TW202240973A - 天線模組及電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種天線模組包括第一、第二、第三輻射體及接地輻射體。第一輻射體包括相連的第一段部及第二段部。第二輻射體連接於第一輻射體，且包括相連的第三段部及第四段部。第四段部包括一饋入端。第三輻射體連接於第二輻射體的第三段部。接地輻射體連接於第三輻射體。第一輻射體、第二輻射體、第三輻射體及接地輻射體依序彎折地連接而呈現階梯狀，第一輻射體的第一段部與第二輻射體的第四段部共同耦合出低頻頻段，第一輻射體的第二段部、第二輻射體、第三輻射體與接地輻射體共同耦合出高頻頻段。

Description

天線模組及電子裝置
本揭示是有關於一種天線模組及電子裝置，且特別是有關於一種立體天線模組及電子裝置。
目前，電子裝置朝向輕薄化發展，設置於電子裝置內的天線結構的空間受到限制，要如何能夠在有限空間下還能耦合出需要的頻段是本領域研究的方向。
本揭示提供一種天線模組，其具有特殊的形狀，而可在有限空間下還能耦合出所需的頻段。
本揭示的一種天線模組，包括一第一輻射體、一第二輻射體、一第三輻射體及一接地輻射體。第一輻射體包括相連的一第一段部及一第二段部。第二輻射體連接於第一輻射體，第二輻射體包括相連的一第三段部及一第四段部，其中第四段部包括一饋入端。第三輻射體連接於第二輻射體的第三段部。接地輻射體連接於第三輻射體，其中第一輻射體、第二輻射體、第三輻射體及接地輻射體依序彎折地連接而呈現階梯狀，第一輻射體的第一段部與第二輻射體的第四段部共同耦合出一低頻頻段，第一輻射體的第二段部、第二輻射體、第三輻射體與接地輻射體共同耦合出一高頻頻段。
本揭示的一種電子裝置，包括一絕緣件、天線模組及一金屬背蓋。絕緣件具有階梯狀的一輪廓。天線模組沿著絕緣件的輪廓貼合地設置於絕緣件上。絕緣件與天線模組配置於金屬背蓋內。
基於上述，藉由第一輻射體、第二輻射體、第三輻射體及接地輻射體依序彎折地連接而呈現階梯狀，本揭示的天線模組可降低長寬的尺寸，而可適用於空間有限的環境中。此外，本揭示的天線模組的第一輻射體的第一段部與第二輻射體的第四段部共同耦合出低頻頻段，第一輻射體的第二段部與第二輻射體的第四段部以及第二輻射體、第三輻射體及接地輻射體共同耦合出高頻頻段，而可在有限空間下能達到所需的頻段。
圖1是依照本揭示的一實施例的一種天線模組的示意圖。請參閱圖1，在本實施例中，天線模組100為平面倒F型(Planar inverted-F antenna，PIFA)架構的天線。天線模組100包括一第一輻射體110、一第二輻射體120、一第三輻射體130及一接地輻射體140。第一輻射體110、第二輻射體120、第三輻射體130及接地輻射體140依序彎折地連接而呈現階梯狀。
第一輻射體110包括相連的一第一段部112及一第二段部114。在本實施例中，第一段部112與第二段部114共平面，第一段部112往圖1的左上方延伸，第二段部114往圖1的右下方延伸。
第二輻射體120彎折地連接於第一輻射體110的第一段部112與第二段部114之間(位置A2)。於本實施例中，第二輻射體120垂直連接於第一輻射體110的第一段部112與第二段部114之間(位置A2)。第二輻射體120包括一第三段部122及一第四段部124。在本實施例中，第三段部122與第四段部124共平面，第三段部122往圖1的左上方水平地延伸，第四段部124往圖1的右下方水平地延伸。第四段部124包括一饋入端(位置A1)。在本實施例中，饋入端(位置A1)電性連接至一同軸傳輸線165的訊號正端。
第三輻射體130彎折地，例如垂直地，連接於第二輻射體120的第三段部122。接地輻射體140彎折地，例如垂直地，連接於第三輻射體130，接地端(位置G1)電性連接至同軸傳輸線的訊號負端。
在本實施例中，天線模組100例如是以鐵件一體成型製成，但不以此為限制，在其他實施例中，天線模組100也可以是形成在柔性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)上或是以雷射雕刻(Laser Direct Structuring，LDS)製作在殼體上。
由圖1可見，在本實施例中，第一輻射體110的長度L1約為27公厘。寬度L2約為1.9公厘。第一輻射體110與接地輻射體140之間的距離L3約為3公厘。第二輻射體120與接地輻射體140之間的距離L4約為1.1公厘。接地輻射體140的尺寸L5約為5公厘。當然，上述尺寸不以此為限制。
值得一提的是，在本實施例中，天線模組100製作時例如是將長、寬、厚約為27公厘、6公厘、0.3公厘的鐵件(第一輻射體110、第二輻射體120及第三輻射體130)結合長、寬、厚約為8.5公厘、5公厘、0.3公厘的鐵件(接地輻射體140)，並彎摺成立體階梯的形狀，而可設置在長寬高分別為27公厘、3公厘、4.95公厘的空間內，由於階梯狀的天線模組100在寬度上的尺寸縮小，可設置在窄邊框的平板裝置內。當然，天線模組100應用的裝置種類不以此為限制。
此外，在本實施例中，第一輻射體110的第一段部112與第二輻射體120的第四段部124(由位置A1~A3所形成的路徑)共同耦合出一低頻頻段。低頻頻段例如是2400MHz至2484MHz(例如WiFi 2.4GHz)，但不以此為限制。在本實施例中，第一輻射體110的第一段部112與第二輻射體120的第四段部124(由位置A1~A3所形成的路徑)的長度為低頻頻段的1/4倍波長。
第一輻射體110的第二段部114與第二輻射體120的第四段部124(由位置A1、A2、A3所形成的路徑)以及第二輻射體120、第三輻射體130與接地輻射體140(由位置A1、B1、B2、G3、G2、G1所形成的路徑)共同耦合出一高頻頻段。高頻頻段例如是5150MHz至5850MHz(例如WiFi 5GHz)，但不以此為限制。在本實施例中，第一輻射體110的第二段部114與第二輻射體120的第四段部124的長度為高頻頻段的1/4倍波長，且第二輻射體120、第三輻射體130與接地輻射體140(由位置A1、B1、B2、G3、G2、G1所形成的路徑)的長度為高頻頻段的1/4倍至1/2倍波長。因此，天線模組100可在有限空間下能達到所需的頻段。
圖2是依照本揭示的一實施例的一種電子裝置的示意圖。請參閱圖2，在本實施例中，電子裝置10例如是一窄邊框的平板電腦，但不以此為限制。電子裝置10包括兩個圖1的天線模組100，而具有多天線的架構。兩天線模組100位於顯示面板40外緣的一邊框區12。兩天線模組100之間的距離L8介於60公厘至80公厘之間，約為70公厘。
圖3是圖2的電子裝置的兩天線模組設置在絕緣件上的俯視示意圖。請參閱圖3，在本實施例中，兩天線模組100設置在絕緣件20上。兩天線模組100由於是相同的形狀，可共用同一套模具，達到天線共用、節省成本的目標。兩天線模組100分別焊接50公厘和150公厘的兩同軸傳輸線165，透過兩同軸傳輸線165連接到主機板(未繪示)的模組卡(未繪示)上。
圖4是圖3的局部立體示意圖。請參閱圖4，在本實施例中，絕緣件20具有階梯狀的一輪廓。天線模組100沿著絕緣件20的輪廓貼合地設置於絕緣件20上。在本實施例中，第二輻射體120包括一定位孔126，位於第三段部122與第四段部124之間。定位孔126可用來供例如是栓柱22等結構穿設而定位，以便將天線模組100固定於絕緣件20上。此外，天線模組100可以用熱融的方式固定於塑膠的絕緣件20上，而有良好穩定的無線效能。
請參閱圖5，圖5是沿著圖2的A-A’線段的剖面示意圖。在本實施例中，電子裝置10包括一絕緣件20、天線模組100、一金屬背蓋30、一顯示面板40及一前邊框60。
前邊框60配置於顯示面板40旁。在本實施例中，前邊框60的寬度L9約為7.5公厘。金屬背蓋30配置於顯示面板40與前邊框60的下方。顯示面板40相對於金屬背蓋30設置天線模組100與絕緣件20位於顯示面板40外緣的邊框區12，且設置於前邊框60與金屬背蓋30之間。
值得一提的是，由圖5可見，在本實施例中，天線模組100的第一輻射體110垂直於顯示面板40。由於平板裝置的側邊需要進行電磁波能量比率(Specific Absorption Rate，簡稱SAR)測試，若天線模組100是平面的形式，其輻射場型會朝向圖5所標示的Z方向(向右)，則較難達到測試標準。平面形式的天線若要符合SAR標準，往往需要降低天線發射功率。
在本實施例中，天線模組100呈階梯狀且天線模組100的第一輻射體110垂直於顯示面板40，這樣的設計可使輻射場型朝向圖5所標示的Y方向(向上)。如此一來，設計者不需降低天線發射功率，電子裝置10在圖5的右側處的SAR值便可符合標準，而具有較佳的效能。
另外，在本實施例中，天線模組100的第一輻射體110垂直地遠離金屬背蓋30的設計可使天線在Y方向的輻射能量擁有全向性輻射的特性。
值得一提的是，請搭配圖1與圖5，在本實施例中，天線模組100還包括一風口150，風口150形成在第二輻射體120與接地輻射體140之間，且位於第三輻射體130旁。接地輻射體140包括連接第三輻射體130的一第一邊緣142、鄰近於第一邊緣142的一第二邊緣146及從第一邊緣142往內凹陷的一凹口144，其中凹口144連通風口150。凹口144的長寬例如均是2公厘，但不以此為限制。風口150與凹口144用來使氣流通過，以提升散熱性。
如圖5所示，在本實施例中，金屬背蓋30包括對應且連通於風口150的一開口32。一氣流(如圖4與圖5的箭頭)適於通過金屬背蓋30的開口32與天線模組100的風口150、凹口144而流入或流出於金屬背蓋30，而達到散熱的效果。
再者，請回到圖1，在本實施例中，天線模組100更包括一第一導通件160，搭接於接地輻射體140且往遠離第三輻射體130的方向延伸至一系統接地面50。系統接地面50例如是主機板的裸銅區，但不以此為限制。第一導通件160在接地輻射體上方的部位的尺寸L6約為8.5公厘，第一導通件160在接地輻射體以外的部位的尺寸L7約為3公厘。第一導通件160例如是鋁箔或銅箔，但不以此為限制。
天線模組100更包括一第二導通件162。接地輻射體140包括相鄰於第一邊緣142的一第二邊緣146，第二邊緣146靠近饋入端(位置A1)。第二導通件162搭接接地輻射體140的第二邊緣146以接地，詳細來說，第二導通件162搭接於接地輻射體140的第二邊緣146且延伸至金屬背蓋30(標示於圖5)。這樣的設計可提升天線模組100在WiFi 2.4GHz和WiFi 5GHz的天線效能。第二導通件162例如是導電泡棉，但不以此為限制。
在本實施例中，第一導通件160及第二導通件162構成兩電感式接地，增加天線接地的面積，使系統接地完整，可有效改善無線傳輸的系統的穩定度及無線傳輸效能。
圖6是圖3的兩天線模組的頻率-返回損失的關係圖。請參閱圖6，在本實施例中，兩天線模組100的返回損失均可在-6dB(VSWR=3)以下，而具有良好的表現。
圖7是圖3的兩天線模組的頻率-隔離度的關係圖。請參閱圖3與圖7，在本實施例中，圖3的兩天線模組100之間的距離L8約為70公厘，隔離度可小於-15dB，甚至可接近-20dB，擁有不錯的隔離度表現。
圖8是圖1的電子裝置上的兩天線模組的頻率-天線效率的關係圖。請參閱圖8，兩天線模組100的天線效率，無論在低頻WiFi 2.4GHz和高頻WiFi 5GHz的天線效率都可在-4.5dBi以上，而具有良好的表現。
請回到圖2，在本實施例中，電子裝置10除了兩個圖1的天線模組100之外，還可設置兩平面天線70，而共同構成4x4 MIMO多天線技術的應用。兩平面天線70位於兩天線模組100的兩側，且平面天線70與天線模組100之間的距離L10為20公厘。平面天線70可印刷在電路板上且攤平地設置在邊框區12。當然，在其他實施例中，兩平面天線70也可被省略，或者，兩平面天線70可被另外兩個天線模組100取代。
圖9與圖10分別是圖1的電子裝置的天線模組與平面天線在X-Y平面上低頻與高頻下的場型圖。請先參閱圖9，在低頻下(頻率點在WiFi 2.4GHz處)，天線模組100在+Y方向具有更佳的輻射場型。請參閱圖10，在高頻下(頻率點在WiFi 5GHz處)，天線模組100在+X和-X方向具有更佳的輻射場型。
綜上所述，本揭示的天線模組的第二輻射體彎折地連接於第一輻射體在第一段部與第二段部之間的部位，第二輻射體的第四段部包括饋入端。第三輻射體彎折地連接於第二輻射體的第三段部，接地輻射體彎折地連接於第三輻射體。第一輻射體、第二輻射體、第三輻射體及接地輻射體依序彎折地連接而呈現階梯狀。藉由上述設計，本揭示的天線模組可降低長寬的尺寸，而可適用於空間有限的環境中。此外，第一輻射體的第一段部與第二輻射體的第四段部共同耦合出低頻頻段，第一輻射體的第二段部與第二輻射體的第四段部以及第二輻射體、第三輻射體及接地輻射體共同耦合出高頻頻段，而可在有限空間下能達到所需的頻段。
A1~A4、B1、B2、G1~G3:位置 L1:長度 L2、L9:寬度 L5、L6、L7:尺寸 L3、L4、L8、L10:距離 X、Y、Z:座標 10:電子裝置 12:邊框區 20:絕緣件 22:栓柱 30:金屬背蓋 32:開口 40:顯示面板 50:系統接地面 60:前邊框 70:平面天線 100:天線模組 110:第一輻射體 112:第一段部 114:第二段部 120:第二輻射體 122:第三段部 124:第四段部 126:定位孔 130:第三輻射體 140:接地輻射體 142:第一邊緣 144:凹口 146:第二邊緣 150:風口 160:第一導通件 162:第二導通件 165:同軸傳輸線
圖1是依照本揭示的一實施例的一種天線模組的示意圖。 圖2是依照本揭示的一實施例的一種電子裝置的示意圖。 圖3是圖2的電子裝置的兩天線模組設置在絕緣件上的俯視示意圖。 圖4是圖3的局部立體示意圖。 圖5是沿著圖2的A-A’線段的剖面示意圖。 圖6是圖3的兩天線模組的頻率-返回損失的關係圖。 圖7是圖3的兩天線模組的頻率-隔離度的關係圖。 圖8是圖1的電子裝置上的兩天線模組的頻率-天線效率的關係圖。 圖9與圖10分別是圖1的電子裝置的天線模組與平面天線在X-Y平面上低頻與高頻下的場型圖。
A1~A4、B1、B2、G1~G3:位置
L1:長度
L2:寬度
L5、L6、L7:尺寸
L3、L4:距離
X、Y、Z:座標
50:系統接地面
100:天線模組
110:第一輻射體
112:第一段部
114:第二段部
120:第二輻射體
122:第三段部
124:第四段部
126:定位孔
130:第三輻射體
140:接地輻射體
142:第一邊緣
144:凹口
146:第二邊緣
150:風口
160:第一導通件
162:第二導通件
165:同軸傳輸線

Claims (10)

  1. 一種天線模組，包括： 一第一輻射體，包括相連的一第一段部及一第二段部； 一第二輻射體，連接於該第一輻射體，該第二輻射體包括相連的一第三段部及一第四段部，且該第四段部包括一饋入端； 一第三輻射體，連接於該第二輻射體的該第三段部；以及 一接地輻射體，連接於該第三輻射體，其中該第一輻射體、該第二輻射體、該第三輻射體及該接地輻射體依序彎折地連接而呈現階梯狀，該第一輻射體的該第一段部與該第二輻射體的該第四段部共同耦合出一低頻頻段，該第一輻射體的該第二段部、該第二輻射體、該第三輻射體與該接地輻射體共同耦合出一高頻頻段。
  2. 如請求項1所述的天線模組，其中該第一輻射體的該第一段部與該第二輻射體的該第四段部的長度為該低頻頻段的1/4倍波長。
  3. 如請求項1所述的天線模組，其中該第一輻射體的該第二段部與該第二輻射體的該第四段部的長度為該高頻頻段的1/4倍波長。
  4. 如請求項1所述的天線模組，其中該第二輻射體、 該第三輻射體與該接地輻射體的長度為該高頻頻段的1/4倍至1/2倍波長。
  5. 如請求項1所述的天線模組，其中該天線模組包括一風口，該風口形成在該第二輻射體與該接地輻射體之間，且位於該第三輻射體旁。
  6. 如請求項5所述的天線模組，其中該接地輻射體包括連接該第三輻射體的一第一邊緣及從該第一邊緣往內凹陷的一凹口，該凹口連通該風口。
  7. 如請求項1所述的天線模組，更包括： 一第一導通件，搭接於該接地輻射體且往遠離該第三輻射體的方向延伸至一系統接地面。
  8. 如請求項1所述的天線模組，其中該接地輻射體包括連接該第三輻射體的一第一邊緣及相鄰於該第一邊緣的一第二邊緣，該第二邊緣與該饋入端位於相同側，該天線模組更包括： 一第二導通件，搭接該接地輻射體的該第二邊緣以接地。
  9. 一種電子裝置，包括： 一絕緣件，具有階梯狀的一輪廓； 一如請求項1至8中任一項所述的天線模組，沿著該絕緣件的該輪廓貼合地設置於該絕緣件上；以及 一金屬背蓋，該絕緣件與該天線模組配置於該金屬背蓋內。
  10. 如請求項9所述的電子裝置，更包括： 一顯示面板，相對於該金屬背蓋設置，該絕緣件與該天線模組位於該顯示面板外緣的一邊框區，且該天線模組的該第一輻射體垂直於該顯示面板。
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