TW201622494A - 電子裝置用之電路板總成及無線電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種電子裝置用之電路板總成，包括：主電路板，設有接地平面和至少一電子構件，供進行電子裝置之一項或多項功能；無線模組板，在主電路板上方隔離，無線模組板設有饋電線和至少一無線模組，供進行無線作業；以及天線元件，供無線通訊，天線元件包括諧振元件，連接於無線模組板饋電線之第一連接元件，和連接於主電路板之第二連接元件。

Description

電子裝置用之電路板總成及無線電子裝置

本發明係關於電路板總成，以及包括該電路板總成之無線電子裝置。

電子無線裝置，諸如行動電話、平板電腦、機上盒和閘道裝置，設有至少一天線，和相對應無線功能性構件，供處理從天線接收和/或經由天線傳送的訊號。

無線模組包含無線功能性構件，供無線應用，可以多種方式積合於電子裝置內。在若干情況中，無線功能性構件直接設在主電路板上，而其他情況下，無線功能性構件是設在分離的電路板。設有互連元件，令射頻訊號在二電路板間過渡。無線功能性構件設在分離板上的優點是，對電子裝置的無線作業有任何修改或修理時，不必修改主電路板。惟在互連處，可能發生介入損失。

電子無線裝置遇到的另一問題是，在遞減的空間內，存在遞增的電子構件。天線是此等無線裝置之重要功能性元件，供有效傳送和接收射頻電波。定位天線之最適位置，是在無線裝置前面。然而，在無線裝置前面有許多其他電子構件存在，對無線電波之輻射產生阻礙，有損天線性能。此外，在某些形態中，在電路板上需具備大面積的地面間隙，以供天線適當接地。因為有其他電子構件存在，變成愈難以在電路板前側找到天線接地間隙所需空間。

本發明係有鑑於前述而設想。

按照本發明第一要旨，提供一種電子裝置用之電路板總成，包括：主電路板，設有接地平面和至少一電子構件，供進行電子裝置之一項或多項功能；無線模組板，在主電路板上方隔離，無線模組板設有饋電 線和至少一無線模組，供進行無線作業；以及天線元件，供無線通訊，天線元件包括諧振元件，連接於無線模組板饋電線之第一連接元件，和連接於主電路板之第二連接元件。

在一具體例中，第二連接元件係連接至主電路板之接地平面。

在一具體例中，天線元件包括倒F形天線。

在一具體例中，天線元件包括單柱天線。

在一具體例中，饋電線係連接到無線模組之輸出。

在一具體例中，天線元件設置在主電路板邊緣，從電路板朝外。

在一具體例中，諧振元件位於主電路板的接地平面上方。

在一具體例中，藉調節組成天線元件的組件寬度，以匹配天線之輸入阻抗。

在一具體例中，第一連接元件設置垂直於第二連接元件，第一連接元件和第二連接元件設置垂直於天線的諧振元件。

在一具體例中，諧振元件配置在平行於主電路板上方，沿無線模組板一側延伸，第一連接元件從諧振元件一側朝無線模組板延伸，而第二連接元件從諧振元件朝主電路板延伸。

在一具體例中，諧振元件包括第一組件，和垂直於第一組件延伸的第二組件，第一和第二組件配置鄰接無線模組板一角隅。

在一具體例中，接地間隙面積設在主電路板上，與諧振元件之第一和第二組件對準。

在一具體例中，天線之諧振元件形成L形，包括沿無線模組板一側延伸之第一組件，和配置延伸離開主電路板之第二組件。

在一具體例中，第二連接元件經由無線模組板之接地連接，而連接到主電路板。

在一具體例中，第二連接元件從諧振元件延伸到無線模組板，並且配置平行於第一連接元件。

在一具體例中，諧振元件包括第一組件，沿無線模組板之第一側延伸，和第二組件，沿無線模組板之相鄰第二側，垂直於第一組件延伸。

無線模組可例如為WiFi模組、LTE模組、DECT模組或 ZigBee模組。

在一具體例中，電路板總成包括複數天線元件。可設有至少一聯結元件，供互連二天線元件。

在一具體例中，複數天線元件之第一天線元件，包括第一組件，沿無線模組板之第一側延伸，和第二組件，沿無線模組板之相鄰第二側垂直於第一組件延伸，而複數天線元件之第二天線元件包括

本發明第二要旨提供MIMO裝置，包括本發明第一要旨任何具體例之電路板總成，電路板總成具有複數天線元件。

本發明第三要旨提供無線應用之天線，構成把無線模組板和主電路板互連，天線元件包括諧振元件，連接於無線模組板饋電線之第一連接元件，和連接於主電路板之第二連接元件。

在一具體例中，第二連接元件連接至主電路板之接地平面。

本發明第四要旨提供MIMO裝置，包括本發明第三要旨之複數天線。

本發明又一要旨提供一種電子裝置，包括本發明第一要旨任何具體例之電路板總成。電子裝置可為閘道器或機上盒。

10,20,30,35,40,50,60‧‧‧電路板總成

100,2100,3100,3600,4100,5100,6100‧‧‧主印刷電路板(PCB)

120,2120,3120,3620,4120,5120,6120‧‧‧接地平面

200,2200,3200,3700,4200,5200,6200‧‧‧附加印刷電路板(PCB)

220,2220,3220,3820,4220,5220,6220‧‧‧饋電線

230,3230,3730,4230‧‧‧固定柱

235,3235,3735,4335‧‧‧接地墊

300,2300,3300,3800,4300,5300,5400,6300,6400‧‧‧天線元件

310,2310,3310,3810,4310‧‧‧諧振組件

311,2311,3311,3811,4311‧‧‧第一平坦諧振長條

312,2312,3312,3812,4312‧‧‧第二平坦諧振長條

315,2315,3315,3815‧‧‧諧振組件末端

320,2320,3320,4320‧‧‧饋電銷

330,2330,3330,3830,4330‧‧‧接地銷

2121,3621,5121,5122,6121,6122‧‧‧接地間隙面積

2321,3321‧‧‧第一節段

2322,3322‧‧‧第二節段

4350‧‧‧連接器

6600‧‧‧聯結線

第1圖為本發明第一具體例無線電子裝置用之電路板總成透視圖；第2A和2B圖為本發明第一具體例之天線透視圖；第3圖為本發明第二具體例無線電子裝置用之電路板總成透視圖；第4A圖為本發明第三具體例無線電子裝置用之電路板總成透視圖；第4B圖為本發明第四具體例無線電子裝置用之電路板總成透視圖；第5A和5B圖為本發明第五具體例無線電子裝置用之電路板總成透視圖；第5C圖為本發明第五具體例之天線透視圖；第6圖為本發明第六具體例具有複數天線的無線電子裝置用之電路板總成透視圖；第7圖為本發明第七具體例具有複數天線的無線電子裝置用之電路板總成透視圖。

第1圖為本發明第一具體例無線電子裝置用之電路板總成透視圖。電路板總成10包括主印刷電路板(PCB)100，通常稱為母板；附加印刷電路板200，與主PCB 100分離；和天線元件300。天線元件300位在主PCB邊緣，可獲最佳輻射行為。

主PCB 100設有電子構件(圖上未示)，供電子裝置功能性作業，和接地平面120。附加PCB 200設有無線模組(圖上未示)，含有電子裝置無線作業用之一個或多個電子構件，以及饋電線220，連接到無線模組。此等電子裝置無線作業用之電子構件，包含收發機電路集，供處理無線電子裝置10所傳送或接收之RF訊號。

附加電路板200置於主電路板100上方隔離，並且設在主PCB 100邊緣靠近天線元件300，就輻射形態和阻抗匹配而言，以免有損天線行為。在本發明若干具體例中，附加PCB 200設有接地墊235，印在附加PCB 200上，和固定柱230，從接地墊朝主PCB 100延伸，供連接於主PCB 100之接地平面120。

參見第2圖，天線元件300為倒F形天線(IFA)，包括諧振組件310、饋電銷320和接地銷330，彼此垂直定向。天線元件300配置於電路板總成上，使諧振組件310設置在主PCB上方，平行於主PCB沿附加PCB 200邊緣延伸。諧振組件310包括第一平坦諧振長條311，在平行於主PCB 100的平面延伸，和第二平坦諧振長條312，在主PCB板100邊緣垂直於第一諧振長條延伸。接地銷330從諧振組件310之末端315，在第二諧振長條312同樣平面，延伸至主PCB 100，並連接至主PCB 100的接地平面120。饋電銷320從諧振長條310同樣末端315，垂直於接地銷330，朝附加PCB 200延伸，並連接至附加PCB之饋電線220。饋電銷320在第一諧振長條311同樣平面，朝附加PCB 200延伸。

天線元件300之輸入阻抗，可藉不同組件的最佳寬度調節之，例如把輸入阻抗匹配於50歐姆。

在一項應用中，可設計天線在2.4-2.5GHz頻帶作業。此等波帶的天線元件之維度例如下：諧振組件310之長度25.7mm，第一諧振長條311的寬度3.2mm，第二諧振長條312的寬度2mm，接地銷全長5.6mm，諧振長條和接地銷厚度0.6mm。此等組態已證明回流損失低於10dB，尖峰 增益和指向性在4dBi左右，天線和輻射效率接近90%，主要輻射來自板總成10之前側。

在本發明若干具體例中，接地銷形成S形，延伸其長度，因而使回流損失響應最佳。

第3圖為本發明第二具體例無線電子裝置用之電路板總成透視圖。電路板總成20包括主PCB 2100，附加印刷電路板2200，與主PCB 2100分離，以及天線元件2300，位於主電路板2100邊緣。

一如第一具體例，主PCB 2100設有電子構件，供電子裝置之功能性作業，和接地平面2120。附加PCB 2200設有無線模組，包含一個或多個電子構件，供電子裝置之無線作業，和饋電線2220，連接至無線模組。附加電路板2200，置於與主PCB 2100隔離之上方，並設置在主PCB 2100邊緣，就輻射形態和阻抗匹配而言，不損天線行為。附加PCB 2200可設有接地墊，印在附加PCB 2200上，和固定柱，從接地墊朝主PCB 2100延伸，以連接主PCB 2100之接地平面2120。

天線元件2300為倒F形天線，包括諧振組件2310、饋電銷2320和接地銷2330。天線元件2300配置在電路板總成20，使諧振組件2310設置在主PCB 2100上方。諧振組件2310形成L形，包括第一節段2321，平行於主PCB沿附加PCB 2200之一側邊緣延伸，和第二節段2322，垂直於第一節段2321定向，平行於主PCB延伸，並配置成沿垂直於第一側邊緣的附加PCB 2200第二側邊緣延伸。一如第一具體例，諧振組件2310包括第一和第二平坦諧振長條2311和2312，彼此垂直定向。第一平坦諧振長條2311在平行於主PCB 2100的平面延伸，而第二平坦諧振長條2312，在垂直於第一平坦諧振長條2311的平面，沿主PCB板2100的二垂直相鄰邊緣延伸。接地銷2330在與第二諧振長條2312之同樣平面，從諧振組件2310的第一節段2321之末端2315，延伸至主PCB 2100，並連接於主PCB 2100之接地平面2120。饋電銷2320從諧振組件2310第一節段2321之同樣末端2315，朝附加PCB 2200延伸，並連接於附加PCB的饋電線2220。饋電銷2320在第一諧振長條2311第一節段之同樣平面，由此朝附加PCB 2200延伸。

接地間隙設在主PCB上，以改進阻抗匹配。接地平面2120之接地間隙面積2121，設置為脫金屬化區域，形成L狀，與天線元件2300 諧振組件2310之第一和第二節段2321,2322對齊。在此具體例中，輻射係來自電路板總成20的角隅。

第4A圖為本發明第三具體例無線電子裝置之電路板總成30透視圖。電路板總成30包括主PCB 3100、附加印刷電路板3200，與主PCB 3100分離，和天線元件3300。

一如第一和第二具體例，主PCB 3100設有電子構件，供電子裝置之功能性作業，和接地平面3120。附加PCB 3200設有無線模組，包含一個或多個電子構件，供電子裝置無線作業，和饋電線3220，連接至無線模組。附加電路板3200置於隔離主PCB 3100的上方，並設置在主PCB 3100邊緣。附加PCB 3200可設有複數接地墊3235，印在附加PCB 3200上，和相對應固定柱3230，分別從接地墊3235朝主PCB 3100延伸，供連接於主PCB 3100之接地平面3120。

天線元件3300為倒F形天線，形成L形。天線元件3300包括諧振組件3310形成L形、饋電銷3320和接地銷3330。天線元件3300配置在電路板總成上，使諧振組件3310按背離主PCB 3100方向延伸。諧振組件3310形成L形，包括第一節段3321，沿附加PCB 3200之一側邊緣，平行於主PCB 3100延伸，和第二節段3322，在主PCB 3100邊緣背離主PCB 3310延伸。接地銷3330從諧振組件3310的內端3315，延伸至主PCB 3100，並連接至主PCB 3100之接地平面3120。饋電銷3320從諧振長條3312同樣末端3315，朝附加PCB 3200延伸，並連接至附加PCB 3200的饋電線3220。饋電線3220在第一諧振長條3311第一節段之同樣平面，由此朝附加PCB 3200延伸。天線元件此項組態，對某種空間或輻射形態拘限或要求有用。

第4B圖為本發明第四具體例無線電子裝置之電路板總成透視圖。電路板總成35包括主印刷電路板(PCB)3600、附加印刷電路板3700，與主PCB 3600分離，和天線元件3800。天線元件3800位於主PCB 3600邊緣。

主PCB 3600設有電子構件(圖上未示)，供電子裝置功能性作業，接地平面3620，和接地平面之接地間隙區域3621，設備為脫金屬化區域，在天線元件3800的諧振組件3810下方。附加PCB 3700設有無線模組(圖上未示)，包含一個或多個電子構件，供電子裝置無線作業，和饋 電線3820，連接至無線模組。此等供電子裝置無線作業用之電子構件，包含接收器電路集，供處理無線電路裝置所發送或接收之RF訊號。

附加電路板3700置於隔離主電路板3600之上方，並設置在主PCB 3600邊緣，接近天線元件3800，就輻射形態和阻抗匹配言，以免有損天線行為。在本發明若干具體例中，附加PCB 3700設有接地墊3735，印在附加PCB 3700上，和固定柱3730，從接地墊朝主PCB 3600延伸，供連接至主PCB 3600之接地平面3620。

天線元件3800的諧振組件3810包括第一平坦諧振長條3811，在平行於主PCB 3600的平面延伸，和第二平坦諧振長條3812，在主PCB 3600邊緣，垂直於第一諧振長條之平面延伸。垂直銷3830從諧振組件3810的末端3815延伸，在第二諧振長條3812同樣平面，由此延伸到主PCB 3600，並於接地間隙區域3621固定於主PCB 3600，使其不連接到接地平面3620。此垂直銷3830可借助刻蝕於主PCB 3600上之金屬墊(圖上未示)，固定於主PCB。

第5A和5B圖為本發明第五具體例無線電子裝置用之電路板總成透視圖。

電路板總成40包括主PCB 4100、附加印刷電路板4200，與主PCB 4100分離，和天線元件4300。

一如前述諸具體例，主PCB 4100設有電子構件，供電子裝置功能性作業，和接地平面4120。附加PCB 4200設有無線模組，包含一個或多個電子構件，供電子裝置無線作業，和饋電線4220，連接至無線模組。附加PCB 4200置於隔離主PCB 4100上方，並設置在主PCB 4100邊緣。附加PCB 4200設有複數接地墊4335，印在附加PCB 4200上，和相對應固定柱4230，分別從接地墊朝主PCB 4100延伸，供連接於主PCB 4100之接地平面4120，在主PCB 4100和附加PCB 4200間，提供接地連續性。

茲參見第5C圖，天線元件4300為倒F形天線，包括諧振組件4310、饋電銷4320和接地銷4330；饋電銷4320和接地銷4330設置成從諧振組件4310朝附加PCB 4200延伸，且彼此平行定向。天線元件4300配置在電路板總成上，使諧振組件4310設置在主PCB上，沿附加PCB 4200側邊，平行於主PCB 4100延伸。諧振組件4310包括第一平坦諧振長條 4311，在平行於主PCB 4100的平面延伸，和第二平坦諧振長條4312，在主PCB 4100邊緣，垂直於第一諧振長條4311之平面延伸。接地銷4330以連接器4350終止，供連接至接地柱4330，把附加PCB 4200連接到主PCB 4100之接地平面。在逼具體例中，連接器為四方形墊4350，設有洞孔，以容納固定機構，諸如螺釘，把接地銷連接至接地柱4330。如此一來，天線元件4300、附加PCB 4200和主PCB 4100，具有共同接地配置，提供接地連續性。饋電銷4320連接至附加PCB 4200之饋電線4220。

第6圖為本發明第六具體例無線電子裝置用之電路板總成透視圖。在本發明此具體例中，電路板總成設有複數天線。

電路板總成50包括主PCB 5100、附加印刷電路板5200，與主PCB 5100分離，和二個天線元件5300,5400。

一如前述諸具體例，主PCB 5100設有電子構件，供電子裝置功能性作業，和接地平面5120。附加PCB 5200設有無線模組，包含一個或多個電子構件，供電子裝置無線作業，和饋電線5220，連接至無線模組。附加PCB 5200置於隔離主PCB 5100上方，並設置在主PCB 5100之角隅區域。附加PCB 5200可設有複數接地墊，印在附加PCB 5200上，和相對應固定柱，從接地墊朝主PCB 5100延伸，供連接於主PCB 5100之接地平面5120。

第一天線元件5300為倒F形天線，與本發明第一具體例天線元件1300一致。第二天線元件5400形成L形，與本發明第二具體例天線元件2300相似。第一天線元件位於附加PCB 5200角隅，與附加PCB 5200外緣一部份接壤，沿主PCB 5100邊緣背離附加PCB 5200延伸。第二天線元件5400位於主PCB 5100角隅，其L形與附加PCB 5200相鄰垂直邊緣接壤。主PCB 5100設有二接地間隙面積5121和5122，在接地平面5120內，分別與第一和第二天線元件5300,5400對齊。

此種包括二天線元件之組態，潛在應用於2*2 MIMO用途。本發明一具體例提供無線電子裝置，包括第6圖之天線總成。須知本發明不限於設備二天線，按照標的無線應用，在無線電子裝置內可含有任何數量之天線元件。

第7圖為本發明第七具體例無線電子裝置用之電路板總成 透視圖。在本發明此具體例中，電路板總成設有複數天線。

電路板總成60包括主PCB 6100、附加印刷電路板6200，與主PCB 6100分離，和天線系統6500，由二天線元件6300和6400組成，以及聯結線6600，把天線元件6300和6400互連。聯結線可例如為A.Diallo等人(2006)研究論文所述聯結線，和以DCS 1800和UMTS帶作業的二行動電話PIFAs間彼此聯結之縮影。見IEEE Trans.Antennas Propag.，第54卷第11期，10月號，第3063-3073頁。

一如前述諸具體例，主PCB 6100設有電子構件，供電子裝置功能性作業，和接地平面6120。附加PCB 6200設有無線模組，包含一個或多個電子構件，供電子裝置無線作業，和饋電線6220，連接至無線模組。附加PCB 6200，置於隔離主PCB 6100上方，並設置在主PCB 6100之角隅區域。附加PCB 6200可設有複數接地墊，印在附加PCB 6200上，和相對應固定柱，從接地墊朝主PCB 6100延伸，供連接於主PCB 6100之接地平面6120。

第一天線元件6300為倒F形天線，與本發明第一具體例天線元件1300一致。第二天線元件6400形成L形，與本發明第二具體例天線元件2300相似。第一天線元件位於附加PCB 6200角隅，與附加PCB 6200外緣一部份接壤，並沿主PCB 6100邊緣背離附加PCB 6200延伸。第二天線元件6400位於主PCB 6100角隅，其L形與附加PCB 6200相鄰垂直邊緣接壤。主PCB 6100設有二間隙面積6121和6122，在接地平面6120內，分別與第一和第二天線元件6300,6400對齊。

此種包括二天線元件之組態，潛在應用於2*2 MIMO用途。本發明具體例提供一種無線電子裝置，包括第7圖之天線總成。

本發明諸具體例致使模組至天線互連之介入損失減少。此外，在電子裝置主電路板上佔用空間減少。

雖然本發明已就特別具體例說明如上，惟本發明並不限於此等特別具體例，技術專家均知可在本發明範圍內加以修飾。

例如，前述實施例係就包括二電路板之電路板總成說明，須知本發明亦可應用於任何數量電路板之電路總成。

技術專家參見前述具體例可有許多進一步修飾和變化，惟前 述具體例僅供舉例說明之用，無意限制本發明，本發明純憑申請專利範圍為準，尤其是不同具體例之不同特點，若有需要，亦可互換。

10‧‧‧電路板總成

100‧‧‧主印刷電路板(PCB)

120‧‧‧接地平面

200‧‧‧附加印刷電路板(PCB)

220‧‧‧饋電線

230‧‧‧固定柱

235‧‧‧接地墊

300‧‧‧天線元件

330‧‧‧接地銷

Claims (15)

1. 一種電子裝置用之電路板總成，包括：主電路板，設有接地平面，和至少一電子構件，供進行電子裝置之一項或多項功能；無線模組，在隔離主電路板上方，無線模組板設有饋電線，和至少一無線模組，供進行無線作業；天線元件，供無線通訊，天線元件包括諧振元件，配置在隔離主電路板上方，在無線模組板邊緣至少一部之外側，沿側面延伸；第一連接元件，連接於無線模組板之饋電線；和第二連接元件，連接至主電路板者。
2. 如申請專利範圍第1項之電路板總成，其中第二連接元件係連接至主電路板之接地平面者。
3. 如申請專利範圍第2項之電路板總成，其中天線元件包括倒F形天線者。
4. 如前述申請專利範圍任一項之電路板總成，其中天線之輸入阻抗係藉調節組成天線元件之組件寬度來匹配者。
5. 如前述申請專利範圍任一項之電路板總成，其中第一連接元件設置垂直於第二連接元件，第一連接元件和第二連接元件則設置垂直於天線之諧振元件者。
6. 如申請專利範圍第5項之電路板總成，其中第一連接元件從諧振元件一側，朝無線模組板延伸，而第二連接元件從諧振元件，朝主電路板延伸者。
7. 如前述申請專利範圍任一項之電路板總成，其中諧振元件包括第一組件，和垂直於第一組件延伸之第二組件，第一和第二組件係配置成與無線模組角隅接壤者。
8. 如前述申請專利範圍任一項之電路板總成，其中接地間隙面積係設在主電路板上，與諧振元件對齊者。
9. 如申請專利範圍第1至5項之任一項電路板總成，其中天線之諧振元件形成L形，包括沿無線模組板一側延伸之第一組件，和配置成背離主電路板延伸之第二組件者。
10. 如前述申請專利範圍任一項之電路板總成，其中第二連接元件係經 由無線模組板之接地連接，而連接到主電路板者。
11. 如前述申請專利範圍任一項之電路板總成，其中第二連接元件從諧振元件延伸至無線模組板，且平行於第一連接元件配置者。
12. 如前述申請專利範圍任一項之電路板總成，包括複數天線元件者。
13. 如申請專利範圍第12項之電路板總成，又包括至少一聯結元件，供二天線元件互連者。
14. 如申請專利範圍第12或13項之電路板總成，其中複數天線元件之第一天線元件，包括沿無線模組板第一側延伸之第一組件，和沿無線模組板相鄰第二側垂直於第一組件延伸之第二組件，而複數天線元件之第二天線元件包括沿無線模組板之第一側延伸之第一組件
15. 一種無線電子裝置，包括申請專利範圍第1至14項之任一項電路板總成者。