CN103855472A - 可携式通讯装置及其可调式天线 - Google Patents

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Abstract

本发明披露可携式通讯装置及其可调式天线。可携式通讯装置，其包含基板、可调式天线以及控制电路。可调式天线包含天线本体、调整单元、馈入端以及接地端。天线本体具有多个导电部，且配置于基板上方。调整单元耦接于这些导电部之间。馈入端与接地端自天线本体延伸并耦接至基板。控制电路由馈入端以及接地端分别输入第一控制信号以及第二控制信号至调整单元，以调整可调式天线的电气长度。

Description

可携式通讯装置及其可调式天线
技术领域
本发明是有关于一种通讯装置及其天线结构，且特别是有关于一种可携式通讯装置及其可调式天线。
背景技术
随着无线通讯技术的迅速发展，各种可携式通讯装置竞相涌现，如移动电话、个人数字助理(Personal Digital Assistant,PDA)以及平板(Tablet)计算机等，成为现代人日常生活不可缺少的一部分。
在可携式通讯装置中，用来发射、接收无线电波以传递、交换无线电数据信号的天线装置，无疑是可携式通讯装置中最重要的组件之一。近年来，由于各种通讯系统及其应用的不断出现，使得天线必需朝向多频带设计，以涵盖多个系统操作频带。此外，可携式通讯装置的外观亦趋向轻薄与微型化，使得可携式通讯装置的天线设计受到结构尺寸上的限制，造成多频天线设计上的困难。
一般可携式通讯装置大多采用平面式倒F天线(Planar Inverted F Antenna,PIFA)构成多频天线，以符合可携式通讯装置的轻薄短小的设计需求。然而，多频天线会受限于天线本体、接地面以及金属外框之间的间隔距离，使得多频天线在设计上的困难度增加。
此外，不同应用中的各种无线信号(语音通信、无线网络、广播、数字电视、近场通讯等)通常具有各自的频段(frequency band)，在可携式通讯装置的有限空间中设置多组天线或多个天线收发端分别对应不同的频段实有困难。传统做法中，天线组装完成后即因本身的特性对应各自的频段与用途，难以动态调整其可操作的频带。
部分已知做法中，设计了可调整收发频率的天线架构。然而，在已知的可调式天线架构下，其须将调整频率用的控制信号经由外加线路从基板传送至天线本体或天线载体上的调整单元(如开关元件、切换元件或可变电容)上，可理解地，任一个开关元件或切换元件都需要一组控制信号线(一个输入信号与一个输出信号)来控制其操作状态，越多不同的操作状态，就需要越多组的控制信号线，然而配置额外的相关线路与元件来传递控制信号将使原本天线的架构更形复杂，且可能造成额外的信号传输噪声。
发明内容
为解决已知技术的问题，本发明提供一种可携式通讯装置及其可调式天线。在可调式天线中设置有调整单元(可包含两个导通方向相反的二极管)，可经由天线信号馈入端及接地端送入直流偏压的控制信号分别控制调整单元(如二极管的导通状态)，由此调整可调式天线的电气长度并达到调频效果。此外，在可调式天线中可进一步设置可变电容负载，并经由馈入端送入直流偏压的控制信号以控制可变电容负载的电容值，由此达到平滑且连续性的调频效果。如此一来，不需要设置额外的控制信号电路，便可完成可调式天线的调频动作。
本公开内容的一方面是在提供一种可携式通讯装置，其包含基板、可调式天线以及控制电路。可调式天线包含天线本体、调整单元、馈入端以及接地端。天线本体具有多个导电部，且配置于基板上方。调整单元耦接于这些导电部之间。馈入端自天线本体延伸并耦接至基板。接地端自天线本体延伸并耦接至基板。控制电路由馈入端以及接地端分别输入第一控制信号以及第二控制信号至调整单元，以调整可调式天线的电气长度。
本公开内容的另一方面是在提供一种适用于可携式通讯装置的可调式天线。可调式天线包含天线本体、第一二极管、第二二极管、馈入端以及接地端。天线本体具有多个导电部，且配置于基板上方。第一二极管耦接于这些导电部之间。第二二极管耦接于这些导电部之间。馈入端自天线本体延伸并耦接至基板。接地端自天线本体延伸并耦接至基板。第一二极管相对第二二极管较靠近馈入端，且第一与第二二极管具有相反的导通方向，而第一控制信号以及第二控制信号分别由馈入端以及接地端馈入至可调式天线，分别用以控制第一二极管与第二二极管的导通状态，进而调整可调式天线的电气长度。
附图说明
图1绘示根据本发明的一实施例中一种可携式通讯装置及其可调式天线的电路示意图；
图2绘示图1中的可调式天线的结构示意图；
图3绘示根据本发明的实施例中可调式天线的频谱示意图；
图4绘示于另一实施例中图2的可调式天线的结构示意图；以及
图5绘示于另一实施例中图2的可调式天线的结构示意图。
【主要元件符号说明】
100：可携式通讯装置
102，402：基板
103，403：净空区
120，420：可调式天线
121：调整单元
122，422：天线本体
122a，422a：第一导电部
122b，422b：第二导电部
122c，422c：第三导电部
124，424：馈入端
126，426：接地端
128，428：直流阻隔电容
129，429：可变电容负载
140：控制电路
具体实施方式
以下将以附图披露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
请一并参阅图1及图2，图1绘示根据本发明的一实施例中一种可携式通讯装置100及其可调式天线120的电路示意图。图2绘示图1中的可调式天线120的结构示意图。
如图1与图2所示，可携式通讯装置100包含基板102、可调式天线120以及控制电路140。在此实施例中，控制电路140配置于可携式通讯装置100的基板102上，并用以控制可调式天线120的相关元件以进行频段的调整，且基板102可包含一个净空区103。
在此实施例中，可调式天线120至少包含天线本体122、调整单元121、馈入端124以及接地端126。
天线本体122配置于基板102上方，较佳地形成一L型架构，且具有至少三个导电部，然天线本体的形状则可依不同的设计需求而作相对应地改变。在另一实施例中，可调式天线120可还进一步包含天线载体(图中未示)，天线载体配置于基板102上方且与基板102大致平行，而天线本体122配置于天线载体上，其中该载体可以软性电路板的方式实现。在另一实施例中，该载体可为一塑料件，天线本体122的图案(pattern)可以激光直接成型(Laser DirectStructuring,LDS)方式涂布于其上，但本发明并不以此为限。然在上述这些实施例中，欲获致较佳的天线效能，可将大部分的天线本体122配置于净空区103的上方。
如图1及图2所示，天线本体122包含第一导电部122a、第二导电部122b以及第三导电部122c，可由金属或其它导电材料制成。第二导电部122b与第一导电部122a大致平行，并且在第一导电部122a与第二导电部122b之间形成间隙Gp。第三导电部122c分别连接于第一导电部122a的一端与第二导电部122b的一端(于图1与图2中的左端)。
调整单元121至少可由第一二极管D1及第二二极管D2所组成，且该调整单元121电性耦接于所述导电部之间。在此例中，第一二极管D1耦接于第一导电部122a与第二导电部122b之间并跨越间隙Gp，第二二极管D2耦接于第一导电部122a与第二导电部122b之间并跨越间隙Gp。在此实施例中，第一二极管D1与第二二极管D2具有相反的导通方向，两者大致平行，且第一二极管D1相对该第二二极管D2较邻近第三导电部122c。然这些二极管与天线本体122间的电性连接位置及其导通方向，则可依不同的设计需求而作可适性地调整。
天线的馈入端124自天线本体122的第二导电部122b垂直延伸并耦接至基板102。接地端126自天线本体122的第二导电部122b垂直延伸并耦接至基板102。
控制电路140可提供多个控制信号，其由可调式天线120的馈入端124以及接地端126送入第一控制信号CON1以及第二控制信号CON2至可调式天线120的第一二极管D1与第二二极管D2，分别用以控制第一二极管D1与第二二极管D2的导通状态，进而调整可调式天线120的电气长度。需补充的是，在此实施例中第一控制信号CON1以及第二控制信号CON2分别为直流偏压信号，主要用来控制第一二极管D1与第二二极管D2等元件的直流操作特性，并不会干扰天线本体122上的天线收发信号内容。
在此实施例中，可调式天线120还包含直流阻隔电容128，直流阻隔电容128设置于天线本体122的第二导电部122b上，并介于馈入端124与接地端126之间，用以限制第一控制信号以及第二控制信号的信号传输方向，并隔离这些信号。
在此实施例中，控制电路140可控制第一控制信号CON1以及第二控制信号CON2分别位于高电平及低电平(或亦可为零电平)、低电平及高电平、低电平及低电平等三种模式。
在第一种模式下，当第一控制信号CON1输入一高电平的直流偏压(大于第一二极管D1的阈值电压)，此时第一二极管D1导通，第二二极管D2不导通，可调式天线的电气路径为第一导电部122a的右端经过第一导电部122a、第一二极管D1、第二导电部122b至接地端126，以形成第一电气长度。
在第二种模式下，当第二控制信号CON2输入一高电平的直流偏压(大于第二二极管D2的阈值电压)，此时第二二极管D2导通，第一二极管D1不导通，可调式天线的电气路径为第一导电部122a的右端经过第一导电部122a、第二二极管D2、第二导电部122b至接地端126，以形成第二电气长度。
在第三种模式下，当第一控制信号CON1与第二控制信号CON2皆输入一低电平(或亦可为零电平)的直流偏压，即低于第一二极管D1与第二二极管D2的阈值电压，此时第一二极管D1与第二二极管D2皆不导通，可调式天线的电气路径为第一导电部122a的右端经过第一导电部122a、第三导电部122c、第二导电部122b至接地端126，以形成第三电气长度。
在上述实施例中，第三电气长度大于第一电气长度，第一电气长度大于第二电气长度。其中，可调式天线120的可操作频段与电气长度成反比。控制电路140经由馈入端124以及接地端126送入第一控制信号CON1以及第二控制信号CON2，以调整可调式天线120的电气长度，进而改变可调式天线120的操作频段，且不需要配置额外的控制信号线(由基板102连接至天线主体122上或天线载体上)以控制第一二极管D1与第二二极管D2的导通状态。
请一并参阅图3，其绘示根据本发明的一实施例中可调式天线120的频谱示意图。如图3所示，控制电路140可控制第一二极管D1与第二二极管D2的导通状态，将可调式天线120的中心可操作频段选择性地设定在不同的操作频段F1、F2或F3上。其中，最短的第二电气长度对应高频的操作频段F1，而最长的第三电气长度对应低频的操作频段F3。由此，可调式天线120可动态地调整并覆盖较大的频段范围。
此外，如图1及图2所示，可调式天线120可进一步包含可变电容负载129，且其与天线本体122的第一导电部122a耦接，控制电路140进一步产生第三控制信号CON3以控制可变电容负载129的电容值Cd，用以调整可调式天线120各操作频段内的多个工作频率。其中电容值Cd介于CMax与CMin之间，而CMax大概是3倍的CMin，然该比值关系可依实际需求再作调整。
如图3所示，当控制电路140已通过第一控制信号CON1与第二控制信号CON2选取操作频段F1时，可进一步通过第三控制信号CON3基于操作频段F1以进行连续性地微调，使可调式天线120具有至少多个工作频率F1a,F1b,F1c或F1d等。其中，当可变电容负载129的电容值Cd为CMin时，其对应至工作频率F1a；若Cd为CMax时，则对应至工作频率F1d。由于可变电容负载129的电容值Cd为连续的数值，故在调整电容值以改变工作频率时，可调式天线120在该操作频段内可具有平滑且不间断的可用频宽，以维持最佳的天线效能。
可理解地，若选取操作频段F2时，可进一步透通过第三控制信号CON3基于操作频段F2，以进行连续性地微调，当电容值Cd为CMin时，其对应至工作频率F2a；若Cd为CMax时，则对应至工作频率F2d。同上所述，在该操作频段内，可调式天线120可具有平滑且不间断的可用频宽。更进一步来看，操作频段F1内的工作频率F1d与操作频段F2内的工作频率F2a彼此有重叠之处。换言之，操作频段F1与操作频段F2在频段与频段间的频谱是连续地，也就是当可携式通讯装置于不同的频带间作交替(handover)或漫游(roaming)时，可调式天线120不但具有平滑且不间断的可用频宽，而且此频宽更是比单个频段内的频宽来的大，以涵盖多个系统的操作频带。相同地，操作频段F2与操作频段F3在频段与频段间的频谱也是连续地，故整体操作频宽可以从低频带F3涵盖到高频带F1，且此频宽亦是平滑且不间断的可用频宽。如此一来，可调式天线120可具有两阶段的调整而更精准地对应各种频段需求。
请参阅图4，其绘示于另一实施例中图2的可调式天线420的结构示意图。与图2不同之处在于，在图4的实施例中可调式天线420的天线本体422及相关元件皆可配置于载体421上，而载体421位于基板402上方且与基板402大致平行，操作原理与其它元件的设置方式与图2的实施例所述相似，在此不另赘述。
请参阅图5，其绘示于另一实施例中图2的可调式天线420的结构示意图。与图2不同之处在于，在图5的实施例中可调式天线420的部分第二导电部422b、馈入端424、接地端426、第一二极管D1、第二二极管D2、直流阻隔电容428以及可变电容负载429直接配置于基板402上，且可调式天线420皆位于净空区403内。操作原理与其它元件的设置方式与图2的实施例所述相似，在此不另赘述。
综上所述，本发明提供一种可携式通讯装置及其可调式天线。在可调式天线中设置有两个导通方向相反的二极管，可经由馈入端及接地端送入直流偏压的控制信号以分别控制二极管的导通状态，由此调整可调式天线的电气长度并达到调频效果。此外，在可调式天线中可进一步设置可变电容负载，并经由馈入端送入直流偏压的控制信号以控制可变电容负载的电容值，由此达到平滑且连续性的调频效果。如此一来，不需要设置额外的控制信号电路，便可完成可调式天线的调频动作。
虽然本发明已以实施方式披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (18)

1.一种可携式通讯装置，包含：
一基板；
一可调式天线，包含：
一天线本体，具有多个导电部，且配置于该基板上方；
一调整单元，耦接于所述导电部之间；
一馈入端，自该天线本体延伸并耦接至该基板；以及
一接地端，自该天线本体延伸并耦接至该基板；
一控制电路，该控制电路由该馈入端以及该接地端分别输入一第一控制信号以及一第二控制信号至该调整单元，以调整该可调式天线的一电气长度。
2.如权利要求1所述的可携式通讯装置，其中该调整单元至少包含一第一二极管及一第二二极管。
3.如权利要求2所述的可携式通讯装置，其中该第一二极管相对该第二二极管较靠近该馈入端。
4.如权利要求2所述的可携式通讯装置，其中该第一控制信号以及该第二控制信号分别为一直流偏压信号，分别用以控制该第一二极管与该第二二极管的导通状态。
5.如权利要求4所述的可携式通讯装置，其中当该第一二极管导通但该第二二极管不导通时，该可调式天线的该电气长度经过该第一二极管以形成一第一电气长度，当该第二二极管导通时但该第一二极管不导通时，该可调式天线的该电气长度经过该第二二极管以形成一第二电气长度，当该第一二极管与该第二二极管皆未导通时，该可调式天线的该电气长度经过该天线本体的该第三导电部以形成一第三电气长度，该第三电气长度大于该第一电气长度，该第一电气长度大于该第二电气长度。
6.如权利要求4所述的可携式通讯装置，其中该第一二极管与该第二二极管具有相反的导通方向。
7.如权利要求1所述的可携式通讯装置，其中该可调式天线还包含一直流阻隔电容，设置于该天线本体上并介于该馈入端与该接地端之间，用以隔离该第一控制信号以及该第二控制信号。
8.如权利要求1所述的可携式通讯装置，其中所述多个导电部包含一第一导电部、一第二导电部以及一第三导电部，该第二导电部与该第一导电部平行并于其间形成一间隙，该第三导电部分别连接于该第一导电部的一端与该第二导电部的一端，且该调整单元耦接于该第一导电部与该第二导电部之间并跨越该间隙。
9.如权利要求8所述的可携式通讯装置，其中该馈入端与该接地端分别自该第二导电部延伸并耦接至该基板。
10.如权利要求8所述的可携式通讯装置，其中该第二导电部的至少一部分、该馈入端、该接地端及该调整单元配置于该基板上。
11.如权利要求10所述的可携式通讯装置，其中该可调式天线还包含一直流阻隔电容，设置于该基板上并介于该馈入端与该接地端之间，用以隔离该第一控制信号以及该第二控制信号。
12.如权利要求11所述的可携式通讯装置，还包含一配置于基板上的可变电容负载，其与该第一导电部耦接，而该控制电路还输入一第三控制信号以控制该可变电容负载的一电容值。
13.如权利要求12所述的可携式通讯装置，其中该基板还包含一净空区，该天线本体、该馈入端、该接地端、该调整单元、该直流阻隔电容以及该可变电容负载直接配置于该净空区内。
14.如权利要求1所述的可携式通讯装置，其中该控制电路通过调整该可调式天线的该电气长度，以改变该可调式天线的一操作频段，其中该操作频段与该电气长度成反比。
15.如权利要求14所述的可携式通讯装置，还包含一可变电容负载与该天线本体耦接，该控制电路还输入一第三控制信号以控制该可变电容负载的一电容值，以连续性地调整该操作频段内的多个工作频率。
16.如权利要求1所述的可携式通讯装置，其中该可调式天线还包含一载体，该载体配置于该基板上方且与该基板大致平行，该天线本体配置于该载体上。
17.如权利要求1所述的可携式通讯装置，其中该基板还包含一净空区，大部分的该天线本体配置于该净空区的上方。
18.一种可调式天线，适用于一可携式通讯装置包含一基板，该可调式天线包含：
一天线本体，具有多个导电部，且配置于该基板上方；
一第一二极管，耦接于所述导电部之间；
一第二二极管，耦接于所述导电部之间；
一馈入端，自该天线本体延伸并耦接至该基板；以及
一接地端，自该天线本体延伸并耦接至该基板；
其中，该第一二极管相对该第二二极管较靠近该馈入端，且所述二极管具有相反的导通方向，而一第一控制信号以及一第二控制信号分别由该馈入端以及该接地端馈入至该可调式天线，分别用以控制该第一二极管与该第二二极管的导通状态，进而调整该可调式天线的一电气长度。
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