TWI403021B - 載具和裝置 - Google Patents

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TWI403021B
TWI403021B TW097147205A TW97147205A TWI403021B TW I403021 B TWI403021 B TW I403021B TW 097147205 A TW097147205 A TW 097147205A TW 97147205 A TW97147205 A TW 97147205A TW I403021 B TWI403021 B TW I403021B
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Description

載具和裝置
本發明係關於一包括一天線場型之載具及一包括此一載具之裝置。
一天線係一轉換器，其經設計以傳輸及/或接收無線電、電視、微波、電話及雷達信號，亦即，一天線將一特定頻率之電流轉變為電磁波，反之亦然。實體上，一天線係一或多個電導體之一配置，其經配置以回應於一所施加之交流電壓及相關聯之交流電流而產生一輻射電磁場，或其可被置於一電磁場中以使得該場將在天線中感應一交流電流且在其端子之間感應一電壓。
諸如行動電話等可攜式無線通信電子裝置通常包含一天線，該天線藉由焊接或熔接連接至一印刷電路板上之導電迹線或觸點。此等電子裝置之製造商一直面臨的壓力係減小該等裝置之實體大小、重量及成本及改良其電效能。此低成本要求決定了電子裝置及其天線製造及裝配起來應簡單且廉價。
製造商所面對之又一挑戰係提供具有一緊湊、高增益、多頻帶天線之電子裝置，該多頻帶天線亦即一能夠使用不同無線通信標準(例如GPS、Rx分集、W-LAN、Wi-Fi、藍芽及具有一良好前後比之UWB)來同時傳輸及/或接收信號之天線。
將一天線(其通常以dB表示)之前後比定義為天線在一規定方向上之增益，與自該規定方向成180°角之方向上之增益相比，該規定方向通常係最大增益之方向。通常將前後比定義為離開使用者頭部之輻射比與朝向使用者頭部之輻射比之比較。可稱一朝向使用者頭部與離開使用者頭部輻射一樣多之天線(當一使用者在談話位置固持一含有該天線之手機時)為具有一0dB之前後比。可稱一離開使用者頭部比朝向使用者頭部輻射多1dB之天線為具有一1dB之前後比。此比率越大，一含有該天線之行動電話之談話效能便越好。
已發現，當諸多習用天線被置於地面上方之一條形行動電話底部時，其具有一約為0dB之前後比。亦已熟知，可使用地面上方之一平面倒F型天線(PIFA)來改良前後比。然而，亦已熟知，PIFA天線具有狹窄的低頻帶頻寬，且若天線佔據小體積，則難以在850及900MHz GSM頻帶中達成良好效能。
本發明之一目標係提供一經改良之天線。
此目標係由在使用中時在三個相互垂直之方向X、Y及Z上延伸之一載具而達成，且該載具包括一界定XY平面之後表面及一界定XZ平面之側表面。該載具包括一天線場型，該天線場型包括：一較寬分支，其定位在載具後表面上；及一較窄分支，其包括一大致沿側表面之Z方向延伸之第一區段(亦即，該較窄分支在Z方向上具有相對於該較寬分支之某一偏移 )及一大致沿側表面之X方向延伸之第二區段。該載具經配置以安裝在一印刷電路板(PCB)上/中或在一裝置上/中，或另一選擇係，該載具本身可係一PCB，亦即，藉此將天線場型直接提供在一PCB上/中。
本發明亦係關於一諸如一可攜式電子裝置之裝置，其根據包括一本發明任一實施例之載具。根據本發明之一實施例，該裝置包括一使用者介面前側(舉例而言，一行動電話之LCD側)及一後側，藉此將載具之後表面配置在最靠近裝置後側之處。
表達「在使用中時(when in use)」旨在意謂可將一天線場型提供在一大致平坦的或具上，該載具經配置而形成以使得當至少部分地由載具之天線場型構成之天線準備好使用或在使用中時(亦即，舉例而言，當藉由將載具彎曲成所需形狀而將載具安裝在一PCB上/中或一裝置中時)載具在三個相互垂直之方向X、Y及Z上延伸。
上述此天線場型構成具有良好談話效能之高增益多頻帶分支單極或半平面倒F型天線之一部分。較寬分支與較窄分支相對於彼此之位置即形成一在高頻帶(例如1710-2170MHz)(例如DCS、PCS及UMTS頻帶1、2)中具有良好方向性之天線，其導致在高頻帶中朝一使用者頭部之較低發射，其中一天線之方向性相對於由一輻射相同量總功率之理想等方性輻射體天線輻射之功率密度量測一天線在其最強發射方向上所輻射之功率密度。由此可得到一至少為1dB之前後比。
此外，該天線可免接地，因此其充當一在低頻帶(例如824-960MHz)中之單極天線，且儘管該天線佔據一小體積，但可達成一相當大之頻寬。該天線易於調節至一所需頻率帶，且製造起來簡單、廉價。該天線亦提供較窄分支與較寬分支之間的良好隔離(亦即，較窄分支與較寬分支之間存在極少電容性耦合)。
如本文中所使用之表達「載具」旨在意謂用來機械地支撐一天線場型之撓性或非撓性、平面或非平面、大致不導電之任一基板。該載具可係一印刷電路板或PCB(亦稱作印刷線路板(PWB))，藉此其亦包括至少一個微晶片或其他電子組件，且/或使用經蝕刻/印刷/雕刻或以其他方式提供在其上之導電路徑來電連接支撐在其上及/或連接至其之組件。
該載具可係具有一大於1之相對介電常數(εr )之任一介電基板，且舉例而言可包括一PTFR(聚四氟乙烯)/玻璃纖維複合物或任何其他具有一高達20或20以上之相對介電常數(εr )之合適介電材料。可使用(舉例而言)一光刻技術將一天線場型提供在一載具、一PCB或一裝置上/內。
應注意，根據本發明提供在一載具或裝置上/中之天線場型可經配置以具有除申請專利範圍中所述較寬分支及較窄分支之外在任一所期望之方向上延伸之至少一個更多額外分支。
根據本發明之一實施例，較窄分支之第二區段之長度比較窄分支之第一區段之長度至少長40%，較佳地至少長50%且最佳地至少長60%。此確保較窄分支之大部分大致在該側表面之X方向上延伸，且其藉此在載具(其後表面經配置以最靠近裝置之後側)被置於一裝置中時定位於比較寬分支更靠近使用者頭部之處。
根據本發明之一實施例，較窄分支係0.5至2.5mm寬，較佳地係1.0至2.0mm寬，且最佳地係1.5mm寬。
根據本發明之另一實施例，較寬分支至少為4mm寬，較佳地至少為8mm寬，較佳地至少為10mm寬且最佳地至少為12mm寬。雖然較寬分支之寬度將會受到載具/PCB/裝置之設計及幾何形狀之限制，但是較寬分支越寬越好。
根據本發明又一實施例，較窄分支之第一區段具有一至少為4mm之長度，較佳地為5至7mm，且最佳地為5.5mm，以便不對天線之方向性產生負面影響。
根據本發明之一實施例，較窄分支之第一區段經配置以大致沿側表面之一邊緣延伸。
根據本發明之一實施例，較窄分支之第二區段經配置以大致沿離後表面最遠之側表面之邊緣延伸。
根據本發明之另一實施例，天線場型包括一用於將天線場型連接至一饋送線路(亦即，一用於將信號能量自一信號源傳達至天線場型之媒介)之饋點。載具可包括用於經由一電容性及/或電感耦合(亦即一LC負載)將天線場型連接至接地之一接地點及電路，以使天線場型能夠辨識一特定諧振頻率且從而在天線場型使用時傳輸一特定頻率帶內之信號。
根據本發明又一實施例，較寬分支及較窄分支自一共同點延伸，且該共同點定位於對應於天線場型總長度之30%至50%的距離處，該總長度係自天線場型之饋點至共同饋點且然後至較窄分支之一遠端所量測(亦即，天線場型之總長度等於較窄分支之長度)。因此，在彼此岔開之較窄分支與較寬分支之前存在一相當大之天線長度。
較窄分支可具有一總長度(如沿較窄分支自饋點經由共同點至較窄分支之一遠端所量測)，其比較寬分支之總長度(如沿較寬分支自共同點至較寬分支之一遠端所量測)至少長30%，較佳地至少長40%且最佳地至少長50%。較長之較窄分支構成一用於改良高頻帶之頻寬之高阻抗區域。
根據本發明之一實施例，天線場型包括一寄生元件以改良由天線場型部分地構成之天線之高頻寬、增益及匹配。該寄生元件可具有一為0.2至0.6mm之寬度，較佳地為0.3-0.5mm，最佳地為0.4mm。亦可使用多達3-4mm之寬度之較寬寄生元件，但通常導致增益減少。可將寄生元件定位在後表面上，且其可大致在其X方向上延伸。
根據本發明另一實施例，將較寬分支之一遠端定位於較窄分支之一遠端的20mm(量測為遠端之間的最短距離)內，較佳地在10mm內。
舉例而言，根據本發明之裝置係一行動電話，例如一蛤殼式或條形電話。然而，本發明可係關於任一可攜式或非可攜式裝置，例如一媒體播放器、個人通信系統(PCS)終端、個人資料助理(PDA)、膝上型電腦、掌上型接收機、照相機、電視機、雷達或包含一經設計以傳輸及/或接收無線電、電視、微波、電話及/或雷達信號之轉換器之任一器具。然而，根據本發明之載具意欲特別地而非排他地用於高頻率無線電設備。
圖1顯示一根據本發明之一實施例之平坦天線場型10(由圖1之較暗色彩所表示)。天線場型10包括一較短的較寬分支12及一較長的較窄分支14。較短的較寬分支12及較長的較窄分支14自一共同點16延伸。天線場型10包括一饋點18及一薄寄生元件20以改良天線場型10之高頻寬、增益及匹配。經由一接地點21將寄生元件20連接至一載具/PCB/裝置上之一接地點。
較長的較窄分支14為0.5至2.5mm寬，較佳地為1.0至2.0mm寬，且最佳地為1.5mm寬。較寬分支至少為4mm寬，較佳地至少為8mm寬，較佳地至少為10mm寬且最佳地至少為12mm寬。
共同點16定位於對應於天線場型10之總長度之30%至50%的距離處，該總長度亦即自天線場型之饋點18至較窄分支14之一遠端14d之距離(自饋點18至共同點16且然後沿天線場型10之較窄分支14所量測)。
根據本發明之一實施例，較窄分支14具有一比較寬分支12之總長度(如自共同點16至較寬分支12之一遠端12d所量測)至少長30%之總長度(如自饋點18經由共同點16至較窄分支之一遠端14d所量測)，較佳地至少長40%且最佳地至少長50%。
圖2顯示根據本發明一實施例包括一載具23之印刷電路板(PCB)22之一照片及一示意圖。圖1中所圖解說明之平坦天線場型即已被包裹在一非平面塑膠/陶瓷載具23之外表面的周圍，然後其被安裝在一PCB 22上，藉此減小由天線場型10部分地構成之天線的體積。或者，可將一天線場型10提供在一大致平坦載具23上/中，然後其形成為所需形狀。此外，可將天線場型10直接提供在PCB 22上/中。
PCB 22在三個相互垂直之方向X、Y及Z上延伸，且包括一界定一第一XY平面之前表面24、一界定一第二XY平面之後表面26及一界定一XZ平面之側表面28，其在前表面24與後表面26之間延伸。
一旦已將載具23安裝在PCB 22上，即將天線場型10之較寬分支12定位在PCB 22之後表面26上。天線場型10之較窄分支14包括一大致沿側表面28之一邊緣、在側表面28之Z方向上延伸之第一區段14a，及一大致在側表面28之X方向延伸之第二區段14b。較窄分支14之第二區段14b經配置以大致沿最靠近PCB 22之前表面26之側表面28之邊緣延伸。在所圖解說明之實施例中，在較窄分支14之第二區段14b中存在略微曲折，其容許天線場型10容納一用於麥克風埠之開口。然而，較窄分支之第二區段14b無需一定以此種方式曲折。較窄分支14之第一區段14a具有一至少為4mm之長度，較佳地為5至7mm，且最佳地為5.5mm。較窄分支14之第二區段14b與較寬分支12之間的空間或空隙至少為2mm，較佳在4至10mm之範圍內。
將較寬分支12之遠端12d定位於該較窄分支14之遠端14d的20mm內(量測為遠端12d與14d之間的最短距離)，較佳地在10mm內。
天線場型10之寄生元件20具有一0.2至0.6mm之寬度，較佳地為0.3至0.5mm，最佳地為0.4mm，其定位於PCB22之後表面26上，且大致在其X方向上延伸。
舉例而言，藉由沈積/接合(舉例而言)金屬連續導電層而將天線場型10之較寬分支12、較窄分支14及寄生元件20提供至載具23上。
圖3顯示在圖2中所圖解說明之印刷電路板22自一不同角度所拍攝之一照片。
圖4顯示根據本發明之一實施例之一裝置30，即一可攜式條形電話。裝置30包括一諸如在圖2及3中所圖解說明之PCB。該裝置包括一使用者介面前側32，當使用者正進行一電話呼叫時其頭部將位於此側。該裝置亦包括一後側34，其係當使用者作出一電話呼叫時離其頭部所處位置最遠之側。
應注意，當根據本發明實施例中之任一者之天線場型10包含於諸如一行動電話等小型可攜式無線電通信裝置中時，其僅部分地有助於傳輸或接收由裝置傳輸或接收之無線電波。裝置之其他大型導電組件(例如其底盤、其電池或一印刷電路板)亦影響無線電信號之傳輸及/或接收。以為完整天線(亦即天線場型10及質量塊)提供所期望之阻抗之方式將天線場型10以電容及/或電感方式耦合至此等質量塊。
圖5示意性地顯示透過圖4中所圖解說明之裝置30之底部、沿Y軸(亦即，沿裝置30之縱向軸)觀看之一剖視圖。裝置30含有圖2及3中所圖解說明之PCB 22，PCB 22之前表面24經配置以最靠近裝置30之使用者介面前側32，且其後表面26經配置以最靠近裝置30之後側34。將PCB 22之側表面28配置在裝置30之底側33，亦即當一使用裝置30之使用者固持裝置30時裝置30之最底側。因此，當一使用者正使用裝置30作出一電話呼叫時，將天線場型10之較寬分支12遠離使用者之頭部定位於裝置30之後側34處。
圖1至3中所示之天線場型10之較窄分支14具有一相對於高頻帶中之較寬高頻帶分支12之相位偏移。藉由如圖2、3及5中所示來定位分支12及14(亦即，較窄分支14離使用者之頭部較近，且較短的較寬分支12離使用者之頭部較遠)，可達成一高於習用設計之前後比。在圖2及3中所示之實施例中，在高頻帶中達成一1.8dB之前後比。此相對於已知設計係一約為1.3dB之改良。
量測已顯示，前後比之增加可在來自裝置之使用者介面前側32之較低發射(亦即較低E及H場)中得以反映。
在申請專利範圍之範疇內對本發明之進一步修改對於熟習此項技術者將顯而易見。舉例而言，應注意，本文中所闡述由一載具機械地支撐之天線場型當然可由一無需一載具之自支撐天線結構替代。因此，亦認為包括如本文中所闡述而定位之一較寬分支及一較窄分支之自支撐天線歸屬於隨附申請專利範圍之範疇內。
10．．．天線場型
12．．．較寬分支
12d．．．遠端
14．．．較窄分支
14a．．．第一區段
14b．．．第二區段
14d．．．遠端
16．．．共同點
18．．．饋點
20．．．寄生元件
21．．．接地點
22．．．PCB
23．．．載具
24．．．前表面
26．．．後表面
28．．．側表面
30．．．裝置
32．．．使用者介面前側
33．．．底側
34．．．後側
將在下文中參照隨附圖式藉由非限定性實例之方式進一步解釋本發明，其中；
圖1顯示一根據本發明一實施例之天線場型，
圖2顯示一根據本發明一實施例包括一載具之行動電話之一印刷電路板之一照片及一示意圖，
圖3顯示在圖2中所示之印刷電路板自一不同角度所拍攝之一照片，
圖4示意性地顯示一根據本發明之一實施例之裝置，且
圖5示意性地顯示一根據本發明一實施例透過一含有一印刷電路板之裝置之底部之剖視圖。
應注意，無需按比例繪示圖式，且出於清晰之目的可將某些特徵之尺寸放大。
10．．．天線場型
12．．．較寬分支
12d．．．遠端
14a．．．第一區段
14b．．．第二區段
14d．．．遠端
20．．．寄生元件
22．．．PCB
23．．．載具
24．．．前表面
26．．．後表面
28．．．側表面

Claims (18)

  1. 一種載具(23)，其在使用中時在三個相互垂直之方向X、Y及Z上延伸，且其包括：‧一後表面(26)，其界定一第一XY平面，及‧一側表面(28)，其界定一XZ平面，‧藉此該載具(23)包括一天線場型(10)，其中該天線場型(10)包括：‧一較寬分支(12)，其定位於該載具(23)之該後表面上，及‧一較窄分支(14)，其包括一大致沿該側表面(28)之Z方向延伸之第一區段及一大致沿該側表面(28)之X方向延伸之第二區段。
  2. 如請求項1之載具(23)，其中該較窄分支(14)之該第二區段(14b)具有一比該較窄分支(14)之該第一區段(14a)之長度至少長40%之長度，較佳地至少長50%，且最佳地至少長60%。
  3. 如請求項1或2之載具(23)，其中該較窄分支(14)為0.5至2.5mm寬，較佳地為1.0至2.0mm寬，且最佳地為1.5mm寬。
  4. 如前述請求項中之任一項之載具(23)，其中該較寬分支(12)至少為4mm寬，較佳地至少為8mm寬，較佳地至少為10mm寬，且最佳地至少為12mm寬。
  5. 如前述請求項中之任一項之載具(23)，其中該較窄分支(14)之該第一區段(14a)具有一至少為4mm之長度，較佳地為5至7 mm，且最佳地為5.5 mm。
  6. 如前述請求項中之任一項之載具(23)，其中該較窄分支(14)之該第一區段(14a)經配置以大致沿該側表面(28)之一邊緣延伸。
  7. 如前述請求項中之任一項之載具(23)，其中該較窄分支(14)之該第二區段(14b)經配置以大致沿離該後表面(26)最遠之該側表面(28)之該邊緣延伸。
  8. 如前述請求項中之任一項之載具(23)，其中該較寬分支(12)及該較窄分支(14)自一共同點(16)延伸，且該共同點(16)定位於一對應於該天線場型(10)之總長度之30%至50%的距離處，該總長度係自該天線場型之饋點(18)經由該共同點(16)至該較窄分支(14)之一遠端(14d)所量測。
  9. 如請求項7之載具(23)，其中該較窄分支(14)具有一比該較寬分支(12)之總長度(如自共同點(16)至該較寬分支(12)之一遠端(12d)所量測)至少長30%之總長度(如自該饋點(18)經由該共同點(16)至該較窄分支(14)之一遠端(14d)所量測)，較佳地至少長40%，且最佳地至少長50%。
  10. 如前述請求項中之任一項之載具(23)，其中該天線場型(10)包括一寄生元件(20)，以改良該天線場型(10)之高頻寬、增益及匹配。
  11. 如請求項9之載具(23)，其中該寄生元件(20)具有一0.2至0.6 mm之寬度，較佳地為0.3至0.5 mm，最佳地為4 mm。
  12. 如請求項9或10之載具(23)，其中該寄生元件(20)定位於該後表面(26)上且大致在其X方向上延伸。
  13. 如前述請求項中之任一項之載具(23)，其中該較寬分支(12)之一遠端(12d)定位於該較窄分支(14)之一遠端(14d)之20mm內(量測為該等遠端(12d、14d)之間的最短距離)，較佳地在10mm內。
  14. 如前述請求項中之任一項之載具(23)，其中該載具(23)經配置以安裝在一印刷電路板(PCB)(22)上/中或一裝置(30)上/中。
  15. 如請求項1至13中之任一項之載具(23)，其中該載具(23)係一印刷電路板(PCB)(22)。
  16. 一種諸如一可攜式電子裝置(30)之裝置(30)，其中其包括一如前述請求項中之任一項之載具(23)。
  17. 如請求項16之裝置(30)，其中其包括一使用者介面前側(32)及一後側(34)，藉此該載具(23)之該後表面(26)經配置以最靠近該裝置(30)之該後側(34)。
  18. 如請求項16或17之裝置(30)，其中其係一諸如一蛤殼式電話或一條形電話之行動電話。
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