TWI523332B - 通訊裝置 - Google Patents

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TWI523332B
TWI523332B TW102117169A TW102117169A TWI523332B TW I523332 B TWI523332 B TW I523332B TW 102117169 A TW102117169 A TW 102117169A TW 102117169 A TW102117169 A TW 102117169A TW I523332 B TWI523332 B TW I523332B
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翁金輅
張軒瑞
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宏碁股份有限公司
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
    • H01Q5/364—Creating multiple current paths
    • H01Q5/371—Branching current paths

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  • Support Of Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別係關於一種包括低姿勢多頻天線元件(Low-profile Multi-band Antenna Element)之通訊裝置。
隨著第四代行動通訊技術成熟，人們對於行動通訊裝置不再單以通話為目的，而有著更多元化之需求。為了同時滿足多功能之需求，以及維持通訊裝置輕薄短小之特性，行動通訊裝置內有限設計空間將顯得格外珍貴。因此，如何設計一低姿勢多頻天線元件，以應用於未來薄型化之行動通訊裝置，已成為天線設計者之一大挑戰。
本發明的目的在於提供一種通訊裝置，其包括一低姿勢多頻天線元件(Low-profile Multi-band Antenna Element)。此天線元件之結構簡單，特別適合應用於薄型化之平板電腦或薄型化之智慧型手機。
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，包括一金屬部，其中該金屬部具有複數次彎折並大致形成具有一間隙之一環圈結構，該間隙係介於該金屬部之一第一開口端及一第二開口端之間，該金屬部係沿著該接地元件之一邊緣延伸並與該接地元件不互 相重疊，該天線元件具有一饋入點，該金屬部之一第一部份係介於該饋入點至該第一開口端之間，而該金屬部之一第二部份係介於該饋入點至該第二開口端之間；其中該饋入點、該第一開口端，以及該第二開口端均面向或鄰近於該接地元件之該邊緣，而該金屬部之該第二部份之長度係介於該金屬部之該第一部份之長度之0.1倍至0.4倍之間。
在一些實施例中，該饋入點與該間隙均位於該金屬部之一側邊，而該側邊係面向該接地元件之該邊緣。在此結構下，由於該金屬部之複數個線段之間之互相耦合不高，將使得該金屬部可以被狹長化。因此，整體該金屬部於該接地元件之該邊緣上之高度可以有效地縮小，從而達成該天線元件之低姿勢外觀。
在一些實施例中，該金屬部係鄰近於該接地元件之一角落，並沿著該角落之二相鄰邊緣延伸。在此結構下，該天線元件將具有大致互相垂直之二共振電流分量，而該天線元件之垂直及水平之輻射場量大致相等。因此，該天線元件可以輕易地接收和傳送垂直及水平極化之電磁波，適合應用於較複雜之行動通訊之接收和傳輸環境。
在一些實施例中，當該天線元件鄰近於該接地元件之該角落時，該饋入點與該間隙係分別鄰近於該角落之該等相鄰邊緣。本發明可以充分利用該通訊裝置之該角落之一淨空區間來設計該天線元件，以得到更好之阻抗匹配及輻射效率。
在一些實施例中，該金屬部大致為一空心L字形。在一些實施例中，該金屬部大致為一空心長條形。在一些實施 例中，該接地元件和該天線元件係設置於一介質基板上。在一些實施例中，該介質基板為一FR4(Flame Retardant 4)基板。在一些實施例中，一訊號源更經由一饋入匹配電路耦接至該天線元件之該饋入點。在一些實施例中，該饋入匹配電路包括一第一電容器、一第二電容器，以及一電感器，該第一電容器係耦接於該訊號源和該饋入點之間，該電感器係耦接於該饋入點和一接地電位之間，而該第二電容器係耦接於該饋入點和該接地電位之間。
在一些實施例中，該天線元件係操作於一第一頻帶及一第二頻帶，其中該第一頻帶之頻率係低於該第二頻帶之頻率。在一些實施例中，該第一頻帶約介於704MHz至960MHz之間，而該第二頻帶約介於1710MHz至2690MHz之間。該金屬部之該第一部份可以激發位於該第一頻帶內之一第一共振模態，而該金屬部之該第二部份可以激發位於該第二頻帶內之一第二共振模態。由於該第二部份之長度係介於該第一部份之長度之0.1倍至0.4倍之間，該第一部份更可激發位於該第二頻帶內之另一高階共振模態。該高階共振模態係與該第二部份之該第二共振模態結合成一寬頻頻帶，使得該天線元件可以涵蓋多重頻帶。值得注意的是，由於該第二部份係鄰近於該第一部份，兩者之間會產生互相耦合，使得該第二部份之長度僅約為該第二頻帶之一中心頻率之0.17倍波長，其明顯低於一般所須之0.25倍波長。在一些實施例中，該天線元件大致為一平面結構。在一些實施例中，該天線元件之長度僅約為60mm，而該天線元件之高度僅約為6.5mm。
100、400‧‧‧通訊裝置
10、40‧‧‧接地元件
101、102、401‧‧‧接地元件之邊緣
11、41‧‧‧天線元件
12、42‧‧‧金屬部
121、421‧‧‧金屬部之第一開口端
122、422‧‧‧金屬部之第二開口端
123、423‧‧‧天線元件之饋入點
124、424‧‧‧金屬部之第一部份
125、425‧‧‧金屬部之第二部份
129、429‧‧‧金屬部之中空部份
13、43‧‧‧間隙
14‧‧‧訊號源
211‧‧‧第一頻帶
212‧‧‧第二頻帶
31、32‧‧‧天線效率曲線
510‧‧‧饋入匹配電路
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
L1‧‧‧電感器
VSS‧‧‧接地電位
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；以及第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之饋入匹配電路之示意圖。
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。
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可以是一智慧型手機(Smart phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1圖所示，通訊裝置100至少包括一接地元件10及一天線元件11。接地元件10可以是一金屬平面，並鋪設於一介質基板上(未顯示)，例如：一FR4(Flame Retardant 4)基板或是一系統電路板。天線元件11包括一金屬部12。金屬部12具有複數次彎折，並大致形成具有一間隙13之 一環圈結構(Loop Structure)。更詳細地說，金屬部12具有一第一開口端(Open End)121及一第二開口端122，而該環圈結構之間隙13係介於第一開口端121及一第二開口端122之間。金屬部12係沿著接地元件10之二相鄰邊緣101、102延伸，並與接地元件10不互相重疊。在一些實施例中，金屬部12大致為一空心L字形，而金屬部12之一中空部份129大致為一較小L字形。天線元件11具有一饋入點123，其耦接至一訊號源14。金屬部12包括一第一部份124和一第二部份125。金屬部12之第一部份124係介於饋入點123至第一開口端121之間，而金屬部12之第二部份125係介於饋入點123至第二開口端122之間。該饋入點123、第一開口端121，以及第二開口端122均面向或鄰近於接地元件10之該等相鄰邊緣101、102。金屬部12之第二部份125之長度係介於金屬部12之第一部份124之長度之0.1倍至0.4倍之間。天線元件11可視為一雙支路天線，其中金屬部12之第一部份124為一長支路，而金屬部12之第二部份125為一短支路。該長支路可用於激發產生一低頻頻帶，而該短支路可用於激發產生一高頻頻帶。在一些實施例中，金屬部12係鄰近於接地元件10之一角落，並沿著該角落之該等相鄰邊緣101、102延伸。在一些實施例中，饋入點123與間隙13係分別鄰近於該角落之該等相鄰邊緣101、102。必須注意的是，通訊裝置100更可包括其他元件，例如：一觸控面板、一處理器、一揚聲器、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11之返回損失(Return Loss)圖。在一些實施 例中，本發明之元件尺寸和元件參數可如下列所述。接地元件10之面積約為200 x 150mm2。天線元件11為一低姿勢平面結構。天線元件11之尺寸約為60 x 6.5mm2。接地元件10和天線元件11係設置於一介質基板上。該介質基板可以是厚度為0.8mm之一FR4(Flame Retardant 4)基板。該環圈結構之間隙13之寬度約介於1mm至2mm之間。金屬部12之第一部份124之長度約為105mm。金屬部12之第二部份125之長度約為21mm。如第2圖所示，天線元件11係操作於一第一頻帶211及一第二頻帶212。在一些實施例中，第一頻帶211可涵蓋LTE700/GSM850/900頻帶(約介於704MHz至960MHz之間)，而第二頻帶212可涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶(約介於1710MHz至2690MHz之間)。
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11之天線效率(Antenna Efficiency)圖。天線效率曲線31代表天線元件11於LTE700/GSM850/900頻帶(約介於704MHz至960MHz之間)中之天線效率(包含返回損失)，而天線效率曲線32代表天線元件11於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶(約介於1710MHz至2690MHz之間)中之天線效率(包含返回損失)。如第3圖所示，天線元件11於LTE700/GSM850/900頻帶中之天線效率約介於50%至70%之間，於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶中之天線效率約介於55%至85%之間，可符合實際應用需求。
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。在第二實施例之通訊裝置400中，一天線元 件41之一金屬部42僅沿著一接地元件40之一邊緣401延伸。天線元件41之一饋入點423與一間隙43均位於金屬部42之一側邊，而該側邊係面向接地元件40之邊緣401。金屬部42大致為一空心長條形，而金屬部42之一中空部份429大致為一較小長條形。第二實施例之其餘特徵皆與第一實施例相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之饋入匹配電路510之示意圖。如第5圖所示，訊號源14更可經由饋入匹配電路510耦接至第一實施例之天線元件11或第二實施例之天線元件41。饋入匹配電路510包括一第一電容器C1、一第二電容器C2，以及一電感器L1。第一電容器C1係耦接於訊號源14和饋入點123(或423)之間。電感器L1係耦接於饋入點123(或423)和一接地電位VSS之間。接地電位VSS可由接地元件10(或40)所提供。第二電容器C2係耦接於饋入點123(或423)和接地電位VSS之間。在第5圖之實施例中，第一電容器C1和電感器L1形成一高通匹配電路，用於調整天線元件於第一頻帶211中之阻抗匹配，而第二電容器C2形成一低通匹配電路，用於調整天線元件於第二頻帶212中之阻抗匹配。必須了解的是，饋入匹配電路510為一選用元件，亦可在其他實施例中移除。
以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。
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‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101、102‧‧‧接地元件之邊緣
11‧‧‧天線元件
12‧‧‧金屬部
121‧‧‧金屬部之第一開口端
122‧‧‧金屬部之第二開口端
123‧‧‧天線元件之饋入點
124‧‧‧金屬部之第一部份
125‧‧‧金屬部之第二部份
129‧‧‧金屬部之中空部份
13‧‧‧間隙
14‧‧‧訊號源

Claims (10)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，包括一金屬部，其中該金屬部具有複數次彎折並大致形成具有一間隙之一環圈結構，該間隙係介於該金屬部之一第一開口端及一第二開口端之間，該金屬部係沿著該接地元件之一邊緣延伸並與該接地元件不互相重疊，該天線元件具有一饋入點，該金屬部之一第一部份係介於該饋入點至該第一開口端之間，而該金屬部之一第二部份係介於該饋入點至該第二開口端之間；其中該饋入點、該第一開口端，以及該第二開口端均面向或鄰近於該接地元件之該邊緣，而該金屬部之該第二部份之長度係介於該金屬部之該第一部份之長度之0.1倍至0.4倍之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該饋入點與該間隙均位於該金屬部之一側邊，而該側邊係面向該接地元件之該邊緣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬部係鄰近於該接地元件之一角落，並沿著該角落之二相鄰邊緣延伸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，其中該饋入點與該間隙係分別鄰近於該角落之該等相鄰邊緣。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件係操作於一第一頻帶及一第二頻帶，該第一頻帶之頻率係 低於該第二頻帶之頻率，該金屬部之該第一部份激發位於該第一頻帶內之一第一共振模態，而該金屬部之該第二部份激發位於該第二頻帶內之一第二共振模態。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該第一頻帶約介於704MHz至960MHz之間，而該第二頻帶約介於1710MHz至2690MHz之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬部大致為一空心L字形。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬部大致為一空心長條形。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中一訊號源更經由一饋入匹配電路耦接至該天線元件之該饋入點。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該饋入匹配電路包括一第一電容器、一第二電容器，以及一電感器，該第一電容器係耦接於該訊號源和該饋入點之間，該電感器係耦接於該饋入點和一接地電位之間，而該第二電容器係耦接於該饋入點和該接地電位之間。
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