TWI540790B - 天線裝置及應用其之通訊裝置 - Google Patents

Description

天線裝置及應用其之通訊裝置

本發明是有關於一種天線裝置及應用其之通訊裝置，且特別是有關於一種可降低電磁波能量吸收比(Specific Absorption Rate，簡稱為SAR)值之天線裝置及應用其之通訊裝置。

現今的行動通訊裝置多是朝向輕薄短小之方向設計。有些行動通訊裝置更配置了兩支天線，可以同時收發訊號，以提供更多樣化的應用。行動通訊裝置之天線的輻射量必須通過電磁波能量吸收比(Specific Absorption Rate，簡稱為SAR)之檢測，以避免讓人體吸收過多的電磁輻射。

目前降低SAR值的技術有三種。第一種方法係藉由降低天線之傳導功率(conductive power)，來減少電磁波輻射以降低SAR值。然而，此種降低傳導功率之作法，會使得天線的效率降低。第二種方法係在天線附近設置一吸收件，藉由吸收件來吸收天線的部份電磁波以降低SAR值。然而，使用此方法亦會降低天線效率，並且會增加成本。第三種方法係於通訊裝置中配置一金屬件於天線上方，以大面積的金屬片去阻擋電磁波以降 低SAR值，使用此方法也會增加成本且天線的輻射效率會因金屬片的遮蔽而大幅降低，因此在成本考量以及在不影響天線效率的情況下達到降低SAR的目的，乃業界所致力的方向之一。

本發明是有關於一種用於可降低電磁波能量吸收比(Specific Absorption Rate，簡稱為SAR)值之天線裝置及應用其之通訊裝置。

根據本發明一方面，提出一種通訊裝置，包括一電路板、一第一天線、以及一金屬片。電路板具有一第一饋入點連接一高頻單元。第一天線具有一第一輻射部電耦接第一饋入點。金屬片接地並對應第一輻射部的投影形狀設置。金屬片與第一輻射部之間具有一間隔。金屬片大於或實質上等於第一輻射部投影之面積。

根據本發明另一方面，提出一種天線裝置，用以設置於一電路板上。電路板具有一第一饋入點連接一高頻單元。天線裝置包括一第一天線及一金屬片。第一天線具有一第一輻射部電耦接第一饋入點。金屬片接地並對應第一輻射部的投影形狀設置。金屬片與第一輻射部之間具有一間隔。金屬片大於或實質上等於第一輻射部投影之面積。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100、500、600‧‧‧通訊裝置

102、502‧‧‧電路板

104、504‧‧‧第一天線

106、606‧‧‧金屬片

108‧‧‧第一饋入點

110‧‧‧高頻單元

112‧‧‧第一輻射部

114‧‧‧彈片部

116‧‧‧本體部

118‧‧‧淨空區

208‧‧‧第一表面

210、210’‧‧‧顯示模組

212‧‧‧顯示單元

214‧‧‧聽筒

216‧‧‧話筒

218‧‧‧第二天線

220‧‧‧外殼

222‧‧‧電池

224‧‧‧第二饋入點

226‧‧‧第二輻射部

228‧‧‧第一側邊

230‧‧‧第二側邊

514‧‧‧第一淨空區

624‧‧‧金屬底部

第1圖繪示依照本發明之第一實施例之通訊裝置之部份立體圖。

第2圖繪示依照本發明之第一實施例之通訊裝置側面剖面之示意圖。

第3圖繪示第2圖之通訊裝置之上視圖。

第4圖繪示第2圖之電路板102之上視圖。

第5圖繪示依照本發明之第二實施例之通訊裝置的部份立體圖。

第6圖繪示依照本發明之第三實施例之通訊裝置之示意圖。

請同時參考第1及第2圖。第1圖繪示依照本發明之第一實施例之通訊裝置之部份立體圖。第2圖繪示依照本發明之第一實施例之通訊裝置側面剖面之示意圖。通訊裝置100包括電路板102、第一天線104及金屬片106。電路板102具有第一饋入點108，連接高頻單元110。第一天線104具有第一輻射部112電耦接第一饋入點108。金屬片106接地且金屬片106的外觀對應第一輻射部112的投影形狀並包含第一輻射部112投影以單片平面的方式設置，金屬片106與第一輻射部112之間至少具有一間隔d，金屬片106略大於或實質上等於第一輻射部112投影之面積。藉由金屬片106，可降低第一天線104之電磁波能量吸收比(Specific Absorption Rate，簡稱為SAR)值。

此設計的原理在於第一輻射部112與金屬片106之間存在一個電容效應，以讓電磁輻射集中在二者之間，以減少往垂直於金屬片106平面之方向輻射的電磁波，另外，金屬片106另外提供了金屬屏蔽效應，讓往垂直於金屬片106平面之方向輻射的電磁波的量減少。如此，當使用者使用通訊裝置而讓頭部靠近金屬片106之外側時，從第一輻射部112發出的電磁波面向金屬片106的近場部份被擋住，減少電磁波到達使用者頭部之輻射 量。如此，可有效地降低本實施例之近場的輻射量以降低SAR值。由於金屬片106的設置並不會影響到天線之遠場的通訊，故本實施例之天線仍可維持良好的天線效率，與遠端的無線收發裝置或基地台維持良好的無線通訊品質。

在第一實施例中，高頻單元110例如為一信號處理電路，用以處理接收或發射高頻無線信號。第一輻射部112具有一彈片部114與一本體部116，彈片部114係與第一饋入點108耦接。至少部份之彈片部114係沿著與電路板102的上表面實質上垂直的方向延伸。本體部116為長條形，本體部116之中點係與彈片部114相連，彈片部114與本體部116係形成一T型結構。因此，對應第一輻射部112的投影形狀之金屬片106之形狀係為平面T型。然而，並不以此為限。第一天線可為各種形狀之結構，只要金屬片的形狀為對應至第一輻射部的投影形狀並以單片平面設置，且金屬片大於或實質上等於第一輻射部投影之面積即可。

電路板102更具有一淨空區118，第一天線與金屬片106對應淨空區118設置。電路板102更包括一金屬接地面(未繪示)，其中金屬片106為金屬接地面於淨空區118的延伸。由於金屬片106為金屬接地面的延伸，故金屬片106的設置並不需有額外的成本，淨空區118內不包含金屬元件以阻礙電池波發射。

如第2圖所示，通訊裝置100更包括第一表面208及顯示模組210。顯示模組210具有一顯示單元212可顯示畫面於第一表面208。通訊裝置100更包括一聽筒214及一話筒216，其中第一天線104鄰近聽筒214，且第 一天線104遠離話筒216，這樣的設計方式，目的在於針對使用者接聽行動裝置時，會將聽筒214緊貼耳朵，此時若是有天線元件靠近耳朵，天線輻射能量可能會對腦部產生不好的影響，因此本發明，特別適用於靠近聽筒附近的天線結構。通訊裝置100更包括第二天線218，第二天線218鄰近話筒216。在此實施例中，金屬片106對應第一天線104設置於電路板102上。

第二天線218的設置可以增強通訊裝置的功能與應用。舉例來說，第一天線104與第二天線218可以分別為對應至不同頻帶的天線。其應用之一例為，當通訊裝置100使用第二天線218來進行語音通訊之無線訊號傳輸時，通訊裝置100可同時使用第一天線104來接收一般資料。另外，亦可將第一天線104及第二天線218皆設置為主天線，可同時啟動多個系統，例如是GSM(Global System for Mobile Communications)、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)及LTE(Long Term Evolution)系統等，也可以是單一系統可同時以不同天線組進行講電話及傳輸資料之功能，提供使用者高便利性的操作。

另外，通訊裝置100更包括外殼220及電池222。外殼220具有上述之第一表面208。顯示模組210設置外殼220與電池222之間。電路板102設置於顯示模組210與電池222之間。第一天線104與第二天線218係設置於電路板102的兩端不與電池222或顯示模組110重疊的位置。

請同時參考第3及第4圖。第3圖繪示第2圖之通訊裝置之上視圖。第4圖繪示第2圖之電路板102之上視圖。聽筒214及話筒216設置於通訊裝置100之兩側，例如是上側與下側。電路板102更具有一第二饋入點224連接至高頻單元110。第二天線218具有一第二輻射部226電耦接第二饋入點 224。電路板102更具有一第一側邊228與一第二側邊230設置於電路板102的兩端，其中第一饋入點108設置於第一側邊228，第二饋入點224設置於第二側邊230。

在一實施例中，電路板102係為一多層印刷電路板。使用於一般行動通訊裝置的印刷電路板之板厚度約為0.8~1mm，層數例如為8~10層。茲以電路板102為一10層的電路板為例，靠近顯示單元212的印刷電路板層，一般稱為頂層(Top Layer)，靠近第一天線104之印刷電路板層，一般稱為底層(Bottom Layer)，印刷電路板層中間的層數為第2~9層。金屬片106例如設置於多層印刷電路板之多層中的其中一層，可直接為金屬接地面的延伸或是透過一穿孔(via)與金屬接地面電性連接。在此實施例中，係在第一天線104上方之頂層配置與第一天線104投影形狀大小相似的金屬片106，將金屬片106接地，藉由此接地之金屬片106來阻擋電磁波對人體的影響，達成降低SAR值的目的。

表一為根據本實施例之配置金屬以降低SAR值之作法，於無金屬片時之天線及配置有本實施例之一接地之金屬片之天線之SAR值的比較，其中△為所減少之SAR值(亦即為於無金屬片時之天線及配置有本實施例之一接地之金屬片之天線之SAR值的差值)。

表二為根據本實施例之配置金屬以降低SAR值之作法，於無金屬片時之天線及配置有本實施例之一接地之金屬片之天線之天線效率的比較。

由表一及表二可知，在1711~1910MHz的操作頻帶中，本實施例之有接地金屬片之通訊裝置之SAR值小於無金屬片之通訊裝置之SAR值。且有接地金屬片之天線效率與無金屬片之通訊裝置的天線效率幾乎相同。有此可知，本實施例藉由使用接地金屬片，可有效地降低SAR值，減少電磁波對人體的影響。在降低了SAR值的同時，天線之效率仍然可以維持與無金屬片時幾乎相同的效率，讓通訊裝置仍然可以維持良好的通訊品質。

此外，將本實施例與傳統作法之藉由降低傳導功率以降低SAR值的作法相較，此傳統作法由於降低了傳導功率，故天線效率也會隨之降低，而影響了通訊品質。而本實施例由於維持了原有的傳導功率，故仍可保有良好的天線效率，不會影響通訊品質。

再者，與傳統之設置吸收件的作法相較，本實施例由於不需額外配置其他元件，故更具有節省成本的優點。甚且，傳統配置吸收件時，必須以人工的方式來配置吸收件，不僅耗費工時，亦常有配置誤差產生而降低阻擋電磁波的效果。本實施例與配置吸收片的作法相較，由於金屬片係可直接由電路板上的金屬層來達成，並不需要額外配置，故具有節省成本與工時的優點。由於本實施例並不會有配置上的誤差，更可讓產品品質具有高穩定性。甚者，吸收件的配置會使天線的效率的降低，且由於吸收片具有一定之厚度，故更會增加產品厚度。而本實施例之金屬片之設置並不會影響到天線的效率，也不會有增加產品厚度的問題。

類似地，本實施例與傳統之使用鐵件來降低輻射量的作法相較，亦具有節省成本與節省元件空間之優點。

第5圖繪示依照本發明之第二實施例之通訊裝置的部份立體圖。通訊裝置500與第1圖之通訊裝置100的差異處在於，第一天線504包含第一輻射部112，更包含一第一接地部516，第一接地部516係與第一輻射部112相連。金屬片506的形狀係對應至第一天線504的投影形狀，亦即金屬片506包含了對應至第一接地部516的部份。電路板502包括第一淨空區514，第一天線504與金屬片506對應第一淨空區514設置。電路板502更包括一金屬接地面G，其中金屬片506為金屬接地面G於第一淨空區514的延伸。由於 金屬片506為金屬接地面G的延伸，故金屬片506的設置亦不會有額外的成本。在其他實施例中，金屬片506為一多層印刷電路板之其中一層於第一淨空區514的延伸，並透過一穿孔H與金屬接地面G電耦接。

第6圖繪示依照本發明之第三實施例之通訊裝置之示意圖。通訊裝置600與第2圖之通訊裝置100的差異處在於，顯示模組210’更包括一金屬框620，設置於電路板102上方。金屬框620具有四側邊622連接一金屬底部624，金屬框620用以承載顯示單元212。其中金屬片606為金屬底部624的延伸。由於金屬片606為金屬底部624的延伸，故金屬片606的設置並不會有額外的成本。金屬片606對應第一輻射部112的投影形狀設置，且金屬片606大於或實質上等於第一輻射部112投影之面積。

本發明藉由設置一對應第一天線之第一輻射的投影形狀之金屬片，阻擋電磁波對人體的影響，達成降低SAR值的目的。且本發明相較於先前技術，本發明在有效地降低SAR值的同時，並不會有傳統作法之天線效率降低的缺點，也不會增加額外之成本。

綜上所述，雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

102‧‧‧電路板

106‧‧‧金屬片

108‧‧‧第一饋入點

110‧‧‧高頻單元

112‧‧‧第一輻射部

114‧‧‧彈片部

116‧‧‧本體部

118‧‧‧淨空區

Claims (10)

1. 一種通訊裝置，包括：一電路板具有一第一饋入點連接一高頻單元；一第一天線具有一第一輻射部電耦接該第一饋入點；以及一金屬片，該金屬片接地並對應與包含該第一輻射部的投影形狀設置，該金屬片與該第一輻射部之間具有一間隔，該金屬片大於或實質上等於該第一輻射部投影之面積。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一第一表面；以及一顯示模組具有一顯示單元可顯示於該第一表面，其中該金屬片設置於該第一表面與該第一天線之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之通訊裝置，該顯示模組更包括一金屬框用以承載該顯示單元，其中，該金屬片為該金屬框的延伸。
4. 如申請專利範圍第2所述之通訊裝置，其中該電路板包括一第一淨空區及一金屬接地面，該第一天線與該金屬片對應該第一淨空區設置，該金屬片為該金屬接地面於該第一淨空區的延伸。
5. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該電路板係為一多層印刷電路板，其中該金屬片為該多層印刷電路板其中一層於該第一淨空區的延伸。
6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該電路板更具有一第二饋入點連接該高頻單元，該通訊裝置更包括：一第二天線具有一第二輻射部電耦接該第二饋入點；一聽筒，其中該第一天線鄰近該聽筒；以及 一話筒，該第二天線鄰近該話筒。
7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一輻射部具有一彈片部與一本體部，該彈片部係與該第一饋入點耦接，至少部份之該彈片部係沿著與該電路板的上表面實質上垂直的方向延伸，該本體部係為長條形，該本體部之中點係與該彈片部相連，該彈片部與該本體部係形成一T型結構。
8. 一種天線裝置，用以設置於一電路板上，該電路板具有一第一饋入點連接一高頻單元，該天線裝置包括：一第一天線具有一第一輻射部電耦接該第一饋入點；以及一金屬片，該金屬片接地並對應與包含該第一輻射部的投影形狀設置，該金屬片與該第一輻射部之間具有一間隔，該金屬片大於或實質上等於該第一輻射部投影之面積。
9. 如申請專利範圍第8項所述之天線裝置，其中，該金屬片為一金屬框的延伸，該金屬框承載一顯示單元並設置於該電路板上。
10. 如申請專利範圍第9所述之天線裝置，其中該電路板包括一第一淨空區及一金屬接地面，該第一天線與該金屬片對應該第一淨空區設置，該金屬片為該金屬接地面於該第一淨空區的延伸。