TWI488359B - 通訊電子裝置及其天線元件 - Google Patents

Description

通訊電子裝置及其天線元件

本發明係關於一種通訊電子裝置，特別是一種具有多頻操作之天線且具有薄形外觀的平板電腦裝置。

隨著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日益加深，相關電子商品逐漸成為市場上的主流。例如平板電腦的出現，由於其多樣的媒體應用性，對於無線通訊的依賴也相形加深，除了無線區域網路(WLAN)的支援外，無線廣域網路(WWAN)可以使得攜帶式的通訊電子裝置具有較佳的移動性。另外，平板電腦通常也需具備薄型化的設計，以期獲得消費者的青睞。因此，要如何設計適用於薄型裝置內，且可涵蓋多頻操作之平面印刷式天線設計，已成為一重要課題。

因此，有必要提供一種通訊電子裝置(例如，一平板電腦裝置)，其具有兩個寬頻操作頻帶，至少涵蓋約824~960 MHz及1710~2170 MHz頻帶，同時其天線元件具有平面化設計及尺寸小之特點。

本發明的目的在於提供一種通訊電子裝置，其內建天線元件具有一微波電路，可以增加天線設計的彈性，且具有小尺寸、平面印刷及多頻操作之優點。

為達成上述之目的，本發明之一種通訊電子裝置包含一接地元件，接地元件上並具有一通訊模組，以及一位於介質基板上之天線元件，此天線元件包含一天線接地面及一輻射部，天線接地面電氣連接至接地元件，且此天線接地面對應之介質基板區間具有一微波電路，此微波電路可以為任意形式之匹配電路，藉由內建一微波電路於天線元件上，可以提供一種調整天線匹配的方法；輻射部包含第一金屬部及第二金屬部，其中第一金屬部電氣耦合至微波電路，再經由一傳輸線電氣連接至接地元件；第二金屬部之一端電氣耦合至天線接地面之第一接地點，第二金屬部並圍繞第一金屬部。第一金屬部與第二金屬部結合微波電路可以達成多頻操作之目的，且天線元件具有一第一操作頻帶及一第二操作頻帶，第一及第二操作頻帶均涵蓋至少一行動通訊頻帶。

為達成上述之目的，本發明之一種天線元件位於一介質基板上，天線元件並包含一天線接地面及一輻射部。天線接地面對應之介質基板區間並具有一微波電路，此微波電路可為任意形式之匹配電路，藉由內建一微波電路於天線元件上，可以增加調整天線匹配的彈性；輻射部包含第一金屬部及第二金屬部，其中第一金屬部電氣耦合至微波電路，再經由一傳輸線電氣連接至訊號源；第二金屬部其一端電氣耦合至天線接地面之第一接地點，第二金屬部並圍繞第一金屬部。

於本發明一實施例中，該天線元件具有一天線接地面，且此天線接地面對應之介質基板區間並具有一微波電路，可幫助調整天線元件之阻抗匹配進而改善天線元件頻寬。此外，天線本體具有一第一金屬部及一第二金屬部，第二金屬部可以在低頻產生一共振模態，並且第二金屬部之高階模態可再進而與第一金屬部在高頻所產生之共振模態合成而達成寬頻操作之目的。同時，藉由額外加入一第三金屬部，其具有一短路端及一開口端，短路端鄰近天線接地面之第一接地點，並電氣連接至天線接地面之一第二接地點或電氣連接至第二金屬部，且第三金屬部包含開口端之一區間並電容耦合至第一金屬部，可以再增加天線之操作頻寬。天線頻寬的增加，主要是藉由第三金屬部本身之電感效應及其與第一金屬部之間之電容效應，可以在天線低頻的共振模態附近產生一額外的虛部阻抗零點，進而增加一共振模態，並與原先之共振模態結合，而增加天線之操作頻寬，特別是天線低頻頻帶的操作頻寬。

於本發明一實施例中，天線之尺寸僅約12 x 35mm² ，即可涵蓋WWAN五頻(824~960/1710~2170 MHz)之操作，達成小尺寸、平面印刷及多頻操作之優點。

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。

請參考第1圖，第1圖為本發明之通訊電子裝置1及其天線元件11之第一實施例結構圖。於本實施例中，通訊電子裝置1包含有一接地元件10及一天線元件11，接地元件10上並具有一通訊模組17，而天線元件11包含一天線接地面13及一輻射部。其中，天線接地面13對應之介質基板12區間具有一微波電路18，此微波電路18可包含至少一晶片電感元件及至少一晶片電容元件，藉由選擇適當的微波電路18可以改善阻抗匹配進而獲得較佳的頻寬表現。輻射部具有一第一金屬部14及一第二金屬部15，第一金屬部14電氣耦合至微波電路18，再經由一傳輸線19電氣連接至通訊模組17，且此傳輸線19為一同軸傳輸線；第二金屬部15其一端電氣耦合至天線接地面之一第一接地點131，且第二金屬部15圍繞第一金屬部14。

值得注意的是，於本實施例中，輻射部更可以具有一第三金屬部16，第三金屬部16具有一短路端161及一開口端162，且該短路端161鄰近第一接地點131，並經由第二短路點132電氣連接至該天線接地面13，此外，第三金屬部16與第一金屬部14之間並具有一耦合間隙164，第三金屬部包含其開口端之一區間163電容耦合至第一金屬部14。第三金屬部16結合第一金屬部14可以在天線的低頻頻帶產生一個額外的共振模態，進而達成增加天線低頻頻帶之操作頻寬之目的。

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元件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150 mm、寬度約為200 mm；介質基板12長度約為35 mm、寬度約為12 mm、厚度約為0.8 mm。在此選擇於天線接地面13對應之介質基板12區間配置一組帶通匹配電路，此帶通匹配電路由一電感元件及一電容元件串聯而成，可以幫助改善天線元件11之阻抗匹配以達成較佳之頻寬表現。第一金屬部14長度約為30 mm，第二金屬部15長度約為75 mm，第三金屬部16長度約為50 mm。第二金屬部15可以激發四分之一波長共振模態211與其倍頻共振模態222，第三金屬部16結合第一金屬部14可以激發出一共振模態212與第二金屬部15激發之四分之一波長共振模態211共同合成第一操作頻帶(如第2圖所示之第一操作頻帶21)。第一金屬部14可以激發四分之一波長共振模態221，且與第二金屬部15之倍頻共振模態222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GSM850/900(約824~960 MHz)之兩頻操作，而第二操作頻帶22可涵蓋GSM1800/1900/UMTS(約1710~2170 MHz)之三頻操作，因此，該通訊電子裝置及其天線元件之第一操作頻帶及第二操作頻帶均涵蓋至少一行動通訊頻帶，且可滿足WWAN五頻之操作需求。

請參考第3圖，第3圖為本發明之通訊電子裝置3及其天線元件31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，惟其第三金屬部36之短路端361電氣連接至第二金屬部15，且具有一開口端362，如此，利用第三金屬部36本身之電感效應，以及第一金屬部14與第三金屬部包含其開口端之一區間363之間的耦合間隙364提供一電容效應，可以在天線的低頻頻帶產生一額外的共振模態，進而達成增加天線低頻頻帶之操作頻寬。

請參考第4圖，第4圖為本發明之通訊電子裝置4及其天線元件41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，惟天線接地面13之第一接地點131其短路位置有所改變。第二金屬部45其一端電氣耦合至天線接地面13之第一接地點131，且第二金屬部45仍圍繞第一金屬部14。此外，天線元件41並具有一第三金屬部46，第三金屬部46之短路端461電氣連接至第二金屬部45，並具有一開口端462，且第三金屬部包含其開口端之一區間463與第一金屬部14之間具有一耦合間隙464，並電容耦合至第一金屬部14。如此，第三實施例亦可達成與第一實施例相似之功效。

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

101．．．接地元件之一邊緣

11,31,41．．．天線元件

12．．．介質基板

13．．．天線接地面

131．．．第一接地點

132．．．第二接地點

14．．．第一金屬部

15,45．．．第二金屬部

16,36,46．．．第三金屬部

161,361,461．．．第三金屬部之短路端

162,362,462．．．第三金屬部之開口端

163,363,463．．．第三金屬部包含其開口端之一區間

164,364,464．．．耦合間隙

17．．．通訊模組

18．．．微波電路

19．．．傳輸線

21．．．低頻頻帶

211．．．低頻頻帶第一模態

212．．．低頻頻帶第二模態

22．．．高頻頻帶

221．．．高頻頻帶第一模態

222．．．高頻頻帶第二模態

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實測返回損失圖。

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

101．．．接地元件之一邊緣

11．．．天線元件

12．．．介質基板

13．．．天線接地面

131．．．第一接地點

132．．．第二接地點

14．．．第一金屬部

15．．．第二金屬部

16．．．第三金屬部

161．．．第三金屬部之短路點

162．．．第三金屬部之開路端

163．．．第三金屬部包含其開口端之一區間

164．．．耦合間隙

17．．．通訊模組

18．．．微波電路

19．．．傳輸線

Claims (10)

1. 一種通訊電子裝置，包含：一接地元件，該接地元件上具有一通訊模組；及一天線元件，該天線元件位於一介質基板上，並包含：一天線接地面，該天線接地面對應之介質基板區間具有一微波電路，且該天線接地面電氣連接至該接地元件；及一輻射部，該輻射部具有：一第一金屬部，電氣耦合至該微波電路，再經由一傳輸線電氣連接至該通訊模組；及一第二金屬部，其一端電氣耦合至該天線接地面之一第一接地點，該第二金屬部並圍繞該第一金屬部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊電子裝置，該輻射部更具有一第三金屬部，該第三金屬部具有一短路端及一開口端，該短路端鄰近該第一接地點，並電氣連接至該天線接地面之一第二接地點或電氣連接至該第二金屬部，該第三金屬部包含該開口端之一區間並電容耦合至該第一金屬部。
3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊電子裝置，該微波電路包含至少一晶片電感元件及至少一晶片電容元件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊電子裝置，該傳輸線為一同軸傳輸線。
5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊電子裝置，該天線元件具有一第一操作頻帶及一第二操作頻帶，該第一及該第二操作頻帶均涵蓋至少一行動通訊頻帶。
6. 一種天線元件，位於一介質基板上，並包含：一天線接地面，該天線接地面對應之介質基板區間具有一微波電路；及一輻射部，該輻射部具有：一第一金屬部，電氣耦合至該微波電路，再經由一傳輸線電氣連接至一訊號源；及一第二金屬部，其一端電氣耦合至該天線接地面之一第一接地點，該第二金屬部並圍繞該第一金屬部。
7. 如申請專利範圍第6項所述之天線元件，該輻射部更具有一第三金屬部，該第三金屬部具有一短路端及一開口端，該短路端鄰近該第一接地點，並電氣連接至該天線接地面之一第二接地點或電氣連接至該第二金屬部，該第三金屬部包含該開口端之一區間並電容耦合至該第一金屬部。
8. 如申請專利範圍第6項所述之天線元件，該微波電路包含至少一晶片電感元件及至少一晶片電容元件。
9. 如申請專利範圍第6項所述之天線元件，該傳輸線為一同軸傳輸線。
10. 如申請專利範圍第6項所述之天線元件，該天線元件具有一第一操作頻帶及一第二操作頻帶，該第一及該第二操作頻帶均涵蓋至少一行動通訊頻帶。