TWI617086B

TWI617086B - 無線通訊裝置

Info

Publication number: TWI617086B
Application number: TW106106781A
Authority: TW
Inventors: 吳建逸; 朱祐頤; 吳朝旭; 李亞峻; 黃士耿
Original assignee: 和碩聯合科技股份有限公司
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-03-01
Also published as: TW201834310A; US10312591B2; US20180254557A1

Abstract

無線通訊裝置包含金屬殼體、電路板、金屬散熱件、第一天線、第二天線及第三天線。金屬殼體包含腔體。電路板設置於腔體內，電路板用以提供饋入訊號及接地。金屬散熱件設置於電路板上並將腔體分隔為第一區域和第二區域。第一天線沿著第一方向設置於第一區域內，第二天線沿著第二方向設置於第二區域內，其中第二方向垂直於該第一方向。第三天線沿著第一方向設置於第二區域內，且位於金屬散熱件和第二天線之間。第一天線、第二天線及第三天線耦接於電路板，其中第一天線、第二天線及第三天線接收饋入訊號至少能夠產生位於相同頻段的訊號。

Description

無線通訊裝置

本發明係關於一種無線通訊裝置，尤指一種包含多組天線的無線通訊裝置。

在包含多組天線的傳統無線通訊裝置中，常需藉由傳輸線分別電連接複數個無線通訊元件與天線，以於兩者間傳輸電子訊號，因此需要較大的空間以容納多組傳輸線，在薄型化的應用有所侷限。此外，多組傳輸線會造成配線複雜、較大的功率損耗，以及容易產生電磁干擾。為了避免相鄰天線間所發送之無線訊號易於同一通訊頻段互相干擾，先前技術通常於複數個天線發送無線訊號時額外加入共存(Co-Existence) 與分時(Time sharing)之設計，藉以分配複數個無線通訊元件與複數個天線使用中央處理器之時間片段，但此種設計機制會降低複數個天線傳輸無線訊號之效能。

因此，針對包含多組天線的無線通訊裝置，如何提升天線之間的隔離度為重要課題。

本發明提供一種無線通訊裝置，包含金屬殼體、電路板、金屬散熱件、第一天線、第二天線及第三天線。金屬殼體包含腔體。電路板設置於腔體內，電路板用以提供饋入訊號及接地。而金屬散熱件設置於電路板上並將腔體分隔為一第一區域和一第二區域。第一天線沿著第一方向設置於第一區域內，第二天線沿著第二方向設置於第二區域內，其中第二方向垂直於該第一方向。第三天線沿著第一方向設置於第二區域內且位於金屬散熱件和第二天線之間。第一天線、第二天線及第三天線耦接於電路板，其中第一天線、第二天線及第三天線接收饋入訊號至少能夠產生位於相同頻段的訊號。

在本發明的一實施例中，電路板包含第一接地點和第二接地點，第一接地點和第二接地點位於電路板的中心區域，且電路板透過第一接地點和第二接地點連接至金屬殼體。

在本發明的一實施例中，電路板更包含第三接地點和第四接地點，第三接地點和第四接地點位於第一天線和金屬散熱件之間，且電路板透過第三接地點和第四接地點連接至金屬殼體。

在本發明的一實施例中，第一天線包含第一訊號饋入端和第一接地端，第一訊號饋入端和第一接地端之間所形成的連線方向平行於第一方向，且第一訊號饋入端耦接電路板以接收饋入訊號；第二天線包含第二訊號饋入端和第二接地端，第二訊號饋入端和第二接地端之間所形成的連線方向平行於第二方向，且第二訊號饋入端耦接電路板以接收饋入訊號；第三天線包含第三訊號饋入端和第三接地端，第三訊號饋入端和第三接地端之間所形成的連線方向平行於第一方向，且第三訊號饋入端耦接電路板以接收饋入訊號。

在本發明的一實施例中，電路板更包含同軸傳輸線，同軸傳輸線包含訊號正端及訊號負端，第一訊號饋入端、第二訊號饋入端和第三訊號饋入端電性連接至同軸訊號線的訊號正端以接收饋入訊號；且第一接地端、第二接地端和第三接地端電性連接至同軸訊號線的訊號負端以接地。

在本發明的一實施例中，第一天線和第二天線為四分之一波長的平面倒F天線(planar inverted-F antenna, PIFA)，而第三天線為一二分之一波長迴路天線(loop antenna)。

在本發明的一實施例中，第一天線接收饋入訊號以提供位於低頻頻段的訊號及位於高頻頻段的訊號，第二天線接收饋入訊號以提供位於低頻頻段的訊號及位於高頻頻段的訊號，第三天線接收饋入訊號以提供位於低頻頻段的訊號。

在本發明的一實施例中，第一天線提供的低頻頻段為位於2.4GHz的藍芽頻段和2.4GHz的WiFi頻段，且第一天線提供的高頻頻段為位於5GHz的WiFi頻段，第二天線提供的低頻頻段為位於2.4GHz的WiFi頻段，且第二天線提供的高頻頻段為位於5GHz的WiFi頻段，而第三天線提供的低頻頻段為位於2.4GHz的Zigbee頻段。

綜上所述，針對包含多組天線之無線通訊裝置，本發明可有效地提升多組天線之間的隔離度和散熱能力。

第1圖為本發明實施例中無線通訊裝置100之上視圖。第2圖為本發明實施例中無線通訊裝置100之側視圖。無線通訊裝置100包含一第一天線10、一第二天線20、一第三天線30、一金屬散熱件40、一控制鍵50、一電池55、一鏡頭60、一電路板70、一電源轉接板80，以及一金屬殼體90。金屬殼體90包含一腔體901，第一天線10、第二天線20、第三天線30、金屬散熱件40、控制鍵50、電池55、鏡頭60、電路板70以及電源轉接板80皆設置於腔體901內。

電路板70用以提供一饋入訊號及接地。金屬散熱件40設置於電路板70上，並將金屬殼體90的腔體901分隔為兩個區域，於本實施例中，兩個區域可為位於金屬殼體90右側之一第一區域9011和位於金屬殼體90左側之一第二區域9012，其中第一天線10和鏡頭60設置於第一區域9011，而第二天線20、第三天線30、控制鍵50、電池55和電源轉接板80設置於第二區域9012。

本發明之無線通訊裝置100包含多組天線第一天線10沿著一第一方向D1設置於金屬殼體90之第一區域9011內，且第一天線10耦接於電路板70，而第二天線20沿著一第二方向D2設置於金屬殼體90之第二區域9012內，且第二天線20耦接於電路板70，其中第二方向D2垂直於第一方向D1，而第三天線30沿著第一方向D1設置於金屬殼體90之第二區域9012內，且位於金屬散熱件40和第二天線20之間，第三天線30耦接於電路板70，其中第一天線10、第二天線20及第三天線30接收饋入訊號至少能夠產生位於相同頻段的訊號。

電路板70包含四個接地點C1~C4，電路板70透過接地點C1~C4連接至金屬殼體90。其中二接地點C1、C2位於電路板70的中心區域，而另外二接地點C3、C4位於電路板上第一天線10和金屬散熱件40之間，其中中心區域位於電路板70長邊的邊長一半的區域。

第一天線10包含一第一訊號饋入端A1和一第一接地端B1，第一訊號饋入端A1和第一接地端B1之間所形成的連線方向平行於第一方向D1，且第一訊號饋入端A1耦接電路板70以接收饋入訊號。其中第一天線10接收饋入訊號以提供位於一低頻頻段的訊號及位於一高頻頻段的訊號，於本實施例中，第一天線10提供的低頻頻段為位於2.4GHz的藍芽(Bluetooth)頻段和2.4GHz的WiFi頻段，且第一天線10提供的高頻頻段為位於5GHz的WiFi頻段，使得第一天線10可用來收發藍芽和WiFi通訊系統的訊號，於本實施例中，第一天線10為一四分之一波長的平面倒F天線(planar inverted-F antenna, PIFA)，其作為本實施例無線通訊裝置100之一主要(MAIN)天線。

第二天線20包含一第二訊號饋入端A2和一第二接地端B2，第二訊號饋入端A2和第二接地端B2之間所形成的連線方向平行於第二方向D2，且第二訊號饋入端A2耦接電路板70以接收饋入訊號。其中第二天線20接收饋入訊號以提供位於低頻頻段的訊號及位於高頻頻段的訊號，於本實施例中，第二天線20提供的低頻頻段為位於2.4GHz的WiFi頻段，且第二天線20提供的高頻頻段為位於5GHz的WiFi頻段，使得第二天線20可用來收發WiFi通訊系統的訊號，於本實施例中，第二天線20為一四分之一波長的平面倒F天線(planar inverted-F antenna, PIFA)，其作為本實施例無線通訊裝置100之一輔助(AUX)天線。

第三天線10包含一第三訊號饋入端A3和一第三接地端B3，第三訊號饋入端A3和第三接地端B3之間所形成的連線方向平行於第一方向D1，由於第一方向D1垂直於第二方向D2，因此第三天線10的第三訊號饋入端A3和第三接地端B3之間所形成的連線方向垂直於第二天線20之訊號饋入端A2和第二接地端B2之間所形成的連線方向。

第三訊號饋入端A3耦接電路板70以接收饋入訊號，且第三天線30接收饋入訊號以提供位於低頻頻段的訊號，於本實施例中，第三天線30提供的低頻頻段為位於2.4GHz的Zigbee頻段，使得第三天線30可用來收發Zigbee無線通訊系統的訊號，於本實施例中，第三天線30為一二分之一波長的迴路天線(loop antenna)，其作為本實施例無線通訊裝置100之一ZigBee天線。於本實施例中，第一天線10和第二天線20為同一類型的天線，即第一天線10和第二天線20皆為四分之一波長的平面倒F天線(planar inverted-F antenna, PIFA)，而第三天線30為二分之一波長的迴路天線(loop antenna)，因此第三天線30相較於第一天線10和第二天線20則為不同類型的天線。

電路板70更包含一同軸傳輸線（圖未示出），同軸傳輸線包含一訊號正端及一訊號負端，第一訊號饋入端A1、第二訊號饋入端A2和第三訊號饋入端A3電性連接至同軸訊號線的訊號正端以接收饋入訊號；且第一接地端B1、第二接地端B2和第三接地端B3電性連接至同軸訊號線的訊號負端以和電路板70互相導通並接地。

如第2圖所示，第一天線10、第二天線20和第三天線30離電路板70的高度差為Xd約為5.7mm，其中第一天線10可設置於遠離電池55和電源轉接板80等雜訊源之位置。

在本發明中，因無線通訊裝置100的體積較小，因此可透過設置金屬散熱件40和金屬邊框90提升無線通訊裝置100的散熱能力，達到分散熱能及降溫的特性。

第3圖和第4圖為針對同樣包含三組天線(即第一天線10、第二天線20和第三天線30)之無線通訊裝置在有無金屬散熱件40和接地點C1~C4的情況下，三組天線彼此的隔離度(isolation)，第3圖為無線通訊裝置包含第一天線10、第二天線20和第三天線30，但不包含金屬散熱件40和接地點C1~C4的無線通訊裝置所測得之隔離度的示意圖，而第4圖為本發明無線通訊裝置100包含第一天線10、第二天線20、第三天線30、金屬散熱件40和接地點C1~C4的無線通訊裝置100所測得之隔離度的示意圖。在第3圖和第4圖中，縱軸代表隔離度(單位為dB)，橫軸代表頻率(單位為MHz)。

請參第3圖，曲線X1代表無線通訊裝置中第一天線10和第二天線20之間在不同頻率下的隔離度，曲線X2代表無線通訊裝置中第一天線10和第三天線30之間在不同頻率下的隔離度，曲線X3代表無線通訊裝置中第二天線20和第三天線30之間在不同頻率下的隔離度，從第3圖中可知，三組天線之間於低頻頻段2.4GHz的隔離度均高於-10dB，因此三組天線之間的隔離度較差。

請參第4圖，曲線Y1代表本發明無線通訊裝置100中第一天線10和第二天線20之間在不同頻率下的隔離度，曲線Y2代表本發明無線通訊裝置100中第一天線10和第三天線30之間在不同頻率下的隔離度，而曲線Y3代表本發明無線通訊裝置100中第二天線20和第三天線30之間在不同頻率下的隔離度。如第4圖所示，藉由設置金屬散熱件40和接地點C1~C4，使得三組天線於相同頻段（即2.4GHz）下的隔離度均低於-10dB，因此三組天線之間具有良好的隔離度。

第5圖為針對同樣包含三組天線(即第一天線10、第二天線20和第三天線30)之無線通訊裝置在有無金屬散熱件40和接地點C1~C4的情況下電壓駐波比(voltage standing wave ratio, VSWR )之示意圖。曲線VSWR1為無線通訊裝置包含第一天線10、第二天線20和第三天線30，但不包含金屬散熱件40和接地點C1~C4的無線通訊裝置所測得之電壓駐波比，而曲線VSWR2為本發明無線通訊裝置100包含第一天線10、第二天線20、第三天線30、金屬散熱件40和接地點C1~C4時所測得之電壓駐波比的示意圖。在第5圖中，縱軸代表電壓駐波比，橫軸代表頻率(單位為MHz)。如第5圖所示，藉由設置金屬散熱件40和接地點C1~C4，本發明無線通訊裝置100於相同頻段下的電壓駐波比會較接近理想值的1，因此使得三組天線之間具有良好的匹配度。

第6圖為本發明無線通訊裝置100中三組天線之天線效率示意圖。曲線G1為第一天線10在2.4GHz的藍芽/WiFi頻段之天線效率，曲線G2為第二天線20在2.4GHz的WiFi頻段之天線效率，曲線G3為第三天線30在2.4GHz的Zigbee頻段之天線效率，曲線G4為第一天線10在5GHz的藍芽/WiFi頻段之天線效率，而曲線G5為第二天線20在5GHz的WiFi頻段之天線效率。在第6圖中，縱軸代表天線效率(單位為dB)，橫軸代表頻率(單位為MHz)。

綜上所述，針對包含多組天線之無線通訊裝置，金屬散熱件40設置於第一天線10和第三天線30之間，可有效提升第一天線10和第三天線30之間的隔離度。雖然第二天線20和第三天線30皆設置於第二區域9012，但藉由將第二天線20和第三天線30設計為不同類型的天線且設置方向互相垂直的方式，可避免兩天線之間互相干擾，進而提升第二天線20和第三天線30之間的隔離度。另一方面，設置接地點C1~C4可消除電路板70和金屬邊框90之間共振而產生的頻段，進而提升三組天線之間的隔離度。再者，透過設置金屬散熱件40和金屬邊框90亦可提升無線通訊裝置100的散熱能力，達到分散熱能及降溫的特性。故依據本發明的技術實施可有效地提升多組天線之間的隔離度和散熱能力。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧無線通訊裝置
10‧‧‧第一天線
20‧‧‧第二天線
30‧‧‧第三天線
40‧‧‧金屬散熱件
50‧‧‧控制鍵
55‧‧‧電池
60‧‧‧鏡頭
70‧‧‧電路板
80‧‧‧電源轉接板
90‧‧‧金屬殼體
901‧‧‧腔體
9011‧‧‧第一區域
9012‧‧‧第二區域
A1、A2、A3‧‧‧饋入端
B1、B2、B3‧‧‧接地端
C1~C4‧‧‧接地點
G1~C5‧‧‧天線效率
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
VSWR1、VSWR2 電壓駐波比

第1圖為本發明實施例中一種無線通訊裝置之上視圖。第2圖為本發明實施例中無線通訊裝置之側視圖。第3圖為不包含金屬散熱件和接地點的無線通訊裝置之天線隔離度的示意圖。第4圖為本發明無線通訊裝置之天線隔離度的示意圖。第5圖為本發明無線通訊裝置之電壓駐波比的示意圖。第6圖為本發明無線通訊裝置之天線效益示意圖。

Claims

一種無線通訊裝置，包含：一金屬殼體，包含一腔體；一電路板，設置於該腔體內，該電路板用以提供一饋入訊號及接地；一金屬散熱件，設置於該電路板上，該金屬散熱件用以將該腔體分隔為一第一區域和一第二區域；一第一天線，沿著一第一方向設置於該第一區域內，且該第一天線耦接於該電路板；一第二天線，沿著一第二方向設置於該第二區域內，且該第二天線耦接於該電路板，其中該第二方向垂直於該第一方向；以及一第三天線，沿著該第一方向設置於該第二區域內，且位於該金屬散熱件和該第二天線之間，該第三天線耦接於該電路板，其中該第一天線、該第二天線及該第三天線接收該饋入訊號至少能夠產生位於相同頻段的訊號。
如請求項1所述之無線通訊裝置，該電路板包含一第一接地點和一第二接地點，該第一接地點和該第二接地點位於該電路板的中心區域，且該電路板透過該第一接地點和該第二接地點連接至該金屬殼體。
如請求項2所述之無線通訊裝置，該電路板更包含一第三接地點和一第四接地點，該第三接地點和該第四接地點位於該第一天線和該金屬散熱件之間，且該電路板透過該第三接地點和該第四接地點連接至該金屬殼體。
如請求項1所述之無線通訊裝置，其中：該第一天線包含一第一訊號饋入端和一第一接地端，該第一訊號饋入端和該第一接地端之間所形成的連線方向平行於該第一方向，且該第一訊號饋入端耦接該電路板以接收該饋入訊號；該第二天線包含一第二訊號饋入端和一第二接地端，該第二訊號饋入端和該第二接地端之間所形成的連線方向平行於該第二方向，且該第二訊號饋入端耦接該電路板以接收該饋入訊號；以及該第三天線包含一第三訊號饋入端和一第三接地端，該第三訊號饋入端和該第三接地端之間所形成的連線方向平行於該第一方向，且該第三訊號饋入端耦接該電路板以接收該饋入訊號。
如請求項4所述之無線通訊裝置，其中該電路板更包含一同軸傳輸線，該同軸傳輸線包含一訊號正端及一訊號負端，該第一訊號饋入端、該第二訊號饋入端和該第三訊號饋入端電性連接至該同軸訊號線的該訊號正端以接收該饋入訊號；且該第一接地端、該第二接地端和該第三接地端電性連接至該同軸訊號線的該訊號負端以接地。
如請求項1所述之無線通訊裝置，其中該第一天線為一四分之一波長的平面倒F天線(planar inverted-F antenna, PIFA)，該第二天線為一四分之一波長的平面倒F天線(planar inverted-F antenna, PIFA)，而該第三天線為一二分之一波長迴路天線(loop antenna)。
如請求項1所述之無線通訊裝置，其中該第一天線接收該饋入訊號以提供位於一低頻頻段的訊號及位於一高頻頻段的訊號，該第二天線接收該饋入訊號以提供位於該低頻頻段的訊號及位於該高頻頻段的訊號，該第三天線接收該饋入訊號以提供位於該低頻頻段的訊號。
如請求項7所述之無線通訊裝置，其中該第一天線提供的該低頻頻段為位於2.4GHz的藍芽頻段和2.4GHz的WiFi頻段，且該第一天線提供的該高頻頻段為位於5GHz的WiFi頻段，該第二天線提供的該低頻頻段為位於2.4GHz的WiFi頻段，該第二天線提供的該高頻頻段為位於5GHz的WiFi頻段，而該第三天線提供的該低頻頻段為位於2.4GHz的Zigbee頻段。