TWI419405B - 行動通訊裝置及其天線 - Google Patents

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Description

行動通訊裝置及其天線
本發明係關於一種行動通訊裝置，特別是一種具有多頻天線之行動通訊裝置。
隨著行動通訊產業的蓬勃發展，行動通訊裝置的產品相當多元化，其中，又以行動手機最為普及。現今的行動手機不但通訊功能已是基本需求，多媒體的應用及其傳輸亦是不可缺少。例如人們使用手機上網獲得即時資訊、文書處理重要文件或是享受影音帶來的娛樂等。行動手機所提供的服務大多需依靠無線通訊傳輸來達成，因此天線是實現多媒體手機的重要關鍵元件。
為了達成眾多不同的無線應用，手機天線的多頻化已是發展趨勢，這亦代表天線需具有同時多頻操作之功能。一般手機天線設計大多以倒F形天線為主，其中又以使用多個共振路徑產生多個共振模態來達成多頻或寬頻操作較為常見，例如台灣專利公告號第I227576號「具有寄生短路金屬臂之雙頻倒F形天線」，其揭示一種利用多個共振路徑產生多個共振模態來達成多頻操作，然而該天線之操作頻寬仍相當有限，無法滿足現今無線通訊LTE(Long Term Evolution)及WWAN(Wireless Wide Area Network)所需之八頻操作，包含低頻帶的LTE700/GSM850/900(698~960MHz)三頻操作及高頻帶的GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500(1710~2690MHz)五頻操作。若再使用更多個共振路徑來達成寬頻或多頻操作，天線之物理尺寸將太大，不適合應用於現今行動手機之中。
因此，有必要提供一種行動通訊裝置，以改善先前技術所存在的問題。
本發明之目的在於提供一種行動通訊裝置，其具有天線，該天線尺寸小，使用一個寬輻射金屬部，即能於低頻及高頻分別產生寬頻操作頻帶，達成雙寬頻之特性，可以同時滿足LTE/WWAN之八頻操作。
本發明之另一目的在於提供一種天線，該天線尺寸小，使用一個寬輻射金屬部，即能於低頻及高頻分別產生寬頻操作頻帶，達成雙寬頻之特性，可以同時滿足LTE/WWAN之八頻操作。
為了達成上述目的，本發明行動通訊裝置具有一接地面及一天線，該天線位於一介質基板上。該天線包含：一輻射金屬部，其具有一寬度與一長度，該寬度至少為該長度之1/8以上，該輻射金屬部之一邊緣面向該接地面，並且該邊緣與該接地面之間具有一間距，在該邊緣上具有一短路點，該輻射金屬部通過該長度之中央定義一中心線，該短路點與該輻射金屬部之該中心線之距離少於15mm；一耦合金屬部，其藉由一耦合間距將電磁能量耦合至該輻射金屬部，該耦合金屬部並經由一連接金屬線電氣連接至一訊號源，該連接金屬線與該輻射金屬部之該中心線之距離少於15mm；以及一短路金屬部，其一端電氣連接至該輻射金屬部，其另一端電氣連接至該接地面，該短路金屬部具有一晶片電感，或該短路金屬部之長度至少為該輻射金屬部與該接地面之該間距的2倍長。
為了達成上述目的，本發明之天線包含：一輻射金屬部，其具有一寬度與一長度，該寬度至少為該長度之1/8以上，該輻射金屬部之一邊緣面向該接地面，並且該邊緣與該接地面之間具有一間距，在該邊緣上具有一短路點，該輻射金屬部通過該長度之中央定義一中心線，該短路點與該輻射金屬部之該中心線之距離少於15mm；一耦合金屬部，其藉由一耦合間距將電磁能量耦合至該輻射金屬部，該耦合金屬部並經由一連接金屬線電氣連接至一訊號源，該連接金屬線與該輻射金屬部之該中心線之距離少於15mm；以及一短路金屬部，其一端電氣連接至該輻射金屬部，其另一端電氣連接至該接地面，該短路金屬部具有一晶片電感，或該短路金屬部之長度至少為該輻射金屬部與該接地面之該間距的2倍長。
為讓本發明之上述和其他目的、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。
請參考第1圖，為本發明行動通訊裝置第一實施例之結構圖。行動通訊裝置1具有接地面11及天線12，天線12位於介質基板121上，舉例來說，天線12係以蝕刻或印刷技術形成於介質基板121上。天線12包含輻射金屬部13、耦合金屬部14與短路金屬部17。
於本實施例中，輻射金屬部13係呈長方形，其具有寬度135與長度136，其中寬度135至少為長度136之1/8。若寬度135小於長度136之1/8時，天線12之操作頻寬將明顯下降，而無法滿足低頻頻帶至少約270MHz及高頻頻帶至少約1GHz之需求。
輻射金屬部13之邊緣131面向接地面11，亦即邊緣131為輻射金屬部13之四個邊緣中，較接近接地面11之邊緣。邊緣131與接地面11之間具有間距132，在邊緣131上具有短路點133，短路點133與輻射金屬部中心線134之距離少於15mm，且原則上距離愈小愈好。。對於一般行動通訊裝置如行動手機之寬度至少為40mm以上而言，該距離條件可使得短路點133大致位於輻射金屬部13之中心線134附近。
耦合金屬部14藉由耦合間距15(亦即為介質基板121之厚度)將電磁能量耦合至輻射金屬部13，耦合金屬部14並電氣連接至連接金屬線16，且連接金屬線之一端161電氣連接至訊號源(圖未示)，連接金屬線16之側邊與輻射金屬部之中心線134之距離少於15mm，且原則上距離愈小愈好。
短路金屬部17之一端電氣連接至輻射金屬部13之短路點133，短路金屬部17之另一端連接至接地面11之接地點111。於本實施例中，短路金屬部17之彎折長度至少為輻射金屬部13與接地面11之間距132的2倍長。
其中，短路金屬部17之線寬若愈細，其長度將可縮短，不過仍至少需為輻射金屬部13與接地面11之間距132的2倍長，以提供天線輸入阻抗足夠之電感量。原則上短路金屬部17之線寬必須小於1mm，若短路金屬部17之線寬大於1mm以上，則將不能提供天線輸入阻抗足夠的電感量。
接著請參考第2圖，為行動通訊裝置第一實施例之實測返回損失圖。其中橫軸代表操作頻率，縱軸代表返回損失。第一實施例選擇接地面11長度約100mm、寬度約40mm；天線12之面積約20x40mm2 ，位於一厚度約0.8mm之介質基板121上，輻射金屬部13之長度約40mm、寬度約10mm，寬度約為長度之1/4，輻射金屬部13之邊緣131與接地面11具有約8mm之間距132，邊緣131之短路點133與輻射金屬部13之中心線134之距離約1.0mm；耦合金屬部14之長度約12mm、寬度約1.5mm；連接金屬線16之長度約8mm，寬度約1.5mm，並與輻射金屬部13之中心線134之距離約2mm；短路金屬部17之長度約31mm，寬度約0.4mm，短路金屬部17之彎折長度約為輻射金屬部13與接地面11之間距132的4倍長。短路點133與輻射金屬部13之中心線134之距離，及連接金屬線16與輻射金屬部13之中心線134之距離均少於15mm。此時配合輻射金屬部13具有較寬之寬度(其寬度至少為長度之1/8 以上)及短路金屬部17能提供天線輸入阻抗足夠的電感量，天線12能於低頻頻帶產生一寬頻操作頻帶。
由實驗結果得知，於6dB返回損失之定義下(行動通訊裝置天線設計規範)，本發明行動通訊裝置第一操作頻帶21可涵蓋LTE700/GSM850/900(698~960MHz)之三頻操作，第二操作頻帶22可涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500(1710~2690MHz)之五頻操作，因此共可涵蓋八頻操作。
接著請參考第3圖，為本發明行動通訊裝置第二實施例之結構圖。行動通訊裝置3具有接地面11及天線32，天線32位於介質基板121上。天線32包含輻射金屬部13、耦合金屬部14與短路金屬部37。
其中短路金屬部37具有晶片電感，於本實施例中，其值約8nH，其他結構與第一實施例相似。由於晶片電感能夠提供天線32輸入阻抗足夠的電感量，因此適當的晶片電感值將能有效縮短短路金屬部37之長度。於本實施例中，短路金屬部37係呈直線，其長度可約為輻射部13與接地面11之間距132。第二實施例因此亦能獲得與第一實施例近似的結果。
接著請參考第4圖，為本發明行動通訊裝置第三實施例之結構圖。行動通訊裝置4具有接地面11及天線42，天線42位於介質基板121上。天線42包含輻射金屬部43、耦合金屬部14與短路金屬部17。
其中輻射金屬部43為經由二次彎折之三維立體結構，其他結構與第一實施例相似。輻射金屬部43經彎折後，可縮小天線42之尺寸，因此可以達成天線縮小化之目的。第三實施例亦能獲得與第一實施例近似的結果。
接著請參考第5圖，為本發明行動通訊裝置第四實施例之結構圖。行動通訊裝置5具有接地面11及天線52，天線52位於介質基板121上。天線52包含輻射金屬部13、耦合金屬部54與短路金屬部17。
其中耦合金屬部54、連接金屬線56與輻射金屬部13於介質基板121之相同表面上，其他結構與第一實施例相似。天線52因為單平面之結構，可一次印刷或蝕刻而成，方便實際製作。第四實施例亦能獲得與第一實施例近似的結果。
接著請參考第6圖，為本發明行動通訊裝置第五實施例之結構圖。行動通訊裝置6具有接地面11及天線62，天線62位於介質基板121上。天線62包含輻射金屬部63、耦合金屬部14與短路金屬部17。
其中輻射金屬部63內部具有至少一個槽孔。於本實施例中，輻射金屬部63內部具有二個槽孔637、638，其他結構與第一實施例相似。由於輻射金屬部63為一較寬之金屬部，其內部之表面電流分佈相較於靠近輻射金屬部邊緣131之區間一般較弱，因此當置入至少一個槽孔637、638，天線62所激發之表面電流受槽孔637、638之影響相對很小，此時，第五實施例亦能獲得與第一實施例近似的結果。
綜合上述，本發明行動通訊裝置之天線以耦合饋入方式將電磁能量由耦合金屬部透過耦合間距傳遞至輻射金屬部。而輻射金屬部之寬度至少為其長度之1/8以上，此時透過耦合饋入之激發，天線能於高頻約2.2GHz處，產生寬頻之第二(高頻)操作頻帶，來滿足GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500五頻之操作頻寬(約1GHz)。
輻射金屬部之短路點與輻射金屬部中心線之距離少於15mm，且連接金屬線與輻射金屬部中心線之距離皆需少於15mm，亦即短路點及連接金屬線均應大致位於輻射金屬部之中心線附近，愈靠近輻射金屬部之中心線附近，原則上較佳。此時再配合輻射金屬部具有較寬之寬度(其寬度至少為其長度之1/8以上)，天線能於低頻約850MHz處產生第一(低頻)操作頻帶，且配合短路金屬部具有晶片電感或其彎折長度至少為輻射金屬部與接地面之間距之2倍長，將可以提供天線輸入阻抗足夠之電感量，以補償原先天線輸入阻抗之電容性較大之情形，使得第一(低頻)操作頻帶之頻寬大幅改善，來滿足LTE700/GSM850/900三頻之操作頻寬(約270MHz)。
因此本發明行動通訊裝置之天線於低頻與高頻均具有寬頻之特性，其操作頻帶可同時涵蓋LTE/GSM/UMTS之八頻操作，且天線具有尺寸小之特點(當置放於行動裝置之系統電路板時，該天線所佔面積約40x20mm2 或更小)，適合內藏於現今行動通訊裝置之中。
綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，懇請 貴審查委員明察，早日賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1、3、4、5、6．．．行動通訊裝置
11．．．接地面
111．．．接地點
12、32、42、52、62．．．天線
121．．．介質基板
13、43、63．．．輻射金屬部
131．．．邊緣
132．．．間距
133．．．短路點
134．．．中心線
135．．．寬度
136．．．長度
14、54．．．耦合金屬部
15、55．．．耦合間距
16、56．．．連接金屬線
161、561．．．一端
17、37．．．短路金屬部
21．．．第一操作頻帶
22．．．第二操作頻帶
637、638．．．槽孔
第1圖為本發明行動通訊裝置第一實施例之結構圖。
第2圖為本發明行動通訊裝置第一實施例之實測返回損失圖。
第3圖為本發明行動通訊裝置第二實施例之結構圖。
第4圖為本發明行動通訊裝置第三實施例之結構圖。
第5圖為本發明行動通訊裝置第四實施例之結構圖。
第6圖為本發明行動通訊裝置第五實施例之結構圖。
1．．．行動通訊裝置
11．．．接地面
111．．．接地點
12．．．天線
121．．．介質基板
13．．．輻射金屬部
131．．．邊緣
132．．．間距
133．．．短路點
134．．．中心線
135．．．寬度
136．．．長度
14．．．耦合金屬部
15．．．耦合間距
16．．．連接金屬線
161．．．一端
17．．．短路金屬部

Claims (9)

  1. 一種行動通訊裝置，具有一接地面及一天線，該天線位於一介質基板上，該天線包含：一輻射金屬部，其具有一寬度與一長度，該寬度至少為該長度之1/8以上，該輻射金屬部之一邊緣面向該接地面，並且該邊緣與該接地面之間具有一間距，在該邊緣上具有一短路點，該輻射金屬部在該長度之中央定義一中心線，該短路點與該輻射金屬部之該中心線之距離少於15mm；一耦合金屬部，其藉由一耦合間距將電磁能量耦合至該輻射金屬部，該耦合金屬部並經由一連接金屬線電氣連接至一訊號源，該連接金屬線與該輻射金屬部之該中心線之距離少於15mm；以及一短路金屬部，其一端電氣連接至該輻射金屬部，其另一端電氣連接至該接地面，該短路金屬部具有一晶片電感，或該短路金屬部之彎折長度至少為該輻射金屬部與該接地面之該間距的2倍長。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該天線之該短路金屬部之線寬小於1mm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該天線之該輻射金屬部具有至少一次彎折，形成一三維立體結構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該天線之該輻射金屬部與該耦合金屬部位於該介質基板之不同表面上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該天 線之該輻射金屬部與該耦合金屬部位於該介質基板之相同表面上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該天線之操作頻帶涵蓋698~960MHz及1710~2170MHz。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該輻射金屬部內部具有至少一個槽孔。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該耦合間距係為該介質基板之厚度。
  9. 一種天線，用於具有一接地面之一行動通訊裝置，該天線包含：一輻射金屬部，其具有一寬度與一長度，該寬度至少為該長度之1/8以上，該輻射金屬部之一邊緣面向該接地面，並且該邊緣與該接地面之間具有一間距，在該邊緣上具有一短路點，該輻射金屬部在該長度之中央定義一中心線，該短路點與該輻射金屬部之該中心線之距離少於15mm；一耦合金屬部，其藉由一耦合間距將電磁能量耦合至該輻射金屬部，該耦合金屬部並經由一連接金屬線電氣連接至一訊號源，該連接金屬線與該輻射金屬部之該中心線之距離少於15mm；以及一短路金屬部，其一端電氣連接至該輻射金屬部，其另一端電氣連接至該接地面，該短路金屬部具有一晶片電感，或該短路金屬部之彎折長度至少為該輻射金屬部與該接地面之該間距的2倍長。
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