TWI502809B - 通訊裝置 - Google Patents

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TWI502809B TW101116785A TW101116785A TWI502809B TW I502809 B TWI502809 B TW I502809B TW 101116785 A TW101116785 A TW 101116785A TW 101116785 A TW101116785 A TW 101116785A TW I502809 B TWI502809 B TW I502809B
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Tsung Ju Wu
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Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種包括高隔離度之多輸入多輸出(MIMO,multi-input multi-output)天線系統之通訊裝置。
隨著大眾對於數據傳輸量的需求日益增加，相關通訊標準對於傳輸速率的支援亦不斷的提升。例如，IEEE 802.11n可支援MIMO技術之操作，進而提升傳輸速率。相關行動通訊技術之標準，如長期演進(LTE,long term evolution)系統，亦支援MIMO之操作。由此可見，多天線之操作已成為未來之趨勢。由於須在行動通訊裝置內有限的空間配置複數個天線，天線之間之隔離度成為必須考量的問題。
傳統上，改善MIMO天線之隔離度或降低耦合之方法是在兩鄰近天線之間置入一隔離元件，其中隔離元件與天線之共振頻率大致相同，以阻隔兩天線間之耦合。此方法之缺點是會使天線效率降低，並影響天線之輻射特性。此外，若天線操作在LTE700頻帶(704 MHz~787 MHz)，則隔離元件必須共振在約700 MHz，這將使得整體天線系統之尺寸大幅增加，進而增加了整體設計整合之困難度。
因此，有必要提供一種新的通訊裝置，其系統之MIMO操作不須提供一隔離元件即可達成較佳之隔離度，且天線效率亦能維持大致不變甚至提升。
本發明的目的在於提供一種通訊裝置，其包括一天線系統，天線系統至少包括二支天線，且位於接地面之一邊緣上。本發明之通訊裝置不需要任何隔離元件即可達成較佳之隔離度，且天線效率基本上不降低。
在一實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包括：一接地面，具有一第一邊緣和一第二邊緣，其中該第一邊緣與該第二邊緣係該接地面之相鄰兩側邊；以及一天線系統，包括至少一第一天線及一第二天線，其中該第一天線及該第二天線均位於該第一邊緣，且分別操作於至少一第一頻帶，而該第一天線及該第二天線所在之平面大致平行於該接地面；其中，該接地面之該第一邊緣之長度大於或等於該第一頻帶之一第一頻率之0.3倍波長，該接地面具有至少一狹縫，該狹縫之一開口端位於該第二邊緣，且該開口端與該第一邊緣之距離大於或等於該第一頻帶之一第二頻率之0.2倍波長。值得注意的是，當該天線系統操作於該第一頻帶時，該狹縫可以吸引該接地面上之表面電流，而使得該接地面上鄰近於該第一邊緣之表面電流降低，進而使得該第一天線與該第二天線之間的耦合量降低。因此，本發明可有效地改善該第一天線和該第二天線之間的隔離度。
於本發明之一實施例中，狹縫之長度大致為第一頻帶之一頻率之0.25倍波長，狹縫之開口端和第一邊緣之距離大於或等於第一頻帶之第二頻率之0.2倍波長，狹縫大致平行於第一邊緣，且狹縫在第一邊緣上之投影涵蓋第一天線。在此條件下，狹縫可以有效地吸引接地面上之表面電流，從而降低接地面上鄰近第一邊緣之表面電流。由於接地面上鄰近第一邊緣之表面電流是影響兩天線間耦合的最主要因素，狹縫的存在可以改善兩天線間之隔離度。同時，狹縫基本上不會影響第一天線及第二天線之輻射特性，故第一天線及第二天線可以維持良好的天線效率。在一實施例中，狹縫的開口端和第一邊緣之距離應小於第一頻帶之一頻率之0.45倍波長。
於本發明之一實施例中，天線系統於第一頻帶內之隔離度可以有7dB以上之改善程度，達到約-20dB(S21)之隔離度，同時基本上不影響天線系統之輻射效率。
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圖係顯示本發明第一實施例所述之通訊裝置100之示意圖。於本實施例中，通訊裝置100包括一接地面10和一天線系統150。接地面10具有一第一邊緣101、一第二邊緣102，以及一第三邊緣103，其中第二邊緣102和第三邊緣103皆鄰近第一邊緣101。天線系統150包括至少一第一天線11及一第二天線12。第一天線11具有一饋入端111和一短路端112，其中一訊號源113作為第一天線11之饋入訊號源，並電性耦接至饋入端111。短路端112電性耦接至接地面10。相似地，第二天線12包括一饋入端121和一短路端122，其中一訊號源123作為第二天線12之饋入訊號源，並電性耦接至饋入端121。短路端122電性耦接於接地面10。天線系統150之第一天線11及第二天線12大致位於接地面10之第一邊緣101，且第一天線11及第二天線12所在之平面大致平行於接地面10且向外延伸。第一天線11及第二天線12分別共振於至少一第一頻帶。接地面10之第一邊緣101之長度L大於或等於第一頻帶之一第一頻率之0.3倍波長。第一天線11及第二天線12大致分別接近第一邊緣101之兩對應角落。在一實施例中，接地面10可以為通訊裝置100(例如：筆記型電腦)之一支撐導電板，並具有一第一狹縫13及一第二狹縫14。第一狹縫13之開口端131和第二狹縫14之開口端141分別位於接地面10之第二邊緣102和第三邊緣103。第一狹縫13之開口端131和第一邊緣101之距離d大於或等於第一頻帶之一第二頻率之0.2倍波長。相似地，第二狹縫14之開口端141和第一邊緣101之距離d亦大於或等於第一頻帶之該第二頻率之0.2倍波長。
在一些實施例中，前述之距離d小於第一頻帶之一頻率之0.45倍波長。
在一些實施例中，第一狹縫13之長度t1及第二狹縫14之長度t2大致為第一頻帶之一頻率之0.25倍波長。
在一些實施例中，第一狹縫13及第二狹縫14大致平行於接地面10之第一邊緣101。第一狹縫13在接地面10之第一邊緣101上之投影可涵蓋第一天線11，而第二狹縫14在接地面10之第一邊緣101上之投影可涵蓋第二天線12。
第2A圖係顯示本發明第一實施例所述之通訊裝置100之S參數圖。在本實施例中，接地面10為一筆記型電腦之上蓋之支撐導電板。支撐導電板之長度L約為260 mm，第一狹縫13之長度t1和第二狹縫14之長度t2皆約為90 mm，而各狹縫與第一邊緣101之距離d約為150 mm。在6 dB返回損失的定義下(一般行動通訊天線設計規範)，天線系統150之第一天線11之反射係數(S11)曲線20可包括一第一頻帶201及一第二頻帶202。在較佳實施例中，第一頻帶201可涵蓋LTE700頻帶(大約704MHz到787MHz)，而第二頻帶202可涵蓋LTE2300/2500頻帶(大約2300MHz到2400MHz，以及2500MHz到2690MHz)。天線系統150之第二天線12之反射係數(S22)曲線與第一天線11之反射係數(S11)曲線20類似，皆可至少包括第一頻帶201及第二頻帶202，在此不再重複說明。如第2A圖所示，第一實施例之天線系統150可用於LTE系統之MIMO操作，而第一天線11及第二天線12之隔離度(S21)曲線21可低於-20 dB。
第2B圖係顯示本發明第一實施例所述之通訊裝置100未具有第一狹縫13及第二狹縫14時之S參數圖。在6 dB返回損失的定義下，天線系統150之第一天線11之反射係數(S11)曲線22亦可包括第一頻帶221及第二頻帶222。天線系統150之第二天線12之反射係數(S22)曲線與第一天線11之反射係數(S11)曲線22類似，皆可包括至少第一頻帶221及第二頻帶222，在此不再重複說明。如第2B圖所示，若將第一狹縫13及第二狹縫14由接地面10移除，則天線系統150於第一頻帶221之隔離度(S21)曲線23約為-13 dB。與第2A圖作比較，本發明於接地面10上適當地加入一或複數個狹縫，將可改善天線系統150之隔離度達7 dB以上。值得注意的是，在第一實施例中，第一頻帶201及第二頻帶202內之隔離度(S21)均小於-20 dB，而第一天線11及第二天線12於第一頻帶201及第二頻帶202之天線效率分別約為40%~60%及60%~90%(已將S參數納入考量之輻射效率)。第一頻帶201內之天線效率更高於第2B圖中當接地面10無任何狹縫存在時第一頻帶221內之天線效率。
第3圖係顯示本發明第二實施例所述之通訊裝置300之示意圖。第二實施例之通訊裝置300與第一實施例相似，兩者之差異在於，通訊裝置300之接地面30僅具有單一之第一狹縫33。第一狹縫33具有一開口端331，其位於接地面30之第二邊緣302。天線系統350包括第一天線31及第二天線32。第一天線31具有一饋入端311和一短路端312，其中一訊號源313作為第一天線31之饋入訊號源，並電性耦接至饋入端311。相似地，第二天線32包括一饋入端321和一短路端322，其中一訊號源323作為第二天線32之饋入訊號源，並電性耦接至饋入端321。
第4圖係顯示本發明第三實施例所述之通訊裝置400之示意圖。第三實施例之通訊裝置400與第一實施例相似，兩者之差異在於，通訊裝置400之接地面40具有第一狹縫43及第二狹縫44，而第一狹縫43及第二狹縫44分別具有一彎折末端。第一狹縫之開口端431及第二狹縫之開口端441分別位於接地面40之第二邊緣402和第三邊緣403。天線系統450包括第一天線41及第二天線42。第一天線41具有一饋入端411和一短路端412，其中一訊號源413作為第一天線41之饋入訊號源，並電性耦接至饋入端411。相似地，第二天線42包括一饋入端421和一短路端422，其中一訊號源423作為第二天線42之饋入訊號源，並電性耦接至饋入端421。
第5圖係顯示本發明第四實施例所述之通訊裝置500之示意圖。第四實施例之通訊裝置500與第一實施例相似，兩者之差異在於，通訊裝置500之天線系統550更包括一第三天線55。第一天線51、第二天線52，以及第三天線55均位於接地面50之第一邊緣501。第一天線51具有一饋入端511和一短路端512，其中一訊號源513作為第一天線51之饋入訊號源，並電性耦接至饋入端511。第二天線52包括一饋入端521和一短路端522，其中一訊號源523作為第二天線52之饋入訊號源，並電性耦接至饋入端521。相似地，第三天線55具有一饋入端551和一短路端552，其中一訊號源553作為第三天線55之饋入訊號源，並電性耦接至饋入端551。
在本發明中，第二實施例之通訊裝置300、第三實施例之通訊裝置400，以及第四實施例之通訊裝置500皆與第一實施例之通訊裝置100相似。因此這些實施例將具有與第一實施例相似之操作特性。
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、300、400、500．．．通訊裝置
10、30、40、50．．．接地面
101、301、401、501．．．接地面之第一邊緣
102、302、402、502．．．接地面之第二邊緣
103、303、403、503．．．接地面之第三邊緣
11、31、41、51．．．第一天線
111、311、411、511．．．第一天線之饋入端
112、312、412、512．．．第一天線之短路端
113、313、413、513．．．第一天線之訊號源
12、32、42、52‧‧‧第二天線
121、321、421、521‧‧‧第二天線之饋入端
122、322、422、522‧‧‧第二天線之短路端
123、323、423、523‧‧‧第二天線之訊號源
13、33、43‧‧‧第一狹縫
131、331、431‧‧‧第一狹縫之開口端
14、44‧‧‧第二狹縫
141、441‧‧‧第二狹縫之開口端
150、350、450、550‧‧‧天線系統
20、22‧‧‧第一天線之反射係數曲線
201、221‧‧‧第一頻帶
202、222‧‧‧第二頻帶
21、23‧‧‧第一天線與第二天線之隔離度曲線
55‧‧‧第三天線
551‧‧‧第三天線之饋入端
552‧‧‧第三天線之短路端
553‧‧‧第三天線之訊號源
d‧‧‧第一狹縫之開口端至接地面之第一邊緣之距離
t1‧‧‧第一狹縫之長度
t2‧‧‧第二狹縫之長度
L‧‧‧接地面之第一邊緣之長度
第1圖係顯示本發明第一實施例所述之通訊裝置之示意圖；
第2A圖係顯示本發明第一實施例所述之通訊裝置之S參數圖；
第2B圖係顯示本發明第一實施例所述之通訊裝置未具有第一狹縫及第二狹縫時之S參數圖；
第3圖係顯示本發明第二實施例所述之通訊裝置之示意圖；
第4圖係顯示本發明第三實施例所述之通訊裝置之示意圖；
第5圖係顯示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．．．接地面
101．．．接地面之第一邊緣
102．．．接地面之第二邊緣
103．．．接地面之第三邊緣
11．．．第一天線
111．．．第一天線之饋入端
112．．．第一天線之短路端
113．．．第一天線之訊號源
12．．．第二天線
121．．．第二天線之饋入端
122．．．第二天線之短路端
123．．．第二天線之訊號源
13．．．第一狹縫
131．．．第一狹縫之開口端
14．．．第二狹縫
141．．．第二狹縫之開口端
150．．．天線系統
d．．．第一狹縫之開口端至接地面之第一邊緣之距離
t1．．．第一狹縫之長度
t2．．．第二狹縫之長度
L．．．接地面之第一邊緣之長度

Claims (9)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地面，具有一第一邊緣和一第二邊緣，其中該第一邊緣與該第二邊緣係該接地面之相鄰兩側邊；以及一天線系統，包括至少一第一天線及一第二天線，其中該第一天線及該第二天線均位於該第一邊緣，且分別操作於至少一第一頻帶，而該第一天線及該第二天線所在之平面大致平行於該接地面；其中，該接地面之該第一邊緣之長度大於或等於該第一頻帶之一第一頻率之0.3倍波長，該接地面具有至少一狹縫，該狹縫之一開口端位於該第二邊緣，且該開口端與該第一邊緣之距離係介於該第一頻帶之一頻率之0.2倍至0.45倍波長之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該狹縫之長度大致為該第一頻帶之一頻率之0.25倍波長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該狹縫大致平行於該第一邊緣，且該狹縫在該第一邊緣上之一投影涵蓋該第一天線或該第二天線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該接地面為該通訊裝置之一支撐導電板。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一天線及該第二天線大致分別接近該第一邊緣之二對應角落。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一天線及該第二天線分別更具有一短路端，而該短路端耦 接於該接地面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中當該天線系統操作於該頻帶時，該狹縫使得該接地面上鄰近該第一邊緣之表面電流降低，而使得該第一天線與該第二天線之間的耦合降低。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線系統更操作於高於該第一頻帶之一第二頻帶。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之通訊裝置，其中該第一頻帶大致涵蓋704MHz到787MHz，而該第二頻帶大致涵蓋2300MHz到2400MHz以及2500MHz到2690MHz。
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