TWM541191U - 無線通訊電子裝置 - Google Patents

Description

無線通訊電子裝置

本創作係指一種無線通訊電子裝置，尤指一種可降低雜訊輻射能量，以增加通訊範圍的無線通訊電子裝置。

現今無線網路通訊產品越來越多元化，為了達到輕、薄、短、小的外觀，產品尺寸往往會受到諸多限制。單極（monopole）天線、平面倒F天線（Planar Inverted-F Antenna，PIFA）或偶極（dipole）天線常作為網路通訊產品的內建天線。然而，天線效能深受與其周圍環境所影響，例如產品所能提供的空間大小、電路板及機構件等鄰近金屬元件之配置會影響天線之輻射場型，進而限縮天線的操作頻寬，並降低輻射效率，如此不利於實際訊號收發，也會縮小通訊範圍。

舉例來說，當電子產品在系統全載（Full Load）時，例如其內建中央處理器、隨機存取記憶體、電源模組、影像／語音感測模組、無線通訊模組等皆處於運作狀態下，所產生的系統雜訊（Platform Noise）被天線本體接收，導致天線接收感度（Degradation of Sensitivity，DeSense）惡化，例如天線訊雜比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）下降，進而影響無線傳輸及通訊範圍。

系統雜訊的傳播路徑可大致分為直接輻射（Emission）及間接輻射，其中雜訊可由電路板表面直接輻射而被天線所接收，或是於電子產品的殼體內部透過金屬機構件反射而被天線所接收。尤其是當電子產品外型小且殼體呈現圓柱狀時，雜訊的傳播路徑短且衰減程度低，再加上圓柱狀結構易使雜訊於殼體內部連續反射，如此對無線通訊干擾影響較為嚴重。

因此，如何降低系統雜訊對天線的影響以增加通訊範圍，乃是本領域之一大技術挑戰。

因此，本創作的主要目的即在於提供一種無線通訊電子裝置，其可降低主機板表面的電磁輻射量，以降低雜訊輻射量，從而增加通訊範圍。

本創作揭露一種無線通訊電子裝置，包含一天線、一主機板、一第一射頻吸收貼片以及一第二射頻吸收貼片。該天線用來收發一射頻訊號，其中該射頻訊號對應於一共振頻帶。該主機板包含一第一表面，設置有一中央處理晶片、一第一記憶體晶片以及一第一電源電路，該中央處理晶片及該第一記憶體晶片的時脈訊號及其諧波的頻率與該共振頻帶重疊；以及一第二表面，設置有一第二記憶體晶片、一第二電源電路以及一無線通訊晶片，該無線通訊晶片連接於該中央處理晶片及該天線，用來處理該射頻訊號。該第一射頻吸收貼片黏貼於該第一表面，覆蓋該中央處理晶片、該第一記憶體晶片以及該第一電源電路，用來吸收屏蔽該中央處理晶片、該第一記憶體晶片以及該第一電源電路輻射的時脈訊號及其諧波的輻射能量。該第二射頻吸收貼片黏貼於該第二表面，覆蓋該第二記憶體晶片以及第二電源電路，用來吸收屏蔽該第二記憶體晶片以及第二電源電路輻射的時脈訊號及其諧波的輻射能量。

為改善天線的接收感受度，本創作在主機板的上表面及下表面的雜訊輻射來源（例如中央處理晶片、記憶體晶片以及電源電路所在區域）分別設置射頻吸收貼片，用來降低主機板表面的電磁輻射能量，如此可有效降低雜訊輻射能量，以增加通訊範圍。

第1圖及第2圖分別為本創作實施例一無線通訊裝置1的第一視角（表面）圖及第二視角（背面）圖。無線通訊裝置1可為無線配接器（Wireless Dongle）、藍牙通訊裝置、智慧型手機、平板電腦、網路攝影機（Internet Protocol Camera，IP camera）、以及個人電腦等。

無線通訊裝置1包含一主機板10、射頻吸收貼片（absorber）11及12以及一天線13。主機板11可為一多層印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB），包含表面S1及S2以及複數個內層表面。如第1圖所示，表面S1上設置有一中央處理晶片14、一記憶體晶片15以及一電源電路16。如第2圖所示，表面S2上設置有一記憶體晶片17、一電源電路18以及一無線通訊晶片19。無線通訊晶片19連接於天線13及中央處理晶片14，用來根據中央處理晶片14的資料處理結果，產生一射頻訊號RF_sig至天線13，以及處理天線13接收之射頻訊號，以實現無線通訊。

記憶體晶片15及18可為雙倍資料率同步動態隨機存取記憶體（Double-Data-Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，簡稱為DDR SDRAM）晶片，用來輔助中央處理晶片14進行資料運算處理。中央處理晶片14可透過雙倍資料率匯流排（簡稱DDR匯流排）連接至記憶體晶片15及17，以對記憶體晶片15及17進行存取及寫入操作，其中雙倍資料率匯流排可形成於多層印刷電路板中的至少一層。

在實作上，雙倍資料率匯流排可形成於主機板10的表面S1或S2，例如微帶線（microstrip）；或者，雙倍資料率匯流排可形成於主機板10的內層板面，例如帶狀線（stripline）。舉例來說，中央處理晶片14及記憶體晶片15設置於同一表面S1，故雙倍資料率匯流排可以微帶線形式而形成於主機板10的表面S1。此外，中央處理晶片14及記憶體晶片17分別設置於不同表面S1及S2，故雙倍資料率匯流排可以帶狀線或微帶線加上連接孔（Via，例如貫孔或盲埋孔）形式而形成於主機板10的表面S1及S2及內層板。

由於微帶線是成形於表面S1或S2，因此訊號走線（trace）可從一端直接連接到另一端，從而減少了訊號走線因經過連接孔而遭遇的阻抗變異，在連續阻抗的走線布局下可降低訊號反射。然而，微帶線的缺點是訊號品質易受外界干擾雜訊，且高頻訊號本身產生的電磁輻射易輻射外洩而干擾其他電子元件，故電磁干擾（ElectroMmagneticInterference，EMI）較嚴重及電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）較差。另一方面，由於帶狀線是成形於內層板，因此訊號走線被包夾在介質中，訊號損耗較小且不易受外界訊號的影響，故電磁干擾較弱及電磁兼容性較佳。然而，帶狀線的缺點是訊號走線須經過連接孔而遭遇阻抗變異，在不連續阻抗的走線下將導致訊號反射增加。

若高頻訊號的時脈頻率或其倍頻或諧波（Harmonic）與天線13的共振頻帶重疊，將導致天線13遭受高頻訊號的干擾。舉例來說，若雙倍資料率匯流排的時脈頻率為800MHz，其諧波頻率為800MHz的整數倍頻，且天線13的共振頻帶為2.4~2.5GHz，則時脈頻率的三倍頻或第二諧波將與天線13的共振頻帶重疊，導致天線13遭受雜訊干擾。

此外，電源電路16及18連接於中央處理晶片14及記憶體晶片15及17，用來提供上述元件所需的電源供應。在實作上，主機板10的表面S1及S2可鋪設電源平面（power plane），讓電源電路16及18透過電源平面連接至中央處理晶片14及記憶體晶片15及17。或者，主機板10內層面可鋪設電源平面，再透過連接孔來連接電源平面及相關元件。

根據傳輸線理論可知，若高頻訊號的傳輸路徑上，其特徵阻抗發生變化，高頻訊號將在阻抗不連續的結點產生反射，其中影響特徵阻抗的因素有：介質特性（例如介電常數及厚度）、走線及訊號參考面特性（例如線寬、面積、導電層厚度）等。除了高頻訊號自身的電磁輻射，高頻訊號在訊號參考面感應的鏡像電流或返回電流（Return Current）也會產生電磁輻射現象，若鏡像電流或返回電流遭遇不連續路徑的情況也會導致雜訊產生。具體而言，在DDR匯流排的訊號參考面由多個不連續平面所組成的情況下，鏡像電流或返回電流可透過多個不連續平面傳播至傳輸路徑之外的區域，導致該區域被雜訊干擾。舉例來說，若DDR匯流排的訊號參考面由多個平面（接地面及電源電路16及18的相關電源平面）所組成，使得DDR匯流排的鏡像電流或返回電流可透過多個不連續平面傳播至傳輸路徑之外的區域，間接導致天線13遭受雜訊干擾。

因此，為改善天線13的接收感受度，本創作在主機板10的表面S1及S2分別設置射頻吸收貼片11及12，用來降低主機板10表面的電磁輻射量，如此可有效降低雜訊輻射量。

第3圖為本創作實施例第1圖的射頻吸收貼片11的成品圖。射頻吸收貼片11包含一聚酯薄膜（Mylar）金屬層110、一吸收材料層111以及一離形紙112。於一實施例中，聚酯薄膜金屬層110包含一聚酯薄膜及一金屬薄片（例如鋁箔、銅箔等），其中聚酯薄膜用於絕緣並避免元件短路，而金屬薄片用於電磁屏蔽及散熱。於一實施例中，可選用特定頻率響應的吸收材料層111，以對應天線13的操作頻率範圍，例如選用在頻率6GHz以下有較大值的相對導磁率（relative permeability）材料，例如相對導磁率大於10，可有效抑制在頻率6GHz以下的雜訊，以改善天線13的接收感受度。聚酯薄膜金屬層110與吸收材料層111之間塗有黏膠（以 點圖案表示），用以貼合二者。吸收材料層111與離形紙112之間塗有黏膠（以點圖案表示），於電路組裝時，操作員可將離形紙112從射頻吸收貼片11上撕除，以將射頻吸收貼片11貼覆於主機板10。換言之，於組裝完成後，由於吸收材料層111與主機板10之間塗有黏膠，故可貼合吸收材料層111及主機板10。於一實施例中，主機板10的尺寸可為101毫米*56毫米*1.6毫米；射頻吸收貼片11（即吸收材料層111）的平面尺寸可為50毫米*50毫米；聚酯薄膜金屬層110的平面尺寸可為48毫米*48毫米；且射頻吸收貼片11的厚度可為0.365毫米。於一實施例中，射頻吸收貼片11及12分別包含至少一開孔，用於配合主機板10的結構設計以及組裝對位，其中開孔的孔徑可為5.8毫米。

綜上所述，為改善天線的接收感受度，本創作在主機板的上表面及下表面的雜訊輻射來源（例如中央處理晶片、記憶體晶片以及電源電路所在區域）分別設置射頻吸收貼片，用來降低主機板表面的電磁輻射能量，如此可有效降低雜訊輻射能量，以增加通訊範圍。

1‧‧‧電子裝置
10‧‧‧主機板
11、12‧‧‧射頻吸收貼片
13‧‧‧天線
14‧‧‧中央處理晶片
15、17‧‧‧記憶體晶片
16、18‧‧‧電源電路
19‧‧‧無線通訊晶片
S1、S2‧‧‧表面
RF_sig‧‧‧射頻訊號
110‧‧‧聚酯薄膜金屬層
111‧‧‧吸收材料層
112‧‧‧離形紙

第1圖為本創作實施例一無線通訊裝置1的第一視角（表面）圖。 第2圖為本創作實施例無線通訊裝置1的第二視角（背面）圖。 第3圖為本創作實施例第1圖的射頻吸收貼片的成品圖。

1‧‧‧電子裝置

10‧‧‧主機板

11‧‧‧射頻吸收貼片

13‧‧‧天線

14‧‧‧中央處理晶片

15‧‧‧記憶體晶片

16‧‧‧電源電路

19‧‧‧無線通訊晶片

S1‧‧‧表面

RF_sig‧‧‧射頻訊號

Claims (9)

1. 一種無線通訊電子裝置，包含： 一天線，用來收發一射頻訊號，其中該射頻訊號對應於一共振頻帶； 一主機板，包含： 一第一表面，設置有一中央處理晶片、一第一記憶體晶片以及一第一電源電路，該中央處理晶片及該第一記憶體晶片的時脈訊號或其諧波的頻率與該共振頻帶重疊；以及 一第二表面，設置有一第二記憶體晶片、一第二電源電路以及一無線通訊晶片，該無線通訊晶片連接於該中央處理晶片及該天線，用來處理該射頻訊號； 一第一射頻吸收貼片，黏貼於該第一表面，覆蓋該中央處理晶片、該第一記憶體晶片以及該第一電源電路，用來吸收屏蔽該中央處理晶片、該第一記憶體晶片以及該第一電源電路輻射的時脈訊號或其諧波的輻射能量；以及 一第二射頻吸收貼片，黏貼於該第二表面，覆蓋該第二記憶體晶片以及第二電源電路，用來吸收屏蔽該第二記憶體晶片以及第二電源電路輻射的時脈訊號或其諧波的輻射能量。
2. 如請求項1所述的無線通訊電子裝置，其中該主機板的尺寸為101毫米*56毫米*1.6毫米。
3. 如請求項1所述的無線通訊電子裝置，其中該第一射頻吸收貼片的尺寸為50毫米*50毫米*0.365毫米。
4. 如請求項1所述的無線通訊電子裝置，其中該第二射頻吸收貼片的尺寸為50毫米*50毫米*0.365毫米。
5. 如請求項1所述的無線通訊電子裝置，其中該時脈訊號的頻率為800MHz，該時脈訊號的諧波頻率為800MHz的整數倍頻，且該共振頻帶頻率為2.4~2.5GHz。
6. 如請求項1所述的無線通訊電子裝置，其中該第一射頻吸收貼片及該第二射頻吸收貼片分別包含： 一聚酯薄膜金屬層；以及 一吸收材料層，其在頻率6GHz以下的相對導磁率大於10。
7. 如請求項6所述的無線通訊電子裝置，其中該吸收材料層的平面尺寸為50毫米*50毫米，且該聚酯薄膜金屬層的平面尺寸為48毫米*48毫米。
8. 如請求項1所述的無線通訊電子裝置，其中該第一射頻吸收貼片及該第二射頻吸收貼片分別包含至少一開孔，該開孔的孔徑為5.8毫米。
9. 如請求項1所述的無線通訊電子裝置，其中該第二射頻吸收貼片未覆蓋該無線通訊晶片。