TWI487202B - 天線模組 - Google Patents

Description

天線模組

本案係關於一種天線模組。

傳統設計手機天線或者是平板電腦天線時，最常使用的方式為平面倒F型天線(Planar inverted F antenna，簡稱PIFA)或是單極天線(Monopole antenna)，乃是由於早期具通訊功能的電子裝置其操作頻帶均屬低頻，其範圍落在824 MHz~960 MHz之間，由於頻寬範圍不大，因此上述兩種傳統的天線設計方法皆可滿足需求。

然而，近期行動通訊規格發展快速，最新的第四代行動通訊規格(4G)其操作頻寬在低頻的部分已經需要700 MHz的頻率，其與過去主流的行動通訊規格，即全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communications，簡稱GSM)，所使用的頻率960 MHz之間相差了260 MHz，如何使手機或平板電腦能同時在此兩種規格下使用，成為近來天線設計者的重要課題。

若以傳統的天線設計方式，在增加頻寬時最常使用的方法就是增設具有不同操作頻帶的新天線，以增加天線模組可接收的頻帶範圍，然而此種增加天線的方式，必須再額外增加饋入點，等於也必須再增加饋入訊號的同軸電纜，如此一來將導致電子裝置整體體積的增加，在當今通訊機種需小型化、輕薄化的條件下，要於有限的空間中設 計出滿足規格頻寬的天線是相當困難。

另外過去在增加頻寬時，另一種常用的方式是在天線饋入前，透過電容或電感的匹配電路，或者是直接在天線結構上焊接電容電感，然而這些方式所增加的頻寬有限，頻寬的大小主要還是取決於天線本體的輻射阻抗，單純使用電容電感的反射係數做匹配雖仍有一定程度的改善，但對於頻寬的增加仍是相當有限，同樣也不敷新世代行動通訊規格的使用。

本案提供一種天線模組，其係包括一第一導電單元、一第二導電單元以及一第三導電單元。第一導電單元具有一饋入點，第二導電單元不與第一導電單元電性連接，第三導電單元鄰設於第一導電單元，且電性連接第二導電單元。

在實施例中，當一訊號自饋入點饋入時，第一導電單元產生一第一電流，第二導電單元產生一第二電流。其中，第一電流與第二電流之電流方向互為反向。

在實施例中，第二電流係為感應電流。

在實施例中，第一導電單元、第二導電單元及/或第三導電單元係為金屬板。

在實施例中，天線模組包括一絕緣體，第一導電單元與第二導電單元設置於絕緣體。

在實施例中，第二導電單元具有一接地端。

在實施例中，第一導電單元藉由第一電流共振出一第一頻帶，且第二導電單元藉由第二電流共振出一第二頻帶。

在實施例中，第一頻帶與第二頻帶不同。

如上所述，本案提供一種天線模組，其係能以一簡單的結構，在空間有限的情況下，形成涵蓋範圍較大的操作頻寬，除了滿足現今各種電子裝置小型化及輕薄化需求外，亦同時得到較寬頻寬且具多頻帶的天線模組。

以下將參照相關圖式，說明依本案較佳實施例之一種天線模組，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

請參照圖1及圖2，圖1係為依據本案一實施例之天線模組1及其設置之電子裝置的示意圖，圖2係為圖1中天線模組1的部分放大側視示意圖，另外於圖中各結構的比例關係，為了方便顯示及說明，故可能與實際結構的比例不符，同時也省略其他非相關之元件，於此僅作為參考而非為限制性者。天線模組1可設置於任何電子裝置之中，如圖1所示，天線模組1是設置於平板電腦D內，但為清楚顯示，圖中已移除平板電腦D之背殼以及其他內部元件。當然，除平板電腦外，天線模組亦可以設置於其他如智慧型手機等的可攜式電子裝置之中，此非用於限制本案。

天線模組1係包含一第一導電單元11、一第二導電單元12、一第三導電單元13以及一絕緣體14。其中，絕緣體14係為一塊體，而第一導電單元11與第二導電單元12設置於絕緣體14上。具體而言，如圖3A所示，第一導電單元11與第二導電單元12係以鑲嵌的方式設置於絕緣體14上。

絕緣體14之材質包括樹脂或橡膠。較佳地，絕緣體14之材質係可為玻璃纖維環氧樹脂(flame retardant type，如FR4)，又或者為雙馬來酰亞胺三嗪樹脂(Bismaleimide-triazine resin，簡稱BT resin)或聚亞醯胺(Polyimide)等。在本實施例中，絕緣體14材質係為樹脂，然並非用以限定本案，絕緣體14之材質只要具備絕緣性質即可，在其他實施例中當然可用其他絕緣材質取代。更進一步來說，如其他實施例中，第一導電單元與第二導電單元也可以在無接觸的情況下各自設置，形成以「空氣」作為絕緣體的形式設置，如圖3B所示。

絕緣體14的形狀與大小也沒有任何限定，本實施例中絕緣體14係以平板狀為例，在其他實施例中，可搭配所應用的電子裝置設備的硬體空間，可為長方體或者其他的立體形狀。

第一導電單元11具有一饋入點111，第二導電單元12具有一接地端121。如圖2所示，由於絕緣體14的材質係為絕緣材料，且第一導電單元11與第二導電單元12在設置上不接觸，因此第二導電單元12與第一導電單元11不 電性連結。

另外，第三導電單元13係以一鋁鎂合金平板為例，且更進一步可為平板電腦D中用於固定元件的金屬框架，故還能節省生產成本。第三導電單元13與第二導電單元12在接地端121處直接連結，故以電性質來說，第二導電單元12與第三導電單元13係為電性連結。需特別強調的是，第三導電單元13係鄰設於第一導電單元11，其效果將於後述。

在本實施例中，第一導電單元11、第二導電單元12及第三導電單元13均係以金屬板為例，然此非限制性者；又，第一導電單元11、第二導電單元12及第三導電單元13的形狀分別以U字形、具有二彎折部的平板以及平板形為例。但上述材質與形狀均不用於限定本案，在其他實施例中，第一導電單元11例如可為馬蹄形或扁平長條形，抑或是根據應用的電子裝置、產品空間配置規格或者是使用頻帶的需求去做變化。

請參照圖4所示，其係為本案實施例之天線模組1自饋入點111饋入時，於第一導電單元11、第二導電單元12以及第三導電單元13上產生之電流的電流流向圖。天線模組1係以一同軸電纜(圖未示)於饋入點111饋入訊號，當訊號饋入時，第一導電單元11產生沿路徑P1方向流動的一第一電流。此時，由於第三導電單元13係鄰設於第一導電單元11，故會感應第一電流的流動，而對應產生沿路徑P3方向流動的一第三電流，簡言之，第三電流係為 第一電流的感應電流，其中第一電流與第三電流之電流方向互為反向。

由於第三導電單元13係與第二導電單元12電性連接，故第三電流會同時帶動第二導電單元12上電子移動，從而產生沿路徑P2流動的一第二電流，且第二電流與第三電流之電流方向係為同向。換句話說，當訊號饋入時，也相當於第二導電單元感應產生一第二電流，且與第一電流之電流方向互為反向。

當第一電流於第一導電單元11上流動時，會使第一導電單元11發生共振，並形成一共振模態；又，當第二電流形成並於第二導電單元12上流動時，同樣會使第二導電單元12共振，並形成另一共振模態。

值得一提的是，第二電流與第三電流係為感應電流，不同於習知技術中，使用兩個以上饋入點所產生的饋入電流，如此只需一個饋入點，就可達成兩個導電單元的共振，與習知中需要多個饋入點達成多導電單元共振的技術相較，大幅節省多個饋入點需要多個同軸電纜饋入的空間，同時也降低生產成本。

在上述作動中，由於天線模組1至少會有兩種共振模態，是以，若改變導電單元的材質、尺寸、與其他導電單元間之距離等因子，便能針對各組共振模態設計出欲想的頻率。如本實施例中，第一導電單元11被設計藉由第一電流共振出一第一頻帶，第二導電單元12可藉由第二電流共振出一第二頻帶，且第一頻帶與第二頻帶不同。當第 一導電單元11與第二導電單元12同時共振，藉由兩共振模態的結合，讓天線模組1增加可傳送與接收的頻帶範圍，提供更多可供選擇的操作頻段。

結果可如圖5所示，不論模擬或實際量測，天線模組1的頻帶在低頻的部分可輕易地包括約700 MHz~約960 MHz，但並不限定本案，天線模組1的頻帶可依據應用對象的需求，依據上述方式調整而改變。

藉由上述的設計，天線模組1使用一饋入點111即可讓第一導電單元11與第二導電單元12同時共振，另外由於第一導電單元11與第二導電單元12具有不同的兩個頻帶，相當於天線模組1中增加一新的天線，故可再多接收一頻帶的頻率，增加可使用的操作頻帶範圍，同時不會增加天線模組1的體積，不影響現今行動通訊設備短小輕薄的要求。

綜上所述，本案藉由單一的饋入點，在天線模組饋入時於第一導電單元上產生一第一電流，此時第二導電單元及第三導電單元感應第一電流的流動，對應產生與第一電流反向的第二電流及第三電流。因為本案的天線模組可僅用單一饋入點形成多個共振模態，如此可大幅減少饋入訊號時所需的同軸電纜數量以及天線的空間，並在不增加額外天線模組下，降低模組的複雜度，實現小型化、輕薄化的目標，另外本案之導電單元亦可與絕緣體一體成形，更可再進一步降低生產成本。

此外，本案中流通於第一導電單元與第二導電單元上 的電流又可使第一導電單元與第二導電單元各自形成獨立的共振模態。是以，利用本案設計出的天線模組可藉由此二共振模態的結合，涵蓋較寬的頻寬，適合提高電子裝置對行動通訊規格的適用範圍。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本案之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧天線模組

11‧‧‧第一導電單元

111‧‧‧饋入點

12‧‧‧第二導電單元

121‧‧‧接地端

13‧‧‧第三導電單元

14‧‧‧絕緣體

D‧‧‧平板電腦

P1、P2、P3‧‧‧路徑

圖1為使用本案之天線模組的電子裝置示意圖；圖2為圖1之天線模組的部分放大圖；圖3A及圖3B為本案之天線模組其第一導電單元與第二導電單元的變化態樣示意圖；圖4為本案之天線模組自饋入點饋入時產生的電流流向圖；以及圖5為本案之天線模組的頻帶模擬及實測結果示意圖。

1‧‧‧天線模組

11‧‧‧第一導電單元

111‧‧‧饋入點

12‧‧‧第二導電單元

121‧‧‧接地端

13‧‧‧第三導電單元

14‧‧‧絕緣體

Claims (7)

1. 一種天線模組，包括：一第一導電單元，具有一饋入點；一第二導電單元，不與該第一導電單元電性連接；以及一第三導電單元，鄰設於該第一導電單元，且電性連接該第二導電單元，其中當一訊號自該饋入點饋入時，該第一導電單元產生一第一電流，該第二導電單元產生一第二電流，該第一電流與該第二電流之電流方向互為反向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該第二電流係為感應電流。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該第一導電單元、該第二導電單元及/或該第三導電單元係為金屬板。
4. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，更包括：一絕緣體，該第一導電單元與該第二導電單元設置於該絕緣體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該第二導電單元具有一接地端。
6. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該第一導電單元藉由該第一電流共振出一第一頻帶，且該第二導電單元藉由該第二電流共振出一第二頻帶。
7. 如申請專利範圍第6項所述之天線模組，其中該第一 頻帶與該第二頻帶不同。