CN104716427B - 通信装置 - Google Patents

Abstract

一种通信装置，包括一接地元件以及一天线元件。天线元件邻近于接地元件的一边缘，并在边缘上具有一投影，投影具有一特定长度。天线元件包括一辐射部、一馈入部，以及一短路部。辐射部具有一第一端及一第二端，第二端为一开口端。辐射部具有多次弯折，使得第二端邻近第一端。馈入部的一端经由一电容元件耦接至辐射部上的一连接点，连接点位于或邻近于第一端。馈入部的另一端耦接至一信号源。馈入部包括大致平行于边缘的一第一区段。第一区段的长度至少为特定长度的0.2倍。短路部的一端耦接至辐射部上的一短路点，短路点邻近于连接点。本申请技术方案可在小尺寸的平面结构下产生至少两个宽频频带，以涵盖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，特别涉及一种具有小型化多频倒F形天线元件(Small-size Multi-band Inverted-F Antenna Element)的通信装置。

背景技术

随着无线通信技术蓬勃发展，各式各样的无线通信产品不断地推陈出新。为了满足使用者对多媒体应用的广大需求，移动通信装置对于资料传输速度及资料传输量的标准亦与日俱增。然而，在现今强调轻薄化的移动通信装置中，其天线元件的净空区间也相对有限。因此，如何设计出一种全平面及多频操作的小型化天线元件，实为天线设计者的一大挑战。

发明内容

本发明的通信装置主要包括一单支路倒F形天线元件。通过适当地设计此天线元件的辐射部、馈入部，以及短路部，其将可在小尺寸的平面结构下产生至少两个宽频频带，以涵盖LTE/WWAN(Long Term Evolution/Wireless Wide Area Network)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，其邻近于该接地元件的一边缘，其中该天线元件在该边缘上具有一投影，该投影具有一特定长度。而该天线元件包括：一辐射部，具有一第一端及一第二端，其中该第二端为一开口端，而该辐射部具有多次弯折，使得该第二端邻近于该第一端；一馈入部，具有一第三端及一第四端，其中该第三端经由一电容元件耦接至该辐射部上的一连接点，该连接点位于或邻近于该第一端，该第四端耦接至一信号源，该馈入部包括一第一区段，该第一区段大致平行于该边缘，而该第一区段的长度至少为该特定长度的0.2倍；以及一短路部，具有一第五端及一第六端，其中该第五端耦接至该辐射部上的一短路点，该短路点邻近于该连接点，该第六端耦接至该接地元件，该短路部包括一第二区段，该第二区段大致平行于该边缘，而该第二区段的长度至少为该特定长度的0.2倍。

在一些实施例中，该天线元件的该辐射部大致为一倒U字形，或是大致围绕一矩形区域而延伸。此种设计方式可使得该天线元件达成低姿势(Low-profile)及小型化的优点。

在一些实施例中，该天线元件用于至少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。在一些实施例中，该辐射部可激发产生位于该第一频带内的一第一共振模态，以及位于该第二频带内的至少一第二共振模态。该第二共振模态为该辐射部的一高阶共振模态。该第一共振模态与该第二共振模态的一频率比例可以通过在该辐射部中植入一第一电感元件(例如：一芯片电感器)来进行调整。在一些实施例中，该第一电感元件位于该辐射部上的一特定位置，该特定位置与该辐射部的该第一端之间的距离大于该特定长度的0.2倍，而该短路点介于该连接点与该特定位置之间。在一些实施例中，该特定位置位于或邻近于该第二共振模态的一零表面电流(Surface Current Null)处。在此设计下，该第一电感元件可以降低该第一共振模态的频率，且同时基本上不会影响该第二共振模态的频率，所以天线设计者能轻易地调整该第一共振模态及该第二共振模态的该频率比例。

在一些实施例中，介于该馈入部与该辐射部之间的该电容元件提供一电容值，使得该天线元件可激发产生位于该第一频带内的一第四共振模态。该第四共振模态可与该第一共振模态作结合，从而大幅增加该第一频带的频宽。

在一些实施例中，该短路部的该第二区段介于该馈入部的该第一区段和该辐射部之间。在一些实施例中，该天线元件在该馈入部及该短路部之间形成一环形共振路径，而该环形共振路径可激发产生位于该第二频带内的一第三共振模态。该第三共振模态可与该第二共振模态作结合，从而大幅增加该第二频带的频宽。

在一些实施例中，该馈入部的该第四端还经由一第二电感元件耦接至该信号源。该第二电感元件可用于调整该第二共振模态及该第三共振模态的阻抗匹配，使得该第二共振模态及该第三共振模态能被良好地激发。

上述技术方案可在小尺寸的平面结构下产生至少两个宽频频带，以涵盖LTE/WWAN的多频操作。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例所述的通信装置的示意图；

图2是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；

11～接地元件；

111～接地元件的边缘；

112、412～天线元件在接地元件的边缘上的投影；

12、42、52～天线元件；

13、43～辐射部；

131、431～辐射部的第一端；

132、432～辐射部的第二端；

133、433～连接点；

134、434～短路点；

135、435～特定位置；

14、54～馈入部；

141、541～馈入部的第一区段；

143、543～馈入部的第三端；

144、544～馈入部的第四端；

15～短路部；

151～短路部的第二区段；

155～短路部的第五端；

156～短路部的第六端；

16～电容元件；

17～第一电感元件；

18～信号源；

19、59～环形共振路径；

201～第一共振模态；

202～第二共振模态；

203～第三共振模态；

204～第四共振模态；

21～第一频带；

22～第二频带；

542～第二电感元件；

t～投影的特定长度。

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，并配合附图，作详细说明。

图1是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(NotebookComputer)。如图1所示，通信装置100至少包括一接地元件11和一天线元件12。天线元件12邻近于接地元件11的一边缘111。天线元件12在接地元件11的边缘111上具有一投影112，其中投影112具有一特定长度t。天线元件12包括：一辐射部13、一馈入部14，以及一短路部15。辐射部13具有一第一端131及一第二端132。辐射部13的第二端132为一开口端。辐射部13具有多次弯折，使得辐射部13的第二端132和第一端131彼此互相邻近。馈入部14具有一第三端143和一第四端144。馈入部14的第三端143经由一电容元件16耦接至辐射部13上的一连接点133。连接点133邻近于辐射部13的第一端131。馈入部14的第四端144耦接至一信号源18。信号源18可以是一射频(Radio Frequency)模组，其可用于激发天线元件12。馈入部14包括一第一区段141。第一区段141大致平行于接地元件11的边缘111，而第一区段141的长度至少为特定长度t的0.2倍。短路部15具有一第五端155和一第六端156。短路部15的第五端155耦接至辐射部13上的一短路点134。短路点134邻近于连接点133。短路部15的第六端156耦接至接地元件11。短路部15包括一第二区段151。第二区段151大致平行于接地元件11的边缘111，而第二区段151的长度至少为特定长度t的0.2倍。第二区段151可以介于第一区段141及辐射部13之间。

辐射部13可以大致为一倒U字形，或可大致围绕一矩形区域而延伸。馈入部14可以大致为一N字形或一倒L字形。短路部15可以大致为一N字形、一蜿蜒形，或一倒L字形。辐射部13还可包括一第一电感元件17。第一电感元件17可位于辐射部13上的一特定位置135，并与辐射部的其他部份作串联耦接。特定位置135与辐射部13的第一端131之间的距离可大于特定长度t的0.2倍，而短路点134可介于连接点133与特定位置135之间。天线元件12在馈入部14及短路部15之间可形成一环形共振路径19。环形共振路径19可激发产生一额外共振模态，以增加天线元件12的操作频宽。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是根据本发明第一实施例所述的通信装置100的天线元件12的返回损失(Return Loss)图。在一些实施例中，通信装置100之的元件尺寸和元件参数可如下列所述。接地元件11的长度约为200mm，宽度约为150mm。接地元件11的尺寸大致等同一般9.7吋平板电脑的接地面尺寸。天线元件12的长度约为40mm，宽度约为10mm。辐射部13的长度约为78mm。馈入部14的长度约为20mm。第一区间141的长度约为16mm。短路部15的长度约为30mm。第二区间151的长度约为22mm。电容元件16为一芯片电容器，其电容值约为1pF。第一电感元件17为一芯片电感器，其电感值约为10nH。特定长度t约为40mm。环形共振路径19的长度约为65mm。如图2所示，天线元件12可以用于至少一第一频带21及一第二频带22，其中第一频带21的频率低于第二频带22的频率。具体地说，第一频带21由一第一共振模态201及一第四共振模态204所合成，而第二频带22由一第二共振模态202及一第三共振模态203所合成。第一共振模态201及第二共振模态202可由辐射部13所激发产生。上述的辐射部13的特定位置135可以位于或邻近于第二共振模态202的一零表面电流(Surface Current Null)处。第三共振模态203可由环形共振路径19所激发产生，并可用于增加第二频带22的频宽。第四共振模态204可由电容元件16所激发产生，并可用于增加第一频带21的频宽。举例来说，第一频带21可以涵盖LTE700/GSM850/900(约介于700MHz至960MHz之间)的频带范围，而第二频带22可以涵盖GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500(约介于1710MHz至2690MHz之间)的频带范围。

图3是根据本发明第一实施例所述的通信装置100的天线元件12的天线效率(Antenna Efficiency)图。上述的天线效率为已包含返回损失的辐射效率。根据图3可知，天线元件12在第一频带21内(约介于700MHz至960MHz之间)的天线效率约介于50%至68%之间，而天线元件12在第二频带22内(约介于1710MHz至2690MHz之间)的天线效率约介于55%至65%之间。上述的天线效率已可符合移动通信装置的实际应用需求。

图4是根据本发明第二实施例所述的通信装置400的示意图。图4与图1相似。在第二实施例的一天线元件42中，馈入部14的第三端143经由电容元件16耦接至一辐射部43上的一连接点433，而连接点433恰位于辐射部43的一第一端431。由于辐射部43具有多次弯折，辐射部43的第一端431和一第二端432彼此互相邻近。辐射部43大致围绕一矩形区域而延伸，而辐射部43的第二端432大致垂直于接地元件11的边缘111而延伸。第二实施例的其余特征皆与第一实施例相似，故该两个实施例均可达成相似的操作效果。

图5是根据本发明第三实施例所述的通信装置500的示意图。图5与图1相似。在第三实施例的一天线元件52中，一馈入部54的一第四端544还经由一第二电感元件542耦接至信号源18。第二电感元件542可以是一芯片电感器。第二电感元件542可用于微调一环形共振路径59所激发的一额外共振模态的阻抗匹配。第三实施例的其余特征皆与第一实施例相似，故该两个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。本发明的通信装置及天线结构并不仅限于图1-图5所图示的状态。本发明可以仅包括图1-图5的任何一个或多个实施例的任何一项或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的通信装置及天线结构当中。

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。

本发明虽公开了上述较佳实施例，然而其并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与改进，因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种通信装置，包括：

一接地元件；以及

一天线元件，邻近于所述接地元件的一边缘，其中所述天线元件在所述边缘上具有一投影，所述投影具有一特定长度，其中所述天线元件包括：

一辐射部，具有一第一端及一第二端，其中所述第二端为一开口端，而所述辐射部具有多次弯折，使得所述第二端邻近于所述第一端；

一馈入部，具有一第三端及一第四端，其中所述第三端经由一电容元件耦接至所述辐射部上的一连接点，所述连接点位于或邻近于所述第一端，所述第四端耦接至一信号源，所述馈入部包括一第一区段，所述第一区段大致平行于所述边缘，而所述第一区段的长度至少为所述特定长度的0.2倍，其中所述馈入部还经由一第二电感元件耦接至所述信号源；以及

一短路部，具有一第五端及一第六端，其中所述第五端耦接至所述辐射部上的一短路点，所述短路点邻近于所述连接点，所述第六端耦接至所述接地元件，所述短路部包括一第二区段，所述第二区段大致平行于所述边缘，而所述第二区段的长度至少为所述特定长度的0.2倍；

其中所述辐射部还包括一第一电感元件，所述第一电感元件位于所述辐射部上的一特定位置，所述特定位置与所述第一端之间的距离大于所述特定长度的0.2倍，而所述短路点介于所述连接点与所述特定位置之间；

其中所述天线元件用于至少一第一频带及一第二频带，而所述第一频带的频率系低于所述第二频带的频率；

其中所述辐射部激发产生位于所述第一频带内的一第一共振模态，以及位于所述第二频带内的至少一第二共振模态；

其中所述特定位置位于或邻近于所述第二共振模态的一零表面电流处；

其中所述第二区段介于所述第一区段及所述辐射部之间。

2.如权利要求1所述的通信装置，其中所述辐射部大致为一倒U字形，或是大致围绕一矩形区域而延伸。

3.如权利要求1所述的通信装置，其中所述天线元件于所述馈入部及所述短路部之间形成一环形共振路径，所述环形共振路径激发产生位于所述第二频带内的一第三共振模态，而所述第三共振模态能增加所述第二频带的频宽。

4.如权利要求1所述的通信装置，其中所述电容元件使得所述天线元件激发产生位于所述第一频带内的一第四共振模态，而所述第四共振模态能增加所述第一频带的频宽。