TW201810800A

TW201810800A - 應用於具有金屬邊框之電子裝置的lte多頻單極天線

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Publication number: TW201810800A
Application number: TW105128975A
Authority: TW
Inventors: 潘建源; 方穎昇
Original assignee: 國立高雄應用科技大學
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2016-09-07
Publication date: 2018-03-16
Also published as: TWI612722B

Abstract

本發明係有關於一種應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，係包括接地元件、天線元件及金屬邊框部；接地元件位於基板的第一表面，天線元件位於相對基板之第一表面的第二表面，金屬邊框部位於基板的周邊；天線元件包括第一輻射單元及第二輻射單元，第一輻射單元連接一電路元件組，天線訊號由第一輻射單元饋入，第二輻射單元由接地元件延伸，其一端連接一垂直於金屬邊框部之第一L形金屬部，第二輻射單元的另一端以一電感元件連接C型延伸部。本發明之天線在返回損失6 dB以下，可操作在低頻操作頻寬為273 MHz (687-960 MHz)，平均增益為0.8 dB (0.2-1.4 dBi)，平均效率約為46.75% (42-53%)；高頻操作頻寬為1021 MHz (1675-2696 MHz)，平均增益為3.78 dB (3.4-4.3 dBi)，平均效率為77.56% (70-85%)，本發明天線可以應用於LTE700/GSM850/900 (704-960 MHz)及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500 (1710-2690 MHz)之頻帶。

Description

應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線

本發明係有關於一種單極天線，尤其是指一種應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線。

隨著行動通訊產業的快速發展，現今無線傳輸介面已逐漸由第三代(3G)行動通信系統進化到第四代(4G)行動通信系統，而長期演進技術(Long Term Evolution, LTE)就是第四代行動通信系統中的其中一種通信協定。

人們對於行動通訊裝置的需求愈來愈多元化，為了滿足使用者的需求，業者將更多元件置入行動通訊裝置，然而此舉勢必會壓縮到天線的設計空間。

尤其近年來，行動通訊裝置的顯示螢幕朝大尺寸方向發展，使得顯示螢幕與行動通訊裝置機殼之頂部和底部邊緣之間的區域變得非常窄，通常會小於10 mm，而行動通訊裝置的天線就是設計在此區域。

因此，天線設計者不僅要考慮到天線效能的需求，天線也要以小尺寸為主軸，與周邊環境整合，並要能達成寬頻的頻帶操作；而天線縮小化的方向，以降低天線之高度較為重要，因此天線高度至少要低於10 mm才是目前行動通訊裝置天線設計之趨勢。

此外，先前行動通訊裝置之機殼大部分都是使用塑膠材質製作，由於行動通訊裝置也同時朝向薄型化發展，導致塑膠材質製成的機殼的機械強度不足，於是行動通訊裝置業者改以金屬材質作為行動通訊裝置的背蓋或邊框上的材質，用以提高行動通訊裝置之機械強度，甚至透過金屬材質的背蓋或邊框使行動通訊裝置的外觀得以美型化，並提升整體質感，尤其是高規格行動通訊裝置。

而使用了金屬背蓋或者是邊框的行動通訊裝置，雖能讓行動通訊裝置的機械強度因此隨之提升，但卻使天線設計的環境更加艱難，因此，在行動通訊裝置顯示螢幕與金屬邊框之間可用的區域下設計一款滿足LTE系統多頻帶天線並有良好的輻射特性之天線是目前一大挑戰。

＜引用文獻＞

文獻1：US 8547283 B2

文獻2：US 20110095949 A1

文獻3：TW I488361

文獻4：TW I509883

文獻5：J. H. Lu and J. L. Guo, “Small-Size Octaband Monopole Antenna in an LTE/WWAN Mobile Phone,”IEEE Antennas and Wireless Propag. Lett., vol.13, pp.548-551, 2014.

文獻6：S. C. Chen and K. L. Wong, “Small-Size Wideband Chip Antenna For WWAN/LTE Operation and Close Integration with Nearby Conducting Elements in the Mobile Handset,”Microwave Opt. Technol. Lett. , vol.53, no.9, pp.1998-2004, Sep. 2011.

文獻7：S. C. Chen and K. L. Wong, “Wideband Monopole Antenna Coupled with a Chip-Inductor-loaded Shorted Strip for LTE/WWAN Mobile Handset,”Microwave Opt. Technol. Lett. , vol.53, no.6, pp.1293-1298, Jun. 2011.

上述各文獻，有的係揭示使用立體式結構，或者是具有天線面積較大之缺點，而仍有改善的空間，此外，上述各文獻在天線設計上均無考慮金屬材質之背蓋或者是邊框，在實際應用上會大幅影響天線特性。

本發明之主要目的，係提供一種天線，特別是應用在具有金屬邊框的行動通訊裝置上，主要係設置在有限之空間上，並能達到多頻帶的操作，以滿足行動通訊裝置的需求。

本發明之目的及功效，係由以下技術實現：

一種應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線；至少包含一接地元件、一天線元件及一金屬邊框部；

所述接地元件位於一基板的第一表面，相對所述第一表面的所述基板的第二表面上設所述天線元件，所述金屬邊框部位於所述基板的周邊；

所述天線元件包含第一輻射單元及第二輻射單元；所述第一輻射單元包括彼此連接延伸的一電路元件組以及一L形延伸部，所述L形延伸部遠離所述電路元件組的一端為第一自由端；所述電路元件組包含一第一電感元件與一電容元件，所述電容元件的一端為天線訊號饋入點並與所述接地元件連接，所述電容元件的另一端連接所述第一電感元件與所述L形延伸部，所述電感元件的另一端連接所述接地元件；

所述第二輻射單元與所述接地元件連接，並至少具有C形延伸部與鉤狀延伸部，所述C形延伸部及所述鉤狀延伸部分別具有第三自由端及第四自由端，所述C形延伸部及所述鉤狀延伸部之間連接有第二電感元件，所述鉤狀延伸部設一端點與所述接地元件連接，所述鉤狀延伸部之端點與所述第四自由端之間形成開口，應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線所述L形延伸部由所述開口深入所述鉤狀延伸部，所述鉤狀延伸部之末端和所述金屬邊框部連接，所述C形延伸部的自由端係位在所述第二輻射單元與所述接地元件連接處的一側；

所述金屬邊框部包括第一L形金屬部、第二L形金屬部及U形金屬部，所述第一L形金屬部、所述第二L形金屬部及所述U形金屬部係包圍設置在所述基板周圍。

如上所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第二輻射單元自與所述接地元件連接之端點至所述第四自由端之路徑，再經由連接的所述第一L形金屬部之第二自由端以激發出第一模態。

如上所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第二輻射單元延伸自與所述接地元件連接之端點至所述C形延伸部之第三自由端之路徑以激發出第二模態。

如上所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述饋入點至第一電感元件連接所述接地元件之路徑以激發出第三模態。

如上所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第二輻射單元延伸自所述接地元件之端點至第四自由端之路徑再經由連接的所述第一L形金屬部之第二自由端以激發出第四模態，所述第四模態之頻率為所述第一模態之頻率的三倍。

如上所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第二輻射單元延伸自所述接地元件之端點至所述C形延伸部之第三自由端之路徑以激發出第五模態，所述第五模態之頻率為所述第一模態之頻率的三倍。

如上所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，由所述饋入點至所述第一自由端之路徑以激發出第六模態。

如上所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第一模態、所述第二模態及所述第三模態共同涵蓋687 MHz至960 MHz頻帶，所述第四模態、所述第五模態及所述第六模態共同涵蓋1675 MHz至2696 MHz頻帶。

如上所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第一L形金屬部與所述第二L形金屬部對應，所述U形金屬部的二端分別與所述第一L形金屬部、所述第二L形金屬部相鄰且各形成一第一間距、第二間距，所述第一間距、第二間距距離相等，所述第一L形金屬部與所述第二L形金屬部間形成第三間距。

本創作之天線因其第一模態、第二模態及第三模態共同涵蓋687 MHz至960 MHz頻帶；第四模態、第五模態及第六模態共同涵蓋1675 MHz至2696 MHz頻帶，因此可應用於行動通訊裝置之天線裝置上；此外，本發明之天線面積大約為30 × 8 mm² ，相較於目前可涵蓋上述八個頻帶的先前技術而言，本發明之天線面積可縮減超過20%以上。

承上所述，本發明之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其優點為：

1.本天線可藉由第一輻射單元、第二輻射單元之設計，相較於先前所發表相關文獻應用在相同之頻帶可縮小天線所需要的面積，以滿足行動通訊裝置之需求。

2.本天線元件利用電子裝置的金屬邊框部與天線元件結合，將金屬邊框部納入天線輻射體之一，可以有效的整合行動通訊裝置天線周圍環境。

3.本天線由實施例之各項實驗測量數據可知，在大範圍的操作頻帶內皆能維持良好的輻射特性。

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

請參看第一、二圖，係揭示本發明之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線的一較佳實施例，此天線至少包含接地元件(1)、天線元件(2)、金屬邊框部(3)；其中:

接地元件(1)設置於一基板(4)的第一表面(41)，該基板(4)還包括相對第一表面(41)的第二表面(42)，於第二表面(42)的上方右側形成有淨空區(421)。

天線元件(2)係以印刷、蝕刻、金屬片沖壓或切割等方式設置於基板(4)之第二表面(42)，且是第二表面(42)上的淨空區(421)。

天線元件(2)至少包含設置於基板(4)第一表面(41)之第一輻射單元(21)、第二輻射單元(22)。

第一輻射單元(21)包括有電路元件組(211)、L形延伸部(212)饋入點(A)及第一自由端(D)，其中電路元件組(211)包含第一電感元件(L1)及電容元件(C1)，饋入點(A)電性連接接地元件(1)並串聯電容元件C1後並聯第一電感元件(L1)，第一電感元件(L1)的另一端點(B)連接接地元件(1)；電容元件C1與第一電感元件(L1)組成一高通匹配電路。

第二輻射單元(22)經由接點(C)延伸自接地元件(1)，且第二輻射單元(22)至少具有鉤狀延伸部(221)、C形延伸部(222)。其中，鉤狀延伸部(221)及C形延伸部(222)之間有第二電感元件(L2)連接。

金屬邊框部(3)由垂直於基板(4)之第一L形金屬部(31)、第二L形金屬部(32)及U形金屬部(33)組成，其中，第一L形金屬部(31)與第二輻射單元(22)之鉤狀延伸部(221)之末端連接，第二L形金屬部(32)及U形金屬部(33)與接地元件(1)連接，而第一L形金屬部(31)與第二L形金屬部(32)之間具有間距W，第一L形金屬部(31)與U形金屬部(33)之間具有間距d1，第二L形金屬部(32)與U形金屬部(33)之間具有間距d2，其中間距d1與間距d2相等。

此外，第一輻射單元(21)之L形延伸部(212)遠離饋入點(A)的一端為第一自由端(D)；第二輻射單元(22)之鉤狀延伸部(221)、C形延伸部(222)的末端分別為第四自由端(H)及第三自由端(F)；第一L形金屬部(31)遠離與鉤狀延伸部(221)連接的一端為第二自由端(E)。其中，饋入點(A)至第一自由端(D)形成饋入帶單極路徑(AD)，接點(C)至第二自由端(E)形成寄生短路之長路徑(CE)，接點(C)至第三自由端(F)形成寄生短路之短路徑(CF)；在低頻部分主要由寄生短路之長路徑(CE)以及寄生短路之短路徑(CF)各別所產生共振模態，再加入饋入點(A)以電容元件C1、第一電感元件(L1)組成的高通匹配電路所含蓋之；高頻部分則是由寄生短路之長路徑(CE)以及寄生短路之短路徑(CF)之倍頻含蓋其操作頻帶；至於饋入帶單極路徑(AD)，則提供其他路徑所需要之耦合量，以調整阻抗匹配；為寄生短路之短路徑(CF)尾端與淨空區(421)邊界之間具有間距(G)。

以下就實際製作之單極天線實施例進一步針對該單極天線表面電流、結構、路徑參數進行實驗測量及理論模擬，表1揭示本發明之單極天線之最佳路徑參數值。

表3.1 本發明之單極天線之最佳路徑參數值

本天線之較佳實施例選擇下列尺寸來進行實驗測量結果及理論模擬結果：接地元件(1)之面積約為120 × 65 mm² ，天線元件(2)設置範圍的區域面積為30 × 8 mm² ；基板(4)採用厚度為0.8 mm之玻璃纖維介質基板(介電係數約為4.4)，天線元件(2)則採用厚度為0.02 mm之銅片，第一L形金屬部(31)、第二L形金屬部(32)及U形金屬部(33)所組成之金屬邊框皆採用厚度為0.2 mm之銅片。

饋入點(A)至第一自由端(D)之路徑約為29.2 mm；由接點C經第四自由端(H)到第二自由端(E)之路徑約為62.1 mm，形成寄生短路之長路徑；由接點C到第三自由端(F)之路徑約為47.5 mm，形成寄生短路之短路徑。

請參看第三圖為本發明之應用於LTE多頻金屬邊框單極天線之較佳實施例之返回損失圖，其縱軸為返回損失值，單位為dB；橫軸為操作頻率，單位為MHz。其中，實線為理論模擬結果，實線具圓點為實驗測量結果。由第三圖可知，本發明以反射損失值大於6 dB為標準，得知其操作頻率範圍低頻部分介於687-960 MHz，低頻操作頻寬為273 MHz，頻寬百分比約為33.1 %；而高頻部分介於1675-2696 MHz，高頻操作頻寬為1021 MHz，頻寬百分比約為46.7 %；本發明之單極天線可以滿足LTE700/GSM850/900 (704 MHz至960 MHz)及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500 (1710 MHz至2690 MHz)之頻操作需求。

在本天線較佳實施例中，該收發天線訊號之傳遞路徑有三條，並可對應產生五個激發模態，以及一個由第一電感元件(L1)激發之模態:

一、第一激發模態725 MHz：經由寄生短路之長路徑(CE)所激發；

二、第二激發模態809 MHz:經由寄生短路之短路徑(CF)所激發；

三、第三激發模態906 MHz:由饋入點(A)經第一電感元件(L1)至端點B連接接地元件(1)之路徑而激發出；

四、第四激發模態2031 MHz:路徑與第一激發模態相同，是第一激發模態頻率之三倍；

五、第五激發模態2334 MHz:路徑與第二激發模態相同，是第二激發模態頻率之三倍；

六、第六激發模態2600 MHz:由饋入帶單極路徑(AD)所激發。

第四圖所示，為本發明之單極天線結構模擬反射損失圖。Antenna-1是未加入寄生短路之長路徑(CE)，可以發現低頻帶阻抗頻寬不足以含蓋低頻操作頻帶，由此可得知寄生短路之長路徑(CE)可以在低頻共振一模態，貢獻低頻帶阻抗頻寬，高頻帶部分阻抗頻寬亦有被影響，因高頻帶有此模態之倍頻貢獻阻抗頻寬，後續會觀察輸入阻抗圖進行結構探討之共振模態證明。Antenna-2是未加入寄生短路之短路徑(CF)，低頻帶阻抗匹配約只有4 dB，即可證明寄生短路之短路徑(CF)可以在低頻共振另一模態，貢獻低頻帶阻抗頻寬，高頻帶約2550 MHz之模態亦由此路徑所貢獻。Antenna-3是未加入LC高通匹配電路，發現此匹配電路對於低頻帶的阻抗頻寬是有較大的貢獻，同時對於高頻帶影響是較小的，首先參考第五圖為Antenna-1模擬輸入阻抗圖，如第五圖(a)頻率響應圖中，寄生短路之長路徑(CE)可約在700 MHz共振主模態以及2100 MHz共振倍頻模態，觀察第五圖(b)與(c)史密斯圖，Antenna-1在低頻操作頻帶內有共振一模態，但輸入阻抗尚未匹配；高頻部分則是有產生兩個共振模態，接著參考第六圖Antenna-2模擬輸入阻抗圖，第六圖(a)頻率響應，寄生短路之短路徑(CF)可約在850 MHz共振主模態以及2550 MHz共振倍頻模態，觀察第六圖(b)與(c)史密斯圖，Antenna-2在低頻帶已經有寄生短路之長路徑(CE)及LC高通匹配電路所共振之模態，但模態輸入阻抗分佈尚未在VSWR=3之範圍內，最後參考第七圖Antenna-3模擬輸入阻抗圖，第七圖(a)頻率響應中可以證明LC高通匹配電路可以在1200 MHz，主要是因為從饋入點(A)經由第一電感元件(L1)接地可以在低頻共振一高阻抗模態，藉由此模態可以將低頻帶實部阻抗提升，此外饋入點(A)串聯一電容元件C1可調整低頻帶虛部阻抗，以達到阻抗匹配，觀察第七圖(b)與(c)史密斯圖，Proposed 與Antenna-3比較之下，Antenna-3低頻帶部分確實是電容性之輸入阻抗分佈，高頻帶並沒有太大的變化，證明了LC高通匹配電路對於天線輸入阻抗等效應。

接著將針對Proposed Antenna進行參數探討與分析。首先固定參數：L₂ = 10 nH、C₁ = 3.3 pF、G = 0.5 mm，探討參數L₁ 為高通匹配電路之第一電感元件(L1)，如第八圖參數L₁ 反射損失變化圖，當參數L₁ 在7.2 nH變化至9.2 nH的時候，由於L₁ 是高通匹配電路元件，電感量多寡主要影響是低頻的阻抗頻寬，也印證了前面所述高通匹配電路主要是控制低頻帶部分；接著固定參數：L₁ = 8.2 nH、C₁ = 3.3 pF、G = 0.5 mm，探討參數L₂ 為寄生短路之短路徑(CF)中之第二電感元件(L2)，如第九圖參數L₂ 反射損失變化圖，當參數L₂ 在8 nH變化至12 nH，可以觀察到低頻帶第二模態之頻率會明顯的往低頻移動，寄生短路之短路徑(CF)由於加入第二電感元件(L2)，得使共振波長縮短，能用較短的路徑共振在低頻帶，但電感量不宜過大，否則會影響到天線之輻射效率。固定參數：L₁ = 8.2 nH、L₂ = 10 nH、G = 0.5 mm，探討參數C₁ 為高通匹配電路之電容元件C1，如第十圖參數C₁ 反射損失變化圖，當參數C₁ 在1.3 pF變化至5.3 pF，由於電容元件C1是放置在饋入帶單極路徑(AD)，因此會影響到整體天線之虛部阻抗，對阻抗頻寬有較劇烈之影響。最後固定參數：L₁ = 8.2 nH、L₂ = 10 nH、C₁ = 3.3 pF，探討參數G為寄生短路之短路徑(CF)尾端與淨空區(421)邊界之間的間距(G)，如第十一圖參數G反射損失變化圖，當參數G在0.8 mm變化至0.2 mm，同樣為寄生短路之短路徑(CF)所共振之低頻帶第二模態及倍頻的高頻帶第二模態有影響，此現象是很合理的。

再由電流表面分佈圖來判斷模態之路徑，以及說明本發明之單極天線的物理特性，如第十二圖(a)、(b)、(c)、(d)、(e)為本發明之單極天線模擬電流圖。以下依序介紹頻率為715 MHz、778 MHz、859 MHz、1881 MHz及2562 MHz時模擬單極天線電流分布情形，上述頻率為輸入阻抗模態所匹配之頻率點，可了解到該模態所共振路徑長度。首先參照第十二圖(a)所示，當頻率為715 MHz時，可觀察到寄生短路之長路徑(CE)上是有較強的電流分佈，符合單極天線四分之一波長由強到弱之電流分佈，總路徑長度為67.7 mm(約為0.16λ)，因為小尺寸天線路徑之間耦合影響而縮短共振路徑，導致共振長度不到四分之一波長，由上述結果可以證明在頻率715 MHz之模態是由寄生短路之長路徑(CE)所共振之主模態；第十二圖(b)所示，當頻率為778 MHz時，較強的電流分佈是集中在寄生短路之短路徑(CF)上，由於在寄生短路之短路徑(CF)中有加入一第二電感元件(L2)可以縮短模態共振路徑長度，總路徑長度為47.5 mm(約為0.12λ)，由上述結果可以證明在頻率778 MHz之模態是由寄生短路之短路徑(CF)所共振之主模態；第十二圖(c)所示，當頻率為859 MHz時，可觀察到較強的電流分佈是集中在高通匹配電路內之第一電感元件(L1)上，由上述結果可以證明第一電感元件(L1)接地後是可以共振在頻率859 MHz之模態；第十二圖(d)所示，當頻率為1881 MHz時，由於此模態為寄生短路之長路徑(CE)所共振之倍頻模態，較強的電流分佈是集中在寄生短路之長路徑(CE)上，在電流分佈上會有反向電流零點產生，總路徑長度為67.7 mm(約為0.43λ)；最後如第十二圖(e)所示，當頻率為2562 MHz時，由於此模態為寄生短路之短路徑(CF)所共振之倍頻模態，所以可以觀察到，較強的電流分佈是集中在寄生短路之短路徑(CF)上，在電流分佈上亦有反向電流零點產生，同樣是倍頻模態會產生之物理效應，總路徑長度為47.5 mm(約為0.4λ)。

如第十三圖(a)-(e)所示，為本發明之單極天線在中心頻率為740 MHz、925 MHz、1795 MHz、2045 MHz及2500 MHz時的模擬及實測2D輻射場型圖，在八個操作頻帶中心頻率中取五個中心頻率去觀察，低頻帶中心頻率740 MHz及925 MHz，高頻帶中心頻率1795 MHz、2045 MHz及2500 MHz，低頻部份X-Y平面有典型單極天線全向性輻射場型，而高頻部份場型上會有許多場型零點，由此可知，若天線操作波長小於系統接地面尺寸時(即操作頻率愈高)，天線於接地面上表面電流零點也就相對較多，輻射場型則相對有較多的凹陷零點產生，此外也發現，輻射場型並沒有完全對稱，因天線元件(2)擺放位置，是在相對於整體接地元件(1)之第二表面(42)上方右側的淨空區(421)，天線主體也非對稱性結構，所以得到非對稱性輻射場型之結果。

第十四圖為本發明之單極天線模擬及實測增益圖，第十五圖為本發明之單極天線模擬及實測輻射效率圖。由第十四圖、十五圖可以觀察到本天線較佳實施例操作在低頻LTE700/GSM850/900頻帶時，其天線增益介於0.2-1.4 dBi，且天線效率約為42-53%，而操作於高頻GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500時，其天線增益介於3.4-4.3 dBi，且天線效率約為70-85%，本發明之單極天線設計的特性表現已符合實際應用之要求。

以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體技術手段，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(1)‧‧‧接地元件

(2)‧‧‧天線元件

(21)‧‧‧第一輻射單元

(211)‧‧‧電路元件組

(212)‧‧‧L形延伸部

(22)‧‧‧第二輻射單元

(221)‧‧‧鉤狀延伸部

(222)‧‧‧C形延伸部

(3)‧‧‧金屬邊框部

(31)‧‧‧第一L形金屬部

(32)‧‧‧第二L形金屬部

(33)‧‧‧U形金屬部

(4)‧‧‧基板

(41)‧‧‧第一表面

(42)‧‧‧第二表面

(421)‧‧‧淨空區

(A)‧‧‧饋入點

(B)‧‧‧端點

(C)‧‧‧端點

(E)‧‧‧第二自由端

(D)‧‧‧第一自由端

(F)‧‧‧第三自由端

(G)‧‧‧間距

(H)‧‧‧第四自由端

(L1)‧‧‧第一電感元件

(L2)‧‧‧第二電感元件

(C1)‧‧‧電容元件

(AD)‧‧‧饋入帶單極路徑

(CE)‧‧‧寄生短路之長路徑

(CF)‧‧‧寄生短路之短路徑

第一圖：本發明之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線的結構示意圖

第二圖：本發明之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線的結構局部放大示意圖

第三圖：本發明之單極天線結構模擬與實際量測反射損失圖

第四圖：本發明之單極天線結構模擬反射損失圖

第五圖：為Antenna-1模擬輸入阻抗圖；(a)頻率響應圖；(b)與(c)史密斯圖

第六圖：為Antenna-2模擬輸入阻抗圖；(a)頻率響應圖；(b)與(c)史密斯圖

第七圖：Antenna-3模擬輸入阻抗圖；(a)頻率響應圖；(b)與(c)史密斯圖

第八圖：參數L₁ 反射損失變化圖

第九圖：參數L₂ 反射損失變化圖

第十圖：參數C₁ 反射損失變化圖

第十一圖：參數G反射損失變化圖

第十二圖(a)：當頻率為715 MHz時，本發明之單極天線模擬電流圖

第十二圖(b)：當頻率為778 MHz時，本發明之單極天線模擬電流圖

第十二圖(c)：當頻率為859 MHz時，本發明之單極天線模擬電流圖

第十二圖(d)：當頻率為1881 MHz時，本發明之單極天線模擬電流圖

第十二圖(e)：當頻率第十二圖為本發明之單極天線模擬電流圖為2562 MHz時，本發明之單極天線模擬電流圖

第十三圖(a)：本發明之單極天線在中心頻率為740 MHz時的模擬及實測2D輻射場型圖

第十三圖(b)：本發明之單極天線在中心頻率為925 MHz時的模擬及實測2D輻射場型圖

第十三圖(c)：本發明之單極天線在中心頻率為1795 MHz時的模擬及實測2D輻射場型圖

第十三圖(d)：本發明之單極天線在中心頻率為2045 MHz時的模擬及實測2D輻射場型圖

第十三圖(e)：本發明之單極天線在中心頻率為2500 MHz時的模擬及實測2D輻射場型圖

第十四圖：本發明之單極天線模擬及實測增益圖

第十五圖：本發明之單極天線模擬及實測輻射效率圖

Claims

一種應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線；至少包含一接地元件、一天線元件及一金屬邊框部；　　所述接地元件位於一基板的第一表面，相對所述第一表面的所述基板的第二表面上設所述天線元件，所述金屬邊框部位於所述基板的周邊；　　所述天線元件包含第一輻射單元及第二輻射單元；所述第一輻射單元包括彼此連接延伸的一電路元件組以及一L形延伸部，所述L形延伸部遠離所述電路元件組的一端為第一自由端；所述電路元件組包含一第一電感元件與一電容元件，所述電容元件的一端為天線訊號饋入點並與所述接地元件連接，所述電容元件的另一端連接所述第一電感元件與所述L形延伸部，所述電感元件的另一端連接所述接地元件；　　所述第二輻射單元與所述接地元件連接，並至少具有C形延伸部與鉤狀延伸部，所述C形延伸部及所述鉤狀延伸部分別具有第三自由端及第四自由端，所述C形延伸部及所述鉤狀延伸部之間連接有第二電感元件，所述鉤狀延伸部設一端點與所述接地元件連接，所述鉤狀延伸部之端點與所述第四自由端之間形成開口，應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線所述L形延伸部由所述開口深入所述鉤狀延伸部，所述鉤狀延伸部之末端和所述金屬邊框部連接，所述C形延伸部的自由端係位在所述第二輻射單元與所述接地元件連接處的一側；　　所述金屬邊框部包括第一L形金屬部、第二L形金屬部及U形金屬部，所述第一L形金屬部、所述第二L形金屬部及所述U形金屬部係包圍設置在所述基板周圍。
如申請專利範圍第1項所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第二輻射單元自與所述接地元件連接之端點至所述第四自由端之路徑，再經由連接的所述第一L形金屬部之第二自由端以激發出第一模態。
如申請專利範圍第2項所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第二輻射單元延伸自與所述接地元件連接之端點至所述C形延伸部之第三自由端之路徑以激發出第二模態。
如申請專利範圍第3項所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述饋入點至第一電感元件連接所述接地元件之路徑以激發出第三模態。
如申請專利範圍第4項所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第二輻射單元延伸自所述接地元件之端點至第四自由端之路徑再經由連接的所述第一L形金屬部之第二自由端以激發出第四模態，所述第四模態之頻率為所述第一模態之頻率的三倍。
如申請專利範圍第5項所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第二輻射單元延伸自所述接地元件之端點至所述C形延伸部之第三自由端之路徑以激發出第五模態，所述第五模態之頻率為所述第一模態之頻率的三倍。
如申請專利範圍第6項所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，由所述饋入點至所述第一自由端之路徑以激發出第六模態。
如申請專利範圍第7項所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第一模態、所述第二模態及所述第三模態共同涵蓋687 MHz至960 MHz頻帶，所述第四模態、所述第五模態及所述第六模態共同涵蓋1675 MHz至2696 MHz頻帶。
如申請專利範圍第1至8項中任意一項所述之應用於具有金屬邊框之電子裝置的LTE多頻單極天線，其中，所述第一L形金屬部與所述第二L形金屬部對應，所述U形金屬部的二端分別與所述第一L形金屬部、所述第二L形金屬部相鄰且各形成一第一間距、第二間距，所述第一間距、第二間距距離相等，所述第一L形金屬部與所述第二L形金屬部間形成第三間距。