TWI450441B - 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，特別是其內建多頻天線可與一個可配置外部訊號傳輸元件的接地面做整合之行動通訊裝置及其天線結構。
近年來由於行動通訊技術的進步，使得行動通訊裝置必須設計的更加輕、薄、短、小及美觀，因此應用於行動通訊裝置的天線就必須具備尺寸小、多頻帶操作及與周邊元件做整合。然而在行動通訊裝置中，為了將天線與周邊元件做整合，同時獲得寬頻之操作，習知的技術為將天線輻射體直接配置於行動通訊裝置內系統電路板之無接地面區間，以降低天線與接地面之間的耦合效應，提供足夠之操作頻寬來涵蓋無線廣域網路(WWAN,wireless wide area network)之寬頻操作。不過，此種無線廣域網路天線大多配置於一單一無接地面區間，往往會降低了行動通訊裝置內部元件的設計自由度。
於先前技術中，舉例來說，如美國專利第7,768,466 B2號“Multiband folded loop antenna(多頻折疊迴圈天線)”即揭示一種佔據三維立體空間之手機天線，其天線即是配置於一個單一無接地面區間來達成寬頻之操作，然而此種天線配置方式使得天線元件無法與行動通訊裝置內的資料傳輸元件，如通用序列匯流排(USB,universal serial bus)接頭元件做整合，而造成行動通訊裝置的內部空間無法做最有效的配置，且其操作頻帶未能涵蓋目前長期演進(LTE,Long Term Evolution)及無線廣域網路(WWAN,Wireless Wide Area Network)所需的LTE700/GSM850/900/1800/1900/UMTS/LTE2300/2500之八頻操作頻段，無法滿足涵蓋目前所有行動通訊頻帶的需求。
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，至少涵蓋約704~960 MHz及1710~2690 MHz頻帶，以滿足LTE/WWAN之八頻操作，並且能夠將天線與周邊元件作整合，來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及其天線結構，以解決其內建天線與資料傳輸元件間的整合以及達成涵蓋多頻操作之目標。
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，且該天線結構具有接地元件及天線元件，其中接地元件包含一主接地面及一突出接地面，該突出接地面電氣連接於該主接地面之一邊緣，而該天線元件位於一介質基底上並包含一饋入部及一輻射部，其中該饋入部具有一饋入點，該饋入點電氣連接至位於該接地元件上之一訊號源，該饋入部具有一第一支路及一第二支路，該第一支路及該第二支路均連接至該饋入點，該第一支路及該第二支路之開口端則朝向相反方向延伸，該饋入部在該接地元件所在平面並具有一投影，該投影包含該突出接地面之部份區間，而該輻射部具有一短路點，該短路點藉由一短路線電氣連接至該突出接地面，該輻射部並具有一第一開口端及一第二開口端，該輻射部包含該第一開口端之部份區間與該第一支路具有一第一耦合間距，該輻射部包含該第二開口端之部份區間與該第二支路具有一第二耦合間距。
為達成上述之目的，本發明之一天線結構具有接地元件及天線元件，其中接地元件包含一主接地面及一突出接地面，該突出接地面電氣連接於該主接地面之一邊緣，而該天線元件位於一介質基底上並包含一饋入部及一輻射部，其中該饋入部具有一饋入點，該饋入點電氣連接至位於該接地元件上之一訊號源，該饋入部具有一第一支路及一第二支路，該第一支路及該第二支路均連接至該饋入點，該第一支路及該第二支路之開口端則朝向相反方向延伸，而該輻射部具有一短路點，該短路點藉由一短路線電氣連接至該突出接地面，該輻射部並具有一第一開口端及一第二開口端，該輻射部包含該第一開口端之部份區間與該第一支路具有一第一耦合間距，該輻射部包含該第二開口端之部份區間與該第二支路具有一第二耦合間距。
本發明的優點在於利用輻射部包含第一開口端之一第一區段與饋入點之該第一支路之間具有一第一耦合間距來在低頻共振出一個四分之一波長的共振模態(例如750 MHz附近)，並於高頻共振出其高階倍頻模態(例如2700 MHz附近)；再利用該輻射部包含該第二開口端之一第二區段與該第二支路之間具有一第二耦合間距來在低頻共振出一個四分之一波長的共振模態(例如1000 MHz附近)，利用此兩個低頻共振模態來合成寬頻的第一操作頻帶，至少涵蓋約704~960 MHz。另外，藉由該饋入部之第一支路與第二支路的不等長路徑，可分別在高頻各產生一個四分之一波長的共振模態(例如1950 MHz附近與2300 MHz附近)，並與第一支路藉由第一耦合間距共振出之高階倍頻模態(例如2700 MHz附近)，合成寬頻的第二操作頻帶，至少涵蓋約1710~2690 MHz。
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。
第1圖為本發明一種行動通訊裝置第一實施例之結構圖。於本實施例中，行動通訊裝置1包含有一天線結構，且該天線結構包含有一接地元件10以及一天線元件11，其中該接地元件10包含一主接地面101及一突出接地面102，該突出接地面102電氣連接於該主接地面101之一邊緣。
此外，該天線元件11位於一介質基底12上，並包含一饋入部13以及一輻射部14。該饋入部13具有一饋入點131、一第一支路134及一第二支路135，其中該饋入點131藉由一金屬線132電氣連接至位於該接地元件10上之一訊號源133，而該第一支路134及該第二支路135均連接至該饋入點131，該第一支路134及該第二支路135之開口端則朝向相反方向延伸，需注意的是，該第一支路134至饋入點131之長度及/或該第二支路135至該饋入點131之長度至少為該第二操作頻帶最高頻率之0.2倍波長。此外，該饋入部13在該接地元件10所在平面並具有一投影，該投影包含該突出接地面102之部份區間。而該輻射部14則包含有一短路點141、有一第一開口端15及一第二開口端16，其中該短路點141藉由一短路線142電氣連接至該突出接地面102，而該輻射部14包含該第一開口端15之一第一區段151與該第一支路134之間具有一第一耦合間距17，該輻射部14包含該第二開口端16之一第二區段161與該第二支路135之間則具有一第二耦合間距18，其中該第一耦合間距17及該第二耦合間距18均少於2 mm。
請一併參考第2圖，第2圖為本發明一種行動通訊裝置第一實施例的返回損失量測結果圖。於本實施例中，該饋入部13之第一支路134係藉由耦合間距17來激發自第一開口端15經由短路線142短路至突出接地面102之金屬路徑，以在低頻共振出一個四分之一波長的共振模態(例如750 MHz附近)，並於高頻共振出其高階倍頻模態(例如2700 MHz附近)；再利用第二支路135藉由耦合間距18來激發自第二開口端16經由短路線142短路至突出接地面102之金屬路徑，以在低頻共振出一個四分之一波長的共振模態(例如1000 MHz附近)，利用此兩個低頻共振模態來合成寬頻的第一操作頻帶(如第2圖所示之第一操作頻帶21)，至少涵蓋約704~960 MHz。另外，藉由該饋入部13之第一支路134與第二支路135的不等長路徑，分別可在高頻各產生一個四分之一波長的共振模態(例如1950 MHz附近與2300 MHz附近)，並與第一支路134藉由第一耦合間距17激發由第一開口端15經由短路線142短路至突出接地面102之共振路徑之高階倍頻模態(例如2700 MHz附近)，合成寬頻的第二操作頻帶(如第2圖所示之第二操作頻帶22)，至少涵蓋約1710~2690 MHz。值得注意的是，第一操作頻帶可涵蓋LTE700/GSM850/900之三頻操作，而第二操作頻帶可涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500之五頻操作，達成天線之WWAN/LTE八頻操作，使得行動通訊裝置可以涵蓋目前所有行動通訊之操作頻帶，同時其結構簡單、容易製作，非常符合實際應用需求。
請再注意，於本實施例中，該天線結構之該接地元件10以及該介質基底12係位於立體空間中的不同的平面上。舉例來說，該接地元件10之主接地面101以及該突出接地面102係位於一第一平面上(如第1圖所示之XY平面)，而該介質基底12則具有呈L字形之一第一部分區間121以及一第二部分區間122，且該介質基底12包含該短路線142之該第一部分區間121係位於垂直於該第一平面的一第二平面上(如第1圖所示之XZ平面)，該介質基底12包含該天線元件11之該第二部分區間122則係位於平行於該第一平面的一第三平面上(如第1圖所示之另一XY平面)。
第2圖為本發明一種行動通訊裝置第一實施例的返回損失量測結果圖。第一實施例選擇主接地面101長度約為105 mm、寬度約為55 mm；及突出接地面102長度約為10 mm、寬度約為10 mm；介質基底12平行突出接地面102之第二部分區間122之長度約為55 mm、寬度約為10 mm、厚度約為0.8 mm，而介質基底12垂直突出接地面102之第一部分區間121之長度約為55 mm、寬度約為8 mm、厚度約為0.8 mm。由實驗結果，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)，第一操作頻帶21可涵蓋LTE700/GSM850/900(約704~960 MHz)之三頻操作，而第二操作頻帶22可涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500(約1710~2690 MHz)之五頻操作，因此該天線可滿足WWAN/LTE八頻之操作需求。值得注意的是，突出接地面102之尺寸足以配置一個通用序列匯流排接頭元件，達成天線與外部訊號傳輸元件間之整合。
接著請參考第3圖，第3圖為本發明一種行動通訊裝置3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類似，兩者不同之處在於第3圖之行動通訊裝置3之天線結構的輻射部34具有一短路點341，該短路點341藉由至少彎折二次以上之短路線342電氣連接至該突出接地面102，該短路線342之長度至少為該短路點341與該突出接地面102之間距離的1.5倍，藉由彎折可以延長短路線342的長度，可用以調整天線元件11之共振模態，並降低天線整體之尺寸。第二實施例之行動通訊裝置3及其天線結構亦可產生與第一實施例1相似之二個寬頻操作頻帶，涵蓋LTE/WWAN之八頻操作。
接著請參考第4圖，第4圖為本發明一種行動通訊裝置4之第三實施例之結構圖。第三實施例之行動通訊裝置4的結構基本上與第一實施例之行動通訊裝置1類似，兩者不同之處在於第4圖之行動通訊裝置4在該突出接地面102相對於天線元件11之另一側可配置一外部訊號傳輸元件49，來提供該行動通訊裝置與一外部設備之訊號傳輸介面。上述之外部訊號傳輸元件49可由一通用序列匯流排(USB,universal serial bus)接頭元件來實現之，但此並非本發明之限制條件。第三實施例之行動通訊裝置4及其天線結構亦可產生與第一實施例之行動通訊裝置1相似之二個寬頻操作頻帶，並涵蓋LTE/WWAN之八頻操作。
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圖與第4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，輻射部及短路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創作之技術特徵，並非用來侷限本創作之範疇。綜合上述，本發明之一種行動通訊裝置及其天線結構，其具有一個可以產生二個寬頻操作頻帶的天線，該天線具有結構簡單，並具有可整合外部訊號傳輸元件之突出接地面，同時天線的二個操作頻帶可以分別涵蓋LTE700/GSM850/900之三頻操作(約704~960 MHz)及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500之五頻操作(約1710~2690 MHz)，涵蓋目前所有行動通訊頻帶。
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．．．行動通訊裝置
10．．．接地元件
101．．．主接地面
102．．．突出接地面
11．．．天線元件
12．．．介質基底
121‧‧‧第一部分區間
122‧‧‧第二部分區間
13‧‧‧饋入部
131‧‧‧饋入點
132‧‧‧金屬線
133‧‧‧訊號源
134‧‧‧第一支路
135‧‧‧第二支路
14、34‧‧‧輻射部
141、341‧‧‧短路點
142、342‧‧‧短路線
15‧‧‧第一開口端
16‧‧‧第二開口端
151‧‧‧第一區段
161‧‧‧第二區段
17‧‧‧第一耦合間距
18‧‧‧第二耦合間距
49‧‧‧外部訊號傳輸元件
21‧‧‧第一操作頻帶
22‧‧‧第二操作頻帶
X、Y、Z‧‧‧座標軸
第1圖為本發明一種行動通訊裝置及其天線結構之第一實施例之結構圖。
第2圖為本發明一種行動通訊裝置及其天線結構之第一實施例之返回損失量測結果圖。
第3圖為本發明一種行動通訊裝置及其天線結構之第二實施例之結構圖。
第4圖為本發明一種行動通訊裝置及其天線結構之第三實施例之結構圖。
1．．．行動通訊裝置
10．．．接地元件
101．．．主接地面
102．．．突出接地面
11．．．天線元件
12．．．介質基底
121．．．第一部分區間
122．．．第二部分區間
13．．．饋入部
131．．．饋入點
132．．．金屬線
133．．．訊號源
134．．．第一支路
135．．．第二支路
14．．．輻射部
141．．．短路點
142．．．短路線
15．．．第一開口端
16．．．第二開口端
151．．．第一區段
161．．．第二區段
17．．．第一耦合間距
18．．．第二耦合間距
X、Y、Z．．．座標軸

Claims (17)

  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，該接地元件包含一主接地面及一突出接地面，該突出接地面電氣連接於該主接地面之一邊緣；以及一天線元件，該天線元件位於一介質基底上，並包含：一饋入部，該饋入部包含有：一饋入點，該饋入點電氣連接至位於該接地元件上之一訊號源；及一第一支路及一第二支路，該第一支路及該第二支路均連接至該饋入點，該第一支路及該第二支路之開口端則朝向相反方向延伸，其中該饋入部在該接地元件所在平面並具有一投影，該投影包含該突出接地面之部份區間；以及一輻射部，該輻射部包含有：一短路點，該短路點藉由一短路線電氣連接至該突出接地面；以及一第一開口端及一第二開口端；其中，該輻射部包含該第一開口端之一第一區段與該第一支路之間具有一第一耦合間距，該輻射部包含該第二開口端之一第二區段與該第二支路之間具有一第二耦合間距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該突出接地面用於置放與該行動通訊裝置外部訊號傳輸之元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該短路線具有至少二次彎折，其長度至少為該短路點與該突出接地面之間距離的1.5倍。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該天線元件具有一第一操作頻帶及一第二操作頻帶，該第一操作頻帶涵蓋約704~960MHz，以及該第二操作頻帶涵蓋約1710~2690MHz。
  5. 如申請專利範圍第1或4項所述之行動通訊裝置，其中該第一支路至該饋入點之長度至少為該第二操作頻帶最高頻率之0.2倍波長。
  6. 如申請專利範圍第1或4項所述之行動通訊裝置，其中該第二支路至該饋入點之長度至少為該第二操作頻帶最高頻率之0.2倍波長。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該第一支路與該第二支路之長度不相同。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該第一耦合間距係小於2mm，以及該第二耦合間距係小於2mm。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該主接地面以及該突出接地面係位於一第一平面上，該介質基底具有呈L字形之一第一部分區間以及一第二部分區間，且該介質基底包含該短路線之該第一部分區間係位於垂直於該第一平面的一第二平面上，該介質基底包含該天線元件之該第二部分區間係位於平行於該第一平面的一第三平面上。
  10. 一種天線結構，包含有： 一接地元件，該接地元件包含一主接地面及一突出接地面，該突出接地面電氣連接於該主接地面之一邊緣；以及一天線元件，該天線元件位於一介質基底上，並包含：一饋入部，該饋入部包含有：一饋入點，該饋入點電氣連接至位於該接地元件上之一訊號源；及一第一支路及一第二支路，該第一支路及該第二支路均連接至該饋入點，該第一支路及該第二支路之開口端則朝向相反方向延伸；以及一輻射部，該輻射部包含有：一短路點，該短路點藉由一短路線電氣連接至該突出接地面；以及一第一開口端及一第二開口端；其中，該輻射部包含該第一開口端之一第一區段與該第一支路之間具有一第一耦合間距，該輻射部包含該第二開口端之一第二區段與該第二支路之間具有一第二耦合間距。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之天線結構，其中該短路線具有至少二次彎折，其長度至少為該短路點與該突出接地面之間距離的1.5倍。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之天線結構，其中該天線元件具有一第一操作頻帶及一第二操作頻帶，該第一操作頻帶涵蓋約704~960MHz，以及該第二操作頻帶涵蓋約1710~2690MHz。
  13. 如申請專利範圍第10或12項所述之天線結構，其 中該第一支路至該饋入點之長度至少為該第二操作頻帶最高頻率之0.2倍波長。
  14. 如申請專利範圍第10或12項所述之天線結構，其中該第二支路至該饋入點之長度至少為該第二操作頻帶最高頻率之0.2倍波長。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之天線結構，其中該第一支路與該第二支路之長度不相同。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之天線結構，其中該第一耦合間距係小於2mm，以及該第二耦合間距係小於2mm。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之天線結構，其中該主接地面以及該突出接地面係位於一第一平面上，該介質基底具有呈L字形之一第一部分區間以及一第二部分區間，且該介質基底包含該短路線之該第一部分區間係位於垂直於該第一平面的一第二平面上，該介質基底包含該天線元件之該第二部分區間係位於平行於該第一平面的一第三平面上。
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