天线模块及车机装置

技术领域

本公开涉及一种天线模块及具有此天线模块的车机装置，尤其涉及一种可提供多天线频段，可设置于金属车壳内的天线模块及具有此天线模块的车机装置。

背景技术

早期的车用天线以外露式的接收杆天线居多，但接收杆天线容易有折断或损坏的问题。后期随着与车体结构结合，车用天线已进化为设置在车顶上的鲨鱼鳍造型天线，以降低天线被折断或损坏的机率。然而，上述车用天线均设置在车辆之外，若要将车用天线设计在金属车壳之内，要如何避免金属车壳对天线的影响，且能够提供多天线频段，是目前研究的目标。

发明内容

本公开提供一种天线模块，其可提供多天线频段，且可设置于金属车壳内。

本公开提供一种车机装置，其具有上述的天线模块。

本公开的一种天线模块，包括一第一天线及一第二天线。第一天线用以共振出一第一高频段，且具有一第一馈入端及一第一接地部。第二天线呈一L型，第一天线位于L型所界定出的凹口内，第二天线用以共振出一低频段及一第二高频段，且具有一第二馈入端及一第二接地部，且第二天线包括一第一辐射体、一第二辐射体及一第三辐射体。第一辐射体从第二馈入端往一方向延伸，且包含一第一槽缝。第二辐射体从第二馈入端往相反于此方向的另一方向延伸且弯折地连接至第二接地部，第二辐射体包含部分的一第二槽缝。第三辐射体从第二接地部向此方向延伸，第二槽缝的另一部分设置于第一辐射体及第三辐射体之间。

根据本公开一实施方式，其中第一辐射体包含依序弯折地连接的一第一段、一第二段及一第三段，第二段与第三段平行设置，且第一槽缝形成于第三段及部分的第二段之间。

根据本公开一实施方式，其中第二辐射体具有弯折地连接的一第四段及一第五段，第四段和第五段平行设置，且第二槽缝的一第一区形成于第四段与第五段之间。

根据本公开一实施方式，其中第三辐射体具有弯折地连接的一第六段及一第七段，其中第六段位于第一段旁，第七段位于局部的第二段旁，第二槽缝的一第二区形成于第一段与第六段之间，第二槽缝的一第三区形成于第二段与第七段之间，且第二槽缝的第一区、第二区及第三区相连通。

根据本公开一实施方式，所述的天线模块还包括一第三接地部，配置于部分的第二槽缝中并与第二辐射体相连接。

根据本公开一实施方式，所述的天线模块还包括一基板，具有相对的一第一表面及一第二表面，第一天线与第二天线配置于第一表面；一第一同轴传输线，位于基板的第二表面，第一馈入端连接于第一同轴传输线的正端，第一接地部连接于第一同轴传输线的负端，第一同轴传输线跨越第二辐射体；以及一绝缘间隔件，设置于第二辐射体与第一同轴传输线之间。

根据本公开一实施方式，所述的天线模块还包括一第二同轴传输线，位于基板的第二表面，第二馈入端连接于第二同轴传输线的正端，第二接地部连接于第二同轴传输线的负端，第一同轴传输线与第二同轴传输线之间的距离介于10毫米至15毫米之间。

根据本公开一实施方式，其中第一辐射体及第二辐射体用以共同共振出一第二频段及一第三频段，第二辐射体用以共振出一第四频段，且第三辐射体用以共振出一第五频段，其中低频段为第二频段，第三频段、第四频段及第五频段共同组成第二高频段。

根据本公开一实施方式，其中第一槽缝的长度可调整地介于15毫米与21毫米之间，用以调整第二频段的频率点。

根据本公开一实施方式，其中第二槽缝的长度可调整地介于78毫米与84毫米之间，用以调整第四频段或/且第五频段的频率点。

根据本公开一实施方式，其中第二天线还包括一金属件，立起地设置于第二段上，金属件的长度介于15毫米至25毫米之间，金属件的高度介于3毫米至8毫米之间，以增加第二频段的阻抗频宽。

根据本公开一实施方式，其中第一馈入端与第二馈入端之间的距离介于10毫米至15毫米之间。

根据本公开一实施方式，其中L型的宽度小于22毫米，L型的长度小于64毫米。

根据本公开一实施方式，其中第一天线包括一GPS天线，第二天线包括一LTE天线，低频段介于698MHz至960MHz之间，第二高频段介于1600MHz至2200MHz之间。

本公开的一种车机装置，包括一显示器、上述的天线模块、一第一电路模块及一第二电路板。第一电路模块的一第一电路板信号连接于天线模块的第一天线及显示器。第二电路板信号连接于天线模块的第二天线。

根据本公开一实施方式，其中第一电路模块包括一金属壳体，第一电路板位于金属壳体内，天线模块与金属壳体之间的距离介于70毫米至90毫米之间。

根据本公开一实施方式，其中第一电路模块包括一金属壳体，天线模块位于金属壳体上方，天线模块对金属壳体的顶面的投影在显示器的一法线方向上与顶面重叠的长度介于20毫米至40毫米之间。

根据本公开一实施方式，其中天线模块与显示器之间的距离介于100毫米至120毫米之间。

基于上述，本公开的天线模块具有第一天线与第二天线，而能提供多天线的优势。第一天线位于第二天线的L型所界定出的凹口内，而可缩减整体尺寸。第一天线与第二天线各自有自己的接地部，而使得两天线具有良好的隔离度。此外，第二天线的第一辐射体从第二馈入端延伸，且具有第一槽缝。第二辐射体从第二馈入端往另一方向延伸且弯折地连接至第二接地部，第二辐射体包含部分的第二槽缝。上述结构使得第二天线的第一辐射体与第二辐射体呈现PIFA的形式，较不易受走线及金属环境的影响，而能够设置在金属车壳内，第二天线的低频段(例如是第二频段)仍能保持良好的特性。

为让本公开的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本公开的一实施例的一种车机装置配置于一车辆的示意图。

图2是图1的车机装置的局部立体图。

图3是图2的另一视角的局部立体图。

图4是图1的车机装置的天线模块与第一电路模块的相对位置示意图。

图5是图1的车机装置的天线模块、第一电路模块及显示器的相对位置示意图。

图6是依照本公开的一实施例的一种天线模块的正面示意图。

图7是图6的天线模块的背面示意图。

图8是图6的天线模块的频率-隔离度的关系图。

图9是图6的天线模块的频率-电压驻波比的关系图。

图10是图6的天线模块的频率-天线效率的关系图。

图11是依照本公开的另一实施例的一种天线模块的正面示意图。

图12是图11的天线模块的频率-电压驻波比的关系图。

附图标记如下：

A1：第二馈入端

A2、A3、A4、A5、B1、B2、B3、B4：位置

D1、L1、L2、L4：距离

L3、L5、L6、L9：长度

D2、L7、L8、W1：宽度

N：法线方向

1：车辆

10：车机装置

12：显示器

20：第二同轴传输线

22：第一同轴传输线

24：传输线

30：第二电路板

35：第一电路模块

40：金属壳体

41：顶面

42：第一电路板

50、50a：天线模块

52：基板

54：第一表面

56：第二表面

60：第一天线

62：第一馈入端

64：第一接地部

70、70a：第二天线

72：第一辐射体

74：第二辐射体

76：第三辐射体

78：第二接地部

79：第三接地部

80：第一槽缝

81：第二槽缝

82：第一区

84：第二区

86：第三区

88：金属件

91：正端

92：负端

93：绝缘间隔件

95：正端

96：负端

具体实施方式

图1是依照本公开的一实施例的一种车机装置配置于一车辆的示意图。请参阅图1，本实施例的车机装置10配置于车辆1内。车机装置10例如是在驾驶座与副驾驶座之间的前方处(也就是车辆1的前方挡风玻璃下方)的显示装置，其可用来显示导航信息或是播放电视节目等，但车机装置10的配置位置与功能不以此为限制。在本实施例中，显示装置与二合一的天线模块50被整合在车机装置10内，以使车机装置10提供更多元的功能。

图2是图1的车机装置的局部立体图。图3是图2的另一视角的局部立体图。图2与图3隐藏部分壳体与元件，以更清楚的表示出本案的结构。如图2与图3所示，在本实施例中，车机装置10包括一显示器12、一天线模块50、一第一电路模块35及一第二电路板30(图3)。在本实施例中，天线模块50为GPS与LTE二合一的天线。在图2与图3中仅显示出天线模块50的塑胶外壳，天线模块50还可被一塑胶固定支架(未示出)固定。关于天线模块50的天线结构，将详细于图6与图7中说明。

如图3所示，第一电路模块35包括一金属壳体40及位于金属壳体40内的一第一电路板42，第一电路板42为车机装置10的主机板，第一电路板42上具有GPS芯片(未示出)。所述GPS芯片通过第一同轴传输线22信号连接于天线模块50内的第一天线60(也就是GPS天线，标示于图6)。此外，显示器12亦会电性连接于第一电路板42。

在本实施例中，第二电路板30为LTE天线的电路板，其上具有LTE芯片(未示出)，通过第二同轴传输线20信号连接于天线模块50的第二天线70(也就是LTE天线，标示于图6)。另外，在本实施例中，第二电路板30也通过传输线24电性连接于第一电路模块35内的电源(未示出)，以使第一电路模块35内的电源供电给第二电路板30。第二同轴传输线20与传输线24可固定在一起，以降低这些传输线因跨越而相互干扰。在本实施例中，第二同轴传输线20的直径例如是5毫米，第一同轴传输线22的直径例如是2.9毫米，但尺寸不以此为限制。

图4是图1的车机装置的天线模块与第一电路模块的相对位置示意图。图5是图1的车机装置的天线模块、第一电路模块及显示器的相对位置示意图。要说明的是，在图4与图5中，为了清楚表示本公开的主要元件之间的相对位置关系，将主要元件以方块简化地表示。

请先参阅图4，图4的视角是站在图3的右下方的位置往左上方看去的视角。天线模块50与金属壳体40之间的距离L1介于70毫米至90毫米之间。在本实施例中，天线模块50位于金属壳体40上方，天线模块50与金属壳体40之间的距离L1例如是天线模块50与顶面41之间的距离，但天线模块50与金属壳体40的相对位置不以此为限制。由于金属壳体40可用来反射天线模块50的信号，当天线模块50与金属壳体40之间的距离L1介于上述范围之间时，金属壳体40可将天线模块50的信号良好地反射(例如是向上反射)，而具有较佳的通信效果，且车机装置10的整体体积还可维持较小的体积。在一较佳实施例中，天线模块50与金属壳体40之间的距离L1为75毫米，但不以此为限制。

此外，在本实施例中，金属壳体40的左右两侧超出于天线模块50的左右两侧，且超出的距离L2介于45毫米至55毫米之间，以具有足够的反射面积且还可维持较小的体积。在一实施例中，距离L2为50.5毫米，但不以此为限制。

请参阅图5，图5的视角是站在图3的右上方的位置往左下方看去的视角。在本实施例中，天线模块50对金属壳体40的顶面41的投影(也就是天线模块50向下对顶面41的投影)在显示器12的一法线方向N(图5的左右方向)上与顶面41重叠的长度L3介于20毫米至40毫米之间。若长度L3太小或不重叠，车机装置10的整体体积可能会需要变大。若长度L3太大，金属壳体40可能会影响到天线模块50的效能。长度L3在上述范围之中时，可具有良好的天线效能且车机装置10的整体体积还可维持较小的体积。在一较佳实施例中，长度L3为39毫米，但不以此为限制。

另外，由于显示器12的背面具有金属背板，为了避免显示器12影响到天线效能，在本实施例中，天线模块50与显示器12之间的距离L4介于100毫米至120毫米之间，以在天线效能与车机尺寸上取得平衡。在一较佳实施例中，距离L4例如是110毫米，但不以此为限制。

下面将说明天线模块50的细部天线结构。图6是依照本发明的一实施例的一种天线模块的正面示意图。请参阅图6，在本实施例中，天线模块50还包括一基板52、一第一天线60及一第二天线70。基板52具有相对的一第一表面54及一第二表面56(图7)，第一天线60与第二天线70配置于第一表面54。第一天线60为一GPS天线，且第二天线70为一LTE天线。当然，在其他实施例中，第一天线60及第二天线70的种类不以此为限制。在一实施例中，天线模块50的基板52也可被省略，而使第一天线60与第二天线70直接形成在车机装置10的壳体上。

第一天线60用以共振出一第一高频段，且具有一第一馈入端62及一第一接地部64。在本实施例中，第一天线60由于为GPS天线，第一高频段的频率点例如是1228MHz或1575MHz，但不以此为限制。第二天线70用以共振出一低频段和一第二高频段，且具有一第二馈入端A1及一第二接地部78。在本实施例中，第二天线70为LTE天线，且低频段为698～960MHz，第二高频段为1600～2200MHz。

由图6可见，第二天线70整体呈现一L型，也就是一部分区段沿着上下方向延伸，另一部分区段沿着左右方向延伸。第一天线60位于第二天线70的L型所界定出的凹口内，以使整体尺寸较小。

L型的长度L5、L6小于64毫米，例如介于58毫米至64毫米之间，L型的宽度L7、L8小于22毫米，例如介于17毫米至22毫米之间。在一实施例中，长度L5、L6例如是61毫米，宽度L7例如是20毫米，宽度L8例如是18.5毫米，但不以此为限制。

在本实施例中，第二天线70包括一第一辐射体72(位置A1、A2、A3、A4至位置A5)、一第二辐射体74(位置A1、B1至位置B2)及一第三辐射体76(位置B3至位置B4)。

第一辐射体72从第二馈入端A1往图6的右方延伸，且具有依序弯折地连接的一第一段(位置A1、A2)、一第二段(位置A2、A3、A4)及一第三段(位置A4、A5)，其中第二段与第三段平行设置。第一段(位置A1、A2)往图6的右方延伸，第二段(位置A2、A3、A4)往图6的上方延伸，第三段(位置A4、A5)往图6的下方延伸。

在本实施例中，第二天线70还包括一金属件88，立起地设置于第二段上，特别是位在位置A2、A3之间。金属件88的长度介于15毫米至25毫米之间，金属件88的高度介于3毫米至8毫米之间，厚度介于0.1毫米至0.3毫米之间。金属件88用以增加LTE在低频(698～960MHz)频段的阻抗频宽。在一实施例中，金属件88的长度例如是20毫米，金属件88的高度例如是5毫米，厚度例如是0.2毫米，但不以此为限制。

第二辐射体74从第二馈入端A1往另一方向(图6的左方)延伸且弯折地连接至第二接地部78。详细地说，第二辐射体74具有弯折地连接的一第四段(位置A1、B1)及一第五段(位置B1、B2)，其中第四段和第五段平行设置。在图6中，第二接地部78位于第二馈入端A1的下方，第四段(位置A1、B1)往图6的左方延伸，第五段(位置B1、B2)往图6的右方延伸。

传统LTE天线以偶极天线(Dipole)类型设计居多，然而，受限于将天线模块(二合一天线)摆设于车辆1(图1)的金属壳体内及周遭金属(例如是图3的第一电路模块35的金属壳体40)等环境因素，较难以掌握天线模块受到金属壳体屏蔽或干扰的影响。在本实施例中，第二天线70的第一辐射体72与第二辐射体74设计为平面倒F天线(Planar Inverted-FAntenna，PIFA)的形式，较不易受到同轴传输线的线长及走线的方式，来影响其LTE在低频段(698～960MHz)的特性。此外，第二辐射体74则接近于环形(LOOP)天线的形式。上述设计可让天线模块50在车辆1的金属壳体内及周遭金属(第一电路模块35的金属壳体40)的环境下，仍有良好的表现。

在本实施例中，第一辐射体72及第二辐射体74用以共同共振出一第二频段及一第三频段，且第二辐射体74用以共振出一第四频段。在本实施例中，第二频段为低频段，并介于698MHz至960MHz之间，第三频段(二倍频)介于2000MHz至2200MHz之间，第四频段介于1800MHz至2000MHz之间，但不以此为限制。

此外，一第一槽缝80形成于第三段(位置A4、A5)及部分的第二段(位置A3、A4)之间。第一槽缝80的长度可调整地介于15毫米与21毫米之间，借以调整第二频段的频率点。

另外，在本实施例中，第二辐射体74的第五段(位置B1、B2)的宽度D2介于10毫米至15毫米之间，第五段的宽度D2大于10毫米可避免与第二同轴传输线20耦合其它共振频率，影响第二天线70的主频的特性。

第三辐射体76从第二接地部78向图6的右方延伸，且弯折向上。第三辐射体76具有弯折地连接的一第六段(向图6的右方延伸)及一第七段(向图6的上方延伸)。由图6可见，第六段位于第一段(位置A1、A2)旁，第七段位于局部的第二段(位置A2、A3)旁。

在本实施例中，第三辐射体76用以共振出一第五频段。在本实施例中，第五频段介于1600MHz至1800MHz之间，由此，第三频段、第四频段、第五频段共同组成第二高频段1600MHz至2200MHz，但不以此为限制。此外，第二辐射体74包含部分的一第二槽缝81(即第一区82)，且第二槽缝81的另一部分(即第二区84和第三区86)设置于第一辐射体72及第三辐射体76之间。明确地说，第二槽缝81的第一区82形成于第四段与第五段之间，第二槽缝81的第二区84形成于第一段与第六段之间，第二槽缝81的第三区86形成于第二段与第七段之间。第二槽缝81的第一区82、第二区84及第三区86相连通，而形成L型槽缝。第二槽缝81的长度可调整地介于78毫米与84毫米之间，用以调整第四频段或/且第五频段的频率点。

图7是图6的天线模块的背面示意图。请参阅图7，在本实施例中，第一同轴传输线22及第二同轴传输线20位于基板52的第二表面56。第一馈入端62连接于第一同轴传输线22的正端91，第一接地部64连接于第一同轴传输线22的负端92，第一同轴传输线22跨越第二辐射体74的第五段(位置B1、B2)投影在第二表面56的一局部区域。

在本实施例中，天线模块50还包括一绝缘间隔件93，绝缘间隔件93位于基板52的第二表面56。更具体地说，绝缘间隔件93设置于第六段投影在第二表面56的局部区域与第一同轴传输线22之间，以使第一同轴传输线22更远离于第二天线70。在本实施例中，绝缘间隔件93例如是泡棉，但种类不限，绝缘间隔件93的尺寸例如是长度8毫米、宽度8毫米、厚度1毫米，但不以此为限制。

此外，第二馈入端A1连接于第二同轴传输线20的正端95，第二接地部78连接于第二同轴传输线20的负端96。在本实施例中，第一馈入端62与第二馈入端A1之间的距离D1大于10毫米。更具体地说，距离D1介于10毫米至15毫米之间。由于第一同轴传输线22与第二同轴传输线20平行设置，第一同轴传输线22与第二同轴传输线20之间的距离也会介于10毫米至15毫米之间，例如是12毫米。第一同轴传输线22及第二同轴传输线20出线方式在设计时距离D1大于10毫米，以避免交叠在一起，可避免耦合其它共振频率，影响第一天线60与第二天线70的主频特性。

值得一提的是，在本实施例中，第一天线60(GPS陶瓷块天线)与第二天线70会设计在基板52的第一表面54，而第一天线60的GPS有源电路(含屏蔽框)(未示出)、第一同轴传输线22及第二同轴传输线20会设计在基板52的第二表面56，使两天线的信号能够被第一电路模块35(也就是车机装置10的第一电路板42与金属壳体40)的金属结构来反射，而使其辐射能量集中往车辆1的挡风玻璃来传输。

另外要说明的是，在本实施例中，第一天线60与第二天线70分别通过第一同轴传输线22与第二同轴传输线20传送信号到所对应的第一电路板42与第二电路板30，第一接地部64与第二接地部78在设计时，不会搭接在一起。也就是说，第一接地部64隔离于第二接地部78，以降低两天线互相干扰的影响。此外，通过在第一同轴传输线22与第二天线70之间配置绝缘间隔件93，可避免第一同轴传输线22与第二天线70接触，可提升其隔离度效果。

图8是图6的天线模块的频率-隔离度的关系图。请参阅图8，在本实施例中，天线模块50的频率在698～960MHz及1710～2170MHz的隔离度可小于-20dB，而具有良好的表现。天线模块50的频率在1575～1602MHz的隔离度可小于-12.5dB，也具有不错的表现。

图9是图6的天线模块的频率-电压驻波比的关系图。请参阅图9，在本实施例中，第二天线70(LTE天线)在低频(698～960MHz)时，电压驻波比(Voltage Standing WaveRatio，VSWR)维持在4.5以下，表现稳定，相较于公知偶极天线的形式，本实施例的天线模块50的电压驻波比的表现不易受第一同轴传输线22与第二同轴传输线20的影响。此外，在1710MHz与2170MHz之间，电压驻波比也维持在4.5以下，而有良好的表现。

图10是图6的天线模块的频率-天线效率的关系图。请参阅图10，在本实施例中，第二天线70(LTE天线)的低频段(698～960MHz)的天线效率为-0.8dBi与-2.5dBi之间，而第二天线70的第二高频段(1710～2170MHz)的天线效率为-0.8dBi至-3.4dBi之间，均高于-4.5dBi，而具有良好的表现。第一天线60(GPS天线)同时可兼顾现有平均增益大于-1.5dBi，最大增益(peak gain)大于-1dBi的特性。

值得一提的是，在本实施例中，第二天线70所占用的体积为长度61毫米、宽度61毫米、高度5.8毫米(包括5毫米高的金属件88)，第一天线60(含LNA有源电路及金属屏蔽罩)的尺寸为长度35毫米、宽度33毫米、高度10毫米。第一天线60与第二天线70共同结合成长度70毫米、宽度70毫米、高度17毫米的二合一天线，整体体积相当小，能够配置在金属车壳内，且具有良好的隔离度、天线效能与电压驻波比。

图11是依照本公开的另一实施例的一种天线模块的正面示意图。请参阅图11，图11的天线模块50a与图6的天线模块50的主要差异在于，在本实施例中，天线模块50a的第二天线70a还包括一第三接地部79，配置于部分的第二槽缝81(即第二槽缝81的第一区82)中并与第二辐射体74相连接。详细来说，第三接地部79的两端分别连接第二辐射体74的第四段(位置A1、B1)和第五段(位置B1、B2)。第三接地部79的长度L9约为2.5毫米至3.5毫米，例如是3毫米。第三接地部79的宽度W1约为1毫米至2毫米，例如是1.5毫米。第三接地部79可使第二天线70a同步支持n77、n78、n79的频段(频率从3300MHz至5000MHz)，而具有更宽频的效果。

图12是图11的天线模块的频率-电压驻波比的关系图。在本实施例中，第二天线70(LTE天线)在低频段(698～960MHz)时，电压驻波比维持在4.5以下，表现稳定。此外，在第二高频段(1710MHz～2170MHz)，电压驻波比也维持在4.5以下，而有良好的表现。另外，在n77、n78、n79的频段(3300MHz～5000MHz)，电压驻波比也维持在4.5以下，而有良好的表现。

综上所述，本公开的天线模块具有第一天线与第二天线，而能提供多天线的优势。第一天线位于第二天线的L型所界定出的凹口内，而可缩减整体尺寸。第一天线与第二天线各自有自己的接地部，而使得两天线具有良好的隔离度。此外，第二天线的第一辐射体从第二馈入端延伸，且具有依序弯折地连接的第一段、第二段及第三段，第一槽缝形成于第三段及部分的第二段之间。第二辐射体从第二馈入端往另一方向延伸且连接至第二接地部，第二辐射体具有弯折地连接的第四段及第五段，第二槽缝的第一区形成于第四段与第五段之间。上述结构使得第二天线的第一辐射体与第二辐射体呈现PIFA的形式，较不易受走线及金属环境的影响，而能够设置在金属车壳内，第二天线的低频段(例如是第二频段)仍能保持良好的特性。

虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本公开的保护范围当视随附的权利要求所界定为准。