TWI475747B - 通訊裝置 - Google Patents

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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element

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Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別係有關於一種通訊裝置及其小型化多頻倒F形天線元件(Small-size Multi-band Inverted-F Antenna Element)。
隨著行動通訊科技蓬勃發展以及無線通訊技術日漸進步，相關之各種產品均不斷地推陳出新。如今，行動通訊裝置需要更快之傳輸速度，以提供消費者在使用上之便利性和即時性。由於行動通訊裝置之設計越來越趨向輕薄化，其螢幕與邊框(Frame)之間距將變得更小，在此情況下，可用於容納天線元件之設計空間亦會相對地縮減。因此，如何在薄形化行動通訊裝置中設計出一種全平面、小尺寸之多頻天線，實為天線設計者之一大挑戰。
本發明提供一種倒F形天線，其具有小尺寸之平面結構，並可用於涵蓋LTE/WWAN(Long Term Evolution/Wireless Wide Area Network)頻帶(例如：約介於704MHz至960MHz之間，以及約介於1710MHz至2690MHz之間)之多頻操作。
在較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包 括：一接地元件；以及一天線元件，鄰近於該接地元件之一邊緣，其中該天線元件包括：一第一金屬部，具有一第一端及一第二端，其中該第一端係經由一第一短路部耦接至該接地元件，而該第二端為一開口端並鄰近於該第一端；以及一第二金屬部，介於該第一金屬部及該接地元件之該邊緣之間，並具有一第三端和一第四端，其中該第二金屬部上之一短路點係經由一第二短路部耦接至該接地元件，該第二金屬部上之一饋入點係經由一電容元件耦接至一訊號源，該第三端係鄰近於該第一短路部，該第四端為一開口端，而該饋入點係介於該第三端與該短路點之間。
在一些實施例中，該第二金屬部係大致平行於該接地元件之該邊緣，而該第二金屬部與該第一金屬部之間形成一耦合間隙。在一些實施例中，該第二金屬部大致為一倒U字形，而該第二金屬部之該第三端為一開口端。在一些實施例中，該第二金屬部大致為一倒L字形，而該第二金屬部之該第三端為一開口端。在一些實施例中，該第一金屬部大致為一倒U字形。在一些實施例中，該第一金屬部大致圍繞一矩形區間而延伸。在一些實施例中，該第一金屬部大致圍繞一倒L字形區間而延伸。
在天線原理方面，該天線元件可視為其本質上包括一第一倒F形天線和一第二倒F形天線，其中該第一倒F形天線可作為該第二倒F形天線之一耦合饋入部。在一些實施例中，該第一倒F形天線之一饋入點更可經由一電容元件(例如：一晶片電容器)耦接至該訊號源，從而形成一電容耦合式饋入結構。 前述設計方式使得該第一倒F形天線本身可激發產生具有良好阻抗匹配之一第一共振模態，其中該第一共振模態係位於該天線元件之一第一(高頻)頻帶內。在一些實施例中，該第一頻帶約介於1710MHz至2690MHz之間。
另一方面，由於該第一倒F形天線係作為該第二倒F形天線之該耦合饋入部，該第二倒F形天線亦可激發產生寬頻之一第二共振模態，其中該第二共振模態係位於該天線元件之一第二(低頻)頻帶內。在一些實施例中，該第二頻帶約介於704MHz至960MHz之間。在一些實施中，該第二倒F形天線之一輻射部(該第一金屬部)大致為一倒U字形，或是大致圍繞一矩形區間或一倒L字形區間而延伸。由於該第一金屬部之二相鄰部份係互相鄰近，此可使得該第二倒F形天線之一高階共振模態發生降頻。該高階共振模態可以移動至該第一頻帶內並與該第一倒F形天線之該第一共振模態作結合，從而大幅增加該第一頻帶之頻寬。
在一些實施例中，該電容元件係設置於該第二金屬部與該接地元件之該邊緣之間。亦即，該電容元件係位於該天線元件之一淨空區間內。在一些實施例中，該電容元件係設置於該接地元件上。在一些實施例中，該第二短路部更包括一電感元件，而該第二金屬部上之該短路點係經由該電感元件耦接至該接地元件。該電感元件可用於調整該第二短路部之一等效電感值，故可進一步改善該天線元件之共振模態之阻抗匹配。
在一些實施例中，該天線元件具有小尺寸之平面 結構(例如：其面積約為10×38mm2 )，並可用於涵蓋約介於704MHz至960MHz以及約介於1710MHz至2690MHz之多重頻帶。因此，本發明之該天線元件至少可支援薄形化平板通訊裝置之LTE/WWAN多頻操作。
100、200、300‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧接地元件之邊緣
11、21、31‧‧‧天線元件
12、22、32‧‧‧第一金屬部
121、221、321‧‧‧第一金屬部之第一端
122、222、322‧‧‧第一金屬部之第二端
123、223‧‧‧矩形區間
13、23、33‧‧‧第一短路部
14、24、34‧‧‧第二金屬部
141、241、341‧‧‧第二金屬部之第三端
142、242、342‧‧‧第二金屬部之第四端
143、243、343‧‧‧饋入點
144、244、344‧‧‧短路點
15、25、35‧‧‧第二短路部
16、26‧‧‧電容元件
17‧‧‧訊號源
251‧‧‧電感元件
323‧‧‧倒L字形區間
41‧‧‧第一頻帶
42‧‧‧第二頻帶
51‧‧‧第一天線效率曲線
52‧‧‧第二天線效率曲線
第1圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置之示意圖；第2圖係顯示根據本發明第二實施例所述之通訊裝置之示意圖；第3圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置之示意圖；第4圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置之天線元件之返回損失圖；以及第5圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置之天線元件之天線效率圖。
為讓本發明之上述目的、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。
第1圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置100之示意圖。通訊裝置100可以是一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1圖所示，通訊裝置100至少包括一 接地元件10及一天線元件11。天線元件11係鄰近於接地元件10之一邊緣101，並包括一第一金屬部12及一第二金屬部14。第一金屬部12具有一第一端121及一第二端122。第一金屬部12之第一端121係經由一第一短路部13耦接至接地元件10，而第一金屬部12之第二端122為一開口端(Open end)並鄰近於第一金屬部12之第一端121。在一些實施例中，第一金屬部12大致為一倒U字形，並大致圍繞一矩形區間123而延伸。第二金屬部14係介於第一金屬部12及接地元件10之邊緣101之間，並具有一第三端141和一第四端142。在一些實施例中，第二金屬部14大致為一直條形。在一些實施例中，第二金屬部14係大致平行於接地元件10之邊緣101，而第二金屬部14與第一金屬部12之間形成一耦合間隙。第二金屬部14之第三端141係鄰近於第一短路部13，而第二金屬部14之第四端142為一開口端。第二金屬部14上之一饋入點143係經由一電容元件16耦接至一訊號源17。訊號源17可以是一射頻(Radio Frequency)模組，其可用於激發天線元件11。電容元件16可以是一晶片電容器(Chip Capacitor)。第二金屬部14上之一短路點144係經由一第二短路部15耦接至接地元件10。饋入點143係介於第二金屬部14之第三端141與短路點144之間。天線元件11可視為其本質上包括一第一倒F形天線(第二金屬部14)和一第二倒F形天線(第一金屬部12)，其中該第一倒F形天線係作為該第二倒F形天線之一耦合饋入部。因此，天線元件11可用於涵蓋多重頻帶。必須注意的是，通訊裝置100更可包括其他元件，例如：一觸控面板、一處理器、一揚聲器、一電池，以及一外殼(未顯示)。
第2圖係顯示根據本發明第二實施例所述之通訊裝置200之示意圖。第2圖與第1圖相似，而兩者之主要差異係如下列所述。在通訊裝置200中，一天線元件21之一第一金屬部22大致為一倒U字形，或是大致圍繞一矩形區間223而延伸。天線元件21之一第二金屬部24大致為一倒U字形，而第二金屬部24之一第三端241和一第四端242皆為開口端。相關於第二金屬部24之一第二短路部25更包括一電感元件251，而第二金屬部24上之一短路點244係經由電感元件251耦接至接地元件10。電感元件251可以是一晶片電感器(Chip Inductor)、一分布式電感器(Distibuted Inductor)，或是該晶片電感器與該分布式電感器之一組合。耦接至訊號源17之一電容元件26係設置於接地元件10上。第二實施例之其餘特徵皆與第一實施例相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第3圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置300之示意圖。第3圖與第1圖相似，而兩者之主要差異係如下列所述。在通訊裝置300中，一天線元件31之一第一金屬部32大致圍繞一倒L字形區間323而延伸。天線元件31之一第二金屬部34大致為一倒L字形，而第二金屬部34之一第三端341和一第四端342皆為開口端。第三實施例之其餘特徵皆與第一實施例相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第4圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置300之天線元件31之返回損失(Return Loss)圖。在一些實施例中，通訊裝置300之元件尺寸和元件參數可如下列所述。接地元件10之長度約為150mm，寬度約為200mm。天線元件31大 致為一平面結構，其面積約為10×38mm2 。第一金屬部32之長度約為89mm。第一短路部33之長度約為5mm。第二金屬部34之長度約為24mm。第二短路部35之長度約為9mm。電容元件16之電容值約為2pF。根據第4圖之量測結果，天線元件31可以激發產生一第一頻帶41和一第二頻帶42，其中第一頻帶41可以涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500之通訊頻帶(約介於1710MHz至2690MHz之間)，而第二頻帶42可以涵蓋LTE700/GSM850/900之通訊頻帶(約介於704MHz至960MHz之間)。
第5圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置300之天線元件31之天線效率(Antenna Efficiency)圖。必須理解的是，前述之天線效率為已包含返回損失之輻射效率。第一天線效率曲線51代表天線元件31於第一頻帶41(約介於1710MHz至2690MHz之間)中之天線效率，而第二天線效率曲線52代表天線元件31於第二頻帶42(約介於704MHz至960MHz之間)中之天線效率。根據第5圖之量測結果，天線元件31於第一頻帶41中之天線效率約介於67%至90%之間，而天線元件31於第二頻帶42中之天線效率約介於47%至66%之間，其已可符合行動通訊裝置之實際應用需要。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀、元件參數，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關 係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧接地元件之邊緣
11‧‧‧天線元件
12‧‧‧第一金屬部
121‧‧‧第一金屬部之第一端
122‧‧‧第一金屬部之第二端
123‧‧‧矩形區間
13‧‧‧第一短路部
14‧‧‧第二金屬部
141‧‧‧第二金屬部之第三端
142‧‧‧第二金屬部之第四端
143‧‧‧饋入點
144‧‧‧短路點
15‧‧‧第二短路部
16‧‧‧電容元件
17‧‧‧訊號源

Claims (10)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，鄰近於該接地元件之一邊緣，其中該天線元件包括：一第一金屬部，具有一第一端及一第二端，其中該第一端係經由一第一短路部耦接至該接地元件，而該第二端為一開口端並鄰近於該第一端；以及一第二金屬部，介於該第一金屬部及該接地元件之該邊緣之間，並具有一第三端和一第四端，其中該第二金屬部上之一短路點係經由一第二短路部耦接至該接地元件，該第二金屬部上之一饋入點係經由一電容元件耦接至一訊號源，該第三端係鄰近於該第一短路部，該第四端為一開口端，而該饋入點係介於該第三端與該短路點之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該電容元件係設置於該第二金屬部與該接地元件之該邊緣之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該電容元件係設置於該接地元件上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二金屬部係大致平行於該接地元件之該邊緣，而該第二金屬部與該第一金屬部之間形成一耦合間隙。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二金屬部大致為一倒U字形，而該第二金屬部之該第三端為一開口端。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二金屬部大致為一倒L字形，而該第二金屬部之該第三端為一開口端。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一金屬部大致為一倒U字形。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一金屬部大致圍繞一矩形區間而延伸。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一金屬部大致圍繞一倒L字形區間而延伸。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二短路部更包括一電感元件，而該第二金屬部上之該短路點係經由該電感元件耦接至該接地元件。
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