CN113097694A - 通讯装置 - Google Patents

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曾智聪
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Abstract

本发明公开一种通讯装置，具有一射频节点和一检测节点，并包括：一第一辐射部、一第二辐射部、一第一电感器、一第二电感器、一第三电感器、一第一电容器，以及一第二电容器。第一辐射部是耦接至一第一节点。第二辐射部是耦接至一第二节点。第一电感器是耦接于射频节点和一接地电位之间。第一电容器是耦接于射频节点和第一节点之间。第二电感器是耦接于第一节点和第二节点之间。第二电容器是耦接于第二节点和接地电位之间。第三电感器是耦接于检测节点和第二节点之间。第一辐射部和第二辐射部是共同形成一天线结构和一感测板。

Description

通讯装置
技术领域
本发明涉及一种通讯装置(Communication Device)，特别是涉及一种包括天线、感测板等双重功能的通讯装置。
背景技术
随着移动通讯技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式计算机、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求，移动装置通常具有无线通讯的功能。有些涵盖长距离的无线通讯范围，例如：移动电话使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系统及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的频带进行通讯，而有些则涵盖短距离的无线通讯范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通讯。
为了支持无线通讯及调整辐射功率，传统移动装置中通常会设计彼此分离的一天线和一感测板。然而，由于移动装置内的空间不足，前述天线和感测板往往极为靠近，此将造成干扰效应，以及导致天线辐射效率变差等等不良影响。因此，有必要设计一种全新的通讯装置，以解决现有技术所面临的问题。
发明内容
在优选实施例中，本发明提出一种通讯装置，具有一射频节点和一检测节点，并包括：一第一辐射部，耦接至一第一节点；一第二辐射部，耦接至一第二节点；一第一电感器，耦接于该射频节点和一接地电位之间；一第一电容器，耦接于该射频节点和该第一节点之间；一第二电感器，耦接于该第一节点和该第二节点之间；一第二电容器，耦接于该第二节点和该接地电位之间；以及一第三电感器，耦接于该检测节点和该第二节点之间；其中该第一辐射部和该第二辐射部共同形成一天线结构和一感测板。
在一些实施例中，该第二辐射部邻近于该第一辐射部但与该第一辐射部分离，使得该天线结构被归类为一耦合馈入式天线结构。
在一些实施例中，该第一辐射部为一蜿蜒结构。
在一些实施例中，该第二辐射部为一分叉结构。
在一些实施例中，该第二辐射部界定出一内凹区域，而该第一辐射部至少部分延伸进入该内凹区域当中。
在一些实施例中，该第二辐射部和该第一辐射部之间形成一耦合间隙，而该耦合间隙的宽度小于或等于2mm。
在一些实施例中，该天线结构涵盖一第一频带和一第二频带，该第一频带介于698MHz至760MHz之间，而该第二频带介于1710MHz至2600MHz之间。
在一些实施例中，该第一辐射部的长度小于或等于该第一频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该第一电感器的电感值约等于82nH，该第二电感器和该第三电感器的每一者的电感值都介于180nH至220nH之间。
在一些实施例中，该第一电容器和该第二电容器的每一者的电容值都小于或等于15pF。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的通讯装置的示意图；
图2为本发明一实施例所述的通讯装置的天线结构的电压驻波比图；
图3为本发明另一实施例所述的通讯装置的示意图。
符号说明
100、300～通讯装置；
110、310～第一辐射部；
111、311～第一辐射部的第一端；
112、312～第一辐射部的第二端；
120、320～第二辐射部；
121、321～第二辐射部的第一端；
122、322～第二辐射部的第二端；
123、323～第二辐射部的第三端；
130、330～内凹区域；
150～匹配电路；
314～第一辐射部的第一本体部分；
315～第一辐射部的不等宽部分；
316～第一辐射部的阻抗调整部分；
324～第二辐射部的第二本体部分；
325～第二辐射部的Z字形部分；
326～第二辐射部的倒N字形部分；
C1～第一电容器；
C2～第二电容器；
FB1～第一频带；
FB2～第二频带；
GC1、GC2～耦合间隙；
L1～第一电感器；
L2～第二电感器；
L3～第三电感器；
LA、LB、LC～长度；
N1～第一节点；
N2～第二节点；
NRF～射频节点；
NSE～检测节点；
VSS～接地电位。
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。
在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包含」及「包括」一词为开放式的用语，故应解释成「包含但不仅限定于」。「大致」一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，「耦接」一词在本说明书中包含任何直接及间接的电连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电连接至该第二装置。
以下的揭露内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的揭露内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本揭露书叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，也可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，以下揭露书不同范例可能重复使用相同的参考符号或(且)标记。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例或(且)结构之间有特定的关系。
图1是显示根据本发明一实施例所述的通讯装置100的示意图。例如，通讯装置100可以是一智能型手机(Smart Phone)、一平板计算机(Tablet Computer)，或是一笔记型计算机(Notebook Computer)。如图1所示，通讯装置100具有一射频(Radio Frequency，RF)节点NRF和一检测节点NSE，并至少包括：一第一辐射部(Radiation Element)110、一第二辐射部120、一第一电感器(Inductor)L1、一第二电感器L2、一第三电感器L3、一第一电容器(Capacitor)C1，以及一第二电容器C2，其中第一辐射部110和第二辐射部120都可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。在优选实施例中，第一辐射部110和第二辐射部120是共同形成一天线结构(Antenna Structure)和一感测板(Sensing Pad)，其中射频节点NRF还可耦接至一射频信号源(RF Signal Source)以激发前述的天线结构，而检测节点NSE还可耦接至一邻近传感器(Proximity Sensor，P-sensor)以控制前述的感测板。必须理解的是，虽然未显示于图1中，但通讯装置100还可包括其他元件，例如：一显示器(DisplayDevice)、一扬声器(Speaker)、一触控模块(Touch Control Module)、一供电模块(PowerSupply Module)，以及一外壳(Housing)。
第一辐射部110可为一蜿蜒结构(Meandering Structure)，例如：一W字形，但也不仅限于此。详细而言，第一辐射部110具有一第一端111和一第二端112，其中第一辐射部110的第一端111耦接至一第一节点N1，而第一辐射部110的第二端112为一开路端(Open End)。
第二辐射部120可为一分叉结构(Bifurcation Structure)，例如：一T字形，但也不仅限于此。详细而言，第二辐射部120具有一第一端121、一第二端122，以及一第三端123，其中第二辐射部120的第一端121耦接至一第二节点N2，而第二辐射部120的第二端122和第三端123各自为一开路端。第二辐射部120的第二端122和第三端123可大致朝相反且互相远离的方向作延伸，其中第二辐射部120的第三端123和第一辐射部110的第二端112可大致朝相同方向作延伸。第二辐射部120可界定出一内凹区域(Concave Region)130，其中第一辐射部110至少部分延伸进入此内凹区域130当中。在一些实施例中，第二辐射部120邻近于第一辐射部110但与第一辐射部110彼此分离，其中第二辐射部120和第一辐射部110之间可形成一耦合间隙(Coupling Gap)GC1，使得通讯装置100的天线结构可被归类为一耦合馈入式天线结构(Coupled-Fed Antenna Structure)。必须注意的是，本说明书中所谓「邻近」或「相邻」一词可指对应的二元件间距小于一既定距离(例如：10mm或更短)，但通常不包括对应的二元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0)。
在一些实施例中，通讯装置100还包括耦接至射频节点NRF的一匹配电路(Matching Circuit)150，其可用于微调通讯装置100的天线结构的馈入阻抗(FeedingImpedance)。匹配电路150可包括一或多个电感器或(且)一或多个电容器(未显示)，例如：芯片电感器(Chip Inductor)或(且)芯片电容器(Chip Capacitor)。必须理解的是，匹配电路150并非通讯装置100的必要元件，在其他实施例中也可省略之。
第一电感器L1具有一第一端和一第二端，其中第一电感器L1的第一端是耦接至射频节点NRF(例如：可经由匹配电路150)，而第一电感器L1的第二端耦接至一接地电位(Ground Voltage)VSS。前述的接地电位VSS可由通讯装置100的一系统接地面(SystemGround Plane)所提供(未显示)。第一电容器C1具有一第一端和一第二端，其中第一电容器C1的第一端耦接至射频节点NRF(例如：可经由匹配电路150)，而第一电容器C1的第二端耦接至第一节点N1。第二电感器L2具有一第一端和一第二端，其中第二电感器L2的第一端耦接至第一节点N1，而第二电感器L2的第二端是耦接至第二节点N2。第二电容器C2具有一第一端和一第二端，其中第二电容器C2的第一端耦接至第二节点N2，而第二电容器C2的第二端是耦接至接地电位VSS。第三电感器L3具有一第一端和一第二端，其中第三电感器L3的第一端耦接至检测节点NSE，而第三电感器L3的第二端是耦接至第二节点N2。
图2是显示根据本发明一实施例所述的通讯装置100的天线结构的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表电压驻波比。根据图2的测量结果，通讯装置100的天线结构可涵盖一第一频带(FrequencyBand)FB1和一第二频带FB2。例如，第一频带FB1可介于698MHz至760MHz之间，而第二频带FB2可介于1710MHz至2600MHz之间。因此，通讯装置100的天线结构将至少可支持LTE(LongTerm Evolution)的宽频操作。
在一些实施例中，通讯装置100的操作原理可如下列所述。在天线结构方面，当通讯装置100的射频节点NRF由一射频信号源(未显示)所馈入时，第二辐射部120可由第一辐射部110所耦合激发，以产生前述的第一频带FB1和第二频带FB2。在感测板方面，当通讯装置100的检测节点NSE耦接至一邻近传感器(未显示)时，第一辐射部110和第二辐射部120可用于测量其自身与一待测导体(例如：一金属物或一人体)之间的等效电容值。换言之，第一辐射部110和第二辐射部120的组合可同时具有信号传输和邻近感测的双重功能。若第一辐射部110和第二辐射部120作为天线结构使用，则第一电感器L1、第二电感器L2，以及第三电感器L3都可视为断路路径(Open-Circuited Path)，而第一电容器C1和第二电容器C2都可视为短路路径(Short-Circuited Path)，使得关于天线结构的高频噪声(High-FrequencyNoise)不致于干扰检测节点NSE及与其相耦接的邻近传感器。反之，若第一辐射部110和第二辐射部120作为感测板使用，则第一电感器L1、第二电感器L2，以及第三电感器L3都可视为短路路径，而第一电容器C1和第二电容器C2都可视为断路路径，使得关于感测板的低频噪声(Low-Frequency Noise)不致于干扰射频节点NRF及与其相耦接的射频信号源。根据实际测量结果，此种设计可将通讯装置100的天线结构和感测板作良好整合，以大幅微缩天线结构和感测板两者的整体尺寸。
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。第一辐射部110的长度LA(亦即，由第一端111至第二端112的长度LA)可小于或等于天线结构的第一频带FB1的0.25倍波长(λ/4)。第二辐射部120的长度LB(亦即，由第一端121至第二端122的长度LB)和长度LC(亦即，由第一端121至第三端123的长度LC)都可小于或等于天线结构的第二频带FB2的0.25倍波长(λ/4)。第一辐射部110和第二辐射部120之间的耦合间隙GC1的宽度可小于或等于2mm。第一电感器L1的电感值(Inductance)可约等于82nH。第二电感器L2和第三电感器L3的每一者的电感值可都介于180nH至220nH之间。第一电容器C1和第二电容器C2的每一者的电容值(Capacitance)可都小于或等于15pF。以上尺寸和参数范围是根据多次实验结果而求出，其有助于最佳化通讯装置100的天线结构和感测板的操作频宽(Operation Bandwidth)、阻抗匹配(Impedance Matching)，以及可检测距离(DetectableDistance)。
图3是显示根据本发明另一实施例所述的通讯装置300的示意图。图3和图1相似。在图3的实施例中，通讯装置300具有一射频节点NRF和一检测节点NSE，并包括：一第一辐射部310、一第二辐射部320、一第一电感器L1、一第二电感器L2、一第三电感器L3、一第一电容器C1，以及一第二电容器C2。相似地，第一辐射部310和第二辐射部320可共同形成通讯装置300的一天线结构和一感测板。必须理解的是，第一电感器L1、第二电感器L2、第三电感器L3、第一电容器C1，以及第二电容器C2的配置与连接方式都已于图1的实施例中说明过。第一辐射部310具有一第一端311和一第二端312，其中第一辐射部310的第一端311耦接至一第一节点N1。详细而言，第一辐射部310包括邻近于第一端311的一第一本体部分(BodyPortion)314、一不等宽部分(Variable-Width Portion)315，以及邻近于第二端312的一阻抗调整部分(Impedance Adjustment Portion)316。第一辐射部310的第一本体部分314可大致呈现一倒L字形，第一辐射部310的不等宽部分315可大致呈现一直条形，而第一辐射部310的匹配调整部分316可大致呈现一倒H字形。另一方面，第二辐射部320具有一第一端321、一第二端322，以及一第三端323，其中第二辐射部320的第一端321耦接至一第二节点N2。详细而言，第二辐射部320包括邻近于第一端321的一第二本体部分324，邻近于第二端322的一Z字形部分325，以及邻近于第三端323的一倒N字形部分326。第二辐射部320的第二本体部分324可大致呈现一折线形状，其可介于第二辐射部320的Z字形部分325和倒N字形部分326之间。第二辐射部320的第二本体部分324和倒N字形部分326可界定出其间的一内凹区域330，而第一辐射部310的不等宽部分315至少部分延伸进入此内凹区域330当中。另外，第二辐射部320的倒N字形部分326和第一辐射部310的不等宽部分315之间可形成一耦合间隙GC2，使得第二辐射部320可由第一辐射部310所耦合激发。根据实际测量结果，第一辐射部310和第二辐射部320的前述设计方式可进一步增加天线结构的操作频宽，同时更微缩感测板与天线结构的整体尺寸。图3的通讯装置300的其余特征都与图1的通讯装置100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
本发明提出一种新颖的通讯装置，其可有效整合天线结构与感测板。根据实际测量结果，本发明可同时改善天线结构的操作性能和提高通过特定吸收率(SpecificAbsorption Rate，SAR)检测的机率，故其很适合应用于各种小型化的移动通讯装置当中。
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。本发明的通讯装置并不仅限于图1～图3所图示的状态。本发明可以仅包括图1～图3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，具有射频节点和检测节点，其特征在于，该通讯装置还包括：
第一辐射部，耦接至第一节点；
第二辐射部，耦接至第二节点；
第一电感器，耦接于该射频节点和接地电位之间；
第一电容器，耦接于该射频节点和该第一节点之间；
第二电感器，耦接于该第一节点和该第二节点之间；
第二电容器，耦接于该第二节点和该接地电位之间；以及
第三电感器，耦接于该检测节点和该第二节点之间；
其中该第一辐射部和该第二辐射部是共同形成天线结构和感测板。
2.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第二辐射部邻近于该第一辐射部但与该第一辐射部分离，使得该天线结构被归类为耦合馈入式天线结构。
3.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第一辐射部为蜿蜒结构。
4.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第二辐射部为分叉结构。
5.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第二辐射部界定出内凹区域，而该第一辐射部至少部分延伸进入该内凹区域当中。
6.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第二辐射部和该第一辐射部之间形成耦合间隙，而该耦合间隙的宽度小于或等于2mm。
7.如权利要求1所述的通讯装置，其中该天线结构涵盖第一频带和第二频带，该第一频带介于698MHz至760MHz之间，而该第二频带介于1710MHz至2600MHz之间。
8.如权利要求7所述的通讯装置，其中该第一辐射部的长度小于或等于该第一频带的0.25倍波长。
9.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第一电感器的电感值约等于82nH，该第二电感器和该第三电感器的每一者的电感值都介于180nH至220nH之间。
10.如权利要求1所述的通讯装置，其中该第一电容器和该第二电容器的每一者的电容值都小于或等于15pF。
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