TW201935763A

TW201935763A - 用於可定制裝置之天線組件

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Publication number: TW201935763A
Application number: TW108101864A
Authority: TW
Inventors: 米可瑟潘尼提; 帕努佩寇; 艾洛法瓊恩; 艾瑞克琳德曼
Original assignee: 芬蘭商順妥公司
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2019-09-01
Also published as: FI129219B; FI20185881A1

Abstract

本發明關於一種天線組件，其中，該組件包括電子裝置的至少一電路板、設置在離該至少一電路板一距離的一導電體、和一該天線的元件，該天線的元件包括用於至少一連接構件的複數個接合點，且該至少一連接構件一次僅耦接到該複數個接合點中的一個。

Description

用於可定制裝置之天線組件

本揭露通常關於用於諸如無線或可攜式無線電裝置的電子裝置中的天線組件。更具體地，本揭露關於一種天線組件，其能夠客制化包括天線組件的電子裝置。

天線組件通常存在於大多數現代無線電裝置中，例如行動電腦、可攜式導航裝置、行動電話、智慧電話、個人數位助理(personal digital assistant, PDA)、手錶或其他個人通信裝置(personal communication device, PCD)。通常，這些天線組件包括平面輻射元件，其具有通常平行於平面輻射元件的接地平面。平面輻射元件和接地平面通常經由短路導體彼此連接，以便實現天線的期望阻抗匹配。該結構被配置成使其在期望的工作頻率下用作諧振器。這些內側天線一般設置於塑料殼體內無線電裝置的印刷電路板(PCB)上，其允許射頻波傳播至天線及從天線(複數個)傳播。

最近，客戶希望能夠客制化裝置。一種可穿戴或腕戴無線電裝置可包括邊框和其它部件，如，可以根據顧客的需求和願望來改變的外殼。但是，更改無線電裝置的某些部分可能會影響裝置的性能。因此，如果例如改變邊框，則無線電裝置可能不再滿足無線電規範要求，除非另外調整無線電裝置。然而，當前的天線組件不能使可穿戴或腕戴無線電裝置的某些部分的成本有效的客制化。

因此，迫切需要一種與可穿戴或腕戴式無線電裝置配合使用的天線組件，可以允許裝置成本有效的客制化。

一種天線組件可由導電材料，例如金屬製成的邊框，以及印刷電路板本身的周緣所產生。本揭露的發明人已經令人驚訝地觀察到，透過具有包括用於至少一個連接構件的複數個(即，至少兩個)接合點的天線元件，可以使天線組件可調諧用於各種裝置，其中，至少一個連接構件一次僅連接到複數個接合點中的一個。通常，連接構件也可以稱為連接引腳(pin)或連接元件。

這提供了顯著的優點，例如，相同的印刷電路板可以用於一個產品系列的不同裝置變體。本發明的天線組件可以是特別有利用於可穿戴或腕戴無線電裝置，以最佳化輻射圖(radiation pattern)，因此，例如，GNSS (Global Navigation Satellite System, 全球導航衛星系統)，用於專用的用途和運動信號的接收，例如用於跑步、散步或騎自行車。GNSS系統包括，但不限於GPS、Glonass、Galileo和北斗(Beidou)導航系統。此外，本發明的天線組件至少對於接收Wi-Fi和藍牙信號也是有利的。

根據第一態樣，提供了一種天線組件，其中，該組件包括電子裝置的至少一電路板、設置在離該至少一電路板一距離的一導電體、和一該天線的元件，該天線的元件包括用於至少一連接構件的複數個接合點，且該至少一連接構件可一次僅耦接到該複數個接合點中的一個。

根據第一態樣，該組件包括至少兩個連接構件，且該天線的該元件包括用於該至少兩個連接構件中的每一個的複數個接合點。

根據第一態樣，該天線可在槽孔模式下操作且該天線的該元件是該至少一電路板，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該至少一電路板可連接到該導電體。

根據第一態樣，該天線可以槽孔模式操作，且該天線的該元件是該導電體，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該導電體可連接到該至少一個電路板。

根據第一態樣，該組件還可包括沿著該至少一電路板的周緣的至少一部分設置的至少一個導電邊緣結構，且該天線的該元件是該至少一導電邊緣，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該至少一電路板可連接到該導電體。

根據第一態樣，在該至少兩連接構件的該接合點之間可設置至少一個饋電元件，用於在至少一槽孔模式天線和該電路板之間耦合電磁信號。

根據第一態樣，該天線的該元件可以是一塑料部件，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該導電體可連接至該至少一電路板或至少一導電邊緣。

根據第一態樣，該連接構件可包括接合點，用於將該導電體接地至該電路板及/或供應作為接地引腳和定義槽孔天線端部的槽孔定義構件的接地平面。

根據第一態樣，該組件還可包括至少一導電材料的至少一細長條帶(elongate strip)，且該天線的該元件可以是該至少一電路板，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該至少一個細長條帶可連接到該至少一電路板。

根據第一態樣，該連接構件可包括與中間輻射元件相關聯的短路點、與內側饋電元件相關聯的電饋電點(galvanic feed point)及/或與該內側饋電元件相關聯的接地點。

根據第一態樣，該導電體可以為邊框，該邊框是包圍手錶式裝置的該殼體的一部分。

根據第一態樣，該導電體具有環形、橢圓形、矩形、正方形或任何其他多邊形的形狀。

根據第一態樣，該組件可適於在GNSS (Global Navigation Satellite System，全球導航衛星系統)、Wi-Fi或藍牙信號。

根據第一態樣，該GNSS信號選自GPS、Glonass、伽利略(Galileo)及/或北斗(Beidou)信號。

根據第二態樣，提供了一種電子手錶式裝置，包括至少一電路板、設置在離該至少一電路板一距離的一導電體、和一該天線的元件，該天線的元件包括複數個接合點用於至少一連接構件，且該至少一連接構件一次僅連接到該複數個接合點中的一個。

根據第二態樣，該組件可包括至少兩個連接構件，且該天線的該元件包括用於該至少兩個連接構件中的每一個的複數個接合點。

根據第二態樣，該天線可在槽孔模式下操作且該天線的元件是該至少一電路板，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該至少一電路板可連接到該導電體。

根據第二態樣，該天線可以槽孔模式操作，且該天線的該元件可以是該導電體，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該導電體可連接到該至少一個電路板。

根據第二態樣，該裝置還可包括沿著該至少一電路板的周緣的至少一部分設置的至少一個導電邊緣結構，且該天線的該元件可以是該至少一導電邊緣，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該至少一電路板可連接到該導電體。

根據第二態樣，在該至少兩連接構件的該接合點之間可設置至少一個饋電元件，用於在至少一槽孔模式天線和該電路板之間耦合電磁信號。

根據第二態樣，該天線的該元件可以是一塑料部件，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該導電體可連接至該至少一電路板或至少一導電邊緣。

根據第二態樣，該連接構件可包括接合點，用於將該導電體接地至該電路板及/或槽孔定義構件的接地平面，供應作為接地引腳和定義槽孔天線的端部。

根據第二態樣，該裝置還可包括至少一導電材料的至少一細長條帶，且該天線的該元件可以是該至少一電路板，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該至少一個細長條帶可連接到該至少一電路板。

根據第二態樣，該連接構件可包括與中間輻射元件相關聯的短路點、與內側饋電元件相關聯的電饋電點及/或與該內側饋電元件相關聯的接地點。

根據第二態樣，該導電體可以為邊框，該邊框是包圍手錶式裝置的該殼體的一部分。

根據第二態樣，該導電體可具有環形、橢圓形、矩形、正方形或任何其他多邊形的形狀。

根據第二態樣，該組件可適於接收GNSS (Global Navigation Satellite System, 全球導航衛星系統)、Wi-Fi或藍牙信號。

根據第二態樣，該GNSS信號可選自GPS、Glonass、伽利略(Galileo)及/或北斗(Beidou)信號。

根據第三態樣，提供了一種電子手錶式裝置包括第一態樣的天線組件。

本發明的天線組件和手錶裝置的特徵在於所附請求項中闡述的內容。根據附圖和以下詳細描述，本揭露的其他特徵、其性質和各種優點將更加明顯。

本發明的實施例使得能夠針對各種可客制化裝置(例如，可穿戴或腕戴式無線電裝置)最佳化天線組件。例如，即使只有一個印刷電路板(printed circuit board, PCB)會用於一個產品系列中的不同變體，如果可穿戴裝置或腕戴式無線電裝置的天線組件包括槽孔模式天線，也可以調整槽(slot)的長度和尺寸。PCB通常可稱為電路板。因此，本發明能夠對於一個產品系列使用不同的、客制化的邊框和該裝置的其他部分，如金屬按鈕，而對於該產品系列內的無線電裝置的所有變體，確認該天線組件可以符合規範要求和天線的性能要求。

雖然本發明的實施例不限於槽孔模式天線，並且可以至少在F-天線(F-antenna)的內容以及已知的，例如美國專利申請號13/794,468被利用。在US13/794,468中，F-天線結構可以安裝在邊框下方，它可以連接到PCB。本發明的實施例還能調諧F-天線，僅使用一個產品系列中的不同的變體的一個PCB。另外，本發明的實施例可以至少用於L天線。一個L天線可以被稱為不接地的F-天線。

在以前的天線組件中，接合點或連接構件，例如，彈簧針(pogo) 之間的距離已固定。因此，先前的天線組件對於一個產品系列中的不同裝置是不可調諧的。也就是說，先前的天線組件不能根據不同裝置變體進行調整，但是本發明的實施例能夠透過改變/變化連接構件之間的距離實現客制化。例如，在槽孔模式的情況下天線調諧可以透過槽的大小改變，而F-或L-天線的情況下，調諧可以透過改變輻射(radiation)元件之間的距離來完成。

客制化可被視為競爭優勢。客戶可能希望從許多變體中構建客制化裝置，然後需要進行製造客制化裝置。一般情況下，理想的是不同的變體，盡可能使用相同的部分，以能夠具有成本效益的製造客制化裝置。本發明的實施例，能夠使用例如用於不同裝置變體的相同PCB，即使裝置的不同邊框或其它部件將用於一個產品系列中的客制化裝置。根據本發明的實施例，可以透過針對不同變體使用相同的PCB來避免訂購不同PCB，與為所有變體訂購不同的PCB相比，這將降低成本。

作為一個示例，不同的邊框可以具有不同的形狀，這定義連接構件，例如，彈簧針(pogo)，連接到邊框和PCB的兩者的配置。也可能存在影響配置的不同塑料部件。邊框、PCB和塑料部件一般可以稱為天線元件。例如，邊框可以採用環形、橢圓形、正方形、矩形或任何其他多邊形的形狀。然後需要相應地設計PCB的形狀。

在槽孔模式天線的情況下，一個槽孔的邊緣可以在連接構件諸如，例如，彈簧針、彈簧抽頭(spring tap)或金屬片部件的輔助下形成。邊框可以具有形狀，其定義連接構件的一處。此外，邊框和PCB可以包括用於連接構件的接合點。因此，需要改變連接構件和接合點的位置以改變槽尺寸。然而，根據本發明的實施例，PCB可以是相同的，因為它可以包括複數個位置，即，用於每個連接構件的接合點。PCB可以包括用於接合點的各個位置的區域。例如，一個PCB可以與某個產品系列相關且具有結構，其中，連接構件(例如，彈簧針)可附接到定義槽孔模式天線組件的電氣長度的各種位置。其他天線元件，例如裝置的邊框或塑料部件，還可以包括用於連接構件的複數個接合點。

連接構件可以是用於連接兩個天線元件。該兩個天線元件可以包括電路板、導電體及/或導電邊緣(rim)。在一些實施例中，該兩個天線元件可包括中間輻射元件、與內側饋電元件相關聯的電(galvanic)饋電點及/或與內側饋電元件相關聯的接地點。而且，在一些實施例中，天線元件可包括細長條帶。連接構件可以稱為用於連接兩個天線元件的導電部件。

根據本發明的一些實施例中，天線組件可包括可透過被用於至少一個連接構件提供複數個接合點以改變槽的長度的天線的元件。連接部件可以例如是一個彈簧針或具有不同距離的具有多於一個金屬片部件版本的金屬片零件。

例如，該塑料部分可以放置彈簧針，或者可以在不同的地方有不同的接合點，然後用於產生連接的彈簧，例如線圈彈簧。也就是說，對PCB上的連接構件可以存在多於一個可能的位置用於連接邊框和PCB，以使在一個產品系列中有複數個裝置變體。此外，針對每個連接構件，邊框或在邊框和PCB之間的塑料部件可有一個以上的的接合點。塑料部件可以被稱為邊框和PCB之間的環或者包圍邊框的殼體。

圖1示出根據本發明的一些實施例，在槽孔模式操作時，天線的示例性組件。圖1的示例性組件包括印刷電路板(PCB)12，用於一裝置，諸如運動手錶或智慧手錶，和主體，例如環-形成的邊框11，由導電材料製成並設置在頂部且平行於PCB 12。在它們之間具有距離D的間隙定義了槽，該槽使得組件10能夠以槽孔模式作為天線。PCB 12的外圍至少部分地與邊框11的外側形狀對齊，並且至少沿著具有連接到PCB 12的接地平面的金屬層(參見圖3，元件33)周緣的一部分。

圖1中的示例性組件進一步包括一個饋電元件或引腳13用於耦合槽孔模式天線與PCB 12之間的電磁信號。在圖1所示的實施例，饋電元件13耦合在邊框11和PCB 12之間。元件13可以以各種方式實現，例如引腳或彈簧針棒(pogo stick)，簡單地作為跳線連接，或者作為PCB上的螺柱與PCB的邊緣處的槽孔模式天線結構接觸，例如，可能具有通孔進一步在多層PCB傳導信號。根據設計、製造和信號增益考慮的要求，可以在本發明的任何實施例中使用這些種類的解決方案中的任何一種。

引腳14和15是用於導電體11接地到電路板上接地平面的接合點。引腳14和15，即接合點，也可被稱為連接構件。導電體11及/或PCB 12可包括用於每一個引腳14和15的至少兩個接合點。接合點14和15之間的距離定義了槽孔的長度。例如，引腳可以是簡單的跨接線或彈簧加載的接觸(彈簧針)引腳。饋電引腳較佳是附接到打算使用電連接以便容易調整的PCB、邊框或其它結構的外邊緣。除了邊緣之外的其他接合點也是可能的，但可能需要對其他相關組件進行更多調整。

在本發明的一些實施例中，PCB 12可以包括用於連接構件14和15兩者的複數個接合點，以透過僅使用一個PCB 12來實現不同產品變型，從而能夠調整槽的長度和天線組件的尺寸。因此，PCB 12可以支持各種裝置，其中，使用不同的邊框及/或其他天線元件。因此，本發明使得能夠在一定的產品系列中使用相同的PCB，並且該連接構件的位置可根據客制化透過將連接部件接合到不同接合點以改變。

根據一些實施例，引腳14和15被認為是將導電體11連接到PCB 12的接地平面的接合點的實體表示。在一些實施例中，引腳可以是設置於PCB和導電體之間，作為支撐件或其他的絕緣元件的整體部分(未示出)。在一些實施例中，然而，含有該引腳的元件可以是單獨的且設置於該槽孔的第一和第二端，從而定義槽孔天線。

該組件可在一些實施例具有浮動或絕緣的支撐引腳(未示出)或絕緣環，其保持邊框11和PCB 12之間的間隙。可選地或另外地，引腳15可以是透過頻率選擇性電路(例如低通濾波器)或電子開關16連接接地。因此，相同的饋電引腳13可以被配置為以兩個不同的槽長度饋電相同的槽組件，在引腳14和15之間較短並且在引腳14和17之間較長。這樣的佈置將使天線槽可選擇或可切換，並因此適用於兩個不同頻率，如由饋電點13觀察到的槽的電氣長度是一方面由引腳14至引腳15(逆時針方向)，另一方面由引腳14至引腳17來確定。

引腳17也可以稱為連接構件。在圖1中，第二接合點14'、15'和17'分別對應於連接構件14、15和17。然而，第二接合點14'、15'和17'與第一接合點14、15和17相比是不同的。因此，第二接合點14'、15'和17'的使用提供不同的槽長度，這使得適合於不同頻率的組件。在圖1的示例中，導電體11及/或PCB 12可以包括用於每個連接構件的兩個接合點，但是每個連接構件一次僅連接到兩個接合點中的一個。

導電體11及/或PCB 12可以包括用於連接部件的兩個以上的接合點。在本發明的一些實施例中，僅PCB 12可包括用於每個連接構件的複數個接合點，而導電主體11僅包括一個接合點。因此，例如，如果導電體11是邊框，則可以將其改變為具有不同接合點的另一個邊框，而同一PCB可以支撐兩個邊框，只要兩個邊框的接合點與PBC的接合點匹配即可。這樣，不同的邊框可以用於具有變體的一個裝置系列，並且一個PCB可以支持產品系列內的所有變體。

因此，根據本發明的一些實施例中，用於天線在槽孔模式下操作的組件可包括至少一個印刷電路板12、設置在離至少一個電路板一距離的導電體11，並定義它們之間的槽，其中，槽的長度在兩個連接構件14、15、17之間定義，其中，該導電體11被連接到該至少一電路板12的接地平面，且其中，該連接構件之間設置於至少一個饋電元件13，用於在該槽型天線和該PCB 12之間耦合電磁信號。

圖2示出根據本發明的一些其他實施例的原理，用於以槽孔模式操作的天線的示例性組件。在圖2中，類似的組件20如圖1所示，但設置有分別耦合到PCB 22中的邊框21的兩個部分，從而提供在槽孔模式下操作兩個天線。第一槽孔模式天線的長度由邊框21的接合點或引腳24a-24c之間的部分(逆時針)定義，且相應地，第二槽孔模式天線的長度可以由引腳24c-24b之間的部分定義。因此，第一槽孔模式天線具有接地引腳24a和24c。饋電元件或引腳23a，可以設置於接地引腳之間。同樣在圖3的示例中，2個引腳24a-24c可以稱為連接構件。

如圖所示，第二槽孔模式天線具有接地引腳24b和設置於接近其第二接地引腳24c的饋電引腳23b。另外，在這種情況下，可能用於連接構件24a'、24b'和24c'的第二接合點，分別對應於24a、24b和24c中。如在圖1的示例中，第二接合點用於連接構件24a'、24b'和24c'與連接構件24a、24b和24c的接合點相比可以是不同的，從而提供不同的槽長度。同樣，導電體11及/或PCB 12可包括用於每個連接構件的兩個接合點，但各連接部件在一個時間只耦合到該兩個接合點中的一個。

利用分配給不同天線的邊框部分的不同長度，變得可調諧到不同的工作頻率，並且它們所連接的電子裝置因此能夠作為多頻帶裝置操作。

印刷電路板(PCB)上的接地平面可以是連接到電路接地點的大面積或銅箔層，通常是電源的一個端子。它充當來自許多不同組件的電流的返迴路徑。接地平面通常盡可能大，覆蓋PCB的大部分區域，該區域未被電路跡線(trace)佔據。

大面積的銅還從許多組件傳導大迴路電流而無顯著壓降，以確保所有組件的接地連接在同一基準電位。在數位和射頻PCB中，使用大接地平面的原因是透過接地迴路減少電雜訊和干擾，並防止相鄰電路跡線之間的串音(crosstalk)。

圖3示出可以與本發明的至少一些實施例一起使用的圓形PCB。為了說明的目的，在圖3示出典型的圓形PCB 30，其具有微控制器或處理器31和一些銅佈線32。根據本發明的示例性實施例，接地平面可以佈置為圍繞圓形PCB 30外圍的銅邊緣33。這確保如圖1和2所示的本發明的槽孔模式天線的操作。

在圖3中，接合點34a、34b和34c示出第一連接構件的複數個接合點。根據本發明的一些實施例，第一連接構件可以一次僅耦合到接合點34a、34b和34c中的一個。類似地，接合點35a、35b和35c示出第二連接構件的複數個接合點和第二個連接構件可以一次僅耦合到連接件35a、35b和35c中的一個。

處理器31可以包括例如單核或多核處理器，其中，單核處理器包括一個處理核心，而多核處理器包括一個以上的處理核心。處理核心可以包括例如由ARM控股(ARM Holdings)製造的Cortex-A8處理核心或由Advanced Micro Devices Corporation生產的Steamroller處理核心。處理器31可以包括至少一個Qualcomm Snapdragon及/或Intel Atom處理器。處理器31可以包括至少一個特殊應用積體電路(ASIC)。處理器31可以包括至少一個現場可程式閘陣列(FPGA)。處理器31可以是用於執行PCB 30中的方法步驟的裝置。

圖4示出根據本發明的至少一些實施例的電子手錶式裝置模式。圖4示意性地示出從上面看電子手錶式裝置40。金屬邊框41包圍殼體。通常，在運轉中，且戴在手腕上，該裝置沿著該裝置的邊緣延伸具有槽孔天線，這主要是位於具有3點和9點之間的弧長S的半圓形扇區。然後天線的輻射圖案向上指向天空，即衛星圖(satellite constellation)。

槽孔天線的角寬度(此處用作圓圈中點的中心角的同義詞)取決於裝置的直徑和所用的材料，其中諸如介電材料的介電常數的參數影響結果。角寬度可以比建議的180°大或更窄，產生圖4在3至9點之間的弧長S。S可被寫為S=，其中S為弧長，α是具有弧長S的圓扇形的中心角(度)，且R為相同圓的半徑，在此為圓形槽孔天線。裝置的直徑越小，角度寬度α越大，以便產生特定的弧長S。

在圖4也表示大約5和9點之間的120°的較窄扇區S'。發明人發現，在相對於現有技術解決方案，其中饋電引腳通常放置在槽孔天線的中心，本發明天線組件的偏振特性是最佳工作的，對於在手腕上攜帶裝置和行走時及/或跑步時，如果印刷電路板和邊框之間的饋電引腳(如圖1和圖2)設置於一個扇區從天線的起點計算是在距離不超過總槽孔天線長度的四分之一到三分之一。此處起點位於9點位置。透過饋電引腳的定位，尋求在GPS諧振頻率下天線的最佳阻抗匹配。然後可能需要較少調諧其他組件以實現GPS或其他衛星系統信號的最佳接收。

通常，饋電引腳或饋電接合點可以是在任一槽的邊框側或槽的PCB邊緣側上。然而，饋電引腳的較佳配置通常在邊框上，以便實現最佳的天線輻射。PCB佈局可能因其機械簡單性而受到青睞，且如果可以達到足夠好的天線性能而可以被選擇。

當裝置戴在手腕上(通常為左手腕)時，輻射圖案的右旋圓極化(Right Hand Circular Polarization, RHCP)組分似乎然後具有向上指向的所需主導峰值。可實現最佳輻射圖案是部分地相依於裝置，即，該裝置的尺寸和槽孔天線的阻抗，且部分是對輸入信號的方向和極化。後者要求在主要使用的GNSS接收使用位置中，槽孔天線及其輻射場應至少部分地朝上。

圖5示出以槽孔模式操作的天線的組件，其可以在本發明的一些實施例中使用。它是根據本發明的一些實施例中槽的有效寬度及/或長度，可以由導電邊緣結構沉積或連接到電路板的接地平面和面向該導電體而至少部分地改變。這種邊緣結構可包括金屬板部件等。一例示於圖5，具有一個組件50，其由邊框環51、第一半圓形PCB板52和佈置成圍繞PCB 52周緣的銅邊緣54作為接地平面，和一個第二半圓形PCB板53佈置在第一PCB板52下方組成。連接到第二(最下面)PCB板53的是金屬板邊緣55，其寬度(即，其相對於PCB 52的高度)和長度可以選擇成使其與PCB 52和邊框51一起形成GPS槽孔天線的一部分。在金屬板邊緣55和邊框51之間示出槽定義構件56和57，其可以用作定義槽天線的端部的接地引腳。也示出饋電引腳58。

圖6是與圖5中的組件類似的組件，以部件60-68對應於在圖5中的部件50-58。然而，如圖6所示，金屬板邊緣65形成為第二最下面PCB板63的延伸。邊緣延伸部65可以連接到PCB 62的銅邊緣64及/或PCB 63銅邊緣(未示出)。再次，可以選擇邊緣65的寬度(即相對於PCB 62的高度)和長度，以使其與PCB 62和邊框61一起形成GPS槽孔天線的一部分。

參考圖1和2，在圖5的一些實施例的槽定義構件56和57中，以及圖6中槽定義構件66和67，可以稱為連接構件。PCB 52、53、62和63可以包括用於每個連接構件的複數個接合點，但是每個連接構件可以一次僅耦合到一個接合點。可替換地，或另外地，邊框51和61可包括用於每個連接構件的複數個接合點。

在圖7和8示出與現有技術的天線相比，根據本發明的槽孔模式天線改進的準確度。在圖7中，地形往返路線A-B-C由人運行，同時透過具有現有技術耦合輻射器GPS天線的手錶式GPS裝置以跟踪運行，例如已知形式的US2017/0179581。在沿著路線的許多地方可以看到行程的不同腿之間的在D1處的典型偏差。在圖8中，在具有類似性能但使用本發明的槽孔模式天線的裝置中，沿路線A-B-C的腿部的偏差D2小得多。

在圖9A和9B示出2維(2D)中的相應RHCP輻射圖案。典型的手錶式GPS裝置91戴在左手的腕部90上，在圖9A和9B兩個圖中以圓形橫截面示出。例如，使用具有輻射元件的傳統邊框天線的典型現有技術天線輻射圖案92示於圖9A中。輻射圖案92的峰值92a指向橫向方向，並且在所示的使用位置接收進入的衛星信號時不太理想。輻射圖案93的峰值93a指向上方，因此當裝置處於其最常使用的位置時，在0度方向上具有強的輻射場。

注意圖9A和9B，圖9B中的槽孔天線，人將手錶穿戴在手腕內側的情況下也表現良好。在這種情況下，與圖9B相比，手錶上下顛倒，然而，如圖9A所示，然後指向0度方向的槽孔天線輻射圖案(此處示出為180度方向)仍將比圖9A中的現有技術邊框天線的對應0度方向圖案寬。

根據本發明的一些實施例中，槽的有效寬度及/或長度可以完全由沉積在或附著於電路板的該接地平面的導電邊緣結構，和面對該導電體所定義。一個例子如圖10所示，具有組件1000，由一個邊框環1001、半圓形PCB板1002和圍繞PCB 1002的周緣佈置成作為接地平面的銅邊緣1004組成。第二半圓形PCB板1003(虛線)可以被佈置在第一PCB板1002下面。附接到PCB板是沿著PCB 1002周緣的至少一部分的設置金屬片邊緣1005。邊緣1005的寬度和長度可以被選擇，使得邊緣的上邊緣1005a的形成GPS槽孔天線的下部分，邊框1001作為上部分。金屬邊緣可以與接地銅邊緣1004電性接觸，或者它可以具有不同的電位。槽定義端部構件1006和1007，其可以充當接地引腳，示出在金屬片邊緣1005和邊框1001之間。一種類引腳饋電元件1008還示出，其在它的一端連接到PCB 1002的接地面1004，且在其另一端，連接到槽孔模式天線的導電部分。這個部分可以是邊框1001、金屬邊緣1005，或其接收的無線電波已感應電流的天線的一些其它部分。如上所述，饋電元件可以採用多種形狀並以各種方式實現。

圖11中的組件與圖10中的組件類似。在圖11中，然而，例如金屬片邊緣1115具有至少一個局部蓋1113形成在它的上面，作為電磁屏蔽板，如法拉第籠(Faraday cage)。板1113可以採用各種形式和大小，但將形成GPS槽孔天線第二部分1115、1113的一部分，邊框1111為第一部分。第二半圓形PCB板(未示出)可以被佈置在第一PCB板1112下面。

金屬邊緣1115和板1113可以與接地銅邊緣1114電性接觸，或者它們可以具有不同的電位。槽定義端部構件1116和1117，其可以充當接地引腳，示出於金屬片邊緣1115和邊框1111之間。

在本發明的一些實施例，用於在槽孔模式中操作的天線的組件可因此包括至少一印刷電路板1002、1112、設置在離PCB一距離的導電體1001、1111，且其中至少一個導電邊緣結構1005、1115沿著至少一個PCB的周緣的至少一部分定位，其中該導電邊緣和該導電體可以在它們之間定義至少一個槽孔模式天線，且其中槽孔模式天線的長度可以是在該導電體連接到該導電邊緣的兩個接合點或連接構件之間定義，且其中在該接合點或連接構件之間設置至少一個用於從槽孔模式耦合電磁信號到該PCB的饋電元件1008、1118。

參考圖1和2，在一些實施例中，圖10的槽孔定義構件1006、1007，及圖11的槽孔定義構件1116、1117可以被稱為連接構件，並且PCB 1002、1112可包括用於每個連接構件的複數個接合點的複數個槽，然而，每個連接構件可以一次僅連接到一個接合點。此外，在本發明的一些實施例中，邊框1001、1111可以包括用於每個連接構件的複數個接合點。可選地或另外地，第二PCB 11(圖11中未示出)可以包括用於每個連接構件的複數個接合點。另外，在本發明的一些實施例中，金屬邊緣1005、1115可包括用於每個連接構件的複數個接合點。

圖12示出根據本揭露的一個實施例的天線組件的示意圖。在圖12中，詳細示出並描述了耦合天線裝置100的一個示例性實施例。如圖12所示，耦合天線裝置100包括三(3)個主天線元件，包括設置於相鄰中間輻射元件104的外側元件102及內側饋電元件106。輻射元件104、饋電元件106和外側元件102不與彼此電連接，且如下面所討論的，是被電容耦合。外側元件102進一步被配置成充當用於天線裝置100的主輻射元件。外側元件的寬度和外側元件與中間元件的距離是根據特定的天線設計要求選擇的，包括(i)感興趣的工作頻帶，以及(ii)工作帶寬，其示例性值可以由本揭露內容的普通技術人員容易地實施。

如圖12所示，耦合天線裝置的中間輻射元件設置相鄰於外側元件，並且與外側元件隔開間隙距離100。例如，在一個實施方式中，使用0.2-1mm的距離，但是應當理解，該值可以根據實施方式和操作頻率而變化。此外，耦合強度可以透過調整間隙距離且透過調整外側和中間輻射元件的重疊面積且透過外側和中間輻射元件的總面積來調整。間隙120尤其能夠調諧天線諧振頻率、帶寬和輻射效率。中間輻射元件還包括兩個部分104(a)和104(b)。第一部分104(a)是主耦合元件，第二部分104(b)懸空而不以其他方式連接到天線結構。例如，如果由於某種機械原因，中間元件形成為較大的部分，並且僅需要其較短的部分作為耦合元件，則第二部分104(b)可以留在結構中。設置在中間輻射元件部分104(a)的一端的是用於將中間輻射元件104連接到地的短路點110。

短路點110是在設置於從內側饋電元件106距離預定距離122所示的實施例(在該示例性實施方式中典型是1-5毫米，但可以根據實施方式和工作頻率變化)。短路點110的配置部分地確定耦合天線裝置100的諧振頻率。部分104(a)連接到部分104(b)，其中部分104(b)形成完整的中間輻射器(環)。

圖12還示出內側饋電元件106，其包括接地點114以及電連接的饋電點116。內側饋電元件106設置在距中間輻射元件104的距離124處。此外，接地點114相對於饋電點116的配置和定位部分地確定了耦合天線裝置100的諧振頻率。

一般而言，短路點110、接地點114和饋電點116可以被稱為連接構件，其各具有一定接合點。圖12還示出分別用於連接構件110、114和116的第二位置110a、114a和116a。與圖1的示例類似，PCB可以包括用於連接構件110a、114a和116a的第二接合點，然而，連接構件一次僅連接到接合點。可選地或另外地，邊框(圖12中未示出)可包括用於連接構件110a、114a和116a的第二接合點。

因此，間隙120可以是取決於是否使用不同連接構件110或110a(即，短路點)。由於間隙120使天線能夠調諧，因此連接構件110或110a的接合點之間的選擇使得可以調整天線以匹配特定的邊框，例如，同時滿足規範的無線電要求。因此，短路110的接合點可以與第一邊框一起使用，而短路110a的接合點可以與第二邊框一起使用。類似地，間隙122也可以根據是否使用連接構件110或110a而改變，但間隙122還取決於是否使用連接構件116或116a。類似地，間隙124可以根據是否使用連接構件116還是116a以及是否使用連接構件114或114a而變化。當然，每個連接構件也可以有兩個以上的接合點。

應注意，饋電元件的接地點主要用於饋電點阻抗匹配。在一種實施方式中，本領域已知的饋電元件形式及IFA類型(倒F型天線(Inverted F Antenna))結構，及這種元件的阻抗調整是普通天線設計者所熟知的，因此這裡不再進一步描述。饋電點和接地點之間的典型距離約為1-5mm，但這可能因頻率和應用而異。

此外，應當理解的是，如果需要的話可以消除接地點，諸如透過將並聯電感器配置到饋電線。如下面所討論，饋電點116和接地點110和114的配置，即接合點，極大地影響RHCP和左旋圓極化(Left-Handed Circular Polarization, LHCP)隔離的增益。簡而言之，GPS和大多數衛星導航傳輸都是RHCP；衛星傳輸RHCP信號，因為它發現受大氣信號變形和損耗的影響小於例如線性極化信號。因此，任何接收天線應具有與發射衛星相同的極化。如果接收裝置天線主要是LHCP極化，則將發生顯著的信號損失(大約幾十dB)。此外，衛星信號每次從物體(例如地球表面或建築物)反射時都會改變從RHCP到LHCP的極化。與直接接收的RHCP信號相比，一旦在接收單元附近反射的信號具有幾乎相同的幅度，但具有小的時間延遲和LHCP。這些反射信號對GPS接收器靈敏度特別有害，因此較佳使用LHCP增益至少比RHCP增益低5dB至10dB的天線。

因此，圖12的耦合天線裝置100包括：因此包括堆疊配置，其包括外側元件102、設置內側到外側元件的中間輻射元件104、及內側饋電元件106。應注意，一個中間輻射元件可足以在所需的工作頻率上觸發。然而，對於多頻帶操作，可以添加額外的中間元件和饋電元件。作為一個示例，如果需要2.4GHz ISM頻帶，則可以透過另一組中間元件和饋電元件饋電相同的外側輻射器。內側饋電元件可以進一步配置為與饋電點116電耦合，並且中間輻射元件可以配置為電容耦合到內側饋電元件。外側元件102可以被配置為用作最終的天線輻射器，並且還被配置為電容性地耦合到中間輻射元件。

在本實施例中，外側元件102的尺寸，及饋電元件104和106可被選擇以實現期望的性能。具體地，如果元件(外側、中間、內側)被測量為彼此分開，則它們中的任何一個都不會被獨立地調諧到接近期望的操作頻率的值。然而，當三個元件耦合在一起時，它們可以形成單個輻射器封裝，其在期望的工作頻率(或複數個頻率)中產生諧振。由於天線的實體尺寸和使用諸如塑料的低介電介質，實現了單個諧振的相對寬的帶寬。在衛星導航應用的示例性情境中該結構的一個顯著益處是，示例性實施方式允許以相同天線，即至少1575-1610MHz，覆蓋GPS和GLONASS導航系統存在有典型的利益。

現在參考圖13A-13C中，耦合天線裝置200的一個實施例，根據示出的本公開的原理用於在可攜式無線電裝置中。圖13A說明的耦合天線裝置200下側示出到一個印刷電路板(219，圖13B和圖13C)的各種連接。具體而言，圖13A說明短路點210用於中間環輻射元件204，以及短路點216和電饋電點214用於內側跡線元件206。兩內側饋電跡線元件和中間環輻射元件可被設置於用於與可攜式無線電裝置中使用的耦合天線裝置所示實施例的前蓋203的內側。前蓋203(見圖13A和13C)，可以使用雷射直接建造(Laser Direct Structuring, LDS)聚合物材料製造，隨後摻雜及鍍有外環輻射元件202(參考圖13B-13C)。LDS技術的使用是示例性的，因為它允許複雜(例如彎曲的)金屬結構直接形成在下面的聚合物材料上。

此外，在示例性實施例中，中間環輻射元件204可以使用LDS技術被佈置在摻雜的前蓋203的內側。中間環輻射元件204可以被構造成兩個(2)部分204(a)和204(b)。在一個示例性實施方式中，元件204(a)可被用來提供用於配接接地接觸(短路點)210一個有利的地方。短路點210被設置在中間環輻射器的第一部分204(a)的一端部。耦合天線裝置200還包括LDS聚合物饋電框架218，隨後內側饋電元件206被構造在其上。內側饋電元件包括電饋電點216以及一個短路點214，這兩者都被配置成分別在點216'和214'耦合到印刷電路板219(見圖13C)。

內側饋電框架元件被設置為相鄰於中間散熱器環形元件部204，使得同軸饋電點是在離中間輻射元件短路點210一距離222。中間輻射元件的短路點210和內側饋電元件的214配置成分別在點210'和214'與PCB 219連接。後蓋220定位在印刷電路板的下側，並形成耦合天線裝置的封閉結構。

點210'、214'和216'可以被稱為接合點，其耦合連接構件，即，短路點210、短路板214和電饋電點216到PCB 219。在圖13C中，用於連接構件210、214和216的第二接合點分別由210'、214'和216'示出。因此，連接構件210、214和216可以在不同時間耦合到兩個不同的接合點，以調整天線的操作。同樣，PCB 219可以包括用於每個連接構件的複數個接合點，但是每個連接構件可以一次僅耦合到一個接合點。可選地或另外地，邊框可以包括用於每個連接構件的複數個接合點。

此外，在本發明的一些實施例中，耦合天線裝置200可與圖13-13C的實施例不同，其中內側饋電元件206可以隨後直接構建到前蓋203的內側，而不是形成在單獨的饋電框架上。內側饋電元件包括電饋電點和短路點，兩者都被配置成分別在點和點處耦合到印刷電路板。後蓋位於印刷電路板的下側，並形成耦合天線裝置的封閉結構。

在一些實施例中，耦合天線裝置200可包括一個細長條帶，例如倒F天線(inverted-F antenna)及殼體。該細長條帶可以由導電材料製成且它可以以至少一個連接構件被連接到PCB，連接構件即導電部件，諸如彈簧針。該至少一個連接構件可以穿過殼體。PCB可以在殼體內。該細長條帶可用於接收信號並將信號傳遞到該殼體內的至少一個部件。

該細長條帶的一部分可經過開口。該開口可以設置於殼體的壁中。也就是說，該細長條帶的第一部分可設置於殼體的外表面上。例如，該細長條帶的第一部分可以與殼體的上表面上的邊框的一部分整合。該細長條帶的第二部分可以設置於殼體中，即，在殼體的內側腔體。該細長條帶可以是倒F天線，其透過殼體壁中的開口從內側腔體到達殼體的外表面。

天線組件可以包括用於細長條帶的複數個接合點。該細長條帶可以由導電材料製成。天線組件可以包括殼體，且該殼體可以包括複數個接合點，其中該細長條帶可以連接到該殼體，可能位於殼體的外表面上。可選擇地，或另外地，電路板可包括其中該細長條帶可連接到該電路板的複數個接合點。

應認識到的是，雖然以方法的步驟的特定順序來描述本發明的某些態樣，但是這些描述僅是本發明說明性的更廣泛的方法，以及在特定的應用需求下可被修改。在某些情況下，某些步驟可能是不必要的或可選的。另外，可以將某些步驟或功能添加到所公開的實施例中，或者改變兩個或更多個步驟的執行順序。所有這些變化都被認為包含在本文公開和要求保護的公開內容中。

儘管上面的詳細描述已經示出、描述和指出應用於各種實施例的天線裝置的新穎特徵，但應當理解的是，本領域技術人員可以做出所示的各種省略、替代及形式變化和裝置及過程的細節而不脫離天線裝置的基本原理。前面的描述是目前實現本揭露的最佳模式。該描述絕不意味著限制，而是應當被視為對本揭露的一般原理的說明。本揭露的範圍應該參考請求項以確定。

10‧‧‧組件

11‧‧‧邊框

12‧‧‧印刷電路板

13‧‧‧元件

14‧‧‧引腳

14'‧‧‧第二接合點

15‧‧‧引腳

15'‧‧‧第二接合點

16‧‧‧電子開關

17‧‧‧引腳

17'‧‧‧第二接合點

20‧‧‧組件

21‧‧‧邊框

22‧‧‧PCB

23a‧‧‧饋電元件

23b‧‧‧饋電引腳

24a‧‧‧引腳

24a'‧‧‧連接構件

24b‧‧‧引腳

24b'‧‧‧連接構件

24c‧‧‧引腳

24c'‧‧‧連接構件

30‧‧‧圓形PCB

31‧‧‧處理器

32‧‧‧銅佈線

33‧‧‧銅邊緣

34a‧‧‧接合點

34b‧‧‧接合點

34c‧‧‧接合點

35a‧‧‧連接件

35b‧‧‧連接件

35c‧‧‧連接件

40‧‧‧電子手錶式裝置

41‧‧‧金屬邊框

S‧‧‧弧長

S'‧‧‧扇區

50‧‧‧組件

51‧‧‧邊框環

52‧‧‧第一半圓形PCB板

53‧‧‧第二半圓形PCB板

54‧‧‧銅邊緣

55‧‧‧金屬板邊緣

56‧‧‧構件

57‧‧‧構件

58‧‧‧饋電引腳

60‧‧‧組件

61‧‧‧邊框

62‧‧‧PCB

63‧‧‧PCB

64‧‧‧銅邊緣

65‧‧‧金屬板邊緣

66‧‧‧構件

67‧‧‧構件

68‧‧‧饋電引腳

A‧‧‧路線

B‧‧‧路線

C‧‧‧路線

90‧‧‧腕部

91‧‧‧手錶式GPS裝置

92‧‧‧輻射圖案

92a‧‧‧峰值

93‧‧‧輻射圖案

93a‧‧‧峰值

1000‧‧‧組件

1001‧‧‧邊框環

1002‧‧‧半圓形PCB板

1003‧‧‧第二半圓形PCB板

1004‧‧‧銅邊緣

1005‧‧‧金屬片邊緣

1005a‧‧‧上邊緣

1006‧‧‧端件

1007‧‧‧端件

1008‧‧‧類引腳饋電元件

1110‧‧‧組件

1111‧‧‧邊框

1112‧‧‧第一PCB板

1113‧‧‧局部蓋

1114‧‧‧銅邊緣

1115‧‧‧金屬片邊緣

1116‧‧‧端部構件

1117‧‧‧端部構件

1118‧‧‧饋電元件

100‧‧‧耦合天線裝置

102‧‧‧外側元件

104‧‧‧中間輻射元件

104(a)‧‧‧部分

104(b)‧‧‧部分

110‧‧‧短路點

110a‧‧‧第二位置

114‧‧‧第二位置

116a‧‧‧第二位置

120‧‧‧間隙

122‧‧‧間隙

124‧‧‧間隙

200‧‧‧耦合天線裝置

202‧‧‧外環輻射元件

203‧‧‧前蓋

204‧‧‧中間環輻射元件

204(a)‧‧‧部分

204(b)‧‧‧部分

206‧‧‧內側跡線元件

210‧‧‧短路點

210'‧‧‧點

214‧‧‧電饋電點

214'‧‧‧點

216‧‧‧短路點

216'‧‧‧點

218‧‧‧LDS聚合物饋電框架

219‧‧‧印刷電路板

220‧‧‧後蓋

222‧‧‧距離

透過下面結合圖式給出的詳細描述，本公開的特徵、目的和優點將變得更加明顯，其中：

圖1示出根據本發明的一些實施例，在槽孔模式操作時，天線的示例性組件；

圖2示出根據本發明的一些實施例，用於以槽孔模式操作的天線的示例性組件；

圖3示出一種可以與本發明的至少一些實施例一起使用的圓形PCB；

圖4示出根據本發明的至少一些實施例的電子手錶式裝置模式。

圖5示出根據本發明的至少一些實施例，用於以槽孔模式操作的天線的組件；

圖6示出根據本發明的至少一些實施例，用於以槽孔模式操作的天線的組件；

圖7示出現有技術GPS天線的精度；

圖8示出根據本發明的至少一些實施例，本發明的槽孔模式GPS天線的相應精度；

圖9A和9B示出根據本發明的至少一些實施例，現有技術和本發明天線的RHCP輻射圖；

圖10示出根據本發明的一些實施例，用於以槽孔模式操作的天線的組件；

圖11示出根據本發明的一些實施例，用於以槽孔模式操作的天線的組件；

圖12說明根據本發明的一些實施例，詳細天線組件的示意圖；

圖13A示出根據本發明的一些實施例，無線電裝置的耦合天線設備的下側的透視圖；

圖13B示出根據本發明的一些實施例，圖13A的耦合天線設備的透視圖；

圖13C示出根據本發明的一些實施例，示出圖13A和13B耦合天線設備的分解圖，詳細說明耦合天線設備的各種組件。

Claims

一種天線組件，其中，該組件包括電子裝置的至少一電路板、設置在離該至少一電路板一距離的一導電體、和一該天線的元件，該天線的元件包括用於至少一連接構件的複數個接合點，且該至少一連接構件一次僅耦接到該複數個接合點中的一個。
根據請求項1所述的組件，其中，該組件包括至少兩個連接構件，且該天線的該元件包括用於該至少兩個連接構件中的每一個的複數個接合點。
根據請求項1或2所述的組件，其中，該天線在槽孔模式下操作且該天線的該元件是該至少一電路板，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該至少一電路板可連接到該導電體。
根據前述請求項中任一項所述的組件，其中，該天線以槽孔模式操作，且該天線的該元件是該導電體，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該導電體可連接到該至少一個電路板。
根據前述請求項中任一項所述的組件，其中，該組件還包括沿著該至少一電路板的周緣的至少一部分設置的至少一個導電邊緣結構，且該天線的該元件是該至少一導電邊緣，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該至少一電路板可連接到該導電體。
根據請求項2至5中任一項所述的組件，其中，在該至少兩連接構件的該接合點之間設置至少一個饋電元件，用於在至少一槽孔模式天線和該電路板之間耦合電磁信號。
根據前述請求項中任一項所述的組件，其中，該天線的該元件是一塑料部件，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該導電體可連接至該至少一電路板或至少一導電邊緣。
根據請求項2至7中任一項所述的組件，其中，該連接構件包括接合點，用於將該導電體接地至該電路板及/或供應作為接地引腳和定義槽孔天線端部的槽孔定義構件的接地平面。
根據請求項1所述的組件，其中，該組件還包括至少一導電材料的至少一細長條帶，且該天線的該元件是該至少一電路板，包括該複數個接合點，在該複數個接合點處該至少一個細長條帶可連接到該至少一電路板。
根據請求項9所述的組件，其中，該連接構件包括與中間輻射元件相關聯的短路點、與內側饋電元件相關聯的電饋電點及/或與該內側饋電元件相關聯的接地點。
根據前述請求項中任一項所述的組件，其中，該導電體為邊框，該邊框是包圍手錶式裝置的該殼體的一部分。
根據前述請求項中任一項所述的組件，其中，該導電體具有環形、橢圓形、矩形、正方形或任何其他多邊形的形狀。
根據前述請求項中任一項所述的組件，其中，該組件適於接收GNSS(Global Navigation Satellite System, 全球導航衛星系統)、Wi-Fi或藍牙信號。
根據請求項13所述的組件，其中，該GNSS信號選自GPS、Glonass、伽利略(Galileo)及/或北斗(Beidou)信號。
一種電子手錶式裝置，包括根據請求項1至14中任一項所述的該組件。