TWI655804B

TWI655804B - 通訊裝置

Info

Publication number: TWI655804B
Application number: TW106126207A
Authority: TW
Inventors: 林暉; 林軍毅; 許宏任; 盧俊諭
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-04-01
Also published as: CN109388182B; US10594018B2; TW201911650A; CN109388182A; US20190044215A1

Abstract

一種通訊裝置，包括一系統接地面、一訊號源、一裝置邊框、一導磁元件以及一天線。訊號源電氣耦接至系統接地面。裝置邊框與系統接地面垂直。天線電氣耦接訊號源，並且配置於裝置邊框上。導磁元件與天線鄰近擺放，但相隔一第一既定距離，並且天線之磁力線藉由導磁元件被集中一既定方向。

Description

通訊裝置

本發明係關於一種新穎的天線設計，適用於一通訊裝置，能符合裝置窄邊框的需求，同時能維持良好的天線傳輸效能。

在現有的通訊裝置中，天線的擺放位置必須要盡可能地遠離周遭的金屬元件，以避免金屬元件對於電磁波的損耗影響到天線的傳輸效能。以筆記型電腦而言，目前較常見的方式是將天線配置於顯示模組周圍，以避免占用主電路板的使用空間，並且避免受到主電路板的雜訊干擾。

顯示模組亦包含了金屬元件。因此，天線與顯示模組之間必須保持一個足夠寬的距離才能確保天線的傳輸效能不易受到顯示模組的影響。然而，這樣的寬度要求限制了螢幕的可視區域尺寸，進而影響到使用者體驗。此外，使用者對於窄邊框電子裝置產品的需求也逐漸提升，這樣的寬度要求不利於窄邊框電子裝置產品的設計。

為了解決上述問題，本發明提出一種新穎的天線設計，能兼顧產品的外觀及使用者體驗，並且也能維持良好的天線傳輸效能。

本發明揭露一種通訊裝置，包括一系統接地面、一訊號源、一裝置邊框、一導磁元件以及一天線。訊號源電氣耦接至系統接地面。裝置邊框與系統接地面大致垂直。天線電氣耦接訊號源，並且配置於裝置邊框上。導磁元件與天線鄰近擺放，但相隔一第一既定距離，並且天線之磁力線藉由導磁元件被集中於一既定方向。

10‧‧‧系統接地面

11‧‧‧金屬元件

12‧‧‧天線

13‧‧‧訊號源

41、42‧‧‧頻帶

100、200、300、400、500‧‧‧通訊裝置

101‧‧‧裝置邊框

102‧‧‧淨空區

103、203、303、403‧‧‧導磁元件

121、122‧‧‧反射係數曲線

123、125‧‧‧低頻天線效率曲線

124、126‧‧‧高頻天線效率曲線

501‧‧‧頂端

502‧‧‧前表面

503‧‧‧後表面

504、505‧‧‧側面

第1A圖與第1B圖係顯示根據本發明之一實施例所述之通訊裝置之外觀示意圖。

第2圖係顯示根據本發明之第一實施例所述之天線設計範例示意圖。

第3A圖係顯示未加入導磁元件時天線之磁力線分布。

第3B圖係顯示根據本發明之第一實施例所述之加入導磁元件後天線之磁力線分布。

第4圖係顯示根據本發明之一實施例之第一反射係數曲線121以及未加入導磁元件之第二反射係數曲線122之比較圖。

第5圖係顯示根據本發明之一實施例之第一低頻天線效率曲線123與第一高頻天線效率曲線124，以及未加入導磁元件之第二低頻天線效率曲線125與第二高頻天線效率曲線 126之比較圖。

第6圖係顯示根據本發明之第二實施例所述之天線設計範例示意圖。

第7A圖係顯示未加入導磁元件時天線之磁力線分布。

第7B圖係顯示根據本發明之第二實施例所述之加入導磁元件後天線之磁力線分布。

第8圖係顯示根據本發明之第三實施例所述之天線設計範例示意圖。

第9圖係顯示根據本發明之第四實施例所述之天線設計範例示意圖。

使本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合圖式，作詳細說明。

如上述，近年來，電子裝置產品，例如，手機、筆記型電腦、平板電腦等具備無線通訊功能之通訊裝置，對於窄邊框的需求逐漸提升。若天線的擺放必須鄰近周遭金屬元件，則必須增加天線的輻射面積(Radiation Area)，以確保天線輻射效率(Antenna Efficiency)不會受到金屬元件的影響。然而，現今的通訊裝置講求輕薄尺寸與美觀，使得天線的設計空間更加受到限制。因此，在有限的天線設計空間內，如何避免鄰近金屬元件影響天線效能為本發明欲解決的問題。

根據本發明之一實施例，在天線與金屬元件之間加入特定的導磁元件，用來減少金屬元件對於天線輻射效能 (Radiating Ability)的影響，如此可以大幅的增加天線設計的自由度，並且也能廣泛的應用於講究外觀的通訊裝置，例如，使用全金屬背蓋(full metal back cover)或是窄邊框設計的通訊裝置上，使通訊裝置可兼具美觀與實用性。其中，全金屬背蓋的通訊裝置係指通訊裝置之背蓋完全使用金屬材料製作而成，不包含塑膠材料。

值得注意的是，傳統的通訊裝置中，例如，筆記型電腦，其背蓋通常為了搭配槽型天線的使用，會利用塑膠材料開縫，以利天線的輻射。因此，這樣的設計並不屬於全金屬背蓋的範疇。為了避免塑膠材料影響背蓋的金屬光澤，並且避免背蓋上有孔洞，全金屬背蓋的需求開始產生。

而於本發明所提出之新穎的天線設計，透過導磁元件的使用，不僅可有效縮減天線與通訊裝置中其他金屬元件的配置距離，同時可維持天線傳輸效能，因此，本發明所提出之新穎的天線設計可適用於任何需要全金屬背蓋、窄邊框或輕薄短小體積之設計的通訊裝置。

第1A圖與第1B圖係顯示根據本發明之一實施例所述之通訊裝置之外觀示意圖。值得注意的是，雖圖中所示之通訊裝置為一筆記型電腦，但本發明並不限於此。通訊裝置500之背蓋區域大體可由一頂端(top end)501、一前表面(front surface)502、一後表面(rear surface)503以及側面(lateral surface)504與505所定義。通訊裝置500可包含一顯示模組，用以顯示畫面。以筆記型電腦而言，背蓋的設計通常是可掀式的(clamshell)，並且包含顯示模組之顯示面板，而顯示面板通常配置於前表面502。

當通訊裝置500被開啟或被使用時，頂端501通常會朝向上方，亦即，朝向相對於背蓋與主機相接之樞軸(pivot axis)(圖未示)之另一方，讓使用者可以正視前表面502。頂端501、後表面503、側面504與505、以及/或部分的前表面之金屬殼體構成通訊裝置500之裝置邊框。如上述，於全金屬背蓋的設計中，裝置邊框均使用金屬材料製作而成。

第2圖係顯示根據本發明之第一實施例所述之天線設計範例示意圖。第2圖顯示了通訊裝置100之前視圖(主圖)、上視圖(顯示於主圖上方)、以及側視圖(顯示於主圖左方)。通訊裝置100可至少包括一系統接地面10與一天線12。天線12可以是單極天線、偶極天線、倒F形天線、環圈天線或是槽孔天線...等任意天線形式，並且天線12至少具有一訊號源13電氣耦接至系統接地面10。天線12配置於裝置邊框101之一淨空區102上。裝置邊框101可以是如第1A圖與第1B圖所示之通訊裝置500之頂端，但不限於此。舉例而言，裝置邊框101亦可以被設置於如第1A圖與第1B圖所示之通訊裝置500之側面。系統接地面10可以是如第1A圖與第1B圖所示之通訊裝置500之後表面，但不限於此。裝置邊框101與系統接地面10一體成形，並且裝置邊框101大致垂直於系統接地面10。

通訊裝置100可更包括金屬元件11。金屬元件11與天線12鄰近擺放，但相隔一既定距離，例如，相隔不超過3毫米(mm)。根據本發明之一實施例，金屬元件11之厚度大於或等於天線12之寬度(例如第2圖中，天線12於裝置邊框101之縱向的寬度)，使得天線12由頂端往樞軸方向之垂直投影與金屬元件11重疊。根據本發明之一實施例，金屬元件11可以是通訊裝置100之一顯示模組、一顯示面板、一電池、一相機模組、一導體結構、或其他金屬物件。

根據本發明之一實施例，通訊裝置100可更包括導磁元件103。導磁元件103與天線12鄰近擺放，但相隔一既定距離，例如，不小於0.5毫米(mm)。導磁元件103之設置係用以將天線12之磁力線導向一既定方向，例如，集中導磁元件103之一既定方向(即，導向一既定方向使磁力線之分佈可集中於導磁元件103周圍，或者，導向一既定方向使磁力線之分佈可遠離金屬元件11)。

第3A圖係顯示未加入導磁元件103時天線12之磁力線分布。第3B圖係顯示根據本發明之第一實施例所述之加入導磁元件103後天線12之磁力線分布。在未擺放導磁元件103時，天線12之磁力線會指向金屬元件11，並且被金屬元件11吸收。因此，金屬元件11對於電磁波的損耗會嚴重影響到天線的傳輸效能。

根據本發明之一實施例，加入導磁元件103後，導磁元件103的高導磁特性改變了天線12之磁力線分布，使得大部分的磁力線集中導磁元件103，例如，天線12之磁力線被導向集中導磁元件103之既定方向。由於大部分的輻射能量能夠不被鄰近之該金屬元件所損耗，因此相較於尚未加入導磁元件103前，能夠於0.5~6GHz的操作頻帶範圍提升約10~15%的天線效率。

根據本發明之一實施例，導磁元件103可由鐵氧體(Ferrite)材料製成。下表1顯示根據本發明之一實施例所設定鐵氧體材料於0.5GHz~6GHz的操作頻帶內較佳實施參數。根據本發明之一實施例，鐵氧體材料於0.5GHz~6GHz的操作頻帶內，以導磁係數介於60~100(80±20)之間為較佳，介電係數介於4~6(5±1)之間為較佳，並且耗損正切介於0.003~0.02之間為較佳。此外，根據本發明之一實施例，導磁元件103之厚度可為1±0.5毫米(mm)。

於本發明之第一實施例中，導磁元件103可具有一片狀結構(例如，厚度為0.4毫米(mm)以下)或立體結構，並且如第2圖所示可平貼或設置於系統接地面10上。於第2圖所示之實施例中，由於導磁元件103被配置於通訊裝置100背蓋區域之後表面，天線12被配置於通訊裝置100背蓋區域之頂端，因此導磁元件103可與天線12垂直擺放，如第2圖中側視圖所示。此外，於本發明之第一實施例中，導磁元件103與系統接地面10可直接接觸，也可以相互不接觸，兩者均可達成改變磁力線分布之效果。

值得注意的是，在一般狀態下若要使鄰近之金屬元件11完全不影響到天線12之輻射特性，兩者之間需相隔至少0.25波長，以2.4GHz的操作頻帶來說相當於31毫米(mm)。然而，若以本發明各實施例所示之方式實施天線設計，金屬元件11與天線12之間距可達僅3毫米(mm)(約0.03波長)，也能夠不影響到天線12之輻射特性。因此，本發明所提出之天線設計不僅適用於需使用全金屬背蓋的通訊裝置產品，也適用於窄邊框的通訊裝置產品。此外，天線12可被配置於行動裝置的頂端或側邊上，使得天線12本體不占用主電路板的使用空間，並且能夠與全金屬背蓋之機殼整合。

第4圖係顯示根據本發明之一實施例之第一反射係數曲線121以及未加入導磁元件103之第二反射係數曲線122之比較圖。如圖所示，第一反射係數曲線121與第二反射係數曲線122於第一頻帶41以及第二頻帶42內均可大於電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)2：1，因此能夠滿足無線區域網路(WLAN)之操作頻帶2.4/5GHz的使用需求。其中該第一反射係數曲線121與該第二反射係數曲線122結果大致相似，意即本發明所提出之導磁元件103之鐵氧體材料參數在該第一頻帶41與該第二頻帶42對於該天線結構12之阻抗匹配影響甚微。

第5圖係顯示根據本發明之一實施例之第一低頻天線效率曲線123與第一高頻天線效率曲線124，以及未加入導磁元件103之第二低頻天線效率曲線125與第二高頻天線效率曲線126之比較圖。如圖所示，第一低頻天線效率曲線123可高於50%，第二低頻天線效率曲線125則可高於40%。第一高頻天線效率曲線124可高於70%，第二高頻天線126效率曲線則可高於60%，由結果顯示出加入導磁元件103在第一頻帶41以及第二頻帶42中均可改善約10~15%的天線效率，使得金屬元件11與天線12鄰近時，天線12仍然維持原有之輻射特性，符合實際應用之需求。

第6圖係顯示根據本發明之第二實施例所述之天線設計範例示意圖。第6圖顯示了通訊裝置200之前視圖(主圖)以及側視圖(顯示於主圖左方)。通訊裝置200可至少包括一系統接地面10與一天線12。天線12可以是單極天線、偶極天線、倒F形天線、環圈天線或是槽孔天線...等任意天線形式，並且天線12至少具有一訊號源電氣耦接至系統接地面10。天線12配置於裝置邊框101上。裝置邊框101可以是通訊裝置200之頂端，但不限於此。系統接地面10可以是通訊裝置200之後表面，但不限於此。裝置邊框101與系統接地面10一體成形，並且裝置邊框101大致垂直於系統接地面10。

通訊裝置200可更包括金屬元件11。金屬元件11與天線12鄰近擺放，但相隔一既定距離，例如，相隔不超過3毫米(mm)。根據本發明之一實施例，金屬元件11之厚度大於或等於天線12之寬度，使得天線12由頂端往樞軸方向之垂直投影與金屬元件11重疊。根據本發明之一實施例，金屬元件11可以是通訊裝置200之一顯示模組、一顯示面板、一電池、一相機模組、一導體結構、或其他金屬物件。

根據本發明之一實施例，通訊裝置200可更包括導磁元件203。導磁元件203與天線12鄰近擺放，但相隔一既定距離，例如，不小於0.5毫米(mm)。導磁元件203之設置係用以將天線12之磁力線集中一既定方向，例如，集中導磁元件203之一既定方向。

於本發明之第二實施例中，導磁元件203可具有一片狀結構(例如，厚度為0.4毫米(mm)以下)或立體結構，並且如第6圖所示可平貼或設置於金屬元件11上，不與天線12直接接觸。導磁元件203可與天線12平行擺放，如第6圖中側視圖所示。此外，於本發明之第二實施例所示之天線設計中，導磁元件203與金屬元件11可直接接觸，亦可如第一實施例所示之天線設計達成改變磁力線分布之效果。

第7A圖係顯示未加入導磁元件203時天線12之磁力線分布。第7B圖係顯示根據本發明之第二實施例所述之加入導磁元件203後天線12之磁力線分布。在未擺放導磁元件203時，天線12之磁力線會指向金屬元件11，並且被金屬元件11吸收。因此，金屬元件11對於電磁波的損耗會嚴重影響到天線的傳輸效能。

根據本發明之一實施例，加入導磁元件203後，導磁元件203的高導磁特性改變了天線12之磁力線分布，使得磁力線朝受到導磁元件203的導引會被受限於非金屬區域。

第8圖係顯示根據本發明之第三實施例所述之天線設計範例示意圖。第8圖顯示了通訊裝置300之前視圖(主圖)以及側視圖(顯示於主圖左方)。通訊裝置300可至少包括一系統接地面10與一天線12。天線12可以是單極天線、偶極天線、倒 F形天線、環圈天線或是槽孔天線...等任意天線形式，並且天線12至少具有一訊號源電氣耦接至系統接地面10。天線12配置於裝置邊框101上。裝置邊框101可以是通訊裝置300之頂端，但不限於此。系統接地面10可以是通訊裝置300之後表面，但不限於此。裝置邊框101與系統接地面10一體成形，並且裝置邊框101大致垂直於系統接地面10。

通訊裝置300可更包括金屬元件11。金屬元件11與天線12鄰近擺放，但相隔一既定距離，例如，相隔不超過3毫米(mm)。根據本發明之一實施例，金屬元件11之厚度大於或等於天線12之寬度，使得天線12由頂端往樞軸方向之垂直投影與金屬元件11重疊。根據本發明之一實施例，金屬元件11可以是通訊裝置300之一顯示模組、一顯示面板、一電池、一相機模組、一導體結構、或其他金屬物件。

根據本發明之一實施例，通訊裝置300可更包括導磁元件303。導磁元件303與天線12鄰近擺放，但相隔一既定距離，例如，不小於0.5毫米(mm)。導磁元件303之設置係用以將天線12之磁力線集中一既定方向，例如，集中導磁元件303之一既定方向。

於本發明之第三實施例中，導磁元件303可具有一片狀結構(例如，厚度為0.4毫米(mm)以下)或立體結構，並且如第8圖所示可被設置於鄰近於天線12之位置，例如，擺放於天線12與金屬元件11之間，但不與天線12及金屬元件11直接接觸。導磁元件303可與天線12平行擺放，如第8圖中側視圖所示。於本發明之第三實施例所示之天線設計，亦可如第一實施例所示之天線設計達成改變磁力線分布之效果。

第9圖係顯示根據本發明之第四實施例所述之天線設計範例示意圖。第9圖顯示了通訊裝置400之前視圖(主圖)以及側視圖(顯示於主圖左方)。通訊裝置400可至少包括一系統接地面10與一天線12。天線12可以是單極天線、偶極天線、倒F形天線、環圈天線或是槽孔天線...等任意天線形式，並且天線12至少具有一訊號源電氣耦接至系統接地面10。天線12配置於裝置邊框101上。裝置邊框101可以是通訊裝置400之頂端，系統接地面10可以是通訊裝置400之後表面。裝置邊框101與系統接地面10一體成形，並且裝置邊框101垂直於系統接地面10。

通訊裝置400可更包括金屬元件11。金屬元件11與天線12鄰近擺放，但相隔一既定距離，例如，相隔不超過3毫米(mm)。根據本發明之一實施例，金屬元件11之厚度大於或等於天線12之寬度，使得天線12由頂端往樞軸方向之垂直投影與金屬元件11重疊。根據本發明之一實施例，金屬元件11可以是通訊裝置400之一顯示模組、一顯示面板、一電池、一相機模組、一導體結構、或其他金屬物件。

根據本發明之一實施例，通訊裝置400可更包括導磁元件403。導磁元件403與天線12鄰近擺放，但相隔一既定距離，例如，不小於0.5毫米(mm)。導磁元件403之設置係用以將天線12之磁力線集中一既定方向，例如，集中導磁元件403之一既定方向。

於本發明之第四實施例中，導磁元件403可具有一片狀結構(例如，厚度為0.4毫米(mm)以下)或立體結構，並且如第9圖所示可同時平貼於系統接地面10以及金屬元件11上，但不與天線12直接接觸。於本發明之第四實施例所示之天線設計中，亦可如第一實施例所示之天線設計達成改變磁力線分布之效果。

如上述，在一般狀態下若要使鄰近之金屬元件11完全不影響到天線12之輻射特性，兩者之間需相隔至少0.25波長，以2.4GHz的操作頻帶來說相當於31毫米(mm)。然而，若以上述之各實施例所示之方式實施天線設計，金屬元件11與天線12之間距可達僅3毫米(mm)(約0.03波長)，也能夠不影響到天線12之輻射特性。因此，本發明所提出之天線設計不僅適用於需使用全金屬背蓋的通訊裝置產品，也適用於窄邊框的通訊裝置產品。此外，天線12可被配置於行動裝置的頂端或側邊上，使得天線12本體不占用主電路板的使用空間，並且能夠與全金屬背蓋之機殼整合。

申請專利範圍中用以修飾元件之“第一”、“第二”等序數詞之使用本身未暗示任何優先權、優先次序、各元件之間之先後次序。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，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

一種通訊裝置，包括：一系統接地面；一訊號源，電氣耦接至該系統接地面；一裝置邊框，與該系統接地面垂直；一導磁元件；以及一天線，電氣耦接該訊號源，並且配置於該裝置邊框上，其中該導磁元件與該天線鄰近擺放，但相隔一第一既定距離，並且該天線之磁力線藉由該導磁元件被集中一既定方向，並且其中該導磁元件與該系統接地面直接接觸。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一金屬元件，與該天線鄰近擺放，但相隔一第二既定距離，其中該導磁元件與該金屬元件直接接觸。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一金屬元件，與該天線鄰近擺放，但相隔一第二既定距離，其中該導磁元件擺放於該天線與該金屬元件之間，並且該導磁元件與該金屬元件不接觸。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該導磁元件由鐵氧體材料製成。
如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該鐵氧體材料於0.5GHz~6GHz的操作頻帶內的導磁係數介於60~100之間。
如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該鐵氧體材料於0.5GHz~6GHz的操作頻帶內的介電係數介於4~6之間。
如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該鐵氧體材料於0.5GHz~6GHz的操作頻帶內的耗損正切介於0.003~0.02之間。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一全金屬背蓋，包含該系統接地面與該裝置邊框，其中該系統接地面與該裝置邊框一體成形。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一既定距離不小於0.5毫米(mm)。