TWI483464B - 通訊裝置及其天線結構 - Google Patents

Description

通訊裝置及其天線結構

本發明係為一種通訊裝置及其天線結構，特別是一種整合單極槽孔(monopole slot)天線與單極金屬(monopole strip)天線之通訊裝置，其操作頻寬涵蓋至少約824~960 MHz及1710~2170 MHz。

行動科技日新月異，除了要求外觀上達到輕、薄、短、小，同時跟著不停演進的通訊世代，更多的操作頻寬需求也伴隨著產生。而在傳統天線設計上，為縮小天線尺寸並同時獲得寬頻操作，一般需佔據通訊裝置頂端或底端之一淨空區間，使得天線整體的Q值(Quality factor)降低，進而增加操作頻寬來涵蓋多頻之操作。例如美國專利第7,932,865 B2號“Coplanar coupled-fed multiband antenna for the mobite device(共平面耦合饋入之行動裝置多頻天線)”，所揭露之多頻內建天線設計即是一例，然而此一方式無法運用其淨空區間來更進一步增加操作頻寬，以涵蓋更多的操作頻帶。

因此，有必要提供一種通訊裝置，其具有兩個寬頻操作頻帶，例如至少涵蓋約824~960 MHz及1710~2170 MHz頻帶，以滿足無線區域網路(WWAN,Wireless Wide Area Network)之五頻操作，同時使得天線元件能與周圍的電子元件達到高度整合。

本發明的目的在於提供一種通訊裝置，其內建天線可整合單極槽孔(monopole slot)天線與單極金屬(monopole strip)天線來至少涵蓋約824~960 MHz及1710~2170 MHz頻帶，以滿足無線區域網路(WWAN,Wireless Wide Area Network)之五頻操作，同時使得天線元件能與周圍的電子元件達到高度整合。

為了解決上述先前技術之問題，本發明提供一種通訊裝置，其包含基板、接地元件、開口槽孔及輻射金屬部。接地元件位於基板之一第一表面上。開口槽孔形成於接地元件上，開口槽孔大致與接地元件之一邊緣平行，開口槽孔至少產生一第一共振模態，且開口槽孔與接地元件之邊緣之距離小於第一共振模態之中心頻率的0.05倍波長。輻射金屬部位於基板相對應於該第一表面之一第二表面上，且開口槽孔至少部分涵蓋輻射金屬部，輻射金屬部至少產生一第二共振模態，輻射金屬部之一饋入端係電氣耦合至位於基板上之一信號源。

為了解決上述先前技術之問題，本發明提供一種天線結構。天線結構包含基板、接地元件、開口槽孔及輻射金屬部。接地元件位於基板之一第一表面上。開口槽孔形成於接地元件上，開口槽孔大致與接地元件之一邊緣平行，開口槽孔至少產生一第一共振模態，且開口槽孔與接地元件之邊緣之距離小於第一共振模態之中心頻率的0.05倍波長。輻射金屬部位於基板相對應於該第一表面之一第二表面上，且開口槽孔至少部分涵蓋輻射金屬部，輻射金屬部至少產生一第二共振模態，輻射金屬部之一饋入端係電氣耦合至位於基板上之一信號源。

在本發明之通訊裝置中，該開口槽孔之外形大致為一長方形，且產生之第一共振模態位於該通訊裝置之第一操作頻帶，同時，由於該開口槽孔涵蓋該輻射金屬部，可以作為該輻射金屬部之一淨空區間，使得該輻射金屬部可以為一單極天線，產生第二共振模態位於該通訊裝置之第二操作頻帶。此外，該金屬輻射部亦可作為該開口槽孔的饋入結構來有效激發該開口槽孔。在本發明之通訊裝置中，所產生之第一操作頻帶可以涵蓋至少約824~960 MHz，第二操作頻帶可以涵蓋至少約1710~2170 MHz，使得該通訊裝置可以達成無線廣域網路(WWAN,wireless wide area network)五頻之操作。

此外，該接地元件之該邊緣亦可電氣耦合至一金屬導體，該金屬導體具有一寬度，並大致垂直於該接地元件，該金屬導體之寬度不大於該通訊裝置之厚度，該金屬導體可使得該接地元件本身的模態被激發，而增加該第一共振模態的頻寬，涵蓋更多操作頻帶，並且該金屬導體可以為該通訊裝置之邊框之一部份。

於一實施例中，該金屬導體係用於放置一電子元件，且該電子元件之部份結構系電氣耦接於該接地元件。

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。

請參考第1圖，第1圖為本發明之通訊裝置1及其天線結構之第一實施例之結構圖。包括接地面元件11、基板12、開口槽孔13及輻射金屬部14。接地元件11位於基板12之一第一表面121上。開口槽孔13形成於接地元件11上，開口槽孔13大致與接地元件11之一邊緣111平行，開口槽孔13至少產生一第一共振模態，且開口槽孔13與接地元件11之邊緣111之距離d小於第一共振模態之中心頻率的0.05倍波長，使得開口槽孔13足夠靠近接地元件11之邊緣111，而具有實際運用價值。此外，輻射金屬部14位於基板12相對於該第一表面121之一第二表面122上，且開口槽孔13至少部分涵蓋該輻射金屬部14，該輻射金屬部14至少產生一第二共振模態，增加該通訊裝置之操作頻寬，輻射金屬部14之一饋入端141係電氣耦合至位於基板12上之一信號源15。

請注意，於本實施例中，開口槽孔13之外形大致為一長方形，但此並非本發明之限制條件。此外，輻射金屬部14可為一單極天線，但本發明並不侷限於此。

請一併參考第2A圖以及第2B圖，第2A圖為本發明之通訊裝置2及其天線結構之第二實施例之結構圖，而第2B圖則為通訊裝置2及其天線結構的返回損失圖。第二實施例與第一實施例之主要差異在於第二圖中的通訊裝置2及其天線結構另包含一金屬導體26，且此時接地元件11之邊緣111經由電氣耦合點271及電氣耦合點272電氣耦合至金屬導體26，並大致垂直於接地元件11，且金屬導體26具有一寬度，金屬導體26之寬度不大於通訊裝置2之厚度。於本實施例中，該金屬導體26可為通訊裝置2之邊框之一部份，但本發明並不侷限於此。由於第二實施例之通訊裝置2的天線結構與第一實施例之通訊裝置1的天線結構相似，在此相似結構下，第二實施例亦可以具有與第一實施例相似之功效。

請注意，在第二實施例中，選擇下列尺寸進行實作：基板12長度約為110 mm，寬度約為60 mm，厚度約為0.8 mm；接地面11係形成於基板12上；開口槽孔13長度約為40 mm，寬度約為9 mm，其長度約為第一操作頻帶2100之中心頻率(約890 MHz)之0.12倍波長，由於開口槽孔13係印刷於基板12上，其係為一介質基板，因此開口槽孔13之長度少於該中心頻率之四分之一波長。如第2B圖所示，由量測結果可得知，本發明之第二實施例在6 dB返回損失的定義之下(行動通訊裝置天線設計規範)，其第一操作頻帶2100可涵蓋約824~960 MHz來達成GSM850/900之兩頻操作，其第二操作頻帶2200可涵蓋約1710~2170 MHz來達成GSM1800/1900/UMTS之三頻操作，因此該天線結構可滿足WWAN五頻之操作需求。

請一併參考第3A圖以及第3B圖，第3A圖為先前技術中一通訊裝置3及其傳統天線結構之結構圖，而第3B圖則為通訊裝置3及其傳統天線結構之模擬返回損失圖。如第3A圖所示，通訊裝置3包括接地面元件31、基板32、輻射金屬部34。接地元件31位於基板32之一第一表面321上。輻射金屬部34位於基板32上之一淨空區間3211，輻射金屬部34之一饋入端341電氣耦合至位於基板32上之一信號源35。值得注意的是，通訊裝置3及其傳統天線結構跟第一實施例中的通訊裝置1及其天線結構的不同之處在於，通訊裝置3及其傳統天線結構僅由輻射金屬部34產生共振模態，而未能運用淨空區間3211來形成開口槽孔以增加操作頻寬。

210021002200請注意，通訊裝置3及其傳統天線結構選擇下列尺寸進行模擬：基板32長度約為110 mm，寬度約為60 mm，厚度約為0.8 mm；接地面31係形成於基板32上；輻射金屬部34長度約為34 mm。如第3B圖所示，由模擬結果可得知，通訊裝置3及其傳統天線結構在6 dB返回損失的定義之下(行動通訊裝置天線設計規範)，其操作頻帶3100僅可涵蓋GSM1800/1900 /UMTS之三頻操作需求，相較於本發明之第二實施例(如第2B圖所示)，傳統天線結構無法產生共振模態位於所需的低頻操作頻帶，而無法滿足WWAN五頻之操作需求。

請參考第4圖，第4圖為本發明通訊裝置4及其天線結構之第三實施例之結構圖。第三實施例之天線結構與第一實施例之天線結構之主要差異在於，在第四圖中之通訊裝置4及其天線結構的接地元件11之邊緣111經由電氣耦合點471及電氣耦合點472電氣耦合至一金屬導體46，金屬導體46具有一寬度，並大致垂直於接地元件11，金屬導體46之寬度不大於通訊裝置4之厚度。於本實施例中，金屬導體46係用於放置一電子元件48(如，一資料傳輸接頭或者一USB連接器)，且電子元件48之部份結構與接地元件11電氣連接。由於第三實施例之天線結構與第一實施例之天線結構相似，在此相似結構下，第三實施例亦可以具有與第一實施例相似之功效。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1、2、3、4．．．通訊裝置及其天線結構

11、31‧‧‧接地元件

111‧‧‧接地元件之一邊緣

12、32‧‧‧基板

121、321‧‧‧第一表面

122‧‧‧第二表面

13‧‧‧開口槽孔

14、34、44‧‧‧輻射金屬部

141、341‧‧‧饋入端

15、35‧‧‧信號源

26、46‧‧‧金屬導體

271、272、71、472‧‧‧電氣耦合點

3211‧‧‧基板上淨空區間(無接地面區間)

2100‧‧‧第二實施例之第一操作頻帶

2200‧‧‧第二實施例之第二操作頻帶

3100‧‧‧先前實施例之操作頻帶

48‧‧‧電子元件(資料傳輸接頭)

d‧‧‧開口槽孔與接地元件之一邊緣之距離

第1圖為本發明通訊裝置及其天線結構之第一實施例之結構圖。

第2A圖為本發明通訊裝置及其天線結構之第二實施例之結構圖。

第2B圖為本發明通訊裝置及其天線結構之第二實施例之量測返回損失圖。

第3A圖為先前技術中一傳統通訊裝置及其傳統天線結構之結構圖。

第3B圖為第3A圖所示之傳統通訊裝置及其傳統天線結構之模擬返回損失圖。

第4圖為本發明通訊裝置及其天線結構之第三實施例之結構圖。

1．．．通訊裝置及其天線結構

11．．．接地元件

111．．．接地元件之一邊緣

12．．．基板

121．．．第一表面

122．．．第二表面

13．．．開口槽孔

14．．．輻射金屬部

141．．．饋入端

15．．．信號源

d．．．開口槽孔與接地元件之一邊緣的距離

Claims (10)

1. 一種通訊裝置，包含有一天線結構，該天線結構包含有：一基板；一接地元件，其位於該基板之一第一表面上；一開口槽孔，形成於該接地元件上，該開口槽孔大致與該接地元件之一邊緣平行，該開口槽孔至少產生一第一共振模態，且該開口槽孔與該接地元件之該邊緣之距離小於該第一共振模態之中心頻率的0.05倍波長；一輻射金屬部，其位於該基板相對應於該第一表面之一第二表面上，且該開口槽孔至少部分涵蓋該輻射金屬部，該輻射金屬部至少產生一第二共振模態，該輻射金屬部之一饋入端係電氣耦合至位於該基板上之一信號源；以及一金屬導體，電氣耦接於該接地元件之該邊緣，並大致垂直於該接地元件，且該金屬導體具有一寬度，該金屬導體之該寬度不大於該通訊裝置之厚度，其中，該金屬導體沿著該接地元件的兩個相對面延伸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一共振模態所對應之一第一操作頻帶涵蓋約824~960MHz，該第二共振模態所對應之一第二操作頻帶涵蓋約1710~2170MHz。
3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該開口槽孔之外形大致為一長方形。
4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該輻射金屬部為一單極天線。
5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬導體為該通訊裝置之邊框之一部份。
6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬導體係用於放置一電子元件，且該電子元件之部份結構係電氣耦接於該接地元件。
7. 一種天線結構，包含有：一基板；一接地元件，其位於該基板之一第一表面上；一開口槽孔，形成於該接地元件上，該開口槽孔大致與該接地元件之一邊緣平行，該開口槽孔至少產生一第一共振模態，且該開口槽孔與該接地元件之該邊緣之距離小於該第一共振模態之中心頻率的0.05倍波長；一輻射金屬部，其位於該基板相對應於該第一表面之一第二表面上，且該開口槽孔至少部分涵蓋該輻射金屬部，該輻射金屬部至少產生一第二共振模態，該輻射金屬部之一饋入端係電氣耦合至位於該基板上之一信號源；以及一金屬導體，電氣耦接於該接地元件之該邊緣，並大致垂直於該接 地元件，且該金屬導體具有一寬度，該金屬導體之該寬度不大於該通訊裝置之厚度，其中，該金屬導體沿著該接地元件的兩個相對面延伸。
8. 如申請專利範圍第7項所述之天線結構，其中該第一共振模態所對應之一第一操作頻帶涵蓋約824~960MHz，該第二共振模態所對應之一第二操作頻帶涵蓋約1710~2170MHz。
9. 如申請專利範圍第7項所述之天線結構，其中該開口槽孔之外形大致為一長方形。
10. 如申請專利範圍第7項所述之天線結構，其中該輻射金屬部為一單極天線。