天线模块与电子装置

技术领域

本发明涉及一种天线模块与电子装置，特别是涉及一种适用于LTE(Long TermEvolution，长期演进)全频段的天线模块及电子装置。

背景技术

现有的电子产品，例如笔记本型计算机与平板计算机，都有朝向轻薄的外观设计趋势。然而，在现有电子产品都朝向小型化设计的情况下会使得产品内部可供容置天线的空间有所不足，导致设计出的天线结构会有频宽不足的问题。

故，如何通过结构设计的改良，来克服上述的缺陷，已成为该领域所欲解决的重要课题之一。

因此，需要提供一种天线模块与电子装置来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种能够在现有电子产品朝向小型化趋势下设计出具有足够频宽的天线模块及电子装置。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种天线模块，其包括一第一辐射件、一第二辐射件以及一馈入件。第一辐射件包括一第一辐射部、一第二辐射部以及一馈入部，馈入部连接于第一辐射部与第二辐射部之间，第一辐射部的长度大于第二辐射部的长度。第二辐射件与第一辐射部彼此分离且相互耦合。第二辐射件包括一连接部、一第三辐射部以及一第四辐射部，连接部连接于第三辐射部与第四辐射部之间，第三辐射部与第四辐射部不等长。馈入件连接于馈入部，馈入件用于馈入一信号。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是提供一种电子装置，其包括壳体及设置在壳体中的天线模块。天线模块包括一第一辐射件、一第二辐射件以及一馈入件。第一辐射件包括一第一辐射部、一第二辐射部以及一馈入部，馈入部连接于第一辐射部与第二辐射部之间，第一辐射部的长度大于第二辐射部的长度。第二辐射件与第一辐射部彼此分离且相互耦合。第二辐射件包括一连接部、一第三辐射部以及一第四辐射部，连接部连接于第三辐射部与第四辐射部之间，第三辐射部与第四辐射部不等长。馈入件连接于馈入部，馈入件用于馈入一信号。

本发明的有益效果在于，本发明所提供的天线模块与电子装置，其能通过“第二辐射件与第一辐射部彼此分离且相互耦合”以及“第三辐射部与第四辐射部不等长”的技术方案，提升天线模块在低频范围及中高频范围的频宽。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明的电子装置的立体示意图。

图2为本发明的天线模块的示意图。

图3为本发明的天线模块的第二辐射件与整合模块的示意图。

图4为本发明的天线模块的第二辐射件与切换电路的示意图。

图5为本发明的天线模块仅有第一辐射件时的返回损失的曲线示意图。

图6为本发明的第一辐射件加上第二辐射件的返回损失的曲线示意图。

图7为本发明的天线模块在第一模式的返回损失的曲线示意图。

图8为本发明的天线模块在第二模式的返回损失的曲线示意图。

图9为本发明的天线模块在第三模式的返回损失的曲线示意图。

图10为本发明的天线模块在第四模式的返回损失的曲线示意图。

主要组件符号说明：

D 电子装置

S 壳体

M 天线模块

1 第一辐射件

11第一辐射部

111 开路端

12第二辐射部

13馈入部

14接地部

2 第二辐射件

21连接部

211 第一支臂

212 第二支臂

22第三辐射部

23第四辐射部

231 侧边

3 馈入件

4 近接感测电路

5 电感元件

6 电容元件

7 切换电路

8 控制电路

H1第一耦合间隙

H2第二耦合间隙

W1第一预定宽度

W2第二预定宽度

L1第一预定长度

L2第二预定长度

B 基板

G 接地件

T 整合模块

T1、T2 引脚

P 信号传导路径

P1第一路径

P2第二路径

P3第三路径

E1第一被动元件

E2第二被动元件

E3第三被动元件

SW1 第一切换开关

SW2 第二切换开关

SW3 第三切换开关

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“天线模块与电子装置”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一元件与另一元件。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。另外，本发明全文中的“连接(connect)”是两个元件之间有实体连接且为直接连接或者是间接连接，且本发明全文中的“耦合(couple)”是两个元件之间彼此分离且无实体连接，而是藉由一元件的电流所产生的电场能量(electric field energy)激发另一元件的电场能量。

[实施例]

参阅图1与图2所示，图1为本发明的电子装置的立体示意图，图2为本发明的天线模块的示意图。本发明提供一种电子装置D，其包括一壳体S及设置在壳体S中的天线模块M。较佳地，天线模块M设置在一基板B上。举例来说，电子装置D可为笔记本型计算机，基板B可为FR4(Flame Retardant 4)基板、印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)或是柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit Board，FPCB)，本发明不以此为限。

如图2所示，天线模块M包括第一辐射件1、第二辐射件2、馈入件3以及接地件G。第一辐射件1包括第一辐射部11、第二辐射部12以及馈入部13，馈入部13连接于第一辐射部11与第二辐射部12之间。进一步来说，第一辐射部11可相对于馈入部13朝向正X轴方向延伸，第二辐射部12可相对于馈入部13朝向负X轴方向延伸，第一辐射部11与第二辐射部12彼此平行，且第一辐射部11的长度大于第二辐射部12的长度。藉此，第一辐射件1可为一单极天线(Monopole antenna)，但本发明不限于此。如图2所示，第一辐射件1还可包括接地部14，接地部14连接于接地件G与第一辐射部11之间。因此，本发明的第一辐射件1也可为一平面型倒F天线(Planar inverted-F antenna，PIFA)。另外，举例来说，第一辐射件1、第二辐射件2以及接地件G可为一金属片、一金属导线或者是其他具有导电效果的导电体，且接地件G可电性连接于电子装置D的壳体S。馈入件3可为一同轴电缆线(Coaxial cable)，馈入件3连接于馈入部13。馈入件3用于馈入一信号，以激发第一辐射件1产生一频率范围介于698MHz至6000MHz之间的操作频带。

继续参阅图2所示，在本实施例中，第一辐射件1与第二辐射件2都是设置在基板B的同一表面，且第二辐射件2邻近于第一辐射件1设置，但本发明不以为限制。在其他实施例中，第一辐射件1与第二辐射件2也可设置在基板B的不同表面。无论第一辐射件1与第二辐射件2是设置在基板B的同一表面或者不同表面，第二辐射件2与第一辐射部11彼此分离且相互耦合。第二辐射件2包括连接部21、第三辐射部22以及第四辐射部23。连接部21连接于第三辐射部22与第四辐射部23之间。进一步来说，第三辐射部22可相对于连接部21朝向负X轴方向延伸，第四辐射部23可相对于连接部21朝向正X轴方向延伸，第三辐射部22与第四辐射部23彼此平行，且第三辐射部22与第四辐射部23不等长。藉此，本发明的第二辐射件2是呈T型形状的天线结构，但本发明不以此为限。

参阅图2与图3所示，图3为本发明的天线模块的第二辐射件与整合模块的示意图。第一辐射部11与第三辐射部22之间沿一第一方向具有一第一耦合间隙H1，第一方向平行于Y轴方向。藉此，第一辐射部11与第三辐射部22彼此分离且相互耦合，以产生一频率范围介于617MHz至960MHz之间的操作频带。第三辐射部22在第一方向上具有一第一预定宽度W1，第四辐射部23在第一方向上具有一第二预定宽度W2，第一预定宽度W1小于第二预定宽度W2。本发明藉由第四辐射部23的第二预定宽度W2大于第三辐射部22的第一预定宽度W1的设计，使第一辐射部11的一开路端111与第四辐射部23的一侧边231之间沿一第二方向能够具有一第二耦合间隙H2。第二方向平行于X轴方向，亦即第一方向垂直于第二方向。藉此，第一辐射部11与第四辐射部23彼此分离且相互耦合，以产生一4000MHz左右的操作频率。较佳地，第一耦合间隙H1与第二耦合间隙H2皆小于5mm。

承上述，值得一提的是，第三辐射部22与第四辐射部23不等长。具体来说，第三辐射部22在第二方向上具有一第一预定长度L1，第四辐射部23在第二方向上具有一第二预定长度L2，第一预定长度L1大于第二预定长度L2。

继续参阅图2与图3所示，天线模块M还可包括一近接感测电路4、一电感元件5、一电容元件6以及一切换电路7。近接感测电路4电性连接于第二辐射件2。连接部21包括一第一支臂211与一第二支臂212。电感元件5串联于第一支臂211与近接感测电路4之间。电容元件6串联于第一支臂211与第二支臂212之间。切换电路7电性连接于连接部21，更确切来说切换电路7电性连接于第二支臂212与控制电路8之间。本发明通过近接感测电路4的设置，将第二辐射件2视为一感测电极(Sensor pad)，以供近接感测电路4测量物体(例如使用者的腿部或是其他部位)与天线模块M之间的距离。藉此，电子装置D可具有用于感测人体是否接近天线模块M的功能，进而能调整天线模块M的辐射功率，避免生物体单位质量对电磁波能量比吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)过高的问题。

进一步来说，电感元件5可做为射频阻轭器(RF choke)，来避免由第一辐射件1、第二辐射件2以及馈入件3所组成的天线结构与近接感测电路4相互干扰。电容元件6可作为直流阻隔器(DC block)，用以防止近接感测电路4所产生的直流信号流进系统而对电子装置D内部的其他元件造成影响或损坏，以及防止近接感测电路4所产生的直流信号经由切换电路7直接接地。此外，电容元件6也能够调整天线模块M的阻抗匹配。

先参阅图5与图6所示，图5为本发明的天线模块仅有第一辐射件时的返回损失的曲线示意图，图6为本发明的第一辐射件加上第二辐射件的返回损失的曲线示意图。比较图5与图6可知，当天线模块M仅有第一辐射件1时(见图5)，其无论在低频(617MHz～960MHz)或是中高频(3000MHz～6000MHz)都有频宽不足的问题。而在加入第二辐射件2之后，天线模块M藉由第一辐射件1的第一辐射部11与第二辐射件2的第三辐射部22相互耦合，再搭配第一耦合间隙H1与第二耦合间隙H2的设计，来适当增加低频范围的频宽，以及藉由第一辐射件1的第一辐射部11与第二辐射件2的第四辐射部23相互耦合来适当增加中高频范围的频宽。

参阅图3与图4所示，图4为本发明的天线模块的第二辐射件与切换电路的示意图。切换电路7为多功能的整合模块T中的一部分，第二辐射件2先通过第一支臂211电性连接至整合模块T的其中一引脚T1后，再通过引脚T1电性连接至近接感测电路4。此外，第二辐射件2是先通过第二支臂212电性连接至整合模块T的另外一引脚T2后，再通过引脚T2电性连接至切换电路7。切换电路7包括一信号传导路径P以及多个接地路径，接地路径可例如图4中的第一路径P1、第二路径P2以及第三路径P3。第一路径P1、第二路径P2以及第三路径P3电性连接于信号传导路径P，但本发明不以接地路径的数量为限制。第一路径P1、第二路径P2以及第三路径P3上可分别串联有第一被动元件E1、第二被动元件E2及第三被动元件E3以及分别串联有第一切换开关SW1、第二切换开关SW2及第三切换开关SW3。举例来说，第一被动元件E1、第二被动元件E2以及第三被动元件E3可为电感、电容或电阻，本发明不以为限。电子装置D可利用第一被动元件E1、第二被动元件E2以及第三被动元件E3的设置而调整天线模块M的操作频带、阻抗匹配、返回损失的数值和/或辐射效率。

继续参阅图4所示，在本发明中，切换电路7可包含四种操作模式，分别为第一模式、第二模式、第三模式以及第四模式。电子装置D还可进一步包括一控制电路8。控制电路8可控制切换电路7切换于多个模式中的其中之一，以调整天线模块M的操作频带。具体来说，第一模式为第二辐射件2通过信号传导路径P而电性连接至控制电路8，此时分别位于第一路径至第三路径P1～P3上的第一切换开关至第三切换开关SW1～SW3为非导通状态，也就是说，第一模式也可视为切换电路7尚未作用的状态。第二模式为第二辐射件2通过第一路径P1而接地，此时位于第一路径P1的第一切换开关SW1为导通状态，而分别位于第二路径及第三路径P2、P3上的第二切换开关及第三切换开关SW2、SW3为非导通状态。第三模式为第二辐射件2通过第二路径P2而接地，此时位于第二路径P2的第二切换开关SW2为导通状态，而分别位于第一路径及第三路径P1、P3上的第一切换开关及第三切换开关SW1、SW3为非导通状态。第四模式为第二辐射件2通过第三路径P3而接地，此时位于第三路径P3的第三切换开关SW3为导通状态，而分别位于第一路径及第二路径P1、P2上的第一切换开关及第二切换开关SW1、SW2为非导通状态。举例来说，当切换电路7切换至一第一模式时，天线模块M能产生第一操作频带，当切换电路7切换至一第二模式时，天线结构能产生第二操作频带，且第一模式所产生的第一操作频带的中心频率与第二模式所产生的第二操作频带的中心频率相异。

进一步来说，参阅图7至图10所示，图7为本发明的天线模块在第一模式的返回损失的曲线示意图，图8为本发明的天线模块在第二模式的返回损失的曲线示意图，图9为本发明的天线模块在第三模式的返回损失的曲线示意图，图10为本发明的天线模块在第四模式的返回损失的曲线示意图。如图7所示，在第一模式时，天线模块M所产生的操作频带在低频范围的中心频率为733MHz。如图8所示，在第二模式时，天线模块M所产生的操作频带在低频范围的中心频率为871.5MHz。如图9所示，在第三模式时，天线模块M所产生的操作频带在低频范围的中心频率为651MHz。如图10所示，在第四模式时，天线模块M所产生的操作频带在低频范围的中心频率为678.5MHz。因此，本发明通过切换电路7切换不同路径(信号传导路径P、第一路径P1、第二路径P2以及第三路径P3)，藉以调整天线模块M所产生的操作频带的中心频率，藉以达到增加频宽的效果。

须说明的是，前段叙述是低频范围(617MHz～960MHz)的部分来做为示例性说明。实际上，本发明通过切换电路7切换不同路径(信号传导路径P、第一路径P1、第二路径P2以及第三路径P3)，不仅能够增加天线模块M所产生的操作频带在低频范围的频宽，使得天线模块M所产生的操作频带能够涵盖617MHz～960MHz的范围，还能够进一步增加天线模块M所产生的操作频带在中高频范围的频宽，使得天线模块M所产生的操作频带能够涵盖3000MHz～6000MHz的范围。

[实施例的有益效果]

本发明的有益效果在于，本发明所提供的天线模块M与电子装置D，其能通过“第二辐射件2与第一辐射部11彼此分离且相互耦合”以及“第三辐射部22与第四辐射部23不等长”的技术方案，提升天线模块M在低频范围及中高频范围的频宽。

进一步来说，天线模块M藉由第一辐射件1的第一辐射部11与第二辐射件2的第三辐射部22相互耦合，再搭配第一耦合间隙H1与第二耦合间隙H2的设计，来适当增加低频范围的频宽，以及藉由第一辐射件1的第一辐射部11与第二辐射件2的第四辐射部23相互耦合来适当增加中高频范围的频宽。

本发明能够通过切换电路7切换不同路径(信号传导路径P、第一路径P1、第二路径P2以及第三路径P3)，不仅能够增加天线模块M所产生的操作频带在低频范围的频宽，使得天线模块M所产生的操作频带能够涵盖617MHz～960MHz的范围，还能够进一步增加天线模块M所产生的操作频带在中高频范围的频宽，使得天线模块M所产生的操作频带能够涵盖3000MHz～6000MHz的范围。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等同技术变化，均包含于本发明的权利要求书的范围内。