TWI673910B - 天線架構及通訊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種天線架構包含金屬背板、倒F金屬片和天線單元。所述倒F金屬片與所述金屬背板之間具有槽縫，所述倒F金屬片與所述金屬背板一體成形，且與所述金屬背板垂直設置。所述天線單元對應所述槽縫及所述倒F金屬片設置，其中所述天線單元包含輻射部和接地部，其中所述輻射部耦接至訊號饋入點，並且包含第一輻射體和第二輻射體。所述第一輻射體、所述槽縫及所述倒F金屬片協同操作產生第一操作頻率之無線訊號，且所述第二輻射體、所述槽縫及所述倒F金屬片協同操作產生第二操作頻率之無線訊號，以構成窄邊金屬框之雙頻的雙開迴路天線設計。

Description

天線架構及通訊裝置
本揭示內容是關於一種天線架構，且特別是有關於一種可以設置於狹窄邊框的天線架構。
隨著筆記型電腦的發展，人們對於大頻占比的追求日益增進，而傳統上的閉槽孔天線因為會造成筆記型電腦螢幕上方的面積過大，已經無法滿足人們對於美觀及結構強度上的追求。
因此，如何設計一種在可以正常收發無線訊號，並且同時具有大頻占比的天線架構為本領域的一大議題。
本案之一態樣是在提供一種天線架構。此天線架構包含金屬背板、倒F金屬片和天線單元。所述倒F金屬片與所述金屬背板之間具有槽縫，所述倒F金屬片與所述金屬背板一體成形，且與所述金屬背板垂直設置。所述天線單元對應所述槽縫設置及所述倒F金屬片設置，其中所述天線單元包含輻射部和接地部，其中所述輻射部耦接至訊號饋入 點，並且包含第一輻射體和第二輻射體。所述第一輻射體、所述槽縫及所述倒F金屬片協同操作產生第一操作頻率之無線訊號，且所述第二輻射體、所述槽縫及所述倒F金屬片協同操作產生第二操作頻率之無線訊號。
本案之另一態樣是在提供一種通訊裝置。此通訊裝置包含金屬背板、倒F金屬片、第一天線單元以及第二天線單元。所述倒F金屬片與所述金屬背板之間具有第一槽縫和第二槽縫，所述倒F金屬片與所述金屬背板一體成形，且所述倒F金屬片垂直所述金屬背板設置。所述第一天線單元對應所述第一槽縫及所述倒F金屬片設置，所述第一天線單元包含第一輻射體和第二輻射體。所述第二天線單元對應所述槽縫及所述倒F金屬片設置，並且與所述第一天線單元具有間隔，其中所述第二天線單元包含第三輻射體和第四輻射體。所述第一輻射體、所述第一槽縫及所述倒F金屬片協同操作產生所述第一操作頻率之無線訊號，且所述第二輻射體、所述第一槽縫及所述倒F金屬片協同操作產生所述第二操作頻率之無線訊號。所述第三輻射體、所述第二槽縫及所述倒F金屬片協同操作產生所述第一操作頻率之無線訊號，且所述第四輻射體、所述第二槽縫及所述倒F金屬片協同操作產生所述第二操作頻率之無線訊號。
因此，根據本案之技術態樣，本案之實施例藉由在狹窄的邊框額外設置一個倒F金屬片與天線單元上之圖騰協同操作，並進一步藉由倒U字型的接地方式調整天線阻抗的匹配，以構成窄邊金屬框之雙頻的雙開迴路天線設 計。
100‧‧‧通訊裝置
110、120‧‧‧天線架構
X、Y、Z‧‧‧方向
111、121‧‧‧槽縫
130‧‧‧螢幕
140‧‧‧金屬背板
210‧‧‧輻射部
211、212‧‧‧輻射體
220‧‧‧接地部
260‧‧‧天線單元
P1、P2、A1、A2、A3、C1、C2、C3、C4、C5、C6、B1、B2、B3‧‧‧節點
P1-P2‧‧‧剖面線
d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10、d11、d12、d13、d14、d15、d16、d17、d18、d19、d20、d21、d22‧‧‧距離
230‧‧‧訊號傳輸線
240、250‧‧‧金屬導體
270‧‧‧訊號饋入點
310‧‧‧倒F金屬片
311‧‧‧第一部份
312‧‧‧第二部分
313‧‧‧第三部分
330‧‧‧絕緣板
331‧‧‧突出部
332‧‧‧主體
為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種通訊裝置的正面立體示意圖；第1B圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種通訊裝置的背面立體示意圖；第2圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種天線架構於XY平面上的結構示意圖；第3圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種天線架構根據剖面線P1-P2的剖面示意圖；第4圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種天線架構的實驗數據圖；第5圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種天線架構的實驗數據圖；以及第6圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種天線架構的實驗數據圖。
為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本揭示內容 造成不必要的限制。
關於以下各種實施例中所使用之「耦接」或「連接」，可指二或多個元件相互「直接」作實體接觸或電性接觸，或是相互「間接」作實體接觸或電性接觸，亦可指二個或多個元件相互動作。
本揭示內容之目的在於揭示一種可以在通訊裝置之有限的邊框內設置天線單元，以使得通訊裝置可以在節省天線單元的體積的前提下，仍舊可以構成隔離度(Isolation)在標準-20dB以下的雙頻的雙開迴路天線設計。
第1A圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種通訊裝置100的正面立體示意圖。如第1圖所示，於一些實施例中，通訊裝置100之正面包含螢幕130及設置在螢幕130上方(於+Y方向上)的天線架構110和天線架構120，且天線架構110和天線架構120彼此間隔一定距離。於一些實施例中，天線架構110和天線架構120設置相距大於12公分，以達到較好的隔離度。
於一些實施例中，天線架構110用以作為通訊裝置100之主(Main)天線，天線架構120用以作為通訊裝置100之副(AUX)天線，且天線架構110、120各自用以產生2.4GHz和5GHz的無線訊號，但不限於此，天線架構110、120可以用以產生任何頻率的無線訊號。
於一些實施例中，通訊裝置100可以包含平板電腦、個人電腦(Personal Computer，PC)或筆記型電腦 (Laptop)，但不限於此，任何需要節省邊框以達到較大頻占比，並且具有通訊功能的電子裝置接在本揭示內容所保護的範圍內，然而下述內容將以筆記型電腦為例作說明。
第1B圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種通訊裝置100的背面立體示意圖。於一些實施例中，如第1B圖所示，通訊裝置100包含一金屬背板140，且於金屬背板140上具有兩個槽縫111、121，分別對應至天線架構110和天線架構120。
於一些實施例中，槽縫111、112用以讓無線訊號可以通過，並且可以實現為貫穿金屬背板140之通孔或槽孔。
於一些實施例中，天線架構110和天線架構120之架構相同，僅位置上相對設置，因此，下述的實施例皆以天線架構110為例作說明。
第2圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種天線架構110於XY平面上的結構示意圖。如第2圖所示，天線架構110包含槽縫111、天線單元260、訊號傳輸線230，其中訊號傳輸線230耦接至天線單元260，並用以提供電訊號至天線單元260，以使得天線單元260可以依據此電訊號產生一無線訊號並發送至無線存取點(Access Point，AP)或無線基地台(Base station)。
於一些實施例中，天線單元260於X方向的長度為距離d1，於Y方向的長度為距離d7，其中距離d1可以是56毫米，距離d7可以是6.85毫米，但本揭示內容不以此為 限。於一些實施例中，天線單元260可以被實現為印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)。
於一些實施例中，槽縫111於X方向的長度為距離d2，於Y方向的長度為距離d8，其中距離d2可以是46毫米，距離d8可以是2.5毫米，但本揭示內容不以此為限。
於一些實施例中，天線單元260對應於槽縫111設置，詳細來說，天線單元260與槽縫111部分重疊設置，例如於Y方向上重疊2.5毫米。
於一些實施例中，天線單元260包含輻射部210和接地部220，且輻射部210和接地部220之間存在一間隔。於一些實施例中，輻射部210之形狀為T字型，輻射部210之下端相近於接地部220，輻射部210之下部與槽縫111重疊。舉例來說，以Y方向為基準，輻射部210之下部與槽縫111重疊2.5毫米。輻射部210包含輻射體211、輻射體212和訊號饋入點270，其中訊號饋入點270位於輻射部210於Y方向上的最低點，且輻射體211於Y方向的長度小於輻射體212於Y方向的長度。
於一些實施例中，可以藉由調整輻射體211和輻射體212之饋體面積，以適當地調整雙頻帶的天線的阻抗匹配。
於一些實施例中，輻射體211、槽縫111以及倒F金屬片(即第3圖所示的310，設置於天線架構110之Z方向，將於第3圖再作說明)協同操作，使得輻射體211、槽縫111以及倒F金屬片(如第3圖所示之倒F金屬片310)共同形 成第一電氣路徑，並進一步依據第一電氣路徑形成第一操作頻率(例如2.4GHz)之共振頻帶，其中第一電氣路徑為由節點A1、A2、C1、C2、C3至C4所形成的路徑。換句話說，天線架構110藉由輻射體211、槽縫111以及倒F金屬片(如第3圖所示之倒F金屬片310)的協同操作產生第一操作頻率之無線訊號。
於一些實施例中，上述的第一電氣路徑(亦即節點A1、A2、C1、C2、C3至C4)之長度為第一操作頻率之3/4倍的波長，但不限於此，1/2倍至3/4倍的波長皆在本揭示內容所保護的範圍內。舉例而言，若第一操作頻率為2.4GHz，則第一電氣路徑的長度之範圍為62毫米至93毫米。
於一些實施例中，輻射體212、槽縫111以及倒F金屬片(如第3圖所示之倒F金屬片310)協同操作，使得輻射體212、槽縫111以及倒F金屬片(如第3圖所示之倒F金屬片310)共同形成第二電氣路徑，並進一步依據第二電氣路徑形成第二操作頻率(例如5GHz)之共振頻帶，其中所述第二電氣路徑為由節點A1、A3、C1、C6、C5至C4所形成的路徑。換句話說，天線架構110藉由輻射體212、槽縫111以及倒F金屬片(如第3圖所示之倒F金屬片310)的協同操作產生第二操作頻率之無線訊號。
於一些實施例中，上述的第二電氣路徑(亦即節點A1、A3、C1、C6、C5至C4)之長度為第二操作頻率之1/2倍的波長，但不限於此，1/2倍至3/4倍的波長皆在本揭 示內容所保護的範圍內。舉例而言，若第二操作頻率為5GHz，則第二電氣路徑的長度之範圍為30毫米至45毫米。
藉由上述設置，天線架構110可以經由第一電氣路徑(即節點A1、A2、C1、C2、C3至C4)產生一低頻的共振頻帶並經由第二電氣路徑(即節點A1、A3、C1、C6、C5至C4)產生一高頻的共振頻帶，以作為雙頻的雙開迴路天線。
於一些實施例中，訊號傳輸線230包含正端和負端，其中訊號傳輸線230的正端耦接至訊號饋入點270，並用以將來自訊號饋入點270的電訊號傳送至輻射體212，而訊號傳輸線230的負端經由連接金屬導體250對應於節點B3之部分而接地。於一些實施例中，訊號傳輸線230包含內圈和外圈，且經由絕緣材質將內圈和外圈間隔，內圈為訊號傳輸線230之正端，外圈為訊號傳輸線230之負端。當要將訊號傳輸線230的負端接地時，先將訊號傳輸線230的外層剝下，並包覆導電布(即金屬導體250)接地。
於一些實施例中，訊號傳輸線230可以被實現為1.13同軸線，天線架構110對應之訊號傳輸線230之長度為350毫米，而天線架構120對應之訊號傳輸線之長度為550毫米。
於一些實施例中，金屬導體250於Y方向的大小為距離d6，於X方向的大小為距離d5，其中距離d6的大小為17毫米，距離d5的範圍為5-9毫米，但本揭示內容不以此為限。於一些實施例中，金屬導體250可以由導電布來實 現，但不限於此，任何可以用以接地的金屬導體皆在本揭示內容所保護的範圍內。
於一些實施例中，接地部220包含對應至節點B1之第一部分及對應至節點B2之第二部份，其中接地部220之第一部分經由金屬導體240接地，且接地部220之第二部分與訊號傳輸線230之正極耦接。
於一些實施例中，金屬導體240於Y方向的長度為距離d6，於X方向的長度為距離d3，其中距離d6可以為17毫米，距離d3的大小為5.5毫米，但本揭示內容不以此為限。於一些實施例中，金屬導體240可以由鋁箔來實現，但不限於此，任何可以用以接地的金屬導體皆在本揭示內容所保護的範圍內。
於一些實施例中，接地部220與訊號傳輸線230於X方向連接，金屬導體240從接地部220之一端沿-Y方向延伸，金屬導體250從訊號傳輸線230沿-Y方向延伸，金屬導體240和金屬導體250間隔一距離d4設置，且兩者之間之距離d4之範圍為5~11毫米。詳細來說，距離d4包含從金屬導體240至槽縫111之邊緣處的距離d9和從槽縫111的邊緣處至金屬導體250之距離d10，其中距離d9之範圍為5~10毫米，距離d10之大小約為1毫米。
藉由上述設置，接地部220、訊號傳輸線230、金屬導體240和金屬導體250可以形成一倒U字型的接地方式，而天線架構110可以經由此倒U字型的接地設計(亦即改變金屬導體240和金屬導體250之間的距離d4)以及輻射部 210之尺寸設計，適當地調整天線阻抗的匹配。
第3圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種天線架構110根據第2圖中的剖面線P1-P2切開的剖面示意圖。如第3圖所示，天線架構110除了第1A圖所示的螢幕130、第1B圖所示的金屬背板140、第2圖所示的槽縫111、天線單元260和訊號傳輸線230外，更包含倒F金屬片310和絕緣板330。以+Z方向為準，絕緣板330設置在金屬背板140和倒F金屬片310之上，天線單元260設置在絕緣板330之上，訊號傳輸線230設置在天線單元260之上，而螢幕130設置在訊號傳輸線230之上。
如第3圖所示，倒F金屬片310與金屬背板140垂直設置，槽縫111設置於金屬背板140和倒F金屬片310之間，且天線單元260對應於槽縫111和倒F金屬片310設置。在本發明實施例中，倒F金屬片310與金屬背板140為一體成形。換句話說，倒F金屬片310可為金屬背板140的一部份，其為金屬背板140於Y方向反摺所形成。
於一些實施例中，倒F金屬片310包含於-Y方向延伸之第一部份311、於+Z方向延伸之第二部分312以及於-Y方向延伸之第三部分313，其中天線單元260設置於倒F金屬片310之第一部份311和第三部分313之間，且金屬背板140與倒F金屬片310之第二部份312垂直設置。於一些實施例中，倒F金屬片310之第一部份311於Y方向的長度為距離d14，倒F金屬片310之第二部份312於Z方向的長度為距離d11，倒F金屬片310之第三部分313於Y方向之長度為距 離d15，且倒F金屬片310之第三部分313於Z方向之長度為距離d18，其中距離d14可以為4.35毫米，距離d11可以為3.85毫米，距離d15可以為2.3毫米，距離d18可以為0.6毫米，但本揭示內容不以此為限。
於一些實施例中，天線單元260與倒F金屬片310之間具有至少一耦合間距，詳細來說，天線單元260與倒F金屬片310之第二部分312間隔距離d12，天線單元260與倒F金屬片310之第三部分313間隔距離d13，其中距離d12可以是0.71毫米，距離d13可以是0.76毫米，然而並不限於此，任何大於0.5毫米之耦合間距(即距離d12和距離d13)皆在本揭示內容所保護的範圍內。
於一些實施例中，絕緣板330包含突出部331和主體332，其中突出部331與槽縫111匹配，並且與槽縫111間隔距離d22，而距離d22可以是0.2毫米，但不限於此。絕緣板330之主體332與天線單元260並排設置，並且絕緣板330之主體332之一端與天線單元260之一端設置於倒F金屬片310之第一部分311和第三部分313之間，絕緣板330之主體332與天線單元260的各自另一端設置於金屬背板140和訊號傳輸線230之間。
於一些實施例中，絕緣板330可以由塑膠來實現，且絕緣板330於Z方向之長度為距離d16，且距離d16之範圍為0.5毫米至0.6毫米。
於一些實施例中，如第3圖所示，天線單元260於Z方向之長度為距離d17，天線單元260及絕緣板330於Y 方向上與金屬背板140重疊的長度為距離d19，其中距離d17可以為0.4毫米，距離d19可以為2毫米。
於一些實施例中，如第3圖所示，螢幕130於Z方向之長度為距離d21，訊號傳輸線230於Z方向之長度為距離d20，其中距離d21可以為0.55毫米，距離d20之範圍為小於1.5毫米。
第4圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種天線架構110、120的實驗數據圖。如第4圖所示，可以看出來藉由本揭示內容所設置的天線架構110和天線架構120在頻帶2400MHz至2500MHz及頻帶5000MHz至6000MHz的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)皆小於3。換句話說，藉由本揭示內容之配置，天線架構110和天線架構120皆可得到良好的匹配。
第5圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示的一種天線架構110、120的實驗數據圖，其中所述實驗數據圖為藉由網路分析儀量測之頻率-隔離度S21的實驗數據圖。由第5圖中的實驗數據圖可得知，在頻率為2400MHz至2500MHz時，天線架構110和天線架構120具有的反射損失約為-37dB；在頻率為5000MHz至6000MHz時，天線架構110和天線架構120具有的反射損失小於-40dB。換句話說，本揭示內容由於將天線架構110和天線架構120設計間隔距離大於12公分，因此可以達到遠低於標準值-20dB的隔離度。
第6圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示 的一種天線架構110、120的實驗數據圖。如第6圖所示，在頻率為2400MHz至2500MHz時，天線架構110和天線架構120之天線效率為-2.9dBi至-4.4dBi，而在頻率為5000MHz至6000MHz時，天線架構110和天線架構120之天線效率為-3.7dBi至-5.9dBi。換句話說，天線架構110和天線架構120即便設置在狹窄的金屬框內，仍具有高的天線效率。
綜上所述，本揭示內容之實施例藉由在狹窄的邊框額外設置一個倒F金屬片310與天線單元260上之圖騰協同操作，並進一步藉由倒U字型的接地方式調整天線阻抗的匹配，以構成窄邊金屬框之雙頻的雙開迴路天線設計。
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，於不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (12)

  1. 一種天線架構，包含：一金屬背板；一倒F金屬片，該倒F金屬片與該金屬背板之間具有一槽縫，該倒F金屬片與該金屬背板一體成形，且該倒F金屬片與該金屬背板垂直設置；以及一天線單元，對應該槽縫及該倒F金屬片設置，該天線單元包含一輻射部和一接地部，該輻射部耦接至一訊號饋入點，並且包含一第一輻射體和一第二輻射體，該第一輻射體、該槽縫及該倒F金屬片協同操作產生一第一操作頻率之無線訊號，且該第二輻射體、該槽縫及該倒F金屬片協同操作產生一第二操作頻率之無線訊號。
  2. 如請求項1所述之天線架構，其中該倒F金屬片包含於一第一方向延伸之一第一部分、於一第二方向延伸之一第二部分以及於該第一方向延伸之一第三部分，且該金屬背板與該倒F金屬片之該第二部分垂直設置。
  3. 如請求項1所述之天線架構，更包含：一訊號傳輸線，其中該訊號傳輸線之正端耦接至該訊號饋入點，且該訊號傳輸線之負端經由一第一金屬導體接地。
  4. 如請求項3所述之天線架構，其中該接地部之一端經由一第二金屬導體接地，該接地部與該訊號線於一第一方向連接，該第二金屬導體從該接地部之一端沿一第二方向延伸，該第一金屬導體從該訊號傳輸線沿該第二方向延伸，且該第一金屬導體和該第二金屬導體於該第一方向上間隔一距離設置，該第一方向垂直該第二方向。
  5. 如請求項4所述之天線架構，其中該第一操作頻率和該第二操作頻率之阻抗匹配與該第一輻射部之面積、該第二輻射部之面積以及該第一金屬導體和該第二金屬導體之間距相關聯。
  6. 如請求項4所述之天線架構，其中該第一金屬導體和該第二金屬導體間隔為5毫米至10毫米。
  7. 如請求項1所述之天線架構，其中該第一輻射部經由該第一輻射部與該倒F型金屬片之間之至少一耦合間距與該槽縫相鄰於該第一幅射部之一第一部分形成一第一電氣路徑，該第二輻射部經由該至少一耦合間距與該槽縫相鄰於該第二輻射部之一第二部分形成一第二電氣路徑，且該第一電氣路徑之長度為該第一操作頻率之0.5~0.75倍波長，該第二電氣路徑之長度為該第二操作頻率之0.5~0.75倍波長。
  8. 如請求項7所述之天線架構，其中該至少一耦合間距大於0.5毫米。
  9. 如請求項1所述之天線架構，其中該倒F金屬片包含於一第一方向延伸之一第一部分、於一第二方向延伸之一第二部分以及於該第一方向延伸之一第三部分，其中該天線單元設置於該第一部分和該第三部分之間。
  10. 如請求項9所述之天線架構，其中該天線單元之一端和與該天線單元並排設置之一絕緣板之一端設置於該倒F金屬片之該第一部分和該第三部分之間。
  11. 一種通訊裝置，包含：一金屬背板；一倒F金屬片，該倒F金屬片與該金屬背板之間分別具有一第一槽縫及一第二槽縫，該倒F金屬片與該金屬背板一體成形，且該倒F金屬片垂直該金屬背板設置；一第一天線單元，對應該第一槽縫及該倒F金屬片設置，該第一天線單元包含一第一輻射體和一第二輻射體；以及一第二天線單元，對應該第二槽縫和該倒F金屬片設置，並且與該第一天線單元具有一間隔，該第二天線單元包含一第三輻射體和一第四輻射體，該第一輻射體、該第一槽縫及該倒F金屬片協同操作產生一第一操作頻率之無線訊號，該第二輻射體、該第一槽縫及該倒F金屬片協同操作產生一第二操作頻率之無線訊號，該第三輻射體、該第二槽縫及該倒F金屬片協同操作產生該第一操作頻率之無線訊號，且該第四輻射體、該第二槽縫及該倒F金屬片協同操作產生該第二操作頻率之無線訊號。
  12. 如請求項11所述之通訊裝置，其中該第一天線單元和該第二天線單元設置相距大於12公分。
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