CN104466371B - 通信装置 - Google Patents

Abstract

一种通信装置，包括一接地元件及一天线元件。天线元件具有一第一连接点，并至少包括一第一支路、一第二支路，以及一第三支路。第一支路的一端经由一电感元件耦接至第一连接点。第二支路的一端耦接至第一连接点。第二支路的一第二区段大致平行于第一支路的一第一区段。第二支路介于第一支路与接地元件的一边缘之间。第三支路的一端耦接至位于第一支路上的一第二连接点。第三支路与第一支路朝向大致相反的方向延伸。第一连接点还经由一高通匹配电路耦接至一信号源。高通匹配电路的一接地端耦接至接地元件。本发明提供的通信装置中的天线元件不仅可达成低姿势和小尺寸的设计，还可涵盖LTE/WWAN频带和WLAN2.4GHz频带的多频操作。

Description

通信装置

技术领域

本发明涉及一种通信装置，特别涉及一种包括小型化多支路多频天线元件(Small-size Multi-branch Multi-band Antenna Element)的通信装置。

背景技术

移动通信科技日新月异，其于人类生活中所占据的份量越来越重。由于各个时代的通信技术不同，以及各个地区电信商的营运频带不同，移动通信装置对于频宽的需求也日益增加。为了携带方便及改善使用者体验，现今的移动通信装置趋向轻薄化的整体设计，而其屏幕与边框的尺寸将变得更小，并使得可用于设计天线的空间越来越不足。以传统多支路多频带的LTE/WWAN(Long Term Evolution/Wireless Wide Area Network)天线元件为例，其共振路径的长度约略等于其操作频率的四分之一波长。如此使得天线元件的各个支路占据较多空间，而难以应用于各种小型化的移动通信装置中。

不仅如此，由于天线元件的多支路的共振路径彼此接近，且其所需的共振长度相似，故所述多个支路所激发的共振模态容易互相影响。这造成共振模态之间无法结合成一宽频频带来涵盖所需的操作频宽，或者导致所产生的共振模态之间虽有阻抗匹配，但是辐射效率却甚低的问题。

因此，如何于移动通信装置的有限空间中设计出一种具有低姿势(Low-profile)、小尺寸(Small-size)，以及宽频带(Wide-band)的多支路多天线元件以涵盖多重操作频带(例如：LTE/WWAN频带)，是现今天线设计者的一大挑战。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种通信装置，其包括一多支路多频天线元件。此种天线元件不仅可达成低姿势和小尺寸的设计，还可涵盖LTE/WWAN频带(约介于704MHz至960MHz之间，以及约介于1710MHz至2690MHz之间)和WLAN(Wireless Local AreaNetwork)2.4GHz频带的多频操作。

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，设置于一介质基板上，其中该介质基板邻近于该接地元件的一边缘，该天线元件具有一第一连接点，而该天线元件至少包括：一第一支路，具有一第一长度，其中该第一支路的一端经由一第一电感元件耦接至该第一连接点，该第一支路包括一第一区段，而该第一区段大致平行于该接地元件的该边缘；一第二支路，具有一第二长度，其中该第二支路的一端耦接至该第一连接点，该第二支路包括一第二区段，该第二区段大致平行于该第一区段，而该第二支路介于该第一支路与该接地元件的该边缘之间；以及一第三支路，具有一第三长度，其中该第三支路的一端耦接至位于该第一支路上的一第二连接点，而该第三支路与该第一支路朝向大致相反的方向延伸；其中该第一连接点还经由一高通匹配电路(High-passMatching Circuit)耦接至一信号源，该高通匹配电路具有一接地端，而该接地端耦接至该接地元件。

本发明的该天线元件不仅有着独特的辐射部结构设计(包括该第一支路、该第二支路，以及该第三支路)，还纳入该高通匹配电路作整合设计，使得该天线元件可以具有低姿势、小型化，以及宽频带的优点。在一些实施例中，该天线元件可用于涵盖LTE/WWAN的多重频带。在一些实施例中，该天线元件至少操作于一第一频带及一第二频带，其中该第一频带的频率低于该第二频带的频率。在该天线元件的多支路结构中，该第二长度可以小于该第一长度，而该第三长度可以小于该第二长度并小于该第一长度的0.5倍。当该天线元件由该信号源进行馈入时，该第一支路可以激发产生位于该第一频带内的一第一共振模态，该第二支路可以激发产生位于该第二频带内的一第三共振模态，而该第三支路可以激发产生位于该第二频带内的一第四共振模态，其中该第四共振模态与该第三共振模态作结合，从而大幅增加该第二频带的操作频宽。

在一些实施例中，该高通匹配电路包括：并接的至少一第二电感元件，以及串接的一电容元件。在一些实施例中，该高通匹配电路设置于该介质基板上，或是该接地元件上。该高通匹配电路可用于调整该天线元件的阻抗匹配。由于该高通匹配电路中的该第二电感元件还可耦接至该接地元件，故该天线元件可以具有类似于一倒F形天线结构，从而可具有低姿势的优点。在一些实施例中，该高通匹配电路可使得该天线元件激发产生位于该第一频带内的一第二共振模态，其中该第二共振模态可以与该第一共振模态结合，从而大幅增加该第一频带的操作频宽。该第一电感元件可用于缩短该第一支路及该第三支路的共振长度，使得该天线元件可具有小型化的优点。该第一电感元件可以提供一电感值。当该天线元件操作于该第二频带时，该第一电感元件可用于隔离该第一支路，并降低该第一支路对该第二支路所激发的该第三共振模态的影响，使得该第三共振模态可以被良好地激发。另一方面，由于该第三支路耦接至该第一支路，且该第三长度小于该第一长度的0.5倍，故该第四共振模态与该第一共振模态的激发将不会互相影响，而两者均能被良好地激发。在一些实施例中，该天线元件可以在小尺寸的平面结构下(例如：10×40mm²)产生宽频的该第一频带及该第二频带(例如：约介于704MHz至960MHz之间，以及约介于1710MHz至2690MHz之间)。因此，该天线元件可至少用于涵盖LTE/WWAN频带以及WLAN 2.4 GHz频带的多频操作。

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二实施例所述的通信装置的示意图；

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返回损失图；

图4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；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、200、500～通信装置；

10～接地元件；

101～边缘；

11、21、51～天线元件；

12～介质基板；

13～第一支路；

131～第一区段；

132～第二连接点；

14～第二支路；

141～第二区段；

15～第三支路；

16～第一连接点；

17～第一电感元件；

18、28、58～高通匹配电路；

181、281、581～接地端；

19～信号源；

282～第二电感元件；

283～电容元件；

301～第一共振模态；

302～第二共振模态；

303～第三共振模态；

304～第四共振模态；

31～第一频带；

32～第二频带；

41～第一天线效率曲线；

42～第二天线效率曲线。

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)，或是一笔记型电脑(Notebook Computer)。如图1所示，通信装置100至少包括：一接地元件10和一天线元件11。接地元件10可为一金属平面，其可用于配置通信装置100的一些电子零件(未显示)。天线元件11可由金属制成。在一些实施例中，通信装置100还可包括：一介质基板12、一第一电感元件17、一高通匹配电路18，以及一信号源19。介质基板12可为一FR4(Flame Retardant 4)基板。第一电感元件17可为一晶片电感器(Chip Inductor)。高通匹配电路18可包括一或多个电容器和电感器，例如：晶片电容器(Chip Capacitor)和晶片电感器。信号源19可为一射频(Radio Frequency，RF)模块，并用于激发天线元件11。天线元件11设置于介质基板12上。介质基板12邻近于接地元件10的一边缘101。天线元件11具有一第一连接点16，并至少包括：一第一支路13、一第二支路14，以及一第三支路15。第一支路13具有一第一长度。第一支路13的一端经由第一电感元件17耦接至第一连接点16。第一支路13包括一第一区段131，其中第一区段131大致平行于接地元件10的边缘101。在一些实施例中，第一支路13大致为一倒L字形，第一支路13与第三支路15则大致合成为一倒U字形。第二支路14具有一第二长度。在一些实施例中，该第二长度小于该第一长度。第二支路14的一端耦接至第一连接点16。第二支路14包括一第二区段141，其中第二区段141大致平行于第一支路13的第一区段131。第二支路14介于第一支路13与接地元件10的边缘101之间。在一些实施例中，第二支路14大致为一倒N字形。第三支路15具有一第三长度。在一些实施例中，该第三长度小于该第二长度，并小于该第一长度的0.5倍。第三支路15的一端耦接至位于第一支路13上的一第二连接点132。第三支路15与第一支路13朝向大致相反的方向延伸。换言之，第三支路15的一开口端与第一支路13的一开口端互相远离。在一些实施例中，第三支路15大致为一倒L字形。天线元件11的第一连接点16还经由高通匹配电路18耦接至信号源19。高通匹配电路18具有一接地端181，其中接地端181耦接至接地元件10。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二实施例所述的通信装置200的示意图。第二实施例与第一实施例之间的主要差异在于，通信装置200的一高通匹配电路28包括：并接的至少一第二电感元件282，以及串接的一电容元件283。更详细地说，第二电感元件282的一第一端为耦接至接地元件10的一接地端281，而第二电感元件282的一第二端耦接至第一连接点16。另一方面，电容元件283的一第一端耦接至信号源19，而电容元件283的一第二端耦接至第一连接点16。第二电感元件282可为一晶片电感器，而电容元件283可为一晶片电容器。第二实施例的通信装置200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的返回损失(Return Loss)图。在一些实施例中，通信装置100的元件尺寸和元件参数可以如下列所述。接地元件10的长度约为200mm，宽度约为150mm。介质基板12的长度约为40mm，宽度约为10mm，厚度约为0.8mm。第一支路13的该第一长度约为44mm。第二支路14的该第二长度约为23mm。第三支路15的该第三长度约为16mm(小于第一支路13的该第一长度的0.5倍)。第一电感元件17为一晶片电感器，其中该晶片电感器的一电感值约为10nH。高通匹配电路18由并接的一晶片电感器和串接的一晶片电容器所共同形成，其中该晶片电感器的一电感值约为10nH，而该晶片电容器的一电容值约为2.7pF。如图3所示，天线元件11可以至少操作于一第一频带31及一第二频带32，其中第一频带31的频率低于第二频带32的频率。更详细地说，天线元件11的操作原理可如下列所述。天线元件11的第一支路13激发产生位于第一频带31内的一第一共振模态301。天线元件11的高通匹配电路18激发产生位于第一频带31内的一第二共振模态302。在第一共振模态301与第二共振模态302结合之后，第一频带31大致可涵盖LTE700/GSM850/900频带(约介于704MHz至960MHz之间)的宽频操作。另一方面，天线元件11的第二支路14激发产生位于第二频带32内的一第三共振模态303。天线元件11的第三支路15激发产生位于第二频带32内的一第四共振模态304。在第三共振模态303与第四共振模态304结合之后，第二频带32大致可涵盖GSM1800/GSM1900/UMTS/LTE2300/LTE2500频带(约介于1710MHz至2690MHz之间)以及WLAN2.4GHz频带的宽频操作。

图4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。通信装置100的元件尺寸和元件参数可如同图3的实施例所述。第一天线效率曲线41代表天线元件11于第一频带31(约介于704MHz至960MHz之间)中的天线效率(已包括返回损失)，而第二天线效率曲线42代表天线元件11于第二频带32(约介于1710MHz至2690MHz之间)中的天线效率(已包括返回损失)。如图4所示，天线元件11于第一频带31中的平均天线效率约为55%以上，而天线元件11于第二频带32中的平均天线效率约为60%以上，已可符合移动通信装置的实际应用需要。

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。第三实施例与第一实施例之间的主要差异在于，通信装置500的一高通匹配电路58设置于接地元件10上，而非设置于介质基板12上。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、元件参数，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。

在本说明书以及权利要求中的序数，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公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，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 (9)

1.一种通信装置，包括：

一接地元件；以及

一天线元件，设置于一介质基板上，其中该介质基板邻近于该接地元件的一边缘，该天线元件具有一第一连接点，而该天线元件至少包括：

一第一支路，具有一第一长度，其中该第一支路的一端经由一第一电感元件耦接至该第一连接点，该第一支路包括一第一区段，而该第一区段大致平行于该接地元件的该边缘；

一第二支路，具有一第二长度，其中该第二支路的一端耦接至该第一连接点，该第二支路包括一第二区段，该第二区段大致平行于该第一区段，而该第二支路介于该第一支路与该接地元件的该边缘之间；以及

一第三支路，具有一第三长度，其中该第三支路的一端耦接至位于该第一支路上的一第二连接点，而该第三支路与该第一支路朝向大致相反的方向延伸；

其中该第一连接点还经由一高通匹配电路耦接至一信号源，该高通匹配电路具有一接地端，而该接地端耦接至该接地元件；

其中该高通匹配电路设置于该接地元件上。

2.如权利要求1所述的通信装置，其中该高通匹配电路包括一第二电感元件以及一电容元件，其中该第二电感元件的一第一端耦接至该接地元件，该第二电感元件的一第二端耦接至该第一连接点，该电容元件的一第一端耦接至该信号源，而该电容元件的一第二端耦接至该第一连接点。

3.如权利要求1所述的通信装置，其中该第二长度小于该第一长度。

4.如权利要求1所述的通信装置，其中该第三长度小于该第二长度，并小于该第一长度的0.5倍。

5.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。

6.如权利要求5所述的通信装置，其中该第一支路激发产生位于该第一频带内的一第一共振模态。

7.如权利要求5所述的通信装置，其中该高通匹配电路使得该天线元件激发产生位于该第一频带内的一第二共振模态，从而增加该第一频带的频宽。

8.如权利要求5所述的通信装置，其中该第二支路激发产生位于该第二频带内的一第三共振模态。

9.如权利要求5所述的通信装置，其中该第三支路激发产生位于该第二频带内的一第四共振模态，从而增加该第二频带的频宽。