TWI835263B

TWI835263B - 超寬頻天線裝置

Info

Publication number: TWI835263B
Application number: TW111132378A
Authority: TW
Inventors: 吳昱慶; 許健明
Original assignee: 華碩電腦股份有限公司
Priority date: 2022-08-26
Filing date: 2022-08-26
Publication date: 2024-03-11
Also published as: TW202410548A; US20240072432A1

Abstract

本案提供一種超寬頻天線裝置，其係設置在一電子裝置之一殼體上，此超寬頻天線裝置包含複數射頻端、一第一天線模組、一第二天線模組以及一開關模組。射頻端、第一天線模組及開關模組係位於殼體內。第一天線模組位於殼體之一金屬邊框上，第一天線模組包含一第一天線。第二天線模組包含一第二天線、一第三天線及一第四天線。開關模組連接在該些射頻端以及第一天線模組與第二天線模組之間，開關模組導通該些射頻端的其中之一與第一天線用於測距時，開關模組選擇性導通第二天線、第三天線及第四天線的至少其中之一。

Description

超寬頻天線裝置

本案係有關一種可選擇切換輻射場型之超寬頻（Ultra-Wideband，UWB）天線裝置。

電子設備在發射或接收射頻訊號時都需要使用到天線，天線不僅可以用於傳輸射頻信號，還可以用於實現定位功能。在相關技術中，電子設備可以採用超寬頻（UWB）定位技術來實現室內定位，對於超寬頻天線來說，由於超寬頻天線的傳輸距離通常在10公尺以內，使用1 GHz以上頻寬，且超寬頻是無載波通訊技術，利用奈秒（ns）至皮秒（ps）級的非正弦波窄脈波傳輸資料，這些脈波所佔用的頻寬範圍很寬。

但是，隨著通訊技術的發展，電子設備需要支援的射頻訊號類型愈來愈多，例如4G、5G、WiFi等射頻訊號，使得在電子設備內部需要設置較多的天線，導致電子設備內部的空間愈來愈小，根本不足以設置超寬頻天線來實現定位。因此，在體積較小的電子設備上，對超寬頻天線尺寸進行壓縮時，對超寬頻天線的傳輸性能造成了較大影響，不利天線收發訊號。

本案提供一種超寬頻天線裝置，其係設置在一電子裝置之一殼體上，此超寬頻天線裝置包含複數射頻端、一第一天線模組、一第二天線模組以及一開關模組。射頻端係位於殼體內。第一天線模組位於殼體之一金屬邊框上，第一天線模組包含一第一天線。第二天線模組位於殼體內，第二天線模組包含一第二天線、一第三天線及一第四天線。開關模組位於殼體內，且連接在該些射頻端以及第一天線模組與第二天線模組之間，開關模組導通該些射頻端的其中之一與第一天線用於測距時，開關模組選擇性導通第二天線、第三天線及第四天線的至少其中之一。

本案另外提供一種超寬頻天線裝置，其係設置在一電子裝置之一殼體上，此超寬頻天線裝置包含複數射頻端、一第一天線模組、一第二天線模組以及一開關模組。射頻端係位於殼體內。第一天線模組位於殼體之一金屬邊框上，第一天線模組包含一第一天線及一第二天線。第二天線模組位於殼體內，第二天線模組包含一第三天線及一第四天線。開關模組位於殼體內，且連接在該些射頻端以及第一天線模組與第二天線模組之間，開關模組導通該些射頻端的其中之一與第一天線及第二天線的其中之一用於測距時，開關模組選擇性導通剩下之第二天線或第一天線、第三天線及第四天線的至少其中之一。

綜上所述，本案係為一種超寬頻天線裝置，其係在不增加天線尺寸與空間的情況下，利用開關模組來選擇切換測距天線或定位天線，以增加測距或定位時的場型覆蓋率。因此，本案之超寬頻天線裝置可以在有限的空間下，具有良好的場型覆蓋率及指向性，以有效的提升天線效能，並維持良好的無線通訊品質。

以下將配合相關圖式來說明本案的實施例。此外，實施例中的圖式有省略部份元件或結構，以清楚顯示本案的技術特點。在這些圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或電路，必須瞭解的是，儘管術語“第一”、“第二”等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域或功能，但是這些元件、部件、區域及/或功能不應受這些術語的限制，這些術語僅用於將一個元件、部件、區域或功能與另一個元件、部件、區域或功能區隔開來。

請同時參閱圖1及圖2所示，一超寬頻天線裝置10係設置在一電子裝置40之一殼體42上，且殼體42內係設有一印刷電路板（PCB）44，其上安裝有電子裝置40的零組件。此超寬頻天線裝置10包含複數射頻端12、一第一天線模組14、一第二天線模組16以及一開關模組18。在超寬頻天線裝置10中，複數射頻端12係位於殼體42內，第一天線模組14係位於殼體42之一金屬邊框421上，第一天線模組14包含一第一天線20，在本實施例中，位於殼體42右側之金屬邊框421係直接作為此第一天線20。第二天線模組16係位於殼體42內，第二天線模組16包含一第二天線22、一第三天線24及一第四天線26，在本實施例中，第二天線22、第三天線24及第四天線26係設置在一載板46上，且排列成一L形分布，載板46則設置在印刷電路板44上。開關模組18亦位於殼體42內，且連接在該些射頻端12以及第一天線模組14與第二天線模組16之間，使開關模組18選擇性導通射頻端12以及第一天線模組14與第二天線模組16之間的傳輸。其中，當開關模組18導通射頻端12的其中之一與第一天線20用於測距時，開關模組18選擇性導通第二天線22、第三天線24及第四天線26的至少其中之一來進行定位。

在一實施例中，射頻端12之數量係與第一天線模組14與第二天線模組16之天線數量總和相同，所以射頻端12之數量係為四個，分別是第一射頻端121、第二射頻端122、第三射頻端123及第四射頻端124，以透過開關模組18分別導通第一射頻端121、第二射頻端122、第三射頻端123與第四射頻端124以及第一天線20、第二天線22、第三天線24與第四天線26之間的射頻訊號傳輸。

如圖1及圖2所示，當開關模組18導通第一天線20用於測距時，開關模組18選擇性導通第二天線22、第三天線24及第四天線26的其中之一、選擇性導通第二天線22、第三天線24及第四天線26的其中之二，或是同時導通第二天線22、第三天線24及第四天線26，以藉由開關模組18的切換搭配，達成提升場型覆蓋率之目的。在一實施例中，本案係以同時導通第二天線22、第三天線24及第四天線26為例，第一射頻端121透過開關模組18的導通電性連接至對應之第一天線20，以利用第一天線20作為測距天線，此時，第二射頻端122透過開關模組18的導通電性連接至對應之第二天線22，第三射頻端123透過開關模組18的導通電性連接至對應之第三天線24，第四射頻端124透過開關模組18的導通電性連接至對應之第四天線26，以利用第二天線22、第三天線24及第四天線26作為定位天線。在另一實施例中，第四射頻端124亦可透過開關模組18的導通電性連接至對應之第一天線20，以利用第一天線20作為測距天線，此時，第一射頻端121透過開關模組18的導通電性連接至對應之第二天線22，第二射頻端122透過開關模組18的導通電性連接至對應之第三天線24，第三射頻端123透過開關模組18的導通電性連接至對應之第四天線26，以利用第二天線22、第三天線24及第四天線26作為定位天線。但本案不以前述實施例為限，射頻端12（第一射頻端121、第二射頻端122、第三射頻端123與第四射頻端124）以及第一天線20、第二天線22、第三天線24與第四天線26之間可以透過開關模組18的作用而可隨機（依需求）調整一對一的相對連接關係。

在一實施例中，如圖1所示，開關模組18係使用四刀四擲（4P4T）開關30，因此，透過四刀四擲開關30的切換，第一射頻端121、第二射頻端122、第三射頻端123或第四射頻端124可以任意導通而電性連接至第一天線20、第二天線22、第三天線24或第四天線26，但本案不以此為限，本案亦可以使用其他xPxT開關或是xPxT開關的任意組合。

在一實施例中，電子裝置40係為一行動電話、一個人數位助理、平板電腦、筆記型電腦等，但本案不以此為限，任何具有行動通訊功能之攜帶型電子裝置皆涵蓋在本案之中。

請同時參閱圖3及圖4所示，一超寬頻天線裝置10係設置在一電子裝置40之一殼體42上，且殼體42內係設有一印刷電路板44。超寬頻天線裝置10包含有複數射頻端12、一第一天線模組14、一第二天線模組16以及一開關模組18。在超寬頻天線裝置10中，複數射頻端12係位於殼體42內，射頻端12之數量係與第一天線模組14與第二天線模組16之天線數量總和相同，所以本實施例之射頻端12的數量係為四個，分別是第一射頻端121、第二射頻端122、第三射頻端123以及第四射頻端124。第一天線模組14係位於殼體42之一金屬邊框421、422上，第一天線模組14包含一第一天線20及一第二天線22，且金屬邊框421、422更可透過至少一斷點斷開而分別作為第一天線20及第二天線22，在本實施例中，位於殼體42右側之金屬邊框421係直接作為第一天線20，位於殼體42左側之金屬邊框422係作為第二天線22。第二天線模組16係位於殼體42內，第二天線模組16包含一第三天線24及一第四天線26，在本實施例中，第三天線24及第四天線26係設置在一載板46上，且載板46係設置在印刷電路板44上。開關模組18係位於殼體42內，且連接在該些射頻端12以及第一天線模組14與第二天線模組16之間，使開關模組18選擇性導通射頻端12以及第一天線模組14與第二天線模組16之間的傳輸。其中，當開關模組18導通射頻端12的其中之一與第一天線20及第二天線22的其中之一用於測距時，開關模組18選擇性導通剩下之第二天線22或第一天線20、第三天線24及第四天線26的至少其中之一。

如圖3及圖4所示，當開關模組18導通第一天線20用於測距時，開關模組18選擇性導通第二天線22、第三天線24及第四天線26的其中之一、選擇性導通第二天線22、第三天線24及第四天線26的其中之二或是同時導通第二天線22、第三天線24及第四天線26，以作為定位天線。同理，當開關模組18導通第二天線22用於測距時，開關模組18選擇性導通第一天線20、第三天線24及第四天線26的其中之一、選擇性導通第一天線20、第三天線24及第四天線26的其中之二或是同時導通第一天線20、第三天線24及第四天線26，以作為定位天線。因此，本案可藉由開關模組18的切換搭配，達成提升場型覆蓋率之目的。

請同時參閱圖5及圖6所示，一超寬頻天線裝置10係設置在一電子裝置40之一殼體42上，且殼體42內係設有一印刷電路板44。超寬頻天線裝置10包含有複數射頻端12、一第一天線模組14、一第二天線模組16以及一開關模組18。在超寬頻天線裝置10中，複數射頻端12係位於殼體42內。第一天線模組14係位於殼體42之一金屬邊框421、422上，第一天線模組14包含一第一天線20及一第二天線22，且金屬邊框421、422更可透過至少一斷點斷開而分別作為第一天線20及第二天線22，在本實施例中，位於殼體42右側之金屬邊框421係直接作為第一天線20，位於殼體42右上角之金屬邊框422係作為第二天線22。第二天線模組16係位於殼體42內，第二天線模組16包含一第三天線24、一第四天線26及一第五天線28，在本實施例中，第三天線24、第四天線26及第五天線28係設置在一載板46上，且排列成一L形分布，載板46則設置在印刷電路板44上。開關模組18係位於殼體42內，且連接在該些射頻端12以及第一天線模組14與第二天線模組16之間，使開關模組18選擇性導通射頻端12以及第一天線模組14與第二天線模組16之間的傳輸。其中，當開關模組18導通射頻端12的其中之一與第一天線20及第二天線22的其中之一用於測距時，開關模組18選擇性導通剩下之第二天線22或第一天線20、第三天線24、第四天線26及第五天線28的至少其中之一來進行定位。

在一實施例中，射頻端12之數量係與第一天線模組14與第二天線模組16之天線數量總和相同，所以射頻端12之數量係為五個，分別是第一射頻端121、第二射頻端122、第三射頻端123、第四射頻端124及第五射頻端125，以透過開關模組18分別導通第一射頻端121、第二射頻端122、第三射頻端123、第四射頻端124與第五射頻端125以及第一天線20、第二天線22、第三天線24、第四天線26與第五天線28之間的射頻訊號傳輸。

如圖5及圖6所示，在超寬頻天線裝置10中，當開關模組18導通第一天線20用於測距時，第二天線22也可以選擇導通或不導通，若選擇導通則是用來輔助第一天線20，使天線的指向性變好，此時，開關模組18選擇性導通第三天線24、第四天線26及第五天線28的其中之一、選擇性導通第三天線24、第四天線26及第五天線28的其中之二或是同時導通第三天線24、第四天線26及第五天線28，以作為定位天線。同理，當開關模組18選擇導通第二天線22用於測距時，第一天線20也可以選擇導通或不導通，若選擇導通則是用來輔助第二天線22，使天線指向性變好，此時，開關模組18選擇性導通第三天線24、第四天線26及第五天線28的其中之一、選擇性導通第三天線24、第四天線26及第五天線28的其中之二或是同時導通第三天線24、第四天線26及第五天線28，以作為定位天線。基此，本案可藉由開關模組18的切換搭配，達成提升場型覆蓋率之目的。

在一實施例中，如圖5所示，開關模組18係使用一組二刀二擲（2P2T）開關32搭配一組三刀三擲（3P3T）開關34，因此，透過二刀二擲開關32及三刀三擲開關34的搭配切換，第一射頻端121、第二射頻端122、第三射頻端123、第四射頻端124或第五射頻端125可以任意導通而電性連接至第一天線20、第二天線22、第三天線24、第四天線26或第五天線28，但本案不以此為限，本案亦可以使用其他xPxT開關或是xPxT開關的任意組合。

如圖1、圖3及圖5所示，開關模組18係藉由軟體的演算法來控制開關切換。本案係利用一數據機產生一控制訊號給開關模組18，以利用控制訊號來控制開關模組18之作動（ON或OFF）。

本案係以圖1及圖2所示之超寬頻天線裝置10來分別進行天線輻射場型的模擬。

超寬頻天線裝置10工作在6.325 GHz操作頻帶，且只有第一天線20導通時，超寬頻天線裝置10之天線輻射場型如圖7所示，由圖式所顯示的曲線可知，主波瓣強度（main lobe magnitude）為3.89 dBi，主波瓣方向（main lobe direction）為126度，角寬度（angular width）（3 dB）為72.9度，旁波瓣位準（side lobe level）為-5.5 dB。超寬頻天線裝置10工作在7.78 GHz操作頻帶，且只有第一天線20導通時，超寬頻天線裝置10之天線輻射場型如圖8所示，由圖式所顯示的曲線可知，主波瓣強度為1.87 dBi，主波瓣方向為151度，角寬度（3 dB）為49度，旁波瓣位準為-4.0 dB。

超寬頻天線裝置10工作在6.325 GHz操作頻帶，且第一天線20及第二天線22導通時，超寬頻天線裝置10之天線輻射場型如圖9所示，由圖式所顯示的曲線可知，主波瓣強度為2.12 dBi，主波瓣方向為120度，角寬度（3 dB）為103.7度，旁波瓣位準為-2.5 dB。超寬頻天線裝置10工作在7.78 GHz操作頻帶，且第一天線20及第二天線22導通時，超寬頻天線裝置10之天線輻射場型如圖10所示，由圖式所顯示的曲線可知，主波瓣強度為2.27 dBi，主波瓣方向為154度，角寬度（3 dB）為64.3度，旁波瓣位準為-2.5 dB。

超寬頻天線裝置10工作在6.325 GHz操作頻帶，且第一天線20及第三天線24導通時，超寬頻天線裝置10之天線輻射場型如圖11所示，由圖式所顯示的曲線可知，主波瓣強度為3.54 dBi，主波瓣方向為124度，角寬度（3 dB）為73.9度，旁波瓣位準為-5.2 dB。超寬頻天線裝置10工作在7.78 GHz操作頻帶，且第一天線20及第三天線24導通時，超寬頻天線裝置10之天線輻射場型如圖12所示，由圖式所顯示的曲線可知，主波瓣強度為1.15 dBi，主波瓣方向為157度，角寬度（3 dB）為57.5度，旁波瓣位準為-4.0 dB。

超寬頻天線裝置10工作在6.325 GHz操作頻帶，且第一天線20、第二天線22及第三天線24導通時，超寬頻天線裝置10之天線輻射場型如圖13所示，由圖式所顯示的曲線可知，主波瓣強度為2.54 dBi，主波瓣方向為94度，角寬度（3 dB）為76.7度，旁波瓣位準為-3.8 dB。超寬頻天線裝置10工作在7.78 GHz操作頻帶，且第一天線20、第二天線22及第三天線24導通時，超寬頻天線裝置10之天線輻射場型如圖14所示，由圖式所顯示的曲線可知，主波瓣強度為3.06 dBi，主波瓣方向為171度，角寬度（3 dB）為65.9度，旁波瓣位準為-3.3 dB。

因此，本案可在前述之超寬頻天線裝置10的開關模組18的配合下，增加測距或定位時的場型覆蓋率。

以上所述的實施例僅係為說明本案的技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案的內容並據以實施，當不能以之限定本案的專利範圍，即大凡依本案所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案的申請專利範圍內。

10:超寬頻天線裝置 12:射頻端 121:第一射頻端 122:第二射頻端 123:第三射頻端 124:第四射頻端 125:第五射頻端 14:第一天線模組 16:第二天線模組 18:開關模組 20:第一天線 22:第二天線 24:第三天線 26:第四天線 28:第五天線 30:四刀四擲開關 32:二刀二擲開關 34:三刀三擲開關 40:電子裝置 42:殼體 421:金屬邊框 422:金屬邊框 44:印刷電路板 46:載板

圖1為根據本案一實施例之超寬頻天線裝置的方塊示意圖。圖2為根據本案一實施例之超寬頻天線裝置的天線配置的結構示意圖。圖3為根據本案另一實施例之超寬頻天線裝置的方塊示意圖。圖4為根據本案另一實施例之超寬頻天線裝置的天線配置的結構示意圖。圖5為根據本案再一實施例之超寬頻天線裝置的方塊示意圖。圖6為根據本案再一實施例之超寬頻天線裝置的天線配置的結構示意圖。圖7為根據本案之超寬頻天線裝置工作在6.325 GHz的頻帶，且第一天線導通時的天線輻射場型分布圖。圖8為根據本案之超寬頻天線裝置工作在7.78 GHz的頻帶，且第一天線導通時的天線輻射場型分布圖。圖9為根據本案之超寬頻天線裝置工作在6.325 GHz的頻帶，且第一天線及第二天線導通時的天線輻射場型分布圖。圖10為根據本案之超寬頻天線裝置工作在7.78 GHz的頻帶，且第一天線及第二天線導通時的天線輻射場型分布圖。圖11為根據本案之超寬頻天線裝置工作在6.325 GHz的頻帶，且第一天線及第三天線導通時的天線輻射場型分布圖。圖12為根據本案之超寬頻天線裝置工作在7.78 GHz的頻帶，且第一天線及第三天線導通時的天線輻射場型分布圖。圖13為根據本案之超寬頻天線裝置工作在6.325 GHz的頻帶，且第一天線、第二天線及第三天線導通時的天線輻射場型分布圖。圖14為根據本案之超寬頻天線裝置工作在7.78 GHz的頻帶，且第一天線、第二天線及第三天線導通時的天線輻射場型分布圖。

10:超寬頻天線裝置 12:射頻端 121:第一射頻端 122:第二射頻端 123:第三射頻端 124:第四射頻端 14:第一天線模組 16:第二天線模組 18:開關模組 20:第一天線 22:第二天線 24:第三天線 26:第四天線 30:四刀四擲開關

Claims

一種超寬頻天線裝置，其係設置在一電子裝置之一殼體上，該超寬頻天線裝置包含：複數射頻端，位於該殼體內；一第一天線模組，位於該殼體之一金屬邊框上，該第一天線模組包含一第一天線；一第二天線模組，位於該殼體內，該第二天線模組包含一第二天線、一第三天線及一第四天線；以及一開關模組，位於該殼體內，且連接在該些射頻端以及該第一天線模組與該第二天線模組之間，該開關模組導通該些射頻端的其中之一與該第一天線用於測距時，該開關模組選擇性導通該第二天線、該第三天線及該第四天線的至少其中之一。
如請求項1所述之超寬頻天線裝置，其中該些射頻端之數量係為四個，以透過該開關模組分別導通該些射頻端及該第一天線、該第二天線、該第三天線與該第四天線。
如請求項1所述之超寬頻天線裝置，更包括一載板，使該第二天線模組位於該載板上；該電子裝置更包含一印刷電路板，位於該殼體內，該載板係設置在該印刷電路板上。
如請求項1所述之超寬頻天線裝置，其中該金屬邊框係作為該第一天線。
如請求項1所述之超寬頻天線裝置，其中該開關模組導通該第一天線用於測距時，該開關模組選擇性導通該第二天線、該第三天線及該第四天線的其中之一、選擇性導通該第二天線、該第三天線及該第四天線的其中之二或是同時導通該第二天線、該第三天線及該第四天線。
如請求項1所述之超寬頻天線裝置，其中該第二天線、該第三天線及該第四天線係排列成一L形分布。
一種超寬頻天線裝置，其係設置在一電子裝置之一殼體上，該超寬頻天線裝置包含：複數射頻端，位於該殼體內；一第一天線模組，位於該殼體之一金屬邊框上，該第一天線模組包含一第一天線及一第二天線；一第二天線模組，位於該殼體內，該第二天線模組包含一第三天線及一第四天線；以及一開關模組，位於該殼體內，且連接在該些射頻端以及該第一天線模組與該第二天線模組之間，該開關模組導通該些射頻端的其中之一與該第一天線及該第二天線的其中之一用於測距時，該開關模組選擇性導通剩下之該第二天線或該第一天線、該第三天線及該第四天線的至少其中之一。
如請求項7所述之超寬頻天線裝置，其中該些射頻端之數量係為四個，以透過該開關模組分別導通該些射頻端及該第一天線、該第二天線、該第三天線與該第四天線。
如請求項7所述之超寬頻天線裝置，其中該金屬邊框更可透過至少一斷點斷開而分別作為該第一天線及該第二天線。
如請求項7所述之超寬頻天線裝置，其中該開關模組導通該第一天線用於測距時，該開關模組選擇性導通該第二天線、該第三天線及該第四天線的其中之一、選擇性導通該第二天線、該第三天線及該第四天線的其中之二或是同時導通該第二天線、該第三天線及該第四天線。
如請求項7所述之超寬頻天線裝置，其中該開關模組導通該第二天線用於測距時，該開關模組選擇性導通該第一天線、該第三天線及該第四天線的其中之一、選擇性導通該第一天線、該第三天線及該第四天線的其中之二或是同時導通該第一天線、該第三天線及該第四天線。
如請求項9所述之超寬頻天線裝置，其中該第二天線模組更包含一第五天線，當該開關模組導通該些射頻端的其中之一與該第一天線及該第二天線的其中之一用於測距時，該開關模組選擇性導通剩下之該第二天線或該第一天線、該第三天線、該第四天線及該第五天線的至少其中之一。
如請求項12所述之超寬頻天線裝置，其中該些射頻端之數量係為五個，以透過該開關模組分別導通該些射頻端及該第一天線、該第二天線、該第三天線、該第四天線與該第五天線。
如請求項12所述之超寬頻天線裝置，其中該開關模組導通該第一天線用於測距時，該開關模組選擇性導通該第二天線作為輔助，且該開關模組選擇性導通該第三天線、該第四天線及該第五天線的其中之一、選擇性導通該第三天線、該第四天線及該第五天線的其中之二或是同時導通該第三天線、該第四天線及該第五天線。
如請求項12所述之超寬頻天線裝置，其中該開關模組導通該第二天線用於測距時，該開關模組選擇性導通該第一天線作為輔助，且該開關模組選擇性導通該第三天線、該第四天線及該第五天線的其中之一、選擇性導通該第三天線、該第四天線及該第五天線的其中之二或是同時導通該第三天線、該第四天線及該第五天線。
如請求項12所述之超寬頻天線裝置，其中該第三天線、該第四天線及該第五天線係排列成一L形分布。
如請求項7或12所述之超寬頻天線裝置，更包括一載板，使該第二天線模組位於該載板上；該電子裝置更包含一印刷電路板，位於該殼體內，該載板係設置在該印刷電路板上。