CN105981217A - 天线模块、天线以及包括该天线模块的移动设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种天线模块，尤指用于移动装置如移动电话中的天线模块；本发明也公开一种天线，尤指用于移动装置如移动电话中的天线，其包括至少一本发明的天线模块；本发明也公开一种移动装置，其包括至少一本发明的天线；本发明进一步公开一种组装本发明天线的方法。

Description

天线模块、天线以及包括该天线模块的移动设备

技术领域

本发明与一种天线模块有关，更详而言之，特指一种利用于移动装置，例如利用于移动电话的天线，其中包括本发明的至少一天线模块。本发明也与一种包括至少一天线的移动装置有关；本发明也与一种制造及组装一天线的方法有关。

背景技术

目前市面上具有数种不同类型的通讯系统，例如GSM、DCS、PCS、DAMPS以及其他系统，于同一地区同时具有数种不同服务系统的可能性极高。这些系统一般于不同频率范围运作，例如，GSM系统一般介于890-960MHZ间，而DCS系统一般介于1710-1880MHZ间。目前常使用多重模块天线，为可于不同频率产生共振的天线，藉以使一通讯装置可于多重频带中操作。现有天线具有数种缺点，常由于低效率与不理想的阻抗匹配所造成的能量损失，使天线消耗较高的电池电力；再者，现有天线也较占空间。

发明内容

本发明的主要目的为，对天线提供一种改良的天线模块，特别针对移动装置，例如移动(智能型)电话。

为克服上述问题，本发明提供一种如权利要求1所公开的天线，本发明的天线模块包括：

一天线组件；以及

一接地平面，与该天线组件结合以构成一天线，其特别适用于移动装置，例如移动电话。其中，该接地平面可由该移动装置的一导片或一导体组件所构成。通过将该天线模块(通常为独立组件)以导片或导体组件作为接地平面的方式设置于该移动装置的上以及/或的中，该移动装置可确实具有既小型又高效率的天线。为此，该天线模块的较佳实施状态设置于导片或导体组件上，当作接地平面的方式实施，其中该接地平面、支路及馈线由介电基材以及一额外绝缘层，例如一气隙以达成物理隔离。

本申请案主张荷兰专利申请案No.2012131(申请日为2014年1月24日)以及No.2013951(申请日为2014年12月10日)的优先权。

本发明的天线模块与一接地平面搭配形成一多重频带与多重支路的天线，其可定频至多重共振频率。由于具有折线型支路，该天线模块具有相对较小的体积，使该天线模块特别适用于移动(手持)装置中，例如移动(智能型)电话或平板装置。该天线的多重共振作用(对应于Wi-Fi、GSM、DCS、LTE、WCDMA或PCS)通过提供该天线支路的多种印刷图样所达成。较佳地，该折线型支路(最长支路)设计于一较低频带中操作，特指GSM频带(890-960MHz)，而至少一额外支路(短支路)设计于至少一相对较高频带中操作，特指DCS/PCS频带(1710-1880/1850-1990MHz)、WLAN频带(2400-2484MHz)或LTE频带(例如1800及2600MHz)。这些频带用以于该装置特定频带中，通过激发共振程序以改善天线的阻抗匹配。通过多重支路的运用，其中较佳者为多重额外支路，特指该折线型支路的侧支路者，有利于改善该天线的反射损失(return loss)以及许多可操作频段的效能。

本发明所提供的天线实施例将于详细说明以及申请专利范围附属项中详述。

该介电基材较佳者为一印刷电路板(PCB)，此引刷电路版也可为一移动装置中的(其他)电路载体，例如一移动电话、平板装置或笔记本电脑，该天线模块可装设于该装置。印刷电路板通常为平面型态，且常具备一或多组螺孔，可供该天线模块装设于其中或其上。印刷电路板常为一薄板，透过于压力与温度环境下将布料或纸材以热固性树脂固化形成具有统一厚度的成品，可利用织布的不同织法(每英吋或每公分线径)、织布厚度与树脂百分比等，达到理想的最终厚度与介电性质。而与前述一般印刷电路板材料不同者，该介电基材也可部分由聚合物制成，特别纤维强化聚合物。其中一种适用的聚合物为介电常数(ε_r)约为4的聚环氧丙烷(poly(propylene oxide))(PPO)，可透过于其复合材料中加入玻璃纤维，以强化此种聚合物。也可使用其他介电复合材料制造该基材。

这些支路较理想者可利用现有技术印刷至该基材上，通常而言，这些支路以导体材料制成，较佳者为金属，更加者为铜。利用印刷程序，支路图样可轻易且精准实施于该基材表面；也可利用其他技术，例如蚀刻，虽然通常较为复杂且昂贵，故较不理想。较佳者，这些支路具有实质上平面的几何形状。支路通常由较薄的轨迹双向连接而成，这些支路一般的厚度介于10至40微米之间。较佳地，该折线型支路的外部宽度介于0.8至1公分之间，而外部长度介于1至2公分之间，该折线型支路的较佳总长度介于5至15公分之间，而较佳宽度介于0.25至1.5公厘之间。这些支路的几何形状可有所变化，使其具有较高的设计自由度。

较佳地，这些支路设置于一寻常平面中，而关于其馈入口，较佳者也设置于相同的寻常平面中。于此状态下，该介电基材的单一表面将受这些支路(以及馈入口)所覆盖，有利于该天线模块的装配。

较佳地，通常作为一高频控制臂的该至少一额外支路，为该折线型支路的一侧支路；抑或，该至少一额外支路为一或多重馈入口的一侧支路；也可将两种实施例合并实施。天线效能可通过进一步利用多重额外支路来改善，于此状态下，较佳者，至少两个额外支路连接至该折线型支路相反侧，以达到最佳改善效果。

本发明的多重支路天线(模块)可在未具有批配网络的情形下于不同频率达到共振，若这些天线支路以印刷成型，则可免去机械公差的问题。

较佳地，该折线型支路具有一第一长度与第一剖面形状，以于一第一频率共振，该至少一额外支路具有一第二长度与第二剖面形状，以于一第二频率共振。当然，这些支路的尺寸，选择有利于这些支路于目标频带中运作者为佳。更详而言之，该第一及第二剖面形状实质呈现圆筒状，且具有可达成目标频率及尺寸者的直径者为佳。

各支路可具有一弹性介电膜，其上可具有不同的金属条图样。

虽然这些支路常设于一寻常平面中，使这些支路近似呈现2D平面配置，但仍可使各这些支线具有较具空间性的3D立体配置。两种实施方式都可行，端看对于该天线所占的体积以及与设置平台的间的条件需求而定。

较佳地，该至少一馈入线的至少一部分也基于上述原因而印刷于该基材上，该至少一馈入线的形状可决定共振频率。极理想状态下，可于该基材施以多重馈入线，所有馈入线都连接于至少一寻常(集合)折线型支路者较佳。较佳地，至少两个馈入线具有两不同的输入阻抗大小以及/或具有两不同的共振行为。此可使一单一天线具有一多重馈入(多端口)天线模块，以(同时)于不同频带操作。此天线建置可提供较传统天线的功率高出两倍的功率，增益可达4dB，并可提升天线效能高达65％。借此可改善通讯质量(于GSM频带中)，并由于射频覆盖率扩大，可提升数据传输速度。为了达成此多频带覆盖率，较佳者，该至少两个馈入线具有不同的形状，详而言之，两者的长度、厚度、宽度以及/或导性有所不同。

天线模块较佳者具有至少一介电外壳，可至少实质上围设这些支路，介电外壳保护这些支路不受机械伤害，进一步防止这些支路氧化。再者，此介电外壳可发挥如共振器以及/或透镜的作用，其形状会影响射频场型图以及天线功率，也可使天线模块得以缩小化。故，运用该至少一介电外壳，可提供该天线模块更高的设计自由度，也可更容易实现为特定运用方式而打造的理想天线。较佳地，该至少一馈入口实质上定位于介电外壳之外。一馈入口常于安装过程中连接至一电源，所以常留下至少部分未受遮盖。

该介电外壳较佳者具有多重壳部，其中至少一第一壳部实质上将该折线行支路至少部分围设，而其中至少一第二壳部实质上至少部分覆盖该额外支路。于此状态下，可依照个别特定射频目的而打造理想的各壳部形状。于此，可推知该第一壳部与至少一第二壳部由特别的介电材质所制成。再者，较佳地，各额外支路由一第二壳部所围设。

该介电壳体较理想者，由下列材质所制成，可为一聚合物、铝、硅、砷化镓(GaAs)、一半导体，或是一陶瓷材料。于较佳实施例中，该介电壳体至少部分由一复合聚合物所制成，包括至少一非聚合添加物，例如以玻璃纤维强化的聚环氧丙烷(PPO)。较佳地，该介电壳体的介电系数介于6至8之间，此可提供最佳的天线效能。虽然该介电壳体的尺寸可有所变化，但其理想宽度介于0.8至1公分之间，其理想长度介于1至2公分之间。于一较佳实施例中，该壳体上表面远离其基材的距离，以及该折线型支路表面远离其基材的距离，介于0.99至2公分之间。

该折线型支路的数量为至少四个，此最少数量为较佳状态，因为可提供最佳的天线效果，并尽可能保持天线体积较小。平滑曲线通常可促成相对均匀的射频场型图；再者，至少一支路的一自由端较理想者呈现渐缩形状。

折线型支路中两最靠近区段之间的距离，较佳者介于0.1至1毫米之间，此可使折线型支路的体积仅可能缩小，且避免末段的间产生短路。额外支路的数量为至少一，更多也可，一般介于2至6之间，可用于特定运用方式。

本发明也公开一种天线，包括：

至少一本发明的天线模块；以及

至少一导片，作为接地平面，设至于该介电基材与该天线模块的支路不同的一侧。

一般而言，该介电基材(实质上呈现平面)以及该接地平面(实质上呈现平面)实质上平行设置。该介电基材及接地平面，较佳者相互接设；于另一实施例中，介电基材及接地平面两者之间具有一距离，且彼此围设有一(介电)空隙或气隙。接地平面一般以一导片构成，而一导片状元件可为一移动装置例如移动电话的一部分，而该移动装置的一导体壳体也可作为接地平面。

本发明进一步公开一种移动通讯装置，特指一种电话、平板装置或笔记本电脑，包括至少一本发明的天线。

较佳地，该移动装置包括：

收发电路，于多重模式中交换通讯讯号；以及

一单端口，介接于该收发电路与一多重模式天线的间，该多重模式天线包括一折线型支路，其具有一第一长度及一第一剖面形状，以在一第一模式中于一第一频率进行共振，以及至少一额外支路，其具有一第二长度及一第二剖面形状，以在一第二模式中于一第二频率进行共振。

本发明也公开一种制造本发明天线的方法，包括下列步骤：

A)设置(较佳者以镀制或印刷方式)一馈入口、至少一折线型支路，以及至少一额外支路至一介电基材上。此方法较佳者也包括B)至少利用一介电壳体实质封装(较佳者以铸模方式)该支路，该介电壳体较佳者为具有壳体空间的一聚合物。步骤A)的镀制程序较理想者利用光蚀刻技术(photolithographic)、电镀以及/或3D打印技术进行。

本发明更公开一种组装本发明天线的方法，其方法为将本发明的天线模块以及至少一导片或可作为接地平面的板状元件结合，该导片可为一移动装置的一部分，其中该天线模块装设于该移动装置的一壳体中，以实质上形成该天线。

通过下述详细实施方式说明，并配合说明附图，可更详知本发明其他目的、优点与创新特色。

附图说明

图1本发明的天线模块示意图，显示本发明的第一实施例。

图2本发明的天线模块示意图，显示图1的天线模块置于一移动装置中。

图3本发明的输入系数图，显示两个不同天线端口的输入反射数(单位为dB)，对应于两个不同的馈入线。

图4A显示图3中两个天线端口的天线功率(以％表示)以及将该两个天线端口结合后的结合端口天线功率。

图4B显示两个天线端口结合的天线功率(以％表示)与现有天线的功率比较。

图5显示图3及图4中该两个端口所获得的天线增益。

图6本发明天线模块第二实施例的示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明天线模块1的第一实施例，其包括一介电基材2；两个馈入线3,4，设于该基材2，一折线型支路5，连接于该馈入线3,4并设置于该基材2；以及一额外共振支路6，连接于这些馈入线3,4并设置于该基材2。天线模块1可用于一移动装置(未标于图中)之中。为了将模块1(未标于图中)设置于该移动装置，基材2可具有三个螺孔7，供螺件穿设其中。

基材2可为，举例而言，一复合材料，由玻璃纤维布料与作为黏结剂的防火环氧树脂所构成，厚度约为0.5毫米(mm)。基材2一般为一印刷电路板2，例如该移动装置的一部分组件(未标于图中)。这些馈入线3,4以及折线型支路5一般由金属材质5构成，例如铜。

该天线的折线型支路5所占体积极小，使该天线模块1可适用于移动(手持)装置中，例如移动(智能型)电话或平板装置。

天线模块1的这些馈入线3,4彼此不同，其中的一馈入线3具有与另一馈入线4不同的尺寸，例如不同长度或厚度。于所示实施例中，馈入线3较馈入线4薄且短，此造成两馈入线3,4具有不同阻抗，并借此造成于共振支路6中的不同共振频率，使该天线模块1更佳可定频于不同带宽，例如可实施于移动电话中。举例而言，馈入线3可用于全球移动通讯系统(GSM)，并定频于最适当的850MHz频带，而另一馈入线4可用于宽带分码多任务系统(WCDMA)或长期演进技术系统(LTE)，并定频于最适当的频率。

定频至不同频率的目的，也可通过将尺寸不同的多个共振支路连接至馈入线3的方式来达成。

如图2所示，为图1中天线模块1设置于移动装置8中的示意图，天线模块1利用三个螺件9设置于移动装置8上，这些螺件9穿设于基材2的螺孔7中。移动装置8进一步具有一导片10，作为一接地平面10使用，而基材2于此配置中设置于接地平面10上。

如图3所示，为两个不同天线端口11,12的输入反射系数(dB)，对应于不同的两个馈入线。这些天线端口11,12定频于符合GSM系统(850MHz)、WCDMA系统(850、900、1800、1900、2100MHz)以及LTE系统(800、1800、2600MHz)的频率。

第一天线端口11显示于多重频率所减少的输入反射(单位为dB)，例如：

800MHz-850MHz(LTE20、WCDMA 5以及GSM)

1,3GHz

1,7GHz

1,9GHz(DCS,WCDMA 3,LTE 3)

2,0GHz(WCDMA 2,PCS,)

2,2GHz(WCDMA 1)

2,6GHz(LTE 7)

第二天线端口12显示于多重频率所减少的输入反射(单位为dB)，例如：

800MHz-850MHz(LTE20、WCDMA 5以及GSM)

1,15GHz

1,65GHz

2,0GHz(PCS,WCDMA 2)

2,2GHz(WCDMA 1)

2,3GHz

3,0GHz

如图4A所示，为图3两个天线端口11,12的结合天线功率(以％表示)，以及将该两个天线端口11,12结合后的结合端口13天线功率。将两天线端口11,12结合后，也结合该两个天线端口11,12的个别功率。

如图4B所示，为两个天线端口11,12结合的天线功率(以％表示)与现有天线14的功率比较，于此受比较者为三星(Samsung)的移动电话GalaxyS4。除了900MHz左右的频带外，本发明的天线较现有天线具有更高的功率。

如图5所示，为图3及图4中该两个天线端口11,12所获得的天线增益。除了EGSM以及WCDMA 8适用的900MHz频率之外，于所有频带中所测得的最小dBi值都高于需求值。平均而言，于900MHz的频率接近于或几乎等同于需求值，就增益及功率而言，两个天线端口11,12的结合因此可产生绝佳天线性质。

如图6所示，为本发明第二实施例所提供的天线模块21示意图，包括一介电基材22；一馈入线23，设置于该基材22；一折线型支路25，连接于该馈入线23并设置于该基材22；以及两个额外共振支路24,26，连接于该馈入线23并设置于该基材22。该天线模块21可适用于，例如，一移动装置(未标于图式)之中。

天线模块21的共振支路24,26彼此不同，共振支路24相对于共振支路26具有不同尺寸，例如不同长度或厚度。于所示实施例中，共振支路26小于另一共振支路24，此可造成两个共振支路24,26彼此具有不同的输入阻抗。这些共振支路24,26可如本发明第一实施例一般，定频于特定频带。

本发明并未受限于所列举及描述的实施例，于本发明所主张申请专利范围中，本发明本领域技术人员可能衍伸出其他不同变化。

此发明总体提供说明书中所包括相关概念的介绍，并未将相关公开范围所能延伸讨论的各种教导内容及变化详尽列出，故，此总体内容不应用以限制申请专利范围的范围。

于此利用多种实施例说明本发明的概念，某些实施例中表达非仅只一种发明概念，各发明概念可于未全部限定特定实施例中所有细节的情况下实施，且并不需要提供所有可能的发明概念组合，本领域技术人员可了解，不同实施例中所示的发明概念得以相互结合以表达一特定实施例。

本案所公开的其他系统、方法、技术特征及优点，本领域技术人员参照附图及详细说明后即可理解，凡是有所有此等额外系统、方法、技术特征及优点等，都属本发明的专利保护范围。

Claims (55)

1.一种天线模块，尤指用于移动装置如移动电话的天线模块，包括：

至少一介电基材；

至少一馈入线，设置于该介电基材；

至少一折线型支路，连接于该馈入线并设置于该介电基材；以及

至少一额外共振支路，连接于该馈入线以及/或该折线型支路，并设置于该介电基材。

2.如权利要求1所述的天线模块，其中，该介电基材为一印刷电路板（PCB）。

3.如权利要求2所述的天线模块，其中，该印刷电路板为一移动装置如一移动电话的部分组件。

4.如前述任一项所述的天线模块，其中，该介电基材至少部分由一聚合物所制成，尤指一纤维强化聚合物。

5.如前述任一项所述的天线模块，其中，这些支路经印刷设于该介电基材上。

6.如前述任一项所述的天线模块，其中，这些支路实质上呈现扁平形状。

7.如前述任一项所述的天线模块，其中，这些支路设置于一寻常平面中。

8.如前述任一项所述的天线模块，其中，该至少一额外支路为该折线型支路的一侧支路。

9.如前述任一项所述的天线模块，其中，实施有多重额外支路。

10.如权利要求8及9所述的天线模块，其中，至少两个额外支路连接于该折线型支路的相反侧。

11.如前述任一项所述的天线模块，其中，该至少一馈入线具有至少一部分以印刷设置于该介电基材上。

12.如前述任一项所述的天线模块，其中，该天线模块包括多重设置于该基材的馈入线。

13.如权利要求12所述的天线模块，其中，这些馈入线连接于至少一寻常折线型支路。

14.如权利要求12或13所述的天线模块，其中，该至少两个馈入线具有两个不同的输入阻抗大小。

15.如权利要求12至14所述的天线模块，其中，该至少两个馈入线配置为具有不同的共振行为。

16.如权利要求14或15所述的天线模块，其中，该至少两个馈入线具有不同的长度以及/或宽度。

17.如前述任一项所述的天线模块，其中，该天线模块包括至少一介电壳体，其至少实质围设这些支路。

18.如权利要求17所述的天线模块，其中，该至少一馈入口实质设置于该介电壳体外。

19.如权利要求17或18所述的天线模块，其中，该壳体包括多重壳部，其中，至少一第一壳部至少实质围设该折线型支路，且其中至少一第二壳部至少实质围设该额外支路。

20.如权利要求19所述的天线模块，其中，该第一壳部及该至少一第二壳部以特殊介电材质所制成。

21.如权利要求19或20所述的天线模块，其中，各额外支路由一第二壳部所围设。

22.如权利要求17至21所述的天线模块，其中，该介电壳体至少部分由下列材质所构成的群组中选择以制成，该群组包括一聚合物、铝、硅、砷化镓（GaAs）、一半导体以及一陶瓷材料。

23.如权利要求22所述的天线模块，其中，该介电壳体至少部分由一复合聚合物所制成，该复合聚合物包括至少一非聚合添加物。

24.如权利要求17至23所述的天线模块，其中，该介电壳体的介电常数介于6至18之间。

25.如权利要求17至24所述的天线模块，其中，该介电壳体的宽度介于0.8至1公分之间。

26.如权利要求17至25所述的天线模块，其中，该介电壳体的长度介于1至2公分之间。

27.如权利要求17至26所述的天线模块，其中，该介电壳体的宽度介于0.5至1毫米之间。

28.如权利要求17至27所述的天线模块，其中，该壳体上表面远离该基材的距离，以及该折线型支路表面远离该基材的距离，介于0.99至2公分之间。

29.如前述任一项所述的天线模块，其中，至少一额外支路实质上呈现线性方向。

30.如前述任一项所述的天线模块，其中，该天线可设置于Cellular GSM系统、LTE系统、WCDMA系统以及Wi-Fi系统其中之一的带宽中运作。

31.如前述任一项所述的天线模块，其中，各支路由一导体材质所制成，较佳者为一金属材质，尤指铜。

32.如前述任一项所述的天线模块，其中，该折线型支路的曲线部分数量为至少4。

33.如前述任一项所述的天线模块，其中，该折线型支路实质上包括平滑曲线部分。

34.如前述任一项所述的天线模块，其中，至少一支路的一自由端呈现渐缩形状。

35.如前述任一项所述的天线模块，其中，该折线型支路的外部宽度介于0.8至1公分之间。

36.如前述任一项所述的天线模块，其中，该折线型支路的外部长度介于1至2公分之间。

37.如前述任一项所述的天线模块，其中，该折线型支路的宽度介于5至15公分之间。

38.如前述任一项所述的天线模块，其中，该折线型支路的宽度介于0.25至1.5毫米之间。

39.如前述任一项所述的天线模块，其中，该折线型支路的宽度介于10至40微米之间。

40.如前述任一项所述的天线模块，其中，该折线型支路的两最近区段的距离介于0.1至1毫米之间。

41.如前述任一项所述的天线模块，其中，该额外支路的数量介于2至6之间。

42.如前述任一项所述的天线模块，其中，该天线包括多重折线型支路，这些多重折线型支路受该介电壳体所围设。

43.如前述任一项所述的天线模块，其中，该介电基材实质上呈现块状。

44.一种天线，包括：

至少一如前述任一项所述的天线模块；以及

至少一导片，作为接地平面使用，设置于该介电基材与该天线模块的支路相反侧。

45.如权利要求44所述的天线，其中，该介电基材与该接地平面彼此平行设置。

46.如权利要求44或45所述的天线，其中，该介电基材与该接地平面彼此接合设置。

47.如权利要求44或45所述的天线，其中，该介电基材与该接地平面之间间隔设置，且彼此围设有一空隙。

48.如权利要求44至47所述的天线，其中，该接地平面为一移动装置如移动电话的部分组件。

49.一种移动装置，尤指一种移动电话，包括至少一如权利要求44至48任一项所述的天线。

50.如权利要求49所述的移动装置，包括

一收发电路，于多重模式中交换通讯讯号；以及

一单端口，介接于该该收发电路与一多重模式天线之间，该多重模式天线包括一折线型支路，其具有一第一长度及一第一剖面形状，以在一第一模式中于一第一频率进行共振，以及至少一额外支路，其具有一第二长度及一第二剖面形状，以在一第二模式中于一第二频率进行共振。

51.一种制造如本发明权利要求1至43所述天线的方法，包括下列步骤：

A)以镀制、印刷或其他方式设置一馈入口、至少一折线型支路，以及至少一额外支路至一介电基材上。

52.如权利要求51所述的方法，其中，该方法进一步包括下列步骤：

B)以铸模或其他方式，至少利用一介电壳体实质封装这些支路，该介电壳体较佳者为具有壳体空间的一聚合物。

53.如权利要求50至52所述的方法，其中，步骤A)的镀制程序利用光蚀刻技术（photolithographic）、以及/或电镀方式进行。

54.组装如本发明权利要求44至48所述的天线的方法，其步骤为将如本发明权利要求1至43所述的天线模块以及至少一可作为接地平面的导片结合。

55.如权利要求54所述的方法，其中，该导片为一移动装置的部分组件，且该天线模块装设于该移动装置的一壳体中。