TWI423521B - 多頻行動通訊裝置及其天線 - Google Patents

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Description

多頻行動通訊裝置及其天線
本發明係關於一種行動通訊裝置及其天線，尤其是一種適用於多頻操作之行動通訊裝置及其天線。
現今行動通訊裝置的發展越來越快速，WWAN(Wireless Wide Area Network)及LTE(Long Term Evolution)技術蓬勃發展，人們對於行動通訊裝置的需求也越來越高。由於各個國家所使用的通訊系統不盡相同，因此存在著多種無線網路的系統，如LTE700/2300/2500、GSM850/900/1800/1900及UMTS等。而在行動通訊裝置的設計上不僅需要滿足輕、薄、短、小的理念，同時又必須能夠多個頻帶操作。為了滿足此項頻帶需求，在行動通訊裝置設計上可以使用耦合式饋入的技術來達成其內藏式天線之多頻操作的特性。
然而隨著通訊技術的進步，通訊上應用的操作頻帶越來越多，因此行動通訊裝置所需涵蓋的操作頻寬越來越寬，使得一般耦合式饋入的行動通訊裝置也無法完全涵蓋所需的頻帶，例如台灣專利第I295517號“一種內藏式多頻線”，其揭示一種耦合式饋入之行動通訊裝置，其可涵蓋GSM900/1800/1900/UMTS四頻操作。
然而，若要完整涵蓋LTE/GSM/UMTS八頻操作，包含LTE700/GSM850/900(698～960MHz)三頻操作及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500(1710~2690MHz)五頻操作，同時維持天線縮小化之尺寸，此種傳統耦合式饋入方式並無法達成。
因此，有必要提供一種多頻行動通訊裝置及其天線，以解決先前技術所產生的問題。
本發明之目的係在提供一種多頻行動通訊裝置，適用於LTE/GSM/UMTS之八頻操作。
本發明之另一目的係在提供一種天線，適用於LTE/GSM/UMTS之八頻操作。
為了達成上述目的，本發明多頻行動通訊裝置具有一接地面及一天線，該接地面為一行動通訊手機之系統接地面。該天線包含：一單極元件、一短路輻射部、一第一輻射支路及一第二輻射支路。其中該單極元件包括一饋入端，該饋入端為該天線之饋入點，且該單極元件產生該天線之一第一共振模態；該短路輻射部之一端為一短路端，該短路端電氣連接至該接地面，其另一端為開路，該短路輻射部沿著該單極元件延伸，並與該單極元件具有一耦合間距，該短路輻射部藉由該單極元件之耦合激發，產生該天線之一第二共振模態；該第一輻射支路之一端電氣連接至該短路輻射部，其另一端為開路，該第一輻射支路沿著該短路輻射部之該短路端方向延伸，並且該第一輻射支路係位於與該單極元件相對應的另一側，該第一輻射支路產生一第三共振模態，該第三共振模態與該第一共振模態形成該天線之一第一操作頻帶；以及該第二輻射支路之一端電氣連接至該短路輻射部，其另一端為開路，該第二輻射支路沿著該第一輻射支路延伸，並使該第一輻射支路位於該第二輻射支路與該短路輻射部之間，該第二輻射支路產生一第四共振模態，該第四共振模態與該第二共振模態形成該天線之一第二操作頻帶。
為了達成上述另一目的，本發明之天線包含：一單極元件、一短路輻射部、一第一輻射支路及一第二輻射支路。其中該單極元件包括一饋入端，該饋入端為該天線之饋入點，且該單極元件產生該天線之一第一共振模態；該短路輻射部之一端為一短路端，該短路端電氣連接至該接地面，其另一端為開路，該短路輻射部沿著該單極元件延伸，並與該單極元件具有一耦合間距，該短路輻射部藉由該單極元件之耦合激發，產生該天線之一第二共振模態；該第一輻射支路之一端電氣連接至該短路輻射部，其另一端為開路，該第一輻射支路沿著該短路輻射部之該短路端方向延伸，並且該第一輻射支路係位於與該單極元件相對應的另一側，該第一輻射支路產生一第三共振模態，該第三共振模態與該第一共振模態形成該天線之一第一操作頻帶；以及該第二輻射支路之一端電氣連接至該短路輻射部，其另一端為開路，該第二輻射支路沿著該第一輻射支路延伸，並使該第一輻射支路位於該第二輻射支路與該短路輻射部之間，該第二輻射支路產生一第四共振模態，該第四共振模態與該第二共振模態形成該天線之一第二操作頻帶。
根據本發明之其中之一實施方式，該耦合間距少於2mm。
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。
請一併參考第1圖與第2圖。第1圖為本發明多頻行動通訊裝置第一實施例之結構圖，第2圖為本發明多頻行動通訊裝置第一實施例之返回損失模擬圖。多頻行動通訊裝置1具有接地面11及天線12，接地面11為行動通訊裝置之系統接地面，或是行動通訊手機之系統接地面，而天線12係可以印刷、蝕刻或射出成形技術形成於介質基板13上。天線12包含：單極元件14、短路輻射部15、第一輻射支路16及第二輻射支路17。
單極元件14之饋入端141為天線12之饋入點，且單極元件14產生天線12之第一(最高)共振模態21(如第2圖所示)。於本實施例中，單極元件14略呈一倒L形。
短路輻射部15之一端為短路端151，其電氣連接至接地面11之接地點111，其另一端為開路端152，短路輻射部15沿著單極元件14延伸，並與單極元件14具有耦合間距18。於本實施例中，耦合間距18少於2mm。短路輻射部15藉由單極元件14之耦合激發，產生天線12之第二(最低)共振模態22(如第2圖所示)。
第一輻射支路16之一端電氣連接至短路輻射部15，其另一端為開路，第一輻射支路16沿著短路輻射部15之短路端151方向延伸，並位於與單極元件14相對應的另一側，第一輻射支路16產生第三共振模態23(如第2圖所示)，第三共振模態23與該第一共振模態21形成天線12之第一(較高)操作頻帶25(如第2圖所示)，其中第一操作頻帶25能涵蓋1710至2690MHz。
第二輻射支路17之一端電氣連接至短路輻射部15，其另一端為開路，第二輻射支路17沿著第一輻射支路16延伸，並使第一輻射支路16位於第二輻射支路17與短路輻射部15之間，第二輻射支路17產生第四共振模態24(如第2圖所示)，第四共振模態24與第二共振模態22形成該天線之一第二(較低)操作頻帶26(如第2圖所示)，其中第二操作頻帶26能涵蓋698至960MHz。
於第2圖中，橫軸代表操作頻率，縱軸代表返回損失。在第一實施例中選擇下列尺寸來進行模擬：接地面11長度約100mm、寬度約40mm；天線12面積約40×15mm2 ；介質基板13採用長度約45mm、寬度約15mm、厚度約0.8mm的玻璃纖維介質基板；單極元件14為一倒L形金屬片，長度約24mm、寬度約6mm；短路輻射部15長度約39mm、寬度約0.5mm的；第一輻射支路16長度約38mm、寬度約1.5mm；第二輻射支路17長度約49mm、寬度約1mm。
如第2圖所示，第一實施例1可產生該天線之第一(最高)共振模態21、第二(最低)共振模態22、第三共振模態23及第四共振模態24，而第一(最高)共振模態與第三共振模態形成該天線之第一(較高)操作頻帶25，在3:1 VSWR返回損失定義下(行動通訊裝置天線設計規範)，涵蓋至少1710~2690MHz，第二(最低)共振模態與第四共振模態則形成該天線之第二(較低)操作頻帶26，涵蓋至少698~960MHz，此二操作頻帶可以涵蓋LTE/GSM/UMTS之八頻操作。
接著請參考第3圖，為本發明天線第二實施例之結構圖。多頻行動通訊裝置3具有接地面11及天線32，天線32包含：單極元件34、短路輻射部15、第一輻射支路16及第二輻射支路17。第二實施例與第一實施例的整體結構大致相同，其不同之處在於，第二實施例之單極元件34為略呈T形之金屬片。
接著請參考第4圖，為本發明天線第三實施例之結構圖。多頻行動通訊裝置4具有接地面11及天線42，天線42包含：單極元件44、短路輻射部15、第一輻射支路16及第二輻射支路17。第三實施例與第一實施例之整體結構大致相同，其不同之處在於，單極元件44略呈倒U形之金屬片。
上述第二與第三實施例中，雖然在單極元件之形狀上有些許變化，但僅需調整單極元件之尺寸，也可產生第一(最高)共振模態，且電磁耦合激發短路輻射部，並電容耦合至第一輻射支路及第二輻射支路，分別產生第二(最低)、第三及第四共振模態，最後合成為二個寬頻之操作頻帶。
接著請參考第5圖，為本發明天線第四實施例之結構圖。多頻行動通訊裝置5具有接地面11及天線52，天線52包含：單極元件14、短路輻射部15、第一輻射支路16及第二輻射支路17與第三輻射支路59。第四實施例與第一實施例的整體結構亦大致相同，其不同之處在於，第四實施例另具有第三輻射支路59，其一端電氣連接至短路輻射部15，其另一端為開路，第三輻射支路59沿著短路輻射部15之短路端151方向延伸，並位於與單極元件14相對應之另一側，並且第三輻射支路59位於第一輻射支路16與短路輻射部15之間。第三輻射支路59可以產生額外的共振模態，以增加天線52之操作頻寬。
上述之第二實施例、第三實施例及第四實施例皆可達成與第一實施例相似的功效。
綜合上述，本發明行動通訊裝置使用單極元件作為其天線之饋入部，單極元件亦可以產生共振模態(第一共振模態)，增加天線之操作頻寬，同時作為天線之饋入部時，可以電容耦合激發天線之短路輻射部，並電容耦合激發連接至短路輻射部之第一輻射支路及第二輻射支路，分別產生共振模態(第二、第三及第四共振模態)，使得天線可以有四個共振模態產生，合成二個寬頻之操作頻帶(第一及第二操作頻帶)，分別足以涵蓋LTE700/GSM850/900三頻操作及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500五頻操作。且天線為平面結構，短路輻射部沿著單極元件方向延伸，而第一輻射支路沿著短路輻射部方向延伸，第二輻射部則沿著第一輻射支路方向延伸，藉由如此排列方式便可有效縮小天線尺寸，其所佔面積僅約40×15mm2 (600mm2 )或可更小，相當符合縮小化之多頻行動通訊裝置實際應用時的需求，特別是薄形行動通訊裝置之應用上。
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．．．多頻行動通訊裝置
11．．．接地面
111．．．接地點
12、32、42、52．．．天線
13．．．介質基板
14、34、44．．．單極元件
141、341、441．．．饋入端
15．．．短路輻射部
151．．．短路端
152．．．開路端
16．．．第一輻射支路
17．．．第二輻射支路
18、38、48．．．耦合間距
21．．．第一(最高)共振模態
22．．．第二共振模態
23．．．第三共振模態
24．．．第四共振模態
25．．．第一操作頻帶
26．．．第二操作頻帶
59．．．第三輻射支路
第1圖為本發明多頻行動通訊裝置第一實施例之結構圖。
第2圖為本發明多頻行動通訊裝置第一實施例之返回損失模擬圖。
第3圖為本發明多頻行動通訊裝置第二實施例之結構圖。
第4圖為本發明多頻行動通訊裝置第三實施例之結構圖。
第5圖為本發明多頻行動通訊裝置第四實施例之結構圖。
1．．．多頻行動通訊裝置
11．．．接地面
111．．．接地點
12．．．天線
13．．．介質基板
14．．．單極元件
141．．．饋入端
15．．．短路輻射部
151．．．短路端
152．．．開路端
16．．．第一輻射支路
17．．．第二輻射支路
18．．．耦合間距

Claims (10)

  1. 一種多頻行動通訊裝置，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：一單極元件，其包括一饋入端，該饋入端為該天線之饋入點，該單極元件產生該天線之一第一共振模態；一短路輻射部，其一端為一短路端，該短路端電氣連接至該接地面，其另一端為一開路端，該短路輻射部沿著該單極元件延伸，並與該單極元件具有一耦合間距，且該短路輻射部之該短路端與該開路端係分別位於該單極元件之相對兩側，該短路輻射部藉由該單極元件之耦合激發，產生該天線之一第二共振模態；一第一輻射支路，其一端電氣連接至該短路輻射部，其另一端為開路，該第一輻射支路沿著該短路輻射部之該短路端方向延伸，並且該第一輻射支路係位於與該單極元件相對應的另一側，該第一輻射支路產生一第三共振模態，該第三共振模態與該第一共振模態形成該天線之一第一操作頻帶；及一第二輻射支路，其一端電氣連接至該短路輻射部，其另一端為開路，該第二輻射支路沿著該第一輻射支路延伸，並使該第一輻射支路位於該第二輻射支路與該短路輻射部之間，該第二輻射支路產生一第四共振模態，該第四共振模態與該第二共振模態形成該天線之一第二操作頻帶。
  2. 如申請專利範圍第1項之多頻行動通訊裝置，其中該耦合間距少於2mm。
  3. 如申請專利範圍第1項之多頻行動通訊裝置，其中該單極元件略呈一倒L形、一T形或一倒U形。
  4. 如申請專利範圍第1項之多頻行動通訊裝置，其中該接地面為一行動通訊手機之系統接地面。
  5. 如申請專利範圍第1項之多頻行動通訊裝置，其中該第一操作頻帶涵蓋1710至2690MHz。
  6. 如申請專利範圍第1項之多頻行動通訊裝置，其中該第二操作頻帶涵蓋698至960MHz。
  7. 如申請專利範圍第1項之多頻行動通訊裝置，其中該天線具有一第三輻射支路，其一端電氣連接至該短路輻射部，其另一端為開路，該第三輻射支路沿著該短路輻射部之該短路端方向延伸，並且該第三輻射支路位於與該單極元件相對應之另一側，該第三輻射支路產生一共振模態，以增加該天線之操作頻寬。
  8. 如申請專利範圍第7項之多頻行動通訊裝置，其中該第三輻射支路位於該第一輻射支路與該短路輻射部之間。
  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：一單極元件，其包括一饋入端，該饋入端為該天線之饋入點，該單極元件產生該天線之一第一共振模態；一短路輻射部，其一端為一短路端，該短路端電氣連接至該接地面，其另一端為一開路端，該短路輻射部沿著該單極元件延伸，並與該單極元件具 有一耦合間距，且該短路輻射部之該短路端與該開路端係分別位於該單極元件之相對兩側，該短路輻射部藉由該單極元件之耦合激發，產生該天線之一第二共振模態；一第一輻射支路，其一端電氣連接至該短路輻射部，其另一端為開路，該第一輻射支路沿著該短路輻射部之該短路端方向延伸，並且該第一輻射支路係位於與該單極元件相對應的另一側，該第一輻射支路產生一第三共振模態，該第三共振模態與該第一共振模態形成該天線之一第一操作頻帶；及一第二輻射支路，其一端電氣連接至該短路輻射部，其另一端為開路，該第二輻射支路沿著該第一輻射支路延伸，並使該第一輻射支路位於該第二輻射支路與該短路輻射部之間，該第二輻射支路產生一第四共振模態，該第四共振模態與該第二共振模態形成該天線之一第二操作頻帶。
  10. 如申請專利範圍第9項之天線，其中該天線係位於一介質基板上。
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