TWI442632B - 行動通訊裝置及其天線結構 - Google Patents

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Description

行動通訊裝置及其天線結構
本發明係關於一種行動通訊裝置及其天線結構，特別是其接地元件之一邊緣具有一缺口，該缺口不在該接地元件之一邊緣之一角落處，且其內建之多頻天線配置於該缺口處，用以降低使用者手部對於天線之影響。
近年來由於行動通訊技術的進步，使得行動通訊裝置成為許多人生活的一部分，生活環境中亦充斥著不同操作系統的電磁波，因此電磁波對於使用者的影響已成為一個備受重視的課題，特別是與使用者長時間接觸的行動通訊裝置，如手機、平板電腦等。但另一方面，行動通訊裝置因使用者手部對於其內建天線特性所造成的影響，亦成為一項重要課題。舉例來說，於先前技術中，如美國專利第7768466 B2號「多頻折疊迴圈天線(Multiband folded loop antenna)」即揭示一種具有多頻迴圈天線之行動通訊裝置，該迴圈天線是配置於接地面之一邊緣，並佔據整個邊緣來達成寬頻之操作，然而此種天線配置方式無法與周圍之接地面緊密結合，易造成裝置內部之空間浪費。同時，當使用者使用此通訊裝置時，由於手部與天線間之距離較近，容易因為使用者手部握姿的不同而影響了天線的特性。
因此，有必要提供一種行動通訊裝置，其具有兩個寬頻操作頻帶，例如至少涵蓋約824~960 MHz及1710~2710 MHz頻帶，以滿足無線區域網路(WWAN,Wireless Wide Area Network)之五頻操作，並且能夠將天線配置於具有一缺口的接地面，且該缺口可位於接地面之一邊緣之中間區間，可以增加使用者手部與天線間的距離，來降低使用者手部對天線所造成之影響，改善先前技術所存在的問題。
本發明的目的在於提供一種行動通訊裝置，以降低使用者手部對於天線特性之影響。
為達成上述之目的，本發明之一種行動通訊裝置，包含有一天線結構，該天線結構包含有一接地元件及一天線元件，其中該接地元件之一邊緣具有一缺口且該天線元件位於該天線元件之該缺口處。該天線元件並包含一迴圈金屬部及一單極天線，其中該迴圈金屬部與該接地元件具有至少一電氣連接點，形成短路至該接地元件之一封閉金屬迴路，且該單極天線具有一第一端以及一第二端，其第一端係為一饋入端並連接至一訊號源，且該單極天線之該第二端係為一開口端且為該封閉金屬迴路所圍繞。
該天線元件並具有一第一操作頻帶及一第二操作頻帶。該迴圈金屬部之共振長度約為該第一操作頻帶之中心頻率之0.5倍波長，可以產生一共振模態，形成該第一操作頻帶。而該單極天線之共振長度約為該第二操作頻帶之中心頻率之0.25倍波長，可以產生一共振模態，結合該迴圈金屬部之一高階共振模態，形成該第二操作頻帶。該第一操作頻帶及該第二操作頻帶均至少涵蓋一行動通訊頻帶。
為達成上述之目的，本發明之一天線結構包含有一接地元件及一天線元件，其中該接地元件之一邊緣具有一缺口且該天線元件位於該天線元件之該缺口處。該天線元件並包含一迴圈金屬部及一單極天線，其中該迴圈金屬部與該接地元件具有至少一電氣連接點，形成短路至該接地元件之一封閉金屬迴路，且該單極天線具有一第一端以及一第二端，其第一端係為一饋入端並連接至一訊號源，且該單極天線之該第二端係為一開口端且為該封閉金屬迴路所圍繞。
於本發明一實施例中，該迴圈金屬部至少包含有一內U字形區段以及一外U字形區段，以形成一雙U字形的該封閉金屬迴路。而該單極天線之該第二端係位於該迴圈金屬部之該內U字形區段之內側，且為該內U字形區段所圍繞。於本發明一實施例中，該缺口可位在靠近該接地元件之該邊緣之一中間區間。於本發明另一實施例中，該缺口可位在該接地元件之該邊緣之一角落處。
於本發明一實施例中，該天線元件可呈一立體狀，且該天線元件與該接地元件係位於立體空間中的不同平面上。於本發明另一實施例中，該天線元件可呈一平面狀，且該天線元件與該接地元件係位於立體空間中的同一平面上。
本發明之行動通訊裝置係利用其天線結構的迴圈金屬部形成一封閉金屬迴路，可降低與接地元件或是週遭環境之耦合，同時迴圈金屬部圍繞在單極天線之開口端，亦降低單極天線與接地元件或是週遭環境之耦合，使天線元件能與緊鄰之接地元件緊密結合並具有低近場輻射之特性。此外，當使用者使用本行動通訊裝置時，由於天線元件被接地元件之缺口所圍繞，故使用者手部與天線元件之間所產生的耦合效應較小，對天線元件的特性影響亦可較小，同時其結構簡單、容易製作，非常符合實際應用需求。
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。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
請參考第1圖，第1圖為本發明之行動通訊裝置1及其天線結構之第一實施例之結構圖。如第1圖所示，行動通訊裝置1包含有(但不侷限於)一接地元件10以及一天線元件11，其中接地元件10之邊緣101具有一缺口102，而天線元件11則位於接地元件10之缺口102處。於本實施例中，天線元件11包含迴圈金屬部12以及單極天線(monopole antenna)13，其中迴圈金屬部12與接地元件10具有至少一電氣連接點121、122，形成短路至接地元件10之一封閉金屬迴路，其中迴圈金屬部12之共振長度約為天線元件11之第一操作頻帶之中心頻率之0.5倍波長。單極天線13具有一第一端131以及一第二端132，其第一端131係為一饋入端並連接至一訊號源14，而單極天線13之第二端132係為一開口端且為迴圈金屬部12所形成之封閉金屬迴路所圍繞，其中單極天線13之共振長度約為第二操作頻帶之中心頻率之0.25倍波長。
值得注意的是，於本實施例中，該迴圈金屬部12至少包含有一內U字形區段124以及一外U字形區段125，以形成一雙U字形的該封閉金屬迴路。而該單極天線13之該第二端132則係位於該迴圈金屬部12之該內U字形區段124之內側，且為該內U字形區段124所圍繞。
此外，單極天線13可另包含至少一彎折，以降低天線元件11之整體尺寸，但此並非本發明之限制條件。熟知此項技藝者應可了解，迴圈金屬部12以及單極天線13的彎折個數並不侷限，且各彎折的彎折方向、彎折角度以及彎折形狀也非本創作之限制條件。
請一併參考第2圖，第2圖為本發明之行動通訊裝置1及其天線結構之第一實施例的返回損失圖。於本實施例中，行動通訊裝置1選擇接地元件10長度約為100 mm、寬度約為60 mm；缺口102長度約為43 mm、寬度約為10 mm，置於接地元件10之一邊緣101之中間區間；單極天線13之長度約為36 mm，迴圈金屬部12之長度約為150 mm。由返回損失圖的結果，在6 dB返回損失的定義下(一般行動通訊裝置天線設計規範)，行動通訊裝置1及其天線結構之第一操作頻帶21可涵蓋GSM850/900(約824~960 MHz)之雙頻操作，其第二操作頻帶22可涵蓋GSM1800/1900/UMTS(約1710~2170 MHz)之三頻操作，因此該天線可滿足WWAN五頻之操作需求。此外，於本實施例中，迴圈金屬部12藉由單極天線13激發，在低頻頻帶共振出一個二分之一波長的共振模態(約860 MHz附近)，形成寬頻的第一操作頻帶21，其可至少涵蓋約824~960 MHz；其並於高頻頻帶共振出其高階倍頻模態(約1740 MHz附近)，再加上單極天線本身，於高頻頻帶所共振出之四分之一波長的共振模態(約2000 MHz附近)，合成寬頻的第二操作頻帶22，至少涵蓋約1710~2170 MHz。其中該迴圈金屬部12形成一封閉金屬迴路，可降低與接地元件10或是週遭環境之耦合，同時迴圈金屬部12圍繞單極天線13之開口端132，亦降低單極天線與接地元件10或是週遭環境之耦合，使天線元件11能與緊鄰之接地元件緊密結合並具有低近場輻射之特性。此外，當使用者使用本行動通訊裝置時，由於天線元件11被接地元件10之缺口102所圍繞，故使用者手部與天線元件11之間所產生的耦合效應較小，對天線元件11的特性影響亦可較小，同時其結構簡單、容易製作，非常符合實際應用需求。
接著，請參考第3圖，第3圖為為本發明之行動通訊裝置3及其天線結構之第二實施例之結構圖。第二實施例之行動通訊裝置3的結構基本上與第一實施例之行動通訊裝置1相似，兩者不同之處在於第3圖之行動通訊裝置3之天線元件31(包含有迴圈金屬部32以及單極天線33，且迴圈金屬部32至少包含有一內U字形區段324以及一外U字形區段325)可採用平面的方式製作，以降低製作之成本。換句話說，在第一實施例中，行動通訊裝置1之天線元件11係呈一立體狀，且天線元件11與接地元件10係位於立體空間中的不同平面上；而在第二實施例中，行動通訊裝置3之天線元件31係呈一平面狀，且天線元件31與接地元件10係位於立體空間中的同一平面上。
接著，請參考第4圖，第4圖為本發明之行動通訊裝置4及其天線結構之第三實施例之結構圖。第三實施例行動通訊裝置4的結構基本上與第一實施例之行動通訊裝置1相似，兩者不同之處在於第4圖之行動通訊裝置4之接地元件40的缺口402位於接地元件40之一邊緣401之一角落處，此時天線元件41(包含有迴圈金屬部42以及單極天線43，且迴圈金屬部42至少包含有一內U字形區段424以及一外U字形區段425)不為緊鄰之接地元件40所圍繞，更容易達成天線寬頻或多頻之操作。換句話說，在第一實施例中，行動通訊裝置1之接地元件10的缺口102係位在靠近接地元件10之邊緣101之一中間區間，此時天線元件11為接地元件10所圍繞；而在第三實施例中，行動通訊裝置4之接地元件40的缺口402則係位在接地元件40之邊緣401之一角落處，此時天線元件41不為接地元件40所圍繞。
接著，請參考第5圖，第5圖為本發明之行動通訊裝置5及其天線結構之第四實施例之結構圖。第四實施例之行動通訊裝置5的結構基本上與第一實施例之行動通訊裝置1相似，兩者不同之處在於第5圖之行動通訊裝置5之天線元件51的單極天線53之第二端532(亦即開口端)具有一彎折，且其迴圈金屬部52(包含有一內U字形區段524以及一外U字形區段525)與接地元件10之間經由單一個電氣連接點521電氣連接。換句話說，迴圈金屬部與接地元件之間的電氣連接點的個數並非本發明之限制條件。此外，單極天線的彎折個數並不侷限，且各彎折的彎折方向、彎折角度以及彎折形狀也非本創作之限制條件。
其中，本發明之第二實施例之行動通訊裝置3、第三實施例之行動通訊裝置4及第四實施之行動通訊裝置5例皆可產生與第一實施例之行動通訊裝置1相似之功效，可包含產生二個寬頻操作頻帶，涵蓋WWAN五頻操作。
毫無疑問地，熟知此項技藝者應可了解，在不違背本發明之精神下，第1圖、第3圖、第4圖與第5圖所提到的行動通訊裝置及其天線結構之各種各樣的變化皆是可行的。此外，迴圈金屬部以及單極天線的彎折個數並不侷限，且各彎折的彎折方向、彎折角度以及彎折形狀也非本創作之限制條件。
以上所述的實施例僅用來說明本發明之技術特徵，並非用來侷限本發明之範疇。綜合上述，本發明之行動通訊裝置及其天線結構具有一個可以產生二個寬頻操作頻帶的天線元件，該天線元件具有結構簡單，並具有低近場輻射之特性，對於使用者使用行動通訊裝置時，使用者手部對於天線元件所產生的耦合效應較小，同時天線元件的二個操作頻帶可分別涵蓋GSM850/900之雙頻操作(約824~960 MHz)及GSM1800/1900/UMTS之三頻操作(約1710~2170 MHz)，涵蓋WWAN五頻操作。
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，且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．．．行動通訊裝置
10、40．．．接地元件
101、401．．．接地元件之一邊緣
102、402．．．缺口
11、31、41、51．．．天線元件
12、32、42、52．．．迴圈金屬部
121、122、321、322、421、422、521．．．電氣連接點
124、324、424、524．．．內U字形區段
125、325、425、525．．．外U字形區段
13、33、43、53．．．單極天線
131、331、431、531．．．單極天線之第一端
132、332、432、532．．．單極天線之第二端
14．．．訊號源
21．．．第一操作頻帶
22．．．第二操作頻帶
第1圖為本發明之行動通訊裝置第一實施例之結構圖。
第2圖為本發明之行動通訊裝置第一實施例之返回損失圖。
第3圖為本發明之行動通訊裝置第二實施例之結構圖。
第4圖為本發明之行動通訊裝置第三實施例之結構圖。
第5圖為本發明之行動通訊裝置第四實施例之結構圖。
1．．．行動通訊裝置
10．．．接地元件
101．．．接地元件之一邊緣
102．．．缺口
11．．．天線元件
12．．．迴圈金屬部
121、122．．．電氣連接點
124．．．內U字形區段
125．．．外U字形區段
13．．．單極天線
131．．．單極天線之第一端
132．．．單極天線之第二端
14．．．訊號源

Claims (9)

  1. 一種行動通訊裝置，包含有一天線結構，該天線結構包含有：一接地元件，該接地元件之一邊緣具有一缺口；以及一天線元件，該天線元件位於該接地元件之該缺口處，該天線元件包含：一迴圈金屬部，該迴圈金屬部與該接地元件具有至少一電氣連接點，該迴圈金屬部與該接地元件形成一短路封閉金屬迴路；以及一單極天線，該單極天線具有一第一端以及一第二端，該單極天線之該第一端係為一饋入端並連接至一訊號源，而該單極天線之該第二端係為一開口端且為該短路封閉金屬迴路所圍繞。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該迴圈金屬部至少包含有一內U字形區段以及一外U字形區段，以形成一雙U字形的該短路封閉金屬迴路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之行動通訊裝置，其中該單極天線之該第二端係位於該迴圈金屬部之該內U字形區段之內側，且為該內U字形區段所圍繞。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該單極天線之共振長度約為該第二操作頻帶之中心頻率之0.25倍波長；以及該迴圈金屬部之共振路徑長度約為該第一操作頻帶之中心頻率之0.5倍波長。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該單極天線具 有至少一彎折。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該缺口位在靠近該接地元件之該邊緣之一中間區間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該缺口位在該接地元件之該邊緣之一角落處。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該天線元件係呈一立體狀，且該天線元件與該接地元件係位於立體空間中的不同平面上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該天線元件係呈一平面狀，且該天線元件與該接地元件係位於立體空間中的同一平面上。
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