TWI511374B - 具有可調式接地面天線元件的通訊裝置 - Google Patents

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Description

具有可調式接地面天線元件的通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種具有可調式接地面天線元件之通訊裝置。
近年來消費者對行動通訊裝置的功能需求漸增，此類產品的功能推陳出新速度也隨著加快，而加入通話外的行動通訊服務也意味著通訊裝置必須加入額外的零組件來提供相關功能，但隨著行動通訊裝置薄形式的發展趨勢，使得如何利用更加縮小的空間來設計天線，且達到比傳統天線更佳的效用，成為一項具有挑戰性的課題。
本發明提供一種通訊裝置，使得天線元件在尺寸不變的情況下，達成涵蓋LTE/WWAN頻帶之多頻操作。
本發明的通訊裝置，包括接地元件以及天線元件。接地 元件具有第一邊緣及第二邊緣，其中第一邊緣大致垂直第二邊緣。天線元件鄰近接地元件的第一邊緣，且天線元件耦接至一電路組件。電路組件包括至少二電抗電路，使得天線元件操作於第一頻帶或第二頻帶。其中，天線元件與接地元件形成不對稱之偶極天線結構，且天線元件的最長電流路徑的長度小於0.3倍的第二邊緣的長度。
基於上述，本發明提出一種具有可調式接地面天線元件之通訊裝置，使得天線元件在維持小尺寸的條件下，達成多頻操作，以解決天線元件可設計之空間日漸縮減的難題。為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
1、6、7、8‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧第一邊緣
102‧‧‧第二邊緣
t‧‧‧第二邊緣的長度
11、61、71、81‧‧‧天線元件
12‧‧‧電路組件
121‧‧‧第一電抗電路
122‧‧‧第二電抗電路
13‧‧‧切換電路
131‧‧‧第一端
132‧‧‧第二端
133‧‧‧第三端
14‧‧‧通訊模組
15、65、75、85‧‧‧電流路徑
21‧‧‧第一頻帶
31‧‧‧第二頻帶
41、51‧‧‧天線效率曲線
圖1為本發明之通訊裝置之第一實施例的結構示意圖。
圖2為本發明之通訊裝置之第一實施例切換至第一電抗電路時的返回損失圖。
圖3為本發明之通訊裝置之第一實施例切換至第二電抗電路時的返回損失圖。
圖4為本發明之通訊裝置之第一實施例切換至第一電抗電路時的天線效率圖。
圖5為本發明之通訊裝置之第一實施例切換至第二電抗電路時的天線效率圖。
圖6為本發明之通訊裝置之第二實施例的結構示意圖。
圖7為本發明之通訊裝置之第三實施例的結構示意圖。
圖8為本發明之通訊裝置之第四實施例的結構示意圖。
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。
圖1為本發明之通訊裝置之第一實施例的結構示意圖。請參照圖1，通訊裝置1包括接地元件10、天線元件11以及電路組件12。其中，接地元件10為通訊裝置1的系統接地面，並具有第一邊緣101及第二邊緣102。此外，第一邊緣101相鄰於第二邊緣102，且第一邊緣101大致垂直第二邊緣102。
天線元件11鄰近接地元件10的第一邊緣101，且天線元件11可例如是矩形金屬片。值得一提的是，一般偶極天線結構或近似偶極天線結構的二支路之長度均大致相等。而在圖1實施例中，天線元件11與接地元件10形成一不對稱之偶極天線結構。此外，天線元件11之最長電流路徑的長度15小於0.3倍的第二邊緣102之長度t。
電路組件12設置於接地元件10的上方並耦接天線元件11。其中，電路組件12包括至少二電抗電路。例如，電路組件12包括第一電抗電路121及第二電抗電路122。此外，電路組件12 更包括切換電路13。其中，切換電路13具有第一端131、第二端132以及第三端133。切換電路13的第一端131耦接於天線元件11，切換電路13的第二端132耦接於第一電抗電路121，且切換電路13的第三端133耦接於第二電抗電路122。在操作上，切換電路13會將其第一端131選擇性地導通至第二端132或是第三端133。藉此，天線元件11將可透過切換電路13選擇性地耦接至第一電抗電路121或是第二電抗電路122。
換言之，天線元件11可透過切換電路13耦接至不同的電抗電路，進而致使天線元件11可操作於不同的頻帶。舉例來說，當天線元件11透過切換電路13耦接至第一電抗電路121時，天線元件11將產生至少一共振模態以涵蓋第一頻帶，其中所述第一頻帶可例如是天線元件11之低頻頻帶(約704~960MHz)。當天線元件11透過切換電路13耦接至第二電抗電路122時，天線元件11將產生至少一共振模態以涵蓋第二頻帶，其中所述第二頻帶可例如是天線元件11之高頻頻帶(約1710~2690MHz)。
值得一提的是，天線元件11之最長電流路徑的長度15僅需小於0.3倍的第二邊緣102的長度t，或是小於第一頻帶或第二頻帶之最低頻率的0.15倍波長，天線元件11與接地元件10所形成之不對稱的偶極天線結構即可產生共振，以涵蓋至少一頻帶。此外，由於天線元件11可透過切換電路13耦接至不同的電抗電路，因此所述不對稱之偶極天線結構將可形成一可調式接地面天線元件，進而達成多頻操作。
另外，通訊裝置1更包括通訊模組14。其中，通訊模組14耦接電路組件12。例如，通訊模組14耦接電路組件12中的第一電抗電路121與第二電抗電路122。此外，通訊模組14傳送一饋入訊號至電路組件12，以激發天線元件11。在本發明的一實施例中，通訊模組14更用以傳送一控制信號至切換電路13，以致使切換電路13依據所述控制信號將其第一端選擇性地導通至第二端或是第三端，但本發明並不限定於上述。
值得一提的是，在本發明之一實施例中，通訊裝置1中之天線元件11及接地元件10可以形成於同一介質基板上，其中介質基板可為一可撓性(Flexible)的介質基板。意即，圖1實施例的接地面天線元件亦可應用於一可彎曲之通訊裝置上。
圖2為本發明之通訊裝置之第一實施例之天線元件11耦接至第一電抗電路121時的返回損失(Return Loss)圖，在此實施例當中，接地元件尺寸約為100×150 mm2 (約等同於典型平板電腦之接地元件尺寸)，且天線元件尺寸則僅約為10×10 mm2 。在此，天線元件11透過切換電路13耦接至第一電抗電路121，進而致使天線元件11可操作於一第一頻帶21。其中，第一頻帶21涵蓋至少一行動通訊頻帶，例如第一頻帶21可涵蓋LTE700/GSM850/900頻帶。
圖3為本發明之通訊裝置之第一實施例之天線元件11耦接至第二電抗電路122時的返回損失圖。其中，天線元件11透過切換電路13耦接至第二電抗電路122，進而致使天線元件11可操 作於一第二頻帶31。其中，第二頻帶31涵蓋至少一行動通訊頻帶，例如第二頻帶31可涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶。
圖4為本發明之通訊裝置之第一實施例之天線元件11耦接至第一電抗電路121時的天線效率圖，其中天線效率曲線41為天線元件11操作於LTE700/GSM850/900頻帶之效率圖。如圖4所示，天線元件11操作於LTE700/GSM850/900各頻帶時皆有不錯的天線效率(已將S參數納入考量之輻射效率)，符合實際應用的需求。
圖5為本發明之通訊裝置之第一實施例之天線元件11耦接至第二電抗電路122時的天線效率圖，其中天線效率曲線51為天線元件11操作於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶之效率圖。如圖5所示，天線元件11操作於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500各頻帶時皆有不錯的天線效率(已將S參數納入考量之輻射效率)，符合實際應用的需求。
圖6為本發明之通訊裝置之第二實施例的結構示意圖。在第二實施例中，天線元件61為一倒L形金屬片，且天線元件61包括電流路徑65。此外，電流路徑65可以具有至少一彎折。通訊裝置6的其餘結構則與第一實施例(圖1所示的通訊裝置1)相同或是相似，在此則不贅述。由於第二實施例具有與第一實施例相似的結構，因此第二實施例亦可以達成與第一實施例相似之功效。
圖7為本發明之通訊裝置之第三實施例的結構示意圖。在第三實施例中，天線元件71為一倒U字形金屬片，且天線元件71包括電流路徑75。此外，電流路徑75可以具有二個彎折。通訊裝置7其餘結構與第一實施例(圖1所示的通訊裝置1)相同或是相似，在此則不贅述。由於第三實施例具有與第一實施例相似的結構，因此第三實施例亦可以達成與第一實施例相似之功效。
圖8為本發明之通訊裝置之第四實施例的結構示意圖。在第四實施例中，天線元件81為一倒C字形金屬片，且天線元件81包括電流路徑85。通訊裝置8其餘結構與第一實施例(圖1所示的通訊裝置1)相同或是相似，在此則不贅述。由於第四實施例具有與第一實施例相似結構下，因此第四實施例亦可以達成與第一實施例相似之功效。
綜上所述，本發明提出一種具有可調式接地面天線元件之通訊裝置。其中，接地面天線元件由不對稱之偶極天線結構所形成，且所述不對稱之偶極天線結構由一天線元件與通訊裝置內之一接地元件所形成。此外，天線元件的最長電流路徑小於0.3倍的接地元件，或是小於天線元件之操作頻帶之最低頻率的0.15倍波長。換言之，天線元件遠小於一般傳統天線元件所需之0.25倍波長。並且，通訊裝置更可利用電路組件的可調式設計，使得天線元件在維持小尺寸的條件下，達成多頻操作，以解決天線元件可設計之空間日漸縮減的難題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的 精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧第一邊緣
102‧‧‧第二邊緣
t‧‧‧第二邊緣的長度
11‧‧‧天線元件
12‧‧‧電路組件
121、122‧‧‧電抗電路
13‧‧‧切換電路
131‧‧‧第一端
132‧‧‧第二端
133‧‧‧第三端
14‧‧‧通訊模組
15‧‧‧電流路徑

Claims (17)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件，具有一第一邊緣及一第二邊緣，且該第一邊緣大致垂直該第二邊緣；以及一天線元件，鄰近該接地元件的該第一邊緣，該天線元件耦接至一電路組件，該電路組件包括至少二電抗電路，使得該天線元件選擇性地操作於一第一頻帶或一第二頻帶，該第一頻帶係不同於該第二頻帶，其中，該天線元件與該接地元件形成一不對稱之偶極天線結構，且該天線元件的一最長電流路徑的長度小於0.3倍的該第二邊緣的長度，以及該天線元件的該最長電流路徑之長度小於該第一頻帶之最低頻率的0.15倍波長。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件的該最長電流路徑之長度小於該第二頻帶之最低頻率的0.15倍波長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件大致為一矩形金屬片。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件大致為一倒L形金屬片、一C字形金屬片或一倒U字形金屬片。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該至少二電抗電路包括一第一電抗電路及一第二電抗電路，其中當該天線元件耦接至該第一電抗電路時，該天線元件操作於該第一頻帶，而 當該天線元件耦接至該第二電抗電路時，該天線元件操作於該第二頻帶。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該電路組件更包括：一切換電路，具有一第一端、一第二端以及一第三端，該切換電路的該第一端耦接該天線元件，該切換電路的該第二端耦接該第一電抗電路，該切換電路的該第三端耦接該第二電抗電路，其中該切換電路將該第一端選擇性地導通至該第二端或是該第三端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之通訊裝置，更包括：一通訊模組，且該通訊模組耦接該第一電抗電路與該第二電抗電路。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件與該接地元件形成於一介質基板上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一頻帶是涵蓋約704MHz~960MHz，而該第二頻帶是涵蓋約1710MHz~2690MHz。
  10. 一種通訊裝置，包括：一接地元件，具有一第一邊緣及一第二邊緣，且該第一邊緣大致垂直該第二邊緣；以及一天線元件，鄰近該接地元件的該第一邊緣，該天線元件耦接至一電路組件，該電路組件包括至少二電抗電路，使得該天線 元件選擇性地操作於一第一頻帶或一第二頻帶，該第一頻帶係不同於該第二頻帶，其中，該天線元件與該接地元件形成一不對稱之偶極天線結構，且該天線元件的一最長電流路徑的長度小於0.3倍的該第二邊緣的長度，以及該天線元件的該最長電流路徑之長度小於該第二頻帶之最低頻率的0.15倍波長。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之通訊裝置，其中該天線元件的該最長電流路徑之長度小於該第一頻帶之最低頻率的0.15倍波長。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之通訊裝置，其中該至少二電抗電路包括一第一電抗電路及一第二電抗電路，其中當該天線元件耦接至該第一電抗電路時，該天線元件操作於該第一頻帶，而當該天線元件耦接至該第二電抗電路時，該天線元件操作於該第二頻帶。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之通訊裝置，其中該電路組件更包括：一切換電路，具有一第一端、一第二端以及一第三端，該切換電路的該第一端耦接該天線元件，該切換電路的該第二端耦接該第一電抗電路，該切換電路的該第三端耦接該第二電抗電路，其中該切換電路將該第一端選擇性地導通至該第二端或是該第三端。
  14. 一種通訊裝置，包括： 一接地元件，具有一第一邊緣及一第二邊緣，且該第一邊緣大致垂直該第二邊緣；以及一天線元件，鄰近該接地元件的該第一邊緣，該天線元件耦接至一電路組件，該電路組件包括至少二電抗電路，使得該天線元件選擇性地操作於一第一頻帶或一第二頻帶，該第一頻帶係不同於該第二頻帶，其中，該天線元件與該接地元件形成一不對稱之偶極天線結構，且該天線元件的一最長電流路徑的長度小於0.3倍的該第二邊緣的長度，以及該至少二電抗電路包括一第一電抗電路及一第二電抗電路，其中當該天線元件耦接至該第一電抗電路時，該天線元件操作於該第一頻帶，而當該天線元件耦接至該第二電抗電路時，該天線元件操作於該第二頻帶。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之通訊裝置，其中該天線元件的該最長電流路徑之長度小於該第一頻帶之最低頻率的0.15倍波長。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之通訊裝置，其中該天線元件的該最長電流路徑之長度小於該第二頻帶之最低頻率的0.15倍波長。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之通訊裝置，其中該電路組件更包括：一切換電路，具有一第一端、一第二端以及一第三端，該切換電路的該第一端耦接該天線元件，該切換電路的該第二端耦接 該第一電抗電路，該切換電路的該第三端耦接該第二電抗電路，其中該切換電路將該第一端選擇性地導通至該第二端或是該第三端。
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