TWI837989B - 天線結構與電子裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種天線結構與電子裝置。電子裝置包括天線結構。天線結構包括金屬殼體、電路板、接地金屬部、饋入金屬部、第一短路金屬部、第二短路金屬部及第三短路金屬部。金屬殼體具有一開口。電路板設置在金屬殼體內，電路板正對於開口。接地金屬部與饋入金屬部設置在電路板。饋入金屬部具有接地端與饋入端，接地端連接於接地金屬部。第一短路金屬部連接於饋入金屬部與金屬殼體之間。第二短路金屬部及第三短路金屬部連接於接地金屬部與金屬殼體之間。饋入金屬部用於透過訊號源饋入一訊號，以激發金屬殼體而產生一操作頻率。

Description

天線結構與電子裝置

本發明涉及一種天線結構與電子裝置，特別是涉及一種適用於金屬機殼的天線結構以及具有該天線結構的電子裝置。

目前，通訊產品朝向小型化設計發展，並且追求造型美觀以及維持足夠的機構強度。在此趨勢下，通訊產品的外觀大多都會利用金屬作為其外殼體。然而，由於金屬殼體的特性，很容易對產品內部的天線造成影響，進而降低行動裝置的通訊品質。此外，由於天線需要在其設置位置的上下側設置淨空區，而在淨空區內不能有金屬及其他電路元件存在。然而，如此一來，電子裝置內部的空間利用率就會變差。

故，如何在具有金屬機殼的電子裝置的有限空間內成功設計出效能堪用的天線，已成為該領域所欲解決的重要課題之一。

本發明主要提供一種天線結構與電子裝置，以解決電子裝置內部的天線設計空間不足的問題。

為瞭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天線結構與電子裝置。電子裝置包括一天線結構。天線結構包括金屬殼體、電路板、接地金屬部、饋入金屬部、第一短路金屬部、第二短路金屬部及第三短路金屬部。金屬殼體具有一開口。電路板設置在金屬殼體內，且電路板正對於開口。接地金屬部設置在電路板。饋入金屬部設置在電路板，饋入金屬部具有接地端與饋入端，接地端連接於接地金屬部，饋入端連接於一訊號源。第一短路金屬部具有第一端與第二端，第一端連接於饋入金屬部，第二端連接於金屬殼體。第二短路金屬部及第三短路金屬部的每一者的一端連接於接地金屬部，另一端連接於金屬殼體。饋入金屬部用於透過訊號源饋入一訊號，以激發金屬殼體而產生一操作頻率。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的天線結構與電子裝置，其能通過在具有單向開口的金屬殼體內部設置電路板，並且在電路板上設置饋入金屬部、第一短路金屬部、第二短路金屬部及第三短路金屬部來激發金屬殼體而產生所需的操作頻率。與現有技術的天線結構相比，本發明所提供的天線結構是以金屬殼體作為天線的輻射體，因此指向性較低，能夠適用於電子裝置的多種不同使用情境。

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。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“天線元件與電子裝置”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。

參閱圖1至圖4所示，圖1為本發明的電子裝置的示意圖，圖2為本發明第一實施例的天線結構的示意圖，圖3為本發明第一實施例的天線結構的分解示意圖，圖4為本發明第一實施例的天線結構省略金屬殼體的示意圖。如圖1所示，本發明提供一種電子裝置，電子裝置可為一按鍵模組，但本發明不以為限。電子裝置包括一按鍵蓋U與一天線結構M，按鍵蓋U設置於天線結構M上。如圖2至圖4所示，天線結構M包括金屬殼體H、電路板1、接地金屬部2、饋入金屬部3及第一短路金屬部4。需說明的是，金屬殼體H可為電子裝置的外殼的其中一部份。如圖3所示，金屬殼體H具有一開口H0，更確切來說，金屬殼體H的一側形成開口H0，而另一側則為封閉面，即底部H1。換言之，金屬殼體H為單面開口的殼體結構。電路板1設置在金屬殼體H的內部並且正對於開口H0，接地金屬部2與饋入金屬部3設置在電路板1。

參閱圖3與圖5所示，圖5為圖4的反面示意圖。饋入金屬部3具有接地端31與饋入端32，接地端31連接於接地金屬部2，饋入端32連接於一訊號源(圖未示出)。因此，饋入金屬部3透過該訊號源饋入一訊號來激發金屬殼體H而產生一操作頻率。在本發明的實施例中，該操作頻率介於2.4至2.5 GHz，但本發明不以為限。第一短路金屬部4具有第一端41與第二端42，第一端41連接於饋入金屬部3，第二端42連接於金屬殼體H的底部H1。藉此，本發明的天線結構M能夠透過第一短路金屬部4的設計來進行阻抗匹配。進一步來說，當饋入金屬部3透過該訊號源饋入一訊號時，藉由第一短路金屬部4電性連接金屬殼體H，來使電流能夠均勻分佈在金屬殼體H，而產生良好的天線特性。

此外，如圖5所示，第一短路金屬部4可將饋入金屬部3分成第一區段與第二區段，第一區段為饋入金屬部3在饋入端32與第一短路金屬部4的第一端41之間的區段，第二區段為饋入金屬部3在接地端31與第一短路金屬部4的第一端41之間的區段。第一區段的長度(饋入端32與第一端41之間的長度)小於第二區段的長度(接地端31與第一端41之間的長度)。也就是說，第一短路金屬部4是較為靠近饋入端32而較為遠離接地端31。優選地，第一區段的長度小於饋入金屬部3的長度(第一區段與第二區段的總和)的3/4。優選地，饋入金屬部3的長度介於10mm至30mm之間。

天線結構M還包括第二短路金屬部5與第三短路金屬部6。第二短路金屬部5及第三短路金屬部6的每一者的一端連接於接地金屬部2，另一端連接於金屬殼體H的底部H1。第二短路金屬部5與第三短路金屬部6之間沿著金屬殼體H在開口H0位置的輪廓產生一共振路徑P。共振路徑P的長度介於該操作頻率的波長的0.3倍至0.7倍之間。優選地，共振路徑P的長度為該操作頻率的1/2波長。換言之，該操作頻率可由從共振路徑P的長度來決定。因此，本發明的天線結構M能夠在不變更整體尺寸的情況下，透過改變第二短路金屬部5與第三短路金屬部6的位置來調整操作頻率。

參閱圖6所示，圖6為本發明第一實施例的天線結構的俯視示意圖。舉例來說，接地金屬部2可為鋪設在電路板1表面的金屬銅箔，而饋入金屬部3可為一環形的金屬導線或是金屬銅箔，但本發明不以為限。電路板1上有鋪設接地金屬部2的範圍可視為一佈線區，其能夠用來進行電路佈線及電路元件配置。舉例來說，佈線區上可配置一射頻晶片(RF chip)來作為訊號源，並且再通過電路佈線的方式來使射頻晶片電性連接至饋入金屬部3的饋入端32。

另外，電路板1上未鋪設接地金屬部2的範圍可視為一淨空區，而饋入金屬部3是設置於該範圍內。然而，需說明的是，電路板1上未鋪設接地金屬部2的範圍也可配置電路元件。饋入金屬部3在電路板1的淨空區中圍繞出一容置區域C。更確切地說，容置區域C是介於饋入金屬部3與接地金屬部2之間的區域。而容置區域C中可供設置一元件B，元件B可例如為金屬按鍵，本發明不以為限。元件B與饋入金屬部3之間具有一間距G，優選地，間距G大於1 mm。因此，在本發明中，天線結構M的電路板1上不限於只能在佈線區進行電路佈線及配置電路元件，也可在淨空區的適當範圍(容置區域C)內配置元件，藉此大幅增加電路板1的空間利用率。

參閱圖7所示，圖7為本發明第二實施例的天線結構的反面示意圖。天線結構M還可包括至少一電感元件。至少一電感元件連接於第二短路金屬部5與接地金屬部2之間或是第三短路金屬部6與接地金屬部2之間，且本發明不以至少一電感元件的數量為限。在本實施例中，天線結構M包括第一電感元件71與第二電感元件71。第一電感元件71連接於第二短路金屬部5與接地金屬部2之間，而第二電感元件72連接於第三短路金屬部6與接地金屬部2之間。換言之，在本實施例中，接地金屬部2並沒有直接接觸第二短路金屬部5與第三短路金屬部6，而是透過第一電感元件71與第二電感元件71來電性連接第二短路金屬部5與第三短路金屬部6。優選地，第一電感元件71與第二電感元件7的電感值介於0 nF至15 nF之間。藉此，本發明可利用第一電感元件71與第二電感元件71的設置來適當調整天線結構M產生的操作頻率。

接著，參閱圖8所示，圖8為本發明第三實施例的天線結構的示意圖。圖8的饋入金屬部3是呈U型形狀，且饋入金屬部3集中設置在電路板1的淨空區的其中一側，使淨空區具有更多的空間供配置其他的電路元件。因此，本發明的天線結構M能夠藉由饋入金屬部3的形狀設計(例如第一實施例的環形結構及第三實施例的U型結構)，來大幅增加電路板1上的空間利用率。

綜上所述，本發明的天線結構M以及適用於天線結構M的電子裝置，其能通過在具有開口H0的金屬殼體H內設置電路板1，並且在電路板1上設置接地金屬部2、饋入金屬部3、第一短路金屬部4、第二短路金屬部5及第三短路金屬部6而產生所需的操作頻率。現有技術中的天線結構通常是利用金屬殼體作為反射體，因此輻射場型的指向性較高。相較於現有技術，本發明的天線結構M是將金屬殼體H作為天線輻射體，因此指向性較低，能夠適用於電子裝置的多種不同使用情境。此外，在本發明中，天線結構M的金屬殼體H及其開口H0為一體成型結構，因此具有足夠的機構強度。

進一步來說，本發明的天線結構M通過第一短路金屬部4電性連接金屬殼體H的設計，使天線結構M所產生的輻射場型的死角相對較少，亦即天線結構M的輻射場型的覆蓋率較佳。參閱圖9至圖11所示，圖9為本發明的天線結構在XZ平面的輻射場型的示意圖，圖10為本發明的天線結構在YZ平面的輻射場型的示意圖，圖11為本發明的天線結構在XY平面的輻射場型的示意圖。虛線表示現有技術的單極天線結構所產生的輻射場型，實線表示本發明的天線結構M所產生的輻射場型。如圖9至圖11所示，本發明的天線結構M在XZ平面及XY平面的場型覆蓋率明顯比現有技術的天線的場型覆蓋率要佳。

更進一步來說，相較於現有技術的槽孔天線結構需要在天線的上下側區域形成金屬淨空區，本發明的天線結構M僅在金屬殼體H的一側形成開口H0(亦即僅需在金屬殼體H的一側形成金屬淨空區)便達到良好的天線效能。此外，由於本發明的天線結構M是採用環形的饋入金屬部3來激發金屬殼體H，因此在電路板1的上下側皆可進行電路佈線及配置電路元件，進而大幅增加空間利用率。

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。

U:按鍵蓋 M:天線結構 H:金屬殼體 H0:開口 H1:底部 1:電路板 2:接地金屬部 3:饋入金屬部 31:接地端 32:饋入端 4:第一短路金屬部 41:第一端 42:第二端 5:第二短路金屬部 6:第三短路金屬部 71:第一電感元件 72:第二電感元件 P:共振路徑 B:元件 C:容置區域 G:間距

圖1為本發明的電子裝置的示意圖。

圖2為本發明第一實施例的天線結構的示意圖。

圖3為本發明第一實施例的天線結構的分解示意圖。

圖4為本發明第一實施例的天線結構的示意圖。

圖5為圖4的反面示意圖。

圖6為本發明第一實施例的天線結構的俯視示意圖。

圖7為本發明第二實施例的天線結構的反面示意圖。

圖8為本發明第三實施例的天線結構的示意圖。

圖9為本發明的天線結構在XZ平面的輻射場型的示意圖。

圖10為本發明的天線結構在YZ平面的輻射場型的示意圖。

圖11為本發明的天線結構在XY平面的輻射場型的示意圖。

M:天線結構

H:金屬殼體

H0:開口

1:電路板

2:接地金屬部

3:饋入金屬部

C:容置區域

Claims (10)

1. 一種天線結構，其包括： 一金屬殼體，其具有一開口； 一電路板，設置在該金屬殼體內，並且該電路板正對於該開口； 一接地金屬部，設置在該電路板； 一饋入金屬部，設置在該電路板，該饋入金屬部具有一接地端與一饋入端，該接地端連接於該接地金屬部，該饋入端連接於一訊號源； 一第一短路金屬部，具有一第一端與一第二端，該第一端連接於該饋入金屬部，該第二端連接於該金屬殼體；以及 一第二短路金屬部與一第三短路金屬部，該第二短路金屬部及該第三短路金屬部的每一者的一端連接於該接地金屬部，另一端連接於該金屬殼體； 其中，該饋入金屬部用於透過該訊號源饋入一訊號，以激發該金屬殼體而產生一操作頻率。
2. 如請求項1所述的天線結構，其中，該操作頻率介於2.4至2.5 GHz。
3. 如請求項1所述的天線結構，其中，該第二短路金屬部與該第三短路金屬部之間沿著該金屬殼體的輪廓產生一共振路徑，該共振路徑的長度介於該操作頻率的波長的0.3倍至0.7倍之間。
4. 如請求項1所述的天線結構，還包括至少一電感元件，該至少一電感元件連接於該第二短路金屬部與該接地金屬部之間或是該第三短路金屬部與該接地金屬部之間。
5. 如請求項4所述的天線結構，其中，該至少一電感元件的電感值介於0 nF至15 nF之間。
6. 如請求項4所述的天線結構，其中，該至少一電感元件包括一第一電感元件與一第二電感元件，該第一電感元件與該第二電感元件分別連接於該第二短路金屬部與該接地金屬部之間以及該第三短路金屬部與該接地金屬部之間。
7. 如請求項1所述的天線結構，其中，該饋入金屬部在該饋入端與該第一短路金屬部的該第一端之間的長度小於該饋入金屬部在該接地端與該第一短路金屬部的該第一端之間的長度。
8. 如請求項7所述的天線結構，其中，該饋入端與該第一短路金屬部的該第一端之間的長度小於該饋入金屬部的長度的3/4倍。
9. 如請求項1所述的天線結構，其中，該饋入金屬部在該電路板上圍繞形成一容置區域，該容置區域用於容置一元件，該元件與該饋入金屬部之間的間距大於1 mm。
10. 一種電子裝置，其包括: 請求項1至9中任一項所述的天線結構；以及 一按鍵蓋，設置於該天線結構上。

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