TWI464959B

TWI464959B - 無線通訊裝置

Info

Publication number: TWI464959B
Application number: TW100115936A
Authority: TW
Inventors: Pei Ling Teng; Yi Chun Chen; Hong Lung Chen; Kuo Cheng Chen
Original assignee: Htc Corp
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2014-12-11
Also published as: TW201246695A; CN102769472A; CN102769472B

Description

無線通訊裝置

本發明是有關於一種無線通訊裝置，且特別是有關於一種具有金屬框的無線通訊裝置。

在眾多的天線架構中，平面倒F型天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)具有較小的特定吸收率、低成本、高輻射效率並易於小型化設計...等優點，而廣泛地應用在無線通訊裝置中。圖1A為傳統平面倒F型天線的示意圖，參照圖1A，平面倒F型天線100包括輻射體110、饋入部111與接地部112。其中，接地部112電性連接至印刷電路板120上的接地面，而饋入部111則用以將輻射體110所接收到的訊號傳送至印刷電路板120上相關的積體電路作處理。

一般來說，平面倒F型天線100的頻寬直接正比於天線的高度。也就是說，平面倒F型天線100與印刷電路板120之間的間距越大，其頻寬也就越大，但卻也導致天線無法滿足微型化設計導向的通訊裝置。為了改善此種情況，圖1B為傳統混合式天線(hybrid antenna)的示意圖，參照圖1B，平面倒F型天線100對應一淨空區域(clearance area)130，並藉此形成一混合式天線。藉此，對應淨空區域130的平面倒F型天線100將具有足夠的頻寬來克服高度的限制。

然而，現今的無線通訊裝置大多是以金屬質感的設計造型來吸引消費者的目光。此種設計方式，無線通訊裝置的機身大部分會被金屬框所包覆。其中，金屬框會與天線的輻射體產生電容耦合效應，進而產生1/2波長(λ)的共振。藉此，混合式天線的收訊品質將會因應金屬框的共振而大幅度地降低。因此，如何兼顧天線的收訊品質與通訊裝置的外觀設計，已是無線通訊裝置在設計上所面臨的一大課題。

本發明提供一種無線通訊裝置，具有一金屬框，並藉由金屬框的斷開與接地，來降低金屬框對天線模組的影響。

本發明提出一種無線通訊裝置，包括基板、天線模組以及金屬框。基板具有第一表面與第二表面，其中第一表面具有淨空區域與系統接地面。天線模組設置在基板的第二表面，並對應於至少一部份淨空區域，且天線模組收發一射頻訊號。金屬框包括側邊部與底部。其中，側邊部以第一缺口與第二缺口為基準劃分成電性不相連的第一區段與第二區段。第一缺口相對於側邊部之轉角的最小間距小於1/N倍的金屬框的長度，其中N為正整數。第一區段的長度取決於射頻訊號的波長。底部局部覆蓋側邊部所形成的開口，並對應於淨空區域，且底部電性連接至系統接地面與第一區段。

在本發明之一實施例中，上述之底部透過一接地點電性連接至系統接地面。此外，接地點投影在基板的第一表面而形成一投影接地點，與天線模組之饋入點投影在基板的第一表面而形成一投影饋入點，兩者之間的間距取決於射頻訊號的波長。

在本發明之一實施例中，上述之第一缺口與第二缺口位在側邊部之相對的兩側，且射頻訊號的波長表示為λ，第一區段的長度介在λ/4至λ/3之間。

在本發明之一實施例中，上述之第一缺口與第二缺口位在側邊部之同一側，且射頻訊號的波長表示為λ，第一區段的長度介在λ/15至3λ/15之間。

在本發明之一實施例中，上述之金屬框與天線模組的饋入點電性不相連。

基於上述，本發明是透過缺口的設置，將金屬框分離成兩部份。此外，本發明更將金屬框的下半部電性連接至系統接地面。如此一來，將可藉由金屬框的斷開與接地，來降低金屬框對天線模組的影響，進而兼顧到無線通訊裝置的外觀設計與收訊品質。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖2為依據本發明之一實施例之無線通訊裝置的正面組合示意圖。參照圖2，無線通訊裝置200包括基板210、天線模組220以及金屬框230。其中，基板210的第一表面對應金屬框230，而基板210的第二表面上則設有天線模組220。此外，金屬框230具有兩個斷開處241與242，以將金屬框230分離成兩部份，亦即上半部與下半部。其中，金屬框230的下半部對應於天線模組220。

更進一步來看，圖3為用以說明圖2之無線通訊裝置的***示意圖，其中虛線301用以表示無線通訊裝置200的輪廓。請參照圖3，在本實施例中，天線模組220可例如是一平面倒F型天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)。此外，基板210的第一表面包含有一印刷電路板340與一淨空區域350，印刷電路板340一般都可視為無線通訊裝置200之系統接地面。亦即，印刷電路板340並未佈滿基板210的第一表面，進而致使基板210的第一表面遺留一區塊來形成淨空區域350。此外，天線模組220對應至少一部份的淨空區域350，以形成混合式天線(hybrid antenna)。

再者，金屬框230包括側邊部310與底部320。其中，側邊部310環繞在無線通訊裝置200的側邊，於水平面上形成一開口，其中該水平面係平行於系統接地面。此外，底部320局部覆蓋側邊部310所形成的開口，且所剩餘的開口將用以曝露出無線通訊裝置200的液晶顯示模組(未繪示出)。更進一步來看，側邊部310具有第一缺口D與第二缺口A，亦即金屬框230的兩個斷開處241與242。藉此，側邊部310將以兩缺口D與A為基準，劃分成電性不相連的第一區段311與第二區段312。

此外，第一區段311電性連接底部320。藉此，第一區段311與底部320將視為金屬框230的下半部，而第二區段312則被視為金屬框230的上半部。再者，金屬框230的底部320透過一接地點330電性連接至印刷電路板340，以致使金屬框230的下半部接地。其中，接地點330可透過彈片、頂針或是螺絲...等導電構件電性連接至印刷電路板340。此外，金屬框230並不屬於天線模組220的一部分，因此金屬框230與天線模組220的饋入點在電性上是互不相連的，且金屬框230不提供收發射頻訊號之功能。

整體而言，本實施例是在金屬框230上設置兩缺口A與D，並將金屬框230的下半部電性連接至印刷電路板340以接地。藉此，本實施例將可先透過分離成兩部分的金屬框230，來抑制金屬框230本身所產生的共振。除此之外，由於金屬框230的下半部電性連接至印刷電路板340，亦即系統接地面在等效上將可進一步地被延伸，因此本實施例更可透過系統接地面所產生的電感效應，來更進一步地消除金屬框230與天線模組220之間的耦合效應。如此一來，金屬框230對天線模組220之收訊品質所造成的影響將可被降到最低。

為了致使本領域具有通常知識者能更加了解本發明，以下將對金屬框230的缺口A、D與接地點330的設置作更進一步地說明。圖4為依據本發明之一實施例之無線通訊裝置的剖視圖，其中圖4的左半邊繪示為無線通訊裝置的背面剖視圖，因此在圖4的左半邊，可以看到基板210的第二表面以及設置在基板210之第二表面上的天線模組220，而虛線410則用以表示印刷電路板340投影射在基板210之第二表面上的相對位置。

再者，圖4的右半邊繪示為無線通訊裝置的正面剖視圖，因此在圖4的右半邊，可以看到基板210的第一表面以及設置在基板210之第一表面上的印刷電路板340以及淨空區域350，而虛線420則用以表示天線模組220投影在基板210之第一表面上的相對位置。此外，針對投影在基板210的投影點，圖4左半邊標示出天線模組220之饋入點430與接地點440，圖4右半邊更標示出相對應的投影饋入點430’與投影接地點440’，且圖4更標示出相對於金屬框230之接地點330的投影接地點330’。

參照圖4，第一缺口D與第二缺口A位在側邊部310之相對的兩側。此外，第一缺口D相對於側邊部310之轉角450的最小間距小於1/N倍的金屬框230的長度，其中N為正整數。再者，第一區段311的長度(意即缺口D至缺口A)取決於射頻訊號的波長(λ)。另一方面，金屬框230之投影接地點330’與天線模組220之投影饋入點430’，兩者之間的間距R也取決於射頻訊號的波長(λ)。

舉例來說，在本實施例中，金屬框230長邊的長度表示為L，且第一缺口D相對於側邊部310之轉角450的最小間距，即為第一缺口D至轉角450的間距。此外，第一缺口D至轉角450的間距可例如是小於L/3(亦即N=3)。換言之，第一缺口D只要設置在小於L/3的有效區域內即可。再者，第一區段311的長度可例如是介在λ/4至λ/3之間。因此，當第一缺口D設置完成後，第二缺口A將因應第一區段311的長度而被設置完成。

此外，隨著第一缺口D在有效區域內的變動，第一缺口D與第二缺口A將可位在同一水平線上，或是不位在同一水平線上。例如，在本實施例中，第一缺口D與第二缺口A並非是位在同一水平線上。另一方面，在本實施例中，金屬框230之投影接地點330’與天線模組220之投影饋入點430’，兩者之間的間距R可例如是介在0.003λ至0.005λ之間。

圖5為依據本發明之另一實施例之無線通訊裝置的剖視圖，其中圖5實施例與圖4實施例兩者最大不同之處在於，圖5實施例是將第一缺口D與第二缺口A設置在側邊部310之同一側。此外，當第一缺口D與第二缺口A設置在側邊部310之同一側時，第一區段311的長度將介在λ/15至3λ/15之間。至於圖5實施例的細部說明，已包含在圖4實施例中，故在此不予贅述。

圖6為依據本發明之一實施例之無線通訊裝置的實驗數據圖。如圖6的左半邊所示，無線通訊裝置中的天線模組是應用在標準的GSM 850/900的通訊頻段中，且如圖6的右半邊所示，無線通訊裝置中的天線模組是應用在標準的DCS/PCS/UMTS 2100的通訊頻段中。此外，針對上述的兩通訊頻段，無線通訊裝置在沒有設置金屬框下所測得的天線平均增益(average gain)如曲線610與610’所示，且在設置金屬框下所測得的天線平均增益如曲線620~650所示，其中曲線620與620’是在金屬框斷開且接地的情況下，曲線630與630’是在僅將金屬框斷開的情況下，曲線640與640’是在僅將金屬框接地的情況下，而曲線650與650’是在僅將金屬框浮接的情況下。

如圖6所示，參照平均增益的比較，可以看出，當金屬框斷開並接地時，所測得的天線特性將趨近於裝置沒有設置金屬框的情況。此外，與沒設置金屬框的情況相較之下，倘若將金屬框斷開並接地，則天線模組操作在GSM 850/900頻段下所測得的增益將高出0.5~3dB。再者，與僅將金屬框斷開的情況相較之下，倘若將金屬框斷開並接地，則天線模組在GSM 850/900頻段下所測得的增益將高出1.8dB，且天線模組在DCS/PCS/UMTS 2100頻段下所測得的增益將高出1.4dB。

綜上所述，本發明是將金屬框分離成兩部份，並將金屬框的下半部電性連接至系統接地面。藉此，斷開的金屬框將有助於降低其本身所產生的共振。此外，系統接地面將隨著金屬框之下半部的接地而予以擴大，進而更進一步地消除金屬框與天線模組之間的耦合效應。如此一來，金屬框對天線模組之收訊品質所造成的影響將可被最低，進而兼顧到無線通訊裝置的外觀設計與收訊品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．平面倒F型天線

110．．．輻射體

111．．．饋入部

112．．．接地部

120．．．印刷電路板

130．．．淨空區域

200．．．無線通訊裝置

210．．．基板

220．．．天線模組

230．．．金屬框

241、242．．．斷開處

301．．．無線通訊裝置的輪廓

310．．．側邊部

320．．．底部

330．．．金屬框之接地點

330’．．．金屬框之投影接地點

340．．．印刷電路板

350．．．淨空區域

D．．．第一缺口

A．．．第二缺口

311．．．第一區段

312．．．第二區段

410．．．印刷電路板投影在基板之第二表面上的相對位置

420．．．天線模組投影在基板之第一表面上的相對位置

430．．．饋入點

430’．．．投影饋入點

440．．．接地點

440’．．．投影接地點

450．．．轉角

L．．．金屬框的長度

R．．．間距

610~650、610’~650’．．．用以說明圖6實驗數據的曲線

圖1A為傳統平面倒F型天線的示意圖。

圖1B為傳統混合式天線的示意圖。

圖2為依據本發明之一實施例之無線通訊裝置的正面組合示意圖。

圖3為用以說明圖2之無線通訊裝置的***示意圖。

圖4為依據本發明之一實施例之無線通訊裝置的剖視圖。

圖5為依據本發明之另一實施例之無線通訊裝置的剖視圖。

圖6為依據本發明之一實施例之無線通訊裝置的實驗數據圖。