CN104377448A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信装置，包括一接地元件以及一天线元件。天线元件包括一环圈金属部及一支路金属部。环圈金属部邻近于接地元件的一边缘。环圈金属部具有一馈入端及一接地端，其中接地端耦接至接地元件，而馈入端经由一电容元件及一第一电感元件耦接至一信号源。环圈金属部与接地元件的边缘共同包围住一封闭区间。支路金属部经由一第二电感元件耦接至环圈金属部上的一连接点。连接点位于环圈金属部的前半部分，其中前半部分包括馈入端。支路金属部大致沿着环圈金属部的外围而延伸。本发明的天线元件具有低姿势和小尺寸的优点，其可用于涵盖LTE/WWAN的多频操作。

Description

通信装置

技术领域

本发明涉及一种通信装置，尤其涉及一种平板通信装置(TabletCommunication Device)及其小型化的宽频/多频环圈天线元件(Small-sizeWideband/Multi-band Loop Antenna Element)。

背景技术

近年来无线通信产业蓬勃发展，普罗大众对无线通信产品的接受度也与日俱增。为了满足大众需求，移动通信装置必须提供更多元化的功能，同时其外型亦须符合薄型化的设计趋势。因此，如何在移动通信装置内的有限空间中，设计出能相容于各种无线通信应用的天线元件，实为天线设计者的一大挑战。

发明内容

为了克服先前技术所遭遇的问题，本发明提供一种通信装置，其包括一小型化的宽频/多频环圈天线元件(Small-size Wideband/Multi-band LoopAntenna Element)。此天线元件具有低姿势(Low-profile)和小尺寸(Small-size)的优点，其可用于涵盖LTE/WWAN(Wireless Wide Area Network/Long TermEvolution)的多频操作。

在较佳实施例中，本发明提供一种通信装置，包括：一接地元件；以及一天线元件，包括：一环圈金属部，邻近于该接地元件的一边缘，其中该环圈金属部具有一馈入端及一接地端，该接地端耦接至该接地元件，该馈入端经由一电容元件及一第一电感元件耦接至一信号源，而该环圈金属部与该接地元件的该边缘共同包围住一封闭区间；以及一支路金属部，经由一第二电感元件耦接至该环圈金属部上的一连接点，其中该连接点位于该环圈金属部的前半部分，该前半部分包括该馈入端，而该支路金属部大致沿着该环圈金属部的外围而延伸。

在一些实施例中，该环圈金属部与该接地元件的该边缘所包围的该封闭区间大致为一倒L字形。在一些实施例中，该天线元件的该环圈金属部本身可作为大致呈倒L字形的一环圈天线(Loop Antenna)，其中该环圈天线可产生一低频共振模态以及二高阶共振模态。在一些实施例中，该低频共振模态位于约750MHz处，而该等高阶共振模态共同合成一宽频频带，其中该宽频频带约介于1710MHz至2690MHz之间。然而，该低频共振模态的频宽通常较窄，故一般而言无法涵盖所需的704MHz至960MHz或是824MHz至960MHz的频率范围。

该天线元件的操作原理可如下列所述。该低频共振模态的激发乃借助于该电容元件所提供的一电容值，而该电容值使得该环圈金属部的长度可以小于该天线元件的一第一(低频)频带的最低频率(例如：约704MHz)的0.2倍波长。另外，该环圈金属部的至少二高阶共振模态共同合成一宽频频带，此乃借助于该第一电感元件所提供的一电感值，其中该电感值可以使得该天线元件的一第二(高频)频带的频宽增加。

该天线元件还包括该支路金属部，其经由该第二电感元件耦接至该环圈金属部上的该连接点。在一些实施例中，该第二电感元件的一电感值大于该第一电感元件的一电感值。当该天线元件操作于该第二频带时，该第二电感元件因具有一高电感值而近似一开路状态(Open-circuit)。因此，该支路金属部大致上不会影响该天线元件于该第二频带中的操作。在一些实施例中，该支路金属部的宽度小于该环圈金属部的宽度。在一些实施例中，该支路金属部的长度介于该第一频带的最低频率(例如：约704MHz)的0.05至0.15倍波长之间。该环圈金属部的该连接点位于该环圈金属部的该前半部分，这是因为该前半部分的基态表面电流较强，同时高阶模态通常较无无零表面电流。该支路金属部大致沿着该环圈金属部的外围而延伸，故该支路金属部与该环圈金属部之间可形成一电容耦合间隙。综合上述操作原理，该支路金属部于该天线元件的一操作频带(例如：该第一频带)之外可产生一并接共振，其中该并接共振还于该操作频带内产生一共振模态，从而增加该天线元件的操作频宽。

在一些实施例中，该天线元件的整体尺寸仅约为10×35mm²。在此低姿势及小尺寸的结构下，该天线元件仍可至少涵盖LTE/WWAN的多频操作。

附图说明

图1是显示根据本发明第一实施例所述的通信装置的示意图。

图2是显示根据本发明第一实施例所述的通信装置的天线元件的返回损失图。

图3是显示根据本发明第一实施例所述的通信装置的天线元件的天线效率图。

图4是显示根据本发明第二实施例所述的通信装置的示意图。以及

图5是显示根据本发明第三实施例所述的通信装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、400、500～通信装置；

10～接地元件；

101～接地元件的边缘；

11、41、51～天线元件；

12～环圈金属部；

120～封闭区间；

121～环圈金属部的馈入端；

122～连接点；

123～环圈金属部的接地端；

13、43～支路金属部；

14、54～电容元件；

15、55～第一电感元件；

16、46～第二电感元件；

17～信号源；

21～第一频带；

22～第二频带；

31～第一频带中的天线效率曲线；

32～第二频带中的天线效率曲线；

t～支路金属部的宽度；

w～环圈金属部的宽度。

具体实施方式

图1是显示根据本发明第一实施例所述的通信装置100的示意图。通信装置100可以是一智能手机(Smart phone)、一平板电脑(Tablet Computer)，或是一笔记本电脑(Notebook Computer)。如图1所示，通信装置100包括：一接地元件10、一天线元件11、一电容元件14、一第一电感元件15、一第二电感元件16，以及一信号源17。接地元件10可以是一金属平面，并设置于一介质基板上(未显示)，例如：一FR4(Flame Retardant4)基板。为节省设计空间，电容元件14可以是一芯片电容器(Chip Capacitor)，而第一电感元件15和第二电感元件16可以各自为一芯片电感器(Chip Inductor)。天线元件11包括一环圈金属部12及一支路金属部13。环圈金属部12邻近于接地元件10的一边缘101。环圈金属部12具有一馈入端121及一接地端123，其中接地端123耦接至接地元件10，而馈入端121经由电容元件14及第一电感元件15耦接至信号源17。信号源17可以是一射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于激发天线元件11以产生一操作频带。环圈金属部12与接地元件10的边缘101共同包围住一封闭区间120。在一些实施例中，封闭区间120大致为一倒L字形。在其他实施例中，封闭区间120亦可大致为其他形状，例如：一直条形、一倒J字形，或是一C字形。支路金属部13经由第二电感元件16耦接至环圈金属部12上的一连接点122。连接点122位于环圈金属部12的前半部分。环圈金属部12的该前半部分包括馈入端121。支路金属部13大致沿着环圈金属部12的外围而延伸。在一些实施例中，支路金属部13大致为一直条形或一倒L字形。在一些实施例中，支路金属部13的宽度t小于环圈金属部12的宽度w。在一些实施例中，第二电感元件16的一电感值大于第一电感元件15的一电感值。必须注意的是，通信装置100还可包括其他元件，例如：一触控面板、一处理器、一扬声器、一电池，以及一外壳(未显示)。

图2是显示根据本发明第一实施例所述的通信装置100的天线元件11的返回损失(Return Loss)图。如图2所示，天线元件11可操作于至少一第一频带21及一第二频带22。在较佳实施例中，第一频带21可涵盖LTE700/GSM850/900的频率范围(约介于704MHz至960MHz之间)，而第二频带22可涵盖GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500的频率范围(约介于1710MHz至2690MHz之间)。在一些实施例中，通信装置100的元件尺寸和元件参数可如下列所述。接地元件10的长度约为200mm，宽度约为150mm，此为一典型平板通信装置的接地元件尺寸。天线元件11的高度约为10mm，长度约为35mm。环圈金属部12的长度约为65mm。支路金属部13的长度约为38mm。电容元件14的一电容值约为1.2pF。第一电感元件15的一电感值约为5.6nH。第二电感元件16的一电感值约为22nH。环圈金属部12的连接点122与馈入端121之间的距离约为7.5mm。环圈金属部12的长度小于第一频带21的最低频率(例如：约704MHz)的0.2倍波长。支路金属部13的长度介于第一频带21的最低频率的0.05至0.15倍波长之间。

在一些实施例中，天线元件11的操作原理可如下列所述。支路金属部13于天线元件11的一操作频带(例如：第一频带21)的外产生一并接共振。该并接共振还于该操作频带内产生一共振模态，从而增加天线元件11的操作频宽。第一电感元件15所提供的一电感值可使得第二频带22的频宽增加。当天线元件11操作于第二频带22时，第二电感元件16将近似于一开路状态(Open-circuit)，使得支路金属部13大致上不会影响天线元件11于第二频带中22的操作。

图3是显示根据本发明第一实施例所述的通信装置100的天线元件11的天线效率(Antenna Efficiency)图。天线效率曲线31代表天线元件11于第一频带21(约介于704MHz至960MHz之间)中的天线效率(已包括返回损失)，而天线效率曲线32代表天线元件11于第二频带22(约介于1710MHz至2690MHz之间)中的天线效率(已包括返回损失)。如图3所示，天线元件11于第一频带21中的平均天线效率约为50%，而天线元件11于第二频带22中的平均天线效率约为80%，可符合实际应用需要。

图4是显示根据本发明第二实施例所述的通信装置400的示意图。在第二实施例的一天线元件41中，环圈金属部12上的连接点122邻近于环圈金属部12的馈入端121。另外，一支路金属部43经由一第二电感元件46耦接至连接点122，而支路金属部43大致沿着环圈金属部12的外围而延伸。更详细地说，支路金属部43部分地包围住环圈金属部12的前半部分。支路金属部43可以大致为一倒L字形。第二实施例的通信装置400的其余特征皆与第一实施例的通信装置100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

图5是显示根据本发明第三实施例所述的通信装置500的示意图。在第三实施例的一天线元件51中，环圈金属部12的馈入端121与信号源17之间所耦接的一电容元件54及一第一电感元件55设置于接地元件10上方的一净空区间内。亦即，电容元件54及第一电感元件55均设置于接地元件10之外，且其垂直投影均不与接地元件10重叠。第三实施例的通信装置500的其余特征皆与第一实施例的通信装置100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状，以及频率范围皆非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。

在本说明书以及申请专利范围中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。

本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种通信装置，包括：

一接地元件；以及

一天线元件，包括：

一环圈金属部，邻近于该接地元件的一边缘，其中该环圈金属部具有一馈入端及一接地端，该接地端耦接至该接地元件，该馈入端经由一电容元件及一第一电感元件耦接至一信号源，而该环圈金属部与该接地元件的该边缘共同包围住一封闭区间；以及

一支路金属部，经由一第二电感元件耦接至该环圈金属部上的一连接点，其中该连接点位于该环圈金属部的前半部分，该前半部分包括该馈入端，而该支路金属部大致沿着该环圈金属部的外围而延伸。

2.如权利要求1所述的通信装置，其中该支路金属部的宽度小于该环圈金属部的宽度。

3.如权利要求1所述的通信装置，其中该支路金属部于该天线元件的一操作频带之外产生一并接共振，其中该并接共振还于该操作频带内产生一共振模态，从而增加该天线元件的操作频宽。

4.如权利要求1所述的通信装置，其中该天线元件至少操作于一第一频带及一第二频带，而该第一频带的频率低于该第二频带的频率。

5.如权利要求4所述的通信装置，其中该支路金属部的长度介于该第一频带的最低频率的0.05至0.15倍波长之间。

6.如权利要求4所述的通信装置，其中当该天线元件操作于该第二频带时，该第二电感元件近似于一开路状态，使得该支路金属部大致上不会影响该天线元件于该第二频带中的操作。

7.如权利要求4所述的通信装置，其中该电容元件提供一电容值，而该电容值使得该环圈金属部的长度小于该第一频带的最低频率的0.2倍波长。

8.如权利要求4所述的通信装置，其中当该天线元件操作于该第二频带时，该第一电感元件提供一电感值，使得该第二频带的频宽增加。

9.如权利要求1所述的通信装置，其中该第二电感元件的一电感值大于该第一电感元件的一电感值。

10.如权利要求1所述的通信装置，其中该环圈金属部与该接地元件的该边缘所包围的该封闭区间大致为一倒L字形。