TWI797896B

TWI797896B - 天線裝置

Info

Publication number: TWI797896B
Application number: TW110147584A
Authority: TW
Inventors: 馮志華; 邱品棠
Original assignee: 華碩電腦股份有限公司
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-04-01
Also published as: TW202327167A; US20230198150A1

Abstract

本案提供一種天線裝置，其係設置於一金屬殼體之一側邊框上，此天線裝置包含一第一槽孔、一介質基板、一饋入金屬部、一接地部以及一饋入源。第一槽孔位於側邊框上，使側邊框被第一槽孔圍住的部分係作為一輻射金屬部。介質基板係具有一第一表面及一第二表面，介質基板透過第一表面設置於輻射金屬部上。饋入金屬部位於介質基板之第二表面上，使饋入金屬部之垂直投影與輻射金屬部重疊。接地部位於介質基板之第二表面上，接地部電性連接金屬殼體。饋入源位於第二表面上，以分別電性連接饋入金屬部及接地部。

Description

天線裝置

本案係有關一種結合金屬殼體上之槽孔的天線裝置。

在產品外殼以金屬為主的趨勢，內建的天線環境總會受到金屬外殼遮蔽影響，若需要透過更改天線環境材質，例如金屬開窗，通常會增加機構成本。另外，若在金屬外殼設有槽孔（slot）以形成槽孔天線，其通常都需要2.5～3.5 mm的寬度，此種設計將影響到整體外觀，需要額外的設計包裝，且所需之天線尺寸亦較大。

前述兩種作法會影響到機構成本與整體外觀，但若不是上述兩種作法的天線環境，而是直接在金屬外殼中設計天線，天線效能表現通常很差，不利天線收發訊號。

本案提供一種天線裝置，其係設置於一金屬殼體之一側邊框上，此天線裝置包含一第一槽孔、一介質基板、一饋入金屬部、一接地部以及一饋入源。第一槽孔位於側邊框上，使側邊框被第一槽孔圍住的部分係作為一輻射金屬部。介質基板係具有一第一表面及一第二表面，介質基板透過第一表面設置於輻射金屬部上。饋入金屬部位於介質基板之第二表面上，使饋入金屬部之垂直投影與輻射金屬部重疊。接地部位於介質基板之第二表面上，接地部電性連接金屬殼體。饋入源分別電性連接饋入金屬部及接地部。

本案另外提供一種天線裝置，其係設置於一金屬殼體之一側邊框上，此天線裝置包含一第一槽孔以及一饋入點。第一槽孔位於側邊框上，使側邊框被第一槽孔圍住的部分係作為一輻射金屬部。饋入點係位於輻射金屬部上。

綜上所述，本案係在金屬殼體之側邊框上直接設計窄槽孔，並配合耦合饋入或直接饋入的天線結構設計來協助或激發側邊框輻射，可大幅縮減所需的空間，並達到收發訊號的效果。基此，本案不需要於金屬殼體上設計天線窗，且在縮小槽孔之槽縫影響外觀的程度下，仍可保持良好的天線效能表現。

以下將配合相關圖式來說明本案的實施例。在這些圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或電路，必須瞭解的是，儘管術語“第一”、“第二”等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域或功能，但是這些元件、部件、區域及/或功能不應受這些術語的限制，這些術語僅用於將一個元件、部件、區域或功能與另一個元件、部件、區域或功能區隔開來。

請同時參閱圖1、圖2及圖3所示，一天線裝置10包含一第一槽孔12、一介質基板14、一饋入金屬部16、一接地部18以及一饋入源20，且天線裝置10係位於一金屬殼體30之其中一側邊框32上，以收發無線射頻訊號。

在一實施例中，金屬殼體30係可為一電子裝置之一螢幕金屬背蓋（俗稱A件）、電子裝置的一鍵盤金屬蓋體（俗稱C件）或是電子裝置之一鍵盤金屬基座（俗稱D件）等。在前述之實施例中，電子裝置係為一筆記型電腦，但本案不以此為限。

如圖1、圖2及圖3所示，在此天線裝置10中，第一槽孔12係位於金屬殼體30的側邊框32上，在此實施例中，第一槽孔12係為L型槽孔，且側邊框32被第一槽孔12圍住的部分係作為一輻射金屬部22，以藉由第一槽孔12的設計使輻射金屬部22作為天線的輻射路徑。介質基板14係具有一第一表面141及一第二表面142，介質基板14垂直放置於金屬殼體30內且第一表面141係面對輻射金屬部22，使介質基板14透過第一表面141設置於輻射金屬部22上，在一實施例中，介質基板14可以透過黏著劑或雙面膠帶貼附在側邊框32上。饋入金屬部16位於介質基板14之第二表面142上，使饋入金屬部16之垂直投影與輻射金屬部22重疊，接地部18位於介質基板14之第二表面142上的邊緣，且接地部18係電性連接至金屬殼體30而接地。饋入源20位於介質基板14的第二表面142上，饋入源20之一端電性連接至饋入金屬部16，另一端電性連接至接地部18，以利用饋入源20接收或發射一射頻訊號。

在一實施例中，為加強高頻模態，本案亦可在介質基板14上設置一金屬支路24，此金屬支路24係位於介質基板14之第二表面142且位於饋入金屬部16之一側，金屬支路24之一端連接至接地部18。在另一實施例中，金屬支路24之另一端更可連接至饋入金屬部16。

在一實施例中，介質基板14係為一印刷電路板或塑膠基板，但本案不以此為限，任何可以於其上形成饋入金屬部16、接地部18及金屬支路24的載板皆可作為本案之介質基板14。

在天線裝置10中，透過介質基板14上的饋入金屬部16，於適當位置將訊號耦合饋入至輻射金屬部22，以藉此設計出耦合環圈天線形式。其中，介質基板14的厚度等同於饋入金屬部16與輻射金屬部22之間的耦合間距，所以本案可以改變介質基板14的厚度，增減與側邊框32（輻射金屬部22）之間的距離，以調整天線模態匹配。另外，亦可透過接地部18或金屬支路24延伸增加所需頻率模態，因應的介質基板14尺寸也可相對調整，以形成多頻帶操作的天線裝置10。

請同時參閱圖4及圖5所示，在天線裝置10中，第一槽孔12係位於金屬殼體30的側邊框32上，且於第一槽孔12一側的側邊框32上更設有一第二槽孔26，在此實施例中，第一槽孔12係為L型槽孔，第二槽孔26係為I型槽孔，第一槽孔12及第二槽孔26圍住側邊框32的部分係作為輻射金屬部22，即第一槽孔12及第二槽孔26係互相配合而位於輻射金屬部22的外圍，以藉由第一槽孔12及第二槽孔26的設計使輻射金屬部22作為倒F型天線（Inverted-F Antenna，IFA）的輻射路徑。介質基板14透過第一表面141設置於輻射金屬部22上，於介質基板14之第二表面142上設有饋入金屬部16、接地部18、饋入源20及金屬支路24，使饋入金屬部16之垂直投影與輻射金屬部22重疊，接地部18電性連接至金屬殼體30，饋入源20電性連接饋入金屬部16及接地部18，且位於饋入金屬部16一側之金屬支路24連接至接地部18。

在一實施例中，金屬支路24之長度可以調整，且金屬支路24之一端連接至接地部18，另一端之連接點亦可依不同之天線圖案設計而隨之對應改變，例如金屬支路24之另一端可以為一開放端（如圖2及圖3所示），金屬支路24之另一端亦可垂直延伸連接至饋入金屬部16（圖中未示）。

在一實施例中，如圖2至圖5所示，饋入金屬部16、接地部18以及金屬支路24係以印刷的方式形成於介質基板14之第二表面142上。例如，介質基板14及其上之饋入金屬部16、接地部18及金屬支路24係為印製有天線圖案之一印刷電路板（PCB）。

在一實施例中，如圖2至圖5所示，饋入金屬部16、接地部18以及金屬支路24等係可由導電性材料製成，導電性材料可以是如銀、銅、鐵、鋁或是其合金等，但本案不以此為限。

請同時參閱圖6及圖7所示，一天線裝置10係設置於金屬殼體30之一側邊框32上，此天線裝置10包含一第一槽孔12、第二槽孔26以及一饋入點28。第一槽孔12位於側邊框32上，第二槽孔26亦位於側邊框32上且位於第一槽孔12的一側，使第一槽孔12及第二槽孔26圍住側邊框32的部分係作為一輻射金屬部22，即第一槽孔12及第二槽孔26係互相配合而位於輻射金屬部22的外圍，在此實施例中，第一槽孔12係為L型槽孔，第二槽孔26係為I型槽孔，第一槽孔12係與第二槽孔26互相配合而環設在輻射金屬部22周圍，以藉由第一槽孔12及第二槽孔26的設計使輻射金屬部22作為倒F型天線（IFA）的輻射路徑。饋入點28位於輻射金屬部22上，可以直接電性連接一訊號線34，以直接饋入方式作為收發訊號的饋入源。

請同時參閱圖8及圖9所示，天線裝置10係設置於金屬殼體30之一側邊框32上，此天線裝置10包含一第一槽孔12、第二槽孔26、一饋入點28、一金屬卡座36、一介質基板38、一金屬彈片40、一導電線路42以及一饋入源44。第一槽孔12位於金屬殼體30之一側邊框32上，第二槽孔26亦位於側邊框32上且位於第一槽孔12的一側，使第一槽孔12及第二槽孔26圍住側邊框32的部分係作為輻射金屬部22。饋入點28位於輻射金屬部22上，且於饋入點28上設置有金屬卡座36，饋入點28係電性連接金屬卡座36。在介質基板38上設有金屬彈片40、導電線路42以及饋入源44，導電線路42電性連接金屬彈片40及饋入源44，介質基板38垂直放置於金屬殼體30內且面對輻射金屬部22，以藉由金屬彈片40卡固在金屬卡座36上，使饋入源44透過導電線路42、金屬彈片40、金屬卡座36電性連接至饋入點28，以作為直接饋入路徑。在一實施例中，饋入源44係為同軸電路線扣頭（Coaxial cable connector），用以連接同軸電路線（Coaxial cable），以透過饋入源44發射或接收射頻訊號。

如圖2及圖3所示，為維持金屬殼體30之側邊框32的結構性強度，在第一槽孔12內更可以填滿非導電材質（圖中未示）。如圖4至圖8所示，為維持金屬殼體30之側邊框32的結構性強度，在第一槽孔12及第二槽孔26內更可以填滿非導電材質（圖中未示）。

請同時參閱圖2至圖3所示，本發明利用介質基板14上之饋入金屬部16位於第一槽孔12上方並配合輻射金屬部22的作用，用以激發金屬之側邊框32（輻射金屬部22）所形成之耦合環圈天線，形成第一共振模態，並藉由金屬支路24的設計可以補充高頻模態，以增加第二共振模態。其中，第一槽孔12之寬度為2 mm，長度為22 mm，高度為10 mm，介質基板14的厚度為2 mm，以此天線裝置10為實施例具體進行實驗模擬。

請參閱圖10及圖11所示，以前述圖3之天線裝置10進行S參數（S11）及天線效率模擬。天線裝置10分別在低頻操作頻帶及高頻操作頻帶時，其S參數模擬結果如圖10所示，由圖式所顯示的曲線可知，於圖式上顯示的低頻共振模態及高頻共振模態之反射係數（S11）均小於-10 dB（S11 ＜-10 dB），證明在低頻操作頻帶以及高頻操作頻帶均具有良好的反射係數。另一方面，如圖11所示，在2400 MHz（2.4 GHz）頻段以及5200 MHz（5.2 GHz）以上的操作頻帶，天線輻射效率可以達到-4 dB~ -5dB左右，表示天線裝置10的天線輻射效率表現亦相當好。

綜上所述，本案係在金屬殼體之側邊框上直接設計窄槽孔（寬為1～2 mm，長為10～25 mm），並配合耦合饋入（如圖2至圖5所示之天線裝置）或直接饋入（如圖6至圖9所示之天線裝置）的天線結構設計來協助或激發側邊框（輻射金屬部）輻射，可大幅縮減所需的空間，並達到收發訊號的效果。基此，本案不需要於金屬殼體上設計天線窗，且在縮小槽孔之槽縫影響外觀的程度下，仍可保持良好的天線效能表現。

以上所述的實施例僅係為說明本案的技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案的內容並據以實施，當不能以之限定本案的專利範圍，即大凡依本案所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案的申請專利範圍內。

10:天線裝置 12:第一槽孔 14:介質基板 141:第一表面 142:第二表面 16:饋入金屬部 18:接地部 20:饋入源 22:輻射金屬部 24:金屬支路 26:第二槽孔 28:饋入點 30:金屬殼體 32:側邊框 34:訊號線 36:金屬卡座 38:介質基板 40:金屬彈片 42:導電線路 44:饋入源

圖1為根據本案一實施例之天線裝置安裝於金屬殼體上的外觀示意圖。圖2為根據本案一實施例之天線裝置組裝前的結構示意圖。圖3為根據本案一實施例之天線裝置組裝後的結構示意圖。圖4為根據本案另一實施例之天線裝置組裝前的結構示意圖。圖5為根據本案另一實施例之天線裝置組裝後的結構示意圖。圖6為根據本案再一實施例之天線裝置的平面結構示意圖。圖7為根據本案再一實施例之天線裝置的結構示意圖。圖8為根據本案又一實施例之天線裝置組裝前的結構示意圖。圖9為根據本案又一實施例之天線裝置組裝後的結構示意圖。圖10為根據本案之天線裝置在特定頻率下產生的S參數模擬示意圖。圖11為根據本案之天線裝置在特定頻率下之輻射效率的模擬示意圖。

10:天線裝置

12:第一槽孔

14:介質基板

141:第一表面

142:第二表面

16:饋入金屬部

18:接地部

20:饋入源

22:輻射金屬部

24:金屬支路

30:金屬殼體

32:側邊框

Claims

一種天線裝置，其係設置於一金屬殼體之一側邊框上，該天線裝置包含：一第一槽孔，位於該側邊框上，使該側邊框被該第一槽孔圍住的部分係作為一輻射金屬部；一介質基板，係具有一第一表面及一第二表面，該介質基板透過該第一表面設置於該輻射金屬部上；一饋入金屬部，位於該介質基板之該第二表面上，使該饋入金屬部之垂直投影與該輻射金屬部重疊；一接地部，位於該介質基板之該第二表面上，該接地部電性連接該金屬殼體；一饋入源，電性連接該饋入金屬部及該接地部；一金屬支路，位於該介質基板之該第二表面且位於該饋入金屬部之一側，該金屬支路之一端連接至該接地部，該金屬支路之另一端更連接至該饋入金屬部；以及一第二槽孔，位於該側邊框上且配合該第一槽孔而位於該輻射金屬部外圍。
如請求項1所述之天線裝置，其中該第一槽孔係為L型槽孔。
如請求項1所述之天線裝置，其中該第二槽孔係為I型槽孔。
一種天線裝置，其係設置於一金屬殼體之一側邊框上，該天線裝置包含：一第一槽孔，位於該側邊框上，使該側邊框被該第一槽孔圍住的部分係作為一輻射金屬部；一饋入點，位於該輻射金屬部上；以及一第二槽孔，位於該側邊框上且配合該第一槽孔而位於該輻射金屬部外圍；其中，該第一槽孔係為L型槽孔，該第二槽孔係為I型槽孔。
如請求項4所述之天線裝置，其中該饋入點係為一饋入源。
如請求項4所述之天線裝置，更包含一介質基板，該介質基板上設有一金屬彈片、一導電線路以及一饋入源，該導電線路電性連接該金屬彈片及該饋入源；以及一金屬卡座，位於該饋入點上，以藉由該金屬彈片卡固在該金屬卡座上，使該饋入源透過該導電線路、該金屬彈片、該金屬卡座電性連接至該饋入點，以作為饋入路徑。
如請求項4所述之天線裝置，更包含一介質基板，該介質基板上設有一金屬彈片、一導電線路以及一饋入源，該導電線路電性連接該金屬彈片及該饋入源；以及一金屬卡座，位於該饋入點上，以藉由該金屬彈片卡固在該金屬卡座上，使該饋入源透過該導電線路、該金屬彈片、該金屬卡座電性連接至該饋入點，以作為饋入路徑。