TWI475752B - 通訊電子裝置及其天線結構 - Google Patents

Description

通訊電子裝置及其天線結構

本發明係有關於一種通訊電子裝置，特別是一種具有多頻操作之槽孔天線的平板電腦裝置。

由於行動通訊技術與市場的快速發展，人們對於無線通訊的需求有所變化：傳統的筆記型電腦逐漸變成輕薄且較人性化的平板電腦，讓消費者可以更無負擔的隨身攜帶，而平板電腦中除了擁有一般語音的傳輸功能之外，其內建有多媒體應用程式需要大量且快速的資訊上傳或下載，所以無線通訊的傳輸速度亦成了另一關鍵。就先前3G的天線設計已無法滿足傳輸速度的要求，於是行動通訊便往4G的腳步邁進，在傳輸資料速度方面有非常大的進步。為了要達成此目的，在天線設計的要求也就是要在原先涵蓋無線廣域網路(WWAN,Wireless Wide Area Network)的頻帶中再增加其高低頻頻寬以包含長期演進(LTE,Long Term Evolution)所需的操作頻段，這對天線設計者而言無疑是一極大的挑戰。

因此，有必要提供一種通訊電子裝置(例如，一平板電腦)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。

本發明的目的在於提供一種通訊電子裝置，其內建天線使用多個槽孔的創新組合方式，可以達成多槽孔之緊密結合，降低天線尺寸，同時多個槽孔之間不會彼此相互影響，以致於降低天線操作頻寬及輻射效率的現象。

為達成上述之目的，本發明之一種通訊電子裝置包含有一天線結構，且該天線結構具有接地元件及槽孔天線，槽孔天線設置於一導電體上，又導電體電氣連接至接地元件，槽孔天線包含一饋入元件、第一槽孔、第二槽孔及第三槽孔；其中，該饋入元件之一饋入點係電氣連接至位於該接地元件上之一訊號源；第一槽孔為開口槽孔，其開口端位於該導電體之第一側邊，其閉口端則朝向該導電體之內部延伸；第二槽孔為開口槽孔，其開口端位於該導電體之第一側邊，其閉口端則朝向導電體之內部延伸，而第二槽孔大致上平行第一槽孔，且第二槽孔較第一槽孔鄰近接地元件；第三槽孔具有兩個閉口端，均位於導電體之內部，且第三槽孔介於第一槽孔及第二槽孔之間。

為達成上述之目的，本發明之一天線結構包含有接地元件及槽孔天線，槽孔天線設置於一導電體上，又導電體電氣連接至接地元件，槽孔天線包含一饋入元件、第一槽孔、第二槽孔及第三槽孔；其中，該饋入元件之一饋入點係電氣連接至位於該接地元件上之一訊號源；第一槽孔為開口槽孔，其開口端位於該導電體之第一側邊，其閉口端則朝向該導電體之內部延伸；第二槽孔為開口槽孔，其開口端位於該導電體之第一側邊，其閉口端則朝向導電體之內部延伸，而第二槽孔大致上平行第一槽孔，且第二槽孔較第一槽孔鄰近接地元件；第三槽孔具有兩個閉口端，均位於導電體之內部，且第三槽孔介於第一槽孔及第二槽孔之間。

於本發明一實施例中，該導電體係為設置在一介質基板上之一金屬表面。

於本發明一實施例中，該槽孔天線之該饋入元件另包含一饋入微帶線(feedline)位於該介質基板之相對於該金屬表面之另一表面上，該饋入微帶線依序跨過該第一槽孔、該第三槽孔以及該第二槽孔，用於激發該槽孔天線。

於本發明另一實施例中，該槽孔天線之該饋入元件另包含一饋入微帶線位於該介質基板之相對於該金屬表面之另一表面上，該饋入微帶線具有一主支路(main feeding strip)依序跨過該第一槽孔、該第三槽孔以及該第二槽孔，該饋入微帶線並具有一旁支路(branch feeding strip)依序跨過該第一槽孔以及該第三槽孔，用於激發該槽孔天線。

於本發明一實施例中，第一槽孔可在低頻共振出一個四分之一波長的共振模態，而由於第一槽孔印製於介質基板上，使得其長度少於該天線最低操作頻率之四分之一波長，第三槽孔可在低頻共振出一個二分之一波長共振的共振模態，也由於第三槽孔印製於介質基板上，使得其長度少於該天線最低操作頻率之二分之一波長，利用這兩個低頻共振模態可以合成寬頻的第一操作頻帶，來涵蓋約704 MHz~960 MHz之操作。第二槽孔可在高頻共振出一個四分之一波長的共振模態，第二槽孔長度大於該天線最高操作頻率之四分之一波長，利用此共振模態結合第一槽孔與第三槽孔之高階倍頻模態可形成寬頻的第二操作頻帶，來涵蓋約1710 MHz~2690 MHz之操作。本技術的核心價值在於能使得三個獨立的槽孔能在緊密的靠近之後還能夠有良好的激發，其原理為：三個槽孔中，第三槽孔為一閉口槽孔，置於兩個同為開口槽孔之第一槽孔及第二槽孔之間。在先前技術中，當三個槽孔皆為開口槽孔時，槽孔輻射時其在開口附近的電場會有最強的分佈，三個開口槽孔會因為強電場之間的相互干擾，將無法達成較佳的阻抗匹配而有寬頻的操作；而在本發明中，由於在兩個開口槽孔之間置入一閉口槽孔，置入的閉口槽孔可以有效的減少兩開口槽孔彼此強電場的相互影響，使得本發明之天線能夠成功的激發寬頻的第一(低頻)操作頻帶與第二(高頻)操作頻帶，涵蓋LTE/WWAN之八頻操作。

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。

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圖為本發明之通訊電子裝置及其天線結構之第一實施例結構圖。於本實施例中，通訊電子裝置1包含有一天線結構，該天線結構包含一接地元件10以及一槽孔天線12。其中，槽孔天線12係設置於一導電體111上，於本實施例中，導電體111係為設置在一介質基板11上之一金屬表面，且介質基板11具有一第一側邊112，該第一側邊112大致垂直於該接地元件10。但本發明並不侷限於此，導電體111亦可由具有導電性的其他材質來實現之。如第1圖所示，槽孔天線12至少包含(但不侷限於)：一饋入元件16、一第一槽孔13、一第二槽孔14以及一第三槽孔15。其中，該第一槽孔13為一開口槽孔，具有一開口端131與一閉口端132，且其開口端131位於該導電體之第一側邊112，而該閉口端132則朝向該導電體111之內部延伸；該第二槽孔14為一開口槽孔，具有一開口端141與一閉口端142，該開口端141位於該第一側邊112，而該閉口端142則朝向該導電體111之內部延伸，該第二槽孔14大致平行該第一槽孔13，且該第二槽孔14較該第一槽孔鄰近該接地元件10；該第三槽孔15則為一閉口槽孔，具有兩個閉口端151、152，且兩個閉口端151、152均位於該導電體之內部，且該第三槽孔15介於該第一槽孔13及該第二槽孔14之間。此外，於本實施例中，該饋入元件16係由一饋入微帶線來實現之，該饋入微帶線16位於該介質基板11之相對於該導電體111(該金屬表面)之另一表面上，該饋入微帶線16依序跨過該第一槽孔13、該第三槽孔15以及該第二槽孔14，用於激發該槽孔天線12，且該饋入微帶線16具有一天線饋入點161係電氣連接至位於該接地元件10上之一訊號源(圖未示)，以使訊號經由天線饋入點161輸入。

值得注意的是，於本實施例中，該第一槽孔13之長度少於該槽孔天線12之最低操作頻率之四分之一波長；該第二槽孔14之長度大於該槽孔天線12之最高操作頻率之四分之一波長；該第三槽孔15之長度少於該槽孔天線12之最低操作頻率之二分之一波長。

請一併參考第2圖，第2圖為本發明一種通訊電子裝置及其天線結構之第一實施例的返回損失圖。第一實施例選擇接地元件10長度約為200 mm、寬度約為150 mm；介質基板11長度約為75 mm、寬度約為15 mm、厚度約為0.8 mm。第一槽孔13之長度約為56 mm，第二槽孔14之長度約為32 mm，第三槽孔15之長度為88 mm。第一槽孔13及第三槽孔15可分別激發其四分之一波長共振模態211與二分之一波長共振模態212，共同合成該第一操作頻帶(如第2圖所示之第一操作頻帶21)；第二槽孔14可激發其四分之一波長共振模態221，與第一槽孔13及第三槽孔15之倍頻共振模態222、223共同合成第二操作頻帶(如第2圖所示之第二操作頻帶22)。在6 dB返回損失的定義下(一般行動通訊天線設計規範)，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LTE/WWAN八頻之操作需求。

請參考第3圖，第3圖為本發明通訊電子裝置3及其天線結構之第二實施例之結構圖。第二實施例之通訊電子裝置3之結構基本上與第一實施例之通訊電子裝置1相同，惟其介質基板31經由一彎折線30作彎折，與其饋入元件36係由一雙支路微帶饋入線來實現之(包含有一主支路363以及一旁支路362。由第3圖可知，該介質基板31具有呈L字形之一第一部分區間313以及一第二部份區間314，且該介質基板31包含該槽孔天線之該第一部分區間313係平行該接地元件10，該介質基板31之該第二部分區間314係大致垂直該接地元件10。此外，於本實施例中，該饋入元件36(由一雙支路微帶饋入線來實現之)具有一主支路(main feeding strip)363依序跨過該第一槽孔13、該第三槽孔15以及該第二槽孔14，該饋入元件36之旁支路(branch feeding strip)362則依序跨過該第一槽孔13以及該第三槽孔15，用於共同激發該槽孔天線12。詳細來說，饋入元件36之旁支路362除了與主支路363共同激發槽孔天線12之外，亦可藉由彎折或是改變與饋入元件36之主支路363之距離調整阻抗匹配，使得第一槽孔13與第三槽孔15能有效率的激發。該介質基板31之第二部分區間314大致垂直接地元件10，可在有限的空間中作彎折，能在不改變槽孔天線12原有特性之下更充分的利用空間。第二實施例之通訊電子裝置3亦可產生與第一實施例之通訊電子裝置1相似之二個寬頻操作頻帶，涵蓋LTE/WWAN之八頻操作。

值得注意的是，於第一實施例中，饋入元件16係由一單一饋入微帶線來實現之；而於第三實施例中，該饋入元件36則由一雙支路微帶饋入線來實現之，且該雙支路微帶饋入線的旁支路362具有一彎折，使得該饋入元件36之該主支路363與該旁支路362係呈一倒h字形，但此並非本發明之限制條件。熟知此項技藝者應可了解，在不違背本發明之精神下，饋入元件16以及饋入元件36之各種各樣的變化皆是可行的。

請參考第4圖，第4圖為本發明通訊電子裝置4及其天線結構之第三實施例之結構圖。第三實施例之通訊電子裝置4之結構基本上與第一實施例之通訊電子裝置1相同，惟在第4圖之槽孔天線42另具有一延伸金屬片40，延伸金屬片40電氣連接於介質基板11上之金屬表面，且延伸金屬片40大致垂直於接地元件10。延伸金屬片40可減少槽孔天線42所需之面積，亦可增加整體的操作頻寬及輻射效率。第三實施例之通訊電子裝置4亦可產生與第一實施例之通訊電子裝置1相似之二個寬頻操作頻帶，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圖所提到的通訊電子裝置及其天線結構之各種各樣的變化皆是可行的。此外，各槽孔(包含有第一槽孔13、第二槽孔14以及第三槽孔15)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，本發明之一種通訊電子裝置及其天線結構，其具有一個可以產生二個寬頻操作頻帶的槽孔天線，該天線結構簡單且其原理具有多變化應用之可能性，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704~960MHz)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。

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．．．本發明之通訊電子裝置之第一實施例

3．．．本發明之通訊電子裝置之第二實施例

4．．．本發明之通訊電子裝置之第三實施例

10．．．接地元件

11,31．．．介質基板

111,311．．．導電體

112,312．．．導電體之第一側邊

12、42．．．槽孔天線

13．．．第一槽孔

131．．．第一槽孔之開口端

132．．．第一槽孔之閉口端

14．．．第二槽孔

141．．．第二槽孔之開口端

142．．．第二槽孔之閉口端

15．．．第三槽孔

151、152．．．第三槽孔之閉口端

16,36．．．饋入元件

161、361．．．天線饋入點

21．．．第一(低頻)操作頻帶

211,212,223．．．第一操作頻帶之共振模態

22．．．第二(高頻)操作頻帶

221,222．．．第二操作頻帶之共振模態

30．．．彎折線

313．．．第一部分區間

314．．．第二部分區間

363．．．饋入元件之主支路

362．．．饋入元件之旁支路

40．．．延伸金屬片

第1圖為本發明之通訊電子裝置之第一實施例結構圖。

第2圖為本發明之通訊電子裝置之第一實施例之返回損失圖。

第3圖為本發明之通訊電子裝置之第二實施例結構圖。

第4圖為本發明之通訊電子裝置之第三實施例結構圖。

1．．．通訊電子裝置

10．．．接地元件

11．．．介質基板

111．．．導電體

112．．．導電體之第一側邊

12．．．槽孔天線

13．．．第一槽孔

131．．．第一槽孔之開口端

132．．．第一槽孔之閉口端

14．．．第二槽孔

141．．．第二槽孔之開口端

142．．．第二槽孔之閉口端

15．．．第三槽孔

151、152．．．第三槽孔之閉口端

16．．．饋入元件

161．．．天線饋入點

Claims (20)

1. 一種通訊電子裝置，包含有一天線結構，該天線結構包含有：一接地元件；以及一槽孔天線(slot antenna)，設置於一導電體上，又該導電體係電氣連接至該接地元件，該槽孔天線包含有：一饋入元件，該饋入元件之一饋入點係電氣連接至位於該接地元件上之一訊號源；一第一槽孔，該第一槽孔為一開口槽孔，其開口端位於該導電體之第一側邊，其閉口端則朝向該導電體之內部延伸；一第二槽孔，該第二槽孔為一開口槽孔，其開口端位於該導電體之該第一側邊，其閉口端則朝向該導電體之內部延伸，該第二槽孔大致平行該第一槽孔，且該第二槽孔較該第一槽孔鄰近該接地元件；以及一第三槽孔，該第三槽孔具有二個閉口端，均位於該導電體之內部，且該第三槽孔介於該第一槽孔及該第二槽孔之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊電子裝置，其中該導電體係為設置在一介質基板上之一金屬表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之通訊電子裝置，其中該槽孔天線之該饋入元件另包含一饋入微帶線(feedline)位於該介質基板之相對於該金屬表面之另一表面上，該饋入微帶線依序跨過該第一槽孔、該第三槽孔以及該第二槽孔，用於激發該槽孔天線。
4. 如申請專利範圍第2項所述之通訊電子裝置，其中該槽孔天線之該饋入元件另包含一饋入微帶線位於該介質基板之相對於該金屬表面之另一表面上，該饋入微帶線具有一主支路(main feeding strip)依序跨過該第一槽孔、該第三槽孔以及該第二槽孔，該饋入微帶線並具有一旁支路(branch feeding strip)依序跨過該第一槽孔以及該第三槽孔，用於激發該槽孔天線。
5. 如申請專利範圍第3項所述之通訊電子裝置，其中該饋入微帶線之旁支路具有一彎折，使得該饋入微帶線之該主支路與該旁支路係呈一倒h字形。
6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊電子裝置，其中該第一槽孔之長度少於該槽孔天線之最低操作頻率之四分之一波長。
7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊電子裝置，其中該第二槽孔之長度大於該槽孔天線之最高操作頻率之四分之一波長。
8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊電子裝置，其中該第三槽孔之長度少於該槽孔天線之最低操作頻率之二分之一波長。
9. 如申請專利範圍第2項所述之通訊電子裝置，其中該介質基板具有呈L字形之一第一部分區間以及一第二部份區間，且該介質基板包含該槽孔天線之該第一部分區間係平行該接地元件，該介質基板之該第二部分區間係大致垂直該接地元件。
10. 如申請專利範圍第2項所述之通訊電子裝置，其中該槽孔天線另包含一延伸金屬片，該延伸金屬片電氣連接於該介質基板上之該金屬表面，且該延伸金屬片大致垂直於該接地元件。
11. 一種天線結構，包含有：一接地元件；以及一槽孔天線(slot antenna)，設置於一導電體上，又該導電體係電氣連接至該接地元件，該槽孔天線包含有：一饋入元件，該饋入元件之一饋入點係電氣連接至位於該接地元件上之一訊號源；一第一槽孔，該第一槽孔為一開口槽孔，其開口端位於該導電體之第一側邊，其閉口端則朝向該導電體之內部延伸；一第二槽孔，該第二槽孔為一開口槽孔，其開口端位於該導電體之該第一側邊，其閉口端則朝向該導電體之內部延伸，該第二槽孔大致平行該第一槽孔，且該第二槽孔較該第一槽孔鄰近該接地元件；以及一第三槽孔，該第三槽孔具有二個閉口端，均位於該導電體之內部，且該第三槽孔介於該第一槽孔及該第二槽孔之間。
12. 如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該導電體係為設置在一介質基板上之一金屬表面。
13. 如申請專利範圍第12項所述之天線結構，其中該槽孔天線之該饋入元件另包含一饋入微帶線(feedline)位於該介質基板之相對於該金屬表面之另一表面上，該饋入微帶線依序跨過該第一槽孔、該第三槽孔以及該第二槽孔，用於激發該槽孔天線。
14. 如申請專利範圍第12項所述之天線結構，其中該槽孔天線之該饋入元件另包含一饋入微帶線位於該介質基板之相對於該金屬表面之另一表面上，該饋入微帶線具有一主支路(main feeding strip)依序跨過該第一槽孔、該第三槽孔以及該第二槽孔，該饋入微帶線並具有一旁支路(branch feeding strip)依序跨過該第一槽孔以及該第三槽孔，用於激發該槽孔天線。
15. 如申請專利範圍第13項所述之天線結構，其中該饋入微帶線之該主支路與該旁支路係呈一倒h字形。
16. 如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該第一槽孔之長度少於該槽孔天線之最低操作頻率之四分之一波長。
17. 如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該第二槽孔之長度大於該槽孔天線之最高操作頻率之四分之一波長。
18. 如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該第三槽孔之長度少於該槽孔天線之最低操作頻率之二分之一波長。
19. 如申請專利範圍第12項所述之天線結構，其中該介質基板具有呈L字形之一第一部分區間以及一第二部份區間，且該介質基板包含該槽孔天線之該第一部分區間係平行該接地元件，該介質基板之該第二部分區間係大致垂直該接地元件。
20. 如申請專利範圍第12項所述之天線結構，其中該槽孔天線另包含一延伸金屬片，該延伸金屬片電氣連接於該介質基板上之該金屬表面，且該延伸金屬片大致垂直於該接地元件。