TWI758606B - 天線裝置及電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種天線裝置及電子裝置。電子裝置包括天線裝置。天線裝置包括輻射體、第一阻抗控制電路及第二阻抗控制電路。輻射體接收及發送射頻訊號。第一阻抗控制電路電性連接輻射體並傳遞射頻訊號。第二阻抗控制電路包括阻抗匹配電路及電感。阻抗匹配電路的第一端電性連接輻射體，用以調整輻射體的阻抗匹配並傳遞感測訊號。電感電性連接阻抗匹配電路的第二端，傳遞感測訊號並阻隔射頻訊號。藉此，可簡化天線及電路結構，並降低感測訊號與射頻訊號之間的影響。

Description

天線裝置及電子裝置
本發明是有關於一種天線技術，且特別是有關於一種天線裝置及電子裝置。
雖然現今筆記型電腦的設計是以窄邊框及全金屬為主要趨勢，但長期演進(Long Term Evolution，LTE)天線通常難以在前述外觀趨勢下被設計，且開發者通常利用印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)加淨空區域作為設計概念。
另一方面，近年來電子產品(例如，桌上型電腦、筆記型電腦、智慧型手機等)逐漸微型化，使得產品所用的各元件或外觀也需要對應調整，以符合需求。而為了有效利用空間，部分電子元件可能整合在一起。例如，無線通訊模組與接近(proximity)感測器共用天線之輻射元件。然而，電子元件的整合首要問題即是彼此之間的負面影響。由此可知，有必要提出改良技術。
本發明提供一種天線裝置及電子裝置，在輻射體外設置阻抗控制電路，以在射頻訊號傳遞路徑上阻隔感測訊號，並在感測訊號傳遞路徑上阻隔射頻訊號。
本發明實施例的天線裝置，其包括輻射體、第一阻抗控制電路及第二阻抗控制電路。輻射體接收及發送射頻訊號。第一阻抗控制電路電性連接輻射體並傳遞射頻訊號。第二阻抗控制電路包括阻抗匹配電路及電感。阻抗匹配電路的第一端電性連接輻射體，用以調整輻射體的阻抗匹配並傳遞感測訊號。電感電性連接阻抗匹配電路的第二端，傳遞感測訊號並阻隔射頻訊號。
另一方面，本發明實施例的電子裝置，其包括天線裝置。天線裝置包括輻射體、第一阻抗控制電路及第二阻抗控制電路。輻射體接收及發送射頻訊號。第一阻抗控制電路電性連接輻射體並傳遞射頻訊號。第二阻抗控制電路包括阻抗匹配電路及電感。阻抗匹配電路的第一端電性連接輻射體，用以調整輻射體的阻抗匹配並傳遞感測訊號。電感電性連接阻抗匹配電路的第二端，傳遞感測訊號並阻隔射頻訊號。
在本發明的一實施例中，上述的阻抗匹配電路包括傳輸線段及電容。傳輸線段的第一端電性連接輻射體，用以調整輻射體的阻抗匹配並傳遞感測訊號。電容的第一端電性連接傳輸線段的第二端及電感。電容的第二端接地，其中電容阻隔感測訊號。
在本發明的一實施例中，上述的第一阻抗控制電路及第二阻抗控制電路電性連接輻射體的一端點。
在本發明的一實施例中，上述的第一阻抗控制電路電性連接輻射體的第一端點及第二端點中的一者，第二阻抗控制電路電性連接輻射體的第一端點及第二端點中的另一者。
在本發明的一實施例中，上述的第一阻抗控制電路阻隔感測訊號。
在本發明的一實施例中，上述的輻射體包括第一支路單元及第二支路單元。第一支路單元及第二支路單元分別由輻射體的一端點延伸而出。
在本發明的一實施例中，上述的天線裝置更包括第一寄生支路單元及第二寄生支路單元。第一寄生支路單元的第一端與第一支路單元之間有第一間距，且第一寄生支路單元的第一端或第二端接地。第二寄生支路單元的第一端與第二支路單元之間有第二間距，且第二寄生支路單元的第二端接地。
在本發明的一實施例中，上述的天線裝置包括接地部。接地部與輻射體之間有第三間距。
在本發明的一實施例中，上述的輻射體感測外部物件是否接近，以產生感測訊號。
在本發明的一實施例中，上述的電子裝置更包括殼體。殼體具有邊框，第一支路單元及第二支路單元構成邊框之一部分。
在本發明的一實施例中，上述的電子裝置更包括射頻處理模組及感測模組。無線通訊模組耦接天線裝置的第一阻抗控制電路，並用以處理射頻訊號。感測模組耦接天線裝置的第二阻抗控制電路，並用以處理感測訊號。
基於上述，本發明實施例的天線裝置及電子裝置，在邊框中設計無線通訊相關頻段之天線裝置。此外，本發明實施例將天線輻射體整合接近感測器，提供阻抗控制電路以同時支援不同頻段所需的匹配電路，並提供感測訊號傳輸路徑，使得整體天線與電路結構簡易並降低接近感測器對天線裝置造成之影響。
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是依據本發明一實施例的電子裝置1的元件方塊圖。請參照圖1，電子裝置1可以是筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦、掌上型遊戲機等裝置。電子裝置1至少包括但不僅限於天線裝置100、感測模組150、及無線通訊模組160。天線裝置100包括但不僅限於輻射體110及射頻電路板120。
圖2是依據本發明一實施例的天線裝置100的示意圖。請參照圖2，輻射體110包括支路單元A1, A2及端點D。支路單元A1, A2分別由端點D延伸而出並構成電子裝置1機殼的邊框的一部分，且分別對應到兩個不同頻段(例如，1800 MHz及900MHz等)。端點D電性連接射頻電路板120，且用以饋入無線通訊模組160的饋入訊號(例如，圖1所示相關於行動通訊網路之射頻訊號RF)，並據以將饋入訊號傳遞到輻射體110的支路單元A1, A2。於本實施例中，天線裝置100更包括寄生支路單元A3, A4。寄生支路單元A3由天線裝置100的接地部G延伸而出，寄生支路單元A3並與支路單元A2之間有一段間距Gap2(約2公厘) (即，寄生支路單元A3一端接地，且另一端與支路單元A2形成耦合間距)。寄生支路單元A4由接地部G延伸而出，寄生支路單元A4並與支路單元A1之間有一段間距Gap1(約2公厘) (即，寄生支路單元A4一端接地，且另一端與支路單元A1形成耦合間距)。輻射體110的支路單元A1, A2及寄生支路單元A3, A4可與接地部G所形成的平面垂直。此外，支路單元A1, A2及寄生支路單元A3, A4與接地部G之間形成槽孔Slot(約2公厘寬)，並據以形成具雙開口端(由間距Gap1, Gap2所形成)的槽孔天線，從而接收或發送相關於行動通訊網路之射頻訊號RF。此外，輻射體110的支路單元A1, A2還能感測外部物件(圖未示)是否接近，以產生相關於接近(proximity)感測之感測訊號SS。
需說明的是，圖2所示輻射體110、寄生支路單元A3, A4及接地部G的外形、位置及連接方式僅是用於範例說明，並可能有不同變化(例如，增加或減少支路、增加或減少線段長度、轉折線段、支路單元A2直線延伸、省略支路單元A1及寄生支路單元A4等)，從而支援不同頻帶或符合電子裝置1的設計外觀需求。
請參照圖1，射頻電路板120包括第一阻抗控制電路130及第二阻抗控制電路140。第一阻抗控制電路130電性連接於輻射體110與無線通訊模組160之間，以傳遞射頻訊號RF。第一阻抗控制電路130可以是具有固定電容值的電容或是可調式匹配電路、可變電容等受控而改變整體阻抗值的晶片或電路。例如，當第一阻抗控制電路130為可變電容時，其可依據不同電壓準位，改變電容值(即，特定電壓準位對應到特定電容值或電容值範圍，並對應到特定操作頻段)，從而改變第一阻抗控制電路130所形成的阻抗。
第二阻抗控制電路140包括阻抗匹配電路141及電感L。於本實施例中，阻抗匹配電路141包括傳輸線段142及電容C。傳輸線段142的一端電性連接輻射體110的端點D，其另一端電性連接電容C及電感L。電容C的另一端接地(例如，連接圖2的接地部G，即傳輸線段142透過電容C連接至接地部G)。電感L的另一端連接到感測模組150。藉此設計，阻抗匹配電路141得以調整輻射體110的阻抗匹配並藉由電感L傳遞感測訊號SS至感測模組150。此外，形成於射頻電路板120上的第一阻抗控制電路130和第二阻抗控制電路140可作為處理射頻訊號RF及感測訊號SS的多工器。
感測模組150包含接近感測器晶片以處理感測訊號SS。於本實施例中，感測模組150透過輻射體110的支路單元A1, A2作為感測金屬片來偵測外部物件(例如，人體)的接近。例如，透過支路單元A1, A2偵測得到一電容值的改變，並產生感測訊號SS傳遞至感測模組150，以判斷是否有接近的外部物件。電容C可阻隔感測訊號SS(即感測訊號SS不會通過電容C至接地部G)。此外，第一阻抗控制電路130可阻隔感測訊號SS，即感測訊號SS 不會通過第一阻抗控制電路130，更不會傳遞至無線通訊模組160。
無線通訊模組160可能整合放大器、數位-類比轉換器、混波器等電路，以產生射頻訊號RF。
阻抗匹配電路141用以調整輻射體110的阻抗匹配。例如，傳輸線段142可調整射頻訊號RF中相關於中高頻段(例如，1710~2170MHz、及2300~2690MHz)的耦合量。在一實施例中，電容C可以具有固定電容值，並透過旁路電容作用來調節射頻訊號RF中相關於低頻段(例如，698~960MHz) 的耦合量(即，提供低頻段匹配作用)，並提供相關於中高頻段的射頻訊號RF短路下地路徑(Bypass path)。另值得注意的是，輻射體110所接收的射頻訊號RF受電感L阻隔而不會通過電感L，射頻訊號RF更不會傳遞至感測模組150。
此外，第一阻抗控制電路130也可調整輻射體110的阻抗匹配。例如，第一阻抗控制電路130可調整射頻訊號RF中相關於低頻段(例如，698~960MHz)的耦合量。換言之，第一阻抗控制電路130的電容值大小影響射頻訊號RF的頻寬、共振頻率或其他天線特性。
由此可知，本發明實施例的第一阻抗控制電路130及第二阻抗控制電路140可分別形成射頻訊號傳遞路徑及感測訊號傳遞路徑，使接收的射頻訊號RF傳遞至無線通訊模組160但不會傳遞至感測模組150，並使感測訊號SS傳遞至感測模組150但不會傳遞至無線通訊模組160，從而降低接近感測器與天線裝置100的相互影響。
圖3A是依據本發明另一實施例的第二阻抗控制電路140’的示意圖。與圖1的第二阻抗控制電路140不同之處在於，阻抗匹配電路141’中的傳輸線段142與電感L之間更耦接有一個電感L2，用以增加傳輸線段142之電感性，進而調整輻射體110的阻抗匹配。
圖3B是依據本發明再一實施例的第二阻抗控制電路140”的示意圖。與圖1的第二阻抗控制電路140不同之處在於，阻抗匹配電路141”中的傳輸線段142與端點D之間更耦接有一個電感L3，用以增加傳輸線段142之電感性，進而調整輻射體110的阻抗匹配。
另一方面，圖1所示天線裝置100是單一腳位(即，透過端點D)饋入設計，但天線裝置100還可能有其他變化。
圖4是依據本發明另一實施例的天線裝置100A的元件方塊圖。請參照圖4，與圖1的天線裝置100不同之處在於，天線裝置100A的輻射體110A是雙腳位饋入設計，天線裝置100A並包括射頻電路板125。端點B可以是饋入端，且端點E可以是接地端；或者，端點E可以是饋入端，且端點B可以是接地端。端點B與端點E之間的距離亦影響訊號傳輸路徑的長度。於本實施例中，第一阻抗控制電路130及第二阻抗控制電路140可整合於一塊射頻電路板125(例如，印刷電路板)上，且固定於接地部G。此外，射頻電路板125與圖1中射頻電路板120不同之處在於，第二阻抗控制電路140中的傳輸線段142連接端點B，且阻抗控制電路140連接端點E。
圖5A是圖4中天線裝置100A的示意圖。請參照圖5A，與圖2中天線裝置100不同之處在於，輻射體110A的支路單元A1, A2分別由端點B, E延伸而出，並共用端點B, E作為饋入或接地。
值得注意的是，射頻電路板125中的電感l同樣能隔絕射頻訊號RF並使感測訊號ss通過，電容c及第一阻抗控制電路130可阻隔感測訊號ss並使射頻訊號RF通過。
需說明的是，依據不同設計需求，天線裝置110A可能有其他變化。圖5B是依據本發明另一實施例的天線裝置110B的示意圖。請參照圖5B，與圖5A中天線裝置110A不同之處在於，寄生支路單元A4自接地部G延伸的寄生接地單元A4G的設置位置不同。圖5B中的寄生接地單元A4G是設於寄生支路單元A4接近支路單元A1的一端，圖5A中的寄生接地單元A4G是設於寄生支路單元A4遠離支路單元A1的另一端。
圖6A是圖5A的散射參數圖。請參照圖5A及圖6A，支路單元A1對應的基頻共振模態610在698~960MHz附近。支路單元A1對應的倍頻模態630與支路單元A2對應的共振模態620以及寄生支路單元A3對應的共振模態640產生在1710~2690MHz附近。
圖6B是圖2的散射參數圖。請參照圖2及圖6B，支路單元A1對應的基頻共振模態650在698~960MHz附近。支路單元A1對應的倍頻模態670與支路單元A2對應的共振模態660以及寄生支路單元A3對應的共振模態680產生在1710~2690MHz附近。
需說明的是，天線裝置100, 100A, 100B中的天線結構僅是用於範例說明，於其他實施例中的天線結構可能不同，本發明不加以限制。
此外，依據不同設計需求，天線裝置100, 100A, 100B中的輻射體110, 110A可能設置於電子裝置1中的任何位置。例如，將前述天線結構天線裝置100, 100A, 100B的支路單元A1, A2及寄生支路單元A3, A4設置於電子裝置1的殼體的邊框中(即，支路單元A1, A2及寄生支路單元A3, A4構成邊框之一部分)，將可使其殼體具有更多空間容納諸如顯示螢幕、鍵盤、硬碟、主機板、觸控板等電子元件。
綜上所述，本發明實施例的天線裝置及電子裝置，其創造出天線結構的開路、短路及阻抗控制電路的設計，從而適用於窄邊框及金屬材質的應用上，並可達成邊框天線的設計。此外，本發明實施例所提供的阻抗控制電路可改善天線的耦合量並對接近感測器所傳輸的感測訊號進行優化。透過經設計的傳輸線段，可同時提供給射頻訊號及感測訊號做不同功能的使用，且避免兩訊號相互影響功能運作。
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。
1‧‧‧電子裝置 100、100A、100B‧‧‧天線裝置 110、110A‧‧‧輻射體 120、125‧‧‧射頻電路板 130‧‧‧第一阻抗控制電路 140、140’、140”‧‧‧第二阻抗控制電路 141、141’、141”‧‧‧阻抗匹配電路 142‧‧‧傳輸線段 150‧‧‧感測模組 160‧‧‧無線通訊模組 610~680‧‧‧模態 A1、A2‧‧‧支路單元 A3、A4‧‧‧寄生支路單元 A4G‧‧‧寄生接地單元 B、D、E‧‧‧端點 C‧‧‧電容 G‧‧‧接地部 L、L2、L3‧‧‧電感 Gap1、Gap2‧‧‧間距 Slot‧‧‧槽孔 RF‧‧‧射頻訊號 SS‧‧‧感測訊號
圖1是依據本發明一實施例的電子裝置的元件方塊圖。 圖2是依據本發明一實施例的天線裝置的示意圖。 圖3A是依據本發明另一實施例的阻抗控制電路的示意圖。 圖3B是依據本發明再一實施例的阻抗控制電路的示意圖。 圖4是依據本發明另一實施例的天線裝置的元件方塊圖。 圖5A是圖4中天線裝置的示意圖。 圖5B是依據本發明另一實施例的天線裝置的示意圖。 圖6A是圖5A的散射參數圖。 圖6B是圖2的散射參數圖。
1‧‧‧電子裝置
100‧‧‧天線裝置
110‧‧‧輻射體
120‧‧‧射頻電路板
130‧‧‧第一阻抗控制電路
140‧‧‧第二阻抗控制電路
141‧‧‧阻抗匹配電路
142‧‧‧傳輸線段
150‧‧‧感測模組
160‧‧‧無線通訊模組
C‧‧‧電容
D‧‧‧端點
L‧‧‧電感
RF‧‧‧射頻訊號
SS‧‧‧感測訊號

Claims (21)

  1. 一種天線裝置，包括：一輻射體，接收及發送一射頻訊號，並提供至少一端點；一第一阻抗控制電路，其電性連接該輻射體的該至少一端點中的一者並傳遞該射頻訊號；以及一第二阻抗控制電路，包括：一阻抗匹配電路，其第一端電性連接該輻射體的該至少一端點中的一者，用以調整該輻射體之阻抗匹配並傳遞一感測訊號，其中該阻抗匹配電路包括一傳輸線段，該傳輸線段的第一端電性連接該輻射體，且該傳輸線段用以調整該輻射體之阻抗匹配並傳遞該感測訊號；以及一電感，其電性連接該阻抗匹配電路的第二端，傳遞該感測訊號並阻隔該射頻訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該阻抗匹配電路更包括：一電容，其第一端電性連接該傳輸線段的第二端及該電感，該電容的第二端接地，其中該電容阻隔該感測訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該第一阻抗控制電路及該第二阻抗控制電路電性連接該輻射體的該至少一端點中的一第一端點。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該輻射體的該至少一端點包括一第一端點及一第二端點，該第一阻抗控制 電路電性連接該輻射體的該第一端點及該第二端點中的一者，該第二阻抗控制電路電性連接該輻射體的該第一端點及該第二端點中的另一者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該第一阻抗控制電路阻隔該感測訊號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該輻射體包括：一第一支路單元，由該輻射體的一該端點延伸而出；以及一第二支路單元，由該輻射體的該端點延伸而出。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的天線裝置，更包括：一第一寄生支路單元，其第一端與該第一支路單元之間有一第一間距，且該第一寄生支路單元的第一端或第二端接地；以及一第二寄生支路單元，其第一端與該第二支路單元之間有一第二間距，且該第二寄生支路單元的第二端接地。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的天線裝置，更包括：一接地部，與該輻射體之間有一第三間距。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該輻射體感測一外部物件是否接近，以產生該感測訊號。
  10. 一種電子裝置，包括：一天線裝置，包括：一輻射體，接收及發送一射頻訊號，並提供至少一端點；一第一阻抗控制電路，電性連接該輻射體的該至少一端 點中的一者並傳遞該射頻訊號；以及一第二阻抗控制電路，包括：一阻抗匹配電路，其第一端電性連接該輻射體的該至少一端點中的一者，用以調整該輻射體之阻抗匹配並傳遞一感測訊號，其中該阻抗匹配電路包括一傳輸線段，該傳輸線段的第一端電性連接該輻射體，且該傳輸線段用以調整該輻射體之阻抗匹配並傳遞該感測訊號；以及一電感，其電性連接該阻抗匹配電路的第二端，傳遞該感測訊號並阻隔該射頻訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該阻抗匹配電路更包括：一電容，其第一端電性連接該傳輸線段的第二端及該電感，該電容的第二端接地，其中該電容阻隔該感測訊號。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該第一阻抗控制電路及該第二阻抗控制電路電性連接該輻射體的該至少一端點中的一第一端點。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該輻射體的該至少一端點包括一第一端點及一第二端點，該第一阻抗控制電路電性連接該輻射體的該第一端點及該第二端點中的一者，該第二阻抗控制電路電性連接該輻射體的該第一端點及該第二端點中的另一者。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該第一阻抗控制電路阻隔該感測訊號。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該輻射體包括：一第一支路單元，由該輻射體的一該端點延伸而出；以及一第二支路單元，由該輻射體的該端點延伸而出。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的電子裝置，其中該天線裝置更包括：一第一寄生支路單元，其第一端與該第一支路單元之間有一第一間距，且該第一寄生支路單元的第一端或第二端接地；以及一第二寄生支路單元，其第一端與該第二支路單元之間有一第二間距，且該第二寄生支路單元的第二端接地。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的電子裝置，更包括：一殼體，具有一邊框，其中該第一支路單元及該第二支路單元構成該邊框之一部分。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的電子裝置，更包括：一殼體，具有一邊框，其中該第一支路單元、該第二支路單元、該第一寄生支路單元及該第二寄生支路單元構成該邊框之一部分。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的電子裝置，其中該天線裝置更包括：一接地部，與該輻射體之間有第三間距。
  20. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該輻射體感測一外部物件是否接近，以產生該感測訊號。
  21. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，更包括：一無線通訊模組，耦接該天線裝置的該第一阻抗控制電路，並用以處理該射頻訊號；以及一感測模組，耦接該天線裝置的該第二阻抗控制電路，並用以處理該感測訊號。
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