CN102780073A - 手持式装置及其平面天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种手持式装置及其平面天线。该平面天线包含一辐射体、一过滤元件及一开关。该过滤元件用以使该平面天线可操作于一第一高频电流路径以及一第一低频电流路径，且该开关用以于使该平面天线可操作于一第二高频电流路径以及一第二低频电流路径。当该开关非导通时，该平面天线可操作于对应该第一高频电流路径的一第一高频中心频率以及对应该第一低频电流路径的一第一低频中心频率，而当该开关导通时，该平面天线可操作于对应该第二高频电流路径的一第二高频中心频率以及对应该第二低频电流路径的一第二低频中心频率。

Description

手持式装置及其平面天线
技术领域
本发明关于一种手持式装置及其平面天线。具体而言，本发明的平面天线具有一过滤元件及一开关，其中过滤元件用以使平面天线可操作于二个中心频率，而开关用以使平面天线可操作于另外二个中心频率。
背景技术
随着现代人对于无线通信的需求渐增，手持式装置(例如：移动电话、笔记型电脑、平板电脑及无线网路分享器等手持式装置)也逐渐成为现代人生活中不可或缺的必需品。为了满足现代人对于手持式装置的依赖，手持式装置相关业者莫不将手持式装置的设计朝向更人性化或更适合人们需求的方向发展，其中又以多频操作以及轻薄外观最为现代人所期盼。
为了达成手持式装置具有多频操作的功能，相关业者于近年来纷纷投入大量资源于开发出具有多频操作的天线，其中又以具轻薄外观的平面倒F天线(planarinverted-F antenna；PIFA)最受青睐。已知单频倒F平面天线，仅具有一约1/4波长的辐射体作为共振的电流路径，倘若该单频平面倒F天线欲操作于更多的中心频率上，则必须经由加入其他寄生天线元件(parasitic antenna elements)及/或其他分支(branches)以形成多个电流路径而达成。换言之，一般已知的天线，如果要收发两种以上的信号，就必须具有两支以上的辐射体，各自收发本身的操作频率，但却占据了许多的空间，同时天线本身的净空区(clearance area)也不够大，影响到天线的收发品质。
于已知技术中，设计一多频平面倒F天线将会因天线元件增加，而面临天线元件间产生非预期耦合效应，使得天线设计上的复杂度提高，同时亦因增加天线元件，使得天线体积变大而产生种种不利因素。此外，已知多频平面倒F天线亦无法透过弹性地切换而操作于多个中心频率间。
有鉴于此，如何设计一平面天线，其具有体积小、设计简单及弹性操作于多个中心频率的优点，乃是业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平面天线，其具有体积小、设计简单及弹性操作于多个中心频率的优点。本发明的平面天线仅一辐射体，因此其体积相对于已知多频倒F平面天线的体积将相对缩小。另外，由于本发明的平面天线不需增加其他寄生天线元件及/或其他分支以操作于多个中心频率，因此亦减少平面天线设计上的复杂度。
为达上述目的，本发明揭露了一种平面天线，其包含一辐射体、一过滤元件及一开关。该辐射体包含：一第一部分，包含一第一接触点以及一第二接触点；一第二部分，包含一第三接触点、一第四接触点以及一第五接触点，其中该第四接触点电性连接至该第二接触点；以及一第三部分，包含一第六接触点。该过滤元件电性连接于该第五接触点以及该第六接触点之间，使该平面天线可操作于一第一高频电流路径以及一第一低频电流路径。该开关电性连接于该第一接触点以及该第三接触点之间，使该平面天线可操作于一第二高频电流路径以及一第二低频电流路径。当该开关非导通时，该平面天线可操作于对应该第一高频电流路径的一第一高频中心频率以及对应该第一低频电流路径的一第一低频中心频率。当该第一开关导通时，该平面天线可操作于对应该第二高频电流路径的一第二高频中心频率以及对应该第二低频电流路径的一第二低频中心频率。
本发明的另一目的在于提供一种手持式装置及其平面天线。该平面天线设置于该手持式装置的基板的一净空区。由于本发明的平面天线的体积相对于已知多频倒F平面天线的体积较为缩小，使更能有效地设置于该净空区内，且完全地利用该净空区，故可提高手持式装置的通信品质。据此，在净空区的大小不因应平面天线的体积而缩减的情况下，本发明可减少净空区外的电子元件对该平面天线的影响，因而提高手持式装置的通信品质。另一方面，在净空区的大小因应平面天线的体积而缩减的情况下，本发明可使手持式装置的内部空间配置具有较大的弹性，并可将电子元件对该平面天线的影响降至最低，以维持手持式装置的通信品质。
为达上述目的，本发明更揭露了一种手持式装置，其包含一基板及一平面天线。该基板具有一净空区，且该平面天线，设置于该净空区内，并用以收发一射频信号。该平面天线包含一辐射体、一过滤元件及一开关。该辐射体包含：一第一部分，包含一第一接触点以及一第二接触点；一第二部分，包含一第三接触点、一第四接触点以及一第五接触点，其中该第四接触点电性连接至该第二接触点；以及一第三部分，包含一第六接触点。该过滤元件电性连接于该第五接触点以及该第六接触点之间，使该平面天线可操作于一第一高频电流路径以及一第一低频电流路径。该开关电性连接于该第一接触点以及该第三接触点之间，使该平面天线可操作于一第二高频电流路径以及一第二低频电流路径。当该开关非导通时，该平面天线可操作于对应该第一高频电流路径的一第一高频中心频率以及对应该第一低频电流路径的一第一低频中心频率。当该第一开关导通时，该平面天线可操作于对应该第二高频电流路径的一第二高频中心频率以及对应该第二低频电流路径的一第二低频中心频率。
于参阅图式及本发明的实施方式后，此技术领域具有通常知识者便可了解本发明的其他目的，以及本发明的技术手段及实施方面。
附图说明
图1为本发明的第一实施例的一手持式装置1的示意图；
图2为本发明的第一实施例的一平面天线13的俯视图；
图3为本发明的第二实施例的一平面天线13的俯视图；
图4为本发明的第三实施例的一平面天线13的俯视图；
图5为本发明的第四实施例的一平面天线13的俯视图；以及
图6-7分别为本发明的具有过滤元件与开关元件的天线操作于不同频带下的电压驻波比(VSWR)示意图。
主要元件符号说明：
1：手持式装置
11：基板
111：净空区
113：电路板
13：平面天线
131：辐射体
1311：辐射体的第一部分
1311a：第一接触点
1311b：第二接触点
1313：辐射体的第二部分
1313a：第三接触点
1313b：第四接触点
1313c：第五接触点
1315：辐射体的第三部分
1315a：第六接触点
1317：馈入点
1319：接地点
133：过滤元件
135：开关
137：承载件
139：射频阻流器
141：阻直流元件
具体实施方式
本发明主要涉及一种手持式装置及其平面天线，且该平面天线具有体积小、设计简单及弹性操作于多个中心频率的优点。以下实施例用以举例说明本发明的技术内容，并非用以限制本发明的范围。需说明者，以下实施例及图式中，与本发明无关的元件已省略而未绘示。此外，图式中各元件间的尺寸关系仅为求容易了解，非用以限制实际比例。
本发明的第一实施例如图1及图2所示。具体而言，图1为本发明的手持式装置1的示意图，以及图2为用于手持式装置1的一平面天线13的俯视图。
如图1所示，手持式装置1包含一基板11及一平面天线13。需注意者，基于说明简化的原则，手持式装置1的其它元件，例如触控显示模块、通信模块、输入模块、供电模块及相关必要元件，皆于图中省略而未绘示。基板11包含一净空区111及一电路板113，且平面天线13包含一辐射体131、一过滤元件133、一开关135及一承载件137。其中基板11一般可看成手持式装置1的系统接地面，辐射体131配置于承载件137之上，平面天线13设置于手持式装置1的净空区111内，并用以收发一射频信号。
进一步言，如图2所示，辐射体131包含第一部分1311、第二部分1313及第三部分1315。第一部分1311包含一第一接触点1311a以及一第二接触点1311b，第二部分1313包含一第三接触点1313a、一第四接触点1313b以及一第五接触点1313c，以及第三部分1315包含一第六接触点1315a。于本实施例中，第一部分1311的第二接触点1311b直接电性连接至第二部分1313的第四接触点1313b，亦即辐射体131的第一部分1311直接实体连结第二部分1313。
过滤元件133电性连接于第五接触点1313c以及第六接触点1315a之间，使得平面天线13具有一第一高频电流路径以及一第一低频电流路径。具体而言，当平面天线操作于一第一频带操作模式时，过滤元件133使得第一高频电流路径不包含第三部分1315(即第五接触点1313c与第六接触点1315a之间形同断路)，以及使得第一低频电流路径包含第三部分1315(即第五接触点1313c与第六接触点1315a之间形同短路)。换言之，过滤元件133使得平面天线的辐射体131具有双模态的操作模式，亦即可同时共振于二个主要的中心频率，例如一个基频，以及至少一个倍频。
开关135电性连接于第一接触点1311a以及第三接触点1313a之间，使得平面天线13具有一第二高频电流路径以及一第二低频电流路径。具体而言，当开关135开启时(即第一接触点1311a与第三接触点1313a之间导通时)，平面天线即操作于一第二频带操作模式，而开关135使得该第二高频电流路径包含第一接触点1311a以及第三接触点1313a间的导体，但不包含第三部分1315，以及使得该第二低频电流路径包含第一接触点1311a以及第三接触点1313a间的导体并包含第三部分1315。据此，在过滤元件133可使得平面天线的辐射体131同时共振于二个主要的中心频率的前提下，开关135则可进一步地使平面天线的辐射体131共振于另外二个主要的中心频率。须说明者，开关135可为一机械开关、一电子开关或任何可用以控制第一接触点1311a以及第三接触点1313a耦合的元件。
此外，辐射体131的第一部分1311更包含一馈入点1317耦合至电路板113的一信号端(图未绘示)，且辐射体131的第二部分1313更包含一接地点1319耦合至电路板113的一接地端(图未绘示)，使手持式装置1透过平面天线13收发射频信号。进一步言，当开关135于非导通状态时(Diode off)，平面天线13操作于第一频段操作模式，亦即操作于对应该第一高频电流路径的一第一高频中心频率以及对应该第一低频电流路径的一第一低频中心频率，而当开关135于导通状态时(Diode on)，平面天线13操作于第二频段操作模式，亦即操作于对应该第二高频电流路径的一第二高频中心频率以及对应该第二低频电流路径的一第二低频中心频率。
图3描绘本发明的第二实施例的平面天线13。于本实施例中，过滤元件133由一电感器及一电容器所组成。换言之，过滤元件133为至少一被动元件所构成，并用以电性连接于辐射体131的第二部分1313的第五接触点1313c以及第三部分1315的第六接触点1315a之间。须说明者，于其他实施例中，过滤元件133可为单一的电感器，亦可以置换为一细长的传输线(narrow transmission line)或其他具有阻抗特性的元件或元件组合。其中所谓的组合，可能是单一种元件或多种元件所组成者。因此，所属技术领域中具有通常知识者应可根据本发明实施例所述的技术内容轻易置换过滤元件133以达成相同功效。
图4描绘本发明的第三实施例的平面天线13。如图4所示，平面天线33的开关135为一二极体元件。二极体元件的阳极端电性连接至辐射体131的第一部分1311的第一接触点1311a，且二极体元件的阴极端电性连接至辐射体131的第二部分1313的第三接触点1313a。
此外，平面天线13更包含一射频阻流器139，其电性连接于辐射体131的第一部分1311的馈入点1317与电路板113的一直流输出端之间，用以阻绝一射频信号导入至直流输出端。于本实施例中，二极体元件的关闭或开启由直流输出端的一直流控制信号所控制。另一方面，平面天线33更包含一阻直流元件141。阻直流元件141一电容器，其电性连接于幅射体131的第一部分1311的第二接触点1311b与幅射体1311的第二部分1313的第四接触点1313b之间，用以阻绝该直流控制信号经由第一部分1311的第二接触点1311b导入至第二部分1313的第四接触点1313b。须说明者，于其他实施方面中，阻直流元件141可以为其他具有阻止直流通过的元件或元件组合，并不局限于电容器。
进一步言，当直流输出端的电压小于一预设值时，二极体元件无法导通，使辐射体131的第一部分1311的第一接触点1311a与第二部分1313的第三接触点1313a之间形同断路。此时，平面天线33操作于该第一频带工作模式。然而，当直流输出端的电压大于一预设值时，二极体元件导通，使辐射体131的第一部分1311的第一接触点1311a与第二部分1313的第三接触点1313a形成电流路径。此时，平面天线33操作于该第二频带工作模式。
图5描绘本发明的第四实施例的平面天线13。不同于第三实施例，于第四实施例中，平面天线13的馈入点1317位于辐射体131的第二部分1313，且平面天线13的接地点1319位于辐射体131的第一部分1311。平面天线13的开关135亦为一二极体元件，然而二极体元件的阴极端电性连接至辐射体131的第一部分1311的第一接触点1311a，且二极体元件的阳极端电性连接至辐射体131的第二部分1313的第三接触点1313a。换言之，于本实施例中，因应馈入点1317与接地点1319的位置变动，二极体元件以相反的方向设置。
类似地，平面天线13的馈入点1317耦合至一射频阻流器139，其耦合至电路板113的一直流输出端，用以阻绝一射频信号导入至直流输出端。直流输出端具有一直流控制信号用以控制二极体元件关闭或开启。另一方面，阻直流元件141亦为一电容器，其耦合于幅射体131的第一部分1311的第二接触点1311b至幅射体1311的第二部分1313的第四接触点1313b，并用以阻绝该直流控制信号经由第一部分1311的第二接触点1311b导入至第二部分1313的第四接触点1313b。
综合上述，本发明的平面天线经由过滤元件133于二频带操作模式中分别产生一高频电流路径及一低频电流路径，同时经由开关135即可弹性地切换该二频带操作模式，并操作于多个中心频率上，以收发不同频带或通信系统的射频信号的目的。进一步言，图6及图7分别描绘本发明的具有过滤元件与开关元件的天线操作于不同频带下的电压驻波比(VSWR)示意图。如图6所示，当开关于非导通状态(Diode off)，该天线得以操作于中心频率850MHz以及1775MHz，而当开关于导通状态(Diode on)，该天线得以操作于中心频率900MHz以及2035MHz。于是，该天线共涵盖了全球移动通信(Global System For Mobile Communication；GSM)系统的GSM850与GSM900、全数位式通信(Digital Communication System；DCS)系统的DCS1800、个人通信服务(Personal Communications Services；PCS)系统的PCS 1900以及通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System；UMTS)的频带。此外，如图7所示，该天线亦可应用于3GPP长期演进技术(3GPPLong Term Evolution；3GPP LTE)系统所需的wideband频带(例如LTE，GSM，CDMA/WCDMA)，其中当开关于非导通状态时，该天线得以操作于中心频率698MHz以及1775MHz，而当开关于导通状态时，该天线得以操作于中心频率716MHz以及2035MHz。由此可见，本发明的平面天线可根据所需而应用于各通信系统上。
具体而言，本发明仅利用一支辐射体，就可提供非常大的可操作频宽，相较于具有类似功效的传统天线设计，本发明可将天线体积缩小将近1/3，并具有更好的收发品质。此外，因本发明的平面天线仅具有一辐射体，未有其他寄生天线元件及/或其他分支加入，据此相对于已知多频倒F平面天线，本发明的平面天线不但体积将相对缩小，且设计复杂度也相对简单，使平面天线得以更有效地设置于手持式装置的净空区内，以降低平面天线的特性受到手持式装置的其他电子零件的影响。另一方面，在考虑将净空区的大小因应平面天线的大小缩减的情况下，手持式装置的内部空间配置可具有较大的弹性。
需说明者，上述的实施例仅用以揭露本发明的实施方面，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。此外，任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，且本发明的权利保护范围应以权利要求书为准。

Claims (12)

1.一种平面天线包含：
一辐射体，包含：
一第一部分，包含一第一接触点以及一第二接触点；
一第二部分，包含一第三接触点、一第四接触点以及一第五接触点，其中该第四接触点电性连接至该第二接触点；以及
一第三部分，包含一第六接触点；
一过滤元件，电性连接于该第五接触点以及该第六接触点之间，使该平面天线可操作于一第一高频电流路径以及一第一低频电流路径；以及
一开关，电性连接于该第一接触点以及该第三接触点之间，使该平面天线可操作于一第二高频电流路径以及一第二低频电流路径；
其中，当该开关于非导通状态时，该平面天线可操作于对应该第一高频电流路径的一第一高频中心频率以及对应该第一低频电流路径的一第一低频中心频率，当该开关于导通状态时，该平面天线可操作于对应该第二高频电流路径的一第二高频中心频率以及对应该第二低频电流路径的一第二低频中心频率。
2.如权利要求1所述的平面天线，其中该过滤元件一细长传输线及至少一被动元件其中之一。
3.如权利要求1所述的平面天线，其中该辐射体的该第一部分更包含一馈入点耦合至一电路板，以及该辐射体的该第二部分更包含一接地点耦合至该电路板的一接地端。
4.如权利要求3所述的平面天线，更包含：
一射频阻流器，电性连接于该幅射体的该第一部分的该馈入点与该电路板的一直流输出端之间，用以阻绝一射频信号导入至该直流输出端，其中该开关为一二极体元件，且该直流输出端具有一直流控制信号用以控制该二极体元件；以及
一阻直流元件，用以电性连接该幅射体的该第一部分的该第二接触点至该幅射体的该第二部分的该第四接触点，以阻绝该直流控制信号经由该第一部分的该第二接触点导入至该第二部分的该第四触点。
5.如权利要求1所述的平面天线，其中该辐射体的该第一部分更包含一接地点电性连接至一电路板的一接地端，以及该辐射体的该第二部分更包含一馈入点电性连接至该电路板。
6.如权利要求5所述的平面天线，更包含：
一射频阻流器，电性连接于该幅射体的该第二部分的该馈入点与该电路板的一直流输出端之间，用以阻绝一射频信号导入至该直流输出端，其中该开关系为一二极体元件，且该直流输出端具有一直流控制信号用以控制该二极体元件；以及
一阻直流元件，用以电性连接该幅射体的该第一部分的该第二接触点至该幅射体的该第二部分的该第四接触点，以阻绝该直流控制信号经由该第二部分的该第四触点导入至该第一部分的该第二接触点。
7.一种手持式装置，包含：
一基板，具有一净空区；以及
一平面天线，设置于该基板的该净空区内，用以收发一射频信号，该平面天线包含：
一辐射体，包含：
一第一部分，包含一第一接触点以及一第二接触点；
一第二部分，包含一第三接触点、一第四接触点以及一第五接触点，其中该第四接触点耦合至该第二接触点；以及
一第三部分，包含一第六接触点；
一过滤元件，电性连接于该第五接触点以及该第六接触点之间，使该平面天线可操作于一第一高频电流路径以及一第一低频电流路径；以及
一开关，电性连接于该第一接触点以及该第三接触点之间，使该平面天线可操作于一第二高频电流路径以及一第二低频电流路径；
其中，当该开关于非导通状态时，该平面天线可操作于对应该第一高频电流路径的一第一高频中心频率以及对应该第一低频电流路径的一第一低频中心频率，当该开关于导通状态时，该平面天线可操作于对应该第二高频电流路径的一第二高频中心频率以及对应该第二低频电流路径的一第二低频中心频率。
8.如权利要求7所述的手持式装置，其中该过滤元件一细长传输线及至少一被动元件其中之一。
9.如权利要求7所述的手持式装置，其中该基板更包含一电路板，该辐射体的该第一部分更包含一馈入点电性连接至该电路板，以及该辐射体的该第二部分更包含一接地点耦合至该电路板的一接地端。
10.如权利要求9所述的手持式装置，其中该平面天线更包含：
一射频阻流器，电性连接于该幅射体的该第一部分的该馈入点与该电路板的一直流输出端之间，用以阻绝该射频信号导入至该直流输出端，其中该开关为一二极体元件，且该直流输出端具有一直流控制信号用以控制该二极体元件；以及
一阻直流元件，用以电性连接该幅射体的该第一部分的该第二接触点至该幅射体的该第二部分的该第四接触点，以阻绝该直流控制信号经由该第一部分的该第二接触点导入至该第二部分的该第四触点。
11.如权利要求7所述的手持式装置，其中该基板更包含一电路板，该辐射体的该第一部分更包含一接地点耦合至该电路板的一接地端，以及该辐射体的该第二部分更包含一馈入点耦合至该电路板。
12.如权利要求11所述的手持式装置，其中该平面天线更包含：
一射频阻流器，电性连接于该幅射体的该第二部分的该馈入点与该电路板的一直流输出端之间，用以阻绝该射频信号导入至该直流输出端，其中该开关为一二极体元件，且该直流输出端具有一直流控制信号用以控制该二极体元件；以及
一阻直流元件，电性连接于该幅射体的该第一部分的该第二接触点至该幅射体的该第二部分的该第四接触点，以阻绝该直流控制信号经由该第二部分的该第四触点导入至该第一部分的该第二接触点。
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