CN107482312A - 具有金属边框半环圈天线元件的通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有金属边框半环圈天线元件的通信装置，包括接地面以及天线元件。天线元件包含辐射金属片及馈入金属线。馈入金属线位于辐射金属片与接地面之间。辐射金属片中的第一金属片具有第一端，且第一端通过第一金属段电性连接至接地面。辐射金属片中的第二金属片具有第二端，且第二端通过第二金属段电性连接至接地面。第一金属片通过第一电容元件耦接至馈入金属线的第一连接点。第二金属片通过第二电容元件耦接至馈入金属线的第二连接点。馈入金属线具有第三连接点，以作为天线元件的馈入点。因此，本发明能使具有金属机壳的通信装置具有美观外型和坚固性。

Description

具有金属边框半环圈天线元件的通信装置

技术领域

本发明涉及一种通信装置，尤其涉及一种具有金属边框半环圈天线元件的通信装置。

背景技术

随着移动通信技术的快速发展，各种移动通信的产品都不断出现，而其中以通信装置(例如：智能手机及平板电脑等)最为热门。对于这些通信装置而言，外型轻薄是一种趋势。如今，通信装置的外观设计和通信装置的坚固性也越来越受到重视。因此，如何设计外型轻薄及具有金属机壳的通信装置，以及适用于此种通信装置的天线元件，例如：使得天线元件具有宽频或是多频的操作特性，同时金属机壳仅需在其边框处设置窄净空区间(例如：净空区间的宽度小于4mm或更小)，使通信装置具有美观且薄形化的外型，已成为一项目前有待解决的重要课题。

发明内容

本发明提供一种具有金属边框半环圈天线元件的通信装置，使得通信装置仅需在其边框处设置可作为天线元件的天线窗的窄净空区间，从而达到具有金属机壳的通信装置的美观外型和坚固性。

本发明提供一种通信装置，包括接地面以及天线元件。接地面具有第一边缘。天线元件包含辐射金属片及馈入金属线。辐射金属片及馈入金属线均沿着第一边缘延伸。馈入金属线并介于辐射金属片与第一边缘之间。辐射金属片与接地面分隔一净空区间，且接地面并未设置在净空区间内。辐射金属片具有第一端及第二端。辐射金属片由一间隙分隔为第一金属片及第二金属片。第一金属片具有第一端，且第一端通过第一金属段电性连接至接地面。第二金属片具有第二端，且第二端通过第二金属段电性连接至接地面。第一金属片通过第一电容元件耦接至馈入金属线的第一连接点。第二金属片通过第二电容元件耦接至馈入金属线的第二连接点。馈入金属线具有第三连接点以作为天线元件的馈入点。第二连接点介于第一连接点与第三连接点之间。

在本发明的一实施例中，上述的馈入金属线的第三连接点通过匹配电路耦接至通信装置的信号源。辐射金属片与接地面不在同一平面上。辐射金属片设置在通信装置的边框的表面上，或是辐射金属片形成通信装置的金属边框的一部分。第一金属段与第二金属段也为通信装置的金属边框的一部分。辐射金属片的长度不大于通信装置的一短边边缘的长度。

在本发明的一实施例中，上述的净空区间的宽度介于0.5mm至4.0mm之间。

在本发明的一实施例中，上述的辐射金属片的第一金属片的长度并不大于第二金属片的长度。馈入金属线的长度大于第一金属片的长度，且馈入金属线的长度小于第二金属片的长度。其中，天线元件的馈入金属线、第一电容元件、第一金属片及第一金属段形成第一半环圈路径。第一半环圈路径产生第一共振模态，且第一共振模态位于天线元件的第一频带。

在本发明的一实施例中，上述的天线元件的馈入金属线、第二电容元件、第二金属片及第二金属段形成第二半环圈路径。第二半环圈路径产生第二共振模态，且第二共振模态位于该天线元件的第二频带。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的通信装置的第一实施例的结构图；

图2为本发明的通信装置的第二实施例的结构图；

图3为本发明的通信装置的第三实施例的结构图；

图4为用以说明本发明的第三实施例的天线元件的返回损失图；

图5为用以说明本发明的第三实施例的天线元件的天线效率图；

图6为本发明的通信装置的第四实施例的结构图。

附图标记说明：

10、20、30、60：通信装置；

101：边框；

11：接地面；

111：第一边缘；

12、22、32、62：天线元件；

13、63：辐射金属片；

131、631：第一端；

132、632：第二端；

133、633：间隙；

134、634：第一金属片；

135、635：第二金属片；

14、24、34：馈入金属线；

141、241、341：第一连接点；

142、242、342：第二连接点；

143、243、343：第三连接点；

15：净空区间；

161、661：第一金属段；

162、662：第二金属段；

171、371：第一电容元件；

172、372：第二电容元件；

18：匹配电路；

19：信号源；

401、402：共振模态；

41：第一频带；

42：第二频带；

51、52：天线效率曲线；

t：净空区间的宽度。

具体实施方式

图1为本发明的通信装置的第一实施例的结构图。如图1所示，通信装置10例如是具有金属机壳的智能手机或是平板电脑等装置，且通信装置10包括接地面11及天线元件12。接地面11具有第一边缘111。天线元件12包含辐射金属片13及馈入金属线14。辐射金属片13及馈入金属线14均沿着接地面11的第一边缘111延伸。具体而言，馈入金属线14位于辐射金属片13与接地面11之间，且馈入金属线14与辐射金属片13平行于第一边缘111。辐射金属片13和接地面11之间分隔一净空区间15，且接地面11并未设置在净空区间15内。

辐射金属片13具有第一端131及第二端132，且辐射金属片13通过间隙133分隔为第一金属片134及第二金属片135。第一金属片134具有第一端131，且第一端131通过第一金属段161电性连接至接地面11。第二金属片135具有第二端132，且第二端132通过第二金属段162电性连接至接地面11。馈入金属线14上设有第一至第三连接点141～143。第一金属片134通过第一电容元件171耦接至馈入金属线14的第一连接点141，且第二金属片135通过第二电容元件172耦接至馈入金属线14的第二连接点142。馈入金属线14的第三连接点143为天线元件12的馈入点，且第二连接点142位于第一连接点141与第三连接点143之间。

通信装置10还包括边框101、匹配电路18与信号源19。其中，馈入金属线14的第三连接点143可通过匹配电路18电性连接至信号源19，且信号源19例如是通信装置10中的收发器(未示出)。此外，匹配电路18可用以增加天线元件12的操作频宽。辐射金属片13与接地面11并不在同一平面上。具体而言，接地面11与净空区间15例如是设置在一基板上，且所述基板与边框101之间具有一夹角。在一实施例中，边框101可由非导电材质所构成，且辐射金属片13可设置在边框101的一表面上。在另一实施例中，边框101可由导电材质所构成，也即边框101可为一金属边框。此外，辐射金属片13可形成金属边框的一部分，且第一金属段161与第二金属段162也可用以形成金属边框的一部分。

第二金属片135的长度大于第一金属片134的长度。馈入金属线14的长度也大于第一金属片134的长度，且馈入金属线14的长度小于第二金属片135的长度。由于第一金属片134的长度不同于第二金属片135的长度，因此天线元件12可产生不同的两共振路径。举例来说，馈入金属线14、第一电容元件171、第一金属片134及第一金属段161可形成第一半环圈路径。此外，来自信号源19的馈入信号可用以激发天线元件12，且天线元件12可通过第一半环圈路径产生第一共振模态。

第一共振模态位于天线元件12的第一频带(例如，高频频带)。此外，第一半环圈路径中的第一电容元件171可用以提供电容性耦合，进而致使第一半环圈路径相当于具有电容性耦合馈入与环圈结构的共振路径。藉此，将可致使第一半环圈路径的长度小于第一频带(例如，高频频带)的最低频率的1/4波长，也就是所激发的第一共振模态可为共振长度少于1/4波长的环圈共振模态。换言之，第一半环圈路径所需的物理长度将可大幅地降低，进而有助于降低天线元件12的尺寸。

另一方面，馈入金属线14、第二电容元件172、第二金属片135及第二金属段162可形成第二半环圈路径。此外，来自信号源19的馈入信号可用以激发天线元件12，且天线元件12可通过第二半环圈路径产生第二共振模态。其中，第二共振模态位于天线元件的第二频带(例如，低频频带)。此外，第二半环圈路径中的第二电容元件172可用以提供电容性耦合，进而致使第二半环圈路径相当于具有电容性耦合馈入与环圈结构的另一共振路径。藉此，将可致使第二半环圈路径的长度小于第二频带(例如，低频频带)的最低频率的1/4波长，也就是所激发的第二共振模态可为另一共振长度少于1/4波长的环圈共振模态。换言之，第二半环圈路径所需的物理长度将可大幅地降低，进而有助于降低天线元件12的尺寸。

值得注意的是，馈入金属线14邻近接地面11的第一边缘111，因此馈入金属线14与第一边缘111之间也可形成电容性耦合。此外，馈入金属线14与第一边缘111所形成的电容性耦合，可使得在第一与第二共振模态下的天线元件12的阻抗匹配较为平滑，或是在第一与第二共振模态下的天线元件12具有双共振特性，从而有助于增加第一频带与第二频带的频宽。

总体而言，天线元件12相当于具有双共振路径(也就是，第一半环圈路径与第二半环圈路径)的环圈天线(loop antenna)，以操作在第一频带与第二频带。此外，双共振路径中的电容元件可用以提供电容性耦合，进而有助于降低天线元件12的尺寸。如此一来，天线元件12中的辐射金属片13将可设置在邻近通信装置10的短边边缘的边框101上，并有助于缩减净空区间15的尺寸。

举例来说，辐射金属片13的长度例如是不大于通信装置10的短边边缘的长度。换言之，在整体设置上，辐射金属片13无需占用或延伸至通信装置10的长边边缘，从而有助于通信装置10的微型化。此外，在一实施例中，净空区间15具有一宽度t，且宽度t例如是介于0.5mm至4.0mm之间。换言之，通信装置10在邻近边框101处具有窄净空区间15(也就是，窄金属净空区)，进而致使通信装置10的金属机壳可具有窄净空区间，以作为天线元件的天线窗。其中，净空区间15的宽度t至少为0.5mm，以致使辐射金属片13与接地面11相互分离。此外，净空区间15的宽度t至多为4.0mm，以藉此维持通信装置10的美观外型和坚固性。

此外，辐射金属片13的两端131与132通过第一金属段161与第二金属段162电性连接至接地面11。换言之，在邻近短边边缘的两端的角落处，辐射金属片13皆并未形成开口端。藉此，当使用者手握通信装置10时，使用者的手部对于天线元件12的效能所造成的影响将可大幅地降低，从而有助于提升通信装置10的通信品质。更进一步来看，第一电容元件171及第二电容元件172例如是一芯片电容元件。

图2为本发明的通信装置的第二实施例的结构图。相较于图1实施例，图2的通信装置20中的天线元件22包括辐射金属片13与馈入金属线24，且馈入金属线24包括第一至第三连接点241～243。此外，第一连接点241及第三连接点243的位置邻近于馈入金属线24的两开口端。通过第一连接点241及第三连接点243的位置的选择或是改变，可适当地调整馈入金属线24所提供的耦合量，进而可延伸第一半环圈路径与第二半环圈路径的等效共振长度。藉此，将可使得所对应产生的第一共振模态和第二共振模态的频率降低，从而达到天线缩小化的目的，同时也可增加天线元件22在设计上的弹性。至于图2实施例中其他元件的细部结构与图1实施例相同或是相似，且在此相似的结构下，图2的第二实施例所列举的通信装置20可以具有与图1的第一实施例相似的表现。

图3为本发明的通信装置的第三实施例的结构图。相较于图1实施例，图3的通信装置30中的天线元件32包括辐射金属片13与馈入金属线34，且馈入金属线34包括第一至第三连接点341～343。此外，第一金属片134通过第一电容元件371耦接至第一连接点341，且第二金属片135通过第二电容元件372耦接至第二连接点342。第一电容元件371以及第二电容元件372可为分布式电容元件，从而有助于增加天线元件32在设计上的弹性，也可减少芯片元件的使用量，以提高产业利用性。图3实施例中其他元件的细部结构与图1实施例相同或是相似，且在此相似的结构下，图3的第三实施例所列举的通信装置30可以具有与图1的第一实施例相似的表现。

图4为用以说明本发明的第三实施例的天线元件的返回损失(return loss)图。在第三实施例中，接地面11的长度可为130mm，且接地面11的宽度可为75mm。辐射金属片13的长度可为75mm。第一金属段161及第二金属段162的长度可均为3mm。馈入金属线34的长度可为25mm。净空区间15的宽度t也可为3mm。其中，共振模态401是由第一半环圈路径所产生的第一共振模态，且共振模态401是位于第一频带41内。共振模态402是由第二半环圈路径所产生的第二共振模态，且共振模态402是位于第二频带42内。如图4所示，第一频带41的频宽可以涵盖约1710MHz至2690MHz，进而可以涵盖LTE及WWAN的相关频带操作。第二频带42的频宽可以涵盖约824MHz至960MHz，进而可以涵盖GSM850频带、GSM900频带以及LTEband5/band8频带。

图5为用以说明本发明的第三实施例的天线元件的天线效率图。如图5的天线效率曲线51与天线效率曲线52所示，在第一频带41内的天线效率约为57％至88％，且在第二频带42内的天线效率约为49％至66％，从而符合通信装置在实际应用上的需求。

图6为本发明的通信装置的第四实施例的结构图。相较于图1实施例，图6的通信装置60中的天线元件62包括辐射金属片63与馈入金属线14。此外，辐射金属片63具有第一端631及第二端632，且辐射金属片63通过间隙633分隔为第一金属片634及第二金属片635。辐射金属片63的第一端631通过第一金属段661电性连接至接地面11，且辐射金属片63的第二端632通过第二金属段662电性连接至接地面11。再者，辐射金属片63、第一金属段661以及第二金属段662均用以形成通信装置60的金属边框的一部分，从而有助于提高通信装置60的坚固性。图6实施例的其他元件的细部结构与图1的实施例相同或相似，且在此相似的结构下，图6的第四实施例所列举的通信装置60可以具有与图1的第一实施例相似的表现。

综上所述，本发明的通信装置中的天线元件可利用辐射金属片与馈入金属线形成双共振路径，进而可达到多频与宽频的操作特性。此外，双共振路径中的电容元件可用以提供电容性耦合，进而有助于降低天线元件的尺寸。如此一来，通信装置的金属机壳仅须在邻近边框处设置用以作为天线窗的窄净空区间，从而有助于增加通信装置的美观性与坚固性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种通信装置，其特征在于，包括：

接地面，具有第一边缘；以及

天线元件，包含辐射金属片及馈入金属线，所述辐射金属片及所述馈入金属线均沿着所述第一边缘延伸，所述馈入金属线介于所述辐射金属片与所述第一边缘之间；

其中，所述辐射金属片与所述接地面分隔净空区间，所述接地面并未设置在所述净空区间内，所述辐射金属片具有第一端及第二端，所述辐射金属片由间隙分隔为第一金属片及第二金属片，所述第一金属片具有所述第一端，所述第一端通过第一金属段电性连接至所述接地面，所述第二金属片具有所述第二端，所述第二端通过第二金属段电性连接至所述接地面，所述第一金属片通过第一电容元件耦接至与所述馈入金属线的第一连接点，所述第二金属片通过第二电容元件耦接至所述馈入金属线的第二连接点，所述馈入金属线具有第三连接点以作为所述天线元件的馈入点，所述第二连接点位于所述第一连接点与所述第三连接点之间。

2.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述辐射金属片与所述接地面不在同一平面上，且所述辐射金属片设置在所述通信装置的边框的表面上或是形成所述通信装置的金属边框的一部分。

3.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述辐射金属片的长度不大于所述通信装置的短边边缘的长度。

4.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述第一金属段与所述第二金属段为所述通信装置的金属边框的一部分。

5.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述净空区间具有宽度，且所述宽度介于0.5mm至4.0mm之间。

6.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述第二金属片的长度大于所述第一金属片的长度。

7.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述馈入金属线的长度大于所述第一金属片的长度，且所述馈入金属线的长度小于所述第二金属片的长度。

8.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述馈入金属线、所述第一电容元件、所述第一金属片及所述第一金属段形成第一半环圈路径，所述第一半环圈路径产生第一共振模态，所述第一共振模态位于所述天线元件的第一频带。

9.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述馈入金属线、所述第二电容元件、所述第二金属片及所述第二金属段形成第二半环圈路径，所述第二半环圈路径产生第二共振模态，所述第二共振模态位于所述天线元件的第二频带。

10.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述第一电容元件为芯片电容元件或分布式电容元件。

11.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述第二电容元件为芯片电容元件或分布式电容元件。

12.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述馈入金属线的所述第三连接点还通过匹配电路电性连接至所述通信装置的信号源。