TW201924241A - 通訊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種通訊裝置，包括：一介質基板、一外殼、一第一天線、一第二天線、一第三天線、一第四天線、一第五天線、一第六天線、一第七天線，以及一第八天線。介質基板具有一上表面和一下表面。外殼具有一外表面和一內表面。第一天線和第三天線係設置於介質基板之上表面。第二天線和第四天線係設置於介質基板之下表面。第五天線、第六天線、第七天線，以及第八天線係設置於外殼之內表面。

Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別係關於一種可支援多輸入多輸出(Multi-Input and Multi-Output，MIMO)功能之小型化雙頻帶通訊裝置。
隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
無線網路基地台(Wireless Access Point)是使行動裝置於室內能高速上網之必要元件。然而，由於室內環境充滿了信號反射和多重路徑衰減(Multipath Fading)，無線網路基地台必須能同時處理來自各方向和不同頻率之信號。因此，如何於無線網路基地台之有限空間中設計出一種多頻帶(Multiband)、全向性(Omnidirectional)之天線，已成為現今設 計者之一大挑戰。
在較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包括：一介質基板，具有一上表面和一下表面；一外殼，具有一外表面和一內表面；一第一天線；一第二天線；一第三天線，其中該第一天線和該第三天線係設置於該介質基板之該上表面；一第四天線，其中該第二天線和該第四天線係設置於該介質基板之該下表面；一第五天線；一第六天線；一第七天線；以及一第八天線，其中該第五天線、該第六天線、該第七天線，以及該第八天線係設置於該外殼之該內表面。
在一些實施例中，該第一天線、該第二天線、該第三天線，以及該第四天線係涵蓋介於2400MHz至2500MHz之間之一第一頻帶，而其中該第五天線、該第六天線、該第七天線，以及該第八天線係涵蓋介於5150MHz至5850MHz之間之一第二頻帶。
在一些實施例中，該介質基板呈現一正方形。
在一些實施例中，該第一天線、該第二天線、該第三天線，以及該第四天線係分別位於該介質基板之四個側邊。
在一些實施例中，該外殼包括一第一側壁、一第二側壁、一第三側壁，以及一第四側壁，而該介質基板係由該第一側壁、該第二側壁、該第三側壁，以及該第四側壁所包圍。
在一些實施例中，該第一側壁係鄰近於該第一天線，而該第五天線係設置於該第一側壁之一內側面。
在一些實施例中，該第二側壁係鄰近於該第二天線。
在一些實施例中，該第三側壁係鄰近於該第三天線，而該第八天線係設置於該第三側壁之一內側面。
在一些實施例中，該第四側壁係鄰近於該第四天線，而該第六天線和該第七天線皆設置於該第四側壁之一內側面。
在一些實施例中，該第七天線係大致位於該第三側壁、該第四側壁，以及該介質基板之一角落交界處。
100‧‧‧通訊裝置
110‧‧‧介質基板
111‧‧‧介質基板之第一側邊
112‧‧‧介質基板之第二側邊
113‧‧‧介質基板之第三側邊
114‧‧‧介質基板之第四側邊
120‧‧‧外殼
121‧‧‧外殼之第一側壁
122‧‧‧外殼之第二側壁
123‧‧‧外殼之第三側壁
124‧‧‧外殼之第四側壁
126‧‧‧第三側壁和第四側壁之交界處
131‧‧‧第一天線
132‧‧‧第二天線
133‧‧‧第三天線
134‧‧‧第四天線
141‧‧‧第五天線
142‧‧‧第六天線
143‧‧‧第七天線
144‧‧‧第八天線
151‧‧‧第一輻射部
152‧‧‧第二輻射部
153‧‧‧第三輻射部
154‧‧‧第四輻射部
161‧‧‧第一連接線
162‧‧‧第二連接線
163‧‧‧第三連接線
164‧‧‧第四連接線
171‧‧‧第一連接器
172‧‧‧第二連接器
173‧‧‧第三連接器
174‧‧‧第四連接器
D1、D2、D3‧‧‧距離
E1‧‧‧介質基板之上表面
E2‧‧‧介質基板之下表面
E3‧‧‧外殼之外表面
E4‧‧‧外殼之內表面
F1‧‧‧第一饋入點
F2‧‧‧第二饋入點
F3‧‧‧第三饋入點
F4‧‧‧第四饋入點
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7‧‧‧長度
H1、H2‧‧‧高度
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之立體圖。
第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之介質基板之俯視圖。
第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之介質基板之背視圖。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之第五天線之示意圖。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之第六天線之示意圖。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之第七天線之示意圖。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之第八天線之示意 圖。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置(Communication Device)100之立體圖。例如，通訊裝置100可以是一無線網路基地台(Wireless Access Point)或是一路由器(Router)。在第1A圖之實施例中，通訊裝置100包括：一介質基板(Dielectric Substrate)110、一外殼(Housing)120、一第一天線(Antenna)131、一第二天線132、一第三天線133、一第四天 線134、一第五天線141、一第六天線142、一第七天線143，以及一第八天線144。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之介質基板110之俯視圖。第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之介質基板110之背視圖。請一併參考第1A、1B、1C圖以理解本發明。必須注意的是，雖然未顯示於第1A、1B、1C圖中，通訊裝置100更可包括其他元件，例如：一信號處理器(Signal Processor)、一供電模組(Power Supply Module)，以及一射頻模組(Radio Frequency Module)。
介質基板110可以是一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)或是一FR4(Flame Retardant 4)基板。介質基板110具有相對之一上表面E1和一下表面E2。外殼120可以用非導體材質製成，例如：聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)。外殼120具有一外表面E3和一內表面E4，其中外表面E3係指使用者之眼睛可直接觀察到之一裝置外側表面，而內表面E4係指使用者之眼睛無法觀察到之一裝置內側表面。介質基板110係設置於外殼120之內，並鄰近於外殼120之內表面E4。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：2mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。另外，所謂「上」、「下」、「內」、「外」等用詞係用於描述元件間之相對位置關係，其並非意指特定或固定之方向。
在一些實施例中，介質基板110大致呈現一正方形，而外殼120包括一第一側壁(Sidewall)121、一第二側壁122、一第三側壁123，以及一第四側壁124，其中介質基板110係由第 一側壁121、第二側壁122、第三側壁123，以及第四側壁124所包圍。第一側壁121可與第二側壁122至少部份地相連接，而第三側壁123可與第四側壁124至少部份地相連接。另外，第一側壁121、第二側壁122、第三側壁123，以及第四側壁124之每一者皆可大致垂直於介質基板110。詳細而言，介質基板110具有一第一側邊111、一第二側邊112、一第三側邊113，以及一第四側邊114，其中外殼120之第一側壁121、第二側壁122、第三側壁123，以及第四側壁124係分別鄰近於介質基板110之第一側邊111、第二側邊112、第三側邊113，以及第四側邊114。在其他實施例中，介質基板110和外殼120之形狀亦可根據不同需要進行調整。例如，介質基板110亦可大致呈現一長方形或一不規則形，而外殼120則可呈現對應於介質基板110之不同形狀。必須理解的是，雖然第1A圖中第一側壁121、第二側壁122係與第三側壁123、第四側壁124分離，但在另一些實施例中，第一側壁121亦可與第四側壁124相連接，而第二側壁122亦可與第三側壁123相連接，使得此四個側壁共同形成一封閉迴圈形，以圍繞住介質基板110。另外，外殼120更可包括一上蓋和一下蓋，以形成一封閉空心立方體(未顯示)，其中介質基板110可位於此封閉空心立方體之內。
第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134之每一者皆可涵蓋介於2400MHz至2500MHz之間之一第一頻帶。第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144之每一者皆可涵蓋介於5150MHz至5850MHz之間之一第二頻帶。因此，通訊裝置100至少可支援 WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz/5GHz之雙頻操作。此種4x4之多輸入多輸出(Multi-Input and Multi-Output，MIMO)天線設計可有效提升通訊裝置100之資料傳輸速度。必須理解的是，前述之第一頻帶和第二頻帶之範圍亦可依據不同需要進行調整。
第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134之形狀和種類於本發明中並不特別限制。舉例而言，第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134之每一者皆可為一晶片天線(Chip Antenna)。為了降低天線間之互相干擾，第一天線131和第三天線133係設置於(或印刷於)介質基板110之上表面E1，而第二天線132和第四天線134係設置(或印刷於)於介質基板110之下表面E2。例如，第一天線131和第三天線133可位於介質基板110之上表面E1之相對二邊緣處，而第二天線132和第四天線134可位於介質基板110之下表面E2之相對二邊緣處。詳細而言，第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134係分別大致位於介質基板110之第一側邊111、第二側邊112、第三側邊113，以及第四側邊114各自之中心點處，使得外殼120之第一側壁121、第二側壁122、第三側壁123，以及第四側壁124係分別鄰近於第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134。在一些實施例中，第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134係分別大致位於一菱形之四個頂點上。在一些實施例中，第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134之任二者之最短距離D3係至少為50mm，以增強 天線間之隔離度(Isolation)。
第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144之形狀和種類於本發明中並不特別限制。舉例而言，第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144之每一者皆可用導體材質所製成，例如：金屬片。為了美化裝置外觀，第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144皆設置於外殼120之內表面E4。換言之，第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144為內建式天線(Built-in Antenna)而非外接式天線(External Antenna)，它們不會被使用者所直接觀察到。此種設計更有助於微縮通訊裝置100之整體尺寸。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之第五天線141之示意圖。請一併參考第1A、2圖。第五天線141係設置於第一側壁121之一內側面(亦即，外殼120之內表面E4處)。例如，第五天線141可大致位於第一天線131之上方，而第五天線141和第一天線131之間距可至少為50mm。在第2圖之實施例中，第五天線141包括一第一輻射部(Radiation Element)151、一第一連接線(Connection Line)161，以及一第一連接器(Connector)171。第一輻射部151可為一梯形金屬片，其中一第一饋入點F1可大致位於此梯形金屬片之一較短平行邊處。第一連接線161可為一同軸電纜線(Coaxial Cable)。第一連接器171可為一IPEX連接頭。第一輻射部151之第一饋入點F1可經由第一連接線161和第一連接器171耦接至介質基板110上之金屬走線(Metal Trace)，以接收一饋入信號。在元件尺寸方面，第一 輻射部151之較短平行邊之長度L1可約為2.9mm，第一輻射部151之較長平行邊之長度L2可約為3.7mm，第一輻射部151之高度H1可約為6mm，而第一連接線161之長度可約介於35mm至50mm之間。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之第六天線142之示意圖。請一併參考第1A、3圖。第六天線142係設置於第四側壁124之一內側面(亦即，外殼120之內表面E4處)。例如，第六天線142可大致位於第四天線134之上方，而第六天線142和第四天線134之間距可至少為50mm。在第3圖之實施例中，第六天線142包括一第二輻射部152、一第二連接線162，以及一第二連接器172。第二輻射部152可為一等腰三角形金屬片，其中一第二饋入點F2可大致位於此等腰三角形金屬片之一共同頂點處。第二連接線162可為一同軸電纜線。第二連接器172可為一IPEX連接頭。第二輻射部152之第二饋入點F2可經由第二連接線162和第二連接器172耦接至介質基板110上之金屬走線，以接收一饋入信號。在元件尺寸方面，第二輻射部152之頂邊之長度L3可約為3.4mm，第二輻射部152之高度H2可約為6mm，而第二連接線162之長度可約介於35mm至50mm之間。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之第七天線143之示意圖。請一併參考第1A、4圖。第七天線143係設置於第四側壁124之一內側面(亦即，外殼120之內表面E4處)。詳細而言，第七天線143係大致位於第三側壁123、第四側壁124，以及介質基板110三者之一角落交界處126。在第4圖之實施例中，第七天線143包括一第三輻射部153、一第三連接線163， 以及一第三連接器173。第三輻射部153可為一矩形金屬片，其中一第三饋入點F3可大致位於此矩形金屬片之一短邊處。第三連接線163可為一同軸電纜線。第三連接器173可為一IPEX連接頭。第三輻射部153之第三饋入點F3可經由第三連接線163和第三連接器173耦接至介質基板110上之金屬走線，以接收一饋入信號。在元件尺寸方面，第三輻射部153之長邊之長度L4可約為6.2mm，第三輻射部153之短邊之長度L5可約為1.6mm，而第三連接線163之長度可約介於65mm至75mm之間。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之第八天線144之示意圖。請一併參考第1A、5圖。第八天線144係設置於第三側壁123之一內側面(亦即，外殼120之內表面E4處)。例如，第八天線144可大致位於第三天線133之上方，而第八天線144和第三天線133之間距可至少為50mm。在第5圖之實施例中，第八天線144包括一第四輻射部154、一第四連接線164，以及一第四連接器174。第四輻射部154可為一矩形金屬片，其中一第四饋入點F4可大致位於此矩形金屬片之一短邊處。第四連接線164可為一同軸電纜線。第四連接器174可為一IPEX連接頭。第四輻射部154之第四饋入點F4可經由第四連接線164和第四連接器174耦接至介質基板110上之金屬走線，以接收一饋入信號。在元件尺寸方面，第四輻射部154之長邊之長度L6可約為6.2mm，第四輻射部154之短邊之長度L7可約為1.6mm，而第四連接線164之長度可約介於65mm至75mm之間。在一些實施例中，第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144之任二者之最短距離係至少為50mm，以增強天線間之隔 離度。例如，前述最短距離可指第七天線143和第六天線142之間之距離D1，或是第七天線143和第八天線144之間之距離D2。
必須注意的是，以上元件尺寸之範圍係根據多次實驗結果而求出，其有助於最佳化各天線之操作頻帶及阻抗匹配(Impedance Matching)。
在一些實施例中，第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134之四個饋入點係分別耦接至獨立之四個低頻信號源(例如：四個2.4GHz信號源)，而第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144之四個饋入點係分別耦接至獨立之四個高頻信號源(例如：四個5GHz信號源)。在另一些實施例中，第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134之四個饋入點係共同耦接至單一低頻信號源(例如：一個2.4GHz信號源)，而第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144之四個饋入點係共同耦接至單一高頻信號源(例如：一個5GHz信號源)。以上兩種不同饋入機制均能激發產生前述之第一頻帶和第二頻帶。前述之低頻信號源、高頻信號源皆可位於介質基板110上，並可再經由介質基板110上之金屬走線(或/且連接線)耦接至第一天線131、第二天線132、第三天線133、第四天線134、第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144。
根據實際量測結果，本發明之通訊裝置100之所有天線於XY平面上可共同產生近似全向性(Omnidirectional)之輻射場型。第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及 第四天線134之任相鄰二者之間之隔離度皆高於15dB。第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134之任相鄰二者之間之封包相關係數(Envelope Correlation Coefficient，ECC)皆小於0.2。第一天線131、第二天線132、第三天線133，以及第四天線134之增益(Gain)皆介於1至5.7dBi之間。另一方面，第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144之任相鄰二者之間之隔離度皆高於20dB。第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144之任相鄰二者之間之封包相關係數皆小於0.1。第五天線141、第六天線142、第七天線143，以及第八天線144之增益皆介於1至5.5dBi之間。由上可知，通訊裝置100已可滿足一般行動通訊之實際應用需求。
本發明提出一種新穎之通訊裝置及其天線系統，相較於傳統技術，所提之天線系統至少具有雙頻帶、全向性輻射場型、高隔離度，以及低封包相關係數等優勢。由於本發明採用內建式天線而非傳統之外接式天線，故通訊裝置之整體尺寸還可進一步微縮。例如，所提之通訊裝置之長度可僅約為80mm，寬度可僅約為80mm，而高度可僅約為50mm，其遠小於傳統4x4多輸入多輸出之路由器之尺寸(長度約達290mm，寬度約達270mm，而高度約達55mm)。另外，本發明可避免通訊裝置之外觀受到外接式天線所影響，從而可達成改良整體裝置外型之效果。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據 不同需要調整這些設定值。本發明之通訊裝置及天線系統並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之通訊裝置及天線系統當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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 (10)

  1. 一種通訊裝置，包括：一介質基板，具有一上表面和一下表面；一外殼，具有一外表面和一內表面；一第一天線；一第二天線；一第三天線，其中該第一天線和該第三天線係設置於該介質基板之該上表面；一第四天線，其中該第二天線和該第四天線係設置於該介質基板之該下表面；一第五天線；一第六天線；一第七天線；以及一第八天線，其中該第五天線、該第六天線、該第七天線，以及該第八天線係設置於該外殼之該內表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一天線、該第二天線、該第三天線，以及該第四天線係涵蓋介於2400MHz至2500MHz之間之一第一頻帶，而其中該第五天線、該第六天線、該第七天線，以及該第八天線係涵蓋介於5150MHz至5850MHz之間之一第二頻帶。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該介質基板呈現一正方形。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，其中該第一天線、該第二天線、該第三天線，以及該第四天線係分別位於該 介質基板之四個側邊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該外殼包括一第一側壁、一第二側壁、一第三側壁，以及一第四側壁，而該介質基板係由該第一側壁、該第二側壁、該第三側壁，以及該第四側壁所包圍。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該第一側壁係鄰近於該第一天線，而該第五天線係設置於該第一側壁之一內側面。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該第二側壁係鄰近於該第二天線。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該第三側壁係鄰近於該第三天線，而該第八天線係設置於該第三側壁之一內側面。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該第四側壁係鄰近於該第四天線，而該第六天線和該第七天線皆設置於該第四側壁之一內側面。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該第七天線係大致位於該第三側壁、該第四側壁，以及該介質基板之一角落交界處。
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