TWI606640B - 天線結構以及應用該天線結構的電路模組與電子裝置 - Google Patents

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Description

天線結構以及應用該天線結構的電路模組與電子裝置
本發明係涉及無線訊號傳輸的領域，尤其係關於一種天線結構以及應用該天線結構的一種電路模組與一種電子裝置。
近年來，由於消費性電子產品的普及化以及網際網路的蓬勃發展，使得來自全球不同區域的訊息得以被迅速傳遞以供世界各地的人們進行交流。再者，現今網際網路的互連架構也逐漸由電纜、光纖等有線連結的型態改變為無線連結的型態，藉以解決線路佈局過於複雜的問題，同時提供使用者方便且人性化的通訊環境。
其中，於無線連結的型態上，使用電磁波傳遞訊號的無線通信技術亦被廣泛地應用在筆記型電腦、行動電話與穿戴式裝置等各式電子裝置，因此用於收發電磁波信號的天線結構成為了該些電子裝置中所不可或缺的元件。目前的天線結構具有外露在電子裝置外的形式以及內建於電子裝置內的形式，然而，外露式的天線結構除了會影響電子裝置的體積大小與美觀，也有著容易受到外力撞擊而折彎、折斷的缺點，故內建式的天線結構已 成為主流趨勢。
請參閱圖1，其為習知天線結構的結構示意圖。圖1所示天線結構1為一平面型倒F天線(Planar inverted-F antenna)，其包括輻射元件11、短路接腳12、訊號饋入元件13以及設置於電路板2上的電感電容電路(LC circuit)14，且短路接腳12的兩端分別連接於輻射元件11以及電路板2上的接地端21，而訊號饋入元件13的兩端則分別連接於輻射元件11以及電感電容電路14，並供來自電路板2上之訊號處理單元22的電流通過而被傳輸至輻射元件11，進而使輻射元件11向外發射輻射訊號；其中，為了使天線結構1與訊號處理單元22之間的阻抗相匹配，或為了使天線結構1符合實際應用所需的規格與效能，目前的作法是透過改變電感電容電路14或天線結構1的外形來達成，而有關於圖1所示的天線結構1係為熟知本技藝人士所知悉，故在此即不再予以贅述。
然而，習知的天線結構1具有以下缺陷：第一、電感電容電路14中的電感以及電容會造成能量損耗；第二、因應天線結構1所應用之電子裝置的不同，天線結構1的外形亦須有所改變才能夠獲得較佳的效能，而若天線結構1的外形過於複雜，則用來製作天線結構1的模具的複雜度也會隨著增加，如此會增加製造成本，且不易於大量生產。是以，習知的天線結構1具有改善的空間。
本發明之一目的在提供一種其金屬匹配元件設置在電路板上的天線結構，且天線結構係因應金屬匹配元件的外形或金屬匹配元件與電路板之接地端的間距而符合所需的阻抗與規格，如此可降低額外於電路板上設置電感或電容所帶來的能量損耗，並減少改變天線結構的外形。
本發明之一另一目的在提供應用上述天線結構的一種電路模組與一種電子裝置。
於一較佳實施例中，本發明提供一種電路模組，包括：一電路板，其上設置有一接地端以及一訊號處理單元；以及一天線結構，包括：一輻射元件，位於該電路板之上方；一短路接腳，其二端分別連接於該輻射元件以及該接地端；一金屬匹配元件，設置於該電路板上，並用以改變該天線結構之一阻抗；以及一訊號饋入元件，其二端分別連接於該輻射元件以及該金屬匹配元件，並供來自該訊號處理單元之一電流通過而被傳輸至該輻射元件，以使該輻射元件向外發射一輻射訊號。
於一較佳實施例中，本發明亦提供一種天線結構，包括：一輻射元件，位於一電路板之上方；一短路接腳，其二端分別連接於該輻射元件以及該電路板上之一接地端；一金屬匹配元件，設置於該電路板上，並用以改變該天線結構之一阻抗；以及一訊號饋入元件，其二端分別連接於該輻射元件以及該金屬匹配元件，並供來自該電路板之一電流通過而被傳輸至該輻射元件，以使該輻射元件向外發射一輻射訊號。
於一較佳實施例中，本發明亦提供一種電子裝置，包括：一殼體；一電路板，設置於該殼體內，且該電路板上設置有一接地端以及一訊號處理單元；以及一天線結構，設置於該殼體內，包括： 一輻射元件，位於該電路板之上方；一短路接腳，其二端分別連接於該輻射元件以及該接地端；一金屬匹配元件，設置於該電路板上，並用以改變該天線結構之一阻抗；以及一訊號饋入元件，其二端分別連接於該輻射元件以及該金屬匹配元件，並供來自該訊號處理單元之一電流通過而被傳輸至該輻射元件，以使該輻射元件向外發射一輻射訊號。
1‧‧‧天線結構
2‧‧‧電路板
3‧‧‧天線結構
4‧‧‧電路板
4’‧‧‧電路板
5‧‧‧電路模組
6‧‧‧電子裝置
7‧‧‧遠端裝置
8‧‧‧使用者
11‧‧‧輻射元件
12‧‧‧短路接腳
13‧‧‧信號饋入元件
14‧‧‧電感電容電路
21‧‧‧接地端
22‧‧‧訊號處理單元
31‧‧‧輻射元件
32‧‧‧短路接腳
33‧‧‧信號饋入元件
34‧‧‧金屬匹配元件
41‧‧‧接地端
42‧‧‧接地端
43‧‧‧訊號處理單元
44‧‧‧紅外線發射器
61‧‧‧殼體
62‧‧‧按鈕
63‧‧‧收音孔
81‧‧‧口部
S1‧‧‧輻射訊號
S2‧‧‧紅外線訊號
圖1：係為習知天線結構的結構示意圖。
圖2：係為本發明電路模組及其天線結構於一較佳實施例之結構示意圖。
圖3：係為本發明電子裝置於一較佳實施例之外觀結構示意圖。
圖4：係為圖3所示電子裝置之電路模組的部份結構示意圖。
圖5：係為使用者操作圖3所示電子裝置時的一較佳情境示意圖。
圖6：係為使用者操作圖3所示電子裝置時的另一較佳情境示意圖。
圖7：係為圖3所示電子裝置之天線結構的工作頻率(橫軸)與電壓柱波比(縱軸)的關係示意圖。
圖8：係為圖3所示電子裝置之天線結構在XY平面的的輻射場形示意圖。
請參閱圖2，其為本發明電路模組及其天線結構於一較佳實施例之結構示意圖，其中，為了更清楚說明本案發明，圖2所示電路板4上僅繪出用來說明的元件。電路模組5包括電路板4以及天線結構3，且電路板4上設置有複數個接地端41、42以及訊號處理單元43，而天線結構3包括輻射元件31、短路接腳32、訊號饋入元件33以及設置於電路板4上的金屬匹配元件34；其中，輻射元件31位於電路板4的上方，且短路接腳32的兩端分別連接於輻射元件31以及電路板4上的其中一個接地端41，而訊號饋入元件33的兩端則分別連接於輻射元件31以及金屬匹配元件34，因此，來自訊號處理單元43的電流就可於依序通過金屬匹配元件34以及訊號饋入元件33後被傳輸至輻射元件31，進而使輻射元件31向外發射輻射訊號。
於本較佳實施例中，天線結構3係為一平面型倒F天線(Planar inverted-F antenna)，且金屬匹配元件34為形成於電路板4上的銅箔；其中，金屬匹配元件34不接觸任何的接地端41、42，因此當電路板4通電後，與金屬匹配元件34相距在一有效耦合距離內的任一接地端42會與金屬匹配元件34產生電子耦合，且其所帶來的效應會因金屬匹配元件34之形狀的改變而不同，亦會因金屬匹配元件34與接地端42之間的距離改變而不同。
基此，本案係藉由調整金屬匹配元件34的形狀或改變金屬匹配元件34與接地端42之間的距離而改變金屬匹配元件34與接地端42於電子耦合時所帶來的效應，以進而使天線結構3與訊號處理單元43之間的阻抗相匹配，如此一來，來自訊號處理單元43的電流可更順利地被傳送至天線結構3，藉此提升天線效率；一般來說，阻抗的匹配值為50歐姆，但不以此為限。此外，本案亦可藉由調整金屬匹配元件34的形狀或調整金屬匹配元件34與接地端42之間的距離而使天線結構3符合實際應用時所需的規格。
以下進一步以“將圖2所示電路模組5應用於電子 裝置”作說明。首先，請參閱圖3與圖4，圖3為本發明電子裝置於一較佳實施例之外觀結構示意圖，圖4為圖3所示電子裝置之電路模組的部份結構示意圖。電子裝置6包括殼體61以及設置於殼體61內的電路板4’以及天線結構3，於本較佳實施例中，電子裝置6係為一遠端裝置的遙控器，且此處所述遠端裝置7(參見圖5~6)是以電視為例，因此電子裝置6還包括顯露於殼體61外的多個按鈕62，且殼體61上具有用以供使用者之聲音傳送至電路板4的收音孔63，但並不以上述為限。
再者，電子裝置6的電路板4’以及天線結構3大致類似於圖2所示者，在此即不再予以贅述，而不同之處在於，電路板4’上還設置了部份顯露於殼體61外的紅外線發射器44，且紅外線發射器44是用來因應使用者的操作而發射紅外線訊號。此外，於本較佳實施例中，電路板4’上的訊號處理單元43係為語音處理單元，其用於對使用者的聲音進行訊號處理。
詳言之，請參閱圖5，其為使用者操作圖3所示電子裝置時的一較佳情境示意圖。當使用者欲遙控遠端裝置7(電視)時，使用者可先將電子裝置6(遙控器)的紅外線發射器44朝向遠端裝置7(電視)，再透過按壓遙控器的按鈕62而使紅外線發射器44對遠端裝置7(電視)發射相對應的紅外線訊號S2，以進而達到遙控遠端裝置7(電視)的目的。
又，請參閱圖6，其為使用者操作圖3所示電子裝置時的另一較佳情境示意圖。電子裝置6(遙控器)還提供了語音搖控的功能，因此，當使用者8欲遙控遠端裝置7(電視)時，可先將口部81對準電子裝置6(遙控器)之殼體61上的收音孔63，再以聲音的方式下達指令，而使用者8的聲音則會經由收音孔63而被傳送至電路板4’，此時，電路板4’上的訊號處理單元43會對使用者8的聲音進行訊號處理，使得相應的電流從訊號處理單元43輸出並於依序通過天線結構3的金屬匹配元件34與訊號饋入元件33後被傳輸至輻射元件31，以令輻射元件31向遠端裝置7(電視)發射 相應的輻射訊號S1，進而達到遙控遠端裝置7(電視)的目的。
特別說明的是，請再度參閱圖4，為了提升天線結構3的天線效率以及符合實際應用需求，於本較佳實施例中，天線結構3之金屬匹配元件34的外形被設計為D1*D2的長條矩形，且金屬匹配元件34與電路板4之接地端41、42的間距被設計為D3，而輻射元件31的外形則為D4*D5，並與電路板4間隔的高度為D6；其中，D1=15.5mm，D2=2.95mm，D3=0.5mm，D4=24.2mm，D5=2mm，D6=6.5mm。
接下來以圖7與8來說明經由上述設計後之天線結構3所符合的規格。請參閱圖7，其為圖3所示電子裝置之天線結構的工作頻率(橫軸)與電壓柱波比(縱軸)的關係示意圖。圖7示意了天線結構3的工作頻率在介於2.2GHz以及2.8GHz之間的電壓柱波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)是滿足了業界須低於2的要求，此亦表現了天線結構3具有較大的可用天線頻寬。
又，請同步參閱圖6與圖8，圖8為圖3所示電子裝置之天線結構在XY平面的的輻射場形示意圖，而XY平面的定義則如圖6所示。圖6與圖8的結合示意了天線結構3在朝向遠端裝置7(電視)的方向(即-X方向)上具有良好的輻射場形。而有關如何對圖7與圖8進行解讀，係為熟知本技藝人士所知悉，在此即不再予以贅述。此外，經由實際測試後，基於上述設計的天線結構3的相關實驗數據係如下表所示，且該些實驗數據是由經過國家認證的實驗室(LAB：ETS Lindgren SYSTEM CTIA Certificatoin,OTA3,ADT)所實驗而得，其中，由該些實驗數據可以獲知工作頻率介於2.402GHz以及2.480GHz之間都是具有大於70%的天線效率。
經由以上的說明可知，由於本案僅須調整設置於電路板4’上之金屬匹配元件34的外形或金屬匹配元件34與電路板4’之接地端42的間距就可改變天線結構3的阻抗以及使天線結構3符合實際應用上所需的規格，因此本案天線結構3具有下述優點：第一、減少搭配電感電容電路，降低電感或電容所帶來的能量損耗；第二、不須再因為所應用之電子裝置的不同而大幅改變天線結構3之輻射元件31、短路接腳32或訊號饋入元件33的外形，藉以降低製造成本。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
3‧‧‧天線結構
4’‧‧‧電路板
31‧‧‧輻射元件
32‧‧‧短路接腳
33‧‧‧信號饋入元件
34‧‧‧金屬匹配元件
41‧‧‧接地端
42‧‧‧接地端
43‧‧‧訊號處理單元
44‧‧‧紅外線發射器

Claims (13)

  1. 一種電路模組，包括：一電路板，其上設置有一接地端以及一訊號處理單元；以及一天線結構，包括：一輻射元件，位於該電路板之上方而與該電路板之間具有間隔高度；一短路接腳，其二端分別連接於該輻射元件以及該接地端；一金屬匹配元件，設置於該電路板上；其中，該天線結構與該訊號處理單元之間之一阻抗係因應該金屬匹配元件之一形狀被調整而改變或因應該金屬匹配元件與該接地端之間的距離被調整而改變；以及一訊號饋入元件，其二端分別連接於該輻射元件以及該金屬匹配元件，並供來自該訊號處理單元之一電流通過而被傳輸至該輻射元件，以使該輻射元件向外發射一輻射訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電路模組，其中該金屬匹配元件係為形成於該電路板上之一銅箔。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電路模組，其中該金屬匹配元件係呈一長條狀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電路模組，其中該天線結構係為一平面型倒F天線(Planar inverted-F antenna)。
  5. 一種天線結構，包括：一輻射元件，位於一電路板之上方而與該電路板之間具有間隔高度；一短路接腳，其二端分別連接於該輻射元件以及該電路板上 之一接地端；一金屬匹配元件，設置於該電路板上；其中，該天線結構與該訊號處理單元之間之一阻抗係因應該金屬匹配元件之一形狀被調整而改變或因應該金屬匹配元件與該電路板之一接地端之間的距離被調整而改變；以及一訊號饋入元件，其二端分別連接於該輻射元件以及該金屬匹配元件，並供來自該電路板之一電流通過而被傳輸至該輻射元件，以使該輻射元件向外發射一輻射訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之天線結構，其中該金屬匹配元件係為形成於該電路板上之一銅箔。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之天線結構，其中該金屬匹配元件係呈一長條狀。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之天線結構，係為一平面型倒F天線(Planar inverted-F antenna)。
  9. 一種電子裝置，包括：一殼體；一電路板，設置於該殼體內，且該電路板上設置有一接地端以及一訊號處理單元；以及一天線結構，設置於該殼體內，包括：一輻射元件，位於該電路板之上方而與該電路板之間具有間隔高度；一短路接腳，其二端分別連接於該輻射元件以及該接地端；一金屬匹配元件，設置於該電路板上；其中，該天線結構與該訊號處理單元之間之一阻抗係因應該金屬匹配元件之一形狀被調整而改變或因應該金屬匹配元件與該接地端之間的距離被 調整而改變；以及一訊號饋入元件，其二端分別連接於該輻射元件以及該金屬匹配元件，並供來自該訊號處理單元之一電流通過而被傳輸至該輻射元件，以使該輻射元件向外發射一輻射訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電子裝置，係為一遠端裝置之一搖控器。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電子裝置，更包括一紅外線發射器，其設置於該電路板上並至少部份顯露於該殼體外，且該紅外線發射器係用以對該遠端裝置發射一紅外線訊號。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之電子裝置，其中該金屬匹配元件係為形成於該電路板上之一銅箔。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之電子裝置，其中該天線結構係為一平面型倒F天線(Planar inverted-F antenna)。
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