TWI488365B

TWI488365B - 通訊裝置

Info

Publication number: TWI488365B
Application number: TW101140941A
Authority: TW
Inventors: Kin Lu Wong; Fang Hsien Chu
Original assignee: Acer Inc
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2015-06-11
Also published as: EP2728665B1; TW201419662A; US20140125536A1; EP2728665A1

Description

通訊裝置

本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種包括寬頻天線元件之通訊裝置。

隨著無線通訊的蓬勃發展，各式各樣的無線通訊技術與產品不斷的推陳出新，其中又以行動通訊裝置為最熱門之通訊產品。在行動通訊裝置訴求輕薄短小且多功能化的同時，可容納天線的空間相對越來越縮減。如何在行動通訊裝置之有限的天線設計空間中，發揮最有效的利用是一個很重要的課題。

特別是在目前行動通訊裝置所需之無線廣域網路(WWAN，Wireless Wide Area Network)以及長期演化(LTE，Long Term Evolution)系統操作上，天線元件需要在小型化之尺寸下，達成雙寬頻之操作，此對天線設計者而言是一艱難挑戰。

因此，有必要設計一種新的通訊裝置及其天線元件，該天線元件操作於至少二寬頻頻帶。該天線元件不僅具有小型化之尺寸，亦具有簡單設計結構及高輻射效率，可用於涵蓋WWAN/LTE之多頻操作。

本發明的目的在於提供一種通訊裝置，其包括一寬頻天線元件。值得注意的是，該天線元件之寬頻操作並不會導致該天線元件之整體尺寸增加。另外，在操作頻帶內，該天線元件可維持高輻射效率。

在較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，鄰近該接地元件，其中該天線元件包括：一第一輻射部，包括一第一部分及一第二部分，其中該第一部分係經由一電感元件耦接至該第二部分，該第一部分係耦接至一訊號源，而該第二部分包括複數個彎折結構，使得該第二部分之一開口端與該第一部分之間形成一耦合間距；以及一第二輻射部，其中該第二輻射部具有一短路端以及一開口端，該短路端係耦接至該接地元件，而該第二輻射部大致係至少部分地圍繞該第一輻射部而延伸。

在一些實施例中，該通訊裝置之該天線元件可操作於WWAN/LTE(Wireless Wide Area Network/Long Term Evolution)頻帶。該第一輻射部係用以產生位於約850 MHz之一共振模態。然而，在該天線元件之整體尺寸已經縮小之情況下，該第一輻射部之該共振模態一般無法涵蓋所需之一低頻頻帶。在一些實施例中，該第一輻射部之該第二部分之該等彎折部分可以產生一等效電感值，而該第一輻射部之該第二部分與該第一部分之間之該耦合間距可以產生一等效電容值。由於有了該等效電感值和該等效電容值，該天線元件之該低頻頻帶附近可以產生一並接共振。此設計使得該天線元件於該低頻頻帶中增加一額外之共振模態，從而達成低頻頻帶之寬頻操作。

值得注意的是，該第一輻射部之該第二部分係位該於天線元件之內部，且該第二部分之該開口端大致位於該第一部分與該接地元件之間，因此不會增加該天線元件之整體尺寸。

在一些實施例中，該第二部分係經由一電感元件(例如：一晶片電感器)與該第一部分串聯耦接。當該天線元件操作於一高頻頻帶時，該電感元件之一高阻抗值可視為一開路(Open Circuit)，使得該第二部分不會影響該天線元件之高頻操作。

在一些實施例中，該第一輻射部之該第二部分之該等彎折結構使得該第二部分包括一第一區段、一第二區段以及一第三區段，其中該第一區段係大致平行該第三區段，該第二區段係大致垂直於該第一區段以及該第三區段。

在一些實施例中，當該天線元件操作於一高頻頻帶時，該第二輻射部可以產生一高階共振模態，而該第一輻射部之該第一部分可以產生一共振模態。此二共振模態可以互相接近，以形成一寬頻頻帶(一般來說，該寬頻頻帶之頻寬可大於1 GHz)。本發明之該天線元件可以在其整體尺寸縮小之情況下，涵蓋至少雙寬頻頻帶。在較佳實施例中，本發明之該天線元件係適合應用於WWAN/LTE之多頻操作，且在上述操作頻帶內能保持高輻射效率。

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。

第1圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置100之示意圖。通訊裝置100可以是一手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。在第一實施例中，通訊裝置100包括一接地元件10及一天線元件12。天線元件12係鄰近接地元件10。天線元件12包括一第一輻射部13及一第二輻射部16。第一輻射部13包括一第一部分131及一第二部分132，其中第一部分131係經由一電感元件14串聯耦接至第二部分132。在一些實施例中，電感元件14可以是一晶片電感器。第一部分131之一端係耦接至一訊號源11。第二部分132包括複數個彎折結構，使得第二部分132之一開口端133與第一部分131之間形成一耦合間距15。更詳細地說，第二部分132之該等彎折結構使得第二部分132包括一第一區段1321、一第二區段1322，以及一第三區段1323，其中第一區段1321係大致平行第三區段1323，第二區段1322係大致垂直於第一區段1321以及第三區段1323。第二輻射部16具有一短路端161和一開口端162。第二輻射部16之短路端161係耦接至接地元件10。第二輻射部16係至少部分地圍繞第一輻射部13而延伸。第一部分131包括至少一彎折結構，使得第一部分131之至少一區段1312係大致平行於接地元件10之一邊緣101。第一部分131可以大致為一倒L形，而第二部分132可以大致為一倒J形。第二部分132之開口端133係大致位於第一部分131與接地元件10之間。在較佳實施例中，第二部分132之長度大於第一部分131之0.5倍長度，以提供一足夠電感值。第二輻射部16之長度大於第一部分131之長度，使得第二輻射部16及第一部分131分別產生一基頻共振模態。此二基頻共振模態係分別位於天線元件12之低頻頻帶及高頻頻帶，故天線元件12可達成WWAN/LTE雙頻操作。值得注意的是，通訊裝置100更可包括其他必要元件，例如：一處理器、一觸控面板、一電池，以及一外殼(未顯示)。

第2圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置100之天線元件12之返回損失(Return Loss)圖。在一些實施例中，通訊裝置100之元件尺寸和元件參數如下列所述。接地元件10之長度約為115 mm，寬度約為60 mm。天線元件12大致為一平面結構。天線元件12之長度約為30 mm，寬度約為12 mm。第二輻射部16之長度約為56 mm。第一輻射部13之第二部分132之長度約為29 mm。電感元件14為一晶片電感器，其電感值約為15 nH。在6 dB返回損失的定義下(行動通訊裝置天線設計規範)，天線元件12可操作於至少一第一頻帶21和一第二頻帶22。在較佳實施例中，第一頻帶21為一寬頻頻帶，其至少涵蓋GSM850/900頻帶(約介於824 MHz至960 MHz之間)，而第二頻帶22亦為一寬頻頻帶，其至少涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶(約介於1710MHz至2690 MHz之間)。因此，本發明之天線元件12可滿足WWAN/LTE多頻操作需求。值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件參數，以及頻帶範圍皆非為本發明之限制條件。設計者可根據不同需求對此元件尺寸、元件參數，以及頻帶範圍進行調整。

第3圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置100之天線元件12之天線效率圖。天線效率曲線31代表天線元件12操作於GSM850/900頻帶(約介於824 MHz至960 MHz之間)時之天線效率，而天線效率曲線32代表天線元件12操作於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶(約介於1710MHz至2690 MHz之間)時之天線效率。如第3圖所示，天線元件12操作於WWAN/LTE頻帶內皆有良好之天線效率(已將S參數納入考量之輻射效率)。在較佳實施例中，該天線效率至少高於約65%，能符合實際應用需求。

第4圖係顯示根據本發明第二實施例所述之通訊裝置400之示意圖。第二實施例與第一實施例相似，兩者之主要差異在於，通訊裝置400之一天線元件42之一第二輻射部46係延伸並大致包圍第一輻射部13。第二實施例之通訊裝置400之其餘特徵皆與第一實施例相同，因此第二實施例之通訊裝置400可幾乎與第一實施例具有相同之操作效果。

第5圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置500之示意圖。第三實施例與第一實施例相似，兩者之主要差異在於，通訊裝置500之一天線元件52之一第二輻射部56之一短路端561係鄰近訊號源11。第二輻射部56係大致圍繞第一輻射部13而延伸。第三實施例之通訊裝置500之其餘特徵皆與第一實施例相同，因此第三實施例之通訊裝置500可幾乎與第一實施例具有相同之操作效果。

第6圖係顯示根據本發明第四實施例所述之通訊裝置 600之示意圖。第四實施例與第一實施例相似，兩者之主要差異在於，通訊裝置600之一天線元件62之一第一輻射部63之一第二部分632具有更多個(例如：6個)彎折結構以增加一等效電感值。第二部分632可以大致為一W形。第二部分632之該等彎折結構使得第二部分632包括一第一區段6321、一第二區段6322以及一第三區段6323，其中第一區段6321係大致平行第三區段6323，第二區段6322係大致垂直於第一區段6321以及第三區段6323。第一輻射部63之第二部分632與第一部分631之間之一耦合間距65可以產生一等效電容值。由於有了該等效電感值和該等效電容值，天線元件62可以在一低頻頻帶附近產生一並接共振。此設計使得天線元件62於該低頻頻帶中增加一額外之共振模態，從而達成該低頻頻帶之寬頻操作。第四實施例之通訊裝置600之其餘特徵皆與第一實施例相同，因此第四實施例之通訊裝置600可幾乎與第一實施例具有相同之操作效果。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

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、400、500、600‧‧‧通訊裝置

10‧‧‧接地元件

101‧‧‧接地元件之一邊緣

11‧‧‧訊號源

12、42、52、62‧‧‧天線元件

13、63‧‧‧第一輻射部

131、631‧‧‧第一輻射部之第一部分

1312、6312‧‧‧第一輻射部之第一部分之區段

132、632‧‧‧第一輻射部之第二部分

1321、6321‧‧‧第一輻射部之第二部分之第一區段

1322、6322‧‧‧第一輻射部之第二部分之第二區段

1323、6323‧‧‧第一輻射部之第二部分之第三區段

133、633‧‧‧第二部分之開口端

14、64‧‧‧電感元件

15、65‧‧‧耦合間距

16、46、56、66‧‧‧第二輻射部

161、461、561、661‧‧‧第二輻射部之短路端

162、462、562、662‧‧‧第二輻射部之開口端

21‧‧‧第一頻帶

22‧‧‧第二頻帶

31、32‧‧‧天線效率曲線

第1圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置之示意圖；第2圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置之天線元件之返回損失圖；第3圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置之天線元件之天線效率圖；第4圖係顯示根據本發明第二實施例所述之通訊裝置之示意圖；第5圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置之示意圖；第6圖係顯示根據本發明第四實施例所述之通訊裝置之示意圖。

100‧‧‧通訊裝置

10‧‧‧接地元件

101‧‧‧接地元件之一邊緣

11‧‧‧訊號源

12‧‧‧天線元件

13‧‧‧第一輻射部

131‧‧‧第一輻射部之第一部分

1312‧‧‧第一輻射部之第一部分之區段

132‧‧‧第一輻射部之第二部分

1321‧‧‧第一輻射部之第二部分之第一區段

1322‧‧‧第一輻射部之第二部分之第二區段

1323‧‧‧第一輻射部之第二部分之第三區段

133‧‧‧第二部分之開口端

14‧‧‧電感元件

15‧‧‧耦合間距

16‧‧‧第二輻射部

161‧‧‧第二輻射部之短路端

162‧‧‧第二輻射部之開口端

Claims

一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，鄰近該接地元件，其中該天線元件包括：一第一輻射部，包括一第一部分及一第二部分，其中該第一部分係經由一電感元件耦接至該第二部分，該第一部分係耦接至一訊號源，而該第二部分包括複數個彎折結構，使得該第二部分之一開口端與該第一部分之間形成一耦合間距；以及一第二輻射部，其中該第二輻射部具有一短路端以及一開口端，該短路端係耦接至該接地元件，而該第二輻射部大致係至少部分地圍繞該第一輻射部而延伸；其中該第二部份之該開口端更延伸穿越一特定位置，而該特定位置係介於該電感元件與該接地元件之一邊緣之間。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一輻射部之該第一部分包括至少一彎折結構，使得該第一部分之至少一區段係大致平行於該接地元件之一邊緣。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一部分大致為一倒L形。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一輻射部之該第二部分之該開口端大致位於該第一輻射部之該第一部分與該接地元件之間。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二部分之長度大於該第一部分之0.5倍長度。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二輻射部之長度大於該第一部分之長度。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二輻射部之該短路端係鄰近該訊號源。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二部分大致為一W形。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一輻射部之該第二部分之該等彎折結構使得該第二部分包括一第一區段、一第二區段以及一第三區段，其中該第一區段係大致平行該第三區段，該第二區段係大致垂直於該第一區段以及該第三區段。