TW201442330A - 通訊裝置 - Google Patents

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    • H01Q9/04—Resonant antennas
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Abstract

一種通訊裝置，包括一接地元件及一天線元件。天線元件包括一金屬部，金屬部係位於或鄰近於接地元件之一邊緣，且大致與接地元件垂直，金屬部於接地元件上之投影係完全位於接地元件內。天線元件具有一第一饋入點及一第二饋入點。第一饋入點及一第二饋入點係互相遠離，並大致分別位於金屬部之二端，且均鄰近於接地元件之邊緣。第一饋入點係經由一第一切換開關和一第一匹配電路耦接至一通訊模組。第二饋入點係經由一第二切換開關和一第二匹配電路耦接至通訊模組。

Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種包括可重組式雙饋入天線元件(Reconfigurable Dual-feed Antenna Element)之通訊裝置。
近年來科技產品日新月異，行動通訊裝置除了能夠提供更多功能以滿足消費者外，為了追求輕巧，產品之外型也日漸有走向薄形化之趨勢。舉例來說，一些通訊裝置會使用全金屬背蓋來提供薄形化之外觀。然而，此全金屬背蓋可能會對於通訊裝置中用於無線通訊之天線元件造成負面影響。因此，如何在此種通訊裝置內設計出具有多功能無線通訊服務之天線，並同時維持良好通訊品質，將成為天線設計者之一大挑戰。
本發明的目的在於提供一種包括全金屬背蓋之通訊裝置及其可重組式雙饋入天線元件，其中此種天線元件具有小尺寸和低姿式(Low-profile)之優點。在較佳實施例中，此種天線元件至少涵蓋LTE/WWAN(Long Term Evolution/Wireless Wide Area Network)頻帶之多頻操作。
在較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，包括一金屬部，其中該金 屬部係位於或鄰近於該接地元件之一邊緣，該金屬部係大致與該接地元件垂直，該金屬部於該接地元件上之一投影係完全位於該接地元件內，該天線元件具有一第一饋入點及一第二饋入點，該第一饋入點和該第二饋入點係互相遠離並大致分別位於該金屬部之一第一端和一第二端，而該第一饋入點和該第二饋入點均鄰近於該接地元件之該邊緣；其中，該第一饋入點係經由一第一切換開關和一第一匹配電路耦接至一通訊模組，而該第二饋入點係經由一第二切換開關和一第二匹配電路耦接至該通訊模組。
在一些實施例中，該金屬部為一平面結構，並大致為一倒U字形。在一些實施例中，該金屬部為一平滑彎折平面結構，並大致為一倒C字形。在一些實施例中，當該第一切換開關導通且該第二切換開關斷路時，該天線元件係由該第一饋入點接收饋入能量。該第一匹配電路可以提供一第一阻抗值，使得該天線元件操作於一第一頻帶。該金屬部之長度可以小於該第一頻帶之最低頻率之0.15倍波長。由於該金屬部係遠小於一般傳統天線元件所需之0.25倍波長，本發明之該天線元件將可具有小尺寸之優點。在一些實施例中，當該第二切換開關導通且該第一切換開關斷路時，該天線元件係由該第二饋入點接收饋入能量。該第二匹配電路可以提供一第二阻抗值，使得該天線元件操作於一第二頻帶。在一些實施例中，該第二頻帶之頻率係高於該第一頻帶之頻率。在一些實施例中，該第一頻帶約介於824MHz至960MHz之間，而該第二頻帶約介於1710MHz至2690MHz之間。
在一些實施例中，該天線元件更具有一第三饋入點，該第三饋入點係大致位於該金屬部之一第三端並大致介於該第一饋入點與該第二饋入點之間，而該第三饋入點係經由一第三切換開關和一第三匹配電路耦接至該通訊模組。在一些實施例中，當該第一切換開關及該第二切換開關皆斷路且該第三切換開關導通時，該天線元件係由該第三饋入點接收饋入能量。該第三匹配電路可以提供一第三阻抗值，使得該天線元件操作於一第三頻帶。在一些實施例中，該第三頻帶係鄰近於該第一頻帶，或大致介於該第一頻帶與該第二頻帶之間。在一些實施例中，該第三頻帶約介於704MHz至787MHz之間。
在一些實施例中，該接地元件係大致介於該通訊裝置之一全金屬背蓋與該天線元件之該金屬部之間，使得該天線元件不會受到該全金屬背蓋之影響。因此，即使有該全金屬背蓋存在，本發明之該通訊裝置仍可維持良好之通訊品質。
在一些實施例中，該天線元件為一平面結構，而該天線元件之尺寸僅約為8×14mm2(該天線元件於該接地元件上之高度亦僅約為8mm)。在此設計下，該天線元件即可於GSM850/900之低頻頻帶及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500之高頻頻帶之間進行切換操作。亦即，本發明之該天線元件至少可以涵蓋WWAN/LTE頻帶，其約介於824MHz至960MHz之間，以及約介於1710MHz至2690MHz之間。
100、700、800‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧接地元件之邊緣
11、71、81‧‧‧天線元件
12、72、82‧‧‧金屬部
121、721、821‧‧‧天線元件之第一饋入點
122、722、822‧‧‧天線元件之第二饋入點
131、831‧‧‧第一切換開關
132、832‧‧‧第二切換開關
141、841‧‧‧第一匹配電路
142、842‧‧‧第二匹配電路
15、85‧‧‧通訊模組
16‧‧‧介質基板
19‧‧‧全金屬背蓋
20‧‧‧切換開關、匹配電路及通訊模組
31‧‧‧第一頻帶
41‧‧‧第二頻帶
91‧‧‧第三頻帶
51、61、92‧‧‧天線效率曲線
823‧‧‧天線元件之第三饋入點
833‧‧‧第三切換開關
843‧‧‧第三匹配電路
第1圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置之示 意圖；第2圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置之側視圖；第3圖係顯示根據本發明第一實施例所述之天線元件由第一饋入點饋入能量時之返回損失圖；第4圖係顯示根據本發明第一實施例所述之天線元件由第二饋入點饋入能量時之返回損失圖；第5圖係顯示根據本發明第一實施例所述之天線元件由第一饋入點饋入能量時之天線效率圖；第6圖係顯示根據本發明第一實施例所述之天線元件由第二饋入點饋入能量時之天線效率圖；第7圖係顯示根據本發明第二實施例所述之通訊裝置之示意圖；第8圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置之示意圖；第9圖係顯示根據本發明第三實施例所述之天線元件由第三饋入點饋入能量時之返回損失圖；以及第10圖係顯示根據本發明第三實施例所述之天線元件由第三饋入點饋入能量時之天線效率圖。
為讓本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊 裝置100之示意圖。通訊裝置100可以是一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1圖所示，通訊裝置100至少包括一接地元件10及一天線元件11。天線元件11包括一金屬部12。金屬部12係位於或鄰近於接地元件10之一邊緣101，並大致與接地元件10垂直。更詳細地說，若接地元件10係位於一第一平面上且金屬部12係位於一第二平面上，則該第一平面將大致垂直於該第二平面。金屬部12於接地元件10上之一投影係完全位於接地元件10內。在一些實施例中，金屬部12為一平面結構，並大致為一倒U字形。天線元件11具有一第一饋入點121及一第二饋入點122。第一饋入點121和第二饋入點122係互相遠離並大致分別位於金屬部12之一第一端和一第二端。另外，第一饋入點121和第二饋入點122均鄰近於接地元件10之邊緣101。
在一些實施例中，通訊裝置100更包括一第一切換開關131、一第二切換開關132、一第一匹配電路141、一第二匹配電路142、一通訊模組15，以及一介質基板16。第一切換開關131和第二切換開關132之種類在本發明中並不作限制。例如：第一切換開關131和第二切換開關132可各自用一PIN型二極體(PIN diode)實施之。第一匹配電路141提供一第一阻抗值，而第二匹配電路142提供一第二阻抗值，其中該第一阻抗值可異於該第二阻抗值。在一些實施例中，第一匹配電路141和第二匹配電路142各自包括一或複數個電感器和電容器，例如：晶片電感器和晶片電容器。通訊模組15可視為天線元件11之一訊號源。天線元件11之第一饋入點121係經由第一切換開 關131和第一匹配電路141耦接至通訊模組15。天線元件11之第二饋入點122係經由第二切換開關132和第二匹配電路142耦接至通訊模組15。藉由控制第一切換開關131和第二切換開關132，天線元件11係選擇性地使用第一饋入點121或是第二饋入點122接收來自通訊模組15之饋入能量，以操作於不同頻帶。在一些實施例中，通訊裝置100更包括一控制單元(未顯示)，該控制單元可根據一使用者輸入信號或是一偵測信號，選擇性地導通或不導通第一切換開關131和第二切換開關132之任一者。在一些實施例中，通訊裝置100更包括一感測器(未顯示)，該感測器可以偵測附近之一電磁信號之頻率，並據以產生該偵測信號。必須注意的是，通訊裝置100更可包括其他元件，例如：一觸控面板、一處理器、一揚聲器、一電池，以及一外殼(未顯示)。
第2圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置100之側視圖。如第1、2圖所示，金屬部12係大致垂直於接地元件10。金屬部12和一切換開關、匹配電路及通訊模組20(包括前述之第一切換開關131、第二切換開關132、第一匹配電路141、第二匹配電路142，以及通訊模組15)係設置於介質基板16之一第一表面上，而接地元件10係設置於介質基板16之一第二表面上，其中該第一表面係相對於該第二表面。在一些實施例中，通訊裝置100更包括一全金屬背蓋19，其為通訊裝置100之一外殼(未顯示)之一部份。由於接地元件10係大致介於全金屬背蓋19與天線元件11之金屬部12之間，天線元件11之金屬部12將不會受到全金屬背蓋19之負面影響。因此，本發明 之天線元件11將可適用於包括一全金屬背蓋之一通訊裝置，並同時維持良好之輻射效能。
第3圖係顯示根據本發明第一實施例所述之天線元件11由第一饋入點121饋入能量時之返回損失(Return Loss)圖。在一些實施例中，接地元件10之尺寸約為100×150mm2，其為典型平板電腦之接地元件尺寸，而天線元件11之尺寸僅約為8×14 mm2。當第一切換開關131導通且第二切換開關132斷路時，天線元件11係由第一饋入點121接收饋入能量，並操作於一第一頻帶31。在一些實施例中，第一頻帶31約介於824MHz至960MHz之間。在一些實施例中，金屬部12之長度係小於第一頻帶31之最低頻率之0.15倍波長。
第4圖係顯示根據本發明第一實施例所述之天線元件11由第二饋入點122饋入能量時之返回損失圖。當第二切換開關132導通且第一切換開關131斷路時，天線元件11係由第二饋入點122接收饋入能量，並操作於一第二頻帶41。在一些實施例中，第二頻帶41之頻率係高於第一頻帶31之頻率。在一些實施例中，第二頻帶41約介於1710MHz至2690MHz之間。
第5圖係顯示根據本發明第一實施例所述之天線元件11由第一饋入點121饋入能量時之天線效率(Antenna Efficiency)圖。當第一切換開關131導通且第二切換開關132斷路時，天線效率曲線51代表天線元件11於GSM850/900頻帶中之天線效率。如第5圖所示，天線元件11於GSM850/900頻帶中之天線效率約為至少42%(已將返回損失納入考量之輻射效率)，可符合實際應用需求。
第6圖係顯示根據本發明第一實施例所述之天線元件11由第二饋入點122饋入能量時之天線效率圖。當第二切換開關132導通且第一切換開關131斷路時，天線效率曲線61代表天線元件11於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶中之天線效率。如第6圖所示，天線元件11於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶中之天線效率約介於55%至70%之間(已將返回損失納入考量之輻射效率)，可符合實際應用需求。
第7圖係顯示根據本發明第二實施例所述之通訊裝置700之示意圖。在第二實施例中，一天線元件71之一金屬部72為一平滑彎折平面結構，並大致為一倒C字形。第二實施例之通訊裝置700之其餘特徵皆與第一實施例之通訊裝置100相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第8圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置800之示意圖。在第三實施例中，一天線元件81具有一第一饋入點821、一第二饋入點822，以及一第三饋入點823。第一饋入點821和第二饋入點822係互相遠離並大致分別位於天線元件81之一金屬部82之一第一端和一第二端。第三饋入點823係大致位於金屬部82之一第三端，並大致介於第一饋入點821與第二饋入點822之間。在一些實施例中，金屬部82大致為一倒E字形。天線元件81之第三饋入點823係經由一第三切換開關833和一第三匹配電路843耦接至一通訊模組85。在一些實施例中，第三切換開關833可用一PIN型二極體實施之。第三匹配電路843提供一第三阻抗值，而該第三阻抗值可以異於一第一匹配電路841之一第一阻抗值和一第二匹配電路842之一第二 阻抗值。在一些實施例中，第三匹配電路843包括一或複數個電感器和電容器，例如：晶片電感器和晶片電容器。當一第一切換開關831及一第二切換開關832皆斷路且第三切換開關833導通時，天線元件81係由第三饋入點823接收饋入能量，並操作於一第三頻帶。第三實施例之通訊裝置800之其餘特徵皆與第一實施例之通訊裝置100相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第9圖係顯示根據本發明第三實施例所述之天線元件81由第三饋入點823饋入能量時之返回損失圖。當第一切換開關831及第二切換開關832皆斷路且第三切換開關833導通時，天線元件81係由第三饋入點823接收饋入能量，並操作於一第三頻帶91。在一些實施例中，第三頻帶91係鄰近於第一頻帶31，或是大致介於第一頻帶31與第二頻帶41之間。在一些實施例中，第三頻帶91約介於704MHz至787MHz之間。因此，與前述實施例相比，通訊裝置800可以涵蓋更多頻帶，例如：LTE700頻帶。
第10圖係顯示根據本發明第三實施例所述之天線元件81由第三饋入點823饋入能量時之天線效率圖。當第一切換開關831及第二切換開關832皆斷路且第三切換開關833導通時，天線效率曲線92代表天線元件81於LTE700頻帶中之天線效率。如第10圖所示，天線元件81於LTE700頻帶中之天線效率約為至少44%(已將返回損失納入考量之輻射效率)，可符合實際應用需求。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第 一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧接地元件之邊緣
11‧‧‧天線元件
12‧‧‧金屬部
121‧‧‧天線元件之第一饋入點
122‧‧‧天線元件之第二饋入點
131‧‧‧第一切換開關
132‧‧‧第二切換開關
141‧‧‧第一匹配電路
142‧‧‧第二匹配電路
15‧‧‧通訊模組
16‧‧‧介質基板

Claims (11)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，包括一金屬部，其中該金屬部係位於或鄰近於該接地元件之一邊緣，該金屬部係大致與該接地元件垂直，該金屬部於該接地元件上之一投影係完全位於該接地元件內，該天線元件具有一第一饋入點及一第二饋入點，該第一饋入點和該第二饋入點係互相遠離並大致分別位於該金屬部之一第一端和一第二端，而該第一饋入點和該第二饋入點均鄰近於該接地元件之該邊緣；其中，該第一饋入點係經由一第一切換開關和一第一匹配電路耦接至一通訊模組，而該第二饋入點係經由一第二切換開關和一第二匹配電路耦接至該通訊模組。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬部為一平面結構，並大致為一倒U字形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬部為一平滑彎折平面結構，並大致為一倒C字形。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中當該第一切換開關導通且該第二切換開關斷路時，該天線元件係由該第一饋入點接收饋入能量，而其中該第一匹配電路提供一第一阻抗值，使得該天線元件操作於一第一頻帶。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該金屬部之長度係小於該第一頻帶之最低頻率之0.15倍波長。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中當該第二切 換開關導通且該第一切換開關斷路時，該天線元件係由該第二饋入點接收饋入能量，其中該第二匹配電路提供一第二阻抗值，使得該天線元件操作於一第二頻帶，而其中該第二頻帶之頻率係高於該第一頻帶之頻率。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之通訊裝置，其中該第一頻帶約介於824MHz至960MHz之間，而該第二頻帶約介於1710MHz至2690MHz之間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之通訊裝置，其中該天線元件更具有一第三饋入點，該第三饋入點係大致位於該金屬部之一第三端並大致介於該第一饋入點與該第二饋入點之間，而該第三饋入點係經由一第三切換開關和一第三匹配電路耦接至該通訊模組。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之通訊裝置，其中當該第一切換開關及該第二切換開關皆斷路且該第三切換開關導通時，該天線元件係由該第三饋入點接收饋入能量，其中該第三匹配電路提供一第三阻抗值，使得該天線元件操作於一第三頻帶，而其中該第三頻帶係鄰近於該第一頻帶或大致介於該第一頻帶與該第二頻帶之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該第三頻帶約介於704MHz至787MHz之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該接地元件係大致介於該通訊裝置之一全金屬背蓋與該天線元件之該金屬部之間，使得該天線元件不會受到該全金屬背蓋之影響。
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