TWI419406B - 具有嵌入式天線之通訊裝置 - Google Patents

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TWI419406B TW098135751A TW98135751A TWI419406B TW I419406 B TWI419406 B TW I419406B TW 098135751 A TW098135751 A TW 098135751A TW 98135751 A TW98135751 A TW 98135751A TW I419406 B TWI419406 B TW I419406B
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Description

具有嵌入式天線之通訊裝置
本發明係指一種具有嵌入式天線之通訊裝置，尤指一種具有可套設於該通訊裝置之一印刷電路板，並且一同進行表面黏著技術製程之嵌入式天線之通訊裝置。
無線通訊網路是現代化社會中大眾聯絡及傳輸資訊的主要途徑，手機、個人數位助理(PDA)或無線USB傳輸器(Wireless USB Dongle)等無線通訊裝置在日常生活中也越來越普及，並且朝向小型化發展，無線通訊裝置的製造流程亦力求簡化，以降低成本及提高產能。在無線通訊裝置中，除了印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)外，另一佔有較大體積的元件為天線，係以金屬片形成之嵌入式天線(Embedded Antenna)為主流之一，以便能夠更彈性地設計無線通訊裝置的外觀，同時滿足大眾對於攜帶方便性之需求。
印刷電路板上的電子元件是利用自動化的表面黏著技術(Surface Mount Technology，SMT)製程，與印刷電路板接合，但是習知嵌入式天線不屬於表面黏著元件，無法通過表面黏著技術製程進行組裝，而必須通過額外的組裝程序。習知嵌入式天線之組裝方法有兩種，一是於印刷電路板進行表面黏著技術製程之後，以人力將天線焊接於印刷電路板上；另一不須通過焊接加工，而是以印刷電路板上的金屬彈片，與安裝於無線通訊裝置之外殼上的天線接觸。上述兩種嵌入式天線之組裝方法所需成本較高，也容易因人為誤差導致天線的特性不穩定。此外，依照上述組裝方法所形成之無線通訊裝置，其裝置之總高度主要由印刷電路板的高度加上嵌入式天線的高度所決定，可以節省的高度有限。
由上可知，習知嵌入式天線需要額外的組裝程序，造成無線通訊裝置之製造成本增加，必須改進才能兼顧小型化及高產能之目標。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種具有嵌入式天線之通訊裝置。
本發明揭露一種具有嵌入式天線之通訊裝置，包含有一印刷電路板及一嵌入式天線。該嵌入式天線包含有至少一輻射元件；至少一饋入元件，該至少一饋入元件其中每一饋入元件耦接於該至少一輻射元件其中一輻射元件及該印刷電路板；以及一連接元件，耦接於該至少一輻射元件，包含有一第一連接部及一第二連接部，該連接元件與該至少一輻射元件形成一圈狀結構，使該嵌入式天線套設於該印刷電路板之一側邊。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一通訊裝置10之示意圖。通訊裝置10可為手機、個人數位助理(PDA)或無線USB傳輸器(Wireless USB Dongle)等無線通訊裝置，包含有一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)11及一嵌入式天線(Embedded Antenna)12。印刷電路板11用來實現通訊裝置10之功能，其可能包含有射頻電路、調變/解調變電路等，視系統需求而定。嵌入式天線12為一應用於二發二收(2T2R)系統之天線，藉此，通訊裝置10可實現兩傳送端及兩接收端之應用。此外，在第1圖中，印刷電路板11及嵌入式天線12係尚未結合之狀態。詳細說明同時參考第2A圖、第2B圖及第3圖。
首先，第2A圖及第2B圖分別為第1圖之印刷電路板11之上視圖及下視圖。印刷電路板11之最上層及最底層係通訊裝置10之電子元件的置放區域，接地面(Ground Plane)則是位於印刷電路板11其中一層。印刷電路板11之最上層及最底層的一邊設置有金屬區A～D，如斜線區域所示。金屬區A～D是印刷電路板11之製造過程中未上綠漆的露銅區域，其中金屬區A、B為印刷電路板11上的訊號饋入點。金屬區C、D分別位於印刷電路板11的上、下平面，金屬區A、B與金屬區C位於同一平面。接著，請同時參考第1圖及第3圖，第3圖為嵌入式天線12的平面展開圖。嵌入式天線12為二個平面倒F型天線(Planner Inverted-F Antenna，PIFA)之組合，由金屬片形成，包含有輻射元件120A、120B、饋入元件122A、122B、連接元件124、固定元件130、132及阻擋元件134、136。
輻射元件120A、120B用來將印刷電路板11中電路所產生的射頻訊號，以不同頻率發射至空中，以及由空中接收不同頻率之射頻訊號。輻射元件120A與輻射元件120B的間距大於印刷電路板11之一側邊邊長W。請注意，第1圖所示之輻射元件120A、120B的形狀僅為實施例之一，本發明不侷限輻射元件120A、120B的形狀。饋入元件122A耦接於輻射元件120A，包含有一阻擋部F1；饋入元件122B耦接於輻射元件120B，包含有一阻擋部F2；阻擋部F1及阻擋部F2係嵌入式天線12之製造過程中經過壓製而形成的凹槽。饋入元件122A及饋入元件122B用來將印刷電路板11中電路所產生的射頻訊號，分別饋入至輻射元件120A及輻射元件120B，以及分別將輻射元件120A及輻射元件120B所接收之射頻訊號，傳遞至印刷電路板11之電路。
連接元件124包含有一連接部126及一連接部128。連接部126的兩端耦接於輻射元件120A、120B，並且兩端各有一阻擋部F3及一阻擋部F4；連接部128的兩端亦耦接於輻射元件120A、120B，並且兩端各有一阻擋部F5及一阻擋部F6。連接部126、128及輻射元件120A、120B形成一圈狀結構。連接部126與連接部128平行，兩者間距至少等於印刷電路板11的高度H，使印刷電路板11能夠在可允許的製造誤差範圍內，套入連接元件124與輻射元件120A、120B所形成的圈狀結構。
固定元件130耦接於連接部126，與連接部126在同一平面；固定元件132耦接於連接部128，與連接部128在同一平面。請注意，嵌入式天線12為平面倒F型天線，因此固定元件130及固定元件132中至少有一個必須耦接於印刷電路板11的接地面，或是兩固定元件皆耦接於接地面。阻擋元件134及阻擋元件136皆耦接於連接部126與連接部128之間，其所在之平面與連接部126及連接部128所在之平面相互垂直，作為定位之用途。當嵌入式天線12套設於印刷電路板11之一側邊時，由於阻擋元件134及阻擋元件136的存在，印刷電路板11不至於偏離預定位置，因此饋入元件122A及饋入元件122B能夠分別對準印刷電路板11上的金屬區A及金屬區B，同時，固定元件130及固定元件132亦能夠分別對準印刷電路板11上的金屬區C及金屬區D，金屬區C及金屬區D其中至少有一金屬區連接於印刷電路板11的接地面。
此外，前述饋入元件122A、122B上的阻擋部F1、F2以及連接部126、128上的阻擋部F3、F4、F5、F6亦做為定位之用途，使輻射元件120A、120B與印刷電路板11保持一間距G，避免輻射元件120A、120B所傳送之射頻訊號受到印刷電路板11外圍之接地面上的雜訊影響。在此請注意，阻擋部F1~F6的目的是為了保持印刷電路板11與輻射元件120A、120B之間距，在另一實例中，上述阻擋部F1~F6耦接於連接部126、128，用來於該嵌入式天線12套設於該印刷電路板11之該側邊時，使該至少一饋入元件對準該印刷電路板11上至少一金屬區。本發明不侷限阻擋部F1~F6的實體形 式，可以是第1圖所示之凹槽，於本發明其它實施例中，亦可以是凸點(同樣於嵌入式天線12之製造過程中形成)。
由上可知，連接元件124及輻射元件120A、120B所形成之圈狀結構加上阻擋元件134及阻擋元件136，形成一帽狀結構，使嵌入式天線12能夠套設於印刷電路板11。於印刷電路板11進行表面黏著技術(Surface Mount Technology，SMT)製程之塗佈錫膏程序之後，可利用一組裝步驟將嵌入式天線12套設於印刷電路板11，接下來，嵌入式天線12連同印刷電路板11一起進行自動化打件程序，最後一起通過迴焊爐(Reflow)。如此一來，嵌入式天線12之饋入元件122A、122B分別以電性連接方式固定於印刷電路板11上的金屬區A、B，固定元件130、132亦分別連接於金屬區C、D；換言之，嵌入式天線12通過表面黏著技術製程，固定於印刷電路板11上。
簡言之，根據第1圖之嵌入式天線12之設計，通訊裝置10之組裝程序僅須增加一步驟，即在自動化打件程序之前將嵌入式天線12套設於印刷電路板11，並且等於是一次將兩支天線組裝完成。習知2T2R之通訊裝置之嵌入式天線必須以人工焊接兩次，相較之下，通訊裝置10之嵌入式天線12的組裝流程簡易，同時降低了人工焊接可能產生的誤差，大幅提高生產良率。除此之外，由第1圖可知，嵌入式天線12如同帽子一般，與印刷電路板11結合，嵌入式天線12之輻射元件120A、120B將位於印刷電路板11的兩側邊。如此 一來，通訊裝置10的高度主要由嵌入式天線12決定。舉例來說，若嵌入式天線12的高度為4毫米，印刷電路板11的高度為2毫米，通訊裝置10(不含機殼)的總高度等於4毫米，其中重疊包含了印刷電路板11的高度。在相同的元件高度條件下，習知通訊裝置的總高度等於印刷電路板的高度加上嵌入式天線的高度，等於6毫米。相較之下，本發明實施例之通訊裝置的高度能夠最小化，在通訊裝置的外型設計上更具優勢。
此外，由第3圖可知，嵌入式天線12可用一體成型的方式製造，嵌入式天線12中所有元件實際上是由一完整不分段的金屬片彎折形成。由於天線一體成型之緣故，連接部128被進一步分割為128L、128R，固定元件132被分割為132L、132R，通過表面黏著技術製程一同電性連接於印刷電路板11上的金屬區C。需注意的是，第1圖之通訊裝置10僅為本發明之一實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同的變化及修飾。同時，第3圖所示之一體成型之嵌入式天線12係嵌入式天線12之一實現方式，用以簡化生產流程，但不限於此，嵌入式天線12亦可以由多片金屬片組裝而成。此外，於本發明實施例中，嵌入式天線12之輻射元件、固定元件、阻擋元件、凹槽式阻擋部之形式、數量及位置，皆可視系統需求彈性地設計。
請參考第4圖至第7圖，其分別為本發明實施例之通訊裝置40、50、60、70之示意圖，各通訊裝置為第1圖之通訊裝置10之變化實施例，同樣由一印刷電路板與一嵌入式天線組裝而成。通訊裝置 40、50、60、70中各個元件之功能及連接關係可參照第1圖得知，不再逐一描述，以下僅說明相異之處。在第4圖中，通訊裝置40之嵌入式天線不包含阻擋元件。於印刷電路板進行表面黏著技術製程之自動化打件程序之前，可利用治具代替阻擋元件之功能，將嵌入式天線套設於印刷電路板，使嵌入式天線之饋入元件422A、422B及一固定元件430對準印刷電路板上相對應之金屬區。如此一來，嵌入式天線能夠連同印刷電路板一起完成表面黏著技術製程，組裝於印刷電路板上，而不需要額外的人工焊接步驟。另外，通訊裝置40之嵌入式天線的固定元件僅有一個，這是因為饋入元件422A、422B雖是訊號饋入點，但是也提供了固定功能(即利用錫膏與印刷電路板結合)。
在第5圖中，通訊裝置50之一印刷電路板51與通訊裝置10之印刷電路板11不同，印刷電路板51上的接地面與印刷電路板51的板邊保持一固定距離，等於第1圖中的間距G，印刷電路板51的板寬W’大於印刷電路板11的板寬W；換言之，印刷電路板51的板邊有一淨空區。通訊裝置50之一嵌入式天線52所包含的固定元件及阻擋元件各只有一個，如第5圖中之一固定元件530及一阻擋元件534，並且饋入元件及連接部上沒有設置凹槽式阻擋部，這是由於印刷電路板51的接地面距離板邊之間距G，已足夠使嵌入式天線之輻射元件所傳送之射頻訊號不受接地面上的雜訊干擾，因此不需使用凹槽式阻擋部以保持印刷電路板51與嵌入式天線之輻射元件之間的距離。另外，通過適當地設計阻擋元件534的大小及位 置，即使嵌入式天線52僅有一阻擋元件，也可發揮將印刷電路板51定位之功能。
在上述實施例中，嵌入式天線係以用於2T2R系統之天線為例，實作上本發明之嵌入式天線之天線數量沒有特定的限制，可以僅有一個，也可以有二個以上，例如第6圖，其中通訊裝置60之一嵌入式天線62為單一平面倒F型天線。雖然嵌入式天線62僅具有一個輻射元件620，嵌入式天線62之一連接元件624所包含之一連接部626及一連接部628仍能夠與輻射元件620形成一圈狀結構，並且與阻擋元件634、636形成一帽狀結構，因此，嵌入式天線62能夠套設於通訊裝置60之一印刷電路板61的側邊，接著與印刷電路板61一同完成表面黏著技術製程之自動化打件程序及迴焊程序。本發明具通常知識者可根據前述實施例，將嵌入式天線62做進一步變化，例如將固定元件或阻擋元件減少為一個，或是改變印刷電路板接地面設計，並取消凹槽式阻擋部，在此不贅述。
請注意，第1圖至第6圖中的嵌入式天線以平面倒F型天線為例，然而，本發明實施例之嵌入式天線不限於使用平面倒F型天線，亦可使用單極天線(Monopole Antenna)或其它形式之天線。舉例來說，在第7圖中，通訊裝置70之一嵌入式天線72為二個單極天線之組合，嵌入式天線72所包含之輻射元件720A、720B之形式與第1圖中輻射元件120A、120B不同。此外，由於嵌入式天線72為單極天線之組合，嵌入式天線72之固定元件不必與印刷電路板的接 地面連接。本領域具通常知識者當能根據前述實施例，將嵌入式天線72做進一步變化，在此不贅述。
綜上所述，於本發明實施例之通訊裝置中，印刷電路板係與嵌入式天線搭配設計，因此，通訊裝置之組裝程序僅須增加一步驟，即於印刷電路板進行錫膏塗佈程序之後，將嵌入式天線套設於印刷電路板。嵌入式天線能夠與印刷電路板一同進行表面黏著技術製程之自動化打件程序及迴焊程序，準確地固定於印刷電路板。如此一來，可避免習知通訊裝置之組裝程序中，由於人工焊接天線所導致的高組裝成本及天線特性誤差。此外，本發明實施例之嵌入式天線不僅更容易組裝，進一步能夠使嵌入式天線與印刷電路板所佔用的空間相互重疊，得到最小化的通訊裝置之高度。
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。
10、40、50、60、70‧‧‧通訊裝置
11、51、61‧‧‧印刷電路板
12、52、62、72‧‧‧嵌入式天線
120A、120B、620、720A、720B‧‧‧輻射元件
122A、122B、422A、422B‧‧‧饋入元件
124、624‧‧‧連接元件
126、128、128L、128R、626、628‧‧‧連接部
130、132、132L、132R、430、530‧‧‧固定元件
134、136、534、634、636‧‧‧阻擋元件
F1~F6‧‧‧阻擋部
A~D‧‧‧金屬區
W、W’‧‧‧印刷電路板之寬度
H‧‧‧印刷電路板之高度
G‧‧‧間距
第1圖為本發明實施例一通訊裝置之示意圖。
第2A圖為第1圖之印刷電路板11之上視圖。
第2B圖為第1圖之印刷電路板11之下視圖。
第3圖為第1圖中嵌入式天線的平面展開圖。
第4圖至第7圖為本發明實施例通訊裝置之示意圖。
10．．．通訊裝置
11．．．印刷電路板
12．．．嵌入式天線
120A、120B．．．輻射元件
122A、122B．．．饋入元件
124．．．連接元件
126、128．．．連接部
130、132．．．固定元件
134、136．．．阻擋元件
F1～F6．．．阻擋部
A～D．．．金屬區
W．．．印刷電路板之寬度
H．．．印刷電路板之高度
G．．．印刷電路板與輻射元件之間距

Claims (11)

  1. 一種具有嵌入式天線之通訊裝置，包含有：一印刷電路板；以及一嵌入式天線，包含有：至少一輻射元件；至少一饋入元件，該至少一饋入元件其中每一饋入元件耦接於該至少一輻射元件其中一輻射元件及該印刷電路板；以及一連接元件，耦接於該至少一輻射元件，包含有一第一連接部及一第二連接部，該連接元件與該至少一輻射元件形成一圈狀結構，使該嵌入式天線套設於該印刷電路板之一側邊。
  2. 如請求項1所述之通訊裝置，其中該至少一饋入元件係通過一表面黏著技術(Surface Mount Technology，SMT)製程，與該印刷電路板上的一金屬區電性結合。
  3. 如請求項1所述之通訊裝置，其中該嵌入式天線另包含有至少一固定元件，耦接於該連接元件，用來將該嵌入式天線與該印刷電路板上至少一金屬區電性結合。
  4. 如請求項3所述之通訊裝置，其中該至少一固定元件之一固定元件耦接於該印刷電路板之一接地面。
  5. 如請求項1所述之通訊裝置，其中該嵌入式天線另包含有至少一阻擋元件，耦接於該連接元件，用來於該嵌入式天線套設於該印刷電路板之該側邊時，使該至少一饋入元件對準該印刷電路板上至少一金屬區。
  6. 如請求項1所述之通訊裝置，其中該至少一輻射元件之每一輻射元件與該印刷電路板相距一預設距離。
  7. 如請求項6所述之通訊裝置，其中該至少一饋入元件之每一饋入元件包含有一阻擋部，用來保持該印刷電路板與該每一輻射元件之間的該預設距離。
  8. 如請求項6所述之通訊裝置，其中該連第一連接部及該第二連接部的兩側分別包含有一阻擋部，用來保持該印刷電路板與該每一輻射元件之間的該預設距離。
  9. 如請求項1所述之通訊裝置，其中該嵌入式天線由至少一金屬片形成。
  10. 如請求項1所述之通訊裝置，其中該嵌入式天線係一平面倒F型天線(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)。
  11. 如請求項1所述之通訊裝置，其中該嵌入式天線係一單極(Monopole)天線。
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