TWI544684B

TWI544684B - Use the connector metal shield for the design of the antenna

Info

Publication number: TWI544684B
Application number: TW103114067A
Authority: TW
Inventors: I Fong Chen; Chia Mei Peng; zhi feng Li; Su Mei Shen
Original assignee: Wieson Technologies Co Ltd
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2016-08-01
Also published as: TW201541710A

Description

利用連接器金屬遮蔽罩作設計之天線

本發明係提供一種利用連接器金屬遮蔽罩作設計之天線，尤指連接器本體上為結合有金屬遮蔽罩，並由第一接腳與第二接腳作訊號線與接地線以構成平面倒F型單極天線，便可利用幾何變化來改善天線的阻抗匹配及工作頻寬實現雙頻或多頻天線的效能，亦不會影響到金屬遮蔽罩的電磁相容特性，以達成抑制電磁干擾之功效。

按，現今電子科技快速發展，使得筆記型電腦、平板電腦等電子裝置已普遍存在於社會上各個角落中，且因網際網路的蓬勃發展，若使用者欲獲得即時資訊、傳輸文件或郵件等可透過電子裝置連結於網路進行作業，並藉由網路搜尋各種資訊、即時通訊或線上遊戲等，且因電子裝置發展趨勢皆趨向於輕、薄、短、小設計，以致使電路板上之電子元件構造必須配合其縮小且更為精密，而一般電子裝置大都會利用連接器達成與電路板間之連接，便可將外部插頭插接於連接器內，使訊號可透過電路板傳送至電子裝置之控制電路中。

而隨著電子裝置實際之應用，便發展出各種不同型式之連接器〔如網路連接器(RJ-45)、通用序列匯流排(USB)連接器等〕，並使連接器體積亦隨之越來越微小且較不佔用空間，但連接器小型化即需考量其電磁效應產生之訊號干擾問題，一般會影響連接器之電磁波干擾大致上可分成以下二種，其一為主要經由電路板上之電力線路、訊號線路等導體傳輸至連接器所產生之傳導干擾，其二為以電磁波型態傳播至連接器周圍所造成之電磁波干擾，故為了解決電磁波干擾之問題在連接器外部通常皆會罩覆有金屬屏蔽殼體進行接地，或者是可將連接器內部之濾波模組以電子元件之接腳搭接至金屬屏蔽殼體上形成一共同接地之迴路，以避免影響到電子裝置整體正常的運作。

再者，由於現今影音串流的需求不斷升高，便有越來越多電子裝置之天線開始支援可操作在5GHz的頻帶上，除可利用其頻帶上有較寬可利用的通道外，讓使用者體驗影音不中斷的享受，同時也舒緩了目前2.4GHz擁擠的無線環境，以提昇整體網路使用者的使用經驗，然而，目前只能運行在2.4GHz的電子裝置還是佔大多數，因此天線可支援2.4GHz仍有其必要性，以彈性提供2.4GHz和5GHz無線服務，而電子裝置之天線設計主要架構為利用平面倒F型單極天線(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)，便可藉由改變幾何形狀(如幅射面進行折繞、幅射面或接地面上加入不同波長槽口等)達到雙頻或多頻段天線諧振之效能，故平面倒F型單極天線被廣泛的應用在電子裝置之通訊介面中使用。

惟該電子裝置使用之天線與連接器分別為單一個體，無法依實際需求整合在一起，並造成天線與連接器分別裝設在電子裝置內部所佔用之體積將難以縮小，同時亦將影響到電路板上之電路佈局，甚至是必須更改原來的規格，以致佈建上之彈性便會受到一定限制，而考量到整體之結構設計仍有很大的改善空間，是以，若是能研發出一種可利用連接器金屬屏蔽殼體作設計之天線，便可將天線與連接器共用同一主體使其所具備之功能整合為一，且不會相互影響彼此原有的功能，以有效解決天線與連接器分開設置所衍生之問題與缺失，即為有待從事於此行業者所亟欲研究改善之關鍵所在。

故，發明人有鑑於習用天線與連接器分開設置使用上之問題與缺失，乃搜集相關資料經由多方評估及考量，並利用從事於此行業之多年研發經驗不斷的試作與修改，始設計出此種利用連接器金屬遮蔽罩作設計之天線的發明專利誕生。

本發明之主要目的乃在於該連接器本體之絕緣座體一側處為設有具插槽之對接部，並於絕緣座體內定位之端子組一側處設有位於插槽內之接觸部，且端子組之另側處設有與電路板連接之焊接部，而連接器本體外部為結合有具外殼之金屬遮蔽罩，並於外殼二側處之二側板底側處分別設有連接於電路板上之第一接腳與第二接腳，此種金屬遮蔽罩可利用第一接腳與第二接腳作訊號線與接地線以構成平面倒F型單極天線，並藉由金屬遮蔽罩整合於連接器本體上利用幾何變化來改善天線的阻抗匹配及工作頻寬，實現雙頻或多頻天線的效能，不僅具有體積小型化、穩定增益及架構簡單等優點，並保有連接器本體既有功能，亦不會影響到金屬遮蔽罩原有的電磁相容特性，以達成抑制電磁干擾之功效。

本發明之另一目的乃在於該連接器本體所組構之金屬遮蔽罩係由第一接腳與第二接腳作為平面倒F型單極天線之訊號線與接地線，而為了達到雙頻或多頻段諧振之效能，係利用第一接腳的縱向直線路徑為高頻幅射路徑，其長度接近高頻工作頻段的四分之一波長，並由第一接腳到第二接腳的橫向沿面長度為低頻幅射路徑，其長度接近低頻工作頻段的四分之一波長，而金屬遮蔽罩則可利用幾何變化，改善天線的阻抗匹配及工作頻寬，並與電路板之電路阻抗相匹配有效抑制高頻電磁波(EMI)、雜訊等干擾，進而提昇無線訊號傳輸之品質且更為穩定。

1‧‧‧連接器本體

11‧‧‧絕緣座體

110‧‧‧穿置通道

111‧‧‧端子座

112‧‧‧端子槽

12‧‧‧對接部

121‧‧‧插槽

122‧‧‧限位槽

1221‧‧‧擋塊

123‧‧‧嵌扣槽

124‧‧‧凸扣

13‧‧‧端子組

131‧‧‧接觸部

132‧‧‧焊接部

2‧‧‧金屬遮蔽罩

21‧‧‧外殼

210‧‧‧開口

211‧‧‧抵持彈片

22‧‧‧側板

221‧‧‧第一接腳

222‧‧‧第二接腳

223‧‧‧扣接片

224‧‧‧扣槽

23‧‧‧頂板

231‧‧‧延伸片

24‧‧‧底板

第一圖係為本發明之立體外觀圖。

第二圖係為本發明之立體分解圖。

第三圖係為本發明另一視角之立體分解圖。

第四圖係為本發明金屬遮蔽罩進行折繞成型前之平面圖。

第五圖係為本發明之電壓駐波比與頻率量測圖。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其構造與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二、三、四、五圖所示，係分別為本發明之立體外觀圖、立體分解圖、另一視角之立體分解圖、金屬遮蔽罩進行折繞成型前之平面圖及電壓駐波比與頻率量測圖，由圖中可清楚看出，本發明為包括有連接器本體1及金屬遮蔽罩2，其中：該連接器本體1為具有絕緣座體11，並於絕緣座體11 一側處設有具插槽121之對接部12，且絕緣座體11之另側處為向前剖設有橫向間隔排列並貫穿至插槽121內之複數穿置通道110，而絕緣座體11後方處為結合有一端子座111，其端子座111上所設之端子槽112內定位有端子組13，並於端子組13一側處皆設有穿過穿置通道110而伸入於插槽121內之彎折狀接觸部131，且位於接觸部131之另側處設有向下穿出端子座111底部而外露於絕緣座體11外部之焊接部132。

再者，連接器本體1之對接部12插槽121底部前緣處為向後剖設有鏤空狀之限位槽122，並於限位槽122前方開口壁面處形成有相對之擋塊1221，且對接部12之二外側壁面處設有相對之複數嵌扣槽123及位於嵌扣槽123後方一距離位置之凸扣124，而絕緣座體11配合端子組13之結構設計方式很多，亦可依實際需要在絕緣座體11內部進一步設置有濾波模組或其它電子元件，並由濾波模組連接於端子組13形成電性傳導路徑，以抑制異常電壓及濾除不必要的雜訊與高頻電磁波干擾(EMI)。

該金屬遮蔽罩2為結合於連接器本體1之對接部12上，並具有至少一個外殼21，其外殼21表面上形成有對應於插槽121處而可供外部插頭(圖中未示出)插入於其內之開口210，且開口210二側內緣處設有向後彎折之抵持彈片211，而外殼21二側處為設有向後彎折之側板22，並於側板22底側處分別設有至少一個可為訊號線或接地線之第一接腳221與第二接腳222，且二側板22表面上設有向內轉折之階面狀複數扣接片223及位於扣接片223周圍處所剖設之扣槽224；另，外殼21頂部為設有向後彎折之頂板23，其頂板23相鄰於其中一側板22內側處形成有向後延伸並與側板22形成垂直之延伸片231，且外殼21底部設有向後彎折之底板24。

當本發明於組裝時，係先將金屬遮蔽罩2之外殼21為罩覆於連接器本體1之對接部12前側表面上，並使開口210對應於對接部12之插槽121處形成相連通，且各抵持彈片211伸入於插槽121內形成一懸空狀，再將側板22之扣接片223分別嵌扣於對接部12之嵌扣槽123內，而對接部12之凸扣124則扣持於扣接片223周圍處之扣槽224內緣處結合成為一體，同時將頂板23罩覆於對接部12上方處，且底板24罩覆於對接部12前側下方處，藉此可將連接器本體1與金屬遮蔽罩2組構成符合RJ-45連接器之插座，並由端子組13之焊接部132，以及金屬遮蔽罩2二側板22之第一接腳221與第二接腳222分別插入於電路板(圖中未示出)上對應之接點(如線路、金屬接地平面之插孔)中後，再利用穿孔(Through-Hole)焊接方式焊固於電路板上形成電性連接，使金屬遮蔽罩2配合電路板可構成一平面倒F型單極天線(PIFA)之幅射體，且電路板表面上對應於金屬遮蔽罩2的部位為形成鏤空狀而不能有金屬(如銅片、鋁箔或其它金屬材質之接地平面)或電子元件，以避免影響到金屬遮蔽罩2作為平面倒F型單極天線收發無線訊號時之穩定性。

然而，本發明之連接器本體1與金屬遮蔽罩2較佳實施為可組構成網路連接器(RJ-45)之插座，但於實際應用時，亦可依使用需求或結構設計組構成層疊式網路連接器、通用序列匯流排(USB) 連接器或其它可利用天線收發無線訊號之連接器，而金屬遮蔽罩2配合連接器本體1可為半罩式或全罩式之設計，並可依實際的應用改變幾何形狀來改善天線的阻抗匹配及工作頻寬達到雙頻或多頻天線之效能，舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

當本發明於使用時，係先將外部插頭(圖中未示出)為由金屬遮蔽罩2之開口210處橫向插接於連接器本體1之插槽121內，並使外部插頭上之彈性扣片嵌入限位槽122內且扣持於擋塊1221上呈一定位，便可將外部插頭內之各對接端子分別與端子組13之接觸部131形成電性連接，使連接器本體1可透過電路板與電子裝置之間進行正確地訊號傳輸，且外部插頭插接於連接器本體1內後，亦可藉由電路板上之控制電路自動切斷金屬遮蔽罩2進行收發無線訊號，以避免影響到電子裝置(如電腦或伺服器之主機、網路設備等)正常的運作。

本發明連接器本體1所組構之金屬遮蔽罩2係由二側板22之第一接腳221與第二接腳222作為平面倒F型單極天線之訊號線與接地線，而為了達到雙頻或多頻段諧振之效能，係利用第一接腳221(如訊號線)的縱向直線路徑為高頻的幅射路徑，其長度接近高頻工作頻段的四分之一波長，並由第一接腳221(如訊號線)到第二接腳222(如接地線)的橫向沿面長度為低頻的幅射路徑，其長度接近低頻工作頻段的四分之一波長，且該平面倒F型單極天線所使用之波長為以相對應的工作頻段的中心頻率來計算，而金屬遮蔽罩2則可利用外殼21之開口210、抵持彈片211，以及側板22之扣接片223、扣槽224等的幾何變化，改善天線的阻抗匹配及工作頻寬，並與電路板之電路阻抗相匹配有效抑制高頻電磁波(EMI)、雜訊等干擾，進而提昇無線訊號傳輸之品質且更為穩定。

當本發明之金屬遮蔽罩2作為平面倒F型單極天線以無線區域網路(WLAN)Dual-ISM頻段為應用實施例時，整體天線的操作模態阻抗匹配之低頻操作頻段為介於2.4GHz~2.5GHz之間，高頻操作頻段為介於5.15GHz~5.85GHz之間，其電壓駐波比(VSWR)在低頻與高頻操作頻段中所量測出的結果為小於2而具有良好的阻抗匹配，並參考以下表一之天線測量頻率與立體(3D Pattern)幅射效率、增益對照表，由表中可清楚看出，當金屬遮蔽罩2在低頻操作頻段為2400MHz~2500MHz時，其所量測出的幅射效率為介於64.6~76.7%之間，天線的增益為介於3.5~4.2dBi之間；當金屬遮蔽罩2在高頻操作頻段為5150MHz~5850MHz時，其所量測出的幅射效率為介於66.6~76.3%之間，天線的增益強度為介於4.3~7.2dBi之間，由此可知本發明之連接器本體1利用金屬遮蔽罩2折繞成型構成平面倒F型單極天線可實現雙頻或多頻天線的效能，並利用金屬遮蔽罩2的幾何變化來改善天線的阻抗匹配及工作頻寬，且不會影響到金屬遮蔽罩2原有的電磁相容特性，以克服端子組13訊號傳輸時之電磁干擾問題。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，本發明為針對連接器本體1之對接部12上為結合有金屬遮蔽罩2，並利用金屬遮蔽罩2之第一接腳221與第二接腳222作為平面倒F型單極天線之訊號線與接地線，便可將金屬遮蔽罩2折繞成型整合於連接器本體1上利用幾何變化改善天線的阻抗匹配及工作頻寬，實現雙頻或多頻天線的效能，不僅具備有體積小型化、穩定增益及架構簡單等優點，並保有連接器本體1既有的功能，亦不會影響金屬遮蔽罩2原有的電磁相容特性，以達成抑制電磁干擾之功效，故舉凡可達成前述效果之形式皆應受本發明所涵蓋，此種簡易修飾及其等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明上述利用連接器金屬遮蔽罩作設計之天線為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，實符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦發明，倘若鈞局有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。