CN106340717B - 通讯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种通讯装置,包括:一系统接地面、一接地元件、一天线元件,以及一金属导引线。该接地元件耦接至该系统接地面。该接地元件具有一第一边缘、一第二边缘,以及一连接点,其中该第一边缘与该第二边缘彼此相对,而该连接点位于该第二边缘。该天线元件邻近或位于该第一边缘。该金属导引线的一端耦接至该连接点,而该金属导引线的另一端为一开口端。
Description
技术领域
本发明涉及一种通讯装置,特别是涉及一种具有几近全向性(Isotropic)辐射场型的通讯装置。
背景技术
随着现今行动通讯科技蓬勃发展,各式无线通讯产品的应用越来越多元且丰富,其中,智能型住宅以及物联网(Internet of Things)的兴起,实令无线网络基地台(Wireless Access Point)扮演举足轻重的角色。为了符合市场趋势以及满足消费者需求,无线网络基地台的设计将趋向具有轻巧、时尚的外型,在此情况下,内藏式天线势必将成为设计首选。但是,内藏式天线常因其外观或是机构的因素,必须配置于无线网络基地台的角落处或是零碎区域处,这使得天线的辐射场型易产生不规则的凹陷(即辐射零点,或称Radiation Null),从而影响装置的整体通讯品质。因此,如何于无线网络基地台的有限空间中设计出一种具备全向性(Isotropic)辐射的天线,已成为现今设计者的一大挑战。
发明内容
必须注意的是,本发明并非于通讯装置中设计独特的天线元件来达成全向性的操作。
本发明的目的在于一种通讯装置,其设计一种新颖的电流导引机制来改变系统接地面上的电流分布,从而实现全向性辐射的效果。因此,本发明很适合应用于具有各式天线型态的各种小型化通讯装置,例如:无线网络基地台(Wireless Access Point)。
在优选实施例中,本发明提供一种通讯装置,包括:一系统接地面;一接地元件,耦接至该系统接地面,其中该接地元件具有一第一边缘、一第二边缘,以及一连接点,该第一边缘与该第二边缘彼此相对,而该连接点位于该第二边缘;一天线元件,邻近或位于该接地元件的该第一边缘;以及一金属导引线,其中该金属导引线的一端耦接至该连接点,而该金属导引线的另一端为一开口端。
本发明主要提出一种新颖的辐射机制,以适当导引系统接地面的电流,并改变通讯装置的整体辐射场型。在不调整天线元件的情况下,本发明加入一电流导引线的设计可以实质影响系统接地面上的电流分布,使表面电流能均匀地分散至系统接地面上各处,从而减少电流零点(Current Null)的产生。电流导引线的设计可增加通讯装置中天线配置的对称性,并使得通讯装置更容易达成全向性(Isotropic)的辐射场型。
在本发明的一些实施例中,金属导引线耦接至接地元件,其中金属导引线的长度至少为接地元件的长度的0.2倍。金属导引线的加入可增加接地元件的等效共振长度,使得天线元件的一共振模态可以被良好激发,并改善天线元件的阻抗匹配。根据实际量测结果,金属导引线的加入不会影响天线的操作频宽。另值得注意的是,当接地元件与金属导引线两者的总长度约等于天线元件的一中心操作频率的四分之一波长的整数倍时,金属导引线将能吸引更多系统接地面上的表面电流,使得整体表面电流的分布能趋向均匀化,从而改善天线元件的辐射场型。换言之,金属导引线用于辅助去除天线元件的电流零点(Radiation Null),并令天线元件的辐射场型能更趋于全向性辐射。
在一些实施例中,金属导引线为一金属单芯线,或是与接地元件共同印刷于一介质基板上。在一些实施例中,金属导引线大致为一直条形。在一些实施例中,金属导引线大致为一倒L字形。在一些实施例中,金属导引线大致为一螺旋形。在一些实施例中,天线元件为一平面式天线。在一些实施例中,通讯装置还包括一装置外壳,而金属导引线由装置外壳所固定。在一些实施例中,接地元件由系统接地面的一突出部分所形成,而接地元件和系统接地面的一组合大致为一倒T字形。
附图说明
图1为本发明第一实施例所述的通讯装置的示意图;
图2为本发明第一实施例所述的通讯装置的天线元件的返回损失图;
图3A为通讯装置未具有任何金属导引线时天线元件的远场辐射场型图;
图3B为本发明第一实施例所述的通讯装置加入金属导引线后天线元件的远场辐射场型图;
图4为本发明第二实施例所述的通讯装置的示意图;
图5为本发明第三实施例所述的通讯装置的示意图;以及
图6为本发明第四实施例所述的天线元件的示意图。
符号说明
100、400、500~通讯装置;
11~系统接地面;
12~接地元件;
121~接地元件的第一边缘;
122~接地元件的第二边缘;
123~接地元件上的连接点;
13~天线元件;
131~馈入辐射部;
132~接地辐射部;
133~倒L字形缺口;
134~附加支路;
14、44、54~金属导引线;
15~信号源;
21~第一返回损失曲线;
22~第二返回损失曲线;
FB1~操作频带;
G~接地元件的长度;
L~金属导引线的长度;
X~X轴;
Y~Y轴;
Z~Z轴。
具体实施方式
为让本发明的目的、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,并配合所附的附图,作详细说明如下。
图1显示根据本发明第一实施例所述的通讯装置100的示意图。通讯装置100可以是一无线网络基地台(Wireless Access Point)。如图1所示,通讯装置100至少包括:一系统接地面11、一接地元件12、一天线元件13,以及一金属导引线14。系统接地面11、接地元件12,以及天线元件13都可用导体材质制成,例如:铜、银、铝、铁,或是其合金。接地元件12可以耦接至系统接地面11,或可由系统接地面11的一突出部分所形成,其中接地元件12和系统接地面11的一组合大致为一倒T字形。接地元件12具有一第一边缘121、一第二边缘122以及一连接点123,其中第一边缘121与第二边缘122彼此相对。天线元件13邻近于或位于接地元件12的第一边缘121。天线元件13的种类于本发明中并不特别限制。例如,天线元件13可以是一单极天线(Monopole Antenna)、一偶极天线(Dipole Antenna)、一回圈天线(LoopAntenna)、一螺旋天线(Helical Antenna),或是一芯片天线(Chip Antenna)。信号源15可以是通讯装置100的一射频(Radio Frequency,RF)模块,并可用于激发天线元件13。连接点123位于接地元件12的第二边缘122。金属导引线14的一端耦接至接地元件12上的连接点123,而金属导引线14的另一端为一开口端(Open End)。在一些实施例中,通讯装置100还包括一装置外壳(未显示),其中金属导引线14由此装置外壳所固定。例如,金属导引线14可印刷于通讯装置100的一非导体外壳的一内表面上。在另一些实施例中,金属导引线14为一外接式金属单芯线,或是与接地元件12共同印刷于一介质基板(Dielectric Substrate)上,例如:一FR4(Flame Retardant 4)基板。金属导引线14的长度L较接地元件12的长度G更短。详细而言,金属导引线14的长度L至少为接地元件12的长度G的0.2倍。金属导引线14与接地元件12的总长度(L+G)约等于天线元件13的一中心操作频率的四分之一波长的整数倍(亦即,其中N为一正整数,而λ为天线元件13的中心操作频率的波长)。必须注意的是,通讯装置100还可包括其他元件,例如:一触控面板、一处理器、一电池,以及一非导体外壳(未显示)。
图2显示根据本发明第一实施例所述的通讯装置100的天线元件13的返回损失(Return Loss)图。在一些实施例中,通讯装置100的元件尺寸和元件参数可如下列所述。系统接地面11的长度约为80mm,宽度约为80mm。此大致为一无线网络基地台(WirelessAccess Point)的接地面尺寸。接地元件12的长度(G)约为62mm,宽度约为20mm。天线元件13的长度约为10mm,宽度约为10mm。例如,天线元件13可为小尺寸且结构简单的一耦合馈入式平面倒F字形天线(Planar inverted F Antenna,PIFA),并可形成于厚度为0.4mm的一FR4基板上。金属导引线14的宽度约为0.2mm,长度(L)约为18mm。如图2所示,一第一返回损失曲线21代表通讯装置100未加入金属导引线时的天线元件13的操作特性,而一第二返回损失曲线22代表通讯装置100已加入金属导引线14时的天线元件13的操作特性。由图2的量测结果可知,天线元件13可以涵盖Wi-Fi 802.11b/g/n的操作频带FB1,其约介于2400MHz至2484MHz之间。在加入金属导引线14之后,天线元件13的阻抗匹配并不会受到不良的影响。亦即,即使有金属导引线14存在,天线元件13依然可以完整涵盖2400MHz至2484MH的操作频宽。
图3A显示通讯装置100未具有任何金属导引线时天线元件13的远场辐射场型图。图3B显示根据本发明第一实施例所述的通讯装置100加入金属导引线14后天线元件13的远场辐射场型图。前述远场辐射场型图的频率为IEEE 802.11b/g/n频带的中心频率,即2440MHz。根据图3A的结果可知,若通讯装置100没有任何金属导引线,则天线元件13的辐射场型会在某些特定方向将会产生较大的凹陷处(亦即,辐射零点Null,此处约-7dBi),此将导致通讯装置100(Wireless Access Point)在特定方向上较难以与其他装置形成良好的无线连结。为了改善这种缺陷,本发明于行动装置100中加入金属导引线14,其等同于在系统接地面11上形成一金属支路来导引接地面电流。在此设计下,系统接地面11和接地元件12上的表面电流将分布得更均匀,从而可除去天线元件13的电流零点,并改善整体场型凹陷的问题。如图3B所示,在通讯装置100纳入金属导引线14之后,天线元件13原本的辐射零点即消失(约由-7dBi增加为-3dBi,其间差异达4dBi),并可达成近似全向性(Isotropic)的辐射场型。
图4显示根据本发明第二实施例所述的通讯装置400的示意图。图4与图1相似。在第二实施例中,通讯装置400的一金属导引线44大致为一倒L字形。弯折的金属导引线44可更进一步缩小其整体体积。第二实施例的通讯装置400的其余特征都与第一实施例的通讯装置100相似,故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图5显示根据本发明第三实施例所述的通讯装置500的示意图。图5与图1相似。在第三实施例中,通讯装置500的一金属导引线54大致为一螺旋形。弯折的金属导引线54可更进一步缩小其整体体积。第三实施例的通讯装置500的其余特征都与第一实施例的通讯装置100相似,故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图6显示根据本发明第四实施例所述的天线元件13的示意图。天线元件13为一平面式天线。详细而言,天线元件13为一耦合馈入式回圈天线。天线元件13包括一馈入辐射部131和一接地辐射部132。馈入辐射部131和接地辐射部132完全分离,其间更形成一耦合间隙,使得馈入能量可由馈入辐射部131传送至接地辐射部132。例如,此耦合间隙的宽度可小于2mm。馈入辐射部131大致为一倒L字形。馈入辐射部131的一端耦接至信号源15,而馈入辐射部131的另一端为一开口端。接地辐射部132大致为一倒Y字形。接地辐射部132的一端耦接至一接地电位VSS,其中接地电位VSS可由接地元件12所提供。接地辐射部132界定出一倒L字形缺口133,其中馈入辐射部131的开口端延伸进入倒L字形缺口133之内。接地辐射部132还可包括一附加支路134。附加支路134大致为一直条形,并朝靠近接地元件12的方向作延伸。图6所示的天线元件13可套用至前述通讯装置100、400、500的任一者当中。
值得注意的是,以上所述的元件尺寸、元件形状,以及频率范围都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。本发明的通讯装置及天线元件并不仅限于图1-图6所图示的状态。本发明可以仅包括图1-图6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需同时实施于本发明的通讯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。
虽然结合以上优选实施例公开了本发明,然而其并非用以限定本发明的范围,任何熟悉此项技术者,在不脱离本发明的精神和范围内,可做些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (10)
1.一种通讯装置,包括:
系统接地面;
接地元件,耦接至该系统接地面,其中该接地元件具有第一边缘、第二边缘,以及连接点,该第一边缘与该第二边缘彼此相对,而该连接点位于该第二边缘;
天线元件,邻近或位于该接地元件的该第一边缘;以及
金属导引线,其中该金属导引线的一端耦接至该连接点,而该金属导引线的另一端为一开口端,
其中该接地元件由该系统接地面的一突出部分所形成,
其中该接地元件和该系统接地面的一组合为一倒T字形。
2.如权利要求1所述的通讯装置,其中该金属导引线的长度至少为该接地元件的长度的0.2倍。
3.如权利要求1所述的通讯装置,其中该金属导引线与该接地元件的总长度约为该天线元件的一中心操作频率的四分之一波长的整数倍。
4.如权利要求1所述的通讯装置,其中该金属导引线为一金属单芯线。
5.如权利要求1所述的通讯装置,其中该金属导引线为一直条形。
6.如权利要求1所述的通讯装置,其中该金属导引线为一倒L字形。
7.如权利要求1所述的通讯装置,其中该金属导引线为一螺旋形。
8.如权利要求1所述的通讯装置,其中该天线元件为一平面式天线。
9.如权利要求1所述的通讯装置,其中该通讯装置还包括一装置外壳,而该金属导引线由该装置外壳所固定。
10.如权利要求1所述的通讯装置,其中该金属导引线与该接地元件共同印刷于一介质基板上。
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Legal Events
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GR01 | Patent grant | ||
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