TWI482356B - 手持式裝置及其平面天線 - Google Patents

Description

手持式裝置及其平面天線

本發明係關於一種手持式裝置及其平面天線。具體而言，本發明之平面天線具有一過濾元件及一開關，其中過濾元件用以使平面天線可操作於二個中心頻率，而開關用以使平面天線可操作於另外二個中心頻率。

隨著現代人對於無線通訊的需求漸增，手持式裝置(例如：行動電話、筆記型電腦、平板電腦及無線網路分享器等手持式裝置)也逐漸成為現代人生活中不可或缺的必需品。為了滿足現代人對於手持式裝置的依賴，手持式裝置相關業者莫不將手持式裝置之設計朝向更人性化或更適合人們需求的方向發展，其中又以多頻操作以及輕薄外觀最為現代人所期盼。

為了達成手持式裝置具有多頻操作之功能，相關業者於近年來紛紛投入大量資源於開發出具有多頻操作之天線，其中又以具輕薄外觀之平面倒F天線(planar inverted-F antenna；PIFA)最受青睞。習知單頻倒F平面天線，僅具有一約1/4波長之輻射體作為共振之電流路徑，倘若該單頻平面倒F天線欲操作於更多的中心頻率上，則必須藉由加入其他寄生天線元件(parasitic antenna elements)及/或其他分支(branches)以形成多個電流路徑而達成。換言之，一般習知的天線，如果要收發兩種以上之訊號，就必須具有兩支以上的輻射體，各自收發本身的操作頻率，但卻佔據了許多的空間，同時天線本身的淨空區(clearance area)也不夠大，影響到 天線的收發品質。

於習知技術中，設計一多頻平面倒F天線將會因天線元件增加，而面臨天線元件間產生非預期耦合效應，使得天線設計上的複雜度提高，同時亦因增加天線元件，使得天線體積變大而產生種種不利因素。此外，習知多頻平面倒F天線亦無法透過彈性地切換而操作於多個中心頻率間。

有鑑於此，如何設計一平面天線，其具有體積小、設計簡單及彈性操作於多個中心頻率之優點，乃是業界亟待解決的問題。

本發明之目的在於提供一種平面天線，其具有體積小、設計簡單及彈性操作於多個中心頻率之優點。本發明之平面天線僅一輻射體，因此其體積相對於習知多頻倒F平面天線之體積將相對縮小。另外，由於本發明之平面天線不需增加其他寄生天線元件及/或其他分支以操作於多個中心頻率，因此亦減少平面天線設計上的複雜度。

為達上述目的，本發明揭露了一種平面天線，其包含一輻射體、一過濾元件及一開關。該輻射體包含：一第一部分，包含一第一接觸點以及一第二接觸點；一第二部分，包含一第三接觸點、一第四接觸點以及一第五接觸點，其中該第四接觸點電性連接至該第二接觸點；以及一第三部分，包含一第六接觸點。該過濾元件電性連接於該第五接觸點以及該第六接觸點之間，俾該平面天線可操作於一第一高頻電流路徑以及一第一低頻電流路徑。該開關電性連接於該第一接觸點以及該第三接觸點之間，俾該平面天線 可操作於一第二高頻電流路徑以及一第二低頻電流路徑。當該開關非導通時，該平面天線可操作於對應該第一高頻電流路徑之一第一高頻中心頻率以及對應該第一低頻電流路徑之一第一低頻中心頻率。當該第一開關導通時，該平面天線可操作於對應該第二高頻電流路徑之一第二高頻中心頻率以及對應該第二低頻電流路徑之一第二低頻中心頻率。

本發明之另一目的在於提供一種手持式裝置及其平面天線。該平面天線設置於該手持式裝置之基板之一淨空區。由於本發明之平面天線之體積相對於習知多頻倒F平面天線之體積較為縮小，俾更能有效地設置於該淨空區內，且完全地利用該淨空區，故可提高手持式裝置的通訊品質。據此，在淨空區之大小不因應平面天線之體積而縮減的情況下，本發明可減少淨空區外之電子元件對該平面天線的影響，因而提高手持式裝置的通訊品質。另一方面，在淨空區之大小因應平面天線之體積而縮減的情況下，本發明可使手持式裝置的內部空間配置具有較大的彈性，並可將電子元件對該平面天線的影響降至最低，以維持手持式裝置的通訊品質。

為達上述目的，本發明更揭露了一種手持式裝置，其包含一基板及一平面天線。該基板具有一淨空區，且該平面天線，設置於該淨空區內，並用以收發一射頻訊號。該平面天線包含一輻射體、一過濾元件及一開關。該輻射體包含：一第一部分，包含一第一接觸點以及一第二接觸點；一第二部分，包含一第三接觸點、一第四接觸點以及一第五接觸點，其中該第四接觸點電性連接至該第二接觸點；以及一第三部分，包含一第六接觸點。該過濾元件 電性連接於該第五接觸點以及該第六接觸點之間，俾該平面天線可操作於一第一高頻電流路徑以及一第一低頻電流路徑。該開關電性連接於該第一接觸點以及該第三接觸點之間，俾該平面天線可操作於一第二高頻電流路徑以及一第二低頻電流路徑。當該開關非導通時，該平面天線可操作於對應該第一高頻電流路徑之一第一高頻中心頻率以及對應該第一低頻電流路徑之一第一低頻中心頻率。當該第一開關導通時，該平面天線可操作於對應該第二高頻電流路徑之一第二高頻中心頻率以及對應該第二低頻電流路徑之一第二低頻中心頻率。

於參閱圖式及本發明之實施方式後，此技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。

本發明主要係涉及一種手持式裝置及其平面天線，且該平面天線具有體積小、設計簡單及彈性操作於多個中心頻率之優點。以下實施例係用以舉例說明本發明之技術內容，並非用以限制本發明之範圍。需說明者係，以下實施例及圖式中，與本發明無關之元件已省略而未繪示。此外，圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。

本發明之第一實施例如第1圖及第2圖所示。具體而言，第1圖係為本發明之手持式裝置1之示意圖，以及第2圖係為用於手持式裝置1之一平面天線13之俯視圖。

如第1圖所示，手持式裝置1包含一基板11及一平面天線13。需 注意者，基於說明簡化之原則，手持式裝置1之其它元件，例如觸控顯示模組、通訊模組、輸入模組、供電模組及相關必要元件，皆於圖中省略而未繪示。基板11包含一淨空區111及一電路板113，且平面天線13包含一輻射體131、一過濾元件133、一開關135及一承載件137。其中基板11一般可看成手持式裝置1之系統接地面，輻射體131配置於承載件137之上，平面天線13係設置於手持式裝置1之淨空區111內，並用以收發一射頻訊號。

進一步言，如第2圖所示，輻射體131包含第一部分1311、第二部分1313及第三部分1315。第一部分1311包含一第一接觸點1311a以及一第二接觸點1311b，第二部分1313包含一第三接觸點1313a、一第四接觸點1313b以及一第五接觸點1313c，以及第三部分1315包含一第六接觸點1315a。於本實施例中，第一部分1311之第二接觸點1311b係直接電性連接至第二部分1313之第四接觸點1313b，亦即輻射體131之第一部分1311直接實體連結第二部分1313。

過濾元件133電性連接於第五接觸點1313c以及第六接觸點1315a之間，使得平面天線13具有一第一高頻電流路徑以及一第一低頻電流路徑。具體而言，當平面天線操作於一第一頻帶操作模式時，過濾元件133使得第一高頻電流路徑不包含第三部分1315(即第五接觸點1313c與第六接觸點1315a之間形同斷路)，以及使得第一低頻電流路徑包含第三部分1315(即第五接觸點1313c與第六接觸點1315a之間形同短路)。換言之，過濾元件133使得平面天線之輻射體131具有雙模態之操作模式，亦即可同時共振於二個 主要的中心頻率，例如一個基頻，以及至少一個倍頻。

開關135電性連接於第一接觸點1311a以及第三接觸點1313a之間，使得平面天線13具有一第二高頻電流路徑以及一第二低頻電流路徑。具體而言，當開關135開啟時(即第一接觸點1311a與第三接觸點1313a之間導通時)，平面天線即操作於一第二頻帶操作模式，而開關135使得該第二高頻電流路徑包含第一接觸點1311a以及第三接觸點1313a間之導體，但不包含第三部分1315，以及使得該第二低頻電流路徑包含第一接觸點1311a以及第三接觸點1313a間之導體並包含第三部分1315。據此，在過濾元件133可使得平面天線之輻射體131同時共振於二個主要的中心頻率的前提下，開關135則可進一步地使平面天線之輻射體131共振於另外二個主要的中心頻率。須說明者，開關135可為一機械開關、一電子開關或任何可用以控制第一接觸點1311a以及第三接觸點1313a耦合之元件。

此外，輻射體131之第一部分1311更包含一饋入點1317耦合至電路板113之一訊號端(圖未繪示)，且輻射體131之第二部分1313更包含一接地點1319耦合至電路板113之一接地端(圖未繪示)，俾手持式裝置1透過平面天線13收發射頻訊號。進一步言，當開關135於非導通狀態時(Diode off)，平面天線13操作於第一頻段操作模式，亦即操作於對應該第一高頻電流路徑之一第一高頻中心頻率以及對應該第一低頻電流路徑之一第一低頻中心頻率，而當開關135於導通狀態時(Diode on)，平面天線13操作於第二頻段操作模式，亦即操作於對應該第二高頻電流路徑之一第二高頻 中心頻率以及對應該第二低頻電流路徑之一第二低頻中心頻率。

第3圖係描繪本發明之第二實施例之平面天線13。於本實施例中，過濾元件133係由一電感器及一電容器所組成。換言之，過濾元件133係為至少一被動元件所構成，並用以電性連接於輻射體131之第二部分1313之第五接觸點1313c以及第三部分1315之第六接觸點1315a之間。須說明者，於其他實施例中，過濾元件133可為單一之電感器，亦可以置換為一細長之傳輸線(narrow transmission line)或其他具有阻抗特性之元件或元件組合。其中所謂的組合，係可能是單一種元件或多種元件所組成者。因此，所屬技術領域中具有通常知識者應可根據本發明實施例所述之技術內容輕易置換過濾元件133以達成相同功效。

第4圖係描繪本發明之第三實施例之平面天線13。如第4圖所示，平面天線33之開關135係為一二極體元件。二極體元件之陽極端電性連接至輻射體131之第一部分1311之第一接觸點1311a，且二極體元件之陰極端電性連接至輻射體131之第二部分1313之第三接觸點1313a。

此外，平面天線13更包含一射頻阻流器139，其電性連接於輻射體131之第一部分1311之饋入點1317與電路板113之一直流輸出端之間，用以阻絕一射頻訊號導入至直流輸出端。於本實施例中，二極體元件之關閉或開啟係由直流輸出端之一直流控制訊號所控制。另一方面，平面天線33更包含一阻直流元件141。阻直流元件141係一電容器，其電性連接於輻射體131之第一部分1311之第二接觸點1311b與輻射體1311之第二部分1313之第四接觸 點1313b之間，用以阻絕該直流控制訊號藉由第一部分1311之第二接觸點1311b導入至第二部分1313之第四接觸點1313b。須說明者，於其他實施態樣中，阻直流元件141可以為其他具有阻止直流通過之元件或元件組合，並不局限於電容器。

進一步言，當直流輸出端之電壓小於一預設值時，二極體元件係無法導通，俾輻射體131之第一部分1311之第一接觸點1311a與第二部分1313之第三接觸點1313a之間形同斷路。此時，平面天線33操作於該第一頻帶工作模式。然而，當直流輸出端之電壓大於一預設值時，二極體元件導通，俾輻射體131之第一部分1311之第一接觸點1311a與第二部分1313之第三接觸點1313a形成電流路徑。此時，平面天線33操作於該第二頻帶工作模式。

第5圖係描繪本發明之第四實施例之平面天線13。不同於第三實施例，於第四實施例中，平面天線13之饋入點1317係位於輻射體131之第二部分1313，且平面天線13之接地點1319係位於輻射體131之第一部分1311。平面天線13之開關135亦為一二極體元件，然而二極體元件之陰極端電性連接至輻射體131之第一部分1311之第一接觸點1311a，且二極體元件之陽極端電性連接至輻射體131之第二部分1313之第三接觸點1313a。換言之，於本實施例中，因應饋入點1317與接地點1319之位置變動，二極體元件係以相反的方向設置。

類似地，平面天線13之饋入點1317耦合至一射頻阻流器139，其耦合至電路板113之一直流輸出端，用以阻絕一射頻訊號導入至直流輸出端。直流輸出端具有一直流控制訊號用以控制二極體元 件關閉或開啟。另一方面，阻直流元件141亦為一電容器，其耦合於輻射體131之第一部分1311之第二接觸點1311b至輻射體1311之第二部分1313之第四接觸點1313b，並用以阻絕該直流控制訊號藉由第一部分1311之第二接觸點1311b導入至第二部分1313之第四接觸點1313b。

綜合上述，本發明之平面天線藉由過濾元件133於二頻帶操作模式中分別產生一高頻電流路徑及一低頻電流路徑，同時藉由開關135即可彈性地切換該二頻帶操作模式，並操作於多個中心頻率上，以收發不同頻帶或通訊系統之射頻訊號之目的。進一步言，第6圖及第7圖係分別描繪本發明之具有過濾元件與開關元件之天線操作於不同頻帶下之電壓駐波比(VSWR)示意圖。如第6圖所示，當開關於非導通狀態(Diode off)，該天線得以操作於中心頻率850MHz以及1775MHz，而當開關於導通狀態(Diode on)，該天線得以操作於中心頻率900MHz以及2035MHz。於是，該天線共涵蓋了全球行動通訊(Global System For Mobile Communication；GSM)系統之GSM850與GSM900、全數位式通訊(Digital Communication System；DCS)系統之DCS1800、個人通訊服務(Personal Communications Services；PCS)系統之PCS1900以及通用移動通訊系統(Universal Mobile Telecommunications System；UMTS)之頻帶。此外，如第7圖所示，該天線亦可應用於3GPP長期演進技術(3GPP Long Term Evolution；3GPP LTE)系統所需之wideband頻帶(例如LTE，GSM，CDMA/WCDMA)，其中當開關於非導通狀態時，該天線得以操作於中心頻率698MHz以及1775MHz，而當開關於導通狀態時，該天線得以操作於中心頻率716MHz以及2035 MHz。由此可見，本發明之平面天線係可根據所需而應用於各通訊系統上。

具體而言，本發明僅利用一支輻射體，就可提供非常大之可操作頻寬，相較於具有類似功效之傳統天線設計，本發明可將天線體積縮小將近1/3，並具有更好的收發品質。此外，因本發明之平面天線僅具有一輻射體，未有其他寄生天線元件及/或其他分支加入，據此相對於習知多頻倒F平面天線，本發明之平面天線不但體積將相對縮小，且設計複雜度也相對簡單，俾平面天線得以更有效地設置於手持式裝置之淨空區內，以降低平面天線的特性受到手持式裝置之其他電子零件的影響。另一方面，在考慮將淨空區之大小因應平面天線之大小縮減的情況下，手持式裝置的內部空間配置可具有較大的彈性。

需說明者係，上述之實施例僅用以揭露本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。此外，任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，且本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1‧‧‧手持式裝置

11‧‧‧基板

111‧‧‧淨空區

113‧‧‧電路板

13‧‧‧平面天線

131‧‧‧輻射體

1311‧‧‧輻射體之第一部分

1311a‧‧‧第一接觸點

1311b‧‧‧第二接觸點

1313‧‧‧輻射體之第二部分

1313a‧‧‧第三接觸點

1313b‧‧‧第四接觸點

1313c‧‧‧第五接觸點

1315‧‧‧輻射體之第三部分

1315a‧‧‧第六接觸點

1317‧‧‧饋入點

1319‧‧‧接地點

133‧‧‧過濾元件

135‧‧‧開關

137‧‧‧承載件

139‧‧‧射頻阻流器

141‧‧‧阻直流元件

第1圖係為本發明之第一實施例之一手持式裝置1之示意圖；第2圖係為本發明之第一實施例之一平面天線13之俯視圖；第3圖係為本發明之第二實施例之一平面天線13之俯視圖；第4圖係為本發明之第三實施例之一平面天線13之俯視圖； 第5圖係為本發明之第四實施例之一平面天線13之俯視圖；以及第6-7圖係分別為本發明之具有過濾元件與開關元件之天線操作於不同頻帶下之電壓駐波比(VSWR)示意圖。

1‧‧‧手持式裝置

11‧‧‧基板

111‧‧‧淨空區

113‧‧‧電路板

13‧‧‧平面天線

131‧‧‧輻射體

133‧‧‧過濾元件

135‧‧‧開關

137‧‧‧承載件

Claims (12)

1. 一種平面天線包含：一輻射體，包含：一第一部分，包含一第一接觸點以及一第二接觸點；一第二部分，包含一第三接觸點、一第四接觸點以及一第五接觸點，其中該第四接觸點電性連接至該第二接觸點；以及一第三部分，包含一第六接觸點；一過濾元件，電性連接於該第五接觸點以及該第六接觸點之間，俾該平面天線可同時操作於一第一高頻電流路徑以及一第一低頻電流路徑；以及一開關，電性連接於該第一接觸點以及該第三接觸點之間，俾該平面天線可同時操作於一第二高頻電流路徑以及一第二低頻電流路徑；其中，當該開關於非導通狀態時，該平面天線可同時操作於對應該第一高頻電流路徑之一第一高頻中心頻率以及對應該第一低頻電流路徑之一第一低頻中心頻率，當該開關於導通狀態時，該平面天線可同時操作於對應該第二高頻電流路徑之一第二高頻中心頻率以及對應該第二低頻電流路徑之一第二低頻中心頻率。
2. 如請求項1所述之平面天線，其中該過濾元件係一細長傳輸線及至少一被動元件其中之一。
3. 如請求項1所述之平面天線，其中該輻射體之該第一部分更包含一饋入點耦合至一電路板，以及該輻射體之該第二部分 更包含一接地點耦合至該電路板之一接地端。
4. 如請求項3所述之平面天線，更包含：一射頻阻流器，電性連接於該輻射體之該第一部分之該饋入點與該電路板之一直流輸出端之間，用以阻絕一射頻訊號導入至該直流輸出端，其中該開關係為一二極體元件，且該直流輸出端具有一直流控制訊號用以控制該二極體元件；以及一阻直流元件，用以電性連接該輻射體之該第一部分之該第二接觸點至該輻射體之該第二部分之該第四接觸點，以阻絕該直流控制訊號藉由該第一部分之該第二接觸點導入至該第二部分之該第四觸點。
5. 如請求項1所述之平面天線，其中該輻射體之該第一部分更包含一接地點電性連接至一電路板之一接地端，以及該輻射體之該第二部分更包含一饋入點電性連接至該電路板。
6. 如請求項5所述之平面天線，更包含：一射頻阻流器，電性連接於該輻射體之該第二部分之該饋入點與該電路板之一直流輸出端之間，用以阻絕一射頻訊號導入至該直流輸出端，其中該開關係為一二極體元件，且該直流輸出端具有一直流控制訊號用以控制該二極體元件；以及一阻直流元件，用以電性連接該輻射體之該第一部分之該第二接觸點至該輻射體之該第二部分之該第四接觸點，以阻絕該直流控制訊號藉由該第二部分之該第四觸點導入至該第一部分之該第二接觸點。
7. 一種手持式裝置，包含：一基板，具有一淨空區；以及一平面天線，設置於該基板之該淨空區內，用以收發一射頻訊號，該平面天線包含：一輻射體，包含：一第一部分，包含一第一接觸點以及一第二接觸點；一第二部分，包含一第三接觸點、一第四接觸點以及一第五接觸點，其中該第四接觸點耦合至該第二接觸點；以及一第三部分，包含一第六接觸點；一過濾元件，電性連接於該第五接觸點以及該第六接觸點之間，俾該平面天線可同時操作於一第一高頻電流路徑以及一第一低頻電流路徑；以及一開關，電性連接於該第一接觸點以及該第三接觸點之間，俾該平面天線可同時操作於一第二高頻電流路徑以及一第二低頻電流路徑；其中，當該開關於非導通狀態時，該平面天線可同時操作於對應該第一高頻電流路徑之一第一高頻中心頻率以及對應該第一低頻電流路徑之一第一低頻中心頻率，當該開關於導通狀態時，該平面天線可同時操作於對應該第二高頻電流路徑之一第二高頻中心頻率以及對應該第二低頻電流路徑之一第二低頻中心頻率。
8. 如請求項7所述之手持式裝置，其中該過濾元件係一細長傳 輸線及至少一被動元件其中之一。
9. 如請求項7所述之手持式裝置，其中該基板更包含一電路板，該輻射體之該第一部分更包含一饋入點電性連接至該電路板，以及該輻射體之該第二部分更包含一接地點耦合至該電路板之一接地端。
10. 如請求項9所述之手持式裝置，其中該平面天線更包含：一射頻阻流器，電性連接於該輻射體之該第一部分之該饋入點與該電路板之一直流輸出端之間，用以阻絕該射頻訊號導入至該直流輸出端，其中該開關係為一二極體元件，且該直流輸出端具有一直流控制訊號用以控制該二極體元件；以及一阻直流元件，用以電性連接該輻射體之該第一部分之該第二接觸點至該輻射體之該第二部分之該第四接觸點，以阻絕該直流控制訊號藉由該第一部分之該第二接觸點導入至該第二部分之該第四觸點。
11. 如請求項7所述之手持式裝置，其中該基板更包含一電路板，該輻射體之該第一部分更包含一接地點耦合至該電路板之一接地端，以及該輻射體之該第二部分更包含一饋入點耦合至該電路板。
12. 如請求項11所述之手持式裝置，其中該平面天線更包含：一射頻阻流器，電性連接於該輻射體之該第二部分之該饋入點與該電路板之一直流輸出端之間，用以阻絕該射頻訊號導入至該直流輸出端，其中該開關係為一二極體元件，且該直流輸出端具有一直流控制訊號用以控制該二極體元件； 以及一阻直流元件，電性連接於該輻射體之該第一部分之該第二接觸點至該輻射體之該第二部分之該第四接觸點，以阻絕該直流控制訊號藉由該第二部分之該第四觸點導入至該第一部分之該第二接觸點。