TWI511372B - 具有可變分散式電容之天線 - Google Patents

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    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Description

具有可變分散式電容之天線
本申請案主張2012年4月20日申請之美國專利申請案第13/452,585號之優先權，該申請案在此被以引用的方式全部併入本文中。
本發明大體係關於電子裝置，且更明確而言，係關於用於電子裝置之天線。
諸如攜帶型電腦及蜂巢式電話之電子裝置常具備無線通信能力。舉例而言，電子裝置可使用諸如蜂巢式電話電路之長程無線通信電路以使用蜂巢式電話頻帶而通信。電子裝置可使用諸如無線區域網路通信電路之短程無線通信電路來處置與附近設備之通信。電子裝置亦可具備衛星導航系統接收器及其他無線電路。
為滿足消費者對小外形尺寸之無線裝置的需求，製造者正不斷努力使用精巧結構來實施諸如天線組件之無線通信電路。同時，可能需要在諸如金屬裝置外殼組件及電子組件之電子裝置中包括導電結構。因為導電組件可影響射頻效能，所以在將天線併入至包括導電結構之電子裝置中時必須小心。舉例而言，必須小心以確保裝置中之天線及無線電路能夠在操作頻率之範圍上展現令人滿意效能。
因此，將需要能夠提供具有改良之天線結構的無線電子裝置。
可提供含有無線通信電路之電子裝置。無線通信電路可包括射 頻收發器電路及天線。
電子裝置天線可由包括一可變分散式電容器之導電天線結構形成。可變分散式電容器可包括一被動式濾波器。該濾波器可用以將導電結構彼此耦接。使用該濾波器，可變分散式電容器可展現一頻率相關電容。頻率相關電容可幫助在操作頻率範圍內將天線之阻抗與一所要阻抗匹配。
天線可包括由一間隙分開的一天線接地及一天線諧振元件。該天線諧振元件可具有充當可變分散式電容器之第一電極的天線諧振元件導電結構且可具有由一濾波器耦接的形成電容器之第二電極的一第一及一第二導電元件。
濾波器可為使用一電感器實施之低通濾波器。低通濾波器亦可使用諸如電容器及電感器之多個組件來實施。電感器或其他低通濾波器電路可具有耦接至第一導電元件之一第一端子及耦接至第二導電元件之一第二端子。第一天線饋電端子可耦接至第一導電元件且第二天線饋電端子可耦接至天線接地。
本發明之另外的特徵、其本質及各種優點將自隨附圖式及較佳實施例之以下詳細描述而更顯而易見。
10‧‧‧電子裝置/裝置
12‧‧‧外殼
12'‧‧‧區域
14‧‧‧顯示器
16‧‧‧按鈕
18‧‧‧矩形輪廓
20‧‧‧非作用中部分/非作用中區域
22‧‧‧中央矩形區域/作用中區域
28‧‧‧儲存及處理電路
30‧‧‧輸入輸出電路
32‧‧‧輸入輸出裝置
34‧‧‧無線通信電路
35‧‧‧全球定位系統(GPS)接收器電路
36‧‧‧收發器電路
38‧‧‧蜂巢式電話收發器電路
40‧‧‧天線
42‧‧‧顯示器蓋層
44‧‧‧不透明遮罩材料/不透明遮罩層
46‧‧‧結構
48‧‧‧基板/印刷電路
50‧‧‧電組件/組件
52‧‧‧顯示結構
54T‧‧‧上部表面
54S‧‧‧側壁表面
56‧‧‧射頻收發器電路
58‧‧‧傳輸線路徑/傳輸線
58G‧‧‧接地傳輸線導體
58P‧‧‧正傳輸線導體
60‧‧‧正天線饋電端子/組件
62‧‧‧接地天線饋電端子
64‧‧‧天線饋電
66‧‧‧天線接地/天線接地結構
68‧‧‧天線諧振元件
70‧‧‧天線諧振元件結構/諧振元件
71‧‧‧間隙
72‧‧‧點/所要的天線阻抗/所要的操作阻抗
74‧‧‧阻抗/實際天線阻抗
74.1‧‧‧阻抗/第一阻抗值
74.2‧‧‧阻抗/第二阻抗值
74.3‧‧‧阻抗值
74.4‧‧‧阻抗值
76‧‧‧低通濾波器電路(電感器)/低通濾波器/濾波器
76-1‧‧‧帶阻濾波器
76-2‧‧‧帶阻濾波器
76-3‧‧‧帶阻濾波器
76-4‧‧‧帶阻濾波器
78‧‧‧阻抗
78.1‧‧‧阻抗/第一阻抗值
78.2‧‧‧阻抗/第二阻抗值
78.3‧‧‧阻抗值
78.4‧‧‧阻抗值
80‧‧‧串聯電容器/電容器/串聯饋電電容器/串聯電容/分散式電容器
80'‧‧‧電容器/頻率相關可變分散式電容器/頻率相關可變分散式電容
82‧‧‧阻抗/阻抗值
82.1‧‧‧阻抗/第一阻抗值
82.2‧‧‧阻抗/第二阻抗值
82.3‧‧‧阻抗值
82.4‧‧‧阻抗值
88‧‧‧天線結構/電極/電容器電極
88A‧‧‧導電電極元件/導電元件
88B‧‧‧導電電極元件/導電元件
90‧‧‧濾波器/低通濾波器
92‧‧‧間隙
C1‧‧‧電容
C2‧‧‧電容
C3‧‧‧電容
C4‧‧‧電容
L1‧‧‧電感
L2‧‧‧電感
L3‧‧‧電感
L4‧‧‧電感
T1‧‧‧端子
T2‧‧‧端子
圖1為根據本發明之一實施例的具有無線通信電路之說明性電子裝置之透視圖。
圖2為根據本發明之一實施例之具有無線通信電路之說明性電子裝置之示意圖。
圖3為根據本發明之一實施例的展示可對一電子裝置提供一天線之方式的該裝置之一部分之橫截面圖。
圖4為根據本發明之一實施例的耦接至一射頻收發器之說明性天線之圖。
圖5為根據本發明之一實施例的具有天線諧振元件及天線接地之說明性天線之圖。
圖6A及圖6B為根據本發明之一實施例的圖5中所示之類型的天線及其他天線之天線效能已經繪製之史密斯圖。
圖7為根據本發明之一實施例的具有由自電感器形成之低通濾波器耦接的天線諧振元件及天線接地之說明性天線之圖。
圖8為根據本發明之一實施例的具有由諸如並聯電感器之低通濾波器耦接的天線諧振元件及天線接地且具有具一串聯電容器之一饋電之說明性天線之圖。
圖9為根據本發明之一實施例的具有由一並聯電感器耦接的天線諧振元件及天線接地且具有一分散式可變電容器之說明性天線之圖。
圖10A為根據本發明之一實施例的展示天線之可變電容器可如何經組態以展現隨頻率增加而電容值減小以改良在操作頻率範圍內的天線效能之曲線圖。
圖10B為根據本發明之一實施例的展示具有隨圖10A中所示的類型之頻率增加而減小之電容值的電容器如何可由具有隨頻率而變相對恆定之一量值的電抗來表徵之曲線圖。
圖11為根據本發明之一實施例的具有由低通濾波器耦接的天線諧振元件及天線接地且具有諸如具有由濾波器電路耦接之多個區段之可變分散式電容器的一可變分散式電容器之說明性天線之圖。
圖12為根據本發明之一實施例的由堆疊之帶阻濾波器形成之說明性低通濾波器之圖。
圖13A為根據本發明之一實施例的展示圖12中所示之類型的堆疊之帶阻濾波器中之階段可如何藉由重疊阻帶來表徵之曲線圖。
圖13B為根據本發明之一實施例的展示圖12之堆疊之帶通濾波器電路可如何用於在低頻帶及高頻帶操作頻率之範圍上實施低通濾波器 過程中之曲線圖。
諸如圖1之電子裝置10之電子裝置可具備無線通信電路。無線通信電路可用以支援多個無線通信頻帶中之無線通信。無線通信電路可包括一或多個天線。
天線可由印刷電路板或其他介電基板上之導電結構形成。需要時，用於天線之導電結構可由諸如導電外殼結構之部分的導電電子裝置結構形成。可用於形成一天線過程中之導電外殼結構之實例包括諸如薄片金屬結構及其他平坦導電部件之導電內部支撐結構、導電外殼壁、諸如顯示邊框(bezel)之周邊導電外殼部件、諸如導電外殼側壁之周邊導電外殼結構、導電平坦後外殼壁及其他導電外殼壁，或其他導電結構。天線之導電結構亦可由電子組件(諸如，開關、積體電路、顯示模組結構等)之部分形成。電子裝置內之屏蔽帶、屏蔽罩、導電泡沫及其他導電材料亦可用於形成天線結構過程中。
天線結構可由經圖案化之金屬箔或其他金屬結構形成。需要時，天線結構可由諸如基板上之金屬跡線的導電跡線形成。基板可為塑膠支撐結構或其他介電結構、諸如玻璃纖維填充之環氧樹脂基板(例如，FR4)之剛性印刷電路板基板、由聚醯亞胺或其他撓性聚合物之薄片形成的可撓性印刷電路(「軟性電路」)或其他基板材料。需要時，天線結構可使用此等方法之組合來形成。舉例而言，天線可部分地由塑膠支撐結構上之金屬跡線(例如，接地導體)形成且部分地由印刷電路上之金屬跡線(例如，用於形成天線諧振元件結構的經圖案化之跡線)形成。
電子裝置10之外殼可由導電結構(例如，金屬)形成或可由介電結構(例如，玻璃、塑膠、陶瓷等)形成。由塑膠或其他介電材料形成之天線窗在需要時可形成於導電外殼結構中。裝置10之天線可鄰近於介 電外殼壁而安裝或可安裝於天線窗結構下方，使得天線窗結構重疊天線。在操作期間，射頻天線信號可穿過裝置10中之介電天線窗及其他介電結構。需要時，裝置10可具有一具蓋層之顯示器。裝置10之天線可經安裝，使得天線信號穿過顯示器蓋層。
電子裝置10可為攜帶型電子裝置或其他合適電子裝置。舉例而言，電子裝置10可為膝上型電腦、平板電腦、稍微較小之裝置(諸如，手錶裝置、垂飾裝置、頭戴式耳機裝置、耳機裝置或其他可佩帶或小型裝置)、蜂巢式電話或媒體播放器。裝置10亦可為電視機、機上盒、桌上型電腦、電腦已整合於其中之電腦監視器或其他合適之電子設備。
裝置10可具有一顯示器，諸如，安裝於諸如外殼12之外殼中之顯示器14。舉例而言，顯示器14可為併有電容性觸碰電極之觸碰螢幕或可能對觸碰不敏感。顯示器14之觸碰感測器可由電容性觸碰感測器電極、電阻性觸碰陣列、基於聲音觸碰、光學觸碰或基於力觸碰技術之觸碰感測器結構或其他合適之觸碰感測器形成。
顯示器14可包括由發光二極體(LED)、有機LED(OLED)、電漿胞(plasma cell)、電濕化像素、電泳像素、液晶顯示器(LCD)組件或其他合適之影像像素結構形成的影像像素。蓋層可覆蓋顯示器14之表面。蓋層可由一透明玻璃層、一清透塑膠層或其他透明部件形成。如圖1中所示，開口可形成於蓋層中以容納諸如按鈕16之組件。
顯示器14可具有一作用中部分，且需要時可具有一非作用中部分。顯示器14之作用中部分可含有用於對裝置10之使用者顯示影像的作用中影像像素。顯示器14之非作用中部分可無作用中像素。顯示器14之作用中部分可位於諸如中央矩形區域22(以矩形輪廓18為邊界)之區域中。顯示器14之非作用中部分20可環繞呈矩形環形狀之作用中區域22之邊緣。
在非作用中區域20中，顯示器14的顯示器蓋層之下側可塗佈有不透明遮罩層。該不透明遮罩層可由諸如不透明聚合物(例如，黑墨水、白墨水、不同色彩之塗層等)之不透明材料形成。該不透明遮罩層可用以阻止內部裝置組件由裝置10之使用者觀看到。該不透明遮罩層可在需要時為充分薄及/或由待無線電透明之充分不導電材料形成。此類型之組態可用於天線結構形成於非作用中區域20下方的組態中。舉例而言，如圖1中所示，諸如一或多個天線40之天線結構可安裝於外殼12中，使得非作用中區域20重疊天線結構。
外殼12(有時可被稱作殼)可由以下材料形成：塑膠、玻璃、陶瓷、纖維複合物、金屬(例如，不鏽鋼、鋁等)、其他合適材料或此等材料之組合。在一些情形下，外殼12或外殼12之部分可由介電質或其他低電導率材料形成。在其他情形下，外殼12或構成外殼12之結構中的至少一些可由金屬元件形成。
在外殼12由諸如金屬之導電材料形成的裝置10之組態中，天線40可如圖1中所示安裝在顯示器14之顯示器蓋層下方(例如，在非作用中區域20下方)及/或天線40可鄰近於外殼12中之一或多個介電天線安裝。在操作期間，射頻天線信號可穿過重疊天線40之顯示器蓋層的非作用中區域20之部分及/或射頻天線信號可穿過裝置10中之其他介電結構，諸如，天線窗結構。一般而言，天線40可位於裝置外殼12中之任一合適位置中(例如，沿顯示器14之邊緣、在裝置10之拐角、在天線窗或在外殼12之後表面上的其他介電結構下方等)。
裝置10可具有單一天線或多個天線。在多個天線存在之組態中，天線可用以實施用於多個相同資料流(例如，分碼多重存取資料流)之信號經組合以改良信號品質的天線陣列，或可用以實施藉由處置多個獨立資料流(例如，獨立長期演進資料流)來增強效能的多輸入多輸出(MIMO)天線方案。多個天線亦可用以實施裝置10基於其即時 效能(例如，基於所接收信號品質量測)啟動及撤銷啟動每一天線之天線分集方案。在具有無線區域網路無線電路之裝置中，裝置可使用天線40之陣列來傳輸及接收無線區域網路信號(例如，IEEE 802.11n訊務)。多個天線可一起用於操作之傳輸模式及接收模式兩者中或可僅在僅信號接收操作或僅信號傳輸操作期間一起使用。
裝置10中之天線可用以支援任何所關注通信頻帶。舉例而言，裝置10可包括用於支援無線區域網路通信(諸如，IEEE 802.11通信或Bluetooth® 通信、語音及資料蜂巢式電話通信、全球定位系統(GPS)通信或其他衛星導航系統通信等)之天線結構。
圖2中展示可用於電子裝置10之說明性組態之示意圖。如圖2中所示，電子裝置10可包括諸如儲存及處理電路28之控制電路。儲存及處理電路28可包括諸如硬碟機儲存器、非揮發性記憶體(例如，快閃記憶體或經組態以形成固態碟機的其他電可程式化唯讀記憶體)、揮發性記憶體(例如，靜態或動態隨機存取記憶體)等之儲存器。儲存及處理電路28中之處理電路可用以控制裝置10之操作。處理電路可基於一或多個微處理器、微控制器、數位信號處理器、基頻處理器、功率管理單元、音訊編碼解碼器晶片、特殊應用積體電路等。
儲存及處理電路28可用以執行裝置10上之軟體，諸如，網際網路瀏覽應用程式、網際網路語音通信協定(VOIP)電話呼叫應用程式、電子郵件應用程式、媒體播放應用程式、作業系統函式等。為了支援與外部設備之互動，儲存及處理電路28可用於實施通信協定過程中。可使用儲存及處理電路28實施的通信協定包括網際網路協定、無線區域網路協定(諸如，IEEE 802.11協定(有時被稱作WiFi® ))及用於其他短程無線通信鏈路之協定(諸如，Bluetooth® 協定、蜂巢式電話協定等)。
輸入輸出電路30可用以允許將資料供應至裝置10，且可用以允 許將資料自裝置10提供至外部裝置。輸入輸出電路30可包括輸入輸出裝置32。輸入輸出裝置32可包括觸控式螢幕、按鈕、操縱桿、點按式選盤、滾輪、觸控板、小鍵盤、鍵盤、麥克風、揚聲器、載頻調產生器、振動器、相機、感測器、發光二極體及其他狀態指示器、資料埠等。使用者可藉由經由輸入輸出裝置32供應命令控制裝置10之操作，且可使用輸入輸出裝置32之輸出資源接收狀態資訊及來自裝置10之其他輸出。
無線通信電路34可包括由以下各者形成之射頻(RF)收發器電路：一或多個積體電路、功率放大器電路、低雜訊輸入放大器、被動式RF組件、一或多個天線及用於處置RF無線信號之其他電路。亦可使用光(例如，使用紅外線通信)發送無線信號。
無線通信電路34可包括衛星導航系統接收器電路，諸如，全球定位系統(GPS)接收器電路35(例如，用於接收在1575MHz下的衛星定位信號)或與其他衛星導航系統相關聯之衛星導航系統接收器電路。收發器電路36可處置用於WiFi® (IEEE 802.11)通信之2.4GHz及5GHz頻帶且可處置2.4GHz Bluetooth® 通信頻帶。電路34可將蜂巢式電話收發器電路38用於處置在蜂巢式電話頻帶(諸如，在約700MHz至約2200MHz之頻率範圍中的頻帶或在更高或更低頻率處之頻帶)中之無線通信。在需要時，無線通信電路34可包括用於其他短程及長程無線鏈路之電路。舉例而言，無線通信電路34可包括用於接收收音機及電視信號之無線電路、傳呼電路、近場通信電路等。在WiFi® 及Bluetooth® 鏈路及其他短程無線鏈路中，無線信號通常用以在幾十或幾百呎內傳送資料。在蜂巢式電話鏈路及其他長程鏈路中，無線信號通常用以在幾千呎或英里內傳送資料。
無線通信電路34可包括一或多個天線40。在需要時，天線40可具有分散式電容器結構。分散式電容器結構可具有使用一或多個被動 式射頻濾波器(諸如，低通濾波器)彼此耦接之部分。使用低通濾波器電路，分散式電容器結構可展現隨頻率增加而減小之電容值(亦即，分散式電容器結構可經組態以形成頻率相關之可變分散式電容器)。諸如天線40中之一者的天線可具備一可變分散式電容器(例如，以形成用於天線40之天線饋電的一串聯電容器)。可變分散式電容器之使用可幫助確保傳輸線與天線在操作頻率範圍內阻抗匹配。
圖3為裝置10之一部分之橫截面側視圖。在圖3之說明性組態中，天線40已沿裝置外殼12之邊緣中之一者形成於顯示器14之非作用中部分20下方。顯示結構52(例如，用於為裝置10之使用者顯示影像的影像像素之陣列)可安裝在裝置外殼12之中央的顯示器14之顯示器蓋層42下方(亦即，在顯示器14之作用中區域22下方)。在非作用中顯示區域20中，顯示器蓋層42之內表面可覆蓋有不透明遮罩材料44以阻止諸如天線40之內部結構由裝置10之使用者觀看到。外殼12可具有一平坦後外殼壁。外殼12可具有垂直於平坦後外殼壁伸展的垂直側壁，或可如圖3中所示具有自平坦後外殼壁垂直向上延伸之彎曲側壁。
裝置10可包括諸如上面安裝電組件50之基板48的一或多個基板。電組件50可包括積體電路、離散組件(諸如，電阻器、電感器、及電容器)、開關、連接器、發光二極體及用於形成諸如圖2之儲存及處理電路28及輸入輸出電路30之電路的其他電裝置。
基板48可由諸如塑膠之介電質形成。在需要時，基板48可使用一或多個印刷電路來實施。舉例而言，基板48可為由可撓性聚醯亞胺薄片或其他聚合物層形成的可撓性印刷電路(「軟性電路」)或可為剛性印刷電路板(例如，由玻璃纖維填充之環氧樹脂形成的印刷電路板)。基板48可包括諸如經圖案化之金屬跡線之一或多個層的導電互連路徑以用於在組件50、諸如天線40之天線及裝置10中之其他電路之間投送信號。
天線40可包括經圖案化之導電結構，諸如，印刷電路或塑膠載體上的經圖案化之金屬跡線。天線40之導電結構可位於上部表面54T上、諸如側壁表面54S之側壁表面上或天線40中其他處。需要時，裝置10之部分(諸如，導電外殼12之部分、諸如結構46之屏蔽結構(例如，導電帶、導電泡沫等)、內部導電組件之部分(諸如，顯示結構52、組件50及印刷電路48))可形成天線40之導電天線結構(例如，天線接地結構)。
在操作期間，天線40可傳輸並接收射頻信號。此等信號可穿過非作用中區域20中之不透明遮罩層44及顯示器蓋層42及/或可穿過外殼12之介電部分(諸如，形成於外殼12之區域12'中之介電天線窗)。
圖4為展示天線40可如何使用諸如傳輸線路徑58之傳輸線結構耦接至射頻收發器電路56之圖。射頻收發器電路56可包括諸如衛星導航系統接收器電路35、無線區域網路收發器電路36及蜂巢式電話收發器電路38之收發器電路。天線40可具有諸如傳輸線58耦接至的天線饋電64之天線饋電。天線饋電64可具有一正天線饋電端子，諸如，耦接至傳輸線58中之正傳輸線導體58P的正天線饋電端子60。天線饋電64亦可具有一接地天線饋電端子，諸如耦接至傳輸線58中之接地傳輸線導體58G的接地天線饋電端子62。
傳輸線58可由以下各物形成：同軸電纜、微帶傳輸線結構、帶狀傳輸線結構、形成於剛性印刷電路板或可撓性印刷電路板上之傳輸線結構、由介電材料之可撓性帶上的導電線形成之傳輸線結構或其他傳輸線結構。在需要時，諸如組件60之一或多個電組件可插入傳輸線58中(亦即，傳輸線58可具有兩個或兩個以上區段)。組件60可包括射頻濾波器電路、阻抗匹配電路(例如，幫助匹配天線40之阻抗與傳輸線58之阻抗的電路)、開關及其他電路。
在諸如具有精巧佈局之裝置的電子裝置中，滿足天線設計需求 可為挑戰性的。有時可用於形成天線結構之相對小的空間量可使得需要將接地平面結構很接近天線諧振元件結構置放。然而，很接近天線諧振元件結構的接地結構之存在可趨於減小天線頻寬並使得難以達成所要的天線頻寬目標。
可用於裝置10中以克服此等挑戰的天線設計可具有一具可變分散式電容器之天線饋電。可變分散式電容器之存在可幫助傳輸線58與天線40在相對廣泛的頻率範圍內阻抗匹配，藉此增強天線效能。
圖5為說明性天線之圖。圖5之天線40可具有天線諧振元件68及天線接地66。圖5之天線可具有一天線饋電，諸如，由正天線饋電端子60及接地天線饋電端子62形成的天線饋電64。在圖5之實例中，天線諧振元件68已使用諧振元件結構70(例如，矩形金屬跡線或具有其他合適形狀之導電結構)來實施。正天線饋電端子60可耦接至天線諧振元件結構70。接地天線饋電端子62可形成於天線接地結構66之一對置部分上。天線諧振元件結構70及天線接地結構66可由諸如間隙71之間隙分開。
圖6A及圖6B為已針對圖5之說明性天線及具有圖7、圖8、圖9及圖11中所示類型之組態的天線而繪製天線阻抗的史密斯圖。圖6A之史密斯圖含有針對在所關注之第一說明性通信頻帶(例如，自第一頻率f1延伸至第二頻率f2並以低頻帶頻率fL 為中心之低頻帶B1)中之操作的阻抗曲線。圖6B之史密斯圖含有針對在所關注之第二通信頻帶(例如，自第三頻率f3延伸至第四頻率f4並以高頻帶頻率fH 為中心之高頻帶B2)中之操作的阻抗曲線。需要時，裝置10之天線可在其他頻帶中操作。
傳輸線58(圖4)可由阻抗來表徵。作為實例，傳輸線58之阻抗可為50歐姆。為了最佳天線效能，需要使天線40之阻抗與傳輸線58之阻抗匹配(亦即，需要組態天線40，使得天線40展現50歐姆之阻抗以匹 配傳輸線58之50歐姆阻抗)。
50歐姆之理想天線阻抗由圖6A及圖6B之史密斯圖中的點72來表示。實務上，組態天線40以展現由點72表示之所要的50歐姆阻抗可為挑戰性的。舉例而言，圖5中所示之類型的天線當在低頻帶B1中操作時可展現諸如圖6之阻抗74的複雜阻抗。阻抗74可由在低頻帶操作頻率f1下(亦即，在低頻帶之下端處)之第一阻抗值74.1及由在低頻帶操作頻率f2下(亦即，在低頻帶之上端處)之第二阻抗值74.2表徵。
如圖6A中所示，阻抗74(對應於圖5中所示之類型的天線40之組態)可為過於電容性，從而導致實際天線阻抗74與所要的天線阻抗72之間的不可忽略的失配。舉例而言，在天線40實施於有限體積中(例如，在具有相對於在所關注操作頻率下的波長之四分之一有限的尺寸之精巧電子裝置中)之組態中，阻抗74可為過於電容性。為解決此失配，跨越天線諧振元件68與天線接地66之間的間隙71的諸如薄銅跡線之並聯電感或諸如並聯電感器或其他並聯低通濾波器電路(其中頻率f1至f2位於通帶中)之離散組件可添加至天線40。
在圖7中展示可用於諸如並聯電感器之低通濾波器已併入至天線內之天線40的類型之組態。如圖7中所示，天線40可具有一並聯電感，諸如低通濾波器電路(電感器)76之。低通濾波器76可具有耦接至諧振元件結構70之一第一端子及跨間隙71耦接至天線接地66之一對置第二端子。低通濾波器76可由諸如表面黏著技術(SMT)組件之離散組件形成，可由金屬跡線(例如，耦接於諧振元件結構70與天線接地66之間的金屬線)形成，可由使用展現電感之金屬跡線耦接至天線40之一或多個SMT組件形成，或可使用其他濾波器電路形成。當天線40經修改以併有諸如圖7中之天線40之低通濾波器76的一並聯電感時(其中頻率f1至f2位於通帶中)，天線40可展現諸如圖6A之阻抗78的一阻抗。阻抗78可由在低頻帶操作頻率f1下(亦即，在低頻帶之下端處)的 第一阻抗值78.1及由在低頻帶操作頻率f2下(亦即，在低頻帶之上端處)的第二阻抗值78.2來表徵。在並聯組態中之低通濾波器76在頻率f1下比在頻率f2下可能表現得更像短路(亦即，因低通濾波器76之存在，自阻抗74.1改變阻抗78.1可比自阻抗74.2改變阻抗78.2顯著)。
為抵消在將低通濾波器76併入至天線40中時阻抗74.1至78.1之較大移動，亦可將一串聯電容器引入至天線40中。舉例而言，天線40可如圖8中所示而組態。在圖8之說明性組態中，串聯電容已經插入於天線40之饋電64中(亦即，串聯電容器80已形成於天線諧振元件結構70與天線饋電端子60之間)。將諸如電容器80之電容器包括於天線40之饋電中可更改天線40之阻抗。
詳言之，當天線40經修改以併入諸如圖7中之天線40的電感器76之一電感器及包括諸如串聯電容器80之一串聯電容的諸如圖8之天線饋電64的一天線饋電時，天線40可展現諸如圖6A之阻抗82的阻抗。阻抗82可由在低頻帶操作頻率f1下(亦即，在低頻帶之下端處)之第一阻抗值82.1及在低頻帶操作頻率f2下(亦即，在低頻帶之上端處)之第二阻抗值82.2來表徵。圖8之天線40的電容器80在頻率f1下比在頻率f2下可能表現更像斷路。因此，如圖6A中所示，因電容器80之存在，自阻抗78.1改變阻抗82.1可比自阻抗78.2改變阻抗82.2顯著。圖8之天線40的阻抗之所得值(阻抗值82)可在低頻帶B1中在裝置10中之天線40之操作期間充分地靠近令人滿意的所要阻抗72。
可參看圖6B之史密斯圖理解高頻帶效能。當在高頻帶B2中(例如，在範圍自下部高頻帶頻率f3至上部高頻帶頻率f4之操作頻率下)操作時，圖5中所示之類型的天線可展現阻抗74。如圖6B中所示，阻抗74可由在高頻帶操作頻率f3下(亦即，在高頻帶之下端處)之阻抗值74.3及在高頻帶操作頻率f4下(亦即，在高頻帶之上端處)之阻抗值74.4來表徵。阻抗74在高頻帶操作期間相對於所要的操作阻抗72可能 不會過於電容性。然而，當圖7之並聯低通濾波器76(其中頻率f3至f4位於阻帶中)添加至天線40以確保令人滿意的低頻帶效能時，高頻帶阻抗74可改變成高頻帶阻抗78。阻抗78可由在高頻帶操作頻率f3下(亦即，在高頻帶之下端處)之阻抗值78.3及在高頻帶操作頻率f4下(亦即，在低頻帶之上端處)之阻抗值78.4來表徵。因為並聯低通濾波器76在高頻帶B2中比在低頻帶B1中可能表現更像斷路，所以理想上將歸因於低通濾波器76之存在而存在對天線阻抗之最小影響。然而，歸因於在將低通濾波器76之組件耦接於天線諧振元件70與接地66之間時通常使用的薄跡線之存在及歸因於在低通濾波器之阻帶中之缺點，低通濾波器將顯現為小並聯電感，且當低通濾波器76併入至天線40中時通常將存在在高頻帶B2中自阻抗74至阻抗78之移動。
為抵消歸因於來自低通濾波器76之並聯電感之非零貢獻的在高頻帶B2中阻抗74至阻抗78的移動，圖8中所示之類型的天線中之串聯饋電電容器80可使用展現隨操作之頻率增加而電容減小的可變電容器設計來實施。當可變電容器用於實施在圖8中所示之類型之配置中的天線40之電容器80過程中時，天線40可展現高頻帶B2中之令人滿意的阻抗82。阻抗82可由在高頻帶操作頻率f3下(亦即，在高頻帶之下端處)之阻抗值82.3及在高頻帶操作頻率f4下(亦即，在高頻帶之上端處)之阻抗值82.4來表徵。因為阻抗82良好地匹配所要的阻抗72，所以圖8之天線40可在電容器80使用可變電容器來實施時展現高頻帶B2中之令人滿意的操作，同時展現低頻帶B1中之令人滿意的操作，如結合圖6A之阻抗82所描述。天線40之可變電容器可使用一或多個離散電容器(例如，表面黏著技術電容器)、由天線基板(諸如，塑膠支撐件、可撓性印刷電路、剛性印刷電路板或其他基板)上的跡線形成之分散式電容器或離散與分散式電容器結構之組合來實施。
圖9為可在使用固定分散式電容器組態實施天線40之一串聯饋電 電容時使用的類型之組態之圖。如圖9中所示，在分散式電容器配置中，圖8之電容器80的電容可使用諸如天線諧振元件68中之天線結構88的導電天線結構來實施。結構88可由在諸如塑膠載體或其他介電支撐結構、可撓性印刷電路、剛性印刷電路板或其他基板之基板上的金屬跡線形成。舉例而言，結構88可由金屬跡線形成。結構88及70(且需要時，接地66及用於形成電感器76之結構中的一些或全部)可安裝於一共同基板上。
天線諧振元件結構70及結構88可由諸如間隙92之間隙分開。間隙92可由長度L及寬度W來表徵。結構88及結構70可充當形成用於天線饋電64之串聯電容80之電容器電極。由結構88及結構70展現的電容之量值可與長度L成直接比例並與寬度W成間接(或反)比例。在圖9之說明性組態中，結構88及結構70具有矩形形狀且間隙92之寬度W沿其長度係均勻的。此僅為說明性的。結構88及結構70可具有其他形狀(例如，具有彎曲之形狀、具有彎曲邊緣之形狀、具有彎曲及直線邊緣之形狀或其他合適形狀)且間隙92可具有其他形狀(例如，具有直邊緣之間隙形狀、具有彎曲邊緣之間隙形狀、具有直與彎曲邊緣之組合的間隙形狀、由可變寬度W表徵之形狀等)。
如同圖8之電容器80，由圖9之分散式電容器80展現的電容可用以在低頻帶B1中將阻抗78變成阻抗82。因為圖9之分散式電容配置可用以避免或減少對天線40中之離散組件的依賴，所以圖9之配置可幫助減少天線40之成本及複雜性，同時幫助改良可靠性。
諸如圖9之天線40的具有固定串聯電容之天線的阻抗將趨於隨頻率而改變，此係因為固定電容器之電抗X隨操作頻率相反地變化，從而隨頻率增加而減小。為抵消在較高操作頻率下的電抗之此減小，可將可變電容器設計用於電容器80。舉例而言，天線40之分散式電容器可使用頻率相關可變電容組態來實施。在此類型之組態情況下，分散 式電容器之電容C可隨增加之操作頻率而減小，如由圖10A之曲線圖中的可變電容C指示。如圖10A中所示，當可變電容器在相對低頻率(諸如，在以較低頻率fL 為中心並自較低頻率f1延伸至較高頻率f2的較低通信頻帶B1中之頻率)下操作時，電容器可展現約CH 之相對高電容值。當電容器在相對高頻率(諸如，在以較高頻率fH 為中心並在較低頻率f3與較高頻率f4之間延伸的較高通信頻帶B2中之頻率)下操作時，電容器可展現約CL 之相對低電容值。由可變電容組態展現的電容C隨操作頻率f增加而減小可幫助確保與電容器相關聯之電抗在操作頻率之範圍內(例如，在低頻帶B1及高頻帶B2兩者處)保持相對恆定，如圖10B中所說明。由電容器80之可變電容器組態展現的相對恆定之電抗值可用以幫助確保天線40之阻抗將在此操作頻率範圍內良好地匹配所要的阻抗72。當將用於電容器80之固定電容值併入至天線40中時，阻抗74可改變至圖6B之不合需要(失配)之阻抗78。圖6B之阻抗78不合需要，此係因為阻抗78與阻抗74相比不匹配所要的阻抗72。為在高頻帶B2中使天線阻抗與所要的阻抗72匹配，可能需要來自電容器80之反應性貢獻與在成功地用於產生用於低頻帶操作之匹配阻抗82的低頻帶B1中來自電容器80之反應性貢獻相比在高頻帶B2中不顯著較低。此可藉由組態一可變電容器以展現在高頻下充分減少之電容以將來自電容器80之電抗在高頻帶操作及低頻帶操作期間維持在相對類似的量值來實現。
用於分散式可變電容器的頻率相關之可變電容組態可藉由形成使用濾波器電路(例如，被動式濾波器電路)耦接在一起的分散形式離散區段之電極中之一或多者來實施。圖11中展示天線40包括基於被動式濾波器之一頻率相關分散式可變電容器(電容器80')的天線40之說明性組態。
在圖11之配置中，電容器80'具有一由結構70形成之第一電極及 一第二電極(電極88)。結構70及電極88可形成天線諧振元件68之部分且可由間隙92彼此分開。
如圖11中所示，分散式電容器電極88可包括諸如導電電極元件88A及導電電極元件88B之多個個別導電元件。元件88A及88B可由間隙71與天線接地66分開。
諸如濾波器90之被動式射頻濾波器可插入元件88A與元件88B之間。在圖11之實例中，濾波器90已使用一串聯電感器來實施(亦即，濾波器90為由電感器形成之低通濾波器)。電感器之一端子可耦接至元件88A且電感器之另一端子可耦接至元件88B。需要時，其他類型之濾波器(例如，其他低通濾波器電路)可耦接於元件88A與元件88B之間。電感器或形成濾波器90之其他組件可由離散組件(例如，SMT電感器及/或其他SMT組件)及/或經圖案化之金屬跡線形成。
導電元件88A及導電元件88B可具有L1及L2之各別長度(作為一實例)。長度L1及L2之量值可用以調諧由頻率相關可變分散式電容器80'展現的低頻電容及高頻電容。
在諸如與圖10之頻帶B1相關聯之頻率的較低操作頻率下，濾波器90將展現低阻抗，此係因為形成濾波器90之電感器將有效地為短路。結果，導電元件88A及88B將短接在一起且將充當單一整體式電容器電極(亦即，圖11之電極88將包括元件88A及元件88B兩者)。在此情形下的電容器電極88將具有長度L(L=L1+L2)。電容器80'之電容C的量值因此將與間隙92之寬度W成反比並與長度L成正比(亦即，當在頻帶B1中操作時，電容器80'之電容C將等於圖10之CH )。因為電容器80'經組態以在低頻帶B1中之低頻帶操作期間展現電容CH ，所以圖11之天線40可在低頻帶B1中展現諸如圖6A之令人滿意的低頻帶阻抗82之阻抗。
在諸如與圖10之頻帶B2相關聯之頻率的較高操作頻率下，濾波 器90將展現高阻抗，此係因為形成濾波器90之電感器將有效地為開路。作為導電元件88A與88B之間的斷路之結果，導電元件88A與88B將彼此電隔離。在此情形下，電容器電極88將有效地僅包括長度L2之導電元件88B。導電元件88A將與導電元件88B及導電元件88B上之天線饋電端子60電隔離。元件88A之隔離防止元件88A對電容器80'之電容有影響。當在諸如圖10之頻帶B2中的頻率之較高操作頻率下操作時，電容器電極88因此將具有長度L2。電容器80'之電容C的量值因此將與間隙92之寬度W成反比且與長度L2成正比(亦即，當在頻帶B2中操作時，電容器80'之電容C將等於圖10之CL )。因為電容器80'經組態以在頻帶B2中之高頻帶操作期間展現電容CL ，所以圖11之天線40可在高頻帶B2中展現諸如圖6B之令人滿意的高頻帶阻抗82之阻抗。
需要時，頻率相關分散式電容80'之電極可由兩個以上導電元件及用於將該等元件耦接在一起的對應數目個濾波器形成。電容器電極88'具有使用單一濾波器耦接的兩個導電元件(88A及88B)之配置僅為說明性的。此外，形成電容器電極及諧振元件結構70的導電元件之大小及形狀可不同於圖11之實例中所展示。舉例而言，此等元件可具有彎曲邊緣、彎曲、具有直及彎曲元件及/或彎曲部分的形狀等。在將元件耦接在一起過程中使用的濾波器可由電感器及其他電組件形成且可具有不同濾波器特性(例如，不同低通濾波器截止頻率)。
藉由使用諸如展現諸如圖10A之電容C的頻率相關電容的圖11之電容器80'的分散式電容器，在與具有展現隨頻率而變的固定電容之分散式電容器的諸如圖9之天線40的天線比較時，天線40可在擴大之操作頻率範圍內與所要的阻抗值(例如，圖6A及圖6B之所要的阻抗值72)阻抗匹配。作為一實例，圖11之天線40可展現諸如在低頻帶B1中之圖6A之阻抗82的阻抗及諸如在高頻帶B2中之圖6B之阻抗82的阻抗。在低頻帶B1中，電容值CH 可用以使天線40之阻抗與所要的阻抗 72阻抗匹配(例如，藉由展現圖6A之阻抗82或靠近阻抗72之值的其他合適阻抗)。在諸如頻帶B2中之頻率的較高操作頻率下，電容器80'之電抗可歸因於濾波器90的存在而維持在類似於低頻帶B1中之電容器80'之電抗的值。濾波器90為展現在頻帶B2中之相對大阻抗的低通濾波器，其自電極88移除元件88A且藉此將C之值減小至CL 。因為電容80'之電抗與操作頻率(其在頻帶B2中比在頻帶B1中高)成反比且與電容C(其在頻帶B2中比在頻帶B1中低)成反比，所以電容80'之電抗(及因此天線40之阻抗)相對於如圖10B中所示之頻帶B1可在頻帶B2處相對不改變(亦即，除展現在頻帶B1中操作時的阻抗82外，天線40亦可展現圖6B之阻抗82或靠近在頻帶B2中操作時的阻抗72之值的其他合適阻抗)。
需要時，低通濾波器76(且需要時，諸如低通濾波器90之低通濾波器)可使用多個離散組件來實施。作為一實例，濾波器76可由串聯耦接於端子T1(亦即，耦接至諧振元件70之第一端子)與端子T2(亦即，耦接至接地66之第二端子)之間的多個帶阻濾波器形成，如圖12中所示。在圖12之實例中，低通濾波器76已使用串聯耦接之四個帶阻濾波器(亦即，帶阻濾波器76-1、76-2、76-3及76-4)來實施。需要時，其他數目個(例如，四個以下或四個以上)帶阻濾波器或其他類型之濾波器電路可用於形成濾波器76過程中。
濾波器76中之每一串聯連接之帶阻濾波器可包括一不同電感器及電容器。圖12中之電感L1、L2、L3及L4及各別電容C1、C2、C3及C4之值可(例如)經選擇以調諧濾波器76中之每一帶阻濾波器級的阻帶。如圖13A中所示，圖13A之濾波器76的個別級可展現在稍微偏移頻率下的重疊諧振，從而導致圖13B中所示之類型的低通濾波器效能。使用帶阻濾波器來實施低通濾波器76可幫助藉由降低低頻帶B1中之濾波器76的阻抗、藉由升高高頻帶B2中之濾波器76的阻抗及/或 藉由另外幫助確保低頻帶阻抗與高頻帶阻抗之間的轉變緊緊地遵循理想步驟功能回應而相對於使用單一電感器的設計改良低通濾波器76之效能。需要時，其他類型之低通濾波器可用於濾波器76或天線40中之其他處。多個串聯連接之帶阻濾波器的使用僅為說明性的。
根據一實施例，提供一種用於一電子裝置之天線，其包括一天線接地，及一天線諧振元件，該天線諧振元件具有展現一頻率相關電容之一分散式電容器，其中該分散式電容器具有自由一濾波器耦接之至少兩個導電元件形成的一電容器電極。
根據另一實施例，該濾波器包括一低通濾波器。
根據另一實施例，該低通濾波器包括一電感器。
根據另一實施例，該天線進一步包括由第一及第二天線饋電端子形成之一天線饋電，其中該第一天線饋電端子耦接至該兩個導電元件中之一者且其中該第二天線饋電端子耦接至該天線接地。
根據另一實施例，該等導電元件包括第一及第二導電元件，且其中該天線諧振元件包括：一導電天線諧振元件結構，其充當用於該分散式電容器之一第一電容器電極；及用於該分散式電容器之一第二電容器電極，其由該第一導電元件及該第二導電元件形成，其中該濾波器包括一低通濾波器且其中該低通濾波器耦接於該第一導電元件與該第二導電元件之間。
根據另一實施例，該天線進一步包括一天線饋電，其具有耦接至該第一導電元件之一第一天線饋電端子及耦接至該天線接地之一第二天線饋電端子。
根據另一實施例，該第一導電元件及該第二導電元件由一第一間隙與該導電天線諧振元件分開且其中該第一導電元件及該第二導電元件由一第二間隙與該天線接地分開。
根據另一實施例，該低通濾波器包括一電感器，其具有耦接至 該第一導電元件之一第一端子及耦接至該第二導電元件之一第二端子。
根據另一實施例，該天線進一步包括耦接於該導電天線諧振元件結構與該天線接地之間的低通濾波器電路。
根據一實施例，提供一種用於一電子裝置之天線，該天線包括：一第一導電結構，其充當一第一電容器電極；第二及第三導電結構，其由一間隙與該第一導電結構分開；及一射頻濾波器，其耦接於該第二導電結構與該第三導電結構之間，其中該第二及該第三導電結構及該射頻濾波器經組態以充當一第二電容器電極且其中該第一及該第二電容器電極形成一頻率相關分散式電容器。
根據另一實施例，該天線進一步包括具有第一及第二天線饋電端子之一天線饋電，其中該第一天線饋電端子耦接至該第二導電結構。
根據另一實施例，該天線進一步包括一天線接地，其中該第二天線饋電端子耦接至該天線接地。
根據另一實施例，該射頻濾波器包括一低通濾波器。
根據另一實施例，該射頻濾波器包括一電感器，其具有耦接至該第二導電結構之一第一端子且具有耦接至該第三導電結構之一第二端子。
根據一實施例，提供一種電子裝置天線，該電子裝置天線包括：一天線饋電，其具有第一及第二饋電端子；一天線接地結構，其中該第一天線饋電端子耦接至該天線接地結構；及一天線諧振元件，其具有形成一第一電容器電極之一第一部分且具有形成一第二電容器電極之一第二部分，其中該天線諧振元件之該第二部分包括第一及第二導電元件。
根據另一實施例，該電子裝置天線進一步包括耦接於該第一導 電元件與該第二導電元件之間的一濾波器電路。
根據另一實施例，該濾波器電路包括一低通濾波器。
根據另一實施例，該第二天線饋電端子耦接至該第一導電元件。
根據另一實施例，該天線諧振元件之該第二部分由一第一間隙與該天線諧振元件之該第一部分分開且其中該天線諧振元件之該第二部分由一第二間隙與該天線接地結構分開。
根據另一實施例，該濾波器電路包括耦接於該第一電容器電極與該第二電容器電極之間的一電感器。
前述內容僅說明本發明之原理，且在不脫離本發明之範疇及精神的情況下，熟習此項技術者可作各種修改。可個別地或以任何組合實施前述實施例。
40‧‧‧天線
60‧‧‧正天線饋電端子/組件
62‧‧‧接地天線饋電端子
64‧‧‧天線饋電
66‧‧‧天線接地/天線接地結構
68‧‧‧天線諧振元件
70‧‧‧天線諧振元件結構/諧振元件
71‧‧‧間隙
76‧‧‧低通濾波器電路(電感器)/低通濾波器/濾波器
80‧‧‧串聯電容器/電容器/串聯饋電電容器/串聯電容/分散式電容器

Claims (19)

  1. 一種用於一電子裝置之天線，其包含：一天線接地；及一天線諧振元件，其具有展現一頻率相關電容之一分散式電容器，其中該分散式電容器包含充當一第一電容器電極之一導電天線諧振元件結構，及自由一濾波器耦接之至少兩個導電元件形成的一第二電容器電極；及一帶阻濾波器，其耦接於該導電天線諧振元件結構與該天線接地之間。
  2. 如請求項1之天線，其中該濾波器包含一低通濾波器。
  3. 如請求項2之天線，其中該低通濾波器包含一電感器。
  4. 如請求項3之天線，其進一步包含由第一及第二天線饋電端子形成之一天線饋電，其中該第一天線饋電端子耦接至該兩個導電元件中之一者且其中該第二天線饋電端子耦接至該天線接地。
  5. 如請求項1之天線，其中該等導電元件包含第一及第二導電元件且其中該天線諧振元件包含：用於該分散式電容器之一第二電容器電極，其由該第一導電元件及該第二導電元件形成，其中該濾波器包含一低通濾波器且其中該低通濾波器耦接於該第一導電元件與該第二導電元件之間。
  6. 如請求項5之天線，其進一步包含一天線饋電，其具有耦接至該第一導電元件之一第一天線饋電端子及耦接至該天線接地之一第二天線饋電端子。
  7. 如請求項6之天線，其中該第一導電元件及該第二導電元件由一第一間隙與該導電天線諧振元件分開且其中該第一導電元件及 該第二導電元件由一第二間隙與該天線接地分開。
  8. 如請求項7之天線，其中該低通濾波器包含一電感器，其具有耦接至該第一導電元件之一第一端子及耦接至該第二導電元件之一第二端子。
  9. 如請求項8之天線，其進一步包含耦接於該導電天線諧振元件結構與該天線接地之間的低通濾波器電路。
  10. 一種用於一電子裝置之天線，其包含：一第一導電結構，其充當一第一電容器電極；第二及第三導電結構，其由一間隙與該第一導電結構分開；及一射頻濾波器，其耦接於該第二導電結構與該第三導電結構之間，其中該第二導電結構及該第三導電結構及該射頻濾波器經組態以充當一第二電容器電極且其中該第一電容器電極及該第二電容器電極形成一頻率相關分散式電容器；及具有第一及第二天線饋電端子之一天線饋電，其中該第一天線饋電端子耦接至該第二導電結構。
  11. 如請求項10之天線，其進一步包含一天線接地，其中該第二天線饋電端子耦接至該天線接地。
  12. 如請求項11之天線，其中該射頻濾波器包含一低通濾波器。
  13. 如請求項11之天線，其中該射頻濾波器包含一電感器，其具有耦接至該第二導電結構之一第一端子且具有耦接至該第三導電結構之一第二端子。
  14. 一種電子裝置天線，其包含：一天線饋電，其具有第一及第二饋電端子；一天線接地結構，其中該第一天線饋電端子耦接至該天線接地結構；及 一天線諧振元件，其具有形成一第一電容器電極之一第一部分且具有形成一第二電容器電極之一第二部分，其中該天線諧振元件之該第二部分包括第一及第二導電元件，且該等第一及第二導電元件係安插於該第一電容器電極與該天線接地結構之間。
  15. 如請求項14之電子裝置天線，其進一步包含耦接於該第一導電元件與該第二導電元件之間的一濾波器電路。
  16. 如請求項15之電子裝置天線，其中該濾波器電路包含一低通濾波器。
  17. 如請求項16之電子裝置天線，其中該第二天線饋電端子耦接至該第一導電元件。
  18. 如請求項17之電子裝置，其中該天線諧振元件之該第二部分由一第一間隙與該天線諧振元件之該第一部分分開且其中該天線諧振元件之該第二部分由一第二間隙與該天線接地結構分開。
  19. 如請求項15之電子裝置天線，其中該濾波器電路包含耦接於該第一電容器電極與該第二電容器電極之間的一電感器。
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