TWI635653B

TWI635653B - 天線元件

Info

Publication number: TWI635653B
Application number: TW106112998A
Authority: TW
Inventors: 李政哲; 蘇紹文
Original assignee: 華碩電腦股份有限公司
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2018-09-11
Also published as: TW201840061A; US10770797B2; US20180301789A1

Abstract

本案提供一種天線元件。天線元件包含金屬基板、第一封閉槽孔、饋入部及第一匹配部。第一封閉槽孔形成於金屬基板，第一封閉槽孔包含一第一槽段及一第二槽段，第一槽段的長度大於第二槽段的長度。饋入部跨越封閉槽孔，饋入部將封閉槽孔區分為所述第一槽段及第二槽段，饋入部用以激發第一槽段於一第一頻帶內之共振模態及第二頻帶內之共振模態，且激發第二槽段於第三頻帶內之共振模態。第一匹配部形成於第一槽段，第一匹配部連接於第一槽段之兩側之金屬基板。

Description

天線元件

本案是關於一種天線元件，且特別是一種槽孔天線元件。

應用在筆記型電腦、平板電腦或是手機等行動裝置，多為內藏式天線，例如：偶極（dipole）天線、平面倒F 形天線（PIFA）或是環圈（loop）天線等，並且在裝置內部空間中，皆需要預留特定的天線空間。

然而，隨著行動裝置的輕、薄及易方便攜帶等特性需求，同時為講求產品在工業設計上的美觀與質感，其外觀設計經常會使用金屬或具導電能力之材質，常因空間或者是淨空區不足而導致天線的輻射特性明顯下降，足夠之淨空區又造成裝置的厚度增加，天線設計將隨著前述需求而面臨嚴苛環境的挑戰。

本案提供一種天線元件，其包含一金屬基板；一第一封閉槽孔，形成於金屬基板，第一封閉槽孔包含一第一槽段及一第二槽段，第一槽段的長度大於第二槽段的長度；一饋入部，跨越第一封閉槽孔，饋入部將第一封閉槽孔區分為第一槽段及第二槽段，饋入部用以激發第一槽段於一第一頻帶內之共振模態及一第二頻帶內之共振模態，且激發第二槽段於一第三頻帶內之共振模態；及一第一匹配部，形成於第一槽段，第一匹配部連接於第一槽段之兩側之金屬基板。

圖1為根據本案之天線元件之第一實施例之結構示意圖。請參照圖1，天線元件包含金屬基板12、第一封閉槽孔10、饋入部13及第一匹配部14。金屬基板12可以導性材料（例如：鋼、銅、銀、鐵、鋁或是其合金）製成。第一封閉槽孔10形成於金屬基板12，第一封閉槽孔10的兩端均為封閉。饋入部13形成於第一封閉槽孔10，饋入部13延伸以跨越第一封閉槽孔10，饋入部13連接第一封閉槽孔10兩側之金屬基板12。饋入部13將第一封閉槽孔10區分為第一槽段101及第二槽段102（即，第一槽段101及第二槽段102分別位於饋入部13的兩側），第一槽段101的長度L1大於第二槽段102的長度L2，並且，第一槽段101的長度L1不超過一第一頻帶內之共振模態的0.5倍波長，第二槽段102的長度L2不超過一第三頻帶內之共振模態的0.5倍波長。當饋入部13接收一傳輸線例如微帶傳輸線、雙線傳輸線或同軸傳輸線所傳輸之射頻訊號時，饋入部13激發第一槽段101產生前述第一頻帶內之共振模態，並激發第二槽段102產生前述第三頻帶內之共振模態。在一實施例中，饋入部13亦激發第一槽段101產生高於第一頻帶的一第二頻帶內之共振模態。在一實施例中，前述第一頻帶可為2.4 GHz，第二頻帶及第三頻帶可為5.2 GHz及5.8 GHz，且第二頻帶可相同或不同於第三頻帶，例如第二頻帶及第三頻帶可均為5.2 GHz或5.8 GHz，或第二頻帶為5.2 GHz而第三頻帶為5.8 GHz，或第二頻帶為5.8 GHz而第三頻帶為5.2 GHz。

第一匹配部14形成於第一槽段101，第一匹配部14連接第一槽段101兩側之金屬基板12，第一匹配部14將第一槽段101區分為兩區段101A、101B。第一匹配部14用以優化第一槽段101產生的共振模態之操作頻率及頻寬。在一實施例中，第一匹配部14可以被動元件實現，例如電阻、電感、電容或前述項目之任意組合。

基此，天線元件之設計者可根據實際應用需求調整第一封閉槽孔10的整體長度、饋入部13在第一封閉槽孔10中的位置、第一匹配部14在第一槽段101中的位置、第一槽段101的寬度W1及/或第二槽段102的寬度W2，使饋入部13激發第一槽段101及第二槽段102後形成之共振模態符合需求。

圖2至圖4分別為根據本案之天線元件之一實施例於各操作頻率之返回損失圖。在一實施例中，以金屬基板12的長度及寬度分別為320 mm及220 mm為例，第一槽段101的長度L1可為54 mm，第二槽段102的長度L2可為6 mm，第一槽段101的寬度W1及第一槽段101的寬度W2可為2 mm，饋入部13與第一匹配部14之間的距離可為7 mm，由圖2可看出，天線元件操作之低頻頻帶及高頻頻帶分別涵蓋2.4 GHz及5.2 GHz而可應用於無線區域網路（Wireless LAN；WLAN）；再者，在一實施例中，以前述之相同尺寸為例，當第二槽段102的長度L2增加至22 mm時，如圖3所示，天線元件操作之高頻頻帶更涵蓋5.8 GHz；進一步來看，如圖4所示，藉由第一匹配部14之優化，天線元件於2.4 GHz、5.2 GHz及5.8 GHz之操作頻率所對應的返回損失皆大於10 dB，提升了天線元件之效率。

圖5為根據本案之天線元件之第二實施例之結構示意圖。在一實施例中，請參照圖5，天線元件更包含第二匹配部15，第二匹配部15形成於第二槽段102，第二匹配部15連接第二槽段102兩側之金屬基板12，第二匹配部15將第二槽段102區分為兩區段102A、102B。第二匹配部15用以調整第二槽段102的操作頻率及頻寬。基此，設計者亦可根據實際之應用需求進一步調整第二匹配部15在第二槽段102中的位置，使第二槽段102受激發後形成的共振模態符合需求。在一實施例中，第二匹配部15亦可以被動元件實現，例如電阻、電感、電容或前述項目之任意組合。

圖6為根據本案之天線元件之第三實施例之結構示意圖。請參照圖6，第一封閉槽孔10更包含一延伸段103，延伸段103連接於第一槽段101遠離饋入部13之一端。在此實施例中，第一封閉槽孔10係沿著金屬基板12的側邊延伸。如圖6所示，金屬基板12包含第一側邊121及第二側邊122，第二側邊122鄰接且大致垂直於第一側邊121，第一槽段101及第二槽段102沿著第一側邊121延伸，延伸段103沿著第二側邊122延伸。因此，延伸段103的長度方向大致垂直於第一槽段101及第二槽段102的長度方向。

圖7為根據本案之天線元件之第四實施例之結構示意圖。請參照圖7，第一封閉槽孔10更包含兩彎折段（為方便描述，分別稱為第一彎折段104及第二彎折段105）。第一彎折段104連接於第一槽段101遠離饋入部13之一端。第一彎折段104進一步包含第一區段104A及第二區段104B。第一區段104A連接於第一槽段101遠離饋入部13之一端，第一區段104A的長度方向大致垂直於第一槽段101的長度方向。第二區段104B連接於第一區段104A，第二區段104B自第一區段104A朝饋入部13的方向延伸，第二區段104B的長度方向大致垂直於第一區段104A的長度方向（即，第二區段104B的長度方向大致平行於第一槽段101的長度方向）。

第二彎折段105連接於第二槽段102遠離饋入部13之一端。第二彎折段105進一步包含第一區段105A及第二區段105B。第一區段105A連接於第二槽段102遠離饋入部13之一端，第一區段105A的長度方向大致垂直於第二槽段102的長度方向。第二區段105B連接於第一區段105A，第二區段105B自第一區段105A朝饋入部13的方向延伸，第二區段105B的長度方向大致垂直於第一區段105A的長度方向（即，第二區段105B的長度方向大致平行於第二槽段102的長度方向）。於此，第一槽段101、第一區段104A及第二區段104B之間形成一「U」字型，第二槽段102、第一區段105A及第二區段105B之間形成另一「U」字型，彎折之第一封閉槽孔10可縮小天線元件於其長度方向上的尺寸。

圖8為根據本案之天線元件之第五實施例之結構示意圖。請參照圖8，天線元件更包含第二封閉槽孔11。兩封閉槽孔10、11之間相隔有一距離，第二封閉槽孔11不連接於第一封閉槽孔10。第二封閉槽孔11中形成有一另一饋入部16，饋入部16將第二封閉槽孔11區分為另一第一槽段111及另一第二槽段112，第一槽段111的長度大於第二槽段112的長度。當饋入部16接收射頻訊號時，饋入部16激發第一槽段111形成一第四頻帶內之共振模態及第五頻帶內之共振模態，且激發第二槽段112形成一第六頻帶內之共振模態。其中，第六頻帶及第五頻帶高於第四頻帶，且第四頻帶、第五頻帶及第六頻帶可有別於前述之第一頻帶、第二頻帶及第三頻帶。再者，第一槽段111中形成有一第三匹配部17，第三匹配部17連接第一槽段111兩側之金屬基板12，第三匹配部17可優化第一槽段111產生的共振模態。第二槽段112中形成有第四匹配部18，第四匹配部18連接第二槽段112兩側之金屬基板12，第四匹配部18可優化第二槽段112產生的共振模態。

基此，藉由第二封閉槽孔11形成的共振模態，兩封閉槽孔10、11可操作於不同頻帶，換言之，兩封閉槽孔10、11可各自獨立收發訊號而不會相互干擾，天線系統可支援多輸入多輸出（multi-input multi-output；MIMO）之多天線系統之應用。其中，值得說明的是，圖8係以封閉槽孔的數量為二為例，然本案不以此為限，設計者可根據實際應用來調整封閉槽孔的數量。

圖9為根據本案之天線元件之第六實施例之結構示意圖。請參照圖9，第一封閉槽孔10更包含一彎折段106。彎折段106連接於第一槽段101鄰近於饋入部13之一端。彎折段106進一步包含第一區段106A及第二區段106B。第一區段106A連接於第一槽段101鄰近於饋入部13之一端，第一區段106A與第一槽段101之連接處位於饋入部13與第一匹配部14之間，第一區段106A的長度方向大致垂直於第一槽段101的長度方向。第二區段106B連接於第一區段106A，第二區段106B自第一區段106A朝遠離饋入部13的方向延伸，第二區段106B的長度方向大致垂直於第一區段106A的長度方向（即，第二區段106B的長度方向大致平行於第一槽段101的長度方向）。於此，第一槽段101、第一區段106A及第二區段106B之間形成一「U」字型，當饋入部13接收射頻訊號時，彎折段106受饋入部13激發產生一共振模態，有別於第一槽段101產生之共振模態，且彎折段106產生之共振模態可位於與第一頻帶及第二頻帶不同之其他頻帶內，進而增加天線元件的操作頻帶。

圖10為根據本案之天線元件之第七實施例之結構示意圖。請參照圖10，第一封閉槽孔10更包含一彎折段107。彎折段107連接於第二槽段102鄰近於饋入部13之一端。彎折段107進一步包含第一區段107A及第二區段107B。第一區段107A連接於第二槽段102鄰近於饋入部13之一端，第一區段107A與第二槽段102之連接處位於饋入部13與第二匹配部15之間，第一區段107A的長度方向大致垂直於第二槽段102的長度方向。第二區段107B連接於第一區段107A，第二區段107B自第一區段107A朝遠離饋入部13的方向延伸，第二區段107B的長度方向大致垂直於第一區段107A的長度方向（即，第二區段107B的長度方向大致平行於第二槽段102的長度方向）。於此，第二槽段102、第一區段107A及第二區段107B之間形成一「U」字型，當饋入部13接收射頻訊號時，彎折段107受饋入部13激發產生一共振模態，有別於第二槽段102產生之共振模態，且彎折段107產生之共振模態可位於與第三頻帶不同之其他頻帶內，進而增加天線元件的操作頻帶。

圖11為根據本案之天線元件之第八實施例之結構示意圖。請參照圖11，第一封閉槽孔10同時包含兩彎折段（為方便描述，分別稱為第一彎折段108及第二彎折段109）。第一彎折段108連接於第一槽段101鄰近於饋入部13之一端。第一彎折段108進一步包含第一區段108A及第二區段108B。第一區段108A連接於第一槽段101鄰近於饋入部13之一端，第一區段108A與第一槽段101之連接處位於饋入部13與第一匹配部14之間，第一區段108A的長度方向大致垂直於第一槽段101的長度方向。第二區段108B連接於第一區段108A，第二區段108B自第一區段108A朝遠離饋入部13的方向延伸，第二區段108B的長度方向大致垂直於第一區段108A的長度方向（即，第二區段108B的長度方向大致平行於第一槽段101的長度方向）。

第二彎折段109連接於第二槽段102鄰近於饋入部13之一端。第二彎折段109進一步包含第一區段109A及第二區段109B。第一區段109A連接於第二槽段102鄰近於饋入部13之一端，第一區段109A與第二槽段102之連接處位於饋入部13與第二匹配部15之間，第一區段109A的長度方向大致垂直於第二槽段102的長度方向。第二區段109B連接於第一區段109A，第二區段109B自第一區段109A朝遠離饋入部13的方向延伸，第二區段109B的長度方向大致垂直於第一區段109A的長度方向（即，第二區段109B的長度方向大致平行於第二槽段102的長度方向）。

基此，第一槽段101、第一區段108A及第二區段108B之間形成一「U」字型，第二槽段102、第一區段109A及第二區段109B之間形成另一「U」字型，當饋入部13接收射頻訊號時，第一彎折段108及第二彎折段109均受饋入部13激發而產生與第一槽段101及第二槽段102之操作頻帶相近之共振模態，進而增加天線元件的操作頻寬；或者，第一彎折段108及第二彎折段109受饋入部13激發後亦可產生與第一槽段101及第二槽段102之操作頻帶不同之共振模態，進而增加天線元件的操作頻帶數量。

在一實施例中，第一槽段101的寬度W1不同於第二槽段102的寬度W2。請參照圖12，為根據本案之天線元件之第九實施例之結構示意圖，第一槽段101的寬度W1大於饋入部13所在之第二槽段102的寬度W2。如此一來，第一槽段101的寬度W1增加使第一槽段101產生的共振模態改變，進而增加天線元件的操作頻寬。在一實施例中，第二槽段102的寬度W2亦可大於第一槽段101的寬度W1，以增加天線元件的操作頻寬。

圖13為根據本案之天線元件之一實施例應用於電子裝置20之示意圖。在此，圖13繪示之電子裝置20係以筆記型電腦為例，且以圖1中的天線元件為例，然本案不以此為限，電子裝置20亦可為平板電腦或準系統（all in one；AIO）電腦，且圖5至圖12中之天線元件亦可應用於電子裝置20。如圖13所示，電子裝置20包含以金屬基板12形成之殼體，第一封閉槽孔10係形成於電子裝置20之殼體，以收發射頻訊號。

綜上所述，根據本案之天線元件之一實施例，天線元件可整合於電子裝置之具金屬外觀之殼體，其結構簡單，電子裝置中並不需要淨空區，符合行動裝置的輕薄需求，亦同時兼具金屬殼體之散熱效果、機構強度及外觀質感較佳之優點。

雖然本案已以實施例揭露如上然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本案之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。

10‧‧‧第一封閉槽孔
101‧‧‧第一槽段
101A‧‧‧區段
101B‧‧‧區段
102‧‧‧第二槽段
102A‧‧‧區段
102B‧‧‧區段
103‧‧‧延伸段
104‧‧‧第一彎折段
104A‧‧‧第一區段
104B‧‧‧第二區段
105‧‧‧第二彎折段
105A‧‧‧第一區段
105B‧‧‧第二區段
106‧‧‧彎折段
106A‧‧‧第一區段
106B‧‧‧第二區段
107‧‧‧彎折段
107A‧‧‧第一區段
107B‧‧‧第二區段
108‧‧‧第一彎折段
108A‧‧‧第一區段
108B‧‧‧第二區段
109‧‧‧第二彎折段
109A‧‧‧第一區段
109B‧‧‧第二區段
11‧‧‧第二封閉槽孔
111‧‧‧第一槽段
111A‧‧‧區段
111B‧‧‧區段
112‧‧‧第二槽段
112A‧‧‧區段
112B‧‧‧區段
12‧‧‧金屬基板
121‧‧‧第一側邊
122‧‧‧第二側邊
13‧‧‧饋入部
14‧‧‧第一匹配部
15‧‧‧第二匹配部
16‧‧‧饋入部
17‧‧‧第三匹配部
18‧‧‧第四匹配部
L1‧‧‧長度
L2‧‧‧長度
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度
20‧‧‧電子裝置

[圖1] 為根據本案之天線元件之第一實施例之結構示意圖。 [圖2] 為根據本案之天線元件之一實施例於各操作頻率之返回損失圖。 [圖3] 為根據本案之天線元件之一實施例於各操作頻率之返回損失圖。 [圖4] 為根據本案之天線元件之一實施例於各操作頻率之返回損失圖。 [圖5] 為根據本案之天線元件之第二實施例之結構示意圖。 [圖6] 為根據本案之天線元件之第三實施例之結構示意圖。 [圖7] 為根據本案之天線元件之第四實施例之結構示意圖。 [圖8] 為根據本案之天線元件之第五實施例之結構示意圖。 [圖9] 為根據本案之天線元件之第六實施例之結構示意圖。 [圖10] 為根據本案之天線元件之第七實施例之結構示意圖。 [圖11] 為根據本案之天線元件第之八實施例之結構示意圖。 [圖12] 為根據本案之天線元件之第九實施例之結構示意圖。 [圖13] 為根據本案之天線元件之一實施例應用於電子裝置之示意圖。

Claims

一種天線元件，包含：一金屬基板；一第一封閉槽孔，形成於該金屬基板，該第一封閉槽孔包含一第一槽段及一第二槽段，該第一槽段的長度大於該第二槽段的長度；一饋入部，跨越該第一封閉槽孔，該饋入部將該第一封閉槽孔區分為該第一槽段及該第二槽段，該饋入部用以激發該第一槽段於一第一頻帶內之共振模態及一第二頻帶內之共振模態，且激發該第二槽段於一第三頻帶內之共振模態；及一第一匹配部，形成於該第一槽段，該第一匹配部連接於該第一槽段之兩側之該金屬基板。
如請求項1所述之天線元件，更包含一第二匹配部，形成於該第二槽段，該第二匹配部連接該第二槽段之兩側之該金屬基板。
如請求項2所述之天線元件，其中該第一封閉槽孔更包含一第一彎折段及一第二彎折段，該第一彎折段連接於該饋入部與該第一匹配部之間之該第一槽段，該第二彎折段連接於該饋入部與該第二匹配部之間之該第二槽段。
如請求項1所述之天線元件，其中該第一封閉槽孔更包含一延伸段，該延伸段沿該金屬基板的邊緣延伸，該延伸段連接於該第一槽段遠離該饋入部之一端，該延伸段的長度方向大致垂直於該第一槽段的長度方向。
如請求項1所述之天線元件，其中該第一封閉槽孔更包含一第一彎折段及一第二彎折段，該第一彎折段連接於該第一槽段遠離該饋入部之一端，該第二彎折段連接於該第二槽段遠離該饋入部之一端。
如請求項1所述之天線元件，更包含：一第二封閉槽孔，形成於該金屬基板，該第二封閉槽孔包含另一第一槽段及另一第二槽段，該另一第一槽段的長度大於該另一第二槽段的長度；另一饋入部，跨越該第二封閉槽孔，該另一饋入部將該第二封閉槽孔區分為該另一第一槽段及該另一第二槽段，該另一饋入部用以激發該另一第一槽段於一第四頻帶內之共振模態及一第五頻帶內之共振模態，且激發該另一第二槽段於一第六頻帶內之共振模態；一第三匹配部，形成於該另一第一槽段，該第三匹配部連接於該另一第一槽段之兩側之該金屬基板；及一第四匹配部，形成於該另一第二槽段，該第四匹配部連接於該另一第二槽段之兩側之該金屬基板。
如請求項1所述之天線元件，其中該第一封閉槽孔更包含一彎折段連接於該第一槽段鄰近於該饋入部之一端。
如請求項1所述之天線元件，其中該第一封閉槽孔更包含一彎折段連接於該第二槽段鄰近於該饋入部之一端。
如請求項1所述之天線元件，其中該第一槽段的寬度大於該第二槽段的寬度。
如請求項1所述之天線元件，其中該第二槽段的寬度大於該第一槽段的寬度。
如請求項1所述之天線元件，其中該金屬基板係為一電子裝置之殼體。