TWI626793B - 抗電磁干擾單元 - Google Patents

Abstract

一種抗電磁干擾單元，防止一近場通訊天線模組被電磁干擾，該抗電磁干擾單元包括多個電磁能隙結構。其中，每一個電磁能隙結構包括：一中央本體以及至少一通道。該至少一通道從該中央本體延伸，各該通道的延伸態樣為具有多個凹入口的結構。

Description

抗電磁干擾單元

本發明是有關於一種抗電磁干擾單元。

現今無線通訊產品朝向輕薄發展，目前許多產品上都具有無線傳輸的功能，其中，近場通訊(Near Field Communication，NFC)天線為主要的元件之一。然而針對電磁干擾(Electromagnetic Disturbance，EMI)而言，NFC天線也會受到(Electrostatic Discharge，ESD)干擾，導致天線系統故障。傳統上，針對避免靜電情況，通常會在天線輻射本體加上電容後，將靜電能量接地，此種避免靜電方式會將NFC基頻(13.65MHz)的倍頻雜訊輻射出來，反而另需在NFC天線上額外加上吸波材，或修改機構件防止靜電干擾。然而，吸波材會增加NFC天線的厚度，而修改機構則會增加成本及耗費時間。

本發明提供一種抗電磁干擾單元，連接於一近場通訊天線模組，防止該近場通訊天線模組被電磁干擾。抗 電磁干擾單元由一或多個電磁能隙結構所構成，而電磁能隙結構是由金屬材質所構成。本發明藉著改變連接至近場通訊天線模組的電磁能隙結構的形狀或排列態樣，增加該電磁能隙結構的電感或電容效應，利用電磁能隙結構中低帶隙的中心頻率，來降低近場通訊天線模組主頻的倍頻輻射量。

本新型之一實施方式提供一種抗電磁干擾單元，連接於一近場通訊天線模組，防止該近場通訊天線模組被電磁干擾，該抗電磁干擾單元包括：至少一個電磁能隙結構(Electromagnetic Band gap Structure，EBG Structure)。其中，每一個電磁能隙結構包括：一中央本體；以及至少一通道，該至少一通道從該中央本體延伸，該至少一通道配置在該每一個電磁能隙結構的涵蓋範圍扣除該中央本體所涵蓋範圍的剩餘面積中，各該通道的延伸態樣為具有多個凹入口的曲折結構。

於部分實施方式中，其中各該通道的總長度係根據所需的該抗電磁干擾單元的電感效應所相應的電感值決定。

於部分實施方式中，其中各該通道所對應的寬度係在該每一個電磁能隙結構的涵蓋範圍扣除該中央本體所涵蓋範圍的剩餘面積，根據所需各該通道的總長度決定。

於部分實施方式中，更包括配置一絕緣層於該抗電磁干擾單元與該近場通訊天線之間，該絕緣層隔離該抗電磁干擾單元及該近場通訊天線。

於部分實施方式中，更包括配置一電路基板於 該抗電磁干擾單元與該近場通訊天線之間，該電路基板隔離該抗電磁干擾單元及該近場通訊天線。

於部分實施方式中，每一個該電磁能隙結構都是正方形，該M*N個電磁能隙結構的排列是方形，該些電磁能隙結構的排列呈方形，該方形的一第一邊排列M個該電磁能隙結構，該方型的一第二邊排列N個該電磁能隙結構，M與N為正整數，其中該第一邊與該第二邊的夾角為90度。

於部分實施方式中，更包括依據所需的該抗電磁干擾單元的電容效應，決定各該電磁能隙結構之間的排列緊密程度。

於部分實施方式中，其中該中央本體及該至少一通道由一金屬片所蝕刻而成。

於部分實施方式中，其中該金屬片的材質為銅。

於部分實施方式中，該近場通訊天線模組和該抗電磁干擾單元之間的距離須在10公厘(Millimeter)以內。

110‧‧‧電磁能隙結構

120‧‧‧中央本體

130‧‧‧通道

132‧‧‧凹入口

140‧‧‧通道

150‧‧‧通道

160‧‧‧通道

200‧‧‧抗電磁干擾單元

300‧‧‧抗電磁干擾單元

400‧‧‧近場通訊天線模組

第1圖繪示本發明之單個電磁能隙結構的平面結構圖。

第2圖繪示本發明第一實施方式之3*3個電磁能隙結構相互排列的平面結構圖。

第3圖繪示本發明第二實施方式之2*3個電磁能隙結構相互排列的平面結構圖。

第4圖繪示本發明中抗電磁干擾單元與近場通訊天線模組之間空間關係示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

關於本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

關於本文中所使用之『及/或』，係包括所述事物的任一或全部組合。

關於本文中所使用之用詞，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

本發明提供一種抗電磁干擾單元，連接於一近場通訊天線模組，其功能在於防止該近場通訊天線模組被電磁干 擾，該抗電磁干擾單元包括至少一個電磁能隙結構(Electromagnetic Band gap Structure，EBG Structure)。第1圖繪示本發明之單個電磁能隙結構的平面結構圖，第1圖中的電磁能隙結構110包括一個中央本體120及四個通道130、140、150及160。各通道130、140、150及160從該中央本體120延伸，通道130、140、150及160配置在該電磁能隙結構110的涵蓋範圍扣除該中央本體110所涵蓋範圍的剩餘面積中，各通道130、140、150及160的延伸態樣為具有多個凹入口的曲折結構，舉例來說，第1圖的132處即為一個凹入口。

電磁能隙結構110中所包括的中央本體120及四個通道130、140、150及160，由一金屬片所蝕刻而成，其中，該金屬片的材質可以是銅。

一般而言，電磁能隙結構具有週期性，能夠使某些頻段的電磁波無法從中通過，其存在著明顯的禁帯特性。利用明顯的禁帯特性，可以抑制電路的旁路耦合，提高諧振的Q值，尚可用來抑制天線效應，提高天線增益和帯寬。在本發明中，利用電磁能隙結構中低帶隙的中心頻率，來降低近場通訊天線模組主頻的倍頻輻射量。

電磁能隙結構中帯隙的中心頻率f由下述公式(1)所計算出，其中，L是電磁能隙結構中的金屬結構態樣產生的電感效應所相應之電感值，C則是多個電磁能隙結構排列態樣產生的電容效應所相應之電容值。

其中，公式(1)的電感值L與通道130、140、150及160的長度有關。因此，使用者可根據所需的抗電磁干擾單元的電感效應所相應的電感值，決定各通道的總長度，而通道的計算範圍，舉例來說，通道160的總長度是從與中央本體120的接觸點A起算，計算至金屬結構的末端B。由於各通道130、140、150及160從該中央本體120延伸，通道130、140、150及160配置在該電磁能隙結構110的涵蓋範圍扣除該中央本體110所涵蓋範圍的剩餘面積中，故當通道寬度愈窄時，通道可以延伸愈長。以通道160而言，若寬度W愈小，A點至B點可以有更多的凹入口，通道160的曲折次數可以愈多，通道160的總長度即愈長。換言之，各該通道的總長度係根據所需的該抗電磁干擾單元的電感效應所相應的電感值決定，接著，各該通道所對應的寬度，係在每一個電磁能隙結構的涵蓋範圍扣除中央本體所涵蓋範圍的剩餘面積，根據所需各該通道的總長度來決定。

除此之外，第1圖的G1表示通道160邊緣與電磁能隙結構110邊緣的間隙，其他通道邊緣與電磁能隙結構110邊緣的間隙亦可同為G1，當G1愈大，通道能延伸曲折的範圍愈小，換言之，通道即會愈短。而G2表示通道160與中央本體120的間隙，當G2愈大，通道能延伸曲折的範圍愈小，換言之，通道即會愈短。

傳統上，電磁能隙結構的帯隙中心頻率應為高 頻，但本發明的目的，係為了抑制近場通訊天線基頻的倍頻輻射量，所以需要降低帶隙中心頻率，亦即降低上述公式(1)的f。在本發明中，為了降低帶隙中心頻率f，可以藉由調整電磁能隙結構的電感效應或電容效應來達到目的。

就電感效應來說，當電感效應所對應的電感值L愈大，帯隙中心頻率f即愈低。然而，就本發明所提出的電磁能隙結構110而言，通道130、140、150及160愈長，電感效應所對應的電感值L愈大，帯隙中心頻率f即愈低。其中，通道130、140、150及160的長度可藉由改變通道寬度W、G1及G2來做出調整。若通道寬度W愈小，A點至B點可以有更多的凹入口，通道160的曲折次數可以愈多，通道160的總長度即愈長。當G1愈小，A點至B點可以有更多的凹入口，通道160的曲折次數可以愈多，通道160的總長度即愈長。當G2愈小，A點至B點亦可以有更多的凹入口，通道160的曲折次數可以愈多，通道160的總長度即愈長。同理，在通道130、140及150的配置亦是如此。

另一方面，就電容效應來說，當本發明的抗電磁干擾單元具有M*N個電磁能隙結構時，電磁能隙結構兩兩之間的間距，將會影響電磁能隙結構排列態樣產生的電容效應所相應之電容值。在本發明中，每一個電磁能隙結構都是正方形，該些電磁能隙結構的排列呈方形，該方形的一第一邊排列M個該電磁能隙結構，該方型的一第二邊排列N個該電磁能隙結構，M與N為正整數，其中該第一邊與該第二邊的夾角為90度。請參照第2圖，第2圖繪示本發明第一實施 方式之3*3個電磁能隙結構相互排列的平面結構圖。在第2圖的抗電磁干擾單元200中，共有九個電磁能隙結構相互排列，兩邊都是三個電磁能隙結構排列。當G1愈小，電磁能隙結構排列愈緊密，其產生的電容效應所相應之電容值愈大。由上述公式(1)可知，當電容值愈大，帯隙中心頻率f愈小。故，藉由調整3*3個電磁能隙結構的排列態樣所產生的電容效應，將3*3個電磁能隙結構排列地較緊密，可降低帶隙中心頻率f。

第3圖繪示本發明第二實施方式之2*3個電磁能隙結構相互排列的平面結構圖。在第3圖的抗電磁干擾單元300中，共有六個電磁能隙結構相互排列，其中一邊是兩個電磁能隙結構排列，另一邊是三個電磁能隙結構排列。當G1愈小，電磁能隙結構排列愈緊密，其產生的電容效應所相應之電容值愈大。同理，由上述公式(1)可知，當電容值愈大，帯隙中心頻率f愈小。故，藉由調整2*3個電磁能隙結構的排列態樣所產生的電容效應，將2*3個電磁能隙結構排列地較緊密，可降低帶隙中心頻率f。

第4圖繪示本發明中抗電磁干擾單元200與近場通訊天線模組400之間空間關係示意圖，在本發明之一實施方式中，配置一絕緣層於該抗電磁干擾單元200與該近場通訊天線400之間，該絕緣層隔離該抗電磁干擾單元200及該近場通訊天線400。在本發明另一實施方式中，配置一電路基板於該抗電磁干擾單元200與該近場通訊天線400之間，該電路基板隔離該抗電磁干擾單元200及該近場通訊天線 400。然而，無論何種實施方式，該近場通訊天線模組和該抗電磁干擾單元之間的距離須在10公厘(Millimeter，mm)以內。

本發明提供一種抗電磁干擾單元，連接於一近場通訊天線模組，防止該近場通訊天線模組被電磁干擾。抗電磁干擾單元由一或多個電磁能隙結構所構成，而電磁能隙結構是由金屬材質所構成。本發明藉著改變連接至近場通訊天線模組的電磁能隙結構的形狀或排列態樣，增加該電磁能隙結構的電感或電容效應，利用電磁能隙結構中低帶隙的中心頻率，來降低近場通訊天線模組主頻的倍頻輻射量。

雖然本發明已以多種實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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。

Claims (8)

1. 一種抗電磁干擾單元，連接於一近場通訊天線模組，防止該近場通訊天線模組被電磁干擾，該抗電磁干擾單元包括：至少一個電磁能隙結構(Electromagnetic Band gap Structure，EBG Structure)，其中每一個電磁能隙結構包括：一中央本體；以及至少一通道，該至少一通道從該中央本體延伸，該至少一通道配置在該每一個電磁能隙結構的涵蓋範圍扣除該中央本體所涵蓋範圍的剩餘面積中，各該通道的延伸態樣為具有多個凹入口的曲折結構，其中每一個該電磁能隙結構都是正方形，該些電磁能隙結構的排列呈方形，該方形的一第一邊排列M個該電磁能隙結構，該方型的一第二邊排列N個該電磁能隙結構，M與N為正整數，其中該第一邊與該第二邊的夾角為90度，該抗電磁干擾單元更包括依據所需的該抗電磁干擾單元的電容效應，決定各該電磁能隙結構之間的排列緊密程度。
2. 如申請專利範圍第1項的抗電磁干擾單元，其中各該通道的總長度係根據所需的該抗電磁干擾單元的電感效應所相應的電感值決定。
3. 如申請專利範圍第2項的抗電磁干擾單 元，其中各該通道所對應的寬度係在該每一個電磁能隙結構的涵蓋範圍扣除該中央本體所涵蓋範圍的剩餘面積，根據所需各該通道的總長度決定。
4. 如申請專利範圍第1項的抗電磁干擾單元，更包括配置一絕緣層於該抗電磁干擾單元與該近場通訊天線之間，該絕緣層隔離該抗電磁干擾單元及該近場通訊天線。
5. 如申請專利範圍第1項的抗電磁干擾單元，更包括配置一電路基板於該抗電磁干擾單元與該近場通訊天線之間，該電路基板隔離該抗電磁干擾單元及該近場通訊天線。
6. 如申請專利範圍第1項的抗電磁干擾單元，其中該中央本體及該至少一通道由一金屬片所蝕刻而成。
7. 如申請專利範圍第6項的抗電磁干擾單元，其中該金屬片的材質為銅。
8. 如申請專利範圍第1項的抗電磁干擾單元，更包括：該近場通訊天線模組和該抗電磁干擾單元之間的距離須在10公厘(Millimeter)以內。