TW567640B - Wireless terminal - Google Patents

Description

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本發明關於提供天線分集， 及立至術 無線終端如行動電話手機 式螺旋線或曲折線天線，或 (PIFA)或相似物。 如行動電話手機之無線終端。 ’典型併入一外天線如正常模 一内部天線，如平面倒F天線

裝 办$種天線甚小（與波長相對），因此，因為小天線，窄帶 見X到基本限制。但細胞無線電通信系統典型具有10%或 更夕之分數帶寬。自一PIFA_•此一帶寬需要可觀之體積 ’補片天線之帶寬與其體積間i 一直接關係，但此一體積 在目前小手機趨勢之下，不易獲得。因此由於上述之此」 限制，不可能自現代無線終端之小天線，達到有效寬帶輻

…、線、：¾¾之天線裝置之另一問題為，其通常不平衡，因 此強列耦合至終端箱。結果，大量之輻射自終端本身發出 而非自天線發出。一無線終端，其天線饋電直接耦合至 天線箱％，即可有此一優勢，此一無線終端已揭示於共同 未公布之英國專利申請0108、899·6 (申請人參考PHGB010056) 。如饋電適當時，終端箱可作為一有效寬帶輻射器。 許多情形下，如無線終端能實施天線分集則甚為理想， 因此可用二或多個天線一起以改進單一天線所能達成之性 月匕。通常，天線分集可導致較佳接收，節省功率及延長電 池哥命。但提供二或多個傳統天線於無線終端裝，如行動 電話手機’需要額外之體積.，此點對目前較小手機趨勢下 -4- 本纸張尺1適用巾g @家料(CNS) Α4麟m〇X297公釐) 0/64〇 發明説明（2 甚為不理想。 支普明概诫 之目的為提供_具有天線分集及在—寬 效輻射特性之緊致無線終端。 , 據本發$所備之無線終端包括一接地導體及-收發 :接=複數個天線饋電，其中每-天線饋電直接-合 因接地導體(典型為手機本體)係用來作輻射元件，僅需 鉍：之額外體積以實施天線久集(僅需第二電容器及其他 轉口元件所佔之體積）。因此本發明提供與已知裝置相 降低體積需求之天線分集，但扔能提供足夠長之帶 安雖^使用一饋電至一彡同輻射元件可能引起二天線圖 ”間之糾錯’已證明低糾錯（即良好分集性能）實際上亦可 達成。 本發月係基於-$知，在習知技藝中所無者，天線及益 線手機之阻抗與不對稱^極子相似，其為分離的，及基

於另一認知，即天線於I + JL A 深丨抗了由一非輻射元件耦合取代。 式簡略說明 本發明之實施例將以舉例及參考圖式予以說明，其中： 圖1顯示一非對稱耦極子天線模型，代表一天線及無線 終端之組合； 一- 圖2為-曲線，代表非對稱轉極子之組抗元件之可分性； 圖3為一手機及一天線組合之等值電路； 圖4為電容性背部耦合手機之等值電路；

567640 A7 B7 五 發明説明（3 ) 圖5為基本電谷性背部合手機之透視圖； 圖6為圖·5手機在頻率f MHz時之模擬回程損耗之犯單 位； 圖7為Smith圖，顯示圖5手機在頻率1〇〇〇 —28〇〇 MHz範 圍時之模擬阻抗； 圖8為圖5手機模擬電阻圖； 圖9為具有二饋電之雙間隙電容性背部耦合手機之透視 圖； 圖ίο為圖9手機之一個饋電哼在頻率fMHz之回程損耗 Sn以dB為單位； - 圖11為Smithil ’顯示圖9在頻率範圍i咖至2綱MHz時， 手機之一個饋電之模擬阻抗； 圖12為圖9之手機之一個饋電時。在頻率f MHz時之模擬 還成損耗Sn以dB為單位； 圖MSmith圖，顯示圖9中手機之一個饋電之模擬阻抗 ’及在頻率刪-2_MHz範圍時之額外匹配； °為圖9之手機之一個饋電時，頻率f MHz時之模擬還 成損耗S"，以犯為單位；及 >圖15為Smith圖’顯示圖9之手機之一個饋電時之模擬阻 抗及在握於手中時在頻率ι〇⑽一2_顧z範圍時之額外 匹配。 一- 一圖中使用相同參考號碼指示同一元件。 實本槿式匕 圖1顯不一益魂丰抱+ …、’于機在其天線饋電點之收發機發射時之 ^尺度適用中國國· m 裝 訂 線 ) 五、發明説明（4 阻抗模型。阻抗一非對稱耦極子為模型，其中之第一臂 102代表天線之阻抗，第二臂1〇4代表手機之阻抗，二臂由 源106所驅動。如圖所示，此一安排之阻抗實質上等於每 一臂102及104之阻抗之和，分別驅動以對實際接地1〇8。 此模式可以代表收發機之阻抗取代源1〇6而用於接收，但 此舉較難模擬。 此模型之有效性已由一模擬由知名之NEC (數字電磁碼） ，利用長度40 mm，直徑！ mm之第一臂1〇2及長度8〇 mm ，直徑1 mm之第二臂104檢秦、獨2顯示組合之裝置化#尺 及Ref X)之實數及虛數部分結i(R+jx)，及分別模擬阻抗 及相加之結果。可見模擬甚為接近。當準確模擬甚難時， 唯一之偏移係在半波共振區。 自天線饋電點觀之，天線及手機組合之等值電路如圖3 所示。〜叩丨代表天線之阻抗，R2〜X2代表手機之阻抗 。自此等值電4，可推出由天線Ρι及手機匕所輕射之 可由下式表之：

Pi Ri -- -- P2 R2 如天線之尺寸降低，其輻射電阻心降低為零，所有輻射 均來自手機。如手機阻抗適於驅動其之源106，及如益限 小之天線電容性電抗可增加背部耦合至 ^ " 可為有利。 - 手機，則此-情形 以此寺修改，修改後之等值電路如 P ^ ^ 如圖4所不。天線因此 已被非吊小之背部耦合電容器所取代 八 具设计為或獲得一 大电谷供最大耦合及最小電抗。背部耦 1柄σ冤各器之剩餘電

本紙張尺度適家標準規格(2ι〇χ29?公爱) 567640 A7

567640 五、發明説明（6

為提供天線分集，至少需要二耦合元件。圖9顯示如何 完成之一例。一分集手機9〇2具有一尺寸為1〇χ4〇χ1〇〇 mm 之導電箱，二間隙912在箱中切割。每一間隙9i2之寬度為 3 mm，深度為29.5 mm，配置在手機9〇2 一側之i2 mm處。 如在前實施例所述，電容器504係由極板5〇6構成，其尺寸 為10x10 mm，裝在手機902之頂部表面9〇8高出4 mm以支 座510支撐。 此貫施例之回程損耗Si丨利用HFSS模擬，圖1〇顯示頻率f 為1000及2800 HMz間之結果〜。在此模擬中，一電容器5〇4 為直接饋電，而不需匹配，另一電容器5〇4為開路。有二 共振存在，一共振以1.83 GHz為中心，另一共振以2.24 GHz為中心。第一個共振與僅一電容器5〇4及間隙912存在 時可達成之共振相似，其示於我們正在審核中且未公告之 英國專利申請號0019335.9。第一個共振之中心頻率由第 二間隙912之存在而降低，因為間隙912之長度與具有單一 間隙9 12之實施例相較已降低。Smith圖說明一此實施例在 相同頻率範圍之模擬阻抗，如圖丨丨所示。此Smith圖中之 迅速阻抗變化反映出第二，共振之窄帶特性。 此實施例之響應可由匹配而予以改進。利用相似之二電 感器匹配網路，如基本實施例所用者實施模擬，但同時匹 配二饋電。此將用於雙接收機分集結構，其中二天線同時 可供使用。用一饋電連接及匹配而另一脫接或以另一阻抗 為負載，亦可獲得相似之性能，如用於切換分集之構型中。圖12顯示頻率£在1000_2800 MHz之間時之回程損耗s"

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。7 dB日守之回私知耗現在約為75〇 MHz或。此足夠同 時涵蓋UMTS及DCS 1800頻帶，該頻帶需要自i7i〇_2i7〇 MHz之涵蓋。Smith圖說明此實施例在相同頻率範圍之模 擬阻抗，如圖13所示。 進一步模擬之執行，手機為手持型，以丨cm厚之手放在 手機之60 mm之四週並圍繞其他三侧邊。手被模擬為均句 體積複介電質材料，具有介電常數49，及在19〇〇 乂^時 之導電率1.6 S/m。圖14及15分別顯示回程損耗S4Smith 圖之結果。儘管手機作為幅射良、统之一部份，天線效率僅 降低27% (以輸入功率與在模‘中問題空間邊界之統合功 率之比值計算）。此一效率之降低與傳統手機在手持時發 現之效率降低相似。 為使天線刀集有用，各別天線之幅射圖案必須足夠解除 相關。效0 · 7為小之相關，通常認為係一良好分集性能。 手機902之相關在插作頻帶之三個頻率上，為匹配饋電而 計算及為不同使用構想而計算，其結果如下·· 頻率(MHz) 環境 1711 1918 2170 鄉村 ' 0.58 0.21 0.63 市郊 0.46 0.10 0.51 部市宏/微單元 0.45 0.10 0.50 都市微微單元 σ.46 0.11 0.51 室外至室内 -0.34 0.04 0.37 t内 0.35 0.05 0.39 相關亦為手持手機計算，以手涵蓋手機902三側邊之較低 低60 mm。獲得以下之結果： -10-

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線 567640 A7 B7 五、發明説明（8 頻率(MHz) 環境 1711 1918 2170 都市 0.21 0.04 0.45 市郊 0.14 0.05 0.46 都市宏/微單元 0.18 0.06 0.45 都市微微單元 0.10 0.00 0.38 室外至室内 0.06 0.02 0.30 室内 0.09 0.01 0.31 上述結果清晰顯示在一寬帶寬之環境下可獲得良好分集 性能。在一電容器504以另一終端在不匹配負載下之電容 器504饋電情況下，亦可獲得相似之良好性能，如切換分 集一樣。 上述之分集實施例利用手機箱902中之間隙912，以改進 饋電匹配以涵蓋二DCS1800及UMTS頻帶。其他實施例亦 屬可能（包括無手機間隙者），其可用體積交換帶寬。當備 有間隙時，間隙可延伸至手機之全長度，並可提供額外間 隙以提高多頻帶作業。在上述之分集實施例中，間隙912 之功能為提供一阻抗轉換，俾天線饋電可提供一合理匹配 為5 0Ω。只要天線饋電在接地導體902 (例如圖9中，在 1711 MHz時分隔約0.2波長）上有足夠之分隔時，亦可達成 適當之分集性能。 ‘ 上述之實施例係根據電容性耦合。但任何其他犧牲（非 幅射）耦合元件亦可使用，如使用電感性耦合。此外， 耦合元件可以改變以便增家阻抗匹配。例如，電容性耦合 可經由電感性元件達成。此舉可有較易之匹配以產生更多 寬帶響應。 在上述實施例中，一導電手機箱為一幅射元件。但在無 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂

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Claims (1)

1. 567640

   第091101500號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(92年8月） 申請專利範圍 1. 一種無線終端機，其包含一接地導體及一耦合至複數個 天線饋電足收發機，其中每一天線饋電係個別地經由實 質上非輻射之耦合元件直接耦合至接地導體，因此使得 該接地導體具有了如同天線分集配置之功能。 2·如申請專利範圍第i項之終端冑，其特徵為每一韓合元 件包含一電容器。 3. 如申請專利範圍第2項之終端冑，其特徵為該電容器為 -並聯平行板電容器，由—導電極板與接地導體之—部 份構成。 4. 如申請專利範圍第卜2，或3項之終端機，其特徵為在 接地導體中備有一間隙。 5. 如申請專利範圍第4項之終端貞，其特徵為該間隙與終 端之主抽平行。 其特徵為接 其特徵為接 其特徵為在 6·如申請專利範圍第1 , 2，或3項之終端機 地導體為手機箱。 7·如申請專利範圍第1，2，或3項之終端機 地導體為一印刷電路板接地平面。 8 ·如申$肖專利机圍弟1 ’ 2 ’或3項之終端機 收發機與每一天線饋電間備有一匹配網路 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)