TWI648908B

TWI648908B - 電子裝置與其天線結構

Info

Publication number: TWI648908B
Application number: TW106122207A
Authority: TW
Inventors: 吳建逸; 李亞峻; 朱祐頤; 吳朝旭; 柯慶祥; 張家齊
Original assignee: 和碩聯合科技股份有限公司
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2019-01-21
Also published as: TW201902032A

Abstract

一種天線結構，包括導電殼體、基板、接地元件與輻射元件。導電殼體包括相鄰的開槽孔與導電區段。輻射元件設置在基板的第一表面，並電性連接至接地元件。基板的第二表面面對開槽孔與導電區段。接地元件電性連接導電殼體。輻射元件具有饋入點並形成第一路徑。輻射元件於導電殼體的正投影與導電區段部分重疊，以致使導電殼體與該輻射元件形成第二路徑。天線結構透過第一路徑與第二路徑操作在第一頻帶與第二頻帶。

Description

電子裝置與其天線結構

本發明是有關於一種電子裝置與其天線結構，且特別是有關於一種包含具有開槽孔之導電殼體的電子裝置與其天線結構。

近年來，筆記型電腦大多採用窄邊框的外觀設計以及具有金屬質感的導電殼體，以藉此強調產品的獨特性並吸引消費者的目光。因應窄邊框的設計需求，筆記型電腦中的天線結構大多設計在顯示面板下方的塑膠轉軸。此外，顯示面板的訊號匯流排亦橫跨塑膠轉軸，以分別連接位在筆記型電腦之兩機體中的電子元件。然而，為了降低訊號匯流排對天線所造成的影響，設置在塑膠轉軸中的天線結構往往必須遠離訊號匯流排，進而佔據了筆記型電腦中較大的配置空間。此外，筆記型電腦的導電殼體往往也會影響天線結構的輻射特性。因此，如何在筆記型電腦之窄邊框與導電殼體的設計需求下，節省天線結構的配置空間，並提升天線結構的輻射特性，已是筆記型電腦之天線設計的一重要課題。

本發明提供一種電子裝置與其天線結構，可節省天線結構的配置空間，並有助於提升天線結構的輻射特性。

本發明的天線結構，包括導電殼體、基板、接地元件與輻射元件。導電殼體包括相鄰的開槽孔與導電區段。基板包括相對的第一表面與第二表面，且第二表面面對開槽孔與導電區段。接地元件電性連接導電殼體。輻射元件設置在第一表面，並電性連接至接地元件。輻射元件具有饋入點並形成第一路徑。輻射元件於導電殼體的正投影與導電區段部分重疊，以致使導電殼體與該輻射元件形成第二路徑。天線結構透過第一路徑與第二路徑操作在第一頻帶與第二頻帶。

本發明的電子裝置，包括轉軸、第一機體、第二機體、基板、接地元件與輻射元件，且第一機體中的導電殼體包括相鄰的開槽孔與導電區段。第一機體與第二機體透過轉軸而相對轉動。基板包括相對的第一表面與第二表面，且第二表面面對開槽孔與導電區段。接地元件電性連接導電殼體。輻射元件設置在第一表面，並電性連接至接地元件。輻射元件具有饋入點，並形成第一路徑。輻射元件於導電殼體的正投影與導電區段部分重疊，以致使導電殼體與該輻射元件形成第二路徑。導電殼體、基板、接地元件與輻射元件形成天線結構，且天線結構透過第一路徑與第二路徑操作在第一頻帶與第二頻帶。

基於上述，本發明利用導電殼體、基板、接地元件與輻射元件形成天線結構。此外，輻射元件可形成天線結構中的第一路徑，導電殼體與輻射元件可形成天線結構中的第二路徑，且天線結構可透過第一路徑與第二路徑操作在第一頻帶與第二頻帶。藉此，將可降低天線結構在電子裝置中所佔據的配置空間，並有助於提升天線結構的輻射特性。

為讓本發明的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是依照本發明的一實施例之電子裝置的示意圖。如圖1所示，電子裝置100可例如是一筆記型電腦，且電子裝置100包括第一機體110、第二機體120與轉軸130。其中，轉軸130設置在第一機體110與第二機體120之間，且第一機體110與第二機體120可透過轉軸130而相對轉動。此外，第一機體110包括導電殼體111與顯示面板112，且為了方面說明起見，圖1並未繪示出環繞在顯示面板112周圍的導電邊框。第二機體120包括導電殼體121與導電殼體122，且電子裝置100更包括設置在導電殼體121上的鍵盤(未繪示出)。

進一步來看，電子裝置100更包括設置在顯示面板112上方的天線結構140與150以及設置在顯示面板112之左右兩側的天線結構160與170。其中，導電殼體111分別為天線結構140~170的一部分，且為了方面說明起見，圖1僅利用虛線標示出天線結構140~170的設置位置。在整體配置上，天線結構140~170中的每一者對應導電殼體111中的一開槽孔。舉例來說，導電殼體111包括開槽孔181~184，且開槽孔181~184與天線結構140~170一對一對應。

值得注意的是，天線結構140~170中的每一者可利用一輻射元件形成一第一路徑，且所述輻射元件可與開槽孔之周圍的導電殼體形成一第二路徑。藉此，天線結構140~170將具有多頻操作、體積小、低姿態與選擇性加等特性，從而可降低天線結構140~170在電子裝置100中所佔據的配置空間。此外，由於導電殼體111為天線結構140~170的一部分，因此可降低電子裝置100中之導電殼體(例如，導電殼體111、121與122)對天線結構140~170所造成的影響，進而可提升天線結構140~170的輻射特性。再者，電子裝置100更可利用天線結構140~170支援第5代移動通信(5G)標準中的多輸入多輸出(Multi-input Multi-output，簡稱MIMO)技術。

為了致使本領域具有通常知識者可以更了解本發明，以下將進一步列舉說明天線結構140。具體而言，圖2是依照本發明的一實施例之天線結構的示意圖。如圖2所示，天線結構140包括部分的導電殼體111、基板210、輻射元件220與接地元件230。其中，基板210包括相對的第一表面211與第二表面212。輻射元件220設置在基板210的第一表面211，且輻射元件220電性連接至接地元件230。部分的接地元件230設置在基板210的第一表面211，且接地元件230沿著-Y軸方向延伸至導電殼體111的上方。此外，位在導電殼體111上方的接地元件230與導電殼體111彼此電性相連。

在操作上，輻射元件220具有一饋入點FP2。輻射元件220的饋入點FP2電性連接同軸纜線240的內導體，且接地元件230電性連接同軸纜線240的外導體。藉此，輻射元件220將可透過同軸纜線240電性連接至電子裝置100中的收發器(例如，WiFi無線收發模組卡的收發器)，以接收來自收發器的饋入訊號。此外，輻射元件220可形成第一路徑201。在饋入訊號的激發下，天線結構140將可透過第一路徑201產生第一共振模態，進而可操作在第一頻帶。

舉例來說，輻射元件220包括第一輻射部221與第二輻射部222。其中，第一輻射部221與第二輻射部222設置在基板210的第一表面211，且第一輻射部221與第二輻射部222沿著接地元件230的邊緣231依序排列。此外，第一輻射部221具有饋入點FP2，且第一輻射部221並未電性連接第二輻射部222與接地元件230。第二輻射部222具有第一端222a及第二端222b，第二輻射部222的第一端222a與第一輻射部221相隔一耦合間距D2，且第二輻射部222的第二端222b電性連接至接地元件230的邊緣231。

在操作上，第一輻射部221可透過饋入點FP2接收來自收發器的饋入訊號。此外，饋入訊號可透過耦合間距D2從第一輻射部221耦合至第二輻射部222，進而形成第一路徑201。換言之，第一路徑201是透過第一輻射部221、耦合間距D2與第二輻射部222從饋入點FP2延伸至第二輻射部222的第二端222b。此外，第一輻射部221與第二輻射部222可形成第一開迴路天線(open loop antenna)，且第一開迴路天線可透過第一路徑201產生第一共振模態，以操作在第一頻帶。再者，本領域具有通常知識者可依據設計所需，調整第一輻射部221與第二輻射部222的形狀或/與大小以及調整耦合間距D2的尺寸，以藉此調整第一頻帶的頻率與頻寬。

圖3是依照本發明的一實施例之開槽孔的示意圖。如圖3所示，天線結構140所對應的開槽孔181可例如是倒L形。舉例來說，開槽孔181包括相互連通且垂直相接的第一槽孔310與第二槽孔320。此外，第一槽孔310平行於Y軸方向，並可形成開槽孔181的開口端311。第二槽孔320平行於X軸方向，並可形成開槽孔181的封閉端321。部分的導電殼體111環繞開槽孔181，並用以形成天線結構140的一部分。例如，天線結構140所包含之部分的導電殼體111包含導電區段330，且導電區段330相鄰於開槽孔181。此外，導電區段330具有第一端331及相反於第一端331的第二端332。開槽孔181的開口端311相鄰於導電區段330的第一端331，且開槽孔181的封閉端321相鄰於導電區段330的第二端332。此外，在一實施例中，可利用塑膠成型(insert modeling)技術來實現導電殼體111上的開槽孔181，並可利用噴塗技術來修飾導電殼體111的外觀。

請同時參照圖2與圖3來看，基板210的第二表面212面對導電殼體111中的開槽孔181與導電區段330。亦即，在圖2中，開槽孔181與導電區段330是被基板210所覆蓋著，且輻射元件220隔著基板210相對於導電區段330。舉例來說，圖4是用以說明圖2之天線結構的投影示意圖，且為了說明方便起見，圖4並未標示出圖2中的基板210。

如圖4所示，第一輻射部221於導電殼體111的正投影與導電區段330的第一端331部分重疊。此外，第一輻射部221於導電殼體111的正投影覆蓋開槽孔181的開口端311。第二輻射部222的形狀可例如倒L形，且第二輻射部222的第二端於導電殼體111的正投影位在開槽孔181內。接地元件230的邊緣231於導電殼體111的正投影平行於導電區段330。

在操作上，由於第一輻射部221設置於基板210的第一表面211，而基板210的第二表面212面對導電殼體111的開槽孔181與導電區段330，所以第一輻射部221可與導電區段330相隔一耦合間距，其耦合間距即為基板210的厚度。藉此，來自第一輻射部221的饋入訊號將可耦合至導電區段330，進而形成第二路徑410。換言之，第二路徑410可透過第一輻射部221與導電區段330從饋入點FP2延伸至導電殼體111中的接地點GP4。其中，接地點GP4鄰近開槽孔181的封閉端321。此外，第一輻射部221與部分的導電殼體111可形成第二開迴路天線，且第二開迴路天線可透過第二路徑410產生第二共振模態，以操作在第二頻帶。再者，本領域具有通常知識者可依據設計所需，調整第一輻射部221與導電區段330之重疊面積的大小以及調整導電區段330的形狀或/與大小，以藉此調整第二頻帶的頻率與頻寬。

換言之，在整體配置上，輻射元件220可形成平面式的第一開迴路天線。此外，輻射元件220於導電殼體111的正投影與導電區段330部分重疊，因此輻射元件220與導電殼體111更可形成非平面式的第二開迴路天線。如此一來，天線結構140除可透過輻射元件220所形成的第一路徑201操作在第一頻帶以外，更可透過導電殼體111與輻射元件220所形成的第二路徑410操作在第二頻帶。

舉例來說，在一實施例中，基板210的尺寸可為20 mm x 4.5 mm x 0.4 mm。此外，基板210的厚度較佳為小於1 mm，以藉此增強第一輻射部221與導電區段330之間的耦合機制。耦合間距D2可為2.5 mm。開槽孔181的長度D31與寬度D32可分別為17.5 mm與4 mm，且開槽孔181之開口端311的長度D33可為5 mm。此外，導電區段330的寬度D34可為1.5 mm。藉此，天線結構140所涵蓋之第二頻帶的頻率範圍可為2.4GHz ~ 2.5GHz，且第二頻帶之倍頻頻帶可與天線結構140的第一頻帶相結合，進而致使天線結構140可操作的頻率範圍更包括5.15GHz ~ 5.875GHz。

請繼續參照圖1，電子裝置100中的天線結構140~170具有相同的組態。舉例來說，圖5與圖6分別是依照本發明的另一實施例之天線結構的投影示意圖。如圖5所示，天線結構150包括部分的導電殼體111、基板510、輻射元件520與接地元件530，且輻射元件520包括第一與第二輻射部521與522。如圖6所示，天線結構160包括部分的導電殼體111、基板610、輻射元件620與接地元件630，且輻射元件620包括第一與第二輻射部621與622。此外，天線結構170包括部分的導電殼體111、基板710、輻射元件720與接地元件730，且輻射元件720包括第一與第二輻射部721與722。此外，天線結構150~170中之各元件(例如，導電殼體111、輻射元件520~720與接地元件530~730)的細部結構與操作已包含在上述圖2-4實施例中，故在此不與贅述。

值得一提的是，天線結構140~170可沿著環繞在顯示面板112周圍的導電邊框設置。舉例來說，就設置在顯示面板112上方的天線結構140與150而言，其開槽孔181與182的封閉端可指向-X軸或是+X軸方向。就設置在顯示面板112之左右兩側的天線結構160與170而言，其開槽孔183與184的封閉端可指向-Y軸或是+Y軸方向。此外，在一實施例中，天線結構140與150分別與導電殼體111之兩側邊緣的距離D11可為50 mm，且天線結構160與170與導電殼體111之底部邊緣的距離D12可為15 mm。雖然圖1列舉了開槽孔181~184的擺設方式，但其並非用以限定本發明。

除此之外，天線結構140~170皆具有體積小與低姿態的特性。例如，天線結構140與150中之基板210與510在Y軸方向上的尺寸以及天線結構160與170中之基板610與710在X軸方向上的尺寸皆可為4.5 mm，因此可符合電子裝置100之窄邊框的設計需求。再者，無論開槽孔181~184的擺設方式為何，天線結構140~170皆具有良好的輻射特性。

舉例來說，圖7是依照本發明的一實施例之天線結構的電壓駐波比(VSWR)圖，且圖8是依照本發明的一實施例之天線結構的天線效率(antenna efficiency)圖。其中，圖7中的曲線701與702分別用以表示天線結構160與170的電壓駐波比，且圖8中的曲線801與802分別用以表示天線結構160與170的天線效率。在圖7與圖8實施例中，天線結構160與170可分別透過長度為400 mm的同軸纜線電性連接至第二機體120中的收發器。

如圖7與圖8所示，天線結構160與170皆可操作在2.4GHz頻帶(例如，2.4GHz ~ 2.5GHz)與5GHz頻帶(例如，5.15GHz ~ 5.875GHz)。此外，天線結構160與170在2.4GHz頻帶與5GHz頻帶的電壓駐波比皆可小於3。天線結構160與170在2.4G頻帶的天線效率為-3.2dB ~- 4.2dB，且天線結構160與170在5G頻帶的天線效率為-3.6dB ~ -4.6dB。再者，圖9是依照本發明的一實施例之天線結構的隔離度(S21)圖。在圖9實施例中，天線結構160與170之間的間距約為250 mm，且天線結構160與170在2.4GHz頻帶與5GHz頻帶下的隔離度皆可在-30dB以下。

綜上所述，本發明的天線結構包括設置在基板之第一表面的輻射元件以及面對基板之第二表面的導電殼體。此外，輻射元件可形成第一路徑，導電殼體與輻射元件可形成第二路徑，且天線結構可透過第一路徑與第二路徑操作在第一頻帶與第二頻帶。藉此，天線結構將具有多頻操作、體積小、低姿態與選擇性加等特性，從而可降低天線結構在電子裝置中所佔據的配置空間，並有助於提升天線結構的輻射特性。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100：電子裝置 110：第一機體 111：導電殼體 112：顯示面板 120：第二機體 121：導電殼體 122：導電殼體 130：轉軸 140~170：天線結構 181~184：開槽孔 D11、D12：距離 210、510、610、710：基板 211：第一表面 212：第二表面 220、520、620、720：輻射元件 221、521、621、721：第一輻射部 222、522、622、722：第二輻射部 230、530、630、730：接地元件 222a：第二輻射部的第一端 222b：第二輻射部的第二端 231：邊緣 240：同軸纜線 201：第一路徑 FP2：饋入點 D2：耦合間距 310：第一槽孔 311：開口端 320：第二槽孔 321：封閉端 330：導電區段 331：導電區段的第一端 332：導電區段的第二端 D31、D33：長度 D32、D34：寬度 410：第二路徑 701、702、801、802：曲線

圖1是依照本發明的一實施例之電子裝置的示意圖。圖2是依照本發明的一實施例之天線結構的示意圖。圖3是依照本發明的一實施例之開槽孔的示意圖。圖4是用以說明圖2之天線結構的投影示意圖。圖5與圖6分別是依照本發明的另一實施例之天線結構的投影示意圖。圖7是依照本發明的一實施例之天線結構的電壓駐波比(VSWR)圖。圖8是依照本發明的一實施例之天線結構的天線效率(antenna efficiency)圖。圖9是依照本發明的一實施例之天線結構的隔離度(S21)圖。

Claims

一種天線結構，包括：一導電殼體，包括相鄰的一開槽孔與一導電區段；一基板，包括相對的一第一表面與一第二表面，且該第二表面面對該開槽孔與該導電區段；一接地元件，電性連接該導電殼體；以及一輻射元件，設置在該第一表面，並電性連接該接地元件，其中該輻射元件具有一饋入點並形成一第一路徑，該輻射元件於該導電殼體的正投影與該導電區段部分重疊，以致使該導電殼體與該輻射元件形成一第二路徑，且該天線結構透過該第一路徑與該第二路徑操作在一第一頻帶與一第二頻帶，其中，該輻射元件於該導電殼體的正投影覆蓋該開槽孔的開口端。
如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中該導電區段包含一第一端及相反於該第一端之一第二端，該開槽孔的開口端相鄰於該導電區段的該第一端，且該開槽孔的封閉端相鄰於該導電區段的該第二端。
如申請專利範圍第2項所述的天線結構，其中該輻射元件包括：一第一輻射部，設置在該第一表面，並具有該饋入點，且該第一輻射部於該導電殼體的正投影與該導電區段的該第一端部分重疊；以及一第二輻射部，設置在該第一表面，該第二輻射部具有一第一端及一第二端，該第二輻射部的該第一端與該第一輻射部相隔一耦合間距，該第二輻射部的該第二端電性連接該接地元件。
如申請專利範圍第3項所述的天線結構，其中該第一路徑透過該第一輻射部、該耦合間距與該第二輻射部從該饋入點延伸至該第二輻射部的該第二端。
如申請專利範圍第3項所述的天線結構，其中該導電殼體包括鄰近該開槽孔之封閉端的一接地點，且該第二路徑透過該第一輻射部與該導電區段從該饋入點延伸至該接地點。
如申請專利範圍第3項所述的天線結構，其中該第一輻射部與該第二輻射部形成操作在該第一頻帶的一第一開迴路天線，且該第一輻射部與該導電殼體形成操作在該第二頻帶的一第二開迴路天線。
如申請專利範圍第3項所述的天線結構，其中該第一輻射部與該第二輻射部沿著該接地元件的一邊緣依序排列，且該第二輻射部的該第二端電性連接該接地元件的該邊緣。
如申請專利範圍第7項所述的天線結構，其中該第一輻射部於該導電殼體的正投影覆蓋該開槽孔的開口端，且該第二輻射部的該第二端於該導電殼體的正投影位在該開槽孔內。
如申請專利範圍第7項所述的天線結構，其中該接地元件的該邊緣於該導電殼體的正投影平行於該導電區段。
如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中該輻射元件的該饋入點電性連接一同軸纜線的內導體，且該接地元件電性連接該同軸纜線的外導體。
一種電子裝置，包括：一轉軸；一第一機體與一第二機體，透過該轉軸而相對轉動，且該第一機體中的一導電殼體包括相鄰的一開槽孔與一導電區段；一基板，包括相對的一第一表面與一第二表面，且該第二表面面對該開槽孔與該導電區段；一接地元件，電性連接該導電殼體；以及一輻射元件，設置在該第一表面，並電性連接該接地元件，該輻射元件具有一饋入點並形成一第一路徑，該輻射元件於該導電殼體的正投影與該導電區段部分重疊，以致使該導電殼體與該輻射元件形成一第二路徑，其中該導電殼體、該基板、該接地元件與該輻射元件形成一天線結構，且該天線結構透過該第一路徑與該第二路徑操作在一第一頻帶與一第二頻帶，其中，該輻射元件於該導電殼體的正投影覆蓋該開槽孔的開口端。
如申請專利範圍第11項所述的電子裝置，其中該導電區段包含一第一端及相反於該第一端之一第二端，該開槽孔的開口端相鄰於該導電區段的該第一端，且該開槽孔的封閉端相鄰於該導電區段的該第二端。
如申請專利範圍第12項所述的電子裝置，其中該輻射元件包括：一第一輻射部，設置在該第一表面，並具有該饋入點，且該第一輻射部於該導電殼體的正投影與該導電區段的該第一端部分重疊；以及一第二輻射部，設置在該第一表面，該第二輻射部具有一第一端及一第二端，該第二輻射部的該第一端與該第一輻射部相隔一耦合間距，該第二輻射部的該第二端電性連接該接地元件。
如申請專利範圍第13項所述的電子裝置，其中該第一路徑透過該第一輻射部、該耦合間距與該第二輻射部從該饋入點延伸至該第二輻射部的該第二端。
如申請專利範圍第13項所述的電子裝置，其中該導電殼體包括鄰近該開槽孔之封閉端的一接地點，且該第二路徑透過該第一輻射部與該導電區段從該饋入點延伸至該接地點。
如申請專利範圍第13項所述的電子裝置，其中該第一輻射部與該第二輻射部形成操作在該第一頻帶的一第一開迴路天線，且該第一輻射部與該導電殼體形成操作在該第二頻帶的一第二開迴路天線。
如申請專利範圍第13項所述的電子裝置，其中該第一輻射部與該第二輻射部沿著該接地元件的一邊緣依序排列，且該第二輻射部的該第二端電性連接該接地元件的該邊緣。
如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中該第一輻射部於該導電殼體的正投影覆蓋該開槽孔的開口端，且該第二輻射部的該第二端於該導電殼體的正投影位在該開槽孔內。
如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中該接地元件的該邊緣於該導電殼體的正投影平行於該導電區段。
如申請專利範圍第11項所述的電子裝置，其中該輻射元件的該饋入點電性連接一同軸纜線的內導體，且該接地元件電性連接該同軸纜線的外導體。