CN103427149B - 天线及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种天线及电子装置。该天线用于一电子装置，该天线包括一辐射体；一信号馈入端，该信号馈入端电性连接于该辐射体，用来馈入一射频信号至该辐射体，以通过该辐射体发射该射频信号；一接地部，该接地部用来提供接地于该天线；一接地端，该接地端电性连接于该接地部；一第一连接单元，该第一连接单元电性连接于该信号馈入端；一第二连接单元，该第二连接单元电性连接于该接地端；以及一传输线，该传输线电性连接于该第一连接单元与该第二连接单元，用来传递该射频信号，并通过该第一连接单元将该射频信号传递至该信号馈入端，以及通过该第二连接单元电性连接于该接地端。本发明增加电子装置内部空间的利用率，改善天线之间的隔离度。

Description

天线及电子装置

技术领域

本发明涉及一种天线及电子装置，尤指一种具有良好整合性的天线及电子装置。

背景技术

一般具有移动通信功能的电子装置通过天线发射或接收移动电波，以传递或交换移动电信号，进而存取一移动通信***。为了让使用者能更方便地存取移动通信***，理想天线的频宽应在许可范围内尽可能地增加，而尺寸则应尽量减小，以配合电子产品小型化的趋势。因此，随着电子装置体积以及天线空间缩小的趋势，如何有效利用电子装置内部的空间配置，将天线整合入电子装置之中，已成为业界的挑战之一。

因此，需要提供一种天线及电子装置以解决上述问题。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种具良好整合性的天线及电子装置。

本发明公开一种天线，用于一电子装置，该天线包括一辐射体；一信号馈入端，该信号馈入端电性连接于该辐射体，用来馈入一射频信号至该辐射体，以通过该辐射体发射该射频信号；一接地部，该接地部用来提供接地于该天线；一接地端，该接地端电性连接于该接地部；一第一连接单元，该第一连接单元电性连接于该信号馈入端；一第二连接单元，该第二连接单元电性连接于该接地端；以及一传输线，该传输线电性连接于该第一连接单元与该第二连接单元，用来传递该射频信号，并通过该第一连接单元将该射频信号传递至该信号馈入端，以及通过该第二连接单元电性连接于该接地端。

本发明还公开一种电子装置，该电子装置包括一射频信号处理单元，用来产生一第一射频信号；以及一第一天线，该第一天线耦接于该射频信号处理单元，该第一天线包括一第一辐射体；一第一信号馈入端，该第一信号馈入端电性连接于该第一辐射体，用来馈入该第一射频信号至该第一辐射体，以通过该第一辐射体发射该第一射频信号；一第一接地部，该第一接地部用来提供接地于该第一天线；一第一接地端，该第一接地端电性连接于该第一接地部；一第一连接单元，该第一连接单元电性连接于该第一信号馈入端；一第二连接单元，该第二连接单元电性连接于该第一接地端；以及一传输线，该传输线电性连接于该第一连接单元与该第二连接单元，用来传递该第一射频信号，并通过该第一连接单元将该第一射频信号传递至该第一信号馈入端，以及通过该第二连接单元电性连接于该第一接地端。

本发明有效地利用电子装置内部的空间配置，增加电子装置内部空间的利用率，改善天线与天线之间的隔离度，以在有限空间中，使天线的发射效能不致受太大的影响。

附图说明

图1为本发明实施例一电子装置的示意图。

图2为图1的传输线、I-PEX连接器及U.FL连接器的详细结构图。

图3为本发明实施例另一电子装置的示意图。

图4为图3的天线的电压驻波比以及其隔离度的示意图。

主要组件符号说明：

MS、MS_3 电子装置

AMD、AMD_3 天线模块

11、32 天线

13 壳体

110、320 辐射体

112、322 信号馈入端

RF_1、RF_2 射频信号

GND、GND_2、471 接地部

111 分支

113 接地端

40 射频信号处理单元

41、42、43 连接单元

44 传输线

45 ***电路板

46 I-PEX连接器

47 U.FL连接器

441 外导体

442 内导体

472 内针脚

M1、M2 匹配电路

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例一电子装置MS的示意图。电子装置MS包含有天线11、一壳体13、一***电路板45以及一射频信号处理单元40。壳体13可用于任何电子装置，如手机、平板计算机、全球定位***（Global Positioning System，GPS）或USB适配器（Dongle）等具有无线通信功能的电子装置，壳体13除了用来包覆电子装置MS之外，其上同时形成有天线11，用来发射及接收一射频信号RF_1，达到无线通信的功能。其中，天线11可通过一激光直接成形（Laser Direct Structuring，LDS）等技术形成于壳体13之上，因此壳体13以及天线11的组合也可视为一天线模块AMD。射频信号处理单元40设置于***电路板45之上，用来产生射频信号RF_1以及处理天线11收发的射频信号RF_1。***电路板45较佳为一多层结构的印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB），其中至少一层可为一接地层，用来作为***电路板45上其余电子组件的一参考接地部GND_2。

详细来说，天线11包含有一辐射体110、一信号馈入端112、一接地端113、一接地部GND、一分支111、连接单元41、42以及一传输线44。信号馈入端112电性连接于辐射体110，用来馈入射频信号RF_1至辐射体110，以通过辐射体110发射射频信号RF_1至空中。接地部GND电性连接于接地端113，用来提供接地于天线11。分支111电性连接于辐射体110与接地部GND之间，在其他实施例中，天线设计者可依照实际应用需求选择增加分支或不使用。连接单元41、42分别电性连接于信号馈入端112以及接地端113。传输线44电性连接于连接单元41、42，用来传递射频信号RF_1，并通过连接单元41将射频信号RF_1传递至信号馈入端112，以及通过连接单元42电性连接于接地端113以及接地部GND。连接单元41、42以及传输线44设置***电路板45之上，其中连接单元41、42较佳为一顶针（Pogo Pin）。另外，***电路板45可另设置匹配电路M1于其上，其中匹配电路M1耦接于连接单元41、42之间，以耦接于接地部GND与天线11之间，用来匹配天线11。匹配电路M1可由电容、电感或电阻等电子组件所组成，其中匹配电路M1较佳地设置于靠近连接单元41、42的位置。

如图1所示，天线11可视为一双极天线（Dipole Antenna）或一平面倒F天线（Planar Inverted-F Antenna，PIFA）。具体来说，辐射体110与接地部GND形成双极天线的架构，而辐射体110还包含分支111，电性连接于辐射体110与接地部GND之间，以形成平面倒F天线的架构。接地部GND及辐射体110可具有一蜿蜒状或至少一弯折，以在壳体13的有限空间中，延伸接地部GND及辐射体110的长度。除此之外，传输线44可用来等效增加辐射体110的电气长度，使天线11共振出低频带所需的频宽。因此，天线设计者可依照实际应用需求，适度调整辐射体110及接地部GND的长度或弯折的数量，或是调整传输线44的长度，以求得最佳天线效能。

值得注意的是，连接单元42用来电性连接接地端113与射频信号处理单元40的接地部GND，使天线11的回返电流由接地部GND经过连接单元42回流至射频信号处理单元40。传输线44的两端包含有I-PEX连接器46，通过***电路板45上的U.FL连接器47相结合以传递射频信号RF_1。具体来说，请参考图2，图2为传输线44、I-PEX连接器46及U.FL连接器47的详细结构图。如图2所示，传输线44较佳为一具有特定阻抗值的传输线，例如阻抗值50欧姆（ohm）的同轴电缆（coaxial cable）等，其包含有一外导体（编织屏蔽）441以及一内导体（内芯线）442。外导体441电性连接于I-PEX连接器46的接地部（即其外观的金属铁件），内导体442电性连接于I-PEX连接器46的内针脚（Inner pin，未绘于图中），用来传递射频信号RF_1。值得注意的是，传输线44的外导体441、I-PEX连接器46的接地部以及U.FL连接器47***环形的接地部471须电性连接至接地部GND（或连接单元42），使得射频信号RF_1的传递路线得以参考连续的接地部GND。举例来说，I-PEX连接器46的接地部以及U.FL连接器47的接地部471可经由多层***电路板45的一层的走线（Trace，未绘于图中）与接地部GND（或连接单元42）电性连接，因此射频信号RF_1的传递路线得以参考连续的接地部GND。如此一来，当I-PEX连接器46与U.FL连接器47相结合时，射频信号RF_1可由传输线44的内导体442、I-PEX连接器46的内针脚、U.FL连接器47的内针脚472乃至连接单元42传递至天线11，并且射频信号RF_1的传递路线皆是参考相同的接地部GND。在此架构下，当包含有天线11以及壳体13的天线模块AMD与***电路板45相结合时，天线11即可通过连接单元41及42与***电路板45中的射频信号处理单元40相连结，以达到无线通信的功能。

请参考图3，图3为本发明实施例另一电子装置MS_3的示意图。相比较于电子装置MS，电子装置MS_3还包含有一天线32，因此电子装置MS_3可利用两个以上的天线同时发射及接收移动电波，用来执行多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术，以提升电子装置MS_3的数据吞吐量（Throughput）。电子装置MS_3包含有天线11、32、壳体13、***电路板45以及射频信号处理单元40，其中天线11、32以及壳体13也可视为一天线模块AMD_3。天线32用来发射及接收一射频信号RF_2，其中天线32也可通过一激光直接成形等技术形成于壳体13之上。射频信号处理单元40用来产生另一射频信号RF_2以及处理天线32收发的射频信号RF_2。

详细来说，天线32包含有一辐射体320、一信号馈入端322以及连接单元43，其中***电路板45的接地部GND_2可还用来作为天线32的接地部。信号馈入端322电性连接于辐射体320，用来馈入射频信号RF_2至辐射体320，以通过辐射体320发射射频信号RF_2至空中。连接单元43设置***电路板45之上，用来电性连接信号馈入端322，以传递射频信号RF_2至信号馈入端322，其中连接单元43较佳为一顶针。另外，***电路板45可还设置一匹配电路M2于其上，其中匹配电路M2耦接于接地部GND_2与连接单元43之间，用来匹配天线32。匹配电路M2可由电容、电感或电阻等电子组件所组成，匹配电路M2较佳地设置于靠近连接单元43的位置。

如图3所示，天线32的辐射体320与接地部GND_2形成一双极天线的架构。辐射体320可具有一蜿蜒状或至少一弯折，以在壳体13的有限空间中，延伸辐射体320的长度，以调整天线32的辐射频率。因此，天线设计者可依照实际应用需求，适度调整辐射体320的长度或弯折的数量，以求得最佳天线效能。

在此架构下，当包含有天线11、32以及壳体13的天线模块AMD_3与***电路板45相结合时，天线11、32即可通过连接单元41、42及43与***电路板45中的射频信号处理单元40相连结，以达到无线通信的功能。值得注意的是，天线11的接地部GND与天线32的接地部GND_2彼此绝缘，如此可使天线11、32具有较佳的隔离度（Isolation）。举例来说，在小型电子装置中，天线与天线之间往往距离很近，若天线11、32共享相同的接地部，如***电路板的接地部GND_2，使得天线11、32的镜像电流（Image Current）或是回返电流(ReturnCurrent)流通至相同的接地部GND_2，导致天线11、32间的隔离度不佳。不佳的隔离度表示天线11辐射的射频信号RF_1有大部分的能量会被天线32所接收；反之亦然，天线32辐射的射频信号RF_2有大部分的能量会被天线11所接收。因此，纵使天线11、32具有良好的匹配，但不佳的隔离度却等效弱化天线11、32的发射效能。

请参考图4，图4绘示了天线11、32的电压驻波比以及隔离度。其中天线11的电压驻波比以虚线表示，天线32的电压驻波比以实线表示，隔离度以点线表示。由于天线11、32的接地部GND、GND_2相互绝缘，使得天线11、32具有较佳的隔离度。如图4所示，天线11、32在频率867MHz的电压驻波比约为1.4，但是彼此间的隔离度仅有-8.34dB。相当于射频信号RF_1馈入天线11以辐射至空中时，射频信号RF_1仅有-8.34dB（或14%）的能量被天线32所接收；反之，当射频信号RF_2馈入天线32以辐射至空中时，射频信号RF_2仅有14%的能量会被天线11所接收。不共享接地部的天线11、32可维持良好的匹配，且具有较佳的隔离度，以在有限空间中，使天线11、32的发射效能不致受太大的影响。

综上所述，随着电子装置体积以及天线空间缩小的趋势，本发明有效地利用电子装置内部的空间配置，将天线的辐射体以及接地部形成于壳体之上，并在***电路板上增加传输线，以共振出天线低频的辐射频段，将天线整合入电子装置之中。除此之外，本发明亦将多个天线以及壳体整合为一天线模块，增加电子装置内部空间的利用率，并利用天线不共享接地部的设计，使天线的回返电流各自流通于相异的接地部，改善天线与天线之间的隔离度，以在有限空间中，使天线的发射效能不致受太大的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (17)

1.一种天线，用于一电子装置，该天线包括：

一辐射体；

一信号馈入端，该信号馈入端电性连接于该辐射体，用来馈入一射频信号至该辐射体，以通过该辐射体发射该射频信号；

一接地部，该接地部用来提供接地于该天线；

一接地端，该接地端电性连接于该接地部；

一第一连接单元，该第一连接单元电性连接于该信号馈入端；

一第二连接单元，该第二连接单元电性连接于该接地端；以及

一传输线，该传输线电性连接于该第一连接单元与该第二连接单元，用来传递该射频信号，并通过该第一连接单元将该射频信号传递至该信号馈入端，以及通过该第二连接单元电性连接于该接地端，

其中，该传输线用来等效增加该辐射体的电气长度，使该天线共振出低频带所需的频宽；

其中，该电子装置还包括一第二天线以及一第二接地部，该第二接地部用来提供接地于该第二天线，其中该第二接地部与该天线的该接地部绝缘。

2.如权利要求1所述的天线，其中该传输线是一同轴电缆。

3.如权利要求1所述的天线，该天线还包括一分支，该分支电性连接于该辐射体与该接地部之间。

4.如权利要求3所述的天线，该电子装置还包括一壳体，该天线的该辐射体、该分支以及该接地部形成于该壳体上。

5.如权利要求1所述的天线，其中该连接单元、该第一连接单元以及该第二连接单元是一顶针。

6.如权利要求1所述的天线，其中该辐射体以及该接地部具有一蜿蜒状或至少一弯折。

7.如权利要求1所述的天线，其中该电子装置还包括一***电路板，该传输线、该第一连接单元以及该第二连接单元设置于该***电路板之上。

8.如权利要求7所述的天线，其中该***电路板上设置有一匹配电路，该匹配电路耦接于该第一连接单元与该第二连接单元之间，用来匹配该天线。

9.一种电子装置，该电子装置包括：

一射频信号处理单元，用来产生一第一射频信号；以及

一第一天线，该第一天线耦接于该射频信号处理单元，该第一天线包括：

一第一辐射体；

一第一信号馈入端，该第一信号馈入端电性连接于该第一辐射体，用来馈入该第一射频信号至该第一辐射体，以通过该第一辐射体发射该第一射频信号；

一第一接地部，该第一接地部用来提供接地于该第一天线；

一第一接地端，该第一接地端电性连接于该第一接地部；

一第一连接单元，该第一连接单元电性连接于该第一信号馈入端；

一第二连接单元，该第二连接单元电性连接于该第一接地端；以及

一传输线，该传输线电性连接于该第一连接单元与该第二连接单元，用来传递该第一射频信号，并通过该第一连接单元将该第一射频信号传递至该第一信号馈入端，以及通过该第二连接单元电性连接于该第一接地端，

其中，该传输线用来等效增加该第一辐射体的电气长度，使该第一天线共振出低频带所需的频宽；

其中，该电子装置还包括一第二天线以及一第二接地部，该第二接地部用来提供接地于该第二天线，其中该第二接地部与该第一天线的该第一接地部绝缘。

10.如权利要求9所述的电子装置，其中该传输线是一同轴电缆。

11.如权利要求9所述的电子装置，其中该第一天线还包括一分支，该分支电性连接于该第一辐射体与该第一接地部之间。

12.如权利要求11所述的电子装置，该电子装置还包括一壳体，该第一天线的该第一辐射体、该分支以及该第一接地部形成于该壳体上。

13.如权利要求12所述的电子装置，该第二天线包括：

一第二辐射体；

一第二信号馈入端，该第二信号馈入端电性连接于该第二辐射体，用来馈入该射频信号处理单元产生的一第二射频信号至该第二辐射体，以通过该第二辐射体发射该第二射频信号；以及

一第三连接单元，该第三连接单元电性连接于该第二信号馈入端，用来传递该第二射频信号至该第二信号馈入端；

其中该第二辐射体形成于该壳体之上。

14.如权利要求13所述的电子装置，其中该第一连接单元、该第二连接单元以及该第三连接单元是一顶针。

15.如权利要求13所述的电子装置，其中该第一辐射体、该第二辐射体以及该第一天线的该第一接地部具有一蜿蜒状或至少一弯折。

16.如权利要求13所述的电子装置，该电子装置还包括一***电路板，该传输线、该第一连接单元、该第二连接单元以及该第三连接单元设置于该***电路板之上。

17.如权利要求16所述的电子装置，其中该***电路板还包括：

一第一匹配电路，该第一匹配电路耦接于该第一连接单元与该第二连接单元之间，用来匹配该第一天线；以及

一第二匹配电路，该第二匹配电路耦接于该电子装置的该第二接地部与该第三连接单元之间，用来匹配该第二天线；

其中该第一匹配电路与该第二匹配电路绝缘。