TWI793803B

TWI793803B - 電子裝置與天線模組

Info

Publication number: TWI793803B
Application number: TW110138286A
Authority: TW
Inventors: 張軒瑞; 林協志; 蘇冠仁
Original assignee: 啟碁科技股份有限公司
Priority date: 2021-10-15
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2023-02-21
Also published as: US20230117264A1; TW202318715A

Abstract

本發明公開一種電子裝置與天線模組。電子裝置包括金屬殼體，天線模組設置在金屬殼體中。天線模組包括載板、饋入件、輻射件以及第一寄生輻射件。金屬殼體開設出具有開口端的槽孔。金屬殼體的第一上緣部位於金屬殼體開設出槽孔的位置上緣。輻射件在金屬殼體上的垂直投影與槽孔至少部分重疊。輻射件包括連接於饋入件的饋入部。第一寄生輻射件設置在載板上並且連接或耦合於第一上緣部。第一寄生輻射件的一側邊接近開口端的邊緣。輻射件通過饋入件饋入一訊號以產生一共振模態，且輻射件耦合槽孔而激發出另一共振模態。

Description

電子裝置與天線模組

本發明涉及一種電子裝置與天線模組，特別是涉及一種不具有天線淨空區的電子裝置與天線模組。

隨著科技的快速發展，消費者對於電子裝置(例如筆記型電腦)的需求越來越高。電子裝置不僅在外觀設計上越來越輕薄，並且在結構上採用金屬殼體以加強結構強度。

此外，為滿足消費者對於電子裝置隨時隨地皆能使用的需求，電子裝置多採用多輸入輸出(Multi-Input and Multi-Output，MIMO)天線系統，其需要在電子裝置內部的有限空間中設置多個天線，使其能夠操作於不同的寬頻操作頻帶，例如LTE或WLAN。一般來說，在天線系統周圍需要佈置天線淨空區，也就是天線系統周圍不能具有金屬。然而，如此一來，便會增加製造成本，並且這會與為了達到增加結構強度以及外觀輕薄的需求而採用金屬殼體的設計相互衝突。

故，如何通過結構設計的改良，提供一種與金屬機殼邊框整合的零淨空區天線設計，來克服上述的缺陷，已成為該領域所欲解決的重要課題之一。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種電子裝置與天線模組。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種電子裝置，其包括：一金屬殼體、一載板、一饋入件、一輻射件以及一第一寄生輻射件。該金屬殼體開設有一槽孔，該槽孔包括一開口端，該金屬殼體包含一第一上緣部，該第一上緣部位於該金屬殼體開設出該槽孔的位置上緣。該載板設置在該金屬殼體中。該輻射件設置在該載板中，該輻射件投影在該金屬殼體上的垂直投影與該槽孔至少部分重疊，該輻射件包括一連接於該饋入件的饋入部。該第一寄生輻射件設置在該載板上，該第一寄生輻射件連接或耦合於該第一上緣部，且該第一寄生輻射件的一側邊接近該開口端的邊緣。該輻射件通過該饋入件饋入一訊號而至少產生一共振模態，並且該輻射件耦合該槽孔而至少激發出另一共振模態。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種天線模組，設置在一金屬殼體中，該金屬殼體具有一槽孔，該槽孔包括一開口端與一第一閉口端，該金屬殼體包含一第一上緣部與一第二上緣部，該第一上緣部與該第二上緣部分別位於該金屬殼體開設出該槽孔的位置上緣且設置在該開口端的兩側，該第一上緣部位於該開口端與該第一閉口端之間。該天線模組包括：一載板、一饋入件、一輻射件以及一第一寄生輻射件。該輻射件設置在該載板中，該輻射件包括一饋入部，該饋入部連接該饋入件，該輻射件投影在該金屬殼體上的垂直投影與該槽孔至少部分重疊。該第一寄生輻射件設置在該載板上，該第一寄生輻射件連接或耦合於該第一上緣部，且該第一寄生輻射件的一側邊接近該開口端的邊緣。該輻射件通過該饋入件饋入一訊號而至少產生一共振模態，並且該輻射件用以耦合該槽孔而至少激發出另一共振模態。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電子裝置與天線模組，其能通過“該第一寄生輻射件設置在該載板上，該第一寄生輻射件連接或耦合於該第一上緣部，且該第一寄生輻射件的一側邊接近該開口端的邊緣”的技術方案，利用第一寄生輻射件來增加開槽孔天線的上緣面積，使天線模組的輻射特性獲得改善。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

D:電子裝置

M:金屬殼體

M1:第一側面

M2:第二側面

M3:第三側面

A:天線模組

1:載板

2:饋入件

3:輻射件

30:饋入部

31:第一輻射部

32:第二輻射部

4:第一寄生輻射件

40:第一本體部

401、402:線段

41:第一連接部

42:第二連接部

5:第二寄生輻射件

50:第二本體部

51:第三連接部

52:第四連接部

S:槽孔

S0:開口端

S1:第一閉口端

S2:第二閉口端

E1:第一上緣部

E2:第二上緣部

H:預定距離

G:間隙

P1:第一共振模態

P2:第二共振模態

P3:第三共振模態

P4:第四共振模態

圖1為本發明的電子裝置的立體示意圖。

圖2為本發明第一實施例的天線模組與金屬殼體的分解示意圖。

圖3為本發明第一實施例的天線模組與金屬殼體的示意圖。

圖4為本發明第二實施例的天線模組與金屬殼體的示意圖。

圖5為本發明第一實施例的天線模組的輻射效率的曲線圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電子裝置與天線模組”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件，但這些元件不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。另外，本發明全文中的「連接(connect)」是兩個元件之間有實體連接且為直接連接或者是間接連接，且本發明全文中的「耦合(couple)」是兩個元件之間彼此分離且無實體連接，而是藉由一元件之電流所產生的電場能量(electric field energy)激發另一元件的電場能量。

[實施例]

參閱圖1所示，圖1為本發明的電子裝置的立體示意圖。本發明提供一電子裝置D，舉例來說，電子裝置D可例如但不限於筆記型電腦。電子裝置包括一金屬殼體M與一天線模組A，天線模組A設置在金屬殼體M內。金屬殼體M開設有一槽孔S，槽孔S的位置如圖1所示，是位於電子裝置D的側邊框。進一步來說，金屬殼體M包括一第一側面M1、一第二側面M2以及一第三側面M3，而槽孔S是開設在第二側面M2。

接著，參閱圖2與圖3所示，圖2為本發明第一實施例的天線模組與金屬殼體的分解示意圖，圖3為本發明第一實施例的天線模組與金屬殼體的示意圖。圖2與圖3是將圖1的槽孔S部位放大，以呈現出槽孔S與天線模組A之間的相對位置關係。在本發明中，槽孔S是呈一倒T字型形狀，其具有一開口端S0、一第一閉口端S1以及一第二閉口端S2。開口端S0朝向電子裝置D的上蓋(即朝向第一側面M1，見圖1)開設，且開口端S0位於第一閉口端S1與第二閉口端S2之間，且第一閉口端S1與第二閉口端S2之間具有一預定距離H。金屬殼體M包含一第一上緣部E1，第一上緣部E1是金屬殼體M的第二側面M2的其中一部分。第一上緣部E1的具體位置是位於金屬殼體M開設出槽孔S的位置上緣，更進一步來說，第一上緣部E1位於開口端S0與第一閉口端S1之間。

天線模組A包括一載板1、一饋入件2、一輻射件3以及一第一寄生輻射件4。載板1設置在金屬殼體M中，輻射件3設置在載板1中，且輻射件3在金屬殼體M上的垂直投影與槽孔S至少部分重疊。第一寄生輻射件4設置在載板1上。輻射件3包括一饋入部30，饋入部30連接於饋入件2。因此，輻射件3可通過饋入件2饋入一訊號以產生一共振模態，且輻射件3還能夠進一步耦合槽孔S而激發出另一共振模態。進一步如圖2所示，在本實施例中，載板1是以一長方體呈現，但本發明不以為限。輻射件3是設置在載板1的側表面(該側表面面向槽孔S)，而第一寄生輻射件4設置在載板1的上表面。舉例來說，載板1可例如為一FR4基板，饋入件2可例如為一同軸電纜線(Coaxial cable)，輻射件3與第一寄生輻射件4可例如為一金屬片、一微帶線、一金屬導線或者是其他具有導電效果的導電體，然而，本發明不以此為限。

繼續參閱圖1與圖3所示，在本發明中，第一側面M1具有一非金屬區域，第一寄生輻射件4投影在第一側面M1的垂直投影完全重疊於該非金屬區域，槽孔S開設在第二側面M2，第三側面M3具有一金屬區域，且該非金屬區域投影在第三側面M3的垂直投影完全重疊於該金屬區域。藉此，本發明所提供的天線模組A能夠處在一非淨空區，因此本發明的天線模組A對於周圍環境(例如，電子裝置D的機殼)的需求較為彈性，使得電子裝置D在外觀設計上能夠具有更多選擇。

繼續參閱圖2與圖3所示，輻射件3還包括一第一輻射部31與一第二輻射部32，饋入部30連接於第一輻射部31與第二輻射部32之間，第一輻射部31相對於饋入部30以一第一方向延伸，第二輻射部32相對於饋入部30以一第二方向延伸，且該第一方向與該第二方向相反，使得輻射件3的形狀呈一T字型形狀。

承上述，輻射件3通過饋入件2饋入一訊號以產生一第一共振模態P1與一第二共振模態P2。第一共振模態P1的共振路徑經過饋入部30與第一輻射部31，第二共振模態P2的共振路徑經過饋入部30與第二輻射部32，而第一共振模態P1以及第二共振模態P2可涵蓋一頻率範圍介於3300MHz至5925MHz的操作頻帶，且第一共振模態P1的操作頻帶高於第二共振模態P2的操作頻帶。此外，第一共振模態P1的中心頻率為5500MHz，且第一共振模態P1的共振路徑的長度等於第一共振模態P1所涵蓋的操作頻帶的中心頻率(5500MHz)的四分之一波長。第二共振模態P2的中心頻率為4000MHz，且第二共振模態P2的共振路徑的長度等於第二共振模態P2所涵蓋的操作頻帶的中心頻率(4000MHz)的四分之一波長。

接著，繼續參閱圖2與圖3所示，輻射件3與第一上緣部E1之間具有一間隙G，間隙G為輻射件3與金屬殼體M的內表面之間的最短距離，較佳者，間隙G的寬度介於0.5mm至2mm。輻射件3可經由間隙G激發槽孔S而使槽孔S形成一開槽孔天線結構。具體來說，輻射件3耦合槽孔S而激發出一第三共振模態P3與一第四共振模態P4。第三共振模態P3的共振路徑經過槽孔S在開口端S0與第一閉口端S1之間的區域(第三共振模態P3的共振路徑為開口端S0與第一閉口端S1之間的共振路徑)。第四共振模態P4的共振路徑通過槽孔S在開口端S0與第二閉口端S2之間的區域(第四共振模態P4的共振路徑為開口端S0與第二閉口端S2之間的共振路徑)。第三共振模態P3以及第四共振模態P4可涵蓋一頻率範圍介於1805MHz至2690MHz的操作頻帶，且第四共振模態P4的操作頻帶高於第三共振模態P3的操作頻帶，因此第三共振模態P3的共振路徑的長度大於第四共振模態P4的共振路徑的長度。此外，第三共振模態P3的最低頻率為1805MHz，且第三共振模態P3的共振路徑的長度等於第三共振模態P3所涵蓋的操作頻帶的最低頻率(1805MHz)的四分之一波長。第四共振模態P4的最低頻率為2600MHz，且第四共振模態P4的共振路徑的長度等於第四共振模態P4所涵蓋的操作頻帶的最低頻率(2600MHz)的四分之一波長。此外，第一閉口端S1與第二閉口端S2之間的預定距離H不大於第三共振模態P3所涵蓋的最低頻率的四分之一波長。

另外，值得一提的是，第一輻射部31投影在金屬殼體M上的垂直投影部分重疊於槽孔S的開口端S0，藉此，輻射件3耦合槽孔S所激發出的符合1805MHz至2690MHz的操作頻帶範圍的第四共振模態P4，並且能夠使第四共振模態P4具有較佳的增益(Gain)。

承上述，本發明可藉由改變槽孔S中的開口端S0、第一閉口端S1、第二閉口端S2的位置(也就是改變槽孔S的尺寸大小)，或是改變輻射件3的第一輻射部31及第二輻射部32的長度，來調整第一共振模態P1、第二共振模態P2、第三共振模態P3及第四共振模態P4所對應的中心頻率。因此，本發明通過天線模組A與金屬殼體M的槽孔S的配置，貢獻出介於1805MHz至2690MHz以及3300MHz至5925MHz的操作頻帶，滿足LTE與sub-6G的寬頻操作需求。

繼續參閱圖2與圖3所示，第一寄生輻射件4包括一第一本體部40以及連接於第一本體部40的一第一連接部41與一第二連接部42，具體來說，第一寄生輻射件4可呈一環形形狀(或稱U字形形狀)，第一寄生輻射件4的第一本體部40的線段401連接於第一連接部41，而第一本體部40的另一線段402連接於第二連接部42。第一寄生輻射件4透過第一連接部41及第二連接部42連接或耦合於第一上緣部E1而達到接地，並且形成一第一封閉區域，然而本發明不限於此。舉例來說，第一寄生輻射件4也可以為一整片的形狀連接或耦合於第一上緣部E1，也就是說，上述的第一封閉區域皆為第一寄生輻射件4。更進一步來說，第一寄生輻射件4的一側邊接近或甚至切齊於開口端S0的邊緣，且第一連接部41亦連接於開口端S0的邊緣。藉此，本發明利用第一寄生輻射件4連接或耦合於第一上緣部E1時所包圍形成的第一封閉區域來增加開槽孔天線結構的上緣面積，使得開槽孔天線結構的輻射特性獲得改善，獲得較佳的輻射效率。

接著，請先參閱圖5所示，圖5為本發明第一實施例的天線模組的輻射效率的曲線圖。實線代表本發明的天線模組A設置第一寄生輻射部4的樣態，虛線則是代表天線模組A未設置第一寄生輻射部4的樣態。由圖5可看出，當天線模組A設置第一寄生輻射部4時，所產生的四個共振模態P1~P4的輻射效率明顯都要比未設置第一寄生輻射部4時的輻射效率更好，且可看出在第三共振模態P3及第四共振模態P4的輻射效率的優化效果更為明顯。

此外，繼續參閱圖3與圖5所示，天線模組A有設置第一寄生輻射件4時所產生的第三共振模態P3的頻率範圍相較於未設置第一寄生輻射件4時所產生的共振模態的頻率範圍更低。也就是說，本發明還可通過設置第一寄生輻射件4來調整第三共振模態P3的頻率範圍，使得第三共振模態P3的頻率範圍往低頻移動，進而達到縮小槽孔S尺寸的效果。因此，本發明通過設置第一寄生輻射件4，能夠使第二閉口端S2與第一閉口端S1之間的預定距離H小於第三共振模態P3所涵蓋的最低頻率(1805MHz)的四分之一波長。

參閱圖4所示，圖4為本發明第二實施例的天線模組A與金屬殼體的示意圖。天線模組A還可進一步包括一第二寄生輻射件5，第二寄生輻射件5設置在載板1上。第二寄生輻射件5與第一寄生輻射件4分別設置在開口端S0的兩側，且第二寄生輻射件5的具體結構與第一寄生輻射件4相仿。進一步來說，第二寄生輻射件5投影在金屬殼體M的第一側面M1的垂直投影重疊於該非金屬區域。金屬殼體M還包含一第二上緣部E2，第二上緣部E2是金屬殼體M的第二側面M2的其中一部分。第二上緣部E2位於金屬殼體M開設出槽孔S的位置上緣，更進一步來說，第二上緣部E2位於開口端S0與第二閉口端S2之間。第二上緣部E2與第一上緣部E1分別設置在開口端S0的兩側。第二寄生輻射件5包括一第二本體部50以及連接於第二本體部50兩端的一第三連接部51與一第四連接部52。第二寄生輻射件5可為一U字形形狀而透過第三連接部51及第四連接部52連接或耦合於第二上緣部E2而接地，並且形成一第二封閉區域；或者，第二寄生輻射件5也可為一整片的形狀連接或耦合於第二上緣部E2。此外，第二寄生輻射件5的一側邊接近或甚至切齊於開口端S0的邊緣，且第三連接部51亦連接於開口端S0的邊緣。同樣地，本發明可通過設置第二寄生輻射件5來調整第四共振模態P4的頻率範圍，使得第四共振模態P4的頻率範圍往低頻移動，進而達到縮小槽孔S尺寸的效果。

須說明的是，儘管本發明可通過設置寄生輻射件在第一上緣部E1或第二上緣部E2的方式來調整第三共振模態P3或第四共振模態P4的頻率範圍往低頻移動，來達到縮小槽孔S尺寸的效果。然而，優選來說，寄生輻射件設置在第一上緣部E1所達到的縮小槽孔S尺寸的效果會比設置在第二上緣部E2的效果為佳。參閱圖4所示，這是由於第三共振模態P3的共振路徑長度相較於第四共振模態P4的共振路徑長度更長(因為第四共振模態P4的操作頻帶高於第三共振模態P3的操作頻帶)，這使得第一上緣部E1的長度(開口端S0與第一閉口端S1之間)比第二上緣部E2的長度(開口端 S0與第二閉口端S2之間的長度)更長，因此當寄生輻射件設置在第一上緣部E1時，可大幅減少槽孔S位於開口端S0與第一閉口端S1之間的長度，達到縮小槽孔S尺寸的效果較佳。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電子裝置D與天線模組A，其能通過“第一寄生輻射件4設置在載板1上，第一寄生輻射件4連接或耦合於第一上緣部E1，且第一寄生輻射件4的一側邊接近開口端S0的邊緣”的技術方案，利用第一寄生輻射件4來增加開槽孔天線結構的上緣面積，使天線模組A的輻射特性獲得改善，獲得較佳的輻射效率。

更進一步來說，由於本發明是在金屬殼體M的側邊框(第二側面M2)開設出槽孔S，在此配置下，槽孔S上緣的面積僅能包含第一上緣部E1與第二上緣部E2的面積，不到第二側面M2的一半。但是，槽孔S下緣面積則包含了金屬機殼M的第二側面M2上扣除槽孔S面積後的剩餘部分加上金屬機殼的底側面積(即具有金屬區域的第三側面M3的面積)。也就是說，槽孔S的上下緣結構面積差異過大，而這將導致開槽孔天線結構的輻射特性不佳。因此，本發明通過設置第一寄生輻射件4，甚至再加上第二寄生輻射件5，以利用第一寄生輻射件4及第二寄生輻射件5所包圍的區域來增加開槽孔天線結構的上緣面積，使得開槽孔天線結構的輻射特性獲得改善，獲得較佳的輻射效率。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。