TWI830508B

TWI830508B - 用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組

Info

Publication number: TWI830508B
Application number: TW111144911A
Authority: TW
Inventors: 林長青; 許文賢; 黃兆雄; 顏紅方
Original assignee: 泓博無線通訊技術有限公司
Priority date: 2022-11-22
Filing date: 2022-11-22
Publication date: 2024-01-21

Abstract

一種用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組，設置於筆記型電腦的顯示幕的上方的機殼內，此模組包括低頻部、激發部、高頻部、三倍頻部、二倍頻部及載體。低頻部產生頻率範圍是617MHz至960MHz的模態，具有主路徑與切換部。主路徑具有第一端、第二端與兩個接地段，兩個接地段皆連接於第一端與模組接地之間，第二端是浮接。切換部連接於主路徑與模組接地之間，切換部導通複數個接地路徑的其中之一以改變低頻部的等效接地長度。激發部產生3GHz頻帶的模態。高頻部，產生5GHz頻帶的模態，連接於激發部之上。三倍頻部，產生2.2GHz頻帶的模態，連接於高頻部之上，耦合主路徑。二倍頻部，產生1.7GHz頻帶的模態，連接模組接地，耦合主路徑與三倍頻部。上述各部位於載體的表面。低頻部的主路徑通過耦合三倍頻部以獲得激發部的電磁能量。如此，在低頻部的等效接地長度改變時，減少影響對於1710MHz至2690MHz的天線效率，以滿足載波聚合使用。

Description

用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組

本發明有關於一種筆記型電腦天線，且特別是一種用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組。

現有可移動式裝置的常用無線通信技術包括在無線區域網路(WLAN)與無線廣域網路(WWAN)的範疇內。若筆記型電腦同時具備無線區域網路與無線廣域網路功能，就必須使用多種天線或者是具有多頻帶的天線，以滿足多通道規格的使用，如此往往讓天線需要佔用很大的內部零件面積(天線空間)。無線區域網路是現有筆記型電腦必備無線規格，無線廣域網路則包含2G、3G、4G LTE以及正開始推展的第五代行動通信(5G)。

另一方面，對電信業者而言，從第四代行動通信(4G)開始，有一種增加頻寬的實用方法，是載波聚合(Carrier Aggregation，CA)技術。載波聚合是將不同頻段的載波整合使用，提升傳輸的效率及穩定性。然而，若將同時具有無線區域網路與無線廣域網路功能的天線加強引入載波聚合的應用，對於原本使用多頻帶的天線其規格施加了更多使用限制，是否需必須使用更多的天線空間是製造廠商的新挑戰。

為了解決前述的技術問題，本發明實施例提供一種用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組，設置於筆記型電腦的顯示幕的上方的機殼內，此模組包括低頻部、激發部、高頻部、三倍頻部、二倍頻部以及載體。低頻部用以產生頻率範圍是617MHz至960MHz的共振模態，具有主路徑與切換部。主路徑具有第一端、第二端與兩個接地段，兩個接地段皆連接於第一端與模組接地之間，第二端是浮接。切換部連接於主路徑與模組接地之間，切換部導通複數個接地路徑的其中之一以改變低頻部的等效接地長度。激發部，產生3GHz頻帶的共振模態，連接同軸電纜做直接饋入。高頻部，產生5GHz頻帶的共振模態，連接於激發部之上。三倍頻部，產生2.2GHz頻帶的共振模態，連接於高頻部之上，耦合低頻部的主路徑。二倍頻部，產生1.7GHz頻帶的共振模態，連接模組接地，耦合低頻部的主路徑與三倍頻部。低頻部、激發部、高頻部、三倍頻部與二倍頻部設置於載體的表面。低頻部的主路徑通過耦合三倍頻部以獲得激發部的電磁能量。

綜上所述，本發明實施例提供一種用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組，利用切換導通的接地路徑以改變低頻部的最短接地路徑，以改變低頻部的等效接地長度，且在低頻部的等效接地長度改變時，減少1.7GHz頻帶與2.2GHz頻帶的共振模態的共振頻率點偏移，讓1710MHz至2690MHz的天線效率維持穩定，以使在1710MHz至2690MHz的頻率範圍滿足5CA的載波聚合技術使用，具有很高的產業應用價值。

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之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1:用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組

2:筆記型電腦

21:顯示幕

210:機殼

11:低頻部

12:激發部

13:高頻部

14:三倍頻部

15:二倍頻部

10:載體

111:主路徑

112:切換部

111a:第一端

111b:第二端

111c、111d:接地段

G:模組接地

P1、P2、P3、P4:接地路徑

CB:同軸電纜

SG:信號接地部

C1:中心導體

R1:外層導體

151:接地端

152:耦合端

L:長邊

W:寬邊

D:高邊

X、Y、Z:軸

圖1是本發明實施例提供的筆記型電腦的示意圖。

圖2是本發明實施例提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組的正面示意圖。

圖3A是本發明實施例提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組的立體示意圖。

圖3B是本發明實施例提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組的另一立體示意圖。

圖4是本發明實施例提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組的S11參數的曲線圖。

圖5是本發明實施例提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組的上面視角圖。

圖6是本發明實施例提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組的下面視角圖。

圖7是本發明實施例提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組的背面視角圖。

圖8是本發明實施例提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組在全頻段的天線效率圖。

圖9是本發明實施例提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組的天線效率在局部頻率區間617MHz至960MHz 的曲線圖。

圖10是本發明實施例提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組的天線效率在局部頻率區間1710MHz至2690MHz的曲線圖。

請參照圖1，圖1是筆記型電腦的示意圖。用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組1，設置於筆記型電腦2的顯示幕21的上方的機殼210內。請參照圖2、圖3A與圖3B，此模組包括低頻部11、激發部12、高頻部13、三倍頻部14、二倍頻部15以及載體10。低頻部11、激發部12、高頻部13、三倍頻部14與二倍頻部15設置於載體10的表面，載體10可以是雷射雕刻的絕緣基材，前述低頻部11、激發部12、高頻部13、三倍頻部14與二倍頻部15以雷射雕刻於載體10之上。低頻部11用以產生頻率範圍是617MHz至960MHz的共振模態，具有主路徑111與切換部112。617MHz至960MHz的共振模態是低頻部11的基礎共振模態，將於後續說明。參照圖2，圖3A、圖3B、圖5及圖7。主路徑111分布於正面、上表面及背面，正面的部分可見於圖2及圖3A，上表面的部分可見於圖3B的立體圖及圖5的上面視角圖，背面的部分請見圖7。主路徑111具有第一端111a、第二端111b與兩個接地段111c、111d，第一端111a至第二端111b的部分大致為長條形，此長條形部分與接地段111c或111d連接則大致成為L形(或倒L形)。接地段111c在正面，見圖2，接地段111d在背面，可見於圖7。兩個接地段111c、111d皆連接於第一端111a與模組接地G之間，第二端111b是浮接。再者，切換部 112是另一個接地結構，將於後續說明。

實際應用於產品時，通常模組接地G位於此用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組的下表面，參照圖3A的立體圖與圖6的下面視角圖，可見模組接地G設置於下表面。為了將模組的模組接地G與系統電路版的系統接地(system ground)做連接，以達到共地，使用一接地銅箔連接此模組接地G，接地銅箔可以黏貼或焊接於此模組接地G，然後再將接地銅箔以焊接或金屬固定件的方式固定於系統電路板(或其周邊的接地金屬)，此也有利於組裝後的接地特性的穩定。

參照圖2與圖3A，切換部112連接於主路徑111與模組接地G之間，切換部112導通複數個接地路徑的其中之一以改變低頻部11的等效接地長度。低頻部11的等效接地長度是由第二端111b經過所述的複數個接地路徑的其中之一至模組接地G的路徑總長決定。在本實施例中是以四個不同的接地路徑P1、P2、P3及P4為例，所述接地路徑可以是不同長度的導體，也可以是連接於主路徑111上的不同位置的接地路徑，只要任何一個接地路徑短路時可以造成不同的接地長度即可，如此就會造成不同的等效接地長度，使得低頻部11的基礎共振模態的中心頻率改變。較佳的，切換部112與第一端111a的距離小於切換部112與第二端111b的距離。

再者，低頻部11用於產生的基礎共振模態涵蓋617MHz至960MHz的頻帶，由於此頻帶所需頻寬較大，傳統使用較大尺寸天線會占用相當大的空間，後來有許多切換式的設計做為改良的替代方案，讓天線的共振模態在617MHz至960MHz的範圍內變化，任何一個模態不需要涵蓋全部頻率範圍，只要所有模態能共同涵蓋全部頻率範圍即可，然後只需要依據使用狀態而改變模態的頻率點，如此能大幅縮小天線尺寸，然而這樣低頻天線(對應於本發明的低頻部)的高階模態的頻率點則也會大幅變化，如此的傳統技術是難以用於載波聚合技術。本發明對於傳統技術則做了進一步改良，本發明與傳統技術的明顯差異將於後續進一步說明。

針對模態切換部分，以使用六個模態涵蓋617-960MHz的頻率範圍(以-5dB定義S11的規格)為例，請參照圖4的S11參數曲線，低頻部11為耦合式的天線，能量是由三倍頻部14及二倍頻部15耦合得來(其激發能量源自於激發部12)，在617MHz至960MHz之間變動的模態是低頻部11的基礎共振模態。主路徑111的長度約為63毫米，接地部分的長度約為7毫米(每一個接地段111c或111d各自從主路徑111至模組接地G的長度)，兩者加總得知低頻部11的總長度是比基礎模態所對應中心頻率的四分之一波長更短一些，此接地結構設計有助於縮短天線尺寸，但仍屬於四分之一波長共振。當低頻部11的等效接地長度增加時，低頻部11產生的共振模態的中心頻率往617MHz偏移。當低頻部11的等效接地長度縮短時，低頻部11產生的共振模態的中心頻率往960MHz偏移。

再參照圖3A，激發部12不但用於連接饋入信號，也因饋入而產生3GHz頻帶的共振模態，並且激發部12連接同軸電纜CB做直接饋入。較佳的，因為使用同軸電纜CB饋入的方式，此模組更包括一信號接地部SG，鄰近於激發部12，其中激發部12連接同軸電纜CB的中心導體C1，信號接地部SG連接同軸電纜CB的外層導體R1。在實際產品方面，所述信號接地部SG也連接接地銅箔，以與模組接地G共地。

繼續參照圖2、圖3A及圖3B，高頻部13產生5GHz頻帶的共振模態，操作頻帶涵蓋範圍最高至5925MHz，且高頻部13連接於激發部12之上。三倍頻部14產生2.2GHz頻帶的共振模態，且三倍頻部14連接於高頻部13之上，耦合低頻部11的主路徑111(參照圖3B)。二倍頻部15，產生1.7GHz頻帶的共振模態，且二倍頻部15連接模組接地G，耦合低頻部11的主路徑111與三倍頻部14(參照圖3B)。詳細的說，二倍頻部15具有接地端151與耦合端152，耦合端152耦合三倍頻部14與低頻部11的主路徑111。低頻部11的主路徑111通過耦合三倍頻部14以獲得激發部12的電磁能量。二倍頻部15通過耦合主路徑111與三倍頻部14以獲得激發部12的電磁能量。所述三倍頻部14與二倍頻部15皆各自產生共振模態，且各自對於低頻部11的高階模態有很大影響，將於後續說明。

繼續參照圖3A及圖3B的立體圖，配合參照圖2的正面圖，圖5的上面圖，圖6的下面圖，圖7的背面圖，由圖中可見，低頻部11位於載體10的正面、背面及上表面，主路徑111不但分布在正面、背面也在上表面，切換部112主要在正面，接地段111c在正面，接地段111d在背面。激發部12、高頻部13、三倍頻部14與二倍頻部15則設置在載體10的正面。依據實際產品設計，載體10的正面是有凹凸的非平面，用於增加元件組裝與天線設計的彈性。載體10的其他面也可以是非平面，同樣用於增加元件組裝與天線設計的彈性。

再次參照圖4，本實施例的低頻部11具有的可用的高階模態的頻率點在於1.7GHz附近(二倍頻)與2.2GHz(三倍頻)附近，簡單的說，1.7GHz頻帶的共振模態是617MHz至960MHz的共振模態的二倍頻，2.2GHz頻帶的共振模態是617MHz至960MHz的共振模態的三倍頻。當切換部12改變低頻部11的共振模態的基礎模態的頻率點(中心頻率)時，可見在高階模態的1.7GHz與2.2GHz的頻率點與阻抗匹配基本上變化不大。其理由與原理在以下做說明，將本發明實施例相比於傳統設計，傳統設計一般使用直接激發低頻部11(以同軸電纜當作饋線直接饋入)，傳統設計的高階模態隨著基礎模態做頻率變動，且高階模態的頻率點變化比基礎模態的頻率點變化更大，這是傳統設計與本發明不同之處，也是本發明產生具體且有益效果的部分。並且，若使用傳統設計(使用同軸電纜直接饋入以激發低頻部)，在切換低頻(617MHz至960MHz)時，在每一種切換狀態，對於高階模態所在1710MHz至2690MHz的頻率範圍，在同一時間只有某幾個頻帶能使用(依據高階模態的頻率移動而決定)。故，傳統技術在對於低頻作任何一種切換狀態，並不是1710MHz至2690MHz內的所有頻帶都能同時被使用(各頻帶阻抗匹配程度明顯不同，天線效率差異很大)，也就無法將多個頻帶使用於載波聚合。

相比於傳統設計的天線特性，由本發明圖4的S11曲線明顯可知，不論低頻如何切換，1.7GHz與2.2GHz的模態的頻率點基本上變化不大，且所涵蓋頻率範圍1710MHz至2690MHz內的阻抗匹配程度基本上相同(以S11滿足-5dB的規格為例)，再參照後續天線效率曲線(圖10)可以發現，1710MHz至2690MHz的天線效率也大致相同。本發明實施例的設計原理在於，當低頻部11的等效接地長度改變時，低頻部11的低頻共振模態的高階模態頻率點變化幅度受到三倍頻部14與二倍頻部15的耦合而減少。二倍頻部15的耦合(耦合主路徑111)，縮減了高階模態的二倍頻(在1.7GHz)的頻率變化幅度。三倍頻部14的耦合(耦合主路徑111)，縮減了高階模態的三倍頻(在2.2GHz)的頻率變化幅度。且三倍頻部14與二倍頻部15皆各自產生共振模態，三倍頻部14在2.2GHz附近產生一個共振模態，二倍頻部15在1.7GHz附近產生一個共振模態。詳細的說，二倍頻部15與三倍頻部14都是平行且靠近於主路徑111，產生較強的耦合，在切換部112改變接地路徑的長度時，二倍頻與三倍頻在主路徑111的電流模式變化程度因為強的耦合而顯著減少，因而穩定了1710MHz至2690MHz的頻率範圍的天線效率，以使在1710MHz至2690MHz的頻率範圍滿足5CA的載波聚合技術使用。以類似的原理，因為強的耦合，三倍頻部14與二倍頻部15各自產生的共振模態(分別也在2.2GHz與1.7GHz附近)也不受切換的影響，維持穩定的頻率點與天線效率。並且，三倍頻部14的共振模態的頻率點與低頻部111的三倍頻高階模態頻率點相當接近(2.2GHz)，且二倍頻部15的共振模態的頻率點與低頻部111的二倍頻高階模態頻率點相當接近(1.7GHz)。因此，總體而言，穩定了1710MHz至2690MHz的頻率範圍的天線效率。

所述5CA就是五個載波做聚合，每一個載波使用不同頻段，也就是可供五個頻段做聚合，也就是能使同時使用到的五個頻段其天線效率維持穩定而不受低頻切換的影響。所述五個頻段可以是1710MHz至2690MHz的頻率範圍中任意切割出來的五個區間，在此所指的各頻段區間通常是依據商業市場行為而歸屬於不同電信營運公司所持有的政府授權頻段，若某一個電信營運公司同時持有五個頻段，則可以將此五個頻段做載波聚合以提升電信服務的品質。相對的，在傳統技術方面，當高階模態所在的每個頻段的載波因低頻切換而有大幅影響，則不可能實現五個載波聚合的效果，因此可見本發明具有顯著突出之處。

在此模組的實施例的細部結構方面，載體10具有一長邊L、一寬邊W及一高邊D，長邊L平行於X軸，寬邊W平行於Y軸，高邊D平行於Z軸，在圖3A中載體10的長度會比標示的L還要長是因為，在載體10左右兩邊有留一些空間沒有天線圖案以方便組裝、避免組裝時接觸天線，並且此預留空間僅是用於機構組裝的功能，並非屬於天線佔用空間。也就是說，屬於載體10但比長邊L還多出的結構部分只是組裝用途且尺寸可變，與天線設計的天線尺寸限制無關。高頻部13與激發部12以平行於X軸的方式朝向相同方向延伸，其中三倍頻部14的延伸方向相反於高頻部13的延伸方向。再者，主路徑111平行於X軸，所述兩個接地段111c、111d平行於Y軸，所述兩個接地段111c、111d分別位於載體10的相對兩側(正面與背面)，且所述兩個接地段111c、111d在XY平面的投影重疊，例如在正面的接地段111c落入背面的接地段111d的投影之中；較佳的，以天線圖案所佔有的載體10表面定義長邊L、寬邊W及高邊D的情況，長邊L、寬邊W、高邊D的長度分別僅需為69毫米、7毫米、3毫米，就天線尺寸而言，相比於提供相同頻寬功能的傳統技術，本發明實施例能達到更小的尺寸。

參照圖8至圖10，以三種切換模式比對產品規格為例，粗實線為某一個筆記型電腦品牌廠所訂定的產品規格(標示為：規格)，另外三條線為三種切換模式的天線效率(分別標示為：模式一、模式二及模式三)。天線效率的偏移趨勢是跟隨著中心頻率點的改變，天線效率最高的頻率點也隨著中心頻率偏移而偏移。圖8是天線模組在全頻段的天線效率，圖9可見低頻共振模態的天線效率在切換部112的不同切換模式的明顯差異，相比於圖9的切換結果，圖10可見不論切換部112如何切換，在1710MHz至2690MHz的頻率範圍的天線效率仍大致符合產品規範，尤其重要的是，不同切換狀態的天線效率變化幅度相當小，能足以適用於載波聚合技術，至少能滿足5CA的使用。

綜上所述，本發明實施例所提供的用於載波聚合技術的筆記型電腦天線模組，利用切換導通的接地路徑以改變低頻部的最短接地路徑，以改變低頻部的等效接地長度，且在低頻部的等效接地長度改變時，減少1.7GHz頻帶與2.2GHz頻帶的共振模態的共振頻率點偏移，讓1710MHz至2690MHz的天線效率維持穩定，以使在1710MHz至2690MHz的頻率範圍滿足5CA的載波聚合技術使用。相比於傳統天線，在相同尺寸的天線空間之內，本發明提供能達到5個載波聚合的多頻天線，且天線可用頻帶同時符合LTE應用，詳細可用頻帶包括617MHz-960MHz、1710MHz至5925MHz，尤其在二倍頻及三倍頻的1710MHz-2690MHz其天線效率在不同切換狀態也相當穩定，具有很高的產業應用價值。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。