TWI549358B - 具有雙寄生元件之平面倒ｆ天線之電子裝置 - Google Patents

Description

具有雙寄生元件之平面倒F天線之電子裝置

本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種具有雙寄生元件之平面倒F天線之電子裝置。

隨著科技的日新月異，手持式電子裝置的體積及尺寸亦朝向輕薄短小的方向發展。在產品追求輕量化及小型化的同時，用以收發通信訊號的天線所可用之空間必然會受到壓縮。再加上物理條件之限制，天線的特性更是受到極大的影響。例如，一般傳統筆記型電腦中的天線擺放位置多半位於螢幕的上方。然而，在筆記型電腦追求輕薄短小的演進過程中，背蓋經常使用全金屬的材料包覆。在這樣的情況下，天線便被迫只能設置於系統端的周邊。但由於金屬屏蔽的效應，天線往往被設置在兩個本體間樞轉軸的的附近，才不會在開闔時遭到全金屬背蓋的遮蔽。但由於樞轉軸附近通常亦設置許多走線，這樣的擺設方式並不能讓天線遠離系統端其他元件及走線所可能產生的干擾，往往會造成天線的特性下降。

本發明提供一種平面倒F天線，適於設置於一電子裝置，可以收發低頻及高頻兩種射頻信號，並且隔絕由電子裝置其他元件所產生的干擾。

本發明提供一種電子裝置，包含有一平面倒F天線。其中，平面倒F天線包括天線本體、接地元件、低頻寄生部以及高頻寄生部。天線本體包括高頻輻射部、低頻輻射部以及連接部。低頻輻射部與高頻輻射部朝反方向延伸。連接部具第一端、第二端以及饋入點，其中第一端係耦接至高頻輻射部及低頻輻射部的交接處，第二端係耦接至接地元件，而該饋入點則係用以接收一訊號輸入。接地元件連接天線本體的連接部之第二端。低頻寄生部從接地元件延伸，鄰近天線本體的高頻輻射部。高頻寄生部從接地元件延伸，位於天線本體及低頻寄生部之間，緊鄰天線本體的連接部以及高頻輻射部。

在本發明一實施例中，天線本體的高頻輻射部與連接部共同以平面倒F天線原理產生高頻模態，收發高頻信號，而高頻寄生部用以調整高頻信號的阻抗匹配值。天線本體的低頻輻射部與連接部共同以平面倒F天線原理產生低頻模態，收發低頻信號，而低頻寄生部用以調整低頻信號的阻抗匹配值。

在本發明一實施例中，高頻寄生部與連接部及高頻輻射部諧振，以增加高頻模態的頻寬。

在本發明一實施例中，高頻信號的中心頻率為5G赫茲，以及低頻信號的中心頻率為2.4赫茲。

在本發明一實施例中，高頻寄生部至接地點的長度為高頻信號的波長長度的四分之一。低頻寄生部至接地點的長度為低頻信號的波長長度的四分之一。

在本發明一實施例中，高頻寄生部與連接部的間距介於0.3毫米至1.5毫米之間。

在本發明一實施例中，高頻寄生部與高頻輻射部的間距介於0.3毫米至1.5毫米之間。

在本發明一實施例中，低頻寄生部與高頻輻射部的間距介於0.3毫米至1.5毫米之間。並且，低頻寄生部與高頻輻射部諧振。

在本發明一實施例中，電子裝置更包括第一本體及一第二本體。其中，第一本體透過樞轉軸與第二本體連接，適於相對第二本體開闔。上述的天線設置於第二本體上，並且鄰近樞轉軸。

在本發明一實施例中，電子裝置的第一本體及第二本體分別具有上表面及下表面，其中第一本體的上表面以及第二本體的上表面為金屬材質。

在本發明一實施例中，電子裝置的第一本體及第二本體分別具有上表面及下表面，其中第一本體的上表面以及第二本體的上表面和下表面為金屬材質。

基於上述，本發明提供一種平面倒F天線，可用以收發兩種頻帶的射頻信號，並分別具有對應於兩個頻段的射頻信號的寄生部，可隔絕從電子裝置其他元件所產生的干擾。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1所示為根據本發明一實施例所繪示電子裝置的示意圖。請參照圖1，電子裝置10，例如筆記型電腦，包括第一本體101及第二本體102，其中第一本體101透過樞轉軸103、104與第二本體102連接，適於相對第二本體102開闔。第一本體101具有上表面A以及下表面B，第二本體則具有上表面C及下表面D。

就過去習知技術而言，經常將天線設置於第一本體101之上。然而，當第一本體101的上表面A以及第二本體的上表面C為金屬材料時，天線收發能力將受到金屬遮蔽而無法設置。若更進一步，當第一本體101的上表面A、第二本體的上表面C及下表面D為金屬材料，甚至是第一本體101及第二本體的上下表面A~D皆為金屬材料時，天線的輻射特性則將遭受更大的干擾。

因此，天線則進而被設置於第二本體102上的設置位置110或120，其中設置位置110或120接近樞轉軸103、104。更具體的說，位置110、120位於樞轉軸103、104之間，並且分別緊鄰樞轉軸103、104。由於樞轉軸103、104附近有許多走線經過，亦距離電子裝置10的各個元件較為接近，皆會對天線造成破壞性干涉。同時，天線的收發亦會受到第一本體101相對於第二本體102開闔的情形影響。

為了使得天線可以獲得更好的天線特性，本發明中利用兩個寄生輻射體來形成一種變形之平行倒F天線(Planar Inverted F Antenna,PIFA)，分別利用兩個寄生輻射體改善對於收發兩種頻帶的射頻信號之阻抗匹配，並且隔絕由電子裝置所傳來的干擾。以下則將以實施例配合圖式詳細說明本發明的實施方式。

圖2為根據本發明一實施例所繪示平面倒F天線的結構示意圖，其中平面倒F天線適於設置於如圖1所示電子裝置10中的位置110或位置120。請參照圖2，平面倒F天線20包括天線本體200、一接地元件210、低頻寄生部220以及高頻寄生部230。

天線本體200包括低頻輻射部201、高頻輻射部202。其中低頻輻射部201與高頻輻射部202朝反方向延伸。連接部203具有第一端2031及一第二端2032，其中第一端2031係耦接至低頻輻射部201及高頻輻射部202的交接處，而第二端2032則係耦接至接地元件210。另外，連接部203另設有一饋入點FP(介於第一端2031以及第二端2032之間)，用以接收一訊號輸入(如同軸線CL)。值得注意的是，饋入點FP的位置可根據阻抗匹配的調整而移動。

接地元件210連接天線本體200的連接部203之第二端2032，換言之，第二端2032可視為天線本體200的接地點GP。低頻寄生部220從接地元件210延伸，鄰近天線本體200的高頻輻射部202。高頻寄生部230從接地元件210延伸，位於天線本體200及低頻寄生部220之間，緊鄰天線本體200的連接部203以及高頻輻射部202。

平面倒F天線20利用低頻輻射部201與連接部203， 也就是起始於饋入點FP的電流路徑CP1，以PIFA天線原理產生一低頻模態，收發一低頻信號。而低頻寄生部220用以調整低頻信號的阻抗匹配值。相似的，平面倒F天線20亦利用高頻輻射部202與連接部203，也就是起始於饋入點FP的電流路徑CP2，以PIFA天線原理產生一高頻模態，收發一高頻信號。而高頻寄生部230用以調整高頻信號的阻抗匹配值。

在本實施例中，平面倒F天線20與同軸線CL連接。同軸線CL具有一內導體及一外導體，其中內導體與天線本體200的饋入點FP連接，而外導體則與天線本體200的接地點GP連接。而透過平面倒F天線20收發的高頻信號或低頻信號便可透過同軸線CL進行傳送。

值得一提的是，由於高頻寄生部230緊鄰天線本體200的連接部203以及高頻輻射部202，高頻寄生部230可與連接部203和高頻輻射部202產生諧振，也就是產生接近高頻模態中心頻率的另一個模態，可用以增加由天線本體200產生的高頻模態之頻寬。而高頻寄生部230與連接部203的間距G1以及高頻寄生部230與高頻輻射部202的間距G2之大小則可用以調整耦合之強度。例如，在本發明的一實施例中，則分別將間距G1及間距G2的大小設定介於0.3毫米至1.5毫米之間，以獲得足夠的調整效果。

同理，若將低頻寄生部220與高頻輻射部202之間的間距控制在例如上述的0.3毫米至1.5毫米之間，則同樣的可以與高頻輻射部202諧振而產生新的模態。透過耦合 的方式更可以縮短高頻諧振所需要的長度，即高頻輻射部202的長度這樣一來，則縮短高頻信號諧振所需要的長度，更可以進一步的縮小天線20整體之尺寸。，然而上述的內容則可選擇性的實施，本發明並不限定。

上述的電流路徑CP1及CP2之長度則分別為低頻信號及高頻信號的波長之四分之一。同樣的，從高頻寄生部230之頂點至平面倒F天線20的接地點GP的距離，也就是電流路徑CP3，被設定為高頻信號的波長之四分之一。而低頻寄生部220之頂點至平面倒F天線20的接地點GP的距離，也就是電流路徑CP4，亦被設定為低頻信號的波長之四分之一。因此，高頻寄生部230及低頻寄生部220便可分別用來調整收發高頻信號及低頻信號時的阻抗匹配值，使得收發高頻信號或低頻信號時，平面倒F天線20可具有較佳的天線特性。而低頻輻射部201、高頻輻射部202、低頻寄生部220以及高頻寄生部230的形狀及折彎次數則亦可根據阻抗匹配的調整而有所改變，本發明並不僅限定於圖1所示實施例所繪示之結構狀態。

在本發明的一種實施方式中，高頻信號與低頻信號分別為符合無線保真度(Wireless Fidelity,WiFi)協定，中心頻率分別為5G赫茲及2.4G赫茲的射頻信號。然而本發明並不限定於上述的實施方式，可根據欲收發的信號頻率高低進行調整。例如，上述的電流路徑CP1~CP4則根據所收發的高頻信號及低頻信號的波長長度進行調整，本發明並不限定於上述。

圖3A所示為雙頻PIFA天線的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)與頻率的關係圖。請參照圖3A，可以看到的是，在低頻(箭頭1~3標示處之間)及高頻(箭頭4~5標示處之間)的部分分別具有一個模態。而圖3B所繪示為根據本發明一實施例所繪示平面倒F天線的電壓駐波比與頻率的關係圖。請參照圖3B，由圖可知，與圖3A相同的是在低頻(箭頭6~8標示處之間)以及在高頻(箭頭9~10標示處之間)分別具有一個模態。而與圖3A所不同的是，在原先高頻的模態附近新增了一個由高頻寄生部(如圖2所示高頻寄生部230)產生的新模態(於箭頭9標示處周圍)，而由此可知到平面倒F天線在高頻的頻寬便因為新產生的模態而增寬。因此，在增加了高頻寄生件及低頻寄生件，調整了阻抗匹配以及產生新的高頻模態後，即使天線被設置於圖1所示的位置110或位置120，亦可以具有較佳的天線特性。

綜上所述，本發明提供了一種具有兩個寄生元件的平面倒F天線，可分別用以調整收發兩種頻帶信號的阻抗匹配值。另外，高頻寄生元件緊鄰天線本體的連接部及高頻輻射部，更可以產生新的模態增加收發高頻信號的頻寬。由此，在不增加太多額外的成本及空間的情況下，即使天線被設置於干擾較多的環境，例如電子裝置的樞轉軸附近或其他高干擾元件的周圍時，仍然能夠具備較佳的天線特性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何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，當可作些許之更動與潤飾，故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。

10‧‧‧電子裝置

101‧‧‧第一本體

102‧‧‧第二本體

103、104‧‧‧樞轉軸

110、120‧‧‧設置位置

20‧‧‧平面倒F天線

200‧‧‧天線本體

201‧‧‧低頻輻射部

202‧‧‧高頻輻射部

203‧‧‧連接部

2032‧‧‧第二端

210‧‧‧接地元件

220‧‧‧低頻寄生部

230‧‧‧高頻寄生部

CP1~CP4‧‧‧電流路徑

FP‧‧‧饋入點

GP‧‧‧接地點

CL‧‧‧同軸線

A、B、C、D‧‧‧表面

1~10‧‧‧箭頭

圖1所示為根據本發明一實施例所繪示電子裝置的示意圖。

圖2為根據本發明一實施例所繪示平面倒F天線的結構示意圖。

圖3A所示為雙頻PIFA天線的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)與頻率的關係圖。

圖3B所繪示為根據本發明一實施例所繪示平面倒F天線的電壓駐波比與頻率的關係圖。

20‧‧‧平面倒F天線

200‧‧‧天線本體

201‧‧‧低頻輻射部

202‧‧‧高頻輻射部

203‧‧‧連接部

2031‧‧‧第一端

2032‧‧‧第二端

210‧‧‧接地元件

220‧‧‧低頻寄生部

230‧‧‧高頻寄生部

CP1~CP4‧‧‧電流路徑

FP‧‧‧饋入點

GP‧‧‧接地點

CL‧‧‧同軸線

Claims (9)

1. 一種電子裝置，包含有：一平面倒F天線，包括：一天線本體，包括：一高頻輻射部；一低頻輻射部，與該高頻輻射部朝反方向延伸；一連接部，具一第一端、一第二端以及一饋入點，其中該第一端係耦接至該高頻輻射部及該低頻輻射部的交接處，該第二端係耦接至該接地元件，而該饋入點則係用以接收一訊號輸入；以及一接地元件，連接該天線本體的該連接部之該第二端；一低頻寄生部，從該接地元件延伸，鄰近該天線本體之該高頻輻射部；以及一高頻寄生部，從該接地元件延伸，位於該天線本體及該低頻寄生部之間，緊鄰該天線本體的該連接部以及該高頻輻射部，其中該高頻寄生部與該連接部的間距介於0.3毫米至1.5毫米之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述電子裝置，其中：該天線本體之該高頻輻射部與該連接部共同以平面倒F天線原理產生一高頻模態，收發一高頻信號，而該高頻寄生部用以調整該高頻信號的阻抗匹配值；以及該天線本體之該低頻輻射部與該連接部共同以平面 倒F天線原理產生一低頻模態，收發一低頻信號，而該低頻寄生部用以調整該低頻信號的阻抗匹配值。
3. 如申請專利範圍第2項所述電子裝置，其中：該高頻寄生部與該連接部及該高頻輻射部諧振，以增加該高頻模態的頻寬。
4. 如申請專利範圍第2項所述電子裝置，其中：該高頻寄生部至該接地點的長度為該高頻信號的波長長度的四分之一；以及該低頻寄生部至該接地點的長度為該低頻信號的波長長度的四分之一。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中：該高頻寄生部與該高頻輻射部的間距介於0.3毫米至1.5毫米之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中：該低頻寄生部與該高頻輻射部的間距介於0.3毫米至1.5毫米之間；以及該低頻寄生部與該高頻輻射部諧振。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中：該電子裝置包括一第一本體及一第二本體，其中該第一本體透過一樞轉軸與該第二本體連接，適於相對該第二本體開闔；以及所述天線設置於該第二本體上，並且鄰近該樞轉軸。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中：該電子裝置的該第一本體及該第二本體分別具有一 上表面及一下表面，其中該第一本體的該上表面以及該第二本體的該上表面為金屬材質。
9. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中：該電子裝置的該第一本體及該第二本體分別具有一上表面及一下表面，其中該第一本體的該上表面以及該第二本體的該上表面和該下表面為金屬材質。