CN109388182B - 通讯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通讯装置，包括一***接地面、一信号源、一装置边框、一导磁元件以及一天线。信号源电气耦接至***接地面。装置边框与***接地面垂直。天线电气耦接信号源，并且配置于装置边框上。导磁元件与天线邻近摆放，但相隔一第一既定距离，并且天线的磁力线通过导磁元件被集中一既定方向。

Description

通讯装置

技术领域

本发明涉及一种新颖的天线设计，适用于一通讯装置，能符合装置窄边框的需求，同时能维持良好的天线传输效能。

背景技术

在现有的通讯装置中，天线的摆放位置必须要尽可能地远离周遭的金属元件，以避免金属元件对于电磁波的损耗影响到天线的传输效能。以笔记型电脑而言，目前较常见的方式是将天线配置于显示模块周围，以避免占用主电路板的使用空间，并且避免受到主电路板的噪声干扰。

显示模块也包含了金属元件。因此，天线与显示模块之间必须保持一个足够宽的距离才能确保天线的传输效能不易受到显示模块的影响。然而，这样的宽度要求限制了荧幕的可视区域尺寸，进而影响到使用者体验。此外，使用者对于窄边框电子装置产品的需求也逐渐提升，这样的宽度要求不利于窄边框电子装置产品的设计。

为了解决上述问题，本发明提出一种新颖的天线设计，能兼顾产品的外观及使用者体验，并且也能维持良好的天线传输效能。

发明内容

本发明公开一种通讯装置，包括一***接地面、一信号源、一装置边框、一导磁元件以及一天线。信号源电气耦接至***接地面。装置边框与***接地面大致垂直。天线电气耦接信号源，并且配置于装置边框上。导磁元件与天线邻近摆放，但相隔一第一既定距离，并且天线的磁力线通过导磁元件被集中于一既定方向。

附图说明

图1A与图1B为本发明的一实施例所述的通讯装置的外观示意图；

图2为本发明的第一实施例所述的天线设计范例示意图；

图3A为未加入导磁元件时天线的磁力线分布的示意图；

图3B为本发明的第一实施例所述的加入导磁元件后天线的磁力线分布的示意图；

图4为本发明的一实施例的第一反射系数曲线121以及未加入导磁元件的第二反射系数曲线122的比较图；

图5为本发明的一实施例的第一低频天线效率曲线123与第一高频天线效率曲线124，以及未加入导磁元件的第二低频天线效率曲线125与第二高频天线效率曲线126的比较图；

图6为本发明的第二实施例所述的天线设计范例示意图；

图7A为未加入导磁元件时天线的磁力线分布的示意图；

图7B为本发明的第二实施例所述的加入导磁元件后天线的磁力线分布的示意图；

图8为本发明的第三实施例所述的天线设计范例示意图；

图9为本发明的第四实施例所述的天线设计范例示意图。

符号说明

10～***接地面；

11～金属元件；

12～天线；

13～信号源；

41、42～频带；

100、200、300、400、500～通讯装置；

101～装置边框；

102～净空区；

103、203、303、403～导磁元件；

121、122～反射系数曲线；

123、125～低频天线效率曲线；

124、126～高频天线效率曲线；

501～顶端；

502～前表面；

503～后表面；

504、505～侧面。

具体实施方式

使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图，作详细说明。

如上述，近年来，电子装置产品，例如，手机、笔记型电脑、平板电脑等具备无线通讯功能的通讯装置，对于窄边框的需求逐渐提升。若天线的摆放必须邻近周遭金属元件，则必须增加天线的辐射面积(Radiation Area)，以确保天线辐射效率(Antenna Efficiency)不会受到金属元件的影响。然而，现今的通讯装置讲求轻薄尺寸与美观，使得天线的设计空间更加受到限制。因此，在有限的天线设计空间内，如何避免邻近金属元件影响天线效能为本发明欲解决的问题。

根据本发明的一实施例，在天线与金属元件之间加入特定的导磁元件，用来减少金属元件对于天线辐射效能(Radiating Ability)的影响，如此可以大幅的增加天线设计的自由度，并且也能广泛的应用于讲究外观的通讯装置，例如，使用全金属背盖(fullmetal back cover)或是窄边框设计的通讯装置上，使通讯装置可兼具美观与实用性。其中，全金属背盖的通讯装置是指通讯装置的背盖完全使用金属材料制作而成，不包含塑胶材料。

值得注意的是，传统的通讯装置中，例如，笔记型电脑，其背盖通常为了搭配槽型天线的使用，会利用塑胶材料开缝，以利天线的辐射。因此，这样的设计并不属于全金属背盖的范畴。为了避免塑胶材料影响背盖的金属光泽，并且避免背盖上有孔洞，全金属背盖的需求开始产生。

而于本发明所提出的新颖的天线设计，通过导磁元件的使用，不仅可有效缩减天线与通讯装置中其他金属元件的配置距离，同时可维持天线传输效能，因此，本发明所提出的新颖的天线设计可适用于任何需要全金属背盖、窄边框或轻薄短小体积的设计的通讯装置。

图1A与图1B显示根据本发明的一实施例所述的通讯装置的外观示意图。值得注意的是，虽图中所示的通讯装置为一笔记型电脑，但本发明并不限于此。通讯装置500的背盖区域大体可由一顶端(top end)501、一前表面(front surface)502、一后表面(rearsurface)503以及侧面(lateral surface)504与505所定义。通讯装置500可包含一显示模块，用以显示画面。以笔记型电脑而言，背盖的设计通常是可掀式的(clamshell)，并且包含显示模块的显示面板，而显示面板通常配置于前表面502。

当通讯装置500被开启或被使用时，顶端501通常会朝向上方，亦即，朝向相对于背盖与主机相接的枢轴(pivot axis)(图未示)的另一方，让使用者可以正视前表面502。顶端501、后表面503、侧面504与505、以及/或部分的前表面的金属壳体构成通讯装置500的装置边框。如上述，在全金属背盖的设计中，装置边框均使用金属材料制作而成。

图2显示根据本发明的第一实施例所述的天线设计范例示意图。图2显示了通讯装置100的前视图(主图)、上视图(显示于主图上方)、以及侧视图(显示于主图左方)。通讯装置100可至少包括一***接地面10与一天线12。天线12可以是单极天线、偶极天线、倒F形天线、环圈天线或是槽孔天线…等任意天线形式，并且天线12至少具有一信号源13电气耦接至***接地面10。天线12配置于装置边框101的一净空区102上。装置边框101可以是如图1A与图1B所示的通讯装置500的顶端，但不限于此。举例而言，装置边框101也可以被设置于如图1A与图1B所示的通讯装置500的侧面。***接地面10可以是如图1A与图1B所示的通讯装置500的后表面，但不限于此。装置边框101与***接地面10一体成形，并且装置边框101大致垂直于***接地面10。

通讯装置100可还包括金属元件11。金属元件11与天线12邻近摆放，但相隔一既定距离，例如，相隔不超过3毫米(mm)。根据本发明的一实施例，金属元件11的厚度大于或等于天线12的宽度(例如图2中，天线12于装置边框101的纵向的宽度)，使得天线12由顶端往枢轴方向的垂直投影与金属元件11重叠。根据本发明的一实施例，金属元件11可以是通讯装置100的一显示模块、一显示面板、一电池、一相机模块、一导体结构、或其他金属物件。

根据本发明的一实施例，通讯装置100可还包括导磁元件103。导磁元件103与天线12邻近摆放，但相隔一既定距离，例如，不小于0.5毫米(mm)。导磁元件103的设置用以将天线12的磁力线导向一既定方向，例如，集中导磁元件103的一既定方向(即，导向一既定方向使磁力线的分布可集中于导磁元件103周围，或者，导向一既定方向使磁力线的分布可远离金属元件11)。

图3A显示未加入导磁元件103时天线12的磁力线分布。图3B显示根据本发明的第一实施例所述的加入导磁元件103后天线12的磁力线分布。在未摆放导磁元件103时，天线12的磁力线会指向金属元件11，并且被金属元件11吸收。因此，金属元件11对于电磁波的损耗会严重影响到天线的传输效能。

根据本发明的一实施例，加入导磁元件103后，导磁元件103的高导磁特性改变了天线12的磁力线分布，使得大部分的磁力线集中导磁元件103，例如，天线12的磁力线被导向集中导磁元件103的既定方向。由于大部分的辐射能量能够不被邻近的该金属元件所损耗，因此相较于尚未加入导磁元件103前，能够于0.5～6GHz的操作频带范围提升约10～15％的天线效率。

根据本发明的一实施例，导磁元件103可由铁氧体(Ferrite)材料制成。下表1显示根据本发明的一实施例所设定铁氧体材料于0.5GHz～6GHz的操作频带内较佳实施参数。根据本发明的一实施例，铁氧体材料于0.5GHz～6GHz的操作频带内，以导磁系数介于60～100(80±20)之间为较佳，介电系数介于4～6(5±1)之间为较佳，并且耗损正切介于0.003～0.02之间为较佳。此外，根据本发明的一实施例，导磁元件103的厚度可为1±0.5毫米(mm)。

参数	较佳数值
		介电系数ε<sub>r</sub>	5±1
导磁系数μ<sub>r</sub>	80±20
		耗损正切δ	0.003～0.02

表1:铁氧体材料于0.5GHz～6GHz操作频带内各参数的较佳范围。

在本发明的第一实施例中，导磁元件103可具有一片状结构(例如，厚度为0.4毫米(mm)以下)或立体结构，并且如图2所示可平贴或设置于***接地面10上。在图2所示的实施例中，由于导磁元件103被配置于通讯装置100背盖区域的后表面，天线12被配置于通讯装置100背盖区域的顶端，因此导磁元件103可与天线12垂直摆放，如图2中侧视图所示。此外，在本发明的第一实施例中，导磁元件103与***接地面10可直接接触，也可以相互不接触，两者均可达成改变磁力线分布的效果。

值得注意的是，在一般状态下若要使邻近的金属元件11完全不影响到天线12的辐射特性，两者之间需相隔至少0.25波长，以2.4GHz的操作频带来说相当于31毫米(mm)。然而，若以本发明各实施例所示的方式实施天线设计，金属元件11与天线12的间距可达仅3毫米(mm)(约0.03波长)，也能够不影响到天线12的辐射特性。因此，本发明所提出的天线设计不仅适用于需使用全金属背盖的通讯装置产品，也适用于窄边框的通讯装置产品。此外，天线12可被配置于移动装置的顶端或侧边上，使得天线12本体不占用主电路板的使用空间，并且能够与全金属背盖的机壳整合。

图4显示根据本发明的一实施例的第一反射系数曲线121以及未加入导磁元件103的第二反射系数曲线122的比较图。如图所示，第一反射系数曲线121与第二反射系数曲线122于第一频带41以及第二频带42内均可大于电压驻波比(Voltage Standing WaveRatio，VSWR)2:1，因此能够满足无线区域网路(WLAN)的操作频带2.4/5GHz的使用需求。其中该第一反射系数曲线121与该第二反射系数曲线122结果大致相似，意即本发明所提出的导磁元件103的铁氧体材料参数在该第一频带41与该第二频带42对于该天线结构12的阻抗匹配影响甚微。

图5显示根据本发明的一实施例的第一低频天线效率曲线123与第一高频天线效率曲线124，以及未加入导磁元件103的第二低频天线效率曲线125与第二高频天线效率曲线126的比较图。如图所示，第一低频天线效率曲线123可高于50％，第二低频天线效率曲线125则可高于40％。第一高频天线效率曲线124可高于70％，第二高频天线126效率曲线则可高于60％，由结果显示出加入导磁元件103在第一频带41以及第二频带42中均可改善约10～15％的天线效率，使得金属元件11与天线12邻近时，天线12仍然维持原有的辐射特性，符合实际应用的需求。

图6显示根据本发明的第二实施例所述的天线设计范例示意图。图6显示了通讯装置200的前视图(主图)以及侧视图(显示于主图左方)。通讯装置200可至少包括一***接地面10与一天线12。天线12可以是单极天线、偶极天线、倒F形天线、环圈天线或是槽孔天线…等任意天线形式，并且天线12至少具有一信号源电气耦接至***接地面10。天线12配置于装置边框101上。装置边框101可以是通讯装置200的顶端，但不限于此。***接地面10可以是通讯装置200的后表面，但不限于此。装置边框101与***接地面10一体成形，并且装置边框101大致垂直于***接地面10。

通讯装置200可还包括金属元件11。金属元件11与天线12邻近摆放，但相隔一既定距离，例如，相隔不超过3毫米(mm)。根据本发明的一实施例，金属元件11的厚度大于或等于天线12的宽度，使得天线12由顶端往枢轴方向的垂直投影与金属元件11重叠。根据本发明的一实施例，金属元件11可以是通讯装置200的一显示模块、一显示面板、一电池、一相机模块、一导体结构、或其他金属物件。

根据本发明的一实施例，通讯装置200可还包括导磁元件203。导磁元件203与天线12邻近摆放，但相隔一既定距离，例如，不小于0.5毫米(mm)。导磁元件203的设置用以将天线12的磁力线集中一既定方向，例如，集中导磁元件203的一既定方向。

在本发明的第二实施例中，导磁元件203可具有一片状结构(例如，厚度为0.4毫米(mm)以下)或立体结构，并且如图6所示可平贴或设置于金属元件11上，不与天线12直接接触。导磁元件203可与天线12平行摆放，如图6中侧视图所示。此外，在本发明的第二实施例所示的天线设计中，导磁元件203与金属元件11可直接接触，也可如第一实施例所示的天线设计达成改变磁力线分布的效果。

图7A显示未加入导磁元件203时天线12的磁力线分布。图7B显示根据本发明的第二实施例所述的加入导磁元件203后天线12的磁力线分布。在未摆放导磁元件203时，天线12的磁力线会指向金属元件11，并且被金属元件11吸收。因此，金属元件11对于电磁波的损耗会严重影响到天线的传输效能。

根据本发明的一实施例，加入导磁元件203后，导磁元件203的高导磁特性改变了天线12的磁力线分布，使得磁力线朝受到导磁元件203的导引会被受限于非金属区域。

图8显示根据本发明的第三实施例所述的天线设计范例示意图。图8显示了通讯装置300的前视图(主图)以及侧视图(显示于主图左方)。通讯装置300可至少包括一***接地面10与一天线12。天线12可以是单极天线、偶极天线、倒F形天线、环圈天线或是槽孔天线…等任意天线形式，并且天线12至少具有一信号源电气耦接至***接地面10。天线12配置于装置边框101上。装置边框101可以是通讯装置300的顶端，但不限于此。***接地面10可以是通讯装置300的后表面，但不限于此。装置边框101与***接地面10一体成形，并且装置边框101大致垂直于***接地面10。

通讯装置300可还包括金属元件11。金属元件11与天线12邻近摆放，但相隔一既定距离，例如，相隔不超过3毫米(mm)。根据本发明的一实施例，金属元件11的厚度大于或等于天线12的宽度，使得天线12由顶端往枢轴方向的垂直投影与金属元件11重叠。根据本发明的一实施例，金属元件11可以是通讯装置300的一显示模块、一显示面板、一电池、一相机模块、一导体结构、或其他金属物件。

根据本发明的一实施例，通讯装置300可还包括导磁元件303。导磁元件303与天线12邻近摆放，但相隔一既定距离，例如，不小于0.5毫米(mm)。导磁元件303的设置用以将天线12的磁力线集中一既定方向，例如，集中导磁元件303的一既定方向。

在本发明的第三实施例中，导磁元件303可具有一片状结构(例如，厚度为0.4毫米(mm)以下)或立体结构，并且如图8所示可被设置于邻近于天线12的位置，例如，摆放于天线12与金属元件11之间，但不与天线12及金属元件11直接接触。导磁元件303可与天线12平行摆放，如图8中侧视图所示。在本发明的第三实施例所示的天线设计，也可如第一实施例所示的天线设计达成改变磁力线分布的效果。

图9显示根据本发明的第四实施例所述的天线设计范例示意图。图9显示了通讯装置400的前视图(主图)以及侧视图(显示于主图左方)。通讯装置400可至少包括一***接地面10与一天线12。天线12可以是单极天线、偶极天线、倒F形天线、环圈天线或是槽孔天线…等任意天线形式，并且天线12至少具有一信号源电气耦接至***接地面10。天线12配置于装置边框101上。装置边框101可以是通讯装置400的顶端，***接地面10可以是通讯装置400的后表面。装置边框101与***接地面10一体成形，并且装置边框101垂直于***接地面10。

通讯装置400可还包括金属元件11。金属元件11与天线12邻近摆放，但相隔一既定距离，例如，相隔不超过3毫米(mm)。根据本发明的一实施例，金属元件11的厚度大于或等于天线12的宽度，使得天线12由顶端往枢轴方向的垂直投影与金属元件11重叠。根据本发明的一实施例，金属元件11可以是通讯装置400的一显示模块、一显示面板、一电池、一相机模块、一导体结构、或其他金属物件。

根据本发明的一实施例，通讯装置400可还包括导磁元件403。导磁元件403与天线12邻近摆放，但相隔一既定距离，例如，不小于0.5毫米(mm)。导磁元件403的设置用以将天线12的磁力线集中一既定方向，例如，集中导磁元件403的一既定方向。

在本发明的第四实施例中，导磁元件403可具有一片状结构(例如，厚度为0.4毫米(mm)以下)或立体结构，并且如图9所示可同时平贴于***接地面10以及金属元件11上，但不与天线12直接接触。在本发明的第四实施例所示的天线设计中，也可如第一实施例所示的天线设计达成改变磁力线分布的效果。

如上述，在一般状态下若要使邻近的金属元件11完全不影响到天线12的辐射特性，两者之间需相隔至少0.25波长，以2.4GHz的操作频带来说相当于31毫米(mm)。然而，若以上述的各实施例所示的方式实施天线设计，金属元件11与天线12的间距可达仅3毫米(mm)(约0.03波长)，也能够不影响到天线12的辐射特性。因此，本发明所提出的天线设计不仅适用于需使用全金属背盖的通讯装置产品，也适用于窄边框的通讯装置产品。此外，天线12可被配置于移动装置的顶端或侧边上，使得天线12本体不占用主电路板的使用空间，并且能够与全金属背盖的机壳整合。

在权利要求中用以修饰元件的“第一”、“第二”等序数词的使用本身未暗示任何优先权、优先次序、各元件之间的先后次序。

虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (9)

1.一种通讯装置，包括：

***接地面；

信号源，电气耦接至该***接地面；

装置边框，与该***接地面垂直；

导磁元件，该导磁元件与该***接地面直接接触；以及

天线，电气耦接该信号源，并且配置于该装置边框上，

其中该导磁元件与该天线邻近摆放，但相隔一第一既定距离，并且该天线的磁力线通过该导磁元件被集中至一既定方向，使得天线的磁力线的分布集中于导磁元件周围或者远离金属元件。

2.如权利要求1所述的通讯装置，还包括：

金属元件，与该天线邻近摆放，但相隔一第二既定距离，其中该导磁元件与该金属元件直接接触。

3.如权利要求1所述的通讯装置，还包括：

金属元件，与该天线邻近摆放，但相隔一第二既定距离，其中该导磁元件摆放于该天线与该金属元件之间，并且该导磁元件与该金属元件不接触。

4.如权利要求1所述的通讯装置，其中该导磁元件由铁氧体材料制成。

5.如权利要求4所述的通讯装置，其中该铁氧体材料于0.5GHz～6GHz的操作频带内的导磁系数介于60～100之间。

6.如权利要求4所述的通讯装置，其中该铁氧体材料于0.5GHz～6GHz的操作频带内的介电系数介于4～6之间。

7.如权利要求4所述的通讯装置，其中该铁氧体材料于0.5GHz～6GHz的操作频带内的耗损正切介于0.003～0.02之间。

8.如权利要求1所述的通讯装置，还包括：

全金属背盖，包含该***接地面与该装置边框，其中该***接地面与该装置边框一体成形。

9.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第一既定距离不小于0.5毫米(mm)。

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