TWI786822B - 天線系統及天線組合架構 - Google Patents

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Abstract

本案提供一種天線系統及天線組合架構。天線系統位於第一導體上且與第二導體間隔設置。天線系統包含一第一介質基板，第一金屬層及第二金屬層分別位於第一介質基板的相對二表面上。複數第一導電結構電性連接第一金屬層及第二導體，複數第二導電結構電性連接第一金屬層及第二金屬層。第二介質基板位於第一介質基板內並具有面對第二導體的一第三水平表面及相對之一第一垂直表面及一第二垂直表面。頻率調整部位於第三水平表面及第一垂直表面上，且頻率調整部之側緣電性連接第二金屬層。第一匹配部及第二匹配部位於第二垂直表面上，第一匹配部之一端與第一金屬層具有一第一耦合間距，另一端電性連接第二金屬層，第二匹配部之一端與第一金屬層具有一第二耦合間距。一訊號源電性連接第二匹配部之另一端以及第二金屬層。

Description

天線系統及天線組合架構
本案係有關一種天線系統及內設有該天線系統的天線組合架構。
一般應用在筆記型電腦的內藏式天線大多為倒F形天線與單極天線，為了使天線具有良好的輻射，通常需要將天線放置在特定尺寸的非金屬淨空區內。若為全金屬機型，則需透過機構製程，例如使用塑膠金屬雙料射出技術或是塑膠拆件方式，以將天線所在空間切割為非金屬區域。此種方式不但會增加產品生產複雜度，增加生產成本，同時亦可能會明顯破壞工業設計的產品外觀。
本案提供一種天線系統，其係位於一第一導體上且與一第二導體間隔設置。天線系統包含一第一介質基板、一第一金屬層、一第二金屬層、複數第一導電結構、複數第二導電結構、一第二介質基板、一頻率調整部、一第一匹配部、一第二匹配部以及一訊號源。第一介質基板係具有相對之一第一水平表面及一第二水平表面，且第一介質基板開設有一容置空間。第一金屬層位於第一水平表面上，第二金屬層位於第二水平表面上。該些第一導電結構電性連接第一金屬層及第二導體，該些第二導電結構電性連接第一金屬層及第二金屬層。第二介質基板位於容置空間內，第二介質基板具有面對第二導體的一第三水平表面及相對之一第一垂直表面及一第二垂直表面。頻率調整部係位於第三水平表面及第一垂直表面上，且頻率調整部之側緣電性連接第二金屬層。第一匹配部位於第二垂直表面上，第一匹配部之一端與第一金屬層具有一第一耦合間距，另一端電性連接第二金屬層。第二匹配部位於第二垂直表面上，第二匹配部之一端與第一金屬層具有一第二耦合間距。訊號源電性連接第二匹配部之另一端以及第二金屬層。
本案另外提供一種天線組合架構，其係包含一第一導體、一第二導體以及一天線系統，天線系統位於第一導體上且與第二導體間隔設置。天線系統包含一第一介質基板、一第一金屬層、一第二金屬層、複數第一導電結構、複數第二導電結構、一第二介質基板、一頻率調整部、一第一匹配部、一第二匹配部以及一訊號源。第一介質基板係具有相對之一第一水平表面及一第二水平表面，且第一介質基板開設有一容置空間。第一金屬層位於第一水平表面上，第二金屬層位於第二水平表面上。該些第一導電結構電性連接第一金屬層及第二導體，該些第二導電結構電性連接第一金屬層及第二金屬層。第二介質基板位於容置空間內，第二介質基板具有面對第二導體的一第三水平表面及相對之一第一垂直表面及一第二垂直表面。頻率調整部係位於第三水平表面及第一垂直表面上，且頻率調整部之側緣電性連接第二金屬層。第一匹配部位於第二垂直表面上，第一匹配部之一端與第一金屬層具有一第一耦合間距，另一端電性連接第二金屬層。第二匹配部位於第二垂直表面上，第二匹配部之一端與第一金屬層具有一第二耦合間距。訊號源電性連接第二匹配部之另一端以及第二金屬層。
綜上所述，本案提出一種天線系統及天線組合架構，其係利用共振腔的概念，使天線輻射訊號可以透過殼體中既有的區域進行良好的輻射，所以不需要額外的天線淨空區。因此，本案可以在不破壞產品外觀設計以及不需要額外的非金屬淨空區的前提下，仍然具有良好的天線輻射特性。再者，本案係藉由頻率調整部之設計，能有效降低天線最低操作頻率，以有效縮小天線的物理尺寸。
以下將配合相關圖式來說明本案的實施例。在這些圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或電路，必須瞭解的是，儘管術語“第一”、“第二”等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域或結構，但是這些元件、部件、區域及/或結構不應受這些術語的限制，這些術語僅用於將一個元件、部件、區域或結構與另一個元件、部件、區域或結構區隔開來。
請同時參閱圖1、圖2、圖3及圖4所示，一天線組合架構10包含一第一導體12、一第二導體14以及一天線系統16，第一導體12與第二導體14係互相平行設置，且第一導體12係包圍第二導體14，第一導體12更具有一內水平表面121以及一內垂直表面122，使第一導體12之內垂直表面122與第二導體14的邊緣之間具有一第一間距d1，第二導體14亦具有一水平表面141。
如圖4所示，天線系統16位於第一導體12上且與第二導體14間隔設置，也就是天線系統16位於第一導體12的內水平表面121上，使天線系統16與第二導體14的水平表面141之間具有一第二間距d2，且天線系統16與第一導體12之內垂直表面122之間係具有一第三間距d3。
在一電子裝置為一筆記型電腦的實施例中，第一導體12係為筆記型電腦的螢幕金屬背蓋，第二導體14則係為筆記型電腦的螢幕。此外，第一導體12亦可以是筆記型電腦的一底座蓋體，第二導體14亦可以是筆記型電腦的一鍵盤金屬蓋。以第一導體12為筆記型電腦之螢幕金屬背蓋且第二導體14為筆記型電腦的螢幕為例，第一間距d1為螢幕與螢幕金屬背蓋之間的螢幕非顯示區域)。在一實施例中，第一間距d1為4 mm，第二間距d2為1 mm，第三間距d3為4 mm，本案係以此為例，但不以此為限。
在一實施例中，第三間距d3係大於或等於第一間距d1，表示為d3≧d1。
請同時參閱圖1至圖6所示，天線系統16大致為一矩形結構，天線系統16包含一第一介質基板18、一第一金屬層20、一第二金屬層22、複數第一導電結構24、複數第二導電結構26、一第二介質基板28、一頻率調整部30、一第一匹配部32、一第二匹配部34以及一訊號源36。
如圖3所示，第一介質基板18係具有相對之一第一水平表面181及一第二水平表面182，且第一介質基板18開設有一容置空間183。第一金屬層20係位於第一介質基板18的第一水平表面181上，第一金屬層20之最大範圍係不超過第一水平表面181。第二金屬層22係位於第一介質基板18之第二水平表面182上，第二金屬層22之最大範圍係不超過第二水平表面182。
複數第一導電結構24電性連接第一金屬層20及第二導體14之水平表面141，使第一金屬層20透過第一導電結構24電性連接至第二導體14之水平表面141，在一實施例中，第一導電結構24可為條狀或片狀結構，在此係以片狀結構為例，例如導電泡棉。複數第二導電結構26電性連接第一金屬層20及第二金屬層22，在一實施例中，第二導電結構26係貫穿第一介質基板18，並自第一水平表面181及第二水平表面182露出，以電性連接第一金屬層20及第二金屬層22。第二介質基板28係位於第一介質基板18的容置空間183內，第二介質基板28具有面對第二導體14的一第三水平表面281及相對之一第一垂直表面282及一第二垂直表面283，且第二垂直表面283係朝外並面對第一導體12的內垂直表面122。
如圖6所示，頻率調整部30係位於第二介質基板28的第三水平表面281及第一垂直表面282上，且頻率調整部30之側緣電性連接第二金屬層22而連接至接地，以藉由調整頻率調整部30的尺寸，可以有效降低天線的最低操作頻率，進而縮小天線系統16的整理尺寸。
如圖5所示，第一匹配部32位於第二介質基板28的第二垂直表面283上，此第一匹配部32之一端與第一金屬層20之間具有一第一耦合間距dc1，另一端電性連接至第二金屬層22，藉由調整第一匹配部32的尺寸，可以調整第一匹配部32與第一金屬層20之間的耦合量，進而調整天線阻抗匹配。第二匹配部34係位於第二介質基板28的第二垂直表面283上，第二匹配部34之一端與第一金屬層20之間具有一第二耦合間距dc2，以藉由調整第二匹配部34的尺寸，可以調整第二匹配部34與第一金屬層20之間的耦合量，進而調整天線阻抗匹配。訊號源36之一端電性連接至第二匹配部34之另一端，訊號源36之另一端則電性連接至第二金屬層22，以利用訊號源36接收或發射一射頻訊號。
在一實施例中，天線系統16之尺寸為最低操作頻率之0.56波長＊ 0.15波長＊0.03波長，以本案之天線系統16設計最低操作頻率在2.4 GHz，則其相對應尺寸為67 mm ＊18 mm ＊4 mm。
在另一實施例中，如圖7所示，在天線系統16中，第一匹配部32除了位於第二介質基板28的第二垂直表面283上之外，更可延伸位於第二介質基板28的第三水平表面281上，以藉由調整第一匹配部32的尺寸，來調整第一匹配部32與第一金屬層20之間的耦合量。第二匹配部34除了位於第二介質基板28的第二垂直表面283上之外，可更延伸位於第二介質基板28的第三水平表面281上，以藉由調整第二匹配部34的尺寸，來調整第二匹配部34與第一金屬層20之間的耦合量。
在一實施例中，如圖2所示，第一金屬層20、第二金屬層22、第二導電結構26、頻率調整部30、第一匹配部32及第二匹配部34等係可由導電性材料製成，導電材料可以是如銀、銅、鐵、鋁或是其合金等，但本案不以此為限。
本案提出之寬頻天線裝置確實在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶皆具有良好的返回損失。請同時參閱圖1至圖8所示，在此天線組合架構10中，整個天線系統16之尺寸為67 mm ＊18 mm ＊4 mm，以此天線系統16於射頻訊號傳輸時，比較有無加入頻率調整部30之設計，來進行S參數（S11）的模擬分析。在2.4 GHz、5 GHz及6GHz頻段進行操作時，其S參數模擬結果如圖8所示，實線表示具有頻率調整部30的天線系統16，虛線表示不具有頻率調整部的天線系統。由圖可知，天線系統16的最低操作頻率可由約2.8 GHz，降頻至約2.4 GHz，同時天線特性可以滿足2.4 GHz、5 GHz及6GHz頻段所需之操作頻寬，亦即WiFi 6E所需之頻段。並且，2.4 GHz、5 GHz及6GHz頻段中，天線共振頻帶反射係數（S11）皆小於-6 dB（S11＜-6 dB），證明在2.4 GHz、5 GHz及6GHz等操作頻段具有良好的阻抗頻寬。因此，本案之天線系統16在低頻操作頻段與高頻操作頻段都具有良好的阻抗頻寬，符合實際產品的需求。
本案之天線系統是應用在筆記型電腦之內藏式天線，例如內藏於螢幕與螢幕金屬背蓋之垂直空間，亦或是底座蓋體與鍵盤金屬蓋之間的空間。本案利用共振腔之概念，將特定空間區域封閉為金屬腔體，僅在特定方向做為天線輻射。天線輻射訊號能透過螢幕與螢幕金屬背蓋之間既有的螢幕非顯示區，進行良好的輻射。此外，天線若是放置在底座蓋體與鍵盤金屬蓋之間，僅需預留適當尺寸之槽縫，天線系統依然具有良好的輻射。
綜上所述，本案提出一種天線系統及天線組合架構，其係利用共振腔的概念，使天線輻射訊號可以透過殼體中既有的區域進行良好的輻射，所以不需要額外的天線淨空區。因此，本案可以在不破壞產品外觀設計以及不需要額外的非金屬淨空區的前提下，仍然具有良好的天線輻射特性。再者，本案係藉由頻率調整部之設計，能有效降低天線最低操作頻率，以有效縮小天線的物理尺寸。
以上所述的實施例僅係為說明本案的技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案的內容並據以實施，當不能以之限定本案的專利範圍，即大凡依本案所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案的申請專利範圍內。
10:天線組合架構 12:第一導體 121:內水平表面 122:內垂直表面 14:第二導體 141:水平表面 16:天線系統 18:第一介質基板 181:第一水平表面 182:第二水平表面 183:容置空間 20:第一金屬層 22:第二金屬層 24:第一導電結構 26:第二導電結構 28:第二介質基板 281:第三水平表面 282:第一垂直表面 283:第二垂直表面 30:頻率調整部 32:第一匹配部 34:第二匹配部 36:訊號源 d1:第一間距 d2:第二間距 d3:第三間距 dc1:第一耦合間距 dc2:第二耦合間距
圖1為根據本案一實施例之天線組合架構的結構示意圖。 圖2為根據本案一實施例之天線組合架構的局部結構放大示意圖。 圖3為根據本案一實施例之天線系統的結構示意圖。 圖4為根據本案一實施例之天線組合架構的側面示意圖。 圖5為根據本案一實施例之天線組合架構之另一視角的側面示意圖。 圖6為根據本案一實施例之天線系統另一視角的的結構示意圖。 圖7為根據本案另一實施例之天線系統的結構示意圖。 圖8為根據本案之天線系統具有頻率調整部及不具有頻率調整部於各頻率下產生的S參數模擬示意圖。
12:第一導體
14:第二導體
16:天線系統
18:第一介質基板
181:第一水平表面
182:第二水平表面
183:容置空間
20:第一金屬層
22:第二金屬層
24:第一導電結構
26:第二導電結構
28:第二介質基板
281:第三水平表面
283:第二垂直表面
30:頻率調整部
32:第一匹配部
34:第二匹配部
36:訊號源

Claims (22)

  1. 一種天線系統，其係位於一第一導體上且與一第二導體間隔設置，該天線系統包含： 一第一介質基板，具有相對之一第一水平表面及一第二水平表面，且該第一介質基板開設有一容置空間； 一第一金屬層，位於該第一水平表面上； 一第二金屬層，位於該第二水平表面上； 複數第一導電結構，電性連接該第一金屬層及該第二導體； 複數第二導電結構，電性連接該第一金屬層及該第二金屬層； 一第二介質基板，位於該容置空間內，該第二介質基板具有面對該第二導體的一第三水平表面及相對之一第一垂直表面及一第二垂直表面； 一頻率調整部，位於該第三水平表面及該第一垂直表面上，且該頻率調整部之側緣電性連接該第二金屬層； 一第一匹配部，位於該第二垂直表面上，該第一匹配部之一端與該第一金屬層具有一第一耦合間距，另一端電性連接該第二金屬層； 一第二匹配部，位於該第二垂直表面上，該第二匹配部之一端與該第一金屬層具有一第二耦合間距；以及 一訊號源，電性連接該第二匹配部之另一端以及該第二金屬層。
  2. 如請求項1所述之天線系統，其中該第一導體係包圍該第二導體，且該第一導體更具有一內水平表面以及一內垂直表面，使該第一導體之該內垂直表面與該第二導體之間具有一第一間距。
  3. 如請求項2所述之天線系統，其中該天線系統位於該第一導體的該內水平表面上，該天線系統與該第二導體之間具有一第二間距，且該天線系統與該第一導體之該內垂直表面之間係具有一第三間距。
  4. 如請求項3所述之天線系統，其中該第三間距大於或等於該第一間距。
  5. 如請求項1所述之天線系統，其中該些第二導電結構係貫穿該第一介質基板，並自該第一水平表面及該第二水平表面露出，以電性連接該第一金屬層及該第二金屬層。
  6. 如請求項1所述之天線系統，其中該第一匹配部更延伸位於該第三水平表面上。
  7. 如請求項1所述之天線系統，其中該第二匹配部更延伸位於該第三水平表面上。
  8. 如請求項1所述之天線系統，其中該第一金屬層之最大範圍係不超過該第一水平表面。
  9. 如請求項1所述之天線系統，其中該第二金屬層之最大範圍係不超過該第二水平表面。
  10. 如請求項1所述之天線系統，其中該第一導體係為一電子裝置之一螢幕金屬背蓋，該第二導體係為該電子裝置的一螢幕。
  11. 如請求項1所述之天線系統，其中該第一導體係為一電子裝置之一底座蓋體，該第二導體係為該電子裝置的一鍵盤金屬蓋。
  12. 一種天線組合架構，包含： 一第一導體； 一第二導體；以及 一天線系統，位於該第一導體上且與該第二導體間隔設置，該天線系統包含： 一第一介質基板，具有相對之一第一水平表面及一第二水平表面，且該第一介質基板開設有一容置空間； 一第一金屬層，位於該第一水平表面上； 一第二金屬層，位於該第二水平表面上； 複數第一導電結構，電性連接該第一金屬層及該第二導體； 複數第二導電結構，電性連接該第一金屬層及該第二金屬層； 一第二介質基板，位於該容置空間內，該第二介質基板具有面對該第二導體的一第三水平表面及相對之一第一垂直表面及一第二垂直表面； 一頻率調整部，位於該第三水平表面及該第一垂直表面上，且該頻率調整部之側緣電性連接該第二金屬層； 一第一匹配部，位於該第二垂直表面上，該第一匹配部之一端與該第一金屬層具有一第一耦合間距，另一端電性連接該第二金屬層； 一第二匹配部，位於該第二垂直表面上，該第二匹配部之一端與該第一金屬層具有一第二耦合間距；以及 一訊號源，電性連接該第二匹配部之另一端以及該第二金屬層。
  13. 如請求項12所述之天線組合架構，其中該第一導體係包圍該第二導體，且該第一導體更具有一內水平表面以及一內垂直表面，使該第一導體之該內垂直表面與該第二導體之間具有一第一間距。
  14. 如請求項13所述之天線組合架構，其中該天線系統位於該第一導體的該內水平表面上，該天線系統與該第二導體之間具有一第二間距，且該天線系統與該第一導體之該內垂直表面之間係具有一第三間距。
  15. 如請求項14所述之天線組合架構，其中該第三間距大於或等於該第一間距。
  16. 如請求項12所述之天線組合架構，其中該些第二導電結構係貫穿該第一介質基板，並自該第一水平表面及該第二水平表面露出，以電性連接該第一金屬層及該第二金屬層。
  17. 如請求項12所述之天線組合架構，其中該第一匹配部更延伸位於該第三水平表面上。
  18. 如請求項12所述之天線組合架構，其中該第二匹配部更延伸位於該第三水平表面上。
  19. 如請求項12所述之天線組合架構，其中該第一金屬層之最大範圍係不超過該第一水平表面。
  20. 如請求項12所述之天線組合架構，其中該第二金屬層之最大範圍係不超過該第二水平表面。
  21. 如請求項12所述之天線組合架構，其中該第一導體係為一電子裝置之一螢幕金屬背蓋，該第二導體係為該電子裝置的一螢幕。
  22. 如請求項12所述之天線組合架構，其中該第一導體係為一電子裝置之一底座蓋體，該第二導體係為該電子裝置的一鍵盤金屬蓋。
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