CN102881997B - 移动通信装置以及天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种移动通信装置以及天线装置，其中，移动通信装置包括：系统电路板，包括系统接地面；以及天线，包括天线基板，平行于该系统接地面；第一辐射元件，设置于该天线基板之上；第二辐射元件，设置于该天线基板之上；天线接地面，设置于该天线基板之上，并耦接于该系统接地面；以及传输线，设置于该天线基板之上，耦接于该第一辐射元件与该第二辐射元件，且该传输线具有馈电点。本发明提供的天线装置可减少数据传输元件对移动通信装置或天线装置的信号干扰，具有良好的生物兼容性。

Description

移动通信装置以及天线装置
技术领域
本发明有关于移动通信装置，更具体地，有关于移动通信装置以及天线装置，可运用于长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统及无线广域网(WirelessWide Area Network，WWAN)。
背景技术
如今，笔记本电脑、平板计算机(Tablet PC)或移动电话中已运用了第二代(2G)或第三代(3G)通信系统技术。全球的电信制造厂商主动地引入第四代(4G)长期演进系统。因此，天线需要设计在小空间中，并可运作于长期演进系统和无线广域网的频带。
同时移动通信装置也需要具有生物兼容性(Bio-Compatibility)，即较低的人体特定吸收功率(Specific Absorption Rate，SAR)和助听器兼容性(Hearing-AidCompatibility，HAC)。对此，其中一种解决方案是在移动通信装置的底部设置天线。然而，移动通信装置的底部通常存在数据传输接口以用于传送或接收数据。该数据传输接口显着影响了天线的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种移动通信装置以及天线装置。
本发明提供一种移动通信装置，包括：系统电路板，包括系统接地面；以及天线，包括天线基板，平行于系统接地面；第一辐射元件，设置于天线基板之上；第二辐射元件，设置于天线基板之上；天线接地面，设置于天线基板之上，并耦接于系统接地面；以及传输线，设置于天线基板之上，耦接于第一辐射元件与第二辐射元件，且传输线具有馈电点。
本发明另提供一种天线装置，包括：系统接地面；天线基板，平行于系统接地面；第一辐射元件，设置于天线基板之上，并耦接于系统接地面；第二辐射元件，设置于天线基板之上，并耦接于系统接地面；以及传输线，设置于天线基板之上，且传输线包括第一分支以及第二分支，其中，第一分支接近第一辐射元件并包括芯片电感，且第一分支耦接于馈电点；以及第二分支耦接于馈电点。
本发明提供的天线装置可减少数据传输元件对移动通信装置或天线装置的信号干扰，具有良好的生物兼容性。
附图说明
图1A为根据本发明实施例移动通信装置的示意图；
图1B为根据本发明实施例天线的示意图；
图1C为根据本发明实施例系统电路板的示意图；
图1D为根据本发明另一个实施例天线的示意图；
图1E为根据本发明另一个实施例天线的示意图；
图1F为根据本发明另一个实施例天线的示意图；
图2A为根据本发明实施例移动通信装置的侧视示意图；
图2B为根据本发明另一个实施例移动通信装置的侧视示意图；
图3为根据本发明实施例天线的回波损耗示意图；
图4A为根据本发明实施例单极天线的示意图；
图4B为根据本发明另一个实施例循环天线的示意图；
图5A为根据本发明实施例天线装置的示意图；
图5B为根据本发明实施例天线装置的平面示意图；
图5C为根据本发明实施例天线装置的回波损耗示意图；
图6A为根据本发明另一个实施例天线装置的实施例；
图6B为根据本发明实施例天线装置的平面示意图；
图6C为根据本发明实施例天线装置的回波损耗示意图。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求项中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。此外，需要特别注意的是，本申请中所指的“平行”应解释成“实质上平行”，例如第一装置“平行”第二装置，并非限定为两者绝对的平行，如本领域普通技术人员所了解，只要能够基本实现本发明的效果，两者可以在大体上平行。
图1A为根据本发明实施例移动通信装置100的示意图。如图1A所示，移动通信装置100包括系统电路板11和天线13。系统电路板11可包括系统接地面(system ground plane)12，其中，系统接地面12进一步包括附加接地面(additional ground)121，位于系统接地面12的边缘。
图1B为根据本发明实施例天线13的示意图。如图1B所示，天线13包括：第一辐射元件131、第二辐射元件132、天线基板(antenna substrate)133、天线接地面134以及传输线135。天线基板133本质上平行于系统接地面12。第一辐射元件131和第二辐射元件132设置于天线基板133之上。天线接地面134设置于天线基板133之上并通过短路点(shorting point)137电气连接至系统接地面12，其中，天线接地面134可设置于第一辐射元件131与第二辐射元件132之间。在一些实施例中，天线接地面134可分离第一辐射元件131与第二辐射元件132。传输线135设置于天线基板133之上，其包括第一分支135a和第二分支135b，且传输线135通过第一分支135a和第二分支135b分别电气连接至第一辐射元件131与第二辐射元件132。传输线135可具有用于接收信号的馈电点(feed point)136，其中，第一分支135a和第二分支135b皆电气连接至馈电点136。在一些实施例中，传输线135可为微带线(microstrip line)。具体地，第一辐射元件131与第二辐射元件132以及传输线135可设置于天线基板133的第一表面E1，而天线接地面134可设置于天线基板133的第二表面E2，即第一表面E1的相对面。然而，在另一实施例中，第一辐射元件131、第二辐射元件132、传输线135以及天线接地面134可皆设置于相同表面，例如第一表面E1或第二表面E2。系统接地面12、天线接地面134以及传输线135可由金属制成，例如铜或银。
参照图1A，馈电点136通过金属线15电气连接至系统电路板11上的信号源14。类似地，短路点137通过金属线16通过系统电路板11上的通孔(via-hole)17电气连接至系统接地面12。
图1C为根据本发明实施例系统电路板11的示意图。如图1C所示，附加接地面121上的区域31为天线接地面134的投影面(projection plane)。附加接地面121可与天线接地面134部分或全部重叠(overlap)。
图1D为根据本发明另一个实施例天线23的示意图。移动通信装置100的天线13可由天线23所替代。如图1D所示，传输线135可包括电路元件638。第一分支135a和第二分支135b其中之一可包括该电路元件638。在一些实施例中，电路元件638可为用于阻抗匹配(impedance matching)的电阻元件、电感元件或电容元件。根据本发明较佳实施例，电路元件638为芯片电感。
图1E为根据本发明另一个实施例天线33的示意图。天线接地面134可不设置于第一辐射元件131与第二辐射元件132之间。如图1E所示，天线接地面134设置于天线基板133的一侧，而第一辐射元件131与第二辐射元件132皆设置于天线基板133的另一侧。天线接地面134的位置对移动通信装置100的性能无显着影响。类似地，图1F为根据本发明另一个实施例天线43的示意图。如图1F所示，天线接地面134可不设置于第一辐射元件131与第二辐射元件132之间，且第一分支135a和第二分支135b其中之一可包括电路元件638。移动通信装置100的天线13可由天线23、33或43所替代。如此，移动通信装置100仍将正常工作。
图2A为根据本发明实施例移动通信装置100的侧视示意图。如图2A所示，数据传输元件55可设置于附加接地面121与天线接地面134之间以减少干扰(interference)，其中，数据传输元件55可例如通用串行总线(universal serial bus，USB)。数据传输元件55提供移动通信装置100与外部装置之间的数据传输接口。图2B为根据本发明另一个实施例移动通信装置100的侧视示意图。如图2B所示，数据传输元件55可设置于系统接地面12之下方以减少干扰。
图3为根据本发明实施例天线13的回波损耗(Return Loss)示意图300。图3用于说明频率(Frequency)与回波损耗之间关系，其中回波损耗的单位为dB，频率的单位为MHz。如图3所示，根据设定为6dB的标准(criterion)，天线13覆盖第一频带31和第二频带32。第一频带31为从704MHz至960MHz，而第二频带32为从1710MHz至2690MHz的频带。在另一个实施例中，第一频带31为从824MHz至960MHz，而第二频带32为从1710MHz至2170MHz。需注意，天线23、33或43也可与天线13一样覆盖相同的频带。因此，可配置移动通信装置100的天线13、23、33或43覆盖LTE700/GSM850/900以及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500的频带(即LTE/WWAN的8个频带)。
图4A为根据本发明实施例单极天线(monopole antenna)401的示意图。图4B为根据本发明另一个实施例循环天线(loop antenna)402的示意图。需注意，单极天线401可以弯曲，且循环天线402可为其他形状，例如矩形或三角形。每个第一辐射元件131与第二辐射元件132可为单极天线401或循环天线402。
在本发明的一些实施例中，移动通信装置100中元件的大小可如下：系统电路板11的面积约为112mmx60mm；系统接地面12的面积约为100mmx60mm且形状为矩形；附加接地面121的面积约为12mmx10mm；天线接地面134的面积约为12mmx10mm且形状为矩形；以及金属线15、16皆长度为5mm，宽度为1mm。需注意，上述实施例中元件的大小并不限于此。任何所属领域的技术人员可根据频带及介电常数(dielectric constant)调整元件的大小。
图5A为根据本发明实施例天线装置500的示意图。合并参考图5A与图1A可见，天线装置500的设计与移动通信装置100的基本结构相同。天线装置500包括系统电路板51和天线元件53。系统电路板51可包括系统接地面52，其中，系统接地面52包括附加接地面521，位于系统接地面52的边缘。需注意，天线装置500可仅包括系统接地面52而无设置系统电路板51与天线元件53。
图5B为根据本发明实施例天线装置500的平面示意图。如图5B所示，天线元件53包括：第一辐射元件531、第二辐射元件532、天线基板533、天线接地面534以及传输线535。天线基板533本质上平行于系统接地面52。第一辐射元件531和第二辐射元件532设置于天线基板533之上并通过短路通孔S1、S2分别电气连接至系统接地面52。第一辐射元件531为U形并通过天线接地面534电气连接至系统接地面52，其中，短路通孔S1电气连接于第一辐射元件531与天线接地面534之间。类似地，第二辐射元件532为U形并通过天线接地面534电气连接至系统接地面52，其中，短路通孔S2电气连接于第二辐射元件532与天线接地面534之间。天线接地面534设置于天线基板533之上并通过短路点137电气连接至系统接地面52，其中，天线接地面134设置于第一辐射元件531与第二辐射元件532之间。附加接地面521可与天线接地面534部分或全部重叠。天线接地面534可分离第一辐射元件531与第二辐射元件532。需注意，如图1E或图1F所示，天线接地面534可不设置于第一辐射元件531与第二辐射元件532之间。在另一实施例中，可从天线元件53中移除天线接地面534，如此，天线装置500仍将正常工作。如果没有天线接地面534，第一辐射元件531与第二辐射元件532可直接电气连接至系统接地面52。传输线535设置于天线基板533之上且包括第一分支535a和第二分支535b。第一分支535a接近第一辐射元件531并相互耦接(mutual coupling)，且第一分支535a包括芯片电感639，其中，芯片电感639具有约等于15nH的电感值(inductance)。类似地，第二分支535b接近第二辐射元件532并相互耦接。传输线535可具有用于接收信号的馈电点136，第一分支535a和第二分支535b皆电气连接至馈电点136。在一些实例中，传输线535可为微带线。系统接地面52、第一辐射元件531、第二辐射元件532、天线接地面534以及传输线535可由金属制成，例如铜或银。
参照图5A，馈电点136通过金属线电气连接至系统电路板51上的信号源54。类似地，短路点137通过另一条金属线电气连接至系统接地面52。如参照图2B所示与图5A所示，USB连接器555可设置于系统接地面52之下方。在另一个实施例中，如参照图2A所示，USB连接器555可设置于附加接地面521与天线接地面534之间以减少干扰。
图5C为根据本发明实施例天线装置500的回波损耗示意图590。图5C用于说明频率与回波损耗之间关系，其中回波损耗的单位为dB，频率的单位为MHz。如图5C所示，根据设定为6dB的标准，天线装置500覆盖第一频带591和第二频带592。第一频带591为从704MHz至960MHz，而第二频带592为从1710MHz至2690MHz的频带。在另一个实施例中，第一频带591为从824MHz至960MHz，而第二频带592为从1710MHz至2170MHz。
第一分支535a与第一辐射元件531受激发，且第二分支535b与第二辐射元件532也受激发而共同形成第一频带591。第二分支535b与第二辐射元件532受激发而形成第二频带592。且第二频带频率高于第一频带。
在本发明一些实施例中，天线装置500中元件的大小可如下：系统电路板51的介电常数等于4.3(玻璃纤维介质基板)且厚度为0.8mm。天线基板533的介质常数等于4.3(玻璃纤维介质基板)且厚度为1mm。天线接地面534的面积约为60mm2，例如5mmx12mm。附加接地面521的面积约为108mm2，例如9mmx12mm。第一分支535a的长度约为10mm，且第二分支535b的长度约为26.5mm。第一辐射元件531的总长度约为60.5mm，且第二辐射元件532的总长度约为62mm。需注意，上述实施例中元件的大小并不限于此。任何所属领域的技术人员可根据频带及介质常数调整元件的大小。
图6A为根据本发明另一个实施例天线装置600的实施例。合并参考图6A和图1A可见，天线装置600的设计与移动通信装置100的基本结构相同。天线装置600包括系统电路板61和天线元件63。系统电路板61可包括系统接地面62，其中，系统接地面62包括附加接地面621，位于系统接地面62的边缘。需注意，天线装置600可仅包括系统接地面62与天线元件63，而无设置系统电路板61。
图6B为根据本发明实施例天线装置600的平面示意图。如图6B所示，天线元件63包括：第一辐射元件631、第二辐射元件632、天线基板633、天线接地面634以及传输线635。天线基板633本质上平行于系统接地面62。第一辐射元件631和第二辐射元件632设置于天线基板633之上并通过短路通孔S3、S4分别电气连接至系统接地面62。第一辐射元件631为U形并通过天线接地面634电气连接至系统接地面62，其中，短路通孔S3电气连接于第一辐射元件631与天线接地面634之间。第二辐射元件632为L形并电气连接至系统接地面62，其中，短路通孔S4通过金属线电气连接至系统接地面62。天线接地面634设置于天线基板633之上并通过短路点137电气连接至系统接地面62，其中，天线接地面134设置于第一辐射元件631与第二辐射元件632之间。附加接地面621可与天线接地面634部分或全部重叠。天线接地面634可分离第一辐射元件631与第二辐射元件632。需注意，如图1E或图1F所示，天线接地面634可不设置于第一辐射元件631与第二辐射元件632之间。在另一实施例中，可从天线元件63中移除天线接地面634，如此，天线装置600仍将正常工作。如果没有天线接地面634，第一辐射元件631可直接电气连接至系统接地面62。传输线635设置于天线基板633之上且包括第一分支635a和第二分支635b。第一分支635a接近第一辐射元件631并相互耦接，且第一分支635a包括芯片电感639，其中，芯片电感639具有约等于15nH的电感值。另一方面，第二分支635b不需要接近第二辐射元件632。传输线635可具有用于接收信号的馈电点136，其中，第一分支635a和第二分支635b皆电气连接至馈电点136。在一些实施例中，传输线635可为微带线。系统接地面62、第一辐射元件631、第二辐射元件632、天线接地面634以及传输线635可由金属制成，例如铜或银。
参照图6A，馈电点136通过金属线电气连接至系统电路板61上的信号源64。类似地，短路点137通过另一条金属线电气连接至系统接地面62。如图2B与图6A所示，USB连接器655可设置于系统接地面62之下方。在另一实施例中，如图2A所示，USB连接器655可设置于附加接地面621与天线接地面634之间以减少干扰。
图6C为根据本发明实施例天线装置600的回波损耗示意图690。图6C用于说明频率与回波损耗之间关系，其中回波损耗的单位为dB，频率的单位为MHz。如图6C所示，根据设定为6dB的标准，天线装置500覆盖第一频带691和第二频带692。第一频带691为从704MHz至960MHz，而第二频带692为从1710MHz至2690MHz的频带。在另一个实施例中，第一频带691为从824MHz至960MHz，而第二频带692为从1710MHz至2170MHz。
第一分支635a与第一辐射元件631受激发而形成第一频带691。第二分支635b与第二辐射元件632受激发而形成第二频带692。且第二频带频率高于第一频带。
在本发明一些实施例中，天线装置600中元件的大小可如下：系统电路板61的介质常数等于4.3(玻璃纤维介质基板)且厚度为0.8mm。天线基板633的介质常数等于4.3(玻璃纤维介质基板)且厚度为1mm。天线接地面634的面积约为60mm2，例如5mmx12mm。附加接地面621的面积约为120mm2，例如10mmx12mm。第一分支635a的长度约为17mm，且第二分支635b的长度约为18mm。第一辐射元件631的总长度约为65mm，且第二辐射元件632的总长度约为22mm。需注意，上述实施例中元件的大小并不限于此。任何所属领域的技术人员可根据频带及介质常数调整元件的大小。
本发明提供移动通信装置和天线装置，该移动通信装置和天线装置可覆盖4G通信系统LTE/WWAN的8个频带。进一步配置移动通信装置和天线装置以配备(accommodate)数据传输元件，例如USB连接器。由于系统接地面(包括附加接地面)或天线接地面的遮蔽(shield)，数据传输元件对移动通信装置或天线装置的影响微小，导致的信号干扰也微弱。因此，本发明提供的移动通信装置和天线装置具有良好的HAC和SAR值。
权利要求中使用的例如“第一”、“第二”、“第三”等用来修饰权利要求元素的词汇本身并非用于表示一个权利要求元素相对于另一个权利要求元素的任何优先级或顺序，或者执行行为的时间顺序，而是用于将具有某个名称的权利要求元素和与其具有相同名称的另一个权利要求元素进行区分。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用来限定本发明的范围，任何所属领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之权利要求及其等同变形所界定者为准。

Claims (21)

1.一种移动通信装置，包括：
系统电路板，包括系统接地面；以及
天线，包括：天线基板，平行于该系统接地面；第一辐射元件，设置于该天线基板之上；第二辐射元件，设置于该天线基板之上；天线接地面，设置于该天线基板之上，并耦接于该系统接地面；以及传输线，设置于该天线基板之上，耦接于该第一辐射元件与该第二辐射元件，且该传输线具有馈电点，其中该系统接地面包括附加接地面并且该附加接地面与该天线接地面部分或全部重叠。
2.如权利要求1所述的移动通信装置，其特征在于，数据传输元件设置于该附加接地面与该天线接地面之间，且该数据传输元件提供该移动通信装置与外部装置之间的数据传输接口。
3.如权利要求2所述的移动通信装置，其特征在于，该数据传输元件为通用串行总线。
4.如权利要求1所述的移动通信装置，其特征在于，该天线接地面分离该第一辐射元件与该第二辐射元件。
5.如权利要求1所述的移动通信装置，其特征在于，该天线覆盖第一频带和第二频带，其中，该第一频带为从824MHz至960MHz，而该第二频带为从1710MHz至2170MHz；或者该第一频带为从704MHz至960MHz，而该第二频带为从1710MHz至2690MHz。
6.如权利要求1所述的移动通信装置，其特征在于，该传输线为微带线。
7.如权利要求1所述的移动通信装置，其特征在于，该传输线包括电路元件。
8.如权利要求7所述的移动通信装置，其特征在于，该电路元件为芯片电感。
9.如权利要求1所述的移动通信装置，其特征在于，该第一辐射元件为循环天线或单极天线。
10.如权利要求1所述的移动通信装置，其特征在于，该馈电点耦接于该系统电路板上的信号源。
11.一种天线装置，包括：
系统接地面，其中该系统接地面包括附加接地面；
天线基板，平行于该系统接地面；
天线接地面，设置于该天线基板之上，并耦接于该系统接地面，其中通用串行总线设置于该附加接地面与该天线接地面之间；
第一辐射元件，设置于该天线基板之上，并耦接于该系统接地面；
第二辐射元件，设置于该天线基板之上，并耦接于该系统接地面；以及
传输线，设置于该天线基板之上，且该传输线包括第一分支以及第二分支，其中，该第一分支接近该第一辐射元件并包括芯片电感，且该第一分支耦接于馈电点；以及该第二分支耦接于该馈电点。
12.如权利要求11所述的天线装置，其特征在于，该天线接地面分离该第一辐射元件与该第二辐射元件。
13.如权利要求11所述的天线装置，其特征在于，该附加接地面与该天线接地面部分或全部重叠。
14.如权利要求11所述的天线装置，其特征在于，每个该第一辐射元件与该第二辐射元件皆为U形，且该第二分支接近该第二辐射元件。
15.如权利要求14所述的天线装置，其特征在于，
该第一辐射元件与该第一分支受激发且该第二辐射元件与该第二分支受激发而形成第一频带；
该第二辐射元件与该第二分支受激发而形成第二频带；以及
该第二频带高于该第一频带。
16.如权利要求15所述的天线装置，其特征在于，该第一频带为从824MHz至960MHz，而该第二频带为从1710MHz至2170MHz；或者该第一频带为从704MHz至960MHz，而该第二频带为从1710MHz至2690MHz。
17.如权利要求14所述的天线装置，其特征在于，每个该第一辐射元件与该第二辐射元件通过天线接地面耦接于该系统接地面，且该天线接地面设置于该天线基板之上。
18.如权利要求11所述的天线装置，其特征在于，该第一辐射元件为U形，该第二辐射元件为L形。
19.如权利要求18所述的天线装置，其特征在于，
该第一辐射元件与该第一分支受激发而形成第一频带；
该第二辐射元件与该第二分支受激发而形成第二频带；以及
该第二频带高于该第一频带。
20.如权利要求19所述的天线装置，其特征在于，该第一频带为从824MHz至960MHz，而该第二频带为从1710MHz至2170MHz；或者该第一频带为从704MHz至960MHz，而该第二频带为从1710MHz至2690MHz。
21.如权利要求18所述的天线装置，其特征在于，该第一辐射元件通过天线接地面耦接于该系统接地面。
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