CN105281800B

CN105281800B - 通信装置

Info

Publication number: CN105281800B
Application number: CN201410231217.3A
Authority: CN
Inventors: 翁金辂; 廖子广
Original assignee: Acer Inc
Current assignee: Acer Inc
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2018-11-16
Anticipated expiration: 2034-05-28
Also published as: CN105281800A

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。天线元件包括一金属部。金属部邻近于接地元件的一边缘。金属部具有一第一连接点及一第二连接点。天线元件的一馈入点经由一电感元件耦接至第一连接点，以形成一第一馈入支路。天线元件的馈入点还经由一电容元件耦接至第二连接点，以形成一第二馈入支路。天线元件的馈入点还经由一匹配电路耦接至一信号源。本发明提供的天线元件可于小尺寸结构下涵盖LTE/WWAN的双宽频带操作。

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双宽频单极天线元件(Small-size Dual-wideband Monopole Antenna Element)的通信装置。

背景技术

近年来，移动通信装置的天线元件为达成小型化及多频带的特性，通常会采用主动式切换开关。通过操作主动式切换开关，天线元件可于各个频带中切换至不同的匹配电路，或是重组天线元件本身来得到不同的共振路径，从而达成多频带的天线设计。然而，由于主动式切换开关的电路设计较为复杂，其常会导致整体天线系统的复杂度及成本上升，并容易降低天线元件的辐射效率。因此，如何改善移动通信装置中主动式切换开关的缺点，已成为现今天线设计者的一大挑战。

发明内容

本发明提供一种通信装置，其包括一小型化双宽频单极天线元件。此种天线元件可于小尺寸结构下，涵盖LTE/WWAN(Long Term Evolution/Wireless Wide Area Network)频带(例如：约介于698MHz至960MHz之间，以及约介于1710MHz至2690MHz之间)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，其中该金属部邻近于该接地元件的一边缘，该天线元件具有一馈入点，该金属部具有一第一连接点及一第二连接点，该馈入点经由一电感元件耦接至该第一连接点，以形成一第一馈入支路，该馈入点还经由一电容元件耦接至该第二连接点，以形成一第二馈入支路，而该馈入点还经由一匹配电路耦接至一信号源。

在一些实施例中，该天线元件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。在一些实施例中，该第一频带约介于698MHz至960MHz之间，而该第二频带约介于1710MHz至2690MHz之间。通过适当地选择该电容元件的电容值(Capacitance)及该电感元件的电感值(Inductance)，当该天线元件操作于该第一频带时，例如：在该第一频带中，该电容元件的电抗值(Reactance)的绝对值可以大于该电感元件的电抗值的绝对值。另外，当该天线元件操作于该第二频带时，例如：在该第二频带中，该电容元件的电抗值的绝对值可以小于该电感元件的电抗值的绝对值。由于来自该信号源的馈入电流主要由电抗值较低的馈入支路通过，因此，当该天线元件操作于该第一频带(低频频带)时，该金属部主要经由该第一馈入支路(包括该电感元件的馈入支路)从该信号源接收馈入能量。反之，当该天线元件操作于该第二频带(高频频带)时，该金属部主要经由该第二馈入支路(包括该电容元件的馈入支路)从该信号源接收馈入能量。本发明的该天线元件可以在仅有被动元件的设计下，于低频频带中切换至该第一馈入支路，于高频频带中切换至该第二馈入支路，从而可激发不同共振路径并涵盖双频带操作。

值得注意的是，该第一馈入支路的该电感元件所提供的电感值可以有效降低该金属部操作于该第一频带时所需的共振长度，因此该天线元件可具有小型化的优点。在一些实施例中，该金属部的长度小于该第一频带的最低频率的1/8倍波长(0.125λ)，其远小于传统设计所需的1/4倍波长(0.25λ)。

当该天线元件操作于该第二频带时，该电感元件所提供的电抗值将会随着频率的上升而增加，故其具有高电抗值。相反地，该电容元件所提供的电抗值将会随着频率的上升而减少，故其具有较低的电抗值。因此，在该第二频带中，该信号源的馈入能量主要经由该第二馈入支路于该第二连接点馈入该金属部。在一些实施例中，该电容元件可以为一芯片电容器(Chip Capacitor)或是一分布式电容器(Distributed Capacitor)。在一些实施例中，该电容元件、该电感元件，以及该匹配电路可以整合于同一介质基板(DielectricSubstrate)上，并皆设置于该金属部与该接地元件的该边缘之间。在一些实施例中，该匹配电路可以同时使得该第一频带及该第二频带的频宽增加。在一些实施例中，该天线元件仅占据尺寸约为10×30mm²的狭小净空区间，即可涵盖约由698MHz至960MHz以及约由1710MHz至2690MHz的双宽频操作。

本发明提供的天线元件可于小尺寸结构下涵盖LTE/WWAN的双宽频带操作。

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～金属部；

121～第一连接点；

122～第二连接点；

13、43～馈入点；

14、44～电感元件；

15、45～电容元件；

16、46～匹配电路；

17～信号源；

21～第一频带；

22～第二频带；

31、32～天线效率曲线；

55～分布式电容器；

551～电容耦合金属片。

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，并配合所附附图，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以及一天线元件11。天线元件11包括一金属部12，并具有一馈入点13。金属部12邻近于接地元件10的一边缘101。金属部12具有一第一连接点121及一第二连接点122，其中馈入点13经由一电感元件14耦接至第一连接点121，以形成一第一馈入支路，而馈入点13还经由一电容元件15耦接至第二连接点122，以形成一第二馈入支路。亦即，第一馈入支路和第二馈入支路并联耦接于金属部12和馈入点13之间。电感元件14可以是一芯片电感器(Chip Inductor)，而电容元件15可以是一芯片电容器(Chip Capacitor)。馈入点13还经由一匹配电路16耦接至一信号源17。信号源17可以是通信装置100的一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可产生一馈入信号来激发天线元件11。匹配电路16可以包括一或多个电感器和电容器，以调整天线元件11的阻抗匹配。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。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。天线元件11所占据的一净空区间其长度约为30mm，宽度约为10mm。金属部12的长度约为30mm。电感元件14的电感值约为8nH。电容元件15的电容值约为0.9pF。根据图2的测量结果，当天线元件11由信号源17所激发时，天线元件11至少可操作于一第一频带21和一第二频带22。举例而言，第一频带21可以涵盖约介于698MHz至960MHz之间的频率范围，而第二频带22可以涵盖约介于1710MHz至2690MHz之间的频率范围。更详细而言，电感元件14的电抗值和电容元件15的电抗值会随着天线元件11的操作频率不同而发生变化。在第一频带21中，电容元件15的电抗值的绝对值可以大于电感元件14的电抗值的绝对值。在第二频带22中，电容元件15的电抗值的绝对值可以小于电感元件14的电抗值的绝对值。必须注意的是，来自信号源17的馈入电流主要是由电抗值较低的馈入支路通过，因此，当天线元件11操作于第一频带21时，金属部12主要是经由第一馈入支路(包括电感元件14的馈入支路)从信号源17接收馈入能量，而当天线元件11操作于第二频带22时，金属部12主要是经由第二馈入支路(包括电容元件15的馈入支路)从信号源17接收馈入能量。电感元件14所提供的电感值还可降低金属部12操作于第一频带21时所需的共振长度。举例而言，金属部12的长度可以小于第一频带21的最低频率的1/8倍波长。匹配电路16可使得第一频带21及第二频带22的频宽皆增加。因此，本发明的天线元件11可于小尺寸结构下涵盖LTE/WWAN的双宽频带操作。

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。前述的天线效率为已包含返回损失的辐射效率。根据图3的测量结果，天线元件11于第一频带21中(约介于698MHz至960MHz之间)的天线效率曲线31约介于60％至75％之间，而天线元件11于第二频带22中(约介于1710MHz至2690MHz之间)的天线效率曲线32约介于73％至97％之间。因此，天线元件11的天线效率已可符合移动通信装置的实际应用需求。

图4是显示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。在第二实施例的通信装置400中，一匹配电路46位于一净空区间内，而非位于接地元件10上。匹配电路46还与一电感元件44、一电容元件45三者皆设置于同一基板上。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。图5与图1相似。在第三实施例的通信装置500中，其电容元件为为一分布式电容器55。更详细而言，分布式电容器55包括一电容耦合金属片551，其中电容耦合金属片551与金属部12之间还形成一耦合间隙。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。本发明的通信装置及天线元件并不仅限于图1-5所图示的状态。本发明可以仅包括图1-5的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。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为准。

Claims

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，其中该金属部是邻近于该接地元件的一边缘，该天线元件具有一馈入点，该金属部具有一第一连接点及一第二连接点，该馈入点是经由一电感元件耦接至该第一连接点，以形成一第一馈入支路，该馈入点还经由一电容元件耦接至该第二连接点，以形成一第二馈入支路，而该馈入点还经由一匹配电路耦接至一信号源；

其中该天线元件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；

其中该金属部的长度小于该第一频带的最低频率的1/8倍波长。

2.如权利要求1所述的通信装置，其中该第一频带介于698MHz至960MHz之间，而该第二频带介于1710MHz至2690MHz之间。

3.如权利要求1所述的通信装置，其中在该第一频带中，该电容元件的电抗值的绝对值大于该电感元件的电抗值的绝对值。

4.如权利要求1所述的通信装置，其中当该天线元件操作于该第一频带时，该金属部经由该第一馈入支路从该信号源接收馈入能量。

5.如权利要求1所述的通信装置，其中在该第二频带中，该电容元件的电抗值的绝对值小于该电感元件的电抗值的绝对值。

6.如权利要求1所述的通信装置，其中当该天线元件操作于该第二频带时，该金属部经由该第二馈入支路从该信号源接收馈入能量。

7.如权利要求1所述的通信装置，其中该电容元件为一芯片电容器或一分布式电容器。

8.如权利要求1所述的通信装置，其中该匹配电路使得该第一频带的频宽及该第二频带的频宽皆增加。