CN103682630A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信装置，该通信装置包括：系统电路板，具有第一边沿；接地层，放置于该系统电路板之上；第一天线，耦接第一信号源，并操作于至少第一频带；第二天线，耦接第二信号源，并操作于至少该第一频带；第一金属元件，位于该第一天线和该第二天线之间，其中该第一金属元件耦接该接地层，因此形成系统接地层；以及第二金属元件，邻近该第一金属元件，位于该第一天线和该第二天线之间，并耦接该系统接地层，其中，该第一天线、该第二天线、该第一金属元件和该第二金属元件位于该系统电路板的该第一边沿。本发明提供的通信装置中的两个金属元件可增加天线之间的隔离并增强天线效率。

Description

通信装置

技术领域

本发明有关于通信装置，特别有关于包含具有高隔离特性的天线的通信装置。

背景技术

由于用户需要越来越多的信号传输以及更高的信号传输速度，通信标准也支持越来越高的数据传输速度。具有多天线的天线系统被要求能在同一时间接收和发射信号。例如，IEEE802.11n通信标准可支持多输入多输出（Multi-InputMulti-Output，MIMO）操作用以增加传输速度。事实上，在单移动装置中使用多个天线是未来的发展趋势。由于在移动装置的有限空间内放置多个天线，这些天线彼此之间非常靠近，这将导致相互间严重的干扰。因此，天线之间的高隔离对于设计者而言是一个严峻的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种通信装置以解决上述问题。

本发明提供一种通信装置，该通信装置包括：系统电路板，具有第一边沿；接地层，放置于该系统电路板之上；第一天线，耦接第一信号源，并操作于至少第一频带；第二天线，耦接第二信号源，并操作于至少该第一频带；第一金属元件，位于该第一天线和该第二天线之间，其中该第一金属元件耦接该接地层，因此形成系统接地层；以及第二金属元件，邻近该第一金属元件，位于该第一天线和该第二天线之间，并耦接该系统接地层，其中，该第一天线、该第二天线、该第一金属元件和该第二金属元件位于该系统电路板的该第一边沿。

本发明提供的通信装置中的两个金属元件可增加天线之间的隔离并增强天线效率。

附图说明

图1为图1为依据本发明一实施例的通信装置100的示意图；

图2为依据本发明的一实施例的通信装置200的示意图；

图3为依据本发明一实施例的通信装置300的示意图；

图4为依据本发明一实施例的通信装置400的示意图；

图5为依据本发明一实施例的通信装置500的示意图；

图6为依据本发明一实施例的通信装置600的示意图；

图7为依据本发明一实施例的通信装置700的示意图；

图8A为依据本发明一实施例的天线121和122的S参数的示意图；

图8B为依据本发明一实施例的天线121的S参数的示意图；

图8C为依据本发明一实施例的天线122的S参数的示意图；

图9A为依据本发明一实施例的天线121的天线效率的示意图；

图9B为依据本发明一实施例的天线122的天线效率的示意图；

图9C为依据本发明一实施例的天线121的天线效率的示意图；

图9D为依据本发明一实施例的天线122的天线效率的示意图。

具体实施方式

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。所属技术领域的技术人员应可理解，制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分准则。在通篇说明书及权利要求中所提及的“包含”为开放式用语，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。藉由以下的较佳实施例的叙述并配合全文的图1至图9D说明本发明，但以下叙述中的装置、组件与方法、步骤乃用以解释本发明，而不应当用来限制本发明。

请参考图1，图1为依据本发明一实施例的通信装置100的示意图。通信装置100可为移动装置，例如移动电话、桌上型电脑或笔记本电脑。如图1所示，通信装置100至少包括系统电路板10、接地层11、两个天线121和122以及两个金属元件131和132。在一些实施例中，通信装置100进一步包括其他必要的组件，例如处理器、触摸屏、电池和外壳（图1未示）。

系统电路板10具有至少两个不同的边沿101和102。边沿101可短于边沿102。接地层11放置于系统电路板10之上。接地层11可以由金属制作，例如铜、银或铝。天线121电性耦接至信号源141，并操作于至少一个频带。相似地，天线122电性耦接至另一个信号源142，并也操作于至少上述的频带。天线121和122的类型在本发明中并未严格的要求。例如，天线121和122任何一者可以是单极天线、环形天线、偶极天线或芯片天线（chip antenna）。在本实施例中，天线121和122距离系统电路板10的平行距离为D1。然而，本发明并不以此为限。在另一实施例中，天线121和122的任意一者可为形成在外壳或系统电路板10上的印刷式天线（printed antenna），或者为形成于通信装置100内部的内置天线。

金属元件131本质上位于天线121和122之间。金属元件131电性耦接接地层11，以此形成系统接地层15。具体而言，系统接地层15包括金属元件131和接地层11，并本质上为倒T型。天线121和122以及金属元件131本质上皆位于系统电路板10的边沿101。在一些实施例中，天线121和122之每一者在系统电路板10上具有投影，其中该投影的至少一个部分不会与系统接地层15重叠。

金属元件132与金属元件131相邻。通常，金属元件132是一个比金属元件131窄很多的金属条。在一优选实施例中，金属元件132本质上位于天线121和122之间，并电性耦接系统接地层15。换句话说，金属元件132可电性耦接接地层11或金属元件131。如图1所示，金属元件132具有两个端口135和136，其中端口135电性耦接至系统接地层15，而端口136是开口端。金属元件132的端口135本质上位于天线121和金属元件131之间，或本质上位于天线122和金属元件131之间（图未示）。在一优选实施例中，金属元件132的长度本质上为频带的中心频率的1/4波长。

金属元件131和132配置为在频带增加天线121和122之间的隔离。当天线121和122的至少一者在该频带谐振时，金属元件131和132吸引系统接地层15上的表面电流，从而减少天线121和122之间的互耦（mutual coupling），并由此保持甚至增强天线效率。在一些制造过程中，整个金属板被划分为金属元件131和132。在另一些制造过程中，整个金属板被蚀刻，以形成金属元件131和132。

图2为依据本发明的一实施例的通信装置200的示意图。图2与图1类似。与图1的实施例的差别在于，在通信装置200中，金属元件132由另外的金属元件232替代。如图2所示，金属元件232具有两个端口235和236，其中端口235和236皆电性耦接至系统接地层15。金属元件232的端口235本质上位于天线121和金属元件131之间，金属元件232的端口236本质上位于天线122和金属元件131之间。于是，由金属元件232和系统接地层15形成一个闭环。在一优选实施例中，金属元件232的长度本质上等于频带的中心频率的1/2波长。类似的，金属元件131和232配置为在频带增加天线121和122之间的隔离。当天线121和122的至少一者在该频带谐振时，金属元件131和232吸引系统接地层15上的表面电流，从而减少天线121和122之间的互耦。图2的通信装置200的其他特性与图1的类似，相应地该两个实施例具有相似的效果。

依据图1和图2，金属元件132的至少一部分和金属元件232的至少一部分本质上与系统电路板10垂直。然而，本发明并不以此为限。在另一实施例中，金属元件132和232的每一者为平面结构。该平面结构与金属元件131放置于同一个平面上。

图3为依据本发明一实施例的通信装置300的示意图。图3与图1类似。与图1的实施例的差别在于，通信装置300进一步包含放置于金属元件131之上的电子组件310。电子组件310提供通信装置300与外部装置（图3未示）之间的数据传输。在一些实施例中，电子组件310为通用串行总线（Universal SerialBus，USB）或微型USB插槽，其可电性耦接外部装置的USB/微型USB连接器。因为电子组件310放置于系统接地层15的一部分之上，电子组件310不会太多影响天线121和122的天线效率。图3的通信装置300的其他特性与图1的类似，相应地该两个实施例具有相似的效果。需注意的是，电子组件310可放置于图2的通信装置200的金属元件131之上。

图4为依据本发明一实施例的通信装置400的示意图。图4与图2类似。与图2的实施例的差别在于，通信装置400的金属元件432具有蜿蜒形状。在通信装置400中该蜿蜒形比直形占据更小的空间。在本实施例中，金属元件432包括倒S型部分434。本发明并不以此为限。在另一实施例中，金属元件432可具有其他的蜿蜒形状，例如W型或R型。图4的通信装置400的其他特性与图2的类似，相应地该两个实施例具有相似的效果。需注意的是，图1的通信装置100的金属元件132也可具有上述的蜿蜒形状。

图5为依据本发明一实施例的通信装置500的示意图。图5与图1类似。与图1的实施例的差别在于，通信装置500的金属元件532包括金属分支533和534。在一些实施例中，金属分支533和534具有不同长度，以此当天线121和122在不同频带谐振时，提供隔离。需注意的是，金属元件532可包括多于两条的金属分支，尽管图5仅显示两条金属分支。图5的通信装置500的其他特性与图1的类似，相应地该两个实施例具有相似的效果。

图6为依据本发明一实施例的通信装置600的示意图。图6与图1类似。与图1的实施例的差别在于，通信装置600的金属元件632中形成有至少一个开口638。开口638可增加金属元件632的谐振长度，如此使得金属元件632在通信装置600中占据更小空间。在本实施例中，金属元件632包括P型部位633。本发明并不以此为限。在另一个实施例中，在金属元件632上形成两个或更多个开口。图6的通信装置600的其他特性与图1的类似，相应地该两个实施例具有相似的效果。

图7为依据本发明一实施例的通信装置700的示意图。图7与图1类似。与图1的实施例的差别在于，在通信装置700中，金属元件732的至少一部分本质上位于另一个金属元件131之上。换句话说，金属元件732在系统电路板10上有投影，且该投影与金属元件131部分重叠。如图7所示，开口738形成于位于金属元件131之上的金属元件732的一部分中。本发明并不以此为限。在另一实施例中，金属元件732并不具任何位于金属元件131之上的开口。图7的通信装置700的其他特性与图1的类似，相应地该两个实施例具有相似的效果。

图8A为依据本发明一实施例的天线121和122的S参数的示意图。横轴表示工作频率（MHz），纵轴表示S参数（dB）。曲线802表示图1的通信装置100的天线121和122之间的隔离（S21），曲线804表示图2的通信装置200的天线121和122之间的隔离（S21）。在本实施例中，天线121和122皆可工作于频带FB1。如图8A所示，当金属元件131和金属元件132或是金属元件232被并入至通信装置时，在频带FB1中隔离（S21）被改善至至少-15dB。依据图8A，图1所示的金属元件132以及图2所示的金属元件232在改善隔离方面几乎具有相同的效果。在一些实施例中，频带FB1本质上涵盖1710MHz至1990MHz。

图8B为依据本发明一实施例的天线121的S参数的示意图。横轴表示工作频率（MHz），纵轴表示S参数（dB）。曲线806表示图1的通信装置100的天线121的反射系数（S11），曲线808表示图2的通信装置200的天线121的反射系数（S11）。如图8B所示，天线121更可工作于两个频带FB21和FB22。在一些实施例中，频带FB21本质上涵盖824MHz至960MHz，频带FB22本质上涵盖1710MHz至2170MHz。

图8C为依据本发明一实施例的天线122的S参数的示意图。横轴表示工作频率（MHz），纵轴表示S参数（dB）。曲线810表示图1的通信装置100的天线122的反射系数（S22），曲线812表示图2的通信装置200的天线122的反射系数（S22）。如图8C所示，天线122更可工作于两个频带FB31和FB32。在一些实施例中，频带FB31本质上涵盖880MHz至960MHz，频带FB32本质上涵盖1710MHz至1990MHz。

本发明并不限于图8A-8C所示的频带的频率范围。天线设计者可依据不同需求调节该频带的频率范围。

图9A为依据本发明一实施例的天线121的天线效率的示意图。横轴表示工作频率（MHz），纵轴表示天线效率（%）。为了比较，曲线902表示上述的具有金属元件的通信装置的天线121的天线效率，曲线904表示不具任何金属元件的其他通信装置的天线121的天线效率。如图9A所示，当在通信装置中加入金属元件时，天线121的天线效率在低频带FB21几乎没有变化。

图9B为依据本发明一实施例的天线122的天线效率的示意图。横轴表示工作频率（MHz），纵轴表示天线效率（%）。为了比较，曲线906表示上述的具有金属元件的通信装置的天线122的天线效率，曲线908表示不具任何金属元件的其他通信装置的天线122的天线效率。如图9B所示，当在通信装置中加入金属元件时，天线122的天线效率在低频带FB31几乎没有变化。

图9C为依据本发明一实施例的天线121的天线效率的示意图。横轴表示工作频率（MHz），纵轴表示天线效率（%）。为了比较，曲线910表示上述的具有金属元件的通信装置的天线121的天线效率，曲线912表示不具任何金属元件的其他通信装置的天线121的天线效率。如图9C所示，当在通信装置中加入金属元件时，天线121的天线效率在高频带FB22显著的增加。

图9D为依据本发明一实施例的天线122的天线效率的示意图。横轴表示工作频率（MHz），纵轴表示天线效率（%）。为了比较，曲线914表示上述的具有金属元件的通信装置的天线122的天线效率，曲线916表示不具任何金属元件的其他通信装置的天线122的天线效率。如图9D所示，当在通信装置中加入金属元件时，天线122的天线效率在高频带FB32显著的增加。

在本发明中，两个金属元件被应用至通信装置以增加天线之间的隔离。一个金属元件本质上为系统接地层的一部分，用以分离天线，另一个金属元件本质上为一个金属调，用以在特定频带上谐振。本发明至少具有以下几个优点：天线之间的隔离在至少一个频带得到有效改善；用以隔离的该频带的频率范围是可调的；天线效率在低频带得到保持，在高频带得到增强；在高频带阻抗匹配得到改进。

上述的实施例仅用来列举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何所属技术领域的技术人员依据本发明的精神而轻易完成的改变或均等性安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求为准。

Claims (20)

1.一种通信装置，该通信装置包括：

系统电路板，具有第一边沿；

接地层，放置于该系统电路板之上；

第一天线，耦接第一信号源，并操作于至少第一频带；

第二天线，耦接第二信号源，并操作于至少该第一频带；

第一金属元件，位于该第一天线和该第二天线之间，其中该第一金属元件耦接该接地层，因此形成系统接地层；以及

第二金属元件，邻近该第一金属元件，位于该第一天线和该第二天线之间，并耦接该系统接地层，

其中，该第一天线、该第二天线、该第一金属元件和该第二金属元件位于该系统电路板的该第一边沿。

2.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第二金属元件具有第一端口和第二端口，且该第一端口耦接该系统接地层，该第二端口为开口端。

3.如权利要求2所述的通信装置，其特征在于，该第二金属元件的长度为该第一频带的中心频率的1/4波长。

4.如权利要求2所述的通信装置，其特征在于，该第二金属元件的第一端口位于该第一天线和该第一金属元件之间。

5.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第二金属元件具有第一端口和第二端口，且该第一端口和该第二端口皆耦接该系统接地层，因此该第二金属元件和该系统接地层形成闭环。

6.如权利要求5所述的通信装置，其特征在于，该第二金属元件的长度为该第一频带的中心频率的1/2波长。

7.如权利要求5所述的通信装置，其特征在于，该第二金属元件的该第一端口位于该第一天线和该第一金属元件之间，该第二金属元件的该第二端口位于该第二天线和该第二金属元件之间。

8.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该通信装置进一步包括：

电子组件，放置于该第一金属元件之上。

9.如权利要求8所述的通信装置，其特征在于，该电子组件提供该通信装置和外部装置之间的数据传输。

10.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第二金属元件包括多条金属分支。

11.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，至少一个开口形成于该第二金属元件中。

12.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第二金属元件的一部分与该系统电路板垂直。

13.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第二金属元件的一部分在该第一金属元件之上。

14.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该系统电路板进一步具有第二边沿，该第一边沿短于该第二边沿。

15.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第一金属元件和该第二金属元件被配置为在该第一频带增加该第一天线和该第二天线之间的隔离。

16.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第一天线在该系统电路板上具有第一投影，该第一投影的至少一部分与该系统接地层不重叠。

17.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第二天线该系统电路板上具有第二投影，该第二投影的至少一部分与该系统接地层不重叠。

18.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第一频带的范围为1710MHz至1990MHz。

19.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第一天线进一步工作于第二频带，该第二频带涵盖824MHz至960MHz，或涵盖1710MHz至2170MHz。

20.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，该第二天线进一步工作于第三频带，该第三频带的涵盖880MHz至960MHz，或涵盖1710MHz至1990MHz。

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