TWI449258B - 多輸入多輸出行動通訊裝置 - Google Patents

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TWI449258B TW099133807A TW99133807A TWI449258B TW I449258 B TWI449258 B TW I449258B TW 099133807 A TW099133807 A TW 099133807A TW 99133807 A TW99133807 A TW 99133807A TW I449258 B TWI449258 B TW I449258B
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Chih Hua Chang
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Univ Nat Sun Yat Sen
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多輸入多輸出行動通訊裝置
本發明係為一種行動通訊裝置，特別是一種具有內建多輸入多輸出(MIMO,multi-input multi-output)天線組之行動通訊裝置。
近年來由於無線通訊技術的快速發展，衍生出不同的無線通訊技術標準以及帶動各式各樣的無線通訊產品不斷的推陳出新，使得行動通訊裝置與人們生活已產生密不可分之關係。目前第三代行動通訊系統已經慢慢普及，在不久的將來將會取代已使用多年的第二代行動通訊系統。在這同時相關的研究單位也正在制定下一代的行動通訊系統標準，以期能帶給人們更快速、方便且多元化的無線通訊服務。
目前無線通訊技術的傳輸容量受限於軟硬體限制已經無法再有大幅度的增加，為了突破此一瓶頸進而發展出多輸入多輸出天線技術。此技術主要是藉由將資料流分割並同時由多個天線來做傳送或是接收，因此傳輸容量理論上會呈現倍數的增加。目前此一技術已成熟廣泛使用在IEEE 802.11n無線區域網路(WLAN,wireless local area network)之標準中。同時目前尚在制定修正的IEEE 802.16全球互通微波存取(WiMAX,worldwide interoperability for microwave access)之標準也會採用此一技術來增加其傳輸容量。另外主導第四代行動通訊系統長期演進技術(LTE,long term evolution)規範訂定的第三代合作夥伴計畫(3GPP,3rd Generation Partnership Project)也會將多輸入多輸出天線技術包含在相關的標準規範中。不過在LTE系統中所使用的操作頻帶涵蓋較低頻的700 MHz，因此在設計多輸入多輸出天線時由於其天線體積較大，要將至少兩個LTE天線內藏配置於無線廣域系統(WWAN,wireless wide area network)行動通訊裝置內部，相當困難。
為了解決上述問題，本發明提出一種多輸入多輸出行動通訊裝置之創新設計，其內建兩個天線的操作頻寬分別可以涵蓋八頻LTE/WWAN操作(至少包含約704~960 MHz及1710~2690 MHz)及三頻LTE操作(至少包含約704~787 MHz及2300~2690 MHz)，同時利用一突出接地面分隔兩天線使得兩天線之間的隔離度有不錯的表現。此外由於天線的體積並不大，因此兩天線能夠配置於行動通訊裝置內部之同一側，達成行動通訊裝置內部空間的有效運用。
本發明之多輸入多輸出行動通訊裝置主要包含一介質基板及一多輸入多輸出天線組。該介質基板具有一接地面區間、一第一無接地面區間及一第二無接地面區間。該接地面區間並包含一主接地面區間及一突出接地面區間，該突出接地面區間與該主接地面區間電氣連接，並延伸於該第一無接地面區間及該第二無接地面區間之間，使該第一無接地面區間及該第二無接地面區間分隔，該突出接地面並至少有一邊緣位於該介質基板之邊緣。該多輸入多輸出天線組，具有一第一天線及一第二天線，該第一天線大致位於該第一無接地面區間，該第二天線大致位於該第二無接地面區間，該第一天線可單獨操作，該第二天線則配合該第一天線作多輸入多輸出操作。該介質基板可以為一行動通訊手機之系統電路板。該第一天線及該第二天線係以印刷或蝕刻技術形成於該介質基板上。該突出接地面可以用於配置一資料傳輸元件，提供該行動通訊裝置與一外部設備之資料傳輸介面。
在本發明之行動通訊裝置中，由於天線使用耦合式饋入機制可以增加所需的電容量來補償因為天線尺寸縮小時所增加的電感量，因此兩天線在小體積的情況下仍然有良好的阻抗匹配且能夠分別涵蓋八頻LTE/WWAN及三頻LTE所需的操作頻寬。也因為天線的整體尺寸小，所以可以同時將兩個天線配置於行動通訊裝置之內部同一側作為多輸入多輸出天線組使用。而為了增加兩天線之間的隔離度，在兩天線之間置入一突出接地面，該突出接地面可以有效降低兩天線之間之耦合，使得在操作頻帶內的隔離度均至少在-10 dB以下。而該突出接地面在實際應用時可以配置一外部資料傳輸元件，提供該行動通訊裝置與一外部設備之資料傳輸介面。因此本發明之行動通訊裝置不僅內建多輸入多輸出天線組，同時可以和其他資料傳輸元件整合，增加手機內部空間的配置設計彈性。
第1圖為本發明多輸入多輸出行動通訊裝置第一實施例1之結構圖，包含：一介質基板11，具有一接地面區間12、一第一無接地面區間13及一第二無接地面區間14，該接地面區間12並包含一主接地面121及一突出接地面122，該突出接地面122與該主接地面121電氣連接，並延伸於該第一無接地面區間13及該第二無接地面區間14之間，使該第一無接地面區間13及該第二無接地面區間14分隔，該突出接地面122並至少有一邊緣位於該介質基板11之邊緣；及一多輸入多輸出天線組15，具有一第一天線151及一第二天線152，該第一天線151大致位於該第一無接地面區間13，該第二天線152大致位於該第二無接地面區間14，該第一天線151之操作頻寬大於該第二天線152，該第一天線151可單獨操作，該第二天線152則配合該第一天線151作多輸入多輸出操作。
第2圖為第一實施例1之實測天線S參數曲線圖，其中橫軸代表操作頻率，縱軸則代表S參數。在實施例1中選擇下列尺寸來進行實驗量測：介質基板11長度約為115 mm、寬度約為60 mm、厚度約為0.8 mm；主接地面121長度約為100 mm、寬度約為60 mm；突出接地面122長度約為15 mm、寬度約為10 mm；第一無接地面區間13及第二無接地面區間14長度皆約為15 mm、寬度則是分別約為30 mm及20 mm；多輸入多輸出天線組15之第一天線151整體尺寸約為15×30×3 mm3 ，第一天線152整體尺寸約為15×20×3 mm3 。由實測結果，在-6 dB S11 (3:1 VSWR)參數的定義之下(一般行動通訊裝置天線設計規範)，第一天線151之操作頻寬(包含第一操作頻帶21以及第二操作頻帶22)可以涵蓋八頻LTE/WWAN操作，而第二天線152之操作頻寬(包含第一操作頻帶23以及第二操作頻帶24)可以涵蓋三頻LTE操作，因此該多輸入多輸出天線組可滿足第一天線單獨操作在WWAN系統以及第一天線和第二天線同時操作在LTE多輸入多輸出系統之需求。在隔離度方面，第一天線151及第二天線152在LTE多輸入多輸出系統操作頻帶內的隔離度曲線(S21 )25皆至少約在-10 dB以下，可符合實際上應用的需求。
第3圖為本發明多輸入多輸出行動通訊裝置第二實施例3之結構圖，其結構基本上與第一實施例1相同，惟多輸入多輸出天線組35之第一天線351及第二天線352為平面結構，實際上可以使用印刷或蝕刻技術形成於該介質基板11上。實施例3亦可以具有與實施例1相似之功效。
第4圖為本發明多輸入多輸出行動通訊裝置第三實施例4之結構圖，其結構基本上與第一實施例1相同，惟該突出接地面422之形狀大致可為一梯形，同時該突出接地面422可配置一外部資料傳輸元件48，提供該行動通訊裝置與一外部設備之資料傳輸介面。實施例4亦可以具有與實施例1相似之功效。
以上說明中所述之實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。因此，習於此技術之人士可在不違背本發明之精神對上述實施例進行修改及變化。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
1．．．本發明多輸入多輸出行動通訊裝置第一實施例
3．．．本發明多輸入多輸出行動通訊裝置第二實施例
4．．．本發明多輸入多輸出行動通訊裝置第三實施例
11．．．介質基板
12,42．．．接地面區間
121,421．．．主接地面
122,422．．．突出接地面
13．．．第一無接地面區間
14．．．第二無接地面區間
15,35．．．多輸入多輸出天線組
151,351．．．第一天線
152,352．．．第二天線
16,17．．．天線信號饋入連接線
21．．．第一實施例之第一天線第一(低頻)操作頻帶
22．．．第一實施例之第一天線第二(高頻)操作頻帶
23．．．第一實施例之第二天線第一(低頻)操作頻帶
24．．．第一實施例之第二天線第二(高頻)操作頻帶
25．．．第一實施例之第一天線與第二天線之隔離度曲線
48．．．外部資料傳輸元件
第1圖為多輸入多輸出行動通訊裝置第一實施例之結構圖。
第2圖為多輸入多輸出行動通訊裝置第一實施例之天線之S參數量測曲線圖。
第3圖為多輸入多輸出行動通訊裝置第二實施例之結構圖。
第4圖為多輸入多輸出行動通訊裝置第三實施例之結構圖。
1．．．本發明多輸入多輸出行動通訊裝置第一實施例
11．．．介質基板
12．．．接地面區間
121．．．主接地面
122．．．突出接地面
13．．．第一無接地面區間
14．．．第二無接地面區間
15．．．多輸入多輸出天線組
151．．．第一天線
152．．．第二天線
16,17．．．天線信號饋入連接線

Claims (7)

  1. 一種多輸入多輸出行動通訊裝置，包含：一介質基板，具有一接地面區間、一第一無接地面區間及一第二無接地面區間，該接地面區間並包含一主接地面及一突出接地面，該突出接地面與該主接地面電氣連接，並延伸於該第一無接地面區間及該第二無接地面區間之間，使該第一無接地面區間及該第二無接地面區間分隔，該突出接地面並至少有一邊緣位於該介質基板之邊緣；及一多輸入多輸出天線組，具有一第一天線及一第二天線，該第一天線大致位於該第一無接地面區間，該第二天線大致位於該第二無接地面區間，該第一天線之操作頻寬大於該第二天線之操作頻寬，且該第一天線與該第二天線至少包含一相同通訊頻帶，該第一天線可單獨操作，該第二天線則配合該第一天線作多輸入多輸出操作。
  2. 如申請專利範圍第1項之多輸入多輸出行動通訊裝置，其中該第一天線之操作頻寬涵蓋約704~960MHz以及1710~2690MHz。
  3. 如申請專利範圍第1項之多輸入多輸出行動通訊裝置，其中該第二天線之操作頻寬涵蓋約704~787MHz以及2300~2690MHz。
  4. 如申請專利範圍第1項之多輸入多輸出行動通訊裝置，其中該介質基板為一行動通訊手機之系統電路板。
  5. 如申請專利範圍第1項之多輸入多輸出行動通訊裝置，其中該第一天線及該第二天線係以印刷或蝕刻技術形成於該介質基板上。
  6. 如申請專利範圍第1項之多輸入多輸出行動通訊裝置，其中該突出接地面形狀近似一矩形、一T形、或一梯形。
  7. 如申請專利範圍第1項之多輸入多輸出行動通訊裝置，其中該突出接地面用於配置一資料傳輸元件，提供該行動通訊裝置與一外部設備之資料傳輸介面。
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