TWI823648B - 電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電子裝置，包括一金屬殼體及至少一天線模組。金屬殼體包括至少一窗口。至少一天線模組設置於至少一窗口的內側。至少一天線模組包括一第一輻射體及一第二輻射體。第一輻射體包括一饋入端、搭接於金屬殼體的一第一接地端、一第二接地端、從饋入端延伸至第一接地端的一第一段及從饋入端延伸至第二接地端的一第二段。第二輻射體與第一段之間存在一第一耦合間隙。至少部分的該第二輻射體與金屬殼體之間存在一第二耦合間隙，且第二輻射體包括搭接於金屬殼體的一第三接地端。

Description

電子裝置
本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種具備寬頻特性的天線模組的電子裝置。
習知的電子裝置的天線模組設置於全金屬殼體的內部而會受到全金屬殼體的干擾，導致天線模組不易產生寬頻特性。因此，如何使天線模組具備良好的寬頻特性為本領域亟需解決的問題。
本發明提供一種電子裝置，其天線模組具備良好的寬頻天線特性。
本發明的電子裝置包括一金屬殼體及至少一天線模組。金屬殼體包括至少一窗口。至少一天線模組設置於至少一窗口的內側。至少一天線模組包括一第一輻射體及一第二輻射體。第一輻射體包括一饋入端、搭接於金屬殼體的一第一接地端、一第二接地端、從饋入端延伸至第一接地端的一第一段及從饋入端延伸至第二接地端的一第二段。第二輻射體與第一段之間存在一第一耦合間隙。至少部分的該第二輻射體與金屬殼體之間存在一第二耦合間隙，且第二輻射體包括搭接於金屬殼體的一第三接地端。
在本發明的一實施例中，上述的第二段包括依序相連的一第一子區段、一第二子區段及一第三子區段。第一子區段連接至饋入端，第二子區段連接至第二接地端，第三子區段從第二子區段延伸且平行第一子區段。第一子區段與第三子區段之間存在一第三耦合間隙，第三子區段與金屬殼體之間存在一第四耦合間隙。
在本發明的一實施例中，上述的金屬殼體包括圍繞出窗口且依序相連的一第一邊緣、一第二邊緣、一第三邊緣及一第四邊緣。第一接地端搭接至第一邊緣，第二接地端與第三接地端搭接至第三邊緣。第二輻射體與第二邊緣之間存在第二耦合間隙。
在本發明的一實施例中，上述的第二子區段搭接至第四邊緣。
在本發明的一實施例中，上述的第二段、第三耦合間隙與第四耦合間隙激發出一第一高頻頻帶，第一子區段與第二子區段激發出一第二高頻頻帶，第一段激發出一第三高頻頻帶，第一段、第二輻射體、第二耦合間隙激發出一第四高頻頻帶。
在本發明的一實施例中，上述的第二輻射體在靠近第三接地端處包括朝向第二段的一凹口，而形成一第五耦合間隙。
在本發明的一實施例中，上述的第一輻射體、第一耦合間隙、第二輻射體、第五耦合間隙激發出一低頻頻帶。
在本發明的一實施例中，上述的金屬殼體包括凹陷於外表面的至少一天線腔。至少一天線腔的開口形成至少一窗口，至少一天線模組設置於至少一天線腔內。
在本發明的一實施例中，上述的至少一天線模組包括多個天線模組，至少一天線腔包括多個天線腔。這些天線腔彼此不連通，這些天線模組分別設置於這些天線腔內。
在本發明的一實施例中，上述的這些天線模組中相鄰的兩者之間的距離介於5公厘至25公厘之間。
基於上述，本發明的電子裝置的天線模組藉由第一輻射體及第二輻射體與金屬殼體搭接的多個輻射路徑輻射出高頻頻段及低頻頻段，而使天線模組具備良好的寬頻天線特性。由於天線模組設置於金屬殼體的窗口內側凹口處(內側)而不被金屬殼體包覆，藉此可避免天線模組受到金屬殼體的屏蔽而影響其天線特性。
圖1是根據本發明的一實施例的電子裝置的示意圖。圖2是圖1的部分元件與金屬殼體分離的示意圖，天線模組120a及支架130a分離於金屬殼體110。圖3是圖1的電子裝置沿I-I線的剖面圖。在此提供直角座標X-Y-Z以利構件描述。
請同時參閱圖1至圖3，電子裝置100包括一金屬殼體110、至少一天線模組以及至少一支架130a(圖2)。金屬殼體110包括一本體114以及設置於本體114的一蓋體112。本實施例的金屬殼體110為八邊形，但不限於此。例如，金屬殼體110可為圓形、四邊形或任意的多邊形。
金屬殼體110的本體114包括對應於至少一天線模組的至少一天線腔，至少一天線腔的開口形成至少一窗口。天線模組設置於對應的支架130a上，天線模組設置於對應的窗口的內側而設置於對應的天線腔內。在此，至少一天線模組包括兩天線模組120a、120b，且電子裝置100包括對應的兩支架130a(在此示意性的繪示一個支架130a)、兩天線腔116a、116b及兩窗口115a、115b，但不限於此。
兩天線腔116a、116b彼此不連通，以避免兩天線模組120a、120b相互干擾。金屬殼體110更包括圍繞出窗口115a且依序相連的一第一邊緣E1、一第二邊緣E2、一第三邊緣E3及一第四邊緣E4。第一邊緣E1在Y軸方向上位於第三邊緣E3的上方。第二邊緣E2在X軸方向上位於第四邊緣E4的左方。
如圖2及圖3所示，金屬殼體110的本體114以及蓋體112形成一容納空間117(圖3)以容納多個電子元件(未示出)。天線腔116a、116b凹陷於金屬殼體110的外表面，容納空間117與天線腔116a之間以一金屬底板E5隔開，天線腔116a與容納空間117彼此不連通。換言之，天線腔116a、116b與金屬殼體110的容納空間117隔離，因此天線模組120a、120b非封閉於金屬殼體110內部。意即，天線模組120a、120b未被金屬殼體110的本體114及蓋體112包覆。
相鄰的天線模組120a、120b(圖1)之間的距離介於5公厘至25公厘之間，更特定地，介於5公厘至10公厘之間。天線模組120a平行於X-Y平面，天線模組120b平行於Y-Z平面而垂直於天線模組120a，但不限於此。兩天線模組120a、120b也可為平行設置。在此，天線模組120a的輻射方向平行於+Z軸，天線模組120b的輻射方向平行於-X軸。
如圖3所示，天線模組120a與窗口115a間隔一距離D1。天線模組120a、120b(圖2)可視為是下沉於金屬殼體110。距離D1介於0.5公厘至1.5公厘之間，例如是1公厘。支架130a在Z軸方向上的厚度介於5公厘至6.5公厘之間，例如是5.7公厘。另外，電子裝置100可包括一塑膠件(未示出)，塑膠件設置於窗口115a、115b，天線模組120a、120b位於塑膠件及支架130a之間，塑膠件適於作為天線模組120a、120b的保護罩。
本實施例的天線模組120a透過一第一輻射體122及一第二輻射體128(圖2)結合金屬邊框110以多路徑接地(於後敘述)，而使天線模組具有可支援Wi-Fi 6E的之寬頻特性。
圖4是圖1的天線模組的正視圖。請參閱圖4，天線模組120a的第一輻射體122(位置A1~A9)包括位於位置A1的一饋入端、搭接於金屬殼體110的第一邊緣E1的一第一接地端(位置G1)、搭接於金屬殼體110的第三邊緣E3的一第二接地端(位置G2)、從饋入端(位置A1)延伸至第一接地端(位置G1)的一第一段124(位置A1、A9)及從饋入端(位置A1)延伸至第二接地端(位置G2)的一第二段126(位置A1~A8)。
天線模組120a的第二輻射體128(位置B1~B7)與第一輻射體122的第一段124(位置A1、A9)之間存在一第一耦合間隙C1，且第二輻射體128(位置B1~B7)與金屬殼體110的第二邊緣E2之間存在一第二耦合間隙C2。第一耦合間隙C1介於0.25公厘至0.75公厘之間，例如是0.5公厘。第二耦合間隙C2介於1.5公厘至2.5公厘之間，例如是2公厘。
第一輻射體122的第二段126(位置A1~A8)包括依序相連的一第一子區段126a(位置A1~A3)、一第二子區段126b(位置A4、A7、A8)及一第三子區段126c(位置A5、A6)。第一子區段126a(位置A1~A3)連接至饋入端(位置A1)，第二子區段126b(位置A4、A7、A8)連接至第二接地端(位置G2)且還搭接至第四邊緣E4，第三子區段126c(位置A5、A6)從第二子區段126b延伸且平行第一子區段126a。
第一子區段126a(位置A1~A3)與第三子區段126c(位置A5、A6)之間存在一第三耦合間隙C3，第三子區段126c(位置A5、A6)與金屬殼體110之間存在一第四耦合間隙C4。第三耦合間隙C3介於2公厘至3公厘之間，例如是2.5公厘。第四耦合間隙C4介於2.5公厘至3.5公厘之間，例如是3公厘。
此外，第二輻射體128(位置B1~B7)包括搭接於金屬殼體110的第三邊緣E3的一第三接地端(位置G3)。第二輻射體128(位置B1~B7)在靠近第三接地端(位置G3)處包括朝向第二段126的一凹口129。如圖4所示，第二輻射體128的位置B4、B6、B7大致為U型而形成凹口129。凹口129形成一第五耦合間隙C5。第五耦合間隙C5介於1.5公厘至2.5公厘之間，例如是2公厘。
使用者可透過調整第一輻射體122(位置A1~A9)及第二輻射體128(位置B1~B7)的面積以調整第一耦合間隙C1、第二耦合間隙C2、第三耦合間隙C3、第四耦合間隙C4及第五耦合間隙C5的大小。
此外，如圖2及圖3所示，電子裝置100還包括一同軸傳輸線L1，同軸傳輸線L1穿過金屬底板E5而進入天線腔116a。圖4的天線模組120a的饋入端(位置A1)電連接至同軸傳輸線L1之訊號正端，第一接地端(位置G1)、第二接地端(位置G2)及第三接地端(位置G3)電連接至同軸傳輸線L1之訊號負端。
天線模組120a具有多個高頻輻射路徑以及一低頻輻射路徑，以激發出多個高頻頻帶及一低頻頻帶。具體來說，如圖4所示，第一高頻輻射路徑為從饋入端(位置A1)通過第一輻射體122的第二段126(位置A1~A8)至第二接地端(位置G2)的路徑、第一輻射體122的第二段126(位置A5、A6)、第三耦合間隙C3與第四耦合C4間隙激發出一第一高頻頻帶。第一高頻頻帶介於4950MHz至5150MHz之間。
第二高頻輻射路徑為從饋入端(位置A1)通過第一輻射體122的第二段126(位置A1~A8)至第二接地端(位置G2)的路徑，藉此可激發出一第二高頻頻帶。第二高頻頻帶介於5150MHz至6100MHz之間。
第三高頻輻射路徑為饋入端(位置A1)通過第一輻射體122的第一段124(位置A1、A9)至第一接地端(位置G1)的路徑，藉此可激發出一第三高頻頻帶。第三高頻頻帶介於6100MHz至7100MHz之間。此外，藉由第一輻射體122(位置A1~A9)至第一接地端(位置G1)的路徑、第二輻射體128(位置B1~B7)到第三接地端(位置G3)的路徑以及第二耦合間隙C2可激發出一第四高頻頻帶。第四高頻頻帶介於7100MHz至7600MHz之間。另外，藉由調整第二耦合間隙C2的距離可調整第四高頻頻帶的中心頻率點位置。
天線模組120a還具有一低頻輻射路徑。低頻輻射路徑為第一輻射體122(位置A1~A9)至第一接地端(位置G1)、第二段126(位置A1~A8)至第二接地端(位置G2)、第一耦合間隙C1、第五耦合間隙C5以及第二輻射體128(位置B1~B7)連接到第三接地端(位置G3)的路徑，藉此可激發出低頻頻帶。低頻頻帶介於2400MHz至2500MHz之間。藉由調整第五耦合間隙C5的大小可調整低頻頻帶的中心頻率的落點。
圖5是圖1的兩天線模組的頻率-電壓駐波比的關係圖。實線表示天線模組120a(圖1)的頻率-電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio, VSWR)的關係，虛線表示天線模組120b(圖1)的頻率-電壓駐波比的關係。
請參閱圖5，天線模組120a(實線)的低頻頻帶(2400MHz至2500MHz)、第一高頻頻帶(4950MHz至5150MHz)、第二高頻頻帶(5150MHz至6100MHz)、第三高頻頻帶(6100MHz至7100MHz)以及第四高頻頻帶(7100MHz至7600MHz)的電壓駐波比值皆在5以下，天線模組120a具有良好的性能表現。
由於天線模組120a與天線模組120b的擺放位置(圖1)及頻率-電壓駐波比的量測位置差異，使得在上述頻帶範圍中，天線模組120a(實線)及天線模組120b(虛線)的頻率-電壓駐波比略有差異。然而，天線模組120b仍具有不錯的性能表現。
圖6是圖1的兩天線模組之間的頻率-隔離度的關係圖。請參閱圖6，在頻率為5150MHz至7125MHz的範圍中，兩天線模組120a、120b之間具有良好的隔離度，其值大於-30dB。由此可知，本實施例的兩天線腔116a、116b獨立地設置而可有效阻絕相鄰的天線模組120a、120b的干擾。因此，使用者可裝設更多的天線模組以提升傳輸效率，而使電子裝置100具備多輸入多輸出(Multi-input Multi-output, MIMO)的多天線的配置。
此外，由於兩天線模組120a、120b之間具有良好的隔離度，兩天線腔116a、116b之間不需設置額外的隔離元件，而可提升電子裝置100的空間使用效率並縮小電子裝置100整體的體積，而使電子裝置100適用於軍工規小型監測裝置。
舉例來說，如圖1所示，本實施例的電子裝置100的一長邊D2(X軸方向)的總長為97.5公厘，一短邊D3(Z軸方向)的總長為75公厘，高度(Y軸方向)為30.5公厘。
圖7是圖1的兩天線模組的頻率-天線效率的關係圖。實線表示天線模組120a的頻率-天線效率(efficiency)的關係，虛線表示天線模組120b的頻率-天線效率的關係。
請參閱圖7，兩天線模組120a、120b在低頻2400MHz至2500MHz的範圍內的天線效率介於-5.6dBi至-8.3dBi之間，在高頻5150 MHz至5850MHz的範圍內的天線效率介於-2.3dBi至-6.6dBi之間，在高頻5925 MHz至7125MHz的範圍內的天線效率介於-2.4dBi至-6.2dBi之間。由此可知，兩天線模組120a、120b皆具有良好的天線效率表現。
圖2所示的支架130a僅為示意，以下藉由圖8至圖11例示性地說明本發明的支架130b、130c的具體結構。
圖8是根據本發明的另一實施例的支架及天線模組的示意圖。圖9是圖8的支架及天線模組於另一視角的示意圖。請同時參閱圖8及圖9，支架130b包括一第一面132及一第二面134(圖9)，天線模組120c可透過雷射直接成型技術(Laser Direct Structuring, LCD)印刷於支架130b的第一面132及第二面134，但不限於此。支架130b在Z軸方向上的厚度例如是5.7公厘。
如圖8所示，支架130b包括對應於圖4的第二接地端(位置G2)及第三接地端(位置G3)設置的兩通孔136a，而使第二接地端(位置G2)及第三接地端(位置G3)可通過緊固件(未示出)與金屬殼體110(圖1)搭接。電子裝置100還可包括導電泡棉(未示出)，第一接地端(位置G1)可通過導電泡棉與金屬殼體110搭接。
如圖8及圖9所示，支架130b更包括對應於天線模組120c的饋入端(位置A1)的通孔136b，同軸傳輸線L2(圖9)固設於支架130b的第二面134上，且透過通孔136b與第一面132上的饋入端(圖8的位置A1)電性連接。
此外，請同時參閱圖4及圖8，本實施例的天線模組120c與上述實施例的天線模組120a相似，兩者的差異在於：當支架130b設置於窗口115a時(圖2)，本實施例的天線模組120c的第二輻射體128c的一部分搭接於金屬殼體110的第二邊緣E2(圖2)，第二輻射體128c的另一部分與第二邊緣E2之間存在第二耦合間隙C2。天線模組120c包括U型凹口129c。本實施例的天線模組120c與上述實施例具有相似的效果，在此不再贅述。
圖10是根據本發明的另一實施例的支架及天線模組的示意圖。圖11是圖10的支架及天線模組於另一視角的示意圖。請同時參閱圖8、圖10及圖11，本實施例的天線模組120d與上述實施例相似，兩者的差異在於：本實施例的凹口129d大致呈L型。當支架130c設置於窗口115a時(圖2)，凹口129d位在第二輻射體128d及金屬殼體110的第三邊緣E3(圖2)之間。本實施例的天線模組120d與上述實施例具有相似的效果，在此不再贅述。使用者可根據其需求在金屬殼體110內設置天線模組120a、120b、120c、120d及支架130a、130b、130c。
綜上所述，本發明的電子裝置的天線模組藉由第一輻射體及第二輻射體與金屬殼體搭接的多個輻射路徑輻射出多個高頻頻段及低頻頻段，而使天線模組具備良好的寬頻特性。由於天線模組設置於金屬殼體的外表面的窗口內側而不被金屬殼體封閉於內部，藉此可避免天線模組受到金屬殼體的屏蔽而影響其天線特性。
天線模組適於作為Wi-Fi 6E寬頻天線且可激發出第一高頻頻帶、第二高頻頻帶、第三高頻頻帶、第四高頻頻帶以及低頻頻帶。第一高頻頻帶介於4950MHz至5150MHz之間，第二高頻頻帶介於5150MHz至6100MHz之間，第三高頻頻帶介於6100MHz至7100MHz之間，第四高頻頻帶介於7100MHz至7600MHz之間，低頻頻帶介於2400MHz至2500MHz之間。當電子裝置包括兩天線模組時，兩天線模組分別設置於獨立且隔離的兩天線腔內以避免兩天線模組相互干擾。根據測試結果，兩天線模組之間具有良好的隔離度，且在低頻頻帶及高頻頻帶內具備良好的電壓駐波比值及良好的天線效率。
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、B1、B2、B2、B3、B4、B5、B6、B7、G1、G2、G3:位置 C1:第一耦合間隙 C2:第二耦合間隙 C3:第三耦合間隙 C4:第四耦合間隙 C5:第五耦合間隙 D1:距離 D2:長邊 D3:短邊 E1:第一邊緣 E2:第二邊緣 E3:第三邊緣 E4:第四邊緣 E5:金屬底板 L1、L2:同軸傳輸線 X-Y-Z:直角座標 100:電子裝置 110:金屬殼體 112:蓋體 114:本體 115a、115b:窗口 116a、116b:天線腔 117:容納空間 120a、120b、120c、120d:天線模組 122:第一輻射體 124:第一段 126:第二段 126a:第一子區段 126b:第二子區段 126c:第三子區段 128、128c、128d:第二輻射體 129、129c、129d:凹口 130a、130b、130c:支架 132:第一面 134:第二面 136a、136b:通孔
圖1是根據本發明的一實施例的電子裝置的示意圖。 圖2是圖1的部分元件與金屬殼體分離的示意圖。 圖3是圖1的電子裝置沿I-I線的剖面圖。 圖4是圖1的天線模組的正視圖。 圖5是圖1的兩天線模組的頻率-電壓駐波比的關係圖。 圖6是圖1的兩天線模組之間的頻率-隔離度的關係圖。 圖7是圖1的兩天線模組的頻率-天線效率的關係圖。 圖8是根據本發明的另一實施例的支架及天線模組的示意圖。 圖9是圖8的支架及天線模組於另一視角的示意圖。 圖10是根據本發明的另一實施例的支架及天線模組的示意圖。 圖11是圖10的支架及天線模組於另一視角的示意圖。
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、B1、B2、B2、B3、B4、B5、B6、B7、G1、G2、G3:位置
C1:第一耦合間隙
C2:第二耦合間隙
C3:第三耦合間隙
C4:第四耦合間隙
C5:第五耦合間隙
E1:第一邊緣
E2:第二邊緣
E3:第三邊緣
E4:第四邊緣
X-Y-Z:直角座標
110:金屬殼體
114:本體
115a:窗口
120a:天線模組
122:第一輻射體
124:第一段
126:第二段
126a:第一子區段
126b:第二子區段
126c:第三子區段
128:第二輻射體
129:凹口

Claims (9)

  1. 一種電子裝置，包括：一金屬殼體，包括至少一窗口；以及至少一天線模組，設置於該至少一窗口的內側，其中該至少一天線模組包括：一第一輻射體，包括一饋入端、搭接於該金屬殼體的一第一接地端、一第二接地端、從該饋入端延伸至該第一接地端的一第一段及從該饋入端延伸至該第二接地端的一第二段；以及一第二輻射體，與該第一段之間存在一第一耦合間隙，至少部分的該第二輻射體與該金屬殼體之間存在一第二耦合間隙，且該第二輻射體包括搭接於該金屬殼體的一第三接地端，其中該金屬殼體包括凹陷於外表面的至少一天線腔，該至少一天線腔的開口形成該至少一窗口，該至少一天線模組設置於該至少一天線腔內。
  2. 如請求項1所述的電子裝置，其中該第二段包括依序相連的一第一子區段、一第二子區段及一第三子區段，該第一子區段連接至該饋入端，該第二子區段連接至該第二接地端，該第三子區段從該第二子區段延伸且平行該第一子區段，該第一子區段與該第三子區段之間存在一第三耦合間隙，該第三子區段與該金屬殼體之間存在一第四耦合間隙。
  3. 如請求項2所述的電子裝置，其中該金屬殼體包括圍繞出該窗口且依序相連的一第一邊緣、一第二邊緣、一第三邊緣 及一第四邊緣，該第一接地端搭接至該第一邊緣，該第二接地端與該第三接地端搭接至該第三邊緣，該第二輻射體與該第二邊緣之間存在該第二耦合間隙。
  4. 如請求項3所述的電子裝置，其中該第二子區段搭接至該第四邊緣。
  5. 如請求項2所述的電子裝置，其中該第二段、該第三耦合間隙與該第四耦合間隙激發出一第一高頻頻帶，該第一子區段與該第二子區段激發出一第二高頻頻帶，該第一段激發出一第三高頻頻帶，該第一段、該第二輻射體、該第二耦合間隙激發出一第四高頻頻帶。
  6. 如請求項1所述的電子裝置，其中該第二輻射體在靠近該第三接地端處包括朝向該第二段的一凹口，而形成一第五耦合間隙。
  7. 如請求項6所述的電子裝置，其中該第一輻射體、該第一耦合間隙、該第二輻射體、該第五耦合間隙激發出一低頻頻帶。
  8. 如請求項1所述的電子裝置，其中該至少一天線模組包括多個天線模組，該至少一天線腔包括多個天線腔，該些天線腔彼此不連通，該些天線模組分別設置於該些天線腔內。
  9. 如請求項8所述的電子裝置，其中該些天線模組中相鄰的兩者之間的距離介於5公厘至25公厘之間。
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