CN104779443B - 通信装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种通信装置，包括一接地元件以及一天线元件。该天线元件包括一金属部及一电路元件组。该金属部邻近于该接地元件的一边缘，并与该接地元件不互相重叠。该电路元件组大致由该金属部及该接地元件的该边缘所包围。该电路元件组包括一第一电路及一第二电路，其中该第一电路具有一切换开关元件，而该第二电路为一电抗电路。该金属部经由该第一电路耦接至一第一信号源，而该金属部还经由该第二电路耦接至一第二信号源。本申请的该天线元件可轻易地设计为具有小型化尺寸结构，其非常适合应用于各种薄型化的移动通信装置当中。

Description

通信装置

技术领域

本发明涉及一种通信装置，尤其涉及一种具有双宽频小尺寸天线元件(Dual-Wideband Small-Size Antenna Element)的通信装置。

背景技术

近年来随着无线通信技术快速进步，人们对于移动通信装置不再仅仅以通话为目的，而是有更多功能上的需求。为了于移动通信装置中摆放更多模块元件来支持多种功能，移动通信装置内的有限设计空间将显得越来越珍贵。有鉴于此，如何在移动通信装置内设计出一种小尺寸天线元件，其可支持双宽频操作，并可用于涵盖移动通信的主要操作频带，是为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，其内的一天线元件具有结构简单以及小尺寸的优点。借由搭配一电路元件组，该天线元件可轻易地涵盖至少二宽频频带，且不会占用太多设计面积。举例来说，该天线元件可以支持移动通信装置于一低频频带(约介于704MHz至960MHz之间)及一高频频带(约介于1710MHz至2690MHz之间)中的双宽频操作。

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，包括一金属部及一电路元件组，其中该金属部邻近于该接地元件的一边缘，该金属部与该接地元件不互相重叠，而该电路元件组大致由该金属部及该接地元件的该边缘所包围；其中该电路元件组包括一第一电路及一第二电路，该第一电路包括一切换开关元件，该第二电路为一电抗电路，该金属部经由该第一电路耦接至一第一信号源，而该金属部还经由该第二电路耦接至一第二信号源。

在一些实施例中，该金属部及该电路元件组形成或整合于同一介质基板上。因此，该金属部及该电路元件组可以无需占用该通信装置的该接地元件或一系统电路板上的额外设计空间。该天线元件可于小尺寸的结构下(例如：该天线元件的总面积可仅约为150mm²)即能支持双宽频操作。举例来说，该天线元件可以涵盖LTE700/GSM850/900的低频移动通信频带(约介于704MHz至960MHz之间)，以及涵盖GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500的高频移动通信频带(约介于1710MHz至2690MHz之间)。

在一些实施例中，当该切换开关元件导通时，该金属部透过该第一电路由该第一信号源接收馈入能量，并激发产生一第一频带。在一些实施例中，当该切换开关元件断路时，该金属部透过该第二电路由该第二信号源接收馈入能量，并激发产生一第二频带，其中该第二频带的频率低于该第一频带的频率。在一些实施例中，该第一频带约介于1710MHz至2690MHz之间，而该第二频带约介于704MHz至960MHz之间。在一些实施例中，

该第二电路包括至少一电感元件及一匹配电路，其中该电感元件串联耦接至该匹配电路，而该电感元件还耦接至该金属部。由于该电感元件可以提供额外的一电感值，该金属部将可于小尺寸的结构下(例如，该金属部的共振长度可远小于其中心操作频带的四分之一波长(λ/4)或是八分之一波长(λ/8))激发产生位于低频的该第二频带中的一共振模态。当该切换开关元件断路时，该金属部与该接地元件可以共同形成一接地面天线元件(Ground PlaneAntenna Element)，并可借由搭配该第二电路的该匹配电路来达成宽频的低频操作。在一些实施例中，该匹配电路包括一带通(Band Pass)匹配电路。

另一方面，当该天线元件操作于高频的该第一频带时(亦即，该切换开关元件导通时)，该电感元件具有高阻抗的特性，并使得该第二电路对于该第一信号源的高频馈入信号而言为一近似开路状态。因此，该金属部可以仅单纯地通过该第一电路由该第一信号源接收馈入能量，而不易受到该第二电路及该第二信号源的影响。

在一些实施例中，该金属部大致为一倒L字形，而该电路元件组大致位于该金属部与该接地元件的该边缘所包围的一区间内。在一些实施例中，该第一电路和该第二电路耦接至该金属部上的同一馈入点。在一些实施例中，该第一电路和该第二电路分别耦接至该金属部上的相异二馈入点。借由将该金属部与该电路元件组作紧密地整合，本发明的该天线元件可轻易地设计为具有小型化尺寸结构，其非常适合应用于各种薄型化的移动通信装置当中。

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二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二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。

[主要元件附图标记说明]

100、200、500～通信装置；

10～接地元件；

101～接地元件的边缘；

11、21、51～天线元件；

12～金属部；

13、23、53～电路元件组；

131、231、531～第一电路；

132、232、532～第二电路；

133、233、533～切换开关元件；

134、234、236、534～电感元件；

135、235、535～匹配电路；

14、541、542～馈入点；

15～第一信号源；

16～第二信号源；

237～电容元件；

31～天线元件由第一信号源激发时的返回损失曲线；

32～天线元件由第二信号源激发时的返回损失曲线；

33～第一频带；

34～第二频带；

41～第一频带的天线效率曲线；

42～第二频带的天线效率曲线。

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，并配合所附的图，作详细说明如下。

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可以是一智能型手机(Smart Phone)、一平板电脑(TabletComputer)，或是一笔记本型电脑(Notebook Computer)。如图1所示，通信装置100至少包括一接地元件10及一天线元件11。天线元件11包括一金属部12及一电路元件组13。金属部12及电路元件组13可以形成或整合于同一介质基板上，例如：一FR4(Flame Retardant4)基板。金属部12邻近于接地元件10的一边缘101，而金属部12与接地元件10彼此不互相重叠。金属部12可以大致为一倒L字形。电路元件组13可以大致位于金属部12与接地元件10的边缘101所包围的一区间内，或是可以大致位于倒L字形的金属部12的一角落缺口内。电路元件组13包括一第一电路131及一第二电路132。更详细地说，第一电路131包括一切换开关元件133，而第二电路132为一电抗电路(Reactance Circuit)。切换开关元件133可以用一传输门(Transmission Gate)或是一晶体管实施之，并可由一处理器(未显示)根据一使用者输入或一控制信号来进行切换。第二电路132可以包括至少一电感元件134及一匹配电路135，其中电感元件134可以串联耦接至匹配电路135，而电感元件134还可直接耦接至金属部12。电感元件134可以是形成于一介质基板上的一分布式电感器(Distributed Inductor)，而匹配电路135可以包括一或多个电感器或(和)电容器，例如：芯片电感器或(和)芯片电容器。金属部12上的一馈入点14经由第一电路131耦接至一第一信号源15，而金属部12上的馈入点14还经由第二电路132耦接至一第二信号源16。第一信号源15和第二信号源16可以是相异二射频(Radio Frequency)模块，其可分别产生用于激发天线元件11的一高频馈入信号和一低频馈入信号。当切换开关元件133导通时，金属部12可通过第一电路131由第一信号源15接收馈入能量，并可激发产生一高频频带；而当切换开关元件133断路时，金属部12可透过第二电路132由第二信号源16接收馈入能量，并可激发产生一低频频带。必须注意的是，除了前述元件以外，通信装置100还可包括其他功能元件，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。图2基本上与图1相似。两者的主要差异在于，在通信装置200的一天线元件21中，一电路元件组23的一第二电路232的一匹配电路235包括一带通(Band Pass)匹配电路。更详细地说，此带通匹配电路可以包括至少一电感元件236及一电容元件237(例如：一芯片电感器和一芯片电容器)，其中电感元件236和电容元件237可以并联耦接于第二电路232的一电感元件234和接地面10的边缘101之间，而此种设计方式可以更增加天线元件21的操作频宽。图2的通信装置200的其余特征皆与图1的通信装置100类似，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二实施例所述的通信装置200的天线元件21的返回损失(Return Loss)图。在一些实施例中，通信装置200的元件尺寸和元件参数可如下列所述。天线元件21(包括金属部12及电路元件组23)的长度约为15mm，宽度约为10mm。接地元件10的长度约为200mm，宽度约为150mm。接地元件10的尺寸大致符合一10吋平板电脑的接地面尺寸。第二电路232的电感元件234为形成于一介质基板上的一分布式电感器，其中此分布式电感器的长度约为2mm，宽度约为4mm，而此分布式电感器的一电感值约为35nH。匹配电路235的电感元件236的一电感值约为7.5nH。匹配电路235的电容元件237的一电容值约为2.5pF。根据图3的测量结果可知，当一切换开关元件233导通且天线元件21由第一信号源15所激发时，天线元件21可以至少涵盖包括GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500频段(约介于1710MHz至2690MHz之间)的一第一频带33(如返回损失曲线31所示)；而当切换开关元件233断路且天线元件21由第二信号源16所激发时，天线元件21可以至少涵盖包括LTE700/GSM850/900频段(约介于704MHz至960MHz之间)的一第二频带34(如返回损失曲线32所示)。因此，天线元件21可以在小尺寸的结构下支持移动通信的双宽频操作。

图4是显示根据本发明第二实施例所述的通信装置200的天线元件21的天线效率(Antenna Efficiency)图。必须注意的是，前述的天线效率为已包含返回损失的辐射效率。根据图4的测量结果可知，当天线元件21是由第一信号源15所激发时，天线元件21的天线效率于第一频带33内皆高于70%(如天线效率曲线41所示)；而当天线元件21由第二信号源16所激发时，天线元件21的天线效率于第二频带34内约介于35%至63%之间(如天线效率曲线42所示，35%的天线效率出现于700MHz频率附近)。因此，天线元件21的天线效率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。图5基本上与图1相似。两者的主要差异在于，在通信装置500的一天线元件51中，一电路元件组53的一第一电路531和一第二电路532分别耦接至金属部12上的相异二馈入点541、542。图5的通信装置500的其余特征皆与图1的通信装置100类似，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，以及频率范围均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。另外，本发明的通信装置及天线元件并不仅限于图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元件当中。

在本说明书以及权利要求书中的序数，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，任何熟悉此技术的技术人员，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后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种通信装置，包括：

一接地元件；以及

一天线元件，包括一金属部及一电路元件组，其中该金属部邻近于该接地元件的一边缘，该金属部与该接地元件不互相重叠，而该电路元件组由该金属部及该接地元件的该边缘所包围；

其中该电路元件组包括一第一电路及一第二电路，该第一电路包括一切换开关元件，该第二电路为一电抗电路，该金属部经由该第一电路耦接至一第一信号源，而该金属部还经由该第二电路耦接至一第二信号源，

其中该第二电路包括一第一电感元件及一匹配电路，而该第一电感元件还耦接至该金属部，

其中该匹配电路包括一带通匹配电路，

其中该带通匹配电路包括一第二电感元件及一电容元件，其中该第二电感元件和该电容元件并联耦接于该第一电感元件和该接地面的该边缘之间；

其中该金属部为一倒L字形，而该电路元件组位于该金属部与该接地元件的该边缘所包围的一区间内。

2.如权利要求1所述的通信装置，其中当该切换开关元件导通时，该金属部通过该第一电路由该第一信号源接收馈入能量，并激发产生一第一频带。

3.如权利要求2所述的通信装置，其中当该切换开关元件断路时，该金属部通过该第二电路由该第二信号源接收馈入能量，并激发产生一第二频带，其中该第二频带的频率低于该第一频带的频率。

4.如权利要求3所述的通信装置，其中该第一频带介于1710MHz至2690MHz之间，而该第二频带介于704MHz至960MHz之间。

5.如权利要求1所述的通信装置，其中该金属部及该电路元件组形成或整合于同一介质基板上。

6.如权利要求1所述的通信装置，其中该第一电路和该第二电路耦接至该金属部上的同一馈入点。

7.如权利要求1所述通信装置，其中该第一电路和该第二电路分别耦接至该金属部上的相异二馈入点。