TW201911643A

TW201911643A - 通訊裝置

Info

Publication number: TW201911643A
Application number: TW106126208A
Authority: TW
Inventors: 林暉; 林軍毅; 許宏任; 盧俊諭
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-03-16
Also published as: CN109388183A; US10411324B2; US20190044214A1

Abstract

一種通訊裝置，包括一接地面、一訊號源、一填充材料以及一天線。訊號源與接地面電氣耦接。天線具有一既定金屬圖樣，並且耦接訊號源。填充材料為一非導電材料，並且該填充材料與該金屬圖樣透過表面接合技術異質結合。

Description

通訊裝置

本發明係關於一種新穎的天線設計，占用極小空間並且能維持良好的天線傳輸效能。

在現有的通訊裝置中，天線的擺放位置必須需要盡可能地遠離周遭的金屬元件，以避免金屬元件對於電磁波的損耗影響到天線的傳輸效能。以筆記型電腦而言，目前較常見的方式是將天線配置於顯示器模組周圍，以避免占用主電路板的使用空間，並且避免受到主電路板的雜訊干擾。

顯示器模組亦包含了金屬元件。因此，天線與顯示器模組之間必須保持一個足夠寬的距離才能確保天線的傳輸效能不易受到顯示器模組的影響。然而，這樣的寬度要求限制了螢幕的可視區域尺寸，進而影響到使用者體驗。此外，使用者對於窄邊框電子裝置產品的需求也逐漸提升，這樣的寬度要求不利於窄邊框電子裝置產品的設計。

為了解決上述問題，本發明提出一種新穎的天線設計，能兼顧產品的外觀及使用者體驗，占用極小空間並且能維持良好的天線傳輸效能。

本發明揭露一種通訊裝置，包括一接地面、一訊號源、一填充材料以及一天線。訊號源與接地面電氣耦接。天線具有一既定金屬圖樣，並且耦接訊號源。填充材料為一非導電材料，並且該填充材料與該金屬圖樣透過表面接合技術異質結合。

100、200、300、600、700‧‧‧通訊裝置

11、12、22、31、61、71、72、73、74、75、76‧‧‧天線

13、23‧‧‧液晶顯示器模組

24‧‧‧窄邊框區域

25‧‧‧金屬背蓋

33、63‧‧‧填充材料

34、64‧‧‧訊號源

36、66‧‧‧金屬元件

37、67‧‧‧接地面

201‧‧‧頂端

202‧‧‧前表面

203‧‧‧後表面

204、205‧‧‧側面

401、402、501、502、503、504‧‧‧曲線

H‧‧‧高度

W‧‧‧寬度

第1圖係習知天線設計之一示意圖。

第2A圖和第2B圖係根據本發明一實施例實現在通訊裝置中的天線配置圖。

第2C圖與第2D圖係顯示根據本發明之一實施例所述之通訊裝置之外觀示意圖。

第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之天線設計範例示意圖。

第4圖係顯示實施本發明之天線設計所得之返回損失圖。

第5圖係顯示實施本發明之天線設計所得之輻射效率圖。

第6圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之天線設計範例示意圖。

第7圖係顯示根據本發明之一實施例所述之天線配置範例圖。

使本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合圖式，作詳細說明。

第1圖係傳統在通訊裝置100中天線配置之一示意圖。通訊裝置100包括天線11與12以及液晶顯示器模組13。傳統的天線設計中，天線被印刷於一電路板上，並且被配置於液晶顯示器模組13的上方。意即，天線與液晶顯示器面板被配置於同一表面上。

然而，天線11和天線12所需的高度H約為7~10mm，因此，天線配置實際上占用相當多的邊框面積，如此一來，無法達成窄邊框的要求。同時，將天線配置於液晶顯示器模組13的上方也會造成外觀設計上限制。此外，電路板本身的介電係數與損耗正切亦會限縮天線的設計自由度而使得輻射效能下降。若是將天線移至鄰近主機端，則會使得天線接收過多主電路板的雜訊而降低傳輸效能。

由於近年來，電子裝置產品，例如，手機、筆記型電腦、平板電腦等具備無線通訊功能之通訊裝置，對於窄邊框的需求逐漸提升。因此，如何使天線占用極小空間並且能維持良好的傳輸效能，為本發明欲解決的問題。

於本發明之實施例中，結合奈米注塑接合成型技術(Nano-injection Molding Technique，以下簡稱為NMT技術)，將天線與金屬殼體結合，實現天線與機構件的高度整合並同步達成天線的極小化設計。於傳統的設計中，若如第1圖所示，將天線配置於液晶顯示器模組的上緣，則由於天線高度的限制而無法達成窄邊框的設計。在本發明中，天線直接配置於金屬殼體的邊緣，例如，金屬殼體的頂端(top end)，且為一低姿勢的設計(高度小於5mm)。因此，本發明所設計之天線能配置於窄邊框的區域中且特別適用於輕薄的行動裝置。

第2A圖與第2B圖係根據本發明一實施例實現在通訊裝置200中的天線配置圖。第2C圖與第2D圖係顯示根據本發明之一實施例所述之通訊裝置之外觀示意圖。在本發明實施例中，天線21與22為一種低姿勢的設計(例如，第2B圖所示天線寬度W<5mm(毫米))，而適用於一般輕薄的通訊裝置200(例如，手機、筆記型電腦、平板電腦、顯示器等)。在本實施例中，通訊裝置200係一筆記型電腦，但本發明並不限定於此。如第2A圖所示，將天線21和天線22配置在窄邊框區域24中以達成窄邊框的需求。並且，將天線21和天線22配置於液晶顯示器模組23的上方避免系統雜訊的干擾。此外，如第2B圖所示，天線21與天線22之金屬部分以及金屬背蓋25可由一道工序完成(亦即筆記型電腦的A件係以一體成形的方式製造而成)。接著，天線21與天線22可透過NMT技術有效地與金屬背蓋25結合，使得天線21和天線22設置於筆記型電腦的A件之內部而無法由外觀看出。

值得注意的是，傳統的通訊裝置中，例如，筆記型電腦，其背蓋通常為了搭配槽孔型天線(slot antenna)的使用，會利用塑膠材料開縫，以利天線的輻射。因此，這樣的設計並不屬於全金屬背蓋裝置的範疇。為了避免塑膠材料影響背蓋的金屬光澤，並且避免背蓋上有孔洞，全金屬背蓋裝置的需求開始產生。其中，全金屬背蓋的通訊裝置係指通訊裝置之背蓋完全使用金屬材料製作而成，不包含塑膠材料。

本發明所提出之天線設計可應用於具有全金屬背蓋的通訊裝置，且天線可直接被配置於金屬殼體的邊緣，例如，金屬殼體的頂端。如第2C圖與第2D圖所示，通訊裝置200之背蓋區域大體可由一頂端(top end)201、一前表面(front surface)202、一後表面(rear surface)203以及側面(lateral surface)204與205所定義。通訊裝置200可包含一液晶顯示器模組，用以顯示畫面。以筆記型電腦而言，背蓋的設計通常是可掀式的(liftable)，並且包含液晶顯示器模組之液晶顯示器面板，而液晶顯示器面板通常配置於前表面202。

當通訊裝置200被開啟或被使用時，頂端201通常會朝向上方，亦即，朝向相對於背蓋與主機相接之樞軸(pivot axis)(圖未示)之另一方，讓使用者可以正視前表面202。頂端201、後表面203、側面204與205、以及/或部分的前表面之金屬殼體構成通訊裝置200之裝置邊框。如上述，於全金屬背蓋的設計中，裝置邊框均使用金屬材料製作而成。

根據本發明之設計概念，為了避免電路板材質限縮天線的設計自由度，於本發明之實施例中，天線的圖樣會先被決定或定義，以實現外觀之質感或是滿足機構強度，再透過注入不同材料參數的塑料材質來調整天線的效能。

第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之天線設計範例示意圖。通訊裝置300可包括天線31、填充材料33、訊號源34、金屬元件36與接地面37。天線31具有一既定金屬圖樣，並且耦接訊號源34。訊號源34與接地面37電氣耦接。填充材料33為一非導電材料，並且填充材料33與天線31之金屬圖樣透過表面接合技術異質結合。舉例而言，根據本發明之一實施例，填充材料33與天線31之金屬圖樣透過表面接合技術異質結合於全金屬背蓋之一頂端。

此外，填充材料33與接地面37透過表面接合技術異質結合。接地面37可以是通訊裝置300之金屬殼體，例如上述之全金屬背蓋之後表面。上述結合填充材料33與天線31之頂端可與接地面37垂直。

天線31與金屬元件36鄰近擺放，但相隔一既定距離，例如，相隔至少3毫米(mm)。金屬元件36可以是以是通訊裝置300之一液晶顯示器模組、一液晶顯示器面板、一電池、一相機模組、一導體結構、一金屬中框或其他金屬物件。

值得注意的是，於傳統的天線設計方法中，必須先決定用以印刷天線圖樣之電路板或基板的材料參數，再基於這些參數設計天線圖樣，讓天線的效能可以符合需求。因此，傳統的天線設計方法中，天線的設計自由度會受限於電路板材質特性。

然而，有別於傳統的天線設計方式，於本發明之一實施例中，天線31的圖樣會先被決定或定義，再根據天線31之輻射效能被決定填充材料33之材料。亦即，填充材料33(非導電材料)之選擇係根據天線之輻射效能(Radiating Ability)被決定。因此，本發明所提出之天線製作方法可根據實際使用頻帶之輻射效能需求來注入不同的塑料材質，進而滿足通訊裝置之所需傳輸效能。

根據本發明之一實施例，天線31可為低姿勢的設計，並且可為單極天線(monopole antenna)、雙極天線(Dipole antenna)、PIFA天線(Planer Inverse-F shape Antenna)、槽孔天線(Slot Antenna)亦可為環圈天線(Loop antenna)等任意形式。

根據本發明之一實施例，以通訊裝置所需之通訊頻帶為0.5吉赫(GHz)~6吉赫(GHz)為例，所選擇之填充材料之材料的介電係數介於1~5之間為較佳。例如，填充材料之材料的介電係數可為3.5±0.5。此外，所選擇之填充材料之材料的導磁係數為1為較佳。此外，所選擇之填充材料之材料的耗損正切介於0.002~0.02之間為較佳，例如，填充材質之材料的損耗正切可為0.0027±0.0005。

於第3圖所示之實施例中，填充材料33具有一立體結構(例如，厚度為0.4毫米(mm)以上)，並且填充材料33可透過NMT技術，與天線31之金屬圖樣異質結合。如此一來，可透過改變填充材料之介電係數(例如，選擇不同的導電材料)調整天線之操作頻帶以及阻抗匹配，亦可透過改變填充材料之損耗正切係數調整天線之輻射效能。

第4圖係顯示實施本發明之天線設計所得之返回損失圖。在此實施例中，接地面之長度約為370毫米(mm)(例如第7圖所示)，寬度約為220毫米(mm)，大致為一15吋筆記型電腦之背蓋尺寸。天線長度為40毫米(mm)，寬度為3毫米(mm)，第4圖之曲線401表示填充材質之介電係數為4.4(相當於傳統FR4基板)，導磁係數為1，損耗正切為0.02的返回損失曲線，而曲線402表示填充材料之介電係數為3.05，導磁係數為1，損耗正切為0.0027的返回損失曲線。如圖所示，兩者均可以涵蓋無線區域網路(WLAN)之操作頻帶(約2400~2484兆赫(MHz)以及5150~5875兆赫(MHz))，且填充材質在返回損失的表現上與FR4基板相近，均可低於-8dB，符合實際應用之價值。

第5圖係顯示實施本發明之天線設計所得之輻射效率圖。在此輻射效率圖中，使用相同的天線圖樣。曲線501與503為一般FR4材質的效率曲線，曲線502與504為本專利研發之填充材質的效率曲線。由第5圖中可看出，在2.4GHz頻帶(2400~2484兆赫(MHz))，曲線502較曲線501之輻射效率高12~20%，而在5GHz頻帶(5150~5875兆赫(MHz))，曲線504較曲線503之輻射效率高15~21%。於本發明之實施例中，在無線區域網路之操作頻帶內之輻射效率約為52~91%，在小尺寸且低姿勢的天線設計中，具有相當優良之輻射效率表現。

第6圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之天線設計範例示意圖。通訊裝置600可包括天線61、填充材料63、訊號源64、金屬元件66與接地面67。天線61具有一既定金屬圖樣，並且耦接訊號源64。訊號源64與接地面67電氣耦接。填充材料63為一非導電材料，並具有一片狀結構(例如，厚度為0.4毫米(mm)以下)。

於此實施例，天線31之金屬圖樣透過印刷方式形成於填充材料63上。根據本發明之一實施例，填充材料63與天線61被設置於合於全金屬背蓋之一頂端。

此外，填充材料63與接地面67透過表面接合技術異質結合。接地面67可以是通訊裝置600之金屬殼體，例如上述之全金屬背蓋之後表面。上述結合填充材料63與天線61之頂端可與接地面67垂直。

天線61與金屬元件66鄰近擺放，但相隔一既定距離，例如，相隔至少3毫米(mm)。金屬元件66可以是以是通訊裝置600之一液晶顯示器模組、一液晶顯示器面板、一電池、一相機模組、一導體結構、一金屬中框或其他金屬物件。

值得注意的是，於本發明之實施例中，天線61的圖樣同樣可先被決定或定義，再根據天線61之輻射效能被決定填充材料63之材料。亦即，填充材料63(非導電材料)之選擇係根據天線之輻射效能(Radiating Ability)被決定。因此，本發明所提出之天線製作方法可根據實際使用頻帶之輻射效能需求來注入不同的塑料材質，進而滿足通訊裝置之所需傳輸效能。

根據本發明之一實施例，天線61可為低姿勢的設計，並且可為單極天線(monopole antenna)、雙極天線(Dipole antenna)、PIFA天線(Planer Inverse-F shape Antenna)、槽孔天線(Slot Antenna)亦可為環圈天線(Loop antenna)等任意形式。

於第6圖所示之實施例中，可透過改變填充材料之介電係數(例如，選擇不同的導電材料)調整天線之操作頻帶以及阻抗匹配，亦可透過改變填充材料之損耗正切係數調整天線之輻射效能。

第7圖係顯示根據本發明之一實施例所述之天線配置範例圖。如圖所示，基於上述之天線設計方法，由於天線占用極小空間，因此可任意被配置於通訊裝置之殼體之任一側，並且天線之數量也可根據產品需求有彈性地調整。例如，圖中通訊裝置700之頂端可配置複數天線71、72、73與74，側邊可配置複數天線75與76。藉由此大規模天線系統(Massive MIMO system)，通訊裝置700之無線傳輸之速度及效能可大幅提升。此外，基於上述之天線設計方法，天線之設計不再拘束於外觀的限制，在良好的輻射效能下亦無需犧牲外觀的質感。此外，本發明所提出之天線可與通訊裝置之金屬背蓋可由一道工序完成，並且緊密結合，使得天線設置於筆記型電腦之內部而無法由外觀看出，更進一步提升產品外觀的質感。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種通訊裝置，包括：一接地面；一訊號源，與該接地面電氣耦接；一填充材料；以及一天線，具有一既定金屬圖樣，並且耦接該訊號源，其中該填充材料為一非導電材料，並且該填充材料與該金屬圖樣透過表面接合技術異質結合。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該填充材料與該接地面透過表面接合技術異質結合。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該非導電材料之選擇係根據該天線之輻射效能被決定。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該填充材料之介電係數介於1~5之間。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該填充材料之導磁係數為1。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該填充材料之耗損正切介於0.002~0.02之間。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該填充材料透過注塑方式與該金屬圖樣接合。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬圖樣透過印刷方式形成於該填充材料上。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一全金屬背蓋，其中該填充材料與該金屬圖樣透過表面接合技術異質結合於該全金屬背蓋之一頂端(top end)。
如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該頂端與該接地面垂直。