TW202025555A - 多天線系統及其電子裝置 - Google Patents
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Abstract
本案提供一種多天線系統及其電子裝置，所述多天線系統包含導電面、主天線單元、第一副天線單元、第二副天線單元、切換電路及無線通訊模組。導電面具有相互鄰接之四側邊。主天線單元設置於四側邊中之任一側邊。第一副天線單元設置於四側邊中之任一邊，且與主天線單元相隔一間距，該間距大於多天線系統之低頻操作頻率之0.5倍波長距離。第二副天線單元設置於導電面之四側邊中未設置主天線單元之任一邊。切換電路設置於導電面且選擇性地電性連接第一副天線單元或第二副天線單元。無線通訊模組設置於導電面且電性連接切換電路與主天線單元。
Description
本案是關於一種多天線系統及其電子裝置。
應用在筆記型電腦、平板電腦或是手機等行動裝置，多為內藏式天線，並且在裝置內部空間中，皆需要預留特定的天線空間。然而，隨著行動裝置的輕、薄及易方便攜帶等特性需求，同時為講求產品在工業設計上的美觀與質感，其外觀設計經常會使用金屬或具導電能力之材質，常因空間或者是淨空區不足而導致天線的輻射特性明顯下降，足夠之淨空區又造成裝置的厚度增加，天線設計將隨著前述需求而面臨嚴苛環境的挑戰。
本案提供一種多天線系統，包含導電面、主天線單元、第一副天線單元、第二副天線單元、切換電路及無線通訊模組。導電面具有相互鄰接之四側邊。主天線單元設置於四側邊中之任一側邊。第一副天線單元設置於四側邊中之任一側邊，且第一副天線單元與主天線單元相隔一間距，前述間距大於低頻操作頻率之0.5倍波長距離。第二副天線單元設置於導電面之四側邊中未設置主天線單元之任一側邊。切換電路設置於導電面且選擇性地電性連接第一副天線單元或第二副天線單元。無線通訊模組設置於導電面且電性連接切換電路與主天線單元。其中，當切換電路電性連接第一副天線單元時，主天線單元與第一副天線單元構成一第一天線組合；當切換電路電性連接第二副天線單元時，主天線單元與第二副天線單元構成一第二天線組合；以及當一射頻訊號饋入第二天線組合時，第二副天線單元產生的輻射場型極化方向正交於主天線單元產生的輻射場型極化方向。
本案另提供一種電子裝置，包含系統機體、導電面、主天線單元、第一副天線單元、第二副天線單元、切換電路及無線通訊模組。導電面設置於系統機體中並具有相互鄰接之四側邊。主天線單元設置於四側邊中之任一側邊。第一副天線單元設置於四側邊中之任一側邊，且第一副天線單元與主天線單元相隔一間距，前述間距大於低頻操作頻率之0.5倍波長距離。第二副天線單元設置於導電面之四側邊中未設置主天線單元之任一側邊。切換電路設置於導電面且選擇性地電性連接第一副天線單元或第二副天線單元。無線通訊模組設置於導電面且電性連接切換電路與主天線單元。其中，當切換電路電性連接第一副天線單元時，主天線單元與第一副天線單元構成一第一天線組合；當切換電路電性連接第二副天線單元時，主天線單元與第二副天線單元構成一第二天線組合；以及當一射頻訊號饋入第二天線組合時，第二副天線單元產生的輻射場型極化方向正交於主天線單元產生的輻射場型極化方向。
請參照圖1，圖1揭示具有高頻操作頻率及低頻操作頻率之一多天線系統1。多天線系統1包含導電面11以及設置於導電面11之主天線單元12、第一副天線單元13、第二副天線單元14、切換電路27及無線通訊模組26。其中，主天線單元12連接無線通訊模組26，無線通訊模組26連接切換電路27，切換電路27連接第一副天線單元13及第二副天線單元14。切換電路27係選擇性地電性連接第一副天線單元13或第二副天線單元14。當切換電路27電性連接第一副天線單元13時，藉由切換電路27與無線通訊模組26之電性連接，主天線單元12與第一副天線單元13構成第一天線組合。當切換電路27電性連接第二副天線單元14時，藉由切換電路27與無線通訊模組26之電性連接，主天線單元12與第二副天線單元14構成第二天線組合。請參照圖2，圖2示例出圖1之多天線系統1之一實施態樣之功能示意圖（圖2僅係用以示意，並未繪製出導電面11），如前所述，無線通訊模組26電性連接於主天線單元12與切換電路27，因此當切換電路27電性連接第一副天線單元13時，則多天線系統1係藉由主天線單元12與第一副天線單元13構成的第一天線組合來收發無線訊號，當切換電路27電性連接第二副天線單元14時，多天線系統1係藉由主天線單元12與第二副天線單元14構成的第二天線組合來收發無線訊號。
在一實施例中，導電面11為電子裝置的金屬機殼接地部或電子裝置的塑膠機殼內部的金屬濺鍍部，但不限於此。
請接著合併參照圖1及圖3至圖9。其中，圖3至圖9僅用以示意主天線單元12、第一副天線單元13及第二副天線單元14於導電面11上之佈局而省略導電面11上之無線通訊模組26以及切換電路27。如圖1及圖3至圖9所示，導電面11具有相互鄰接之四側邊（為方便描述，以下分別稱為第一側邊111、第二側邊112、第三側邊113及第四側邊114）。主天線單元12能任意設置在前述之四側邊111、112、113、114中之任一側邊。舉例來說，如圖1、3、6、7、8、9所示，主天線單元12係沿著第一側邊111延伸而設置在第一側邊111，如圖4、5所示，主天線單元12係沿著第二側邊112延伸而設置在第二側邊112。在其他的實施例中，主天線單元12亦能沿著第三側邊113或第四側邊114延伸而設置在第三側邊113或第四側邊114，不以圖1及圖3至圖9之示例為限。
第一副天線單元13亦能任意設置在前述之四側邊111、112、113、114中之任一側邊。舉例來說，如圖7所示，第一副天線單元13係沿著第一側邊111延伸而設置在第一側邊111，如圖4、5、8所示，第一副天線單元13係沿著第二側邊112延伸而設置在第二側邊112，如圖1、3、6、9所示，第一副天線單元13係沿著第三側邊113延伸而設置在第三側邊113。在其他的實施例中，第一副天線單元13亦能沿著第四側邊114延伸而設置在第四側邊114。進一步，第一副天線單元13與主天線單元12之間相隔有一間距D1，為使多天線系統1能有空間分集（spatial diversity）之特性，間距D1至少需大於低頻操作頻率之0.5倍波長距離。在一實施例中，間距D1之測量係自主天線單元12於結構上之中心至第一副天線單元13於結構上之中心。
第二副天線單元14係設置在四側邊111、112、113、114中未設置主天線單元12之任一側邊。在一些實施例中，當主天線單元12設置在第一側邊111時，第二副天線單元14能設置在第二側邊112、第三側邊113或第四側邊114；當主天線單元12設置在第二側邊112時，第二副天線單元14能設置在第一側邊111、第三側邊113或第四側邊114。當主天線單元12設置在第三側邊113時，第二副天線單元14能設置在第一側邊111、第二側邊112或第四側邊114。當主天線單元12設置在第四側邊114時，第二副天線單元14能設置在第一側邊111、第二側邊112或第三側邊113。如圖1、3、7、8所示，第二副天線單元14係沿著未設置主天線單元12之第二側邊112延伸而設置第二側邊112。如圖4所示，第二副天線單元14係沿著未設置主天線單元12之第一側邊111延伸而設置在第一側邊111。如圖5、9所示，第二副天線單元14係沿著未設置主天線單元12之第三側邊113延伸而設置在第三側邊113。如圖6所示，第二副天線單元14係沿著未設置主天線單元12之第四側邊114延伸而設置在第四側邊114。而為使多天線系統1有極化分集之特性（polarization diversity），當射頻訊號饋入前述之第二天線組合時，第二副天線單元14產生的輻射場型極化方向需正交於主天線單元12產生的輻射場型極化方向。
基此，切換電路27能透過二選一的切換方式選擇第一副天線單元13或第二副天線單元14，且應用多天線系統1之一電子裝置所包含之處理器透過軟體演算法來即時判斷接收資料之吞吐量並控制切換電路27來選擇第一副天線單元13或第二副天線單元14與主天線單元12組合，使無線通訊模組26能藉由主天線單元12及第一副天線單元13來收發無線訊號，或是無線通訊模組26能藉由主天線單元12及第二副天線單元14來收發無線訊號，進而組合出最佳的通訊覆蓋範圍，且不論是第一天線組合或第二天線組合，多天線系統1均具有雙頻之操作模式。於是，多天線系統1包含之天線單元之數量較少（僅有三個天線單元）而佔據較少的空間，多天線系統1能應用在現今具輕、薄及窄邊框需求之筆記型電腦且能提升無線訊號之收發效率。
在一實施例中，主天線單元12、第一副天線單元13及第二副天線單元14可分別為偶極（dipole）天線、槽孔（slot）天線、迴圈（loop）天線或平面倒F天線（planar inverted-F antenna；PIFA）。再者，主天線單元12、第一副天線單元13及第二副天線單元14可藉由印刷電路板（PCB）製程、軟性印刷電路板（FPCB）製程或雷雕直接成型（LDS）製程製成。進一步，前述之低頻操作頻率及高頻操作頻率可分別為涵蓋2.4 GHz以及5 GHz操作頻帶。
在一實施例中，請參照圖11及圖12，圖11為應用多天線系統1之一電子裝置2，且以電子裝置2為筆記型電腦為例。電子裝置2包含螢幕機體21、系統機體22。在一實施例中，螢幕機體21包含螢幕23且系統機體22包含鍵盤24與觸控板25等輸入裝置以及主機板28。天線系統1係位於系統機體22中。基此，設置於系統機體22之天線系統1不受具輕、薄及窄邊框需求之電子裝置2之限制，天線系統1能更佳地應用於現今具輕、薄及窄邊框需求之電子裝置2。
在一實施例中，電子裝置2之螢幕機體21及系統機體22之材質係為金屬，此時，系統機體22的上系統機殼221或下系統機殼222的至少其中之一可作為導電面11；在另一些實施例中，螢幕機體21及系統機體22之材質係為塑膠，此時，導電面11可為塑膠材質之系統機體22的上系統機殼221或下系統機殼222之金屬濺鍍部。在此實施例中，導電面11呈現一矩形，也就是導電面11的第一側邊111平行於第三側邊113，且第一側邊111垂直於第二側邊112及第四側邊114，第二側邊112平行於第四側邊114。
以下基於為矩形之導電面11更進一步說明各天線單元12、13、14於導電面11上之佈局（placement）。
如圖1及圖3所示，主天線單元12的長度方向係平行於第一側邊111，第一副天線單元13的長度方向係平行於第三側邊113，而第二副天線單元14的長度方向係平行於第二側邊112。基此，根據為矩形之導電面11，第一副天線單元13的長度方向係平行於主天線單元12的長度方向，第二副天線單元14的長度方向係垂直於主天線單元12的長度方向且垂直於第一副天線單元13的長度方向。
如圖4所示，主天線單元12的長度方向及第一副天線單元13的長度方向係平行於第二側邊112，第二副天線單元14的長度方向係平行於第一側邊111。基此，根據為矩形之導電面11，第一副天線單元13的長度方向係平行於主天線單元12的長度方向，第二副天線單元14的長度方向係垂直於主天線單元12的長度方向且垂直於第一副天線單元13的長度方向。
如圖5所示，主天線單元12的長度方向及第一副天線單元13的長度方向係平行於第二側邊112，第二副天線單元14的長度方向係平行於第三側邊113。根據為矩形之導電面11，第一副天線單元13的長度方向係平行於主天線單元12的長度方向，第二副天線單元14的長度方向係垂直於主天線單元12的長度方向且垂直於第一副天線單元13的長度方向。
如圖6所示，主天線單元12的長度方向係平行於第一側邊111，第一副天線單元13的長度方向係平行於第三側邊113，第二副天線單元14的長度方向係平行於第四側邊114。基此，根據為矩形之導電面11，第一副天線單元13的長度方向係平行於主天線單元12的長度方向，第二副天線單元14的長度方向係垂直於主天線單元12的長度方向且垂直於第一副天線單元13的長度方向。
如圖7所示，主天線單元12的長度方向及第一副天線單元13的長度方向係平行於第一側邊111，第二副天線單元14的長度方向係平行於第二側邊112。基此，根據為矩形之導電面11，第一副天線單元13的長度方向係平行於主天線單元12的長度方向，第二副天線單元14的長度方向係垂直於主天線單元12的長度方向且垂直於第一副天線單元13的長度方向。
如圖8所示，主天線單元12的長度方向係平行於第一側邊111，第一副天線單元13的長度方向及第二副天線單元14的長度方向係平行於第二側邊112。基此，根據為矩形之導電面11，第一副天線單元13的長度方向及第二副天線單元14的長度方向係垂直於主天線單元12的長度方向。
於圖1及圖3至圖8所示例之第二副天線單元14及主天線單元12中，第二副天線單元14的長度方向係垂直於主天線單元12的長度方向，而在其他的實施例中，第二副天線單元14的長度方向係平行於主天線單元12的長度方向。如圖9所示，主天線單元12的長度方向平行於第一側邊111，第二副天線單元14的長度方向及第一副天線單元13的長度方向平行於第三側邊113，且基於為矩形之導電面11，第二副天線單元14的長度方向及第一副天線單元13的長度方向平行於主天線單元12的長度方向。例如，在圖9之示例中，主天線單元12及第二副天線單元14係分別為偶極天線及槽孔天線。其中，值得說明的是，雖然第二副天線單元14的長度方向平行於主天線單元12的長度方向，當主天線單元12組合第二副天線單元14且射頻訊號饋入主天線單元12及第二副天線單元14時，主天線單元12產生於Y軸方向上之極化方向，第二副天線單元14產生於X軸方向上之極化方向，也就是主天線單元12產生之輻射場型極化方向係正交於第二副天線單元14產生之輻射場型極化方向，主天線單元12與第二副天線單元14結合形成一輻射場型極化分極（polarization diversity）之天線設計。
在一實施例中，請參照圖10，圖10係為圖9所示例之多天線系統1之一實施態樣之側視圖。如圖10所示，系統機體22包含上系統機殼221及下系統機殼222，主天線單元12包含一訊號饋入部121及天線接地部122，訊號饋入部121沿著上系統機殼221的表面延伸，天線接地部122自上系統機殼221朝著下系統機殼222的方向延伸，而第二副天線單元14係沿著上系統機殼221的表面延伸，也就是於Z軸方向上第二副天線單元14係垂直於主天線單元12。再者，在圖10之示例中，主天線單元12及第二副天線單元14均為平面倒F天線，當第二副天線單元14組合於主天線單元12且射頻訊號饋入第二副天線單元14及主天線單元12時，主天線單元12產生於Z軸方向上之極化方向，第二副天線單元14產生於平行X軸與Y軸平面方向上之極化方向，主天線單元12產生之輻射場型極化方向亦正交於第二副天線單元14產生之輻射場型極化方向，如此，主天線單元12與第二副天線單元14結合形成一輻射場型極化分極（polarization diversity）之天線設計。
在一實施例中，多天線系統1係位於系統機體22中。請參照圖12，電子裝置2更包含容置在系統機體22中之主機板28，且主機板28設置在導電面11上。主機板28係用以設置無線通訊模組26以及切換電路27。基此，位於電子裝置2之系統端之多天線系統1更不受具輕、薄及窄邊框需求之電子裝置2之限制。
綜上所述，根據本案之多天線系統之一實施例，多天線系統所包含的天線數量較少而佔據較少空間，且主天線單元能選擇性地搭配第一副天線單元或第二副天線單元而組合出不同的輻射場型，進而提供最佳的通訊覆蓋範圍並能應用在現今具輕、薄及窄邊框需求之電子裝置中。
雖然本案已以實施例揭露如上然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本案之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。
1:多天線系統11:導電面111:第一側邊112:第二側邊113:第三側邊114:第四側邊12:主天線單元121:訊號饋入部122:天線接地部13:第一副天線單元14:第二副天線單元2:電子裝置21:螢幕機體22:系統機體221:上系統機殼222:下系統機殼23:螢幕24:鍵盤25:觸控板26:無線通訊模組27:切換電路28:主機板D1:間距
[圖1] 為根據本案之多天線系統之一實施例之俯視示意圖。 [圖2] 為圖1之多天線系統之一實施態樣之功能示意圖。 [圖3] 為根據本案之多天線系統之一實施例之俯視示意圖。 [圖4] 為根據本案之多天線系統之一實施例之俯視示意圖。 [圖5] 為根據本案之多天線系統之一實施例之俯視示意圖。 [圖6] 為根據本案之多天線系統之一實施例之俯視示意圖。 [圖7] 為根據本案之多天線系統之一實施例之俯視示意圖。 [圖8] 為根據本案之多天線系統之一實施例之俯視示意圖。 [圖9] 為根據本案之多天線系統之一實施例之俯視示意圖。 [圖10] 為圖9之多天線系統之一實施態樣之側視圖。 [圖11] 為應用本案之多天線系統之電子裝置之一實施例之示意圖。 [圖12] 為圖11之電子裝置之一實施態樣之示意圖。
1:多天線系統
11:導電面
111:第一側邊
112:第二側邊
113:第三側邊
114:第四側邊
12:主天線單元
13:第一副天線單元
14:第二副天線單元
26:無線通訊模組
27:切換電路
D1:間距
Claims (10)
- 一種多天線系統，具有一高頻操作頻率及一低頻操作頻率，該多天線系統包含： 一導電面，具有相互鄰接之四側邊； 一主天線單元，設置於該四側邊中之任一側邊； 一第一副天線單元，設置於該四側邊中之任一側邊，且該第一副天線單元與該主天線單元相隔一間距，該間距大於該低頻操作頻率之0.5倍波長距離； 一第二副天線單元，設置於該四側邊中未設置該主天線單元之任一側邊； 一切換電路，設置於該導電面，且選擇性地電性連接該第一副天線單元或該第二副天線單元；及 一無線通訊模組，設置於該導電面，且電性連接該切換電路與該主天線單元； 其中，當該切換電路電性連接該第一副天線單元時，該主天線單元與該第一副天線單元構成一第一天線組合；當該切換電路電性連接該第二副天線單元時，該主天線單元與該第二副天線單元構成一第二天線組合；以及當一射頻訊號饋入該第二天線組合時，該第二副天線單元產生的輻射場型極化方向正交於該主天線單元產生的輻射場型極化方向。
- 如請求項1所述之多天線系統，其中該四側邊分別為一第一側邊、一第二側邊、一第三側邊及一第四側邊，該主天線單元係設置於該第一側邊且該第二副天線單元係設置於該第二側邊、該第三側邊或該第四側邊，其中該主天線單元的長度方向係平行於該第一側邊，其中，當該第二副天線單元設置於該第二側邊，該第二副天線單元的長度方向係平行於該第二側邊，當該第二副天線單元設置於該第三側邊，該第二副天線單元的長度方向係平行於該第三側邊，當該第二副天線單元設置於該第四側邊，該第二副天線單元的長度方向係平行於該第四側邊。
- 如請求項2所述之多天線系統，其中，當該第一副天線單元設置於該第一側邊，該第一副天線單元的長度方向係平行於該第一側邊，當該第一副天線單元設置於該第二側邊，該第一副天線單元的長度方向係平行於該第二側邊，當該第一副天線單元設置於該第三側邊，該第一副天線單元的長度方向係平行於該第三側邊，當該第一副天線單元設置於該第四側邊，該第一副天線單元的長度方向係平行於該第四側邊。
- 如請求項3所述之多天線系統，其中該第一側邊平行於該第三側邊，且該第一側邊垂直於該第二側邊及該第四側邊，且該第二側邊平行於該第四側邊。
- 如請求項1所述之多天線系統，其中該第二副天線單元的長度方向垂直於該主天線單元的長度方向。
- 如請求項1所述之多天線系統，其中該第二副天線單元的長度方向平行於該主天線單元的長度方向。
- 如請求項6所述之多天線系統，其中該主天線單元及該第二副天線單元係分別為偶極天線及槽孔天線。
- 一種電子裝置，包含： 一系統機體； 一導電面，位於該系統機體並具有相互鄰接之四側邊； 一主天線單元，設置於該四側邊中之任一側邊； 一第一副天線單元，設置於該四側邊中之任一側邊，且該第一副天線單元與該主天線單元相隔一間距，該間距大於該低頻操作頻率之0.5倍波長距離； 一第二副天線單元，設置於該四側邊中未設置該主天線單元之任一側邊； 一切換電路，設置於該導電面，且選擇性地電性連接該第一副天線單元或該第二副天線單元；及 一無線通訊模組，設置於該導電面，且電性連接該切換電路與該主天線單元； 其中，當該切換電路電性連接該第一副天線單元時，該主天線單元與該第一副天線單元構成一第一天線組合；當該切換電路電性連接該第二副天線單元時，該主天線單元與該第二副天線單元構成一第二天線組合；以及當一射頻訊號饋入該第二天線組合時，該第二副天線單元產生的輻射場型極化方向正交於該主天線單元產生的輻射場型極化方向。
- 如請求項8所述之電子裝置，其中該第二副天線單元的長度方向垂直於該主天線單元的長度方向。
- 如請求項8所述之電子裝置，其中該第二副天線單元的長度方向平行於該主天線單元的長度方向。
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