬部與所述第一金屬部藉由所述開槽激發出複數個共振模態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該金屬件為金屬片體、塑膠殼體上形成之金屬導電層以及無線通訊裝置之電池蓋中之一種。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中所述金屬件為一端開口之殼體，包括頂面、二相對設置之第一側面及二相對設置之第二側面，所述第一側面及第二側面均設置於所述頂面之邊緣，所述開槽開設於所述頂面上，且分別延伸至該二個第二側面，進而整體開設於所述頂面及所述第二側面上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之天線模組，其中所述第一輻射部包括依次電連接之饋入段、過渡段及耦合段，所述饋入段所在平面與所述頂面所在平面相互平行，所述饋入段用於饋入所述電流訊號；所述過渡段整體設置於與所述頂面垂直之平面內，所述過渡段之一端垂直連接至所述饋入段之一端，另一端則朝所述頂面所在方向延伸；所述耦合段垂直連接至所述過渡段遠離所述饋入段之一端。
5. 如申請專利範圍第4項所述之天線模組，其中所述耦合段整體佈設於與所述頂面相互平行之平面內或佈設於所述過渡段所在平面。
6. 如申請專利範圍第4項所述之天線模組，其中所述耦合段與所述頂面或所述第一側面間隔設置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中所述天線模組還包括電連接單元及切換單元，所述電連接單元包括複數個連接部，所述複數個連接部連接至所述第二金屬部，所述切換單元包括複數個與所述連接部相應之切換開關，所述複數個切換開關分別連接至相應之連接部及所述第一金屬部，藉由控制所述切換開關之導通或斷開，以切換所述天線模組之工作頻段。
8. 如申請專利範圍第7項所述之天線模組，其中每一所述切換開關對應不同之工作頻段，當所述切換開關其中之一導通而其他切換開關均斷開時，所述天線模組工作於所述導通之切換開關對應之工作頻段。
9. 一種無線通訊裝置，包括主體部、顯示單元及如申請專利範圍第1-6項中任意一項所述之天線模組，所述顯示單元設置於所述主體部之一表面，所述金屬件設置於所述主體部相對所述顯示單元之另一表面。
10. 如申請專利範圍第9項所述之無線通訊裝置，其中所述無線通訊裝置還包括基板，所述基板設置於所述主體部內部，所述基板包括訊號饋入點及系統接地面，所述訊號饋入點電連接至所述第一輻射部，所述第一金屬部電連接至所述系統接地面。
11. 如申請專利範圍第9項所述之無線通訊裝置，其中所述無線通訊裝置還包括處理單元、電連接單元以及切換單元，所述電連接單元包括複數個連接部，所述複數個連接部連接至所述第二金屬部，所述切換單元包括複數個與所述連接部相應之切換開關，所述複數個切換開關分別連接至相應之連接部及所述第一金屬部，藉由控制所述切換開關之導通或斷開，以切換所述天線模組之工作頻段，所述處理單元電連接至所述顯示單元及所述切換單元，所述處理單元用於輸出控制訊號至所述切換單元，以控制所述切換單元中之切換開關之導通及斷開。
12. 如申請專利範圍第11項所述之無線通訊裝置，其中每一所述切換開關對應不同之工作頻段，當所述切換開關其中之一導通而其他切換開關均斷開時，所述天線模組工作於所述導通之切換開關對應之工作頻段。
13. 如申請專利範圍第11項所述之無線通訊裝置，其中所述無線通訊裝置還包括射頻收發單元及匹配電路，所述射頻收發單元電連接至所述處理單元，所述匹配電路電連接至所述射頻收發單元及所述第一輻射部，用於調整所述天線模組之阻抗匹配。
14. 如申請專利範圍第13項所述之無線通訊裝置，其中所述無線通訊裝置還包括濾波單元，所述濾波單元包括高通濾波單元及低通濾波單元，所述高通濾波單元及所述低通濾波單元均電接至所述射頻收發單元以及所述匹配電路，用於將所述天線模組發出或接收之射頻訊號中之高頻部分及低頻部分進行分離。