CN103187623B

CN103187623B - 通信电子装置及其天线结构

Info

Publication number: CN103187623B
Application number: CN201110458413.0A
Authority: CN
Inventors: 翁金辂; 吴宗儒
Original assignee: Acer Inc
Current assignee: Acer Inc
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: CN103187623A

Abstract

本发明公开了一种通信电子装置及其天线结构。该天线结构包含接地元件及天线元件。天线元件位于介质基板上，并包含第一辐射部、第二辐射部及螺旋状金属线。第一辐射部的第一端为天线元件的馈入点，第二端为开口端。第二辐射部的一端电气耦合至接地元件，且第二辐射部的长度大于第一辐射部的长度，并围绕第一辐射部而延伸。螺旋状金属线的第一端电气耦合至第一辐射部，且在天线元件的工作频带外产生并接共振，进而在工作频带内产生共振模态，增加天线元件的工作带宽。

Description

通信电子装置及其天线结构

技术领域

本发明涉及一种通信电子装置及其天线结构。

背景技术

随着移动通信技术与市场的快速发展，无线上网的支持已是携带式通信电子装置中不可或缺的功能之一。除了无线局域网(WLAN)的支持外，无线广域网(WWAN)可以提供较大范围的信号覆盖区域，而长期演进(LTE)通信技术则可以提供更快速的传输速率，进而增加消费者在使用上的便利性以及即时性。同时，携带式通信电子装置的轻薄化设计，也可提升产品在市场上竞争力。因此，要如何设计适用于薄型装置内且可涵盖多带工作的平面印刷式天线设计，已成为一重要课题。

相关的现有技术，如美国专利第7978141 B2号「耦合馈入多带环圈天线(Coupled-fed multi-band loop antenna)」，其揭示一种适用于通信电子装置的双带天线设计，该天线具有两个工作频带，但其低频的工作带宽未能涵盖多带工作，不能直接应用于涵盖WWAN或LTE的所有低频频带的工作。

因此，有必要提供一种通信电子装置，其具有两个宽带工作频带，例如涵盖约824～960MHz及1710～2170MHz频带，或涵盖约704～960MHz及1710～2690MHz频带，同时其天线元件具有平面化设计及尺寸小的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通信电子装置及其天线结构，以解决现有技术的问题。

为达成上述的目的，本发明的一种通信电子装置包含天线结构，该天线结构包含接地元件以及位于介质基板上的天线元件。此天线元件包含第一辐射部、第二辐射部及螺旋状金属线。第一辐射部的第一端为天线元件的馈入点，其第二端为开口端；第二辐射部的一端电气耦合至接地元件，第二辐射部围绕第一辐射部的开口端而延伸；螺旋状金属线的第一端电气耦合至第一辐射部，且螺旋状金属线在天线元件的工作频带之外产生并接共振，此并接共振进而在工作频带的内产生共振模态，而增加天线元件的工作带宽。

为达成上述的目的，本发明的一种天线结构包含接地元件以及位于介质基板上的天线元件。此天线元件包含第一辐射部、第二辐射部及螺旋状金属线。第一辐射部的第一端为天线元件的馈入点，其第二端为开口端；第二辐射部的一端电气耦合至接地元件，第二辐射部围绕第一辐射部的开口端而延伸；螺旋状金属线的第一端电气耦合至第一辐射部，且螺旋状金属线在天线元件的工作频带之外产生并接共振，此并接共振进而在工作频带之内产生共振模态，而增加天线元件的工作带宽。

本发明的通信电子装置和天线结构由于增加了螺旋状金属线，可以在天线元件的低频工作频带之外产生并接共振，此并接共振进而在低频工作频带之内产生共振模态，并与原先第二辐射部的共振模态结合，而增加天线元件的工作带宽。

附图说明

图1A为本发明一通信电子装置及其天线结构的第一实施例的结构图。

图1B为本发明一通信电子装置及其天线结构的第一实施例的输入阻抗图。

图2A为一传统通信电子装置及其天线结构的结构图。

图2B为一传统通信电子装置及其天线结构的输入阻抗图。

图3为图1A中的通信电子装置及图2A中的传统通信电子装置的回波损耗图。

图4为本发明一通信电子装置及其天线结构的第二实施例的结构图。

图5为本发明一通信电子装置及其天线结构的第三实施例的结构图。

其中，附图标记说明如下：

1、6、7：通信电子装置及其天线结构

2：传统通信电子装置及其天线结构

10、20：接地元件

11、21、61、71：天线元件

12、22：介质基板

13，23：第一辐射部

131，231：馈入点

132，232：第一辐射部的开口端

14，24：第二辐射部

141、241：第二辐射部的一端

15，65，75：螺旋状金属线

151：螺旋状金属线的第一端

152：螺旋状金属线的第二端

16：同轴馈线

301：通信电子装置1的回波损耗曲线

302：传统通信电子装置2的回波损耗曲线

31：第一(低频)工作频带

311，313：第二辐射部产生的共振模态

312：并接共振产生于第一操作模态内的共振模态

32：第二(高频)工作频带

41：通信电子装置1的实部输入阻抗

42：通信电子装置1的虚部输入阻抗

43：螺旋状金属线产生的并接共振

44：并接共振产生的额外谐振

51：传统通信电子装置2的实部输入阻抗

52：传统通信电子装置2的虚部输入阻抗

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

在说明书及后续的权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及后续的权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的「包含」为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「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，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

请一并参考图1A以及图1B，图1A为本发明的通信电子装置及其天线结构1的第一实施例的结构图，图1B则为本发明通信电子装置及其天线结构1的第一实施例的输入阻抗图。在本实施例中，通信电子装置及其天线结构1包含接地元件10及天线元件11，且天线元件11位于介质基板12上，并包含第一辐射部13、第二辐射部14及螺旋状金属线15。其中，第一辐射部13的第一端为天线元件11的馈入点131，经由同轴馈线16馈入信号，其第二端则为开口端132。第二辐射部14的一端141电气耦合至接地元件10，第二辐射部14的长度大于第一辐射部13，并围绕第一辐射部13的开口端132而延伸。螺旋状金属线15的第一端151电气耦合至第一辐射部13，且螺旋状金属线15可在天线元件11的低频工作频带31(请参考图3)之外产生并接共振43(请参考图1B)，并接共振43进而在低频工作频带31之内产生一个额外的共振模态312(请参考图3)，进而达成增加天线低频频带31的工作带宽的目的。值得注意的是，在本实施例中，第一辐射部13以单极天线来实现。

请再注意，在本实施例中，螺旋状金属线15的第二端152为开口端且呈螺旋向内旋转，且旋状金属线15以方形的形式环绕，但此并非本发明的限制条件。此外，在本实施例中，螺旋状金属线15的长度接近于并接共振43(如图1B所示)的中心频率的1/4波长。

请一并参考图2A以及图2B，图2A为传统通信电子装置及其天线结构2的结构图，而图2B则为传统通信电子装置及其天线结构2的输入阻抗图。如图2A所示，通信电子装置及其天线结构2包含接地元件20及天线元件21，天线元件21位于介质基板22上，并包含第一辐射部23及第二辐射部24。其中，第一辐射部23的第一端为天线元件21的馈入点231，经由同轴馈线26馈入信号，其第二端则为开口端232，第一辐射部23可在天线元件21的高频频带32产生共振模态(请参考图3)；第二辐射部24的第一端241电气耦合至接地元件20，第二辐射部24的长度大于第一辐射部23，并围绕第一辐射部23的开口端232而延伸，同时第二辐射部24可在天线元件21的低频频带31产生共振模态(如图3所示的共振模态313)，但该共振模态的带宽窄，无法涵盖多带操作。

值得注意的是，图1A中的通信电子装置及其天线结构1与图2A中的传统通信电子装置及其天线结构2两者的不同之处在于，通信电子装置及其天线结构1的天线元件11另新增螺旋状金属线15，藉由额外加入此一螺旋状金属线15，可以在天线元件11的低频工作频带之外产生并接共振，此并接共振进而在低频工作频带之内产生共振模态，并与原先第二辐射部的共振模态结合，而增加天线元件11的工作带宽。

接着，请参考图3，图3为图1A中的通信电子装置1及图2A中的传统通信电子装置2的回波损耗图。在第一实施例中，通信电子装置1的第一辐射部13产生位于第二(高频)工作频带32的至少一个共振模态；通信电子装置1的第二辐射部14产生位于第一(低频)工作频带31的至少一个共振模态。

接着，请一并参考图1B、图2B以及图3，图1B为本发明一通信电子装置及其天线结构1的第一实施例的输入阻抗图，图2B为一传统通信电子装置及其天线结构2的输入阻抗图，而图3为图1A中的通信电子装置1及图2A中的传统通信电子装置2的回波损耗图。如图1B所示，通信电子装置1的输入阻抗包含实部输入阻抗41及虚部输入阻抗42，如图2B所示，传统通信电子装置2包含实部输入阻抗51及虚部输入阻抗52。

在图2A中，传统通信电子装置2选择接地元件20长度约为150mm、宽度约为200mm；介质基板22长度约为40mm、宽度约为12mm、厚度约为0.8mm。第一辐射部23长度约为30mm，第二辐射部24长度约为75mm，第二辐射部24可以激发四分之一波长共振模态313，由于具有较大的实部阻抗值，在6dB回波损耗的定义下(一般移动通信天线设计规范)，共振模态313的带宽窄，无法涵盖多带操作。在图1A中，通信电子装置1选择的相对应尺寸与图2A中的传统通信电子装置2相同，螺旋状金属线15长度约为60mm。第二辐射部14可以激发四分之一波长共振模态311与其倍频共振模态，螺旋状金属线15可在天线元件11的低频工作频带31之外产生并接共振43(中心频率约为1.1GHz)，并接共振43在共振模态311附近产生额外的谐振44(如图1B所示的虚部阻抗零点)，进而产生共振模态312，且共振模态312与第二辐射部14产生的共振模态311共同合成第一(低频)工作频带(如图3所示的第一工作频带31)。第一辐射部13可以激发四分之一波长共振模态，且与第二辐射部14的倍频共振模态共同合成第二(高频)工作频带(如图3所示的第二工作频带32)。在6dB回波损耗的定义下，第一工作频带31至少涵盖GSM850/900(约824～960MHz)的两带操作，而第二工作频带32至少涵盖GSM1800/1900/UMTS(约1710～2170MHz)的三带操作。简而言之，相较于传统通信电子装置2，第一实施例的通信电子装置1藉由螺旋状金属线15可以大幅提升工作带宽，使得第一工作频带31可以达成多带操作。

请参考图4，图4为本发明一通信电子装置及其天线结构6的第二实施例的结构图。第二实施例的天线结构基本上与第一实施例的天线结构类似，两者不同之处在于通信电子装置及其天线结构6的天线元件61的螺旋状金属线65的结构有所改变，在本实施例中，螺旋状金属线65也可以圆环状的形式环绕。由于第二实施例的天线结构与第一实施例的天线结构相似，在此相似结构下，第二实施例也可以具有与第一实施例相似的功效。

请参考图5，图5为本发明一通信电子装置及其天线结构7的第三实施例的结构图。第三实施例的天线结构基本上与第一实施例的天线结构类似，两者不同之处在于通信电子装置及其天线结构7的天线元件71改变螺旋状金属线75与第一辐射部13的电气耦合位置，且调整螺旋状金属线75的长度，以决定螺旋状金属线75产生的并接共振的中心频率。由于第二实施例的天线结构与第一实施例的天线结构相似，在此相似结构下，第二实施例也可以具有与第一实施例相似的功效。

本发明无论就目的、手段及功效，在在均显示其迥异于现有技术的特征，且上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种通信电子装置，包含天线结构，该天线结构包含接地元件以及天线元件；该天线元件位于介质基板上，并包含第一辐射部以及第二辐射部；该第一辐射部的第一端为该天线元件的馈入点，以及第二端为开口端；该第二辐射部的一端电气耦合至该接地元件，且该第二辐射部的长度大于该第一辐射部的长度，并围绕该第一辐射部的开口端而延伸；其特征是，该天线元件更包含：

螺旋状金属线，其第一端电气耦合至该第一辐射部，该螺旋状金属线在该天线元件的工作频带之外产生并接共振，该并接共振在该工作频带之内产生共振模态而增加该天线元件的工作带宽。

2.如权利要求1所述的通信电子装置，其特征是，该第一辐射部为单极天线。

3.如权利要求1所述的通信电子装置，其特征是，该螺旋状金属线的第二端为开口端且呈螺旋向内旋转。

4.如权利要求1所述的通信电子装置，其特征是，该螺旋状金属线以方形或者圆环状的形式环绕。

5.如权利要求1所述的通信电子装置，其特征是，该螺旋状金属线设置于该第一辐射部以及该第二辐射部之间。

6.如权利要求1所述的通信电子装置，其特征是，该螺旋状金属线的长度接近该并接共振的中心频率的1/4波长。

7.一种天线结构，包含接地元件以及天线元件；该天线元件位于介质基板上，并包含第一辐射部以及第二辐射部；该第一辐射部的第一端为该天线元件的馈入点，以及第二端为开口端；该第二辐射部的一端电气耦合至该接地元件，且该第二辐射部的长度大于该第一辐射部的长度，并围绕该第一辐射部的开口端而延伸；其特征是，该天线元件更包含：

螺旋状金属线，其第一端电气耦合至该第一辐射部，该螺旋状金属线在该天线元件的工作频带之外产生并接共振，该并接共振在该工作频带内产生共振模态而增加该天线元件的工作带宽。

8.如权利要求7所述的天线结构，其特征是，该第一辐射部为单极天线。

9.如权利要求7所述的天线结构，其特征是，该螺旋状金属线的第二端为开口端且呈螺旋向内旋转。

10.如权利要求7所述的天线结构，其特征是，该螺旋状金属线以方形或者圆环状的形式环绕。

11.如权利要求7所述的天线结构，其特征是，该螺旋状金属线设置于该第一辐射部以及该第二辐射部之间。

12.如权利要求7所述的天线结构，其特征是，该螺旋状金属线的长度接近该并接共振的中心频率的1/4波长。