TWI531122B - 通訊裝置 - Google Patents

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TWI531122B TW102114536A TW102114536A TWI531122B TW I531122 B TWI531122 B TW I531122B TW 102114536 A TW102114536 A TW 102114536A TW 102114536 A TW102114536 A TW 102114536A TW I531122 B TWI531122 B TW I531122B
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Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種包括可切換式雙饋入天線元件(Switchable Dual-feed Antenna Element)之行動通訊裝置。
近年來隨著無線通訊技術的快速進步，人們對於通訊裝置不再僅僅以單純的通話為目的，而有著更多元化之需求。為了滿足人們的需求，同時維持通訊裝置輕薄、短小之特性，通訊裝置內有限設計空間將顯得格外珍貴。
有鑑於此，如何在通訊裝置內較小的設計空間中設計一天線，並且依然能達成多頻操作，是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及其可切換式雙饋入天線元件(Switchable Dual-feed Antenna Element)。該通訊裝置至少包括一天線元件和一接地元件。該天線元件與該接地元件係共同形成具有一不對稱偶極天線結構之一接地面天線。該天線元件具有不同之二饋入點。在天線尺寸維持不變之情況下，藉由控制一切換電路之導通或斷路，該天線元件可以選擇性地耦接至不同之匹配電路，從而分別操作於低頻及高頻之複數個通訊頻帶。因此，本發明可達成小尺寸天線元件之 多頻操作。
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，其中該接地元件之一邊緣具有一缺口；以及一天線元件，包括一金屬部，其中該金屬部係位於該缺口內，該金屬部具有一第一端及一第二端，該第一端和該第二端係互相遠離並分別鄰近於該缺口之一對角線之二端點，該金屬部之該第一端係作為該天線元件之一第一饋入點，而該金屬部之該第二端係作為該天線元件之一第二饋入點；其中，該第一饋入點係經由一切換開關和一第一匹配電路耦接至一第一訊號源，而該第二饋入點經由一電感元件和一第二匹配電路耦接至一第二訊號源。
在一些實施例中，該天線元件可以下列方式進行操作。當該天線元件係由該第二饋入點接收饋入能量時，此時耦接於該第一饋入點之該切換開關將切換為一斷路狀態。因此，該天線元件不會受到該第一饋入點的影響，而可以於一第二頻帶(低頻頻帶)中產生一第二共振模態。另一方面，當該天線元件係由該第一饋入點接收饋入能量時，此時耦接於該第一饋入點之該切換開關將切換為一導通狀態。來自該第一訊號源之饋入能量可以由該第一饋入點進入該天線元件，使得該天線元件可以於一第一頻帶(高頻頻帶)中產生一第一共振模態。必須注意的是，該第二饋入點並未耦接至另一切換開關來避免該第二饋入點對於該第一頻帶之該第一共振模態激發之影響。取而代之的是，該第二饋入點係耦接至一電感元件。由於該電感元件在一高頻頻帶中可提供一高阻抗值，該電感元件將能有效 地阻絕該第一頻帶中之該第一共振模態激發時共振電流會流向該第二饋入點之問題，從而使該第一饋入點和該第二饋入點於該第一頻帶中不致於互相干擾。因此，該電感元件可具有與該切換開關相似之效果。
在一些實施例中，當該天線元件操作於該第一頻帶時，該第一匹配電路提供一第一電抗值，使得該天線元件之一共振路徑之總長度係小於該第一頻帶之最低頻率之0.15倍波長，其遠小於一般傳統所需之0.25倍波長。當該天線元件操作於該第二頻帶時，該第二匹配電路提供一第二電抗值，使得該天線元件之該共振路徑之總長度係小於該第二頻帶之最低頻率之0.15倍波長，其遠小於一般傳統所需之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第一頻帶至少涵蓋約1710MHz至2690MHz之頻帶，而該第二頻帶至少涵蓋約824MHz至960MHz之頻帶。在一些實施例中，該電感元件為一晶片電感器(Chip Inductor)、一分布式電感器(Distributed Inductor)，或是該晶片電感器與該分布式電感器之一組合。在一些實施例中，該金屬部大致為一倒L字形，或是大致為一三角形。在一些實施例中，該接地元件之該缺口大致為一矩形，或是大致具有一平滑彎曲邊緣。在一些實施例中，該接地元件之該缺口係大致形成於該接地元件之一角落處。
在一些實施例中，該天線元件所在之該缺口之尺寸僅約為10×15 mm2。在此小尺寸結構下，該天線元件可以至少涵蓋GSM850/900和GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500之二個寬頻頻帶。
100、400、500‧‧‧通訊裝置
10、50‧‧‧接地元件
101、501‧‧‧邊緣
102、502‧‧‧缺口
103、503‧‧‧缺口之對角線
104、105、504、505‧‧‧對角線之端點
11、41‧‧‧天線元件
110、410‧‧‧金屬部
111、411‧‧‧金屬部之第一端(天線元件之第一饋入點)
112、412‧‧‧金屬部之第二端(天線元件之第二饋入點)
12‧‧‧切換開關
13‧‧‧第一匹配電路
14‧‧‧第一訊號源
15、45‧‧‧電感元件
16‧‧‧第二匹配電路
17‧‧‧第二訊號源
21‧‧‧天線元件於切換開關導通時之返回損失曲線
22‧‧‧天線元件於切換開關斷路時之返回損失曲線
23‧‧‧第一頻帶
24‧‧‧第二頻帶
31‧‧‧天線元件於切換開關導通時之天線效率曲線
32‧‧‧天線元件於切換開關斷路時之天線效率曲線
451‧‧‧晶片電感器
452‧‧‧分布式電感器
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天線元件於切換開關為導通狀態或斷路狀態時之返回損失圖；第3圖係顯示根據本發明第一實施例所述之天線元件於切換開關為導通狀態或斷路狀態時之天線效率圖；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。
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和一天線元件11。接地元件10可以是一金屬平面，並設置於一介質基板上(未顯示)，例如：一FR4基板或是一系統電路板。接地元件10之一邊緣101具有一缺口102。在一些實施例中，接地元件10之缺口102係大致形成於接地元件10之一 角落處。天線元件11包括一金屬部110，其係位於接地元件10之缺口102內。在本實施例中，接地元件10之缺口102大致為一矩形，而金屬部110大致為一倒L字形。然而，本發明並不限於此。在其他實施例中，接地元件10之缺口102亦可大致為其他形狀，例如：一三角形、一五邊形，一圓弧形，或是一不規則形；而金屬部110亦可大致為其他形狀，例如：一直條形、一J字形、一U字形、一W字形，或是一S字形。金屬部110具有一第一端111及一第二端112。金屬部110之第一端111及第二端112係互相遠離，並分別鄰近於缺口102之一對角線103之二端點104、105。
金屬部110之第一端111係作為天線元件11之一第一饋入點，而金屬部110之第二端112係作為天線元件11之一第二饋入點。該第一饋入點係經由一切換開關12和一第一匹配電路13耦接至一第一訊號源14，而該第二饋入點係經由一電感元件15和一第二匹配電路16耦接至一第二訊號源17。在一些實施例中，第一匹配電路13和第二匹配電路16各自包括一或複數個電容器和電感器(未顯示)。在一些實施例中，電感元件15為一晶片電感器(Chip Inductor)、一分布式電感器(Distributed Inductor)，或是該晶片電感器與該分布式電感器之一組合。在一些實施例中，切換開關12可用一PIN型二極體(PIN diode)實施之。當切換開關12導通時，天線元件11係由該第一饋入點接收饋入能量，並操作在一第一頻帶；而當切換開關12斷路時，天線元件11係由該第二饋入點接收饋入能量，並操作在一第二頻帶，其中該第二頻帶之頻率低於該第一頻帶之頻率。電感元 件15可於該第一頻帶中阻擋共振電流進入該第二饋入點。第一匹配電路13可以提供一第一電抗值，而金屬部110之總長度可以小於該第一頻帶之最低頻率之0.15倍波長。第二匹配電路16可以提供一第二電抗值，而金屬部110之總長度可以小於該第二頻帶之最低頻率之0.15倍波長。在一些實施例中，通訊裝置100更包括一控制單元(未顯示)，該控制單元可根據一使用者輸入信號或是一偵測信號，選擇性地導通或不導通切換開關12。在一些實施例中，通訊裝置100更包括一感測器(未顯示)，該感測器可以偵測附近之一電磁信號之頻率，並據以產生該偵測信號。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天線元件11於切換開關12為導通狀態或斷路狀態時之返回損失(Return Loss)圖。在本實施例中，天線元件11之金屬部110所在之缺口102之尺寸僅約為10×15 mm2，而接地元件10之尺寸約為120×60 mm2。當切換開關12處於導通狀態時，根據天線元件11之返回損失曲線21可知，天線元件11將涵蓋一第一頻帶23。當切換開關12處於斷路狀態時，根據天線元件11之返回損失曲線22可知，天線元件將涵蓋一第二頻帶24。在較佳實施例中，第一頻帶23可涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶，其約介於1710MHz至2690 MHz之間，而第二頻帶24可涵蓋GSM850/900頻帶，其約介於824MHz至960 MHz之間。
第3圖係顯示根據本發明第一實施例所述之天線 元件11於切換開關12為導通狀態或斷路狀態時之天線效率(Antenna Efficiency)圖。當切換開關12處於導通狀態時，根據天線元件11之天線效率曲線31可知，天線元件11於第一頻帶23中之天線效率(包含返回損失之輻射效率)約介於58%至92%之間。當切換開關12處於斷路狀態時，根據天線元件11之天線效率曲線32可知，天線元件11於第二頻帶24中之天線效率(包含返回損失之輻射效率)約介於60%至72%之間。因此，天線元件11於第一頻帶23及第二頻帶24中均具有良好之天線效率，可符合實際應用需要。
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。第二實施例基本上與第一實施例相似，兩者之差異在於，通訊裝置400之一天線元件41之一金屬部410大致為一三角形，以及通訊裝置400之一電感元件45包括一分布式電感器451與一晶片電感器452之一組合。在通訊裝置400中，金屬部410之一第一端411和一第二端412(亦即，天線元件41之一第一饋入點及一第二饋入點)依然鄰近於缺口102之對角線103之二端點104、105。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第三實施例所述之通訊裝置500之示意圖。第三實施例基本上與第一實施例相似，兩者之差異在於，通訊裝置500之一接地元件50之一缺口502大致具有一平滑彎曲邊緣。在通訊裝置500中，金屬部110之第一端111和第二端112(亦即，天線元件11之一第一饋入點及一第二饋入點)依然鄰近於缺口502之一對角線503之二端點504、505。 第三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。
本發明提出一種通訊裝置及其天線元件。此天線元件包括一接地面天線，其能夠激發一接地面模態來幫助輻射。因此，本發明可以有效地縮小天線元件和通訊裝置之整體尺寸，能適用於各種小型化之行動裝置。
以上所述之元件尺寸、元件形狀、元件參數，以及頻率範圍僅為舉例，並非用於限制本發明。設計者可根據不同需求調整這些設定值。
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‧‧‧邊緣
102‧‧‧缺口
103‧‧‧缺口之對角線
104、105‧‧‧對角線之端點
11‧‧‧天線元件
110‧‧‧金屬部
111‧‧‧金屬部之第一端(天線元件之第一饋入點)
112‧‧‧金屬部之第二端(天線元件之第二饋入點)
12‧‧‧切換開關
13‧‧‧第一匹配電路
14‧‧‧第一訊號源
15‧‧‧電感元件
16‧‧‧第二匹配電路
17‧‧‧第二訊號源

Claims (10)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件，其中該接地元件之一邊緣具有一缺口；以及一天線元件，包括一金屬部，其中該金屬部係位於該缺口內，該金屬部具有一第一端及一第二端，該第一端和該第二端係互相遠離並分別鄰近於該缺口之一對角線之二端點，該金屬部之該第一端係作為該天線元件之一第一饋入點，而該金屬部之該第二端係作為該天線元件之一第二饋入點；其中，該第一饋入點係經由一切換開關和一第一匹配電路耦接至一第一訊號源，而該第二饋入點經由一電感元件和一第二匹配電路耦接至一第二訊號源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中當該切換開關導通時，該天線元件係由該第一饋入點接收饋入能量，並操作於一第一頻帶。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之通訊裝置，其中該第一匹配電路提供一第一電抗值，而該金屬部之總長度係小於該第一頻帶之最低頻率之0.15倍波長。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之通訊裝置，其中當該切換開關斷路時，該天線元件係由該第二饋入點接收饋入能量，並操作於一第二頻帶，其中該第二頻帶之頻率係低於該第一頻帶之頻率。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該第二匹配電路提供一第二電抗值，而該金屬部之總長度係小於該第 二頻帶之最低頻率之0.15倍波長。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該第一頻帶至少涵蓋約1710MHz至2690MHz之頻帶，而該第二頻帶至少涵蓋約824MHz至960MHz之頻帶。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該電感元件為一晶片電感器、一分布式電感器，或是該晶片電感器與該分布式電感器之一組合。
  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倒L字形，或是大致為一三角形。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該接地元件之該缺口大致為一矩形，或是大致具有一平滑彎曲邊緣。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該接地元件之該缺口係大致形成於該接地元件之一角落處。
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