TWI488361B - 通訊裝置及其天線結構 - Google Patents

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Description

通訊裝置及其天線結構
本發明係關於一種通訊裝置及其天線結構，特別是一種具有小尺寸之半環圈天線元件之行動通訊裝置及其天線結構。
隨著無線通訊技術的快速發展，人們對於行動通訊裝置的需求愈來愈多元化。為了滿足使用者多功能的需求，勢必得將更多元件置入有限空間的行動通訊裝置內，以增加產品的多功能性。在行動通訊裝置內部的可設計空間並不多，因此天線設計者不僅要考慮到天線效能的需求，還須要評估天線與其他電子元件之關係，或是天線與周邊環境整合的問題。
為了解決以上問題，有必要提供一種小尺寸的行動通訊裝置之天線結構，該天線結構之尺寸可小於對應操作頻帶之四分之一波長，並能提供良好之天線效能。
本發明的目的在於提供一種通訊裝置及其天線結構，該通訊裝置包括一種使用半環圈之天線元件，其長度小於一般所需之四分之一波長的共振長度，以達成天線的小型化。
本發明提供一種通訊裝置，包括一天線結構，該天線結構包括：一接地元件，其中該接地元件之一邊緣處具有一缺口，而該缺口之一長邊至少為該缺口之一短邊之2倍長度以上；一天線元件，包括位於該缺口處之一金屬部，其中該金屬部之二端點係互相遠離且大致位於或鄰近於該缺口之二對邊，而該等端點之一者係耦接至該接地元件，且該等端點之另一者為該天線元件之一饋入端；以及一電路元件組，包括至少一電容元件和一電感元件，其中該電容元件及該電感元件係串聯耦接至該饋入端，而該電路元件組使該天線元件產生位於該天線元件之一第一操作頻帶內之一第一共振模態，且該金屬部之長度係小於該第一操作頻帶之最低頻率之0.18倍波長。
另外，本發明提供一種天線結構，包括：一接地元件，其中該接地元件之一邊緣處具有一缺口，而該缺口之一長邊至少為該缺口之一短邊之2倍長度以上；一天線元件，包括位於該缺口處之一金屬部，其中該金屬部之二端點係互相遠離且大致位於或鄰近於該缺口之二對邊，而該等端點之一者係耦接至該接地元件，且該等端點之另一者為該天線元件之一饋入端；以及一電路元件組，包括至少一電容元件和一電感元件，其中該電容元件及該電感元件係串聯耦接至該饋入端，而該電路元件組使該天線元件產生位於該天線元件之一第一操作頻帶內之一第一共振模態，且該金屬部之長度係小於該第一操作頻帶之最低頻率之0.18倍波長。
於本發明之一實施例結構中，天線元件之長度僅約45 mm，其中天線元件之二端點互相遠離。利用接地元件與天線元件對應之邊緣，形成類似於環圈天線之電流路徑。這使得天線元件之長度較一般環圈天線(其天線二端點互相鄰近)所需之共振長度大幅減少。在本發明的天線元件中，900 MHz頻帶之激發主要藉由外加電容元件，而1800 MHz頻帶之激發主要藉由外加電感元件。另外，外加電感元件亦有助於調整900 MHz頻帶之阻抗匹配。在其他實施例中，亦可再加上一匹配電路來調整二個頻帶的之阻抗匹配。本發明可直接利用印刷或蝕刻技術形成於一介質基板上，不僅在製作過程簡易，亦可降低生產成本。
於本發明之一實施例中，天線元件為一簡單金屬線結構，其長度僅約45 mm，可涵蓋至少GSM900/GSM1800雙頻(880MHz~960MHz/1710MHz~1880 MHz)之操作。若經過適當調整電容元件、電感元件，以及匹配電路，亦可獲得GSM850/GSM1900雙頻(824MHz~894MHz/1850MHz~1990MHz)之操作，達成小尺寸天線之優點，其中該金屬線結構之長度小於天線元件之最低操作頻率的0.18倍波長。
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圖為本發明之通訊裝置100及其天線結構之第一實施例之示意圖。通訊裝置100包括一天線結構，而該天線結構包括接地元件10、天線元件12，以及電路元件組14。接地元件10之邊緣101處具有缺口11，其中缺口11之長邊t至少為缺口11之短邊d之2倍長度以上。天線元件12具有金屬部13，金屬部13係位於缺口11處。金屬部13之二端點131、132互相遠離，且大致位於或鄰近於缺口11之二對邊，其中端點131電性耦接至接地元件10，而另一端點132為天線元件12之饋入端。電路元件組14包括至少電容元件141及電感元件142，其中電容元件141及電感元件142係串聯並電性耦接至饋入端。在本發明較佳實施例中，電容元件141可以是一晶片電容器，而電感元件142可以是一晶片電感器。電路元件組14使天線元件12產生位於天線元件12之第一操作頻帶內之第一共振模態。金屬部13之長度小於第一操作頻帶之最低頻率的0.18倍波長。在本發明一實施例中，通訊裝置100及其天線結構更包括一匹配電路15與一通訊模組16，其中匹配電路15係電性耦接於電路元件組14與通訊模組16之間，以調整阻抗匹配。
第2圖為本發明之通訊裝置200及其天線結構之第二實施例之示意圖。在第二實施例中，通訊裝置200之天線元件22之金屬部23具有端點231、232，其中端點231電性耦接至接地元件10，而另一端點232為天線元件22之饋入端。金屬部23之一部份233所在之平面係不同於缺口11所在之平面，且大致垂直於缺口11所在之平面。利用金屬部23之一部份233，可使流經半環圈天線之電流較平緩，而有效的增加頻寬。通訊裝置200及其天線結構之其餘元件與第一實施例之通訊裝置100及其天線結構相似。在第二實施例中，接地元件10之長度約為120 mm、寬度約為60 mm；天線元件12之長度約45 mm；而缺口11之長邊t之長度約為40 mm、短邊d之長度約為6 mm。
第3圖為本發明之通訊裝置200及其天線結構之第二實施例之返回損失(Return Loss)圖，其中縱軸代表返回損失(單位：dB)，而橫軸代表操作頻率(單位：MHz)。天線元件12位於第一操作頻帶31內之共振模態主要係藉由外加電容元件141(例如：晶片電容器)所產生，而天線元件12位於第二操作頻帶32內之共振模態則藉由外加電感元件142(例如：晶片電感器)所產生。若選取適當之電容值及電感值，第二實施例之天線結構至少可涵蓋GSM900/1800(880MHz~960MHz/1710MHz~1880 MHz)之雙頻操作。另外，若選取其它適當的電容元件141、電感元件142及匹配電路15時，則可在不改變天線元件22之金屬部23情況下，使天線結構能涵蓋GSM850/1900(824MHz~894MHz/1850MHz~1990 MHz)之雙頻帶。因此，本發明在調整不同頻帶需求時，僅需改變電路元件組14之阻抗值，即可有效地調整電容元件141及電感元件142所產生之共振模態，以涵蓋所需之頻帶。在本發明其他實施例中，可加入一開關電路(switching circuit)來選取電路元件組14之所需部分元件，或以一積體被動元件(integrated passive device，IPD)來調整阻抗值。這不須再更改天線元件12。
第4圖為本發明之通訊裝置200及其天線結構之第二實施例之天線效率圖，其中縱軸代表天線效率(%)，二條橫軸代表操作頻率(單位：MHz)。天線效率曲線41係對應於下方之橫軸，而天線效率曲線42係對應於上方之橫軸。天線效率曲線41代表本發明之天線結構於GSM900頻帶(880MHz~960MHz)之天線效率，天線效率曲線42代表本發明之天線結構於GSM1800頻帶(1710MHz~1880 MHz)之天線效率。本發明之通訊裝置及其天線結構於GSM900頻帶或是GSM1800頻帶皆有不錯的天線效率(此為將S參數已納入考量之輻射效率)，符合實際應用的需求。
第5圖為本發明之通訊裝置500及其天線結構之第三實施例之示意圖。在第三實施例中，通訊裝置500之缺口51大致位於接地元件10之中間位置，而天線元件52之金屬部53位於缺口51內。金屬部53之一端點531電性耦接至接地元件10，另一端點532則電性耦接至饋入端。通訊裝置500及其天線結構之其餘元件與第一實施例之通訊裝置100及其天線結構相似。值得注意的是，本發明與傳統之單極天線或是倒F形天線不相同。由於天線元件52並無開口端，本發明對於不同之接地面環境有較佳的承受度。
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、200、500．．．通訊裝置及其天線結構
10．．．接地元件
101．．．接地元件之一邊緣
11、51．．．缺口
12、22、52．．．天線元件
13、23、53．．．金屬部
131、231、531．．．金屬部之端點
132、232、532．．．金屬部之另一端點
14．．．電路元件組
141．．．電容元件
142．．．電感元件
15．．．匹配電路
16．．．通訊模組
233．．．金屬部之一部份
31．．．第一操作頻帶
32．．．第二操作頻帶
41．．．第一操作頻帶內之天線效率曲線
42．．．第二操作頻帶內之天線效率曲線
t．．．缺口之一長邊
d．．．缺口之一短邊
第1圖為本發明之通訊裝置及其天線結構之第一實施例之示意圖。
第2圖為本發明之通訊裝置及其天線結構之第二實施例之示意圖。
第3圖為本發明之通訊裝置及其天線結構之第二實施例之返回損失圖。
第4圖為本發明之通訊裝置及其天線結構之第二實施例之天線效率圖。
第5圖為本發明之通訊裝置及其天線結構之第三實施例之示意圖。
100．．．通訊裝置及其天線結構
10．．．接地元件
101．．．接地元件之一邊緣
11．．．缺口
12．．．天線元件
13．．．金屬部
131．．．金屬部之一端點
132．．．金屬部之另一端點
14．．．電路元件組
141．．．電容元件
142．．．電感元件
15．．．匹配電路
16．．．通訊模組

Claims (10)

  1. 一種通訊裝置，包括一天線結構，該天線結構包括：一接地元件，其中該接地元件之一邊緣處具有一缺口，而該缺口之一長邊至少為該缺口之一短邊之2倍長度以上；一天線元件，包括位於該缺口處之一金屬部，其中該金屬部之二端點係互相遠離且大致位於或鄰近於該缺口之二對邊，而該等端點之一者係耦接至該接地元件，且該等端點之另一者為該天線元件之一饋入端；以及一電路元件組，包括至少一電容元件和一電感元件，其中該電容元件及該電感元件係串聯耦接至該饋入端，而該電路元件組使該天線元件產生位於該天線元件之一第一操作頻帶內之一第一共振模態，且該金屬部之長度係小於該第一操作頻帶之最低頻率之0.18倍波長。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件更用以產生位於一第二操作頻帶內之一第二共振模態，且該第二操作頻帶之頻率高於該第一操作頻帶之頻率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括一匹配電路，該匹配電路係耦接於該電路元件組與一通訊模組之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬部之一部份所在之平面係不同於該缺口所在之平面且大致垂直於該缺口所在之平面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該電容元件為一晶片電容器，以及該電感元件為一晶片電感器。
  6. 一種天線結構，包括：一接地元件，其中該接地元件之一邊緣處具有一缺口，而該缺口之一長邊至少為該缺口之一短邊之2倍長度以上；一天線元件，包括位於該缺口處之一金屬部，其中該金屬部之二端點係互相遠離且大致位於或鄰近於該缺口之二對邊，而該等端點之一者係耦接至該接地元件，且該等端點之另一者為該天線元件之一饋入端；以及一電路元件組，包括至少一電容元件和一電感元件，其中該電容元件及該電感元件係串聯耦接至該饋入端，而該電路元件組使該天線元件產生位於該天線元件之一第一操作頻帶內之一第一共振模態，且該金屬部之長度係小於該第一操作頻帶之最低頻率之0.18倍波長。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之天線結構，其中該天線元件更用以產生位於一第二操作頻帶內之一第二共振模態，且該第二操作頻帶之頻率高於該第一操作頻帶之頻率。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之天線結構，更包括一匹配電路，該匹配電路係耦接於該電路元件組與一通訊模組之間。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之天線結構，其中該金屬部之一部份所在之平面係不同於該缺口所在之平面且大致垂直於該缺口所在之平面。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之天線結構，其中該電容元件為一晶片電容器，以及該電感元件為一晶片電感器。
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