TWI515963B - 天線模組及其輻射效率調整方法 - Google Patents

天線模組及其輻射效率調整方法 Download PDF

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Description

天線模組及其輻射效率調整方法
本發明係關於一種天線模組及其輻射效率調整方法。
隨著科技的發達，一機帶著到處走已然成為跟得上時代腳步的象徵，而在追逐潮流的同時，現代人從未忘記對外型與功能進行嚴格的要求，為迎合使用者的胃口，可發射電磁波之電子裝置(例如手機或平板電腦)的發展朝向了薄型化與泛用化，但面對各國訂立的相關法規，這樣的趨勢也使得電子裝置的製造商面臨嚴峻的挑戰。
各國的消保法規為保障消費者的健康，均訂有可發射電磁波之電子裝置的電磁波能量吸收比率(Specific Absorption Rate,SAR)之檢測標準與安規，未能通過者則依法不得販售或進口。此外，各國的電信法規亦訂有可發射電磁波之電子裝置可使用的頻段，電信業者須依法申請執照方可獲得使用權，且僅能使用被許可之頻段。其中，所稱的電磁波能量吸收比率係指單位時間內，單位質量所吸收的電磁波能量，其數值越高，表示對人體的潛在傷害性越大。
為了在合乎各國的消保法規所規定的電磁波能量吸收比率標準與電信法規所規定的可使用頻段的同時，兼顧使用者對電子裝置薄型化與泛用化的需求便越來越困難。例如顯示畫面可旋轉的電子裝置，因為旋轉的特性，消除了使用者與電子裝置間受侷限的相對位置關係，讓使用者能夠由任意側進行操作。但方便的同時，無形中也產生了沒有固定側可供設置天線的問題，也就是電子裝置的每一側均可能接近人體，從而增加了降低電磁波能量吸收比率的難度。又例如各國允許電子裝置使用的頻段不盡相同，使得廠商在製造電子裝置時，須根據不同的使用頻段進行不同的規格設計，而減少了泛用性，對使用者來說，到了一個使用不同頻段的國家，就必須更換相應規格的電子裝置，無疑一件既不方便又不經濟的事情。
因此，如何提供一種天線模組及其輻射效率調整方法，當天線模組應用於電子裝置時，其可解決因電子裝置的可操作旋轉，衍生出的不受限的相對位置關係，導致降低電磁波能量吸收比率難度增加，以及面對不同的允許使用頻段須有不同規格設計，導致泛用性下降的問題，以在維持設計自由度以及控制生產成本的情況下，使產品能確實符合電信法令及安規，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種天線模組及其輻射效率調整方法，當天線模組應用於電子裝置時，其可解決因電子裝置的可操作旋轉，衍生出的不受限的相對位置關係，導致降低電磁波能量吸收比率難度增加，以及面對不同的允許使用頻段須有不同規格設計，導致泛用性下降的問題，以在維持設計自由度以及控制生產成本的情況下，使產品能確實符合電信法令及安規。
為達上述目的，依據本發明之一種天線模組包括一感應器、一天線本體及至少一切換單元。天線本體具有一第一接地路徑及至少一第二接地路徑。感應器設置於電子裝置並鄰近天線本體，用以感應一使用者的距離。切換單元耦接感應器及第二接地路徑，切換單元並依據天線模組與使用者的距離電性連接或不連接第二接地路徑，使天線本體以第一接地路徑及至少一第二接地路徑或第二接地路徑接地。
在一實施例中，於天線模組的工作頻帶，天線本體以第一接地路徑接地時的輻射效率大於以第一接地路徑與至少一第二接地路徑接地時的輻射效率。
在一實施例中，第二接地路徑之長度小於第一接地路徑。
在一實施例中，第二接地路徑之長度大於第一接地路徑。
在一實施例中，天線模組係包括一接地層，第二接地路徑係包括一導電部，切換單元電性連接或不連接導電部及接地層。
在一實施例中，當感應器感應天線模組與使用者小於一特定距離，切換單元使天線本體以第一接地路徑與至少一第二接地路徑接地。
在一實施例中，天線模組更包括一控制單元，控制單元與感應器及切換單元耦接，當感應器感應天線模組與使用者小於一特定距離，感應器輸出一感應訊號至控制單元，當感應訊號持續一特定時間，控制單元控制切換單元使天線本體以第一接地路徑與至少一第二接地路徑接地。
為達上述目的，依據本發明之一種天線模組之輻射效率調整方法，天線模組包括一天線本體，其具有一第一接地路徑與至少一第二接地路徑，方法包括以下步驟：感應天線模組與一使用者的距離；以及依據天線模組與使用者的距離切換電性連接或不連接該第二接地路徑，使該天線本體以該第一接地路徑與至少一該第二接地路徑或該第一接地路徑接地。
在一實施例中，於天線模組的工作頻帶，天線本體以第一接地路徑接地時的輻射效率大於以第一接地路徑與至少一第二接地路徑接地時的輻射效率。
在一實施例中，第二接地路徑之長度小於第一接地路徑。
在一實施例中，第二接地路徑之長度大於第一接地路徑。
在一實施例中，天線模組係包括一接地層，第二接地路徑係包括一導電部，切換單元電性連接或不連接導電部及接地層。
在一實施例中，方法可包括：當感應天線模組與使用者小於一特定距離，切換單元使天線本體以第一接地路徑與至少一第二接地路徑接地。
在一實施例中，方法可包括：當感應天線模組與使用者小於一特定距離，輸出一感應訊號；以及當感應訊號持續一特定時間，切換天線本體使其以第一接地路徑與至少一第二接地路徑接地。
為達上述目的，依據本發明之一種天線模組包括一感應器、一天線本體及一切換單元。天線本體具有一第一接地路徑及至少一第二接地路徑。感應器設置於電子裝置，用以感測一用戶身份模組(Subscriber Identity Module,SIM)卡的資訊。切換單元耦接感應器及第二接地路徑，切換單元並依據用戶身份模組卡的資訊電性連接或不連接第二接地路徑，使天線本體以第一接地路徑與至少一第一接地路徑及至少一第二接地路徑或第二接地路徑接地。
在一實施例中，天線本體以第一接地路徑接地時使用的輻射頻帶及頻率不同於以該第二接地路徑接地時使用的輻射頻帶及頻率。
在一實施例中，第二接地路徑之長度小於第一接地路徑。
在一實施例中，第二接地路徑之長度大於第一接地路徑。
在一實施例中，天線模組係包括一接地層，第二接地路徑係包括一導電部，切換單元電性連接或不連接導電部及接地層。
為達上述目的，依據本發明之一種天線模組之輻射效率調整方法，天線模組包括一天線本體，其具有一第一接地路徑與至少一第二接地路徑，方法包括以下步驟：感測一用戶身份模組卡的資訊；以及依據用戶身份模組卡的資訊切換電性連接或不連接第二接地路徑，使天線本體以第一接地路徑與至少一第二接地路徑或第一接地路徑接地。
在一實施例中，天線本體以第一接地路徑接地時使用的輻射頻帶及頻率不同於以該第二接地路徑接地時使用的輻射頻帶及頻率。
在一實施例中，第二接地路徑之長度小於第一接地路徑。
在一實施例中，第二接地路徑之長度大於第一接地路徑。
在一實施例中，天線模組係包括一接地層，第二接地路徑係包括一導電部，切換單元電性連接或不連接導電部及接地層。
承上所述，本發明之天線模組及其輻射效率調整方法係藉由改變天線本體的接地路徑來改變例如降低天線模組的輻射效率，進而達到使其電磁能量吸收比率下降及改變其使用的輻射頻帶及頻率之目的，並且利用感應器及切換單元的配合，使天線模組在靠近人體時，可切換天線本體的接地路徑，降低人體接收到的電磁能量吸收比率；而當天線模組遠離人體時，則可恢復較佳的天線模組輻射效率，以避免影響天線模組的通訊品質；此外，亦可利用感應器及切換單元的配合，在電子裝置設置不同用戶身份模組卡時，可依據不同的電信服務商或國家所使用的頻段，切換天線模組使用的輻射頻帶及頻率，從而提高其泛用性。與習知相較，當天線模組應用於電子裝置時，不需讓電子裝置強制使用者無法旋轉螢幕，亦能解決使用者因出國或更換電信服務商就得更換相應規格的電子裝置之不便，因而能在可維持設計自由度以及控制生產成本的情況下，使產品能確實符合電磁能量吸收比率的安規與電信法規。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種天線模組及其輻射效率調整方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
圖1為本發明較佳實施例之一種天線模組的系統方塊圖。如圖1所示，天線模組1包括一感應器11、一天線本體12及至少一切換單元13。天線模組1可安裝應用於各種電子裝置(圖未示)中，例如可用於觸控手機、或一觸控電腦、或一衛星導航，使電子裝置可進行無線通訊。
感應器11設置於電子裝置中並鄰近於天線本體12，用以感應天線模組1與一使用者距離的裝置，其可例如但不限於為近接感應器(Proximity Sensor)、光電式感應器、重力感應器(G-Sensor)或上述感應器之組合。
天線本體12具有至少二接地路徑122。於此，二接地路徑122可包括一第一接地路徑122a及至少一第二接地路徑122b。
切換單元13耦接感應器11及第二接地路徑122b，切換單元13可依據天線模組1與使用者的距離電性連接或不連接第二接地路徑122b，使天線本體12可透過第一接地路徑122a及第二接地路徑122b或第一接地路徑122a接地。於此，天線本體12的接地係指耦接一接地層121。於此，切換單元13可為一電晶體開關或一機械式開關。
為了使天線模組1的電磁波能量吸收比率(於後簡稱為SAR)符合標準，本實施例係利用減少天線本體12輻射效率的方式來降低SAR值，因而設計讓天線本體12以第一接地路徑122a接地時的輻射效率大於以第一接地路徑122a及第二接地路徑122b接地時的輻射效率。當感應器11感應天線模組1與使用者小於一特定距離時，切換單元13就會使天線本體12以第一接地路徑122a及第二接地路徑122b耦接接地層121。換言之，天線模組1接近使用者時，切換單元13即可將天線本體12的接地路徑122由第一接地路徑122a切換至第一接地路徑122a及第二接地路徑122b，使天線本體12的輻射效率下降。天線模組1遠離使用者時，切換單元13再將接地路徑122由第一接地路徑122a及第二接地路徑122b切換回第一接地路徑122a，使天線本體12的輻射效率提高，恢復原本天線本體12較佳的通訊品質。
詳細而言，接地路徑122的變化會伴隨產生天線模組1頻帶的移動以及匹配的改變，實際應用時，由於天線本體12係以當接地路徑122為第一接地路徑122a時，某一頻帶內具有最佳的輻射效率來設計，因此，接地路徑122的改變不論是造成頻帶的移動或是匹配的改變，皆會導致天線模組1的輻射效率下降。以下將說明接地路徑122的不同變化態樣。
如圖2A、圖2B及圖3所示，其為本發明較佳實施例之天線本體接地路徑的不同態樣示意圖。請先參考圖2A及圖2B，天線本體(為了方便說明接地路徑的態樣，故於此並未完整顯示)可以不同接地路徑耦接接地層121，圖2A中顯示天線本體的接地路徑包括一第一接地路徑122a及一第二接地路徑122b，其中第二接地路徑122b之長度小於第一接地路徑122a，並且切換單元13a可切換第二接地路徑122b的開啟或關閉狀態。於此，切換單元13a係以一單刀的開關為例，然，本發明並不限制切換單元13a的種類及數量，例如如圖2B所示，圖2B中天線本體的接地路徑係包括一第一接地路徑122a以及二第二接地路徑122b、122c，切換單元13b則可如圖中改為一雙刀的電晶體開關或是使用二個單刀的開關，其可接收感應器(圖未顯示)傳送來的控制訊號Sc，以控制電性連接或不連接第二接地路徑122b、122c。
另參考圖3所示，天線本體可以一第一接地路徑122a耦接接地層121，另可以二第二接地路徑122b1、122c1耦接接地層121及一導電部14，切換單元13b與圖2B中之切換單元13b相同，其可接收感應器(圖未顯示)傳送來的控制訊號Sc，以控制電性連接或不連接第二接地路徑122b1、122c1。當切換單元13b導通其中一端時，其接地徑會因而被拉長至導電部14為止，故第二接地路徑122b1、122c1之長度皆有別於第一接地路徑122a，以達到降低天線模組輻射效率的功效。
雖於圖2A、圖2B及圖3中，切換單元13a僅用以開關第二接地路徑122b、122c的導通，然其亦可一併控制第一接地路徑122a的開關，本發明並不限。
復參考圖1所示，在另外較佳實施例中，天線模組1還可透過一控制單元(圖未顯示)進一步地控制切換單元13，控制單元與感應器11及切換單元13耦接，當感應器11感應天線模組1與使用者小於一特定距離時，感應器11輸出一感應訊號至控制單元，控制單元可設定為當感應訊號持續一特定時間後，控制單元才輸出控制訊號控制切換單元13，讓天線本體12以第一接地路徑122a及第二接地路徑122b接地。利用此方式可避免因誤判或誤觸時天線模組輻射效率降低的現象，並且，還可避免因誤判或誤觸而時常切換接地路徑，造成的大量且不必要的耗電。
本發明亦揭露一種天線模組之輻射效率調整方法。如圖4所示，其為本發明之一種天線模組之輻射效率調整方法的步驟流程圖。天線模組包括一天線本體，其具有一第一接地路徑與至少一第二接地路徑，此方法包括步驟S01～S02，步驟S01為感應天線模組與一使用者的距離；步驟S02為依據天線模組與使用者的距離切換電性連接或不連接第二接地路徑，使天線本體以第一接地路徑與至少一第二接地路徑或第一接地路徑接地。因天線模組的結構及元件設置關係皆已於上述實施例及實施態樣中描述，故以下遂不再贅述。
詳而言之，天線本體可具有一接地層，天線本體係藉由第一接地路徑與至少一第二接地路徑或第一接地路徑耦接接地層以接地，當感應天線模組與使用者小於一特定距離，切換天線本體使其以第一接地路徑及第二接地路徑接地。於天線模組的工作頻帶中，天線本體以第一接地路徑接地時的輻射效率大於以第一接地路徑及第二接地路徑接地時的輻射效率，其中，第二接地路徑之長度可小於第一接地路徑，在其他實施態樣裡，藉由切換電性連接或不連接一導電部及接地層，第二接地路徑之長度也可大於第一接地路徑。
另外，如圖5所示，其為本發明另一較佳實施例之一種天線模組之輻射效率調整方法的步驟流程圖。除了具有圖4所示之步驟S11～S12外，天線模組之輻射效率調整方法可更包括步驟S13～S14等二個步驟。步驟S13：當感應天線模組與使用者小於一特定距離，輸出一感應訊號。步驟S14：當感應訊號持續一特定時間，切換天線本體使其以第一接地路徑與至少一第二接地路徑接地。
圖6為本發明之另一較佳實施例之一種天線模組的系統方塊圖，如圖6所示，天線模組6包括一感應器61、一天線本體12及至少一切換單元13。本實施例中之元件除感應器61與圖1之實施例不同外，其餘皆與圖1相同，此處便不加贅述。
感應器61可設置於鄰近或不鄰近天線本體12之位置，用以感應電子裝置之用戶身份模組(Subscriber Identity Module,SIM)，即用戶身份模組卡的資訊。
詳細而言，當感應器61感應到用戶身份模組卡的資訊例如但不限於電信服務商時，切換單元13便根據不同電信服務商所使用的頻段改變接地路徑，以調整天線模組6的輻射頻帶及頻率。
本實施例之天線本體接地路徑的不同態樣可參考圖2A、圖2B及圖3所示，而其實施方式同前所述，於此便不再贅言。
本發明又揭露另一種天線模組之輻射效率調整方法。如圖7所示，其為本發明之一種天線模組之輻射效率調整方法的步驟流程圖，輻射效率調整方法係可與上述之天線模組6搭配使用。天線模組6之天線本體12具有一第一接地路徑122a與至少一第二接地路徑122b，輻射效率調整方法的步驟包括步驟S71～S72，步驟S71為感測一用戶身份模組卡的資訊；步驟S72為依據用戶身份模組卡的資訊切換電性連接或不連接第二接地路徑122b，使天線本體12以第一接地路徑122a與至少一第二接地路徑122b或第一接地路徑122a接地。因天線模組6的結構及元件設置關係皆已於上述實施例及實施態樣中描述，故於此遂不再贅述。
詳而言之，天線本體可具有一接地層，天線本體係藉由第一接地路徑與至少一第二接地路徑或第一接地路徑耦接接地層以接地，當感應用戶身份模組卡的資訊，切換天線本體使其以第一接地路徑及第二接地路徑接地。天線本體以第一接地路徑接地時使用的輻射頻帶及頻率不同於以該第二接地路徑接地時使用的輻射頻帶及頻率，其中，第二接地路徑之長度可小於第一接地路徑，在其他實施態樣裡，藉由切換電性連接或不連接一導電部及接地層，第二接地路徑之長度也可大於第一接地路徑。
綜上所述，本發明之天線模組及其輻射效率調整方法係藉由改變天線本體的接地路徑來改變例如降低天線模組的輻射效率，進而達到使其電磁能量吸收比率下降及改變其使用的輻射頻帶及頻率之目的，並且利用感應器及切換單元的配合，使天線模組在靠近人體時，可切換天線本體的接地路徑，降低人體接收到的電磁能量吸收比率；而當天線模組遠離人體時，則可恢復較佳的天線模組輻射效率，以避免影響天線模組的通訊品質；此外，亦可利用感應器及切換單元的配合，在電子裝置設置不同用戶身份模組卡時，可依據不同的電信服務商或國家所使用的頻段，切換天線模組使用的輻射頻帶及頻率，從而提高其泛用性。與習知相較，當天線模組應用於電子裝置時，不需讓電子裝置強制使用者無法旋轉螢幕，亦能解決使用者因出國或更換電信服務商就得更換相應規格的電子裝置之不便，因而能在可維持設計自由度以及控制生產成本的情況下，使產品能確實符合電磁能量吸收比率的安規及電信法規。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，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．．．感應器
12．．．天線本體
121．．．接地層
122．．．接地路徑
122a．．．第一接地路徑
122b、122c、122b1、122c1．．．第二接地路徑
13、13a、13b．．．切換單元
14．．．導電部
61．．．感應器
Sc．．．控制訊號
S01～S02、S11～S14、S71～S72．．．步驟
圖1為依據本發明較佳實施例之一種天線模組的系統方塊圖；
圖2A、圖2B及圖3為本發明較佳實施例之天線本體接地路徑的不同態樣示意圖；
圖4為本發明較佳實施例之一種天線模組之輻射效率調整方法的步驟流程圖；
圖5為本發明另一較佳實施例之一種天線模組之輻射效率調整方法的步驟流程圖；
圖6為依據本發明另一較佳實施例之一種天線模組的系統方塊圖；以及
圖7為本發明另一較佳實施例之一種天線模組之輻射效率調整方法的步驟流程圖。
1．．．天線模組
11．．．感應器
12．．．天線本體
121．．．接地層
122．．．接地路徑
122a．．．第一接地路徑
122b．．．第二接地路徑
13．．．切換單元

Claims (8)

  1. 一種天線模組，應用於一電子裝置，該天線模組包括：一天線本體，具有一第一接地路徑與至少一第二接地路徑；一感應器，設置於該電子裝置並鄰近該天線本體，用以感應一使用者的距離；一切換單元，耦接該感應器及該第二接地路徑，該切換單元依據該使用者的距離切換電性連接或不連接該第二接地路徑，使該天線本體以該第一接地路徑與至少一該第二接地路徑、或該第一接地路徑接地；以及一控制單元，與該感應器及該切換單元耦接，其中，於該天線模組的工作頻帶，該天線本體以該第一接地路徑接地時的輻射效率大於以該第一接地路徑與至少一該第二接地路徑接地時的輻射效率，當該感應器感應該天線模組與該使用者小於一特定距離，該感應器輸出一感應訊號至該控制單元，當該感應訊號持續一特定時間，該控制單元控制該切換單元使該天線本體以該第一接地路徑與至少一該第二接地路徑接地。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該第二接地路徑之長度小於該第一接地路徑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該第二接地路徑之長度大於該第一接地路徑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該天線 模組係包括一接地層，該第二接地路徑係包括一導電部，該切換單元電性連接或不連接該導電部及該接地層。
  5. 一種天線模組之輻射效率調整方法，該天線模組包括一天線本體，其具有一第一接地路徑與至少一第二接地路徑，該方法包括以下步驟：感應該天線模組與一使用者的距離；依據該天線模組與該使用者的距離切換電性連接或不連接該第二接地路徑，使該天線本體以該第一接地路徑與至少一該第二接地路徑或該第一接地路徑接地；當感應該天線模組與該使用者小於一特定距離，輸出一感應訊號；以及當該感應訊號持續一特定時間，切換該天線本體使其以該第一接地路徑與至少一該第二接地路徑接地，其中，於該天線模組的工作頻帶，該天線本體以該第一接地路徑接地時的輻射效率大於以該第二接地路徑接地時的輻射效率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第二接地路徑之長度小於該第一接地路徑。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第二接地路徑之長度大於該第一接地路徑。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該天線模組係包括一接地層，該第二接地路徑係包括一導電部， 切換電性連接或不連接該導電部及該接地層。
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