TWI594501B - 天線及其電子裝置 - Google Patents

Description

天線及其電子裝置

本案是有關於一種電子元件及電子裝置，且特別是有關於一種天線及其電子裝置。

應用在無線通訊產品的天線大多設置在其邊框後周圍淨空區，並利用邊框後方的接地面作為天線接地面。一般而言，天線會被其前方的邊框及其後方的背蓋或機殼包圍，而邊框及背蓋或機殼會影響天線的輻射，甚至發生斷訊的情況。換言之，傳統的天線設計難以應用在各種類型的背蓋或機殼的環境中。此外，為了因應無線通訊產品的薄型化，天線的高度也被迫縮減而造成天線輻射特性驟降的問題，傳統的天線設計也難以應用在薄型的無線通訊產品中。

本案提供一種天線，其包括天線接地面、輻射單元、短路單元以及饋入單元。輻射單元平行於天線接地面。輻射單元包 括共接單元以及第一、二、三分支。第一分支由共接單元朝第一方向延伸。第二分支由共接單元朝第二方向延伸。第一方向與第二方向相反。第三分支與第一分支及第二分支隔開且由共接單元向外延伸。短路單元位於輻射單元所在的平面與天線接地面所在的平面之間，且連接共接單元與天線接地面。饋入單元位於輻射單元所在的平面與天線接地面所在的平面之間。饋入單元與短路單元隔開且連接至第三分支。特別是，短路單元與饋入單元位於同一側。

本案提供一種電子裝置包括殼體及天線。天線包括天線接地面、輻射單元、短路單元及饋入單元。輻射單元平行於天線接地面。輻射單元包括共接單元以及第一、二、三分支。第一分支由共接單元朝第一方向延伸。第二分支由共接單元朝第二方向延伸。第一方向與第二方向相反。第三分支與第一分支及第二分支隔開且由共接單元向外延伸。短路單元位於輻射單元所在的平面與天線接地面所在的平面之間，且連接共接單元與天線接地面。饋入單元位於輻射單元所在的平面與天線接地面所在的平面之間。饋入單元與短路單元隔開且連接至第三分支。特別是，短路單元與饋入單元位於同一側。天線接地面位於輻射單元與殼體之間。

為讓本發明的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。

100‧‧‧天線

110‧‧‧天線接地面

120‧‧‧輻射單元

122‧‧‧第一分支

122a‧‧‧長邊

124‧‧‧第二分支

124a‧‧‧長邊

126‧‧‧第三分支

126a‧‧‧長邊

128‧‧‧共接單元

128a‧‧‧邊緣

130‧‧‧短路單元

140‧‧‧饋入單元

200‧‧‧殼體

200a‧‧‧上表面

300‧‧‧顯示單元

310‧‧‧顯示面

310a、310b、310c、310d‧‧‧邊緣

1‧‧‧電子裝置

C1、C2‧‧‧折線

E_θ、E_φ‧‧‧曲線

F‧‧‧信號饋入點

G‧‧‧接地點

H‧‧‧高度

L‧‧‧直線

L1、L2、L3‧‧‧長度

S‧‧‧短路點

s‧‧‧間距

I1、I2‧‧‧交界

W‧‧‧寬度

x、y、y’、y”、z、k1、k2‧‧‧方向

圖1為本案一實施例的天線的立體示意圖。

圖2為圖1的天線展開後的平面圖。

圖3為本案一實施例的天線的返迴損失曲線圖。

圖4為本案一實施例的天線操作於2.4GHz頻帶的中心頻率2442MHz時的場型圖。

圖5為本案一實施例的電子裝置的示意圖。

圖6示出圖5的電子裝置的部份殼體、天線與顯示單元。

圖1為本案一實施例的天線的立體示意圖。請參照圖1，天線100包括天線接地面110、輻射單元120、短路單元130以及饋入單元140。天線接地面110具有接地點(ground point)G。在本實施例中，天線接地面110可近似於一個矩形導電板，例如：長方形導電平板。但本發明不以此為限，在其他實施例中，天線接地面110也可設計為其他適當形狀。

輻射單元120平行於天線接地面110。輻射單元120包括第一分支122、第二分支124、第三分支126及共接單元128。在本實施例中，第一、二、三分支122、124、126與共接單元128可位於同一平面。第一、二、三分支122、124、126與共接單元128所在的平面(例如：x-y平面)與天線接地面110所在的平面 (例如：x-y平面下方的另一平面)可互相平行，但本發明不以此為限。

第一分支122由共接單元128朝方向y延伸。第二分支124由共接單元128朝方向-y延伸。方向y、-y相反。換言之，第一、二分支122、124分別位於共接單元128的不同二側且朝相反的二方向y、-y延伸。更進一步地說，在本實施例中，第一分支122與第二分支124可位於同一直線上，但本案不以此為限。第一、二分支122、124大致上呈長條狀。第一分支122分別具有與共接單元128邊緣128a夾90度的長邊122a。第二分支124分別具有與共接單元128邊緣128a夾90度的長邊124a。

第三分支126與第一、二分支122、124隔開且由共接單元128向外延伸。舉例而言，在本實施例中，第三分支126由共接單元128朝與方向y平行的另一方向y’延伸。換言之，第一分支122與第三分支126位於共接單元128的同一側且分別朝平行的二方向y、y’延伸。在本實施例中，第三分支126與第二分支124在方向y上可不重疊。第三分支126大致上呈長條狀。第三分支126的長邊126a可選擇性地與共接單元128的邊緣128a夾90度。

第一分支122具有長度L1。第二分支124具有長度L2。第三分支126具有長度L3。在本實施例中，長度L1、L2、L3可互不相同，以利天線100接收/發射多個頻段。舉例而言，在本實施例中，長度L1可大於長度L3，而長度L3可大於長度L2，但 本發明不限於此，在其他實施例中，長度L1、L2、L3也可視實際需求設計為其他相對關係。

短路單元130位於輻射單元120所在平面與天線接地面110所在平面之間。短路單元130具有短路點(short point)S。短路單元130連接輻射單元120的共接單元128與天線接地面110。在本實施例中，短路單元130所在的平面(例如：與y-z平面平行的平面)可垂直於天線接地面110，但本發明不以此為限。短路單元130的相對二側邊分別直接連接至輻射單元120的共接單元128與天線接地面110。短路單元130與共接單元128及天線接地面110電性連接。

饋入單元140位於輻射單元120所在平面與天線接地面110所在平面之間。饋入單元140具有信號饋入點(feed point)F。信號饋入點(feed point)F位於接地點G的上方。饋入單元140與短路單元130隔開。饋入單元140直接連接至輻射單元120的第三分支126，且不與天線接地面110接觸。在本實施中，饋入單元140與短路單元130可位於同一平面。饋入單元140及短路單元130所在平面與天線接地面110相垂直，但本發明不以此為限。

值得注意的是，短路單元130與饋入單元140位於同一側。換言之，若將共接單元128與第三分支126視為一個物件(例如：└形導電件)，則短路單元130與饋入單元140位於所述物件的同一側並與所述物件連接。簡言之，短路單元130與饋入單元140是設置在整個天線100的同一側邊。藉由調整位於同一側的短 路單元130與饋入單元140之間距s(或說，感抗)，能夠補償天線接地面110與輻射單元120之間因為天線100高度H降低而產生的高容抗值。如此一來，便可在天線100高度H低(例如：4釐米以下)的要求下，實現性能佳的天線100。圖2為圖1的天線展開後的平面圖。圖1的天線100可由圖2的導電片結構彎折而成。換言之，在本實施例中，天線接地面110、輻射單元120、短路單元130與饋入單元140可為一體成型結構。請參照圖1及圖2，在短路單元130及饋入單元140平行於一平面的情況下，輻射單元120以折線C1為軸朝方向k1彎折90度，天線接地面110以折線C2為軸朝方向k2彎折90度，則圖2的導電片結構可彎折成圖1的天線100。

圖3為本案一實施例的天線的返迴損失(return loss)曲線圖。由圖3可知，圖1的天線100可以操作於2.4GHz附近的操作頻帶與5.2GHz至5.8GHz之間的操作頻帶。此外，天線100的阻抗頻寬皆能符合特定分貝(dB)的返迴損失的要求。圖4為本發明一實施例的天線操作於2.4GHz頻帶的中心頻率2442MHz時的場型圖。在圖4中E_θ與E_φ的曲線中強度較強者為主極化曲線，強度較弱者則為交叉極化曲線。由圖4中x-z平面、y-z平面與x-y平面的場型圖可知，天線100操作於中心頻率2442MHz時，天線100為近似全向性輻射天線。意即，圖4可證實，天線100在高度極小的情況下，仍具備良好的性能。

圖5為本案一實施例的電子裝置的示意圖。請參照圖5， 電子裝置1包括殼體200以及安裝在殼體200內的天線100。天線接地面110位於輻射單元120與殼體200之間。在本實施例中，電子裝置例如是筆記型電腦或平板電腦，而殼體200例如為筆記型電腦或變形平板電腦的背蓋。但本發明不限於此，在其他實施例中，電子裝置也可以是包括殼體200及天線100的其他電子裝置，例如：平板電腦、智慧型手機、智慧電視等。在本實施例中，電子裝置1的殼體200可為全金屬，而天線接地面110可電性連接至金屬的殼體200，然本發明不限於此。

請參照圖5，本實施例的電子裝置1更包括安裝於殼體200中的顯示單元300。圖6示出圖5的電子裝置1的部份殼體200、天線100與顯示單元300。為清楚表示起見，圖6省略圖5殼體200中與矩形顯示面310平行的上表面200a的繪示。請參照圖5及圖6，顯示單元300例如具有矩形顯示面310。矩形顯示面310具有四條邊緣310a、310b、310c、310d。天線100配置於矩形顯示面310的一條邊緣310a旁。在矩形顯示面310的四條邊緣310a、310b、310c、310d中，天線100最接近邊緣310a。值得注意的是，短路單元130與饋入單元140的排列方向y”與邊緣310a平行。藉此，當設計者欲調整短路單元130與饋入單元140之間距s補償天線接地面110與輻射單元120之間的高容抗值時，間距s的增加並不會影響電子裝置1的邊框(board)寬度W。換言之，採用天線100的電子裝置1可兼具薄型化與維持收發信號品質良好的條件。

綜上所述，在本案一實施例的天線中，輻射單元的第一分支由共接單元朝第一方向延伸，輻射單元的第二分支由共接單元朝第二方向延伸，第一方向與第二方向相反。特別是，短路單元與饋入單元位於同一側。由於短路單元與饋入單元位於天線整體的同一側邊，因此透過調整短路單元與饋入單元之間距(或說，感抗)，可容易地補償天線接地面與輻射單元之間因天線高度低而產生的高容抗值。如此一來，便可在天線高度低的要求下，實現性能佳的天線，在電子裝置之設計上更具彈性。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100：天線 110：天線接地面 120：輻射單元 122：第一分支 122a：長邊 124：第二分支 124a：長邊 126：第三分支 126a：長邊

128‧‧‧共接單元

128a‧‧‧邊緣

130‧‧‧短路單元

140‧‧‧饋入單元

F‧‧‧信號饋入點

G‧‧‧接地點

H‧‧‧高度

L‧‧‧直線

L1、L2、L3‧‧‧長度

S‧‧‧短路點

s‧‧‧間距

I1、I2‧‧‧交界

x、y、y’、z、k1、k2‧‧‧方向

Claims (15)

1. 一種天線，包括：一天線接地面；一輻射單元，平行於該天線接地面，該輻射單元包括：一共接單元；一第一分支，由該共接單元朝一第一方向延伸；一第二分支，由該共接單元朝一第二方向延伸，該第一方向與該第二方向相反；以及一第三分支，與該第一分支及該第二分支隔開且由該共接單元向外延伸；一短路單元，位於該輻射單元所在的平面與該天線接地面所在的平面之間，且連接該共接單元與該天線接地面，該短路單元的相對二側邊分別直接連接至該輻射單元的該共接單元與該天線接地面；以及一饋入單元，位於該輻射單元所在的平面與該天線接地面所在的平面之間，該饋入單元與該短路單元隔開且連接至該第三分支，其中該短路單元與該饋入單元位於同一側。
2. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該第二分支與該第三分支在該第二方向上不重疊。
3. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該第三分支由該共接單元朝一第三方向延伸，而該第三方向與該第一方向平行。
4. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該第一分支，該第二分支，以及該第三分支之長度互不相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該天線接地面、該輻射單元、該短路單元以及該饋入單元為一體成型結構。
6. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該第一分支與該第二分支位於同一直線上。
7. 一種電子裝置，包括：一殼體；以及一天線，包括：一天線接地面；一輻射單元，平行於該天線接地面，該輻射單元包括：一共接單元；一第一分支，由該共接單元朝一第一方向延伸；一第二分支，由該共接單元朝一第二方向延伸，該第一方向與該第二方向相反；以及一第三分支，與該第一分支及該第二分支隔開且由該共接單元向外延伸；一短路單元，位於該輻射單元所在的平面與該天線接地面所在的平面之間，且連接該共接單元與該天線接地面，該短路單元的相對二側邊分別直接連接至該輻射單元的該共接單元與該天線接地面；以及一饋入單元，位於該輻射單元所在的平面與該天線接地面所在的平面之間，該饋入單元與該短路單元隔開且連接至該 第三分支，該短路單元與該饋入單元位於同一側，其中該天線接地面位於該輻射單元與該殼體之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中該殼體為金屬殼體。
9. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，更包括：一顯示單元，安裝於該殼體中。
10. 如申請專利範圍第9項所述的電子裝置，其中該顯示單元具有一矩形顯示面，該矩形顯示面具有四邊緣，該天線配置於該矩形顯示面的其中一邊緣旁，而該短路單元與該饋入單元的排列方向與該邊緣平行。
11. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中該第二分支與該第三分支在該第二方向上不重疊。
12. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中該第三分支由該共接單元朝一第三方向延伸，而該第三方向與該第一方向平行。
13. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中該第一分支具有一第一長度，該第二分支具有一第二長度，該第三分支具有一第三長度，該第一長度、該第二長度以及該第三長度互不相同。
14. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中該天線接地面、該輻射單元、該短路單元以及該饋入單元為一體成型結構。
15. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中該第一分支與該第二分支位於同一直線上。