TW201306379A - 通訊電子裝置及其多頻槽孔天線 - Google Patents

Abstract

一種通訊電子裝置，主要包含：接地元件及天線元件。天線元件位於介質基板上，並包含：開口槽孔、饋入微帶線及匹配電路。開口槽孔位於介質基板之金屬表面上，且金屬表面電氣連接至接地元件，開口槽孔之第一端為開口端，其位於金屬表面之一邊緣，開口槽孔之第二端為閉口端，其位於金屬表面之內部。饋入微帶線位於介質基板上，用以激發天線元件。匹配電路位於介質基板上，至少包含一帶拒匹配電路，用以在天線元件之操作頻帶之中心頻率附近產生一並接共振，藉以調整操作頻帶之阻抗匹配，增加操作頻帶之頻寬，匹配電路之一端連接至饋入微帶線，其另一端為天線饋入端。

Description

通訊電子裝置及其多頻槽孔天線

本發明係關於一種通訊電子裝置，特別是具有一種利用帶拒匹配電路達成多頻或寬頻操作頻帶之槽孔天線的通訊電子裝置。

隨著通訊傳輸技術的演進，除了發展更多的通訊頻帶以增加傳輸速度外，通訊電子裝置也在硬體上要求輕、薄、短、小，在現今人們使用通訊電子裝置的便利性需求下，都是非常重點的設計要求。在通訊電子裝置之相關內建天線設計中，使用單極槽孔天線或開口槽孔天線為一種可行設計，例如台灣專利公告號I341053“多頻單極槽孔天線”，所揭露之天線設計即是一例。然而，為產生足夠的操作頻寬來涵蓋無線廣域網路(WWAN,wireless wide area network)之多頻操作，單極槽孔天線一般需要利用多個槽孔產生多個共振模態，以結合多個共振模態達成多頻操作。而上述方法因為需要結合多槽孔，使天線需要佔用電路板上較多面積，不符合天線縮小化的要求。

為了解決上述先前技術之問題，本發明提供一種利用帶拒匹配電路增加槽孔天線操作頻寬的通訊電子裝置，包含接地元件及天線元件。該天線元件位於介質基板上，並且包含開口槽孔、饋入微帶線及匹配電路。開口槽孔位於介質基板之金屬表面上，同時該金屬表面電氣連接至接地元件。開口槽孔之第一端為開口端，位於金屬表面之一邊緣，開口槽孔之第二端為閉口端，位於金屬表面之內部。饋入微帶線位於介質基板上，用以激發天線元件。匹配電路位於介質基板上，並且至少包含一帶拒匹配電路，用以在天線元件之操作頻帶的中心頻率附近產生一並接共振，藉此調整該操作頻帶之阻抗匹配，增加該操作頻帶之頻寬。該匹配電路之一端連接至饋入微帶線，其另一端為天線饋入端。

本發明之通訊電子裝置中的天線元件具有第一操作頻帶及第二操作頻帶，第一及第二操作頻帶均至少涵蓋一行動通訊頻帶。在本發明中，天線元件中的開口槽孔藉由饋入微帶線激發，操作在四分之一波長共振模態，且印製於介質基板上，使開口槽孔之長度少於該天線元件最低操作頻率之四分之一波長。同時，饋入微帶線與天線饋入端之間具有匹配電路，匹配電路至少包含一帶拒匹配電路，在天線元件之操作頻帶的中心頻率附近產生一並接共振，藉此增加開口槽孔之共振模態中較高頻率處的實部阻抗，同時在虛部阻抗增加一零點，使開口槽孔之共振模態達成雙共振，進而使天線元件之操作頻帶可以涵蓋行動通訊頻帶所需之頻寬。同時因為匹配電路位於天線元件上，不需要使用額外的空間置放匹配電路，因此可達成天線元件的小型化並且具有多頻操作。此外，該匹配電路可同時具有二個帶拒匹配電路，在該天線元件之二個不同操作頻帶之中心頻率附近分別產生一並接共振，藉以調整該二個不同操作頻帶之阻抗匹配，增加二個不同操作頻帶之頻寬。

第1圖為本發明之第一實施例之結構圖，包括接地元件10，該接地元件10可為一平板電腦裝置之系統接地面；及天線元件11，該天線元件11位於一介質基板12上，並包含：一開口槽孔13，其該位於介質基板12之一金屬表面121上，又該金屬表面121藉由接地點101、102電氣連接至該接地元件10；該開口槽孔13之第一端為一開口端131，其位於該金屬表面121之一邊緣，該開口槽孔13之第二端為一閉口端132，其位於該金屬表面121之內部；一饋入微帶線14，其位於該介質基板12上，用以激發該天線元件11；及一匹配電路15，位於該介質基板12上，至少包含一帶拒匹配電路，用以在該天線元件11之操作頻帶之中心頻率附近產生一並接共振，藉以調整該操作頻帶之阻抗匹配，增加該操作頻帶之頻寬，該匹配電路15之一端連接至該饋入微帶線14，其另一端為一天線饋入端16。

第2圖為應用於匹配電路15之帶拒匹配電路之第一實施例之電路圖，其包含一電容元件21及一電感元件22。該帶拒匹配電路由電容元件21及電感元件22並聯組成。

第3圖為應用於匹配電路15之帶拒匹配電路之第二實施例之電路圖。其與帶拒匹配電路之第一實施例之主要差異在於，此實施例的帶拒匹配電路由一電容元件31和一電感元件33串聯後，再與一電感元件32並聯組成。藉由調整電容元件31及電感元件32、33之大小，可達到與帶拒匹配電路之第一實施例相似之功效。

第4圖為應用於匹配電路15之帶拒匹配電路之第三實施例之電路圖。其與帶拒匹配電路之第一實施例之主要差異在於，此實施例由一第一帶拒匹配電路401及一第二帶拒匹配電路402串聯組成。第一帶拒匹配電路401由一電容元件41和一電感元件42並聯組成；第二帶拒匹配電路402由一電容元件43和一電感元件44並聯組成。

第5圖為本發明之第一實施例之模擬返回損失與未使用帶拒匹配電路時之模擬返回損失之比較圖。在第一實施例中選擇下列尺寸進行模擬：接地元件10長度約為200 mm，寬度約為150 mm；介質基板12長度約為40 mm，寬度約為10 mm，厚度約為0.8 mm之玻璃纖維基板；開口槽孔13長度約為70 mm，寬度約為2 mm；匹配電路15具有二個帶拒匹配電路，第一帶拒匹配電路之電容元件為一晶片電容，電容值約為3.9 pF，電感元件為一晶片電感，電感值約為3.9 nH；第二帶拒匹配電路之電容元件為一晶片電容，電容值約為1.5 pF，電感元件為一晶片電感，電感值約為1.2 nH。由模擬結果，第一實施例之第一操作頻帶之第一共振模態51由開口槽孔13之四分之一波長共振模態貢獻；第二操作頻帶之第一共振模態53由開口槽孔13之高階共振模態貢獻；第一操作頻帶之第二共振模態52由第一帶拒匹配電路調整開口槽孔13之四分之一波長共振模態之阻抗匹配後產生；第二操作頻帶之第二共振模態54由第二帶拒匹配電路調整開口槽孔13之高階共振模態之阻抗匹配後產生。本發明之第一實施例在6 dB返回損失的定義之下，可涵蓋GSM850/900以及GSM1800/1900/UMTS之WWAN五頻操作需求；相較之下，第一實施例未使用帶拒匹配電路時，其第一操作頻帶之共振模態55及第二操作頻帶之共振模態56則無法達成WWAN五頻之操作需求。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10．．．接地元件

101,102．．．接地點

11．．．天線元件

12．．．介質基板

121．．．金屬表面

13．．．開口槽孔

131．．．開口槽孔之開口端

132．．．開口槽孔之閉口端

14．．．饋入微帶線

15．．．匹配電路

16．．．天線饋入端

21,31,41,43．．．電容元件

22,32,33,42,44．．．電感元件

401．．．第一帶拒匹配電路

402．．．第二帶拒匹配電路

51．．．第一實施例之第一(低頻)操作頻帶之第一共振模態

52．．．第一實施例之第一(低頻)操作頻帶之第二共振模態

53．．．第一實施例之第二(高頻)操作頻帶之第一共振模態

54．．．第一實施例之第二(高頻)操作頻帶之第二共振模態

55．．．第一實施例未使用帶拒匹配電路時之第一(低頻)操作頻帶之共振模態

56．．．第一實施例未使用帶拒匹配電路時之第二(高頻)操作頻帶之共振模態

第1圖為本發明之第一實施例之結構圖。

第2圖為本發明之匹配電路中之帶拒匹配電路之第一實施例之電路圖。

第3圖為本發明之匹配電路中之帶拒匹配電路之第二實施例之電路圖。

第4圖為本發明之匹配電路中之帶拒匹配電路之第三實施例之電路圖。

第5圖為本發明之第一實施例之模擬返回損失與未使用帶拒匹配電路時之模擬返回損失之比較圖。

10．．．接地元件

101,102．．．接地點

11．．．天線元件

12．．．介質基板

121．．．金屬表面

13．．．開口槽孔

131．．．開口槽孔之開口端

132．．．開口槽孔之閉口端

14．．．饋入微帶線

15．．．匹配電路

16．．．天線饋入端

Claims (5)

1. 一種通訊電子裝置，包含：一接地元件；及一天線元件，該天線元件位於一介質基板上，並包含：一開口槽孔，其位於該介質基板之一金屬表面上，又該金屬表面電氣連接至該接地元件，該開口槽孔之第一端為一開口端，其位於該金屬表面之一邊緣，該開口槽孔之第二端為一閉口端，其位於該金屬表面之內部；一饋入微帶線，位於該介質基板上，用以激發該天線元件；及一匹配電路，位於該介質基板上，至少包含一帶拒匹配電路，用以在該天線元件之操作頻帶之中心頻率附近產生一並接共振，藉以調整該操作頻帶之阻抗匹配，增加該操作頻帶之頻寬，該匹配電路之一端連接至該饋入微帶線，其另一端為天線饋入端。
2. 如第1項所述之通訊電子裝置，該天線元件具有一第一操作頻帶及一第二操作頻帶，該第一及第二操作頻帶均至少涵蓋一行動通訊頻帶。
3. 如第1項所述之通訊電子裝置，該開口槽孔之長度少於該天線元件最低操作頻率之四分之一波長。
4. 如第1項所述之通訊電子裝置，該接地元件為一平板電腦裝置之系統接地面。
5. 如第1項所述之通訊電子裝置，該匹配電路具有二個帶拒匹配電路，用以在該天線元件之二個不同操作頻帶之中心頻率附近分別產生一並接共振，藉以調整該二個不同操作頻帶之阻抗匹配，增加該二個不同操作頻帶之頻寬。