回路天线
阅读：2发布：2020-05-20
专利汇可以提供回路天线专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种回路天线。所述回路天线包括 电路 板、第一天线结构以及第二天线结构。 电路板 包括第一面及相对第一面的第二面，且电路板包括净空区及接地区，其中净空区邻接接地区。第一天线结构设置于净空区内且设置于第一面。第一天线结构具有馈入结构及第一接地端。馈入结构耦接设置于接地区的功率馈入端。第一接地端耦接接地区。第二天线结构相对第一天线结构设置并设置于第二面。第二天线结构具有第二接地端。第二接地端耦接所述接地区。，下面是回路天线专利的具体信息内容。
1.一种回路天线，包括：
一电路板，包括一第一面及相对所述第一面的一第二面，并包括一净空区及一接地区，所述净空区邻接所述接地区；
一第一天线结构，设置于所述净空区内且设置于所述第一面，所述第一天线结构具有一馈入结构及一第一接地端，所述馈入结构耦接设置于所述接地区的一功率馈入端，所述第一接地端耦接所述接地区；以及
一第二天线结构，相对所述第一天线结构设置并设置于所述第二面，所述第二天线结构具有一第二接地端，所述第二接地端耦接所述接地区。
2.根据权利要求1所述的回路天线，其特征在于，所述馈入结构包括：
一匹配电容；以及
一馈入金属片，所述馈入金属片一端作为一馈入端，且所述馈入金属片的另一端耦接所述匹配电容，其中所述馈入端耦接所述功率馈入端。
3.根据权利要求1所述的回路天线，其特征在于，所述第二天线结构包括：
一共振电容；以及
一辐射金属片，所述辐射金属片一端作为所述第二接地端，且所述辐射金属片的另一端耦接所述共振电容。
4.根据权利要求3所述的回路天线，其特征在于，所述共振电容的一端耦接所述辐射金属片，且所述共振电容的另一端耦接所述接地区。
5.根据权利要求3所述的回路天线，其特征在于，所述辐射金属片的长度小于或等于所述回路天线的信号传输频率的1/16波长。
6.根据权利要求2所述的回路天线，其特征在于，所述馈入金属片包括一第一结构体及至少一第二结构体，所述第一结构体沿着一第一方向延伸；所述至少一第二结构体沿着一第二方向延伸，所述至少一第二结构体的一端耦接并延伸自所述第一结构体，且所述至少一第二结构体的另一端耦接所述接地区。
7.根据权利要求6所述的回路天线，其特征在于，所述至少一第二结构体的数量为二个，其中一个所述第二结构体作为所述第一接地端，且另外一个所述第二结构体耦接所述功率馈入端。
8.根据权利要求6所述的回路天线，其特征在于，所述第二天线结构沿着所述第一方向延伸设置。
9.根据权利要求8所述的回路天线，其特征在于，所述第一结构体及所述匹配电容于所述第二面的投影与所述第二天线结构重叠。
10.根据权利要求6所述的回路天线，其特征在于，所述第一结构体的二端分别与所述接地区间隔一第一间距及一第二间距。
11.根据权利要求1所述的回路天线，其特征在于，所述第一天线结构相对所述第二天线结构间隔一第三间距，所述第三间距为0.5毫米至1.5毫米。
回路天线
技术领域
[0001] 本发明涉及一种无线通信的组件，特别是涉及一种回路天线。
背景技术
[0002] 为了因应通讯设备小型化的需求，无线通信结构的设计受到限制。例如，在小尺寸的耳机中，设计多个天线结构，以实现蓝牙功能。然而，天线被限制于小型空间时，因隔离度不佳而导致无线信号传输的质量及效能低下。
发明内容
[0003] 基于此，本案提供一种回路天线，包括一电路板、一第一天线结构以及一第二天线结构。所述电路板包括一第一面及相对所述第一面的一第二面，且所述电路板包括一净空区及一接地区，所述净空区邻接所述接地区。所述第一天线结构设置于所述净空区内且设置于所述第一面。所述第一天线结构具有一馈入结构及一第一接地端。所述馈入结构耦接设置于所述接地区的一功率馈入端。所述第一接地端耦接所述接地区。所述第二天线结构相对所述第一天线结构设置并设置于所述第二面。所述第二天线结构具有一第二接地端。所述第二接地端耦接所述接地区。
附图说明
附图说明
[0005] 图2A为图1中电路板第一面的回路天线的结构示意图；
[0006] 图2B为图1中电路板第二面的回路天线的结构示意图；
[0007] 图3为图1中电路板的回路天线的结构示意图；
[0008] 图4为图1中电路板的回路天线的返回损失图。
[0009] 其中：
[0010] 100：电子装置 pcb：印刷电路板
[0011] 110：电路组件 pcb1：第一面
[0012] 111：回路天线集成电路 pcb2：第二面
[0013] 112：金属传输线 CLR：净空区
[0014] 120：端口 GND：接地区
[0015] 200：回路天线 D1、D2、D3：间距
[0016] 210：第一天线结构 Cimp：匹配电容
[0017] 211：馈入金属片 Cres：共振电容
[0018] 211a：第一结构体 n1：功率馈入端
[0019] 211b：第二结构体 C：缺口
[0020] 212：馈入点 X、Y、Z：方向
[0021] 220：第二天线结构
具体实施方式
[0023] 为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
[0024] 此外，在本文中所使用的用词『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均为开放性的用语，即意指『包括但不限于』。此外，本文中所使用的『及/或』，包括相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。
[0025] 于本文中，当一组件被称为『连接』或『耦接』时，可指『电性连接』或『电性耦接』。『连接』或『耦接』亦可用以表示二或多个组件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用『第一』、『第二』、…等用语描述不同组件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的组件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。
[0026] 本文所述的「大约」、「近似」等用语一般表示为一定值或平均值的20％范围内，或较佳地为10％内，或更加地为5％内。本文所述的数值若为近似值，则可推断其系指「大约」、「近似」等用语。
[0027] 电子装置中具有实现无线通信功能的组件。电子装置例如计算机、手机、无线电话等等，其中无线通信功能包括无线热点(Wi-Fi)、蓝牙(Bluetooth)等等，用以通过无线通信功能组件与另一个电子装置传输信号(或称数据)。
[0028] 蓝牙功能的组件通常以天线结构实现，其中蓝牙的工作频段约在2.4～2.485千兆赫(GHz)。传统天线为了实现前述的工作频段，以工作频率2.4GHz为例，天线结构的长度需要大于工作频率的四分之一波长，即大约为20～25毫米(mm)。如此一来，传统天线无法设置在小型化的电子装置中。故，本申请的实施例提出的回路天线可以克服前述的缺失。
[0029] 为了简洁说明，第1图仅绘示电子装置100的部分结构，为根据本申请的一实施例的结构示意图。
[0030] 在本申请的实施例中，电子装置100是以蓝牙耳机为示例，其中的无线通信功能则以蓝牙为示例说明，其他电子装置100以及无线通信功能的实施例亦包含在本申请的实施例中。
[0031] 如第1图所示，电子装置100包括印刷电路板pcb、电路组件110、端口120及回路天线200。电路组件110、端口120及回路天线200设置于印刷电路板pcb中，其中电路组件110耦接端口120及回路天线200。
[0032] 端口120用以对外耦接传输线(图中未示)，以在传输线及电路组件110之间传输信号(或称为数据)。一些实施例中，端口120为通用串行总线(universal serial bus；USB)。一些实施例中，端口120为高画质多媒体接口(high definition multimedia interface；
HDMI)。一些实施例中，端口120为3.5毫米音频接口或是其他用以传输信号的接口，不以本申请的实施例为限。
HDMI)。一些实施例中，端口120为3.5毫米音频接口或是其他用以传输信号的接口，不以本申请的实施例为限。
[0033] 电路组件110包括集成电路(integrated circuit；IC)、金属传输线等，其中集成电路更包括回路天线集成电路111，用以操控回路天线200。回路天线集成电路111通过金属传输线112耦接于回路天线200，且二者的耦接处为功率馈入端n1。
[0034] 印刷电路板pcb为平板结构，具有第一面pcb1及相对于第一面pcb1的第二面pcb2，其中第一面pcb1及第二面pcb2在第三方向(即Z方向)上呈平行。此外，在第一方向(即X方向)与第二方向(即Y方向)的平面(即X-Y平面)上，印刷电路板pcb向内凹形成一缺口C，并设置有回路天线200。
[0035] 由于印刷电路板pcb本身为绝缘体，印刷电路板pcb相对于回路天线200而言为接地区；缺口C处相对于回路天线200而言则为辐射区，用以耦合信号。
[0036] 回路天线200包括第一天线结构210及第二天线结构220(图中以网格填满表示)，且分别设于印刷电路板pcb的相异面上，即第一面pcb1与第二面pcb2。
[0037] 借由回路天线集成电路111驱动回路天线200，其中通过金属传输线112将信号(或称为数据、能量等)由回路天线集成电路111传输至功率馈入端n1，并由功率馈入端n1将信号馈入于第一天线结构210。当信号馈入于第一天线结构210时，信号由第一天线结构210的馈入点(如第2A图所示的馈入点212)馈入，并将信号耦合至第二天线结构220。接着，第二天线结构220将信号耦合至另一个无线通信装置(图中未示)，以实现无线通信功能。
[0039] 请一并参阅第2A图及第2B图，更详细说明第1图中的回路天线200结构，分别说明第一天线结构210及第二天线结构220。为了使第2A图及第2B图更简洁，故图中与第1图部分相同组件不重复标号与显示，仅在第2A图及第2B图中绘示回路天线200的结构。
[0040] 第2A图为根据第1图的部分结构中，回路天线200在于印刷电路板pcb的第一面pcb1的俯视结构示意图，其中所示平面为X-Y平面。
[0041] 如第2A图所示，印刷电路板pcb因缺口C(如第1图所示)而形成净空区CLR以及接地区GND。接地区GND为印刷电路板pcb未设有金属传输线112及电路组件110的区域，为绝缘结构。净空区CLR为不具有实体结构的区域，以将空气作为回路天线200的传输介质。
[0042] 净空区CLR的立体形状、空间等设计是与回路天线200的结构以及印刷电路板pcb中的其他电路组件110相关。当净空区CLR的大小越大，回路天线200用以耦合信号的空间越大，进而具有更良好的通讯效能。同时，净空区CLR越大会造成其他电路组件110的设计空间被压缩。故，在本申请的小型化的电子装置100的实施例中，净空区CLR相对于印刷电路板pcb的空间为电子装置100的优化设置方式。
[0043] 一些实施例中，净空区CLR是呈不规则的立体空间。一些实施例中，净空区CLR是呈长方体状。净空区CLR的空间形状皆于本申请的实施例的范畴内。在本申请的实施例中，净空区CLR为如第2A图至第2B图所示的不规则空间为示例说明，借以在有限的空间中具有良好的信号耦合效能。
[0044] 如第2A图所示，第一天线结构210设置于净空区CLR内，且第一天线结构210设置于印刷电路板pcb的第一面pcb1上。第一天线结构210为一体成形的金属片结构，在此称为馈入金属片211，包括第一结构体211a及第二结构体211b，且第一结构体211a与第二结构体211b皆为长条片状结构。
[0045] 第一结构体211a沿着印刷电路板pcb的长边延伸，即沿着X方向延伸，并与印刷电路板pcb的二边分别相距第一间距D1及第二间距D2。
[0046] 接续上述的说明，由于第一结构体211a的二端与印刷电路板pcb之间分别相隔第一间距D1及第二间距D2，第一结构体211a不与印刷电路板pcb实体接触。亦可以理解为，第一结构体211a没有接地。因此，通过第一结构体211a耦合馈入的信号时，可以将完整的信号耦合至第二天线结构220，以增进信号耦合效能。
[0047] 一些实施例中，第一间距D1等于第二间距D2。一些实施例中，第一间距D1小于第二间距D2。实务上，第一间距D1与第二间距D2的长度会依据第一结构体211a以及净空区CLR的大小而被决定。举例来说，当净空区CLR相对于X-Y平面上的尺寸大约为4毫米(mm)*7毫米(mm)(即4*7平方毫米(mm2))时，第一间距D1为0.4～0.6毫米(mm)，且第二间距D2为0.9～1.1毫米(mm)。当净空区CLR的面积以及第一结构体211a(相对于X方向)的长度缩小时，第一间距D1与第二间距D2亦对应减小。
[0048] 馈入金属片211具有二个第二结构体211b，且每一个第二结构体211b皆延伸自第一结构体211a。第二结构体211b沿着印刷电路板pcb的短边延伸，即沿着负Y方向延伸。第二结构体211b延伸至印刷电路板pcb，并耦接印刷电路板pcb。也就是说，第二结构体211b的一端与印刷电路板pcb实体接触。
[0049] 此外，第二结构体211b并非自第一结构体211a(相对于X方向)的长度中心处延伸。也就是说，第二结构体211b自第一结构体211a的特定位置(图中未标示)向负Y方向延伸，且前述的特定位置并非位在第一结构体211a相对于X方向上的中心位置。因此，整体的第一天线结构210相对于X方向或Y方向皆呈非对称的结构。
[0050] 接续上述的说明，每一个第二结构体211b在Y方向上相互平行，并具有相同的(Y方向上)长度。其中一个第二结构体211b耦接于功率馈入端n1，其中第二结构体211b与功率馈入端n1耦接之处为馈入端212，用以接收来自功率馈入端n1所馈入的信号。另外一个第二结构体211b耦接于印刷电路板pcb的接地区GND，其中第二结构体211b与接地区GND耦接之处为第一接地端(图中未标示)，用以将信号接地。
[0051] 一些实施例中，第二结构体211b(相对于Y方向)的长度小于第一结构体211a(相对于X方向)的长度。
[0052] 第一天线结构210更包括匹配电容Cimp。匹配电容Cimp设置于第一结构体211a上，且位于二个第二结构体211b分别与第一结构体211a连接延伸位置的中间处。匹配电容Cimp耦接第一结构体211a以及第二结构体211b。
[0053] 一些实施例中，匹配电容Cimp在X方向上的长度等于二个第二结构体211b之间在X方向上的间距。另外，于X方向上，匹配电容Cimp相对于第一结构体211a的左端的距离小于相对于第一结构体211a的右端的距离。
[0054] 一些实施例中，匹配电容Cimp在Y方向上的宽度等于第一结构体211a在Y方向上的宽度。
[0055] 第2B图为根据第1图的部分结构中，回路天线200在于印刷电路板pcb的第二面pcb2的俯视结构示意图，其中所示平面为X-Y平面。第2B图为第2A图沿着Z方向上的相对面，也就是第2B图为第2A图的反面。故，第2B图相似于第2A图，于此不另赘述相同处，仅说明相异处。
[0056] 如第2B图所示，第二天线结构220设置于净空区CLR内，且第二天线结构220设置于印刷电路板pcb的第二面pcb2上。第二天线结构220包括一体成形的辐射金属片221。辐射金属片221相似于第一结构体211a，为沿着X方向延伸的长条片状结构，且辐射金属片221为在Z方向上平行于第一结构体211a。辐射金属片221的一端耦接于印刷电路板的接地区GND，其中辐射金属片221与接地区GND耦接之处为第二接地端(图中未标示)，用以将信号接地。
[0057] 应注意的是，在Z方向上，辐射金属片221在印刷电路板pcb的第一面pcb1的投影会与第一结构体211a以及匹配电容Cimp重叠。也就是说，在Z方向上，辐射金属片221与第一结构体211a分离，且辐射金属片221与第一结构体211a呈平行并对齐重叠设置。借此，由第一天线结构211a馈入的信号能完整的耦合至辐射金属片221。
[0058] 辐射金属片221(相对于X方向)的长度小于或等于无线传输信号的工作频率的十六分之一波长。以蓝牙的工作频率2.4GHz为例，辐射金属片221(相对于X方向)的长度可以在工作频率的十六分之一波长(大约为7.8毫米(mm))以内，借以缩小整个回路天线200的尺寸。
[0059] 一些实施例中，辐射金属片221(相对于X方向)的长度大于第一结构体211a(相对于X方向)的长度。
[0060] 第二天线结构220更包括共振电容Cres。共振电容Cres设置于第二天线结构220的一端，并耦接于印刷电路板pcb的接地区GND，即共振电容Cres的另一端与印刷电路板pcb实体接触。亦可以理解为，共振电容Cres的一端耦接辐射金属片221，而另一端则耦接接地区GND。
[0061] 一些实施例中，共振电容Cres在Y方向上的宽度等于辐射金属片221在Y方向上的宽度。
[0062] 如此一来，由于共振电容Cres的一端接地，能缩小辐射金属片221(相对于X方向)的长度，进而减少整体回路天线200的尺寸。
[0063] 另外，在Z方向上，由于共振电容Cres与辐射金属片221相对于第一结构体211a与匹配电容Cimp为分离且对齐重叠设置，信号在第一天线结构210与第二天线结构220之间的耦合过程中会以最大能量形式传输，因此具有良好的耦合效能。
[0064] 综合上述的回路天线200的各组件尺寸实施例中，回路天线200能设置在有限的净空区CLR内小型化设置，进而缩小回路天线200所应用的电子装置100(如第1图所示)的尺寸。
[0065] 请一并参阅第3图，第3图为根据第1图的电子装置100的立体示意图的另一个视角。为了使第3图更简洁，故图中与第1图、第2A～2B图中部分相同组件不重复标号与显示。
[0066] 如第3图所示，第一天线结构210与第二天线结构220在Z方向上为分离设置，并间隔一个高度D3。
[0067] 一些实施例中，高度D3即等同于印刷电路板pcb的厚度。一些实施例中，高度D3小于印刷电路板pcb的厚度。一些实施例中，高度D3的范围为0.5～1.5毫米(mm)，并于一些实例中，高度D3大约为0.6毫米(mm)。
[0068] 当电子装置100要执行无线传输功能时，电子装置100的处理器(图中未示)将信号由回路天线集成电路111(如第1图所示)耦合至功率馈入端n1。信号自第二结构体211b(如第2A图所示)的馈入端212耦合至第一结构体211a(如第2A图所示)，其中通过第一结构体211a上的匹配电容Cimp调整整体回路天线200的阻抗，使信号能以最大能量的形式耦合至辐射金属片221。
[0069] 接着，通过辐射金属片221上的共振电容Cres调整信号的共振频率，使信号能以特定的频率耦合出去，以传输至特定的信号接收端。
[0070] 第4图为根据第1图、第2A、2B图及第3图的回路天线的返回损失(return loss)图。在第4图中，回路天线的各组件的尺寸及其相对于印刷电路板的距离为根据上述实施例所述，且回路天线应用于蓝牙的工作频段。
[0071] 如第4图所示，回路天线的带宽可以涵盖2.4GHz至2.48GHz，且在此工作带宽内的损失皆低于-7dB。更进一步根据第4图计算回路天线的效率，计算结果如《表一》所示，为此工作带宽内的回路天线效率的近似值。
[0072] 《表一》
[0073]
[0074] 如第4图及《表一》所示，在工作频段2.4GHz至2.48GHz中，天线效率约为54.86％至57.65％，符合实际蓝牙应用的需求。因此，本申请的实施例中的回路天线能在有限的小型化空间中实现。
[0075] 如上所述，匹配电容Cimp可以调整回路天线200的阻抗匹配，例如将返回损失调整至低于-7dB。共振电容Cres可以调整目标的频率大小，例如将耦合频率调整至蓝牙的工作频率(约2.4GHz)。因此，对于无线通信组件的开发者或生产者，能分别通过匹配电容Cimp以及共振电容Cres调整信号耦合的相异参数，也就是将对应的信号匹配参数及共振参数分为相互独立的变异数。如此一来，开发者或生产者能各自独立测试匹配参数以及共振参数，以提升研发或制造过程中的效率。
[0076] 综上，本案所述的回路天线，利用在空间中分离且对齐设置的第一天线结构及第二天线结构，能在小型化的电子装置中实现无线通信功能。借由匹配电容与第一结构体相对于共振电容与辐射金属片的设置方式，信号在第一结构体与辐射金属片之间能具有良好的耦合效能。
[0077] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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