TWI536669B - 通訊裝置及其雙寬頻雙支路天線元件 - Google Patents

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蔡智宇
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Description

通訊裝置及其雙寬頻雙支路天線元件
本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種具有雙寬頻雙支路天線元件之通訊裝置。
為了滿足人們對於通訊裝置輕薄、短小的需求，行動通訊裝置天線逐漸朝向小型化及多頻帶之設計，其中，短路單極天線為一種經常被考慮應用之天線元件，不過為了滿足現今通訊頻帶之操作，如涵蓋LTE/WWAN之全頻操作，天線尺寸常需要大幅增加，造成其應用上之限制。因此，有必要提出一種行動通訊裝置，其天線元件可以在小尺寸之結構下，具有雙寬頻之操作特性，可以滿足在不同的通訊頻帶的操作。
為了解決上述先前技術之問題，本發明之目的在於提供一種通訊裝置，其具有雙支路之雙寬頻天線元件，天線元件為一種短路單極天線，且具有小尺寸及寬頻帶之特性，可以涵蓋LTE/WWAN頻帶之多頻操作。
為達成上述之目的，本發明之通訊裝置包括一接地元件以及一天線元件。天線元件具有一第一金屬部及一第二金屬部，第二金屬部位於第一金 屬部與接地元件之一邊緣之間，第一金屬部經由一第一電感元件耦接至第二金屬部，第二金屬部並具有一饋入點、一第一短路點與一第二短路點，饋入點經由一第一電容元件耦接至一訊號源，第一短路點經由一第二電感元件耦接至接地元件，第二短路點經由一第二電容元件耦接至接地元件。
本發明之一實施例，饋入點位於第一短路點與第二短路點之間，其中天線元件並具有一第一頻帶及一第二頻帶，第一頻帶之頻率低於第二頻帶之頻率，且第一頻帶係由對應於第一金屬部所產生之共振模態所形成，第二頻帶則係由對應於第二金屬部所產生之共振模態所形成。
而當天線元件操作於第一頻帶時，第二電感元件及第一電容元件係形成一高通匹配電路，增加第一頻帶之頻寬。而當天線元件操作於第二頻帶時，第一電容元件使得第二頻帶之頻寬增加。而第一電感元件於第一頻帶內可以降低第一金屬部之共振長度，而在第二頻帶則有一高電抗值，而大致形同一開路，使得第一金屬部不被激發，而大致不影響天線元件在第二頻帶之操作。亦即，在本發明中，第一頻帶之共振模態主要由第一金屬部所貢獻，而第二頻帶之共振模態主要由第二金屬部所貢獻，且第一頻帶及第二頻帶之操作頻寬可以藉由第二電感元件、第一電容元件及第二電容元件之寬頻匹配效果，而大幅增加，使得本發明之天線元件在一實施例中，可以在佔據小尺寸(約10×35mm2)之淨空區間下，達成涵蓋LTE/WWAN(約698~960/1710~2690MHz)之雙寬頻操作。
值得注意的是，本發明中之第一電感元件、第二電感元件、第一電容元件及第二電容元件均位於一淨空區間內，與接地元件不互相重疊。同時，第一電容元件之電容值係高於第二電容元件之電容值，使得天 線元件操作於第一頻帶時，第二電容元件具有一高電抗值，而大致不影響第一頻帶之操作。而第一電感元件之電感值則高於第二電感元件之電感值，使得第一電感元件在第二頻帶操作時，則有一高電抗值，使得第一金屬部不被激發，而大致不影響天線元件在第二頻帶之操作。
本發明中之天線元件之第一金屬部及第二金屬部並可以大致為兩個互相平行，且朝向相同方向延伸之金屬部，同時第一金屬部、第二金屬部、第一電感元件、第二電感元件、第一電容元件及第二電容元件可以整合於一介質基板上，具有容易製作之優點。
本發明之一實施例中，在整體天線元件(包括第一金屬部、第二金屬部、電感元件、及電容元件)佔用一淨空區間面積約10×35mm2，可以達成LTE/WWAN全頻(約698~960/1710~2690MHz)之操作。
1‧‧‧第一實施例
4‧‧‧第二實施例
5‧‧‧第三實施例
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧邊緣
11,41,51‧‧‧天線元件
12,52‧‧‧第一金屬部
13,53‧‧‧第二金屬部
131,531‧‧‧饋入點
132,532‧‧‧第一短路點
133,533‧‧‧第二短路點
14‧‧‧訊號源
15,45‧‧‧第一電感元件
16,46‧‧‧第二電感元件
17‧‧‧第一電容元件
18‧‧‧第二電容元件
21‧‧‧第一頻帶
22‧‧‧第二頻帶
31‧‧‧第一實施例於第一頻帶內之天線效率曲線
32‧‧‧第一實施例於第二頻帶內之天線效率曲線
第1圖為本發明之通訊裝置之第一實施例之結構圖。
第2圖為本發明之第一實施例之返回損失圖。
第3圖為本發明之第一實施例之天線效率圖。
第4圖為本發明之第二實施例之結構圖。
第5圖為本發明之第三實施例之結構圖。
第1圖為本發明之通訊裝置之第一實施例1之結構圖。通訊裝置包括一接地元件10以及一天線元件11。天線元件11具有一第一金屬部12 及一第二金屬部13，第二金屬部13位於第一金屬部12與接地元件10之一邊緣101之間，第一金屬部12經由一第一電感元件15耦接至第二金屬部13，第二金屬部13並具有一饋入點131、一第一短路點132與一第二短路點133，饋入點131經由一第一電容元件17耦接至一訊號源14，第一短路點132經由一第二電感元件16耦接至接地元件10，第二短路點133經由一第二電容元件18耦接至接地元件10。其中，饋入點131並介於第一短路點132與第二短路點133之間。
第2圖為本發明之第一實施例1之天線元件11之返回損失圖，在此實施例中，接地元件10之尺寸約為150×200mm2，為一典型平板通訊裝置之接地元件尺寸，天線元件11佔用一淨空區間面積約10×35mm2，置於一0.8mm厚度之FR4基板上。其中，第一金屬部12之長度約為35mm，同時，電感元件15為一15nH之晶片電感器，電感元件16為一6.8nH之晶片電感器，電容元件17為一2.4pF之晶片電容器，第二金屬部13長度約為28mm，電容元件18為一0.5pF之晶片電容器。由所得之結果，天線元件11可以操作於第一頻帶21及第二頻帶22，其中第一頻帶21可以涵蓋LTE700/GSM850/900頻帶(約698~960MHz)之操作，第二頻帶22可以涵蓋GSM1800/1900/LTE2300/2500頻帶(約1710~2690MHz)之操作。
第3圖為本發明之第一實施例1之天線元件11之天線效率(包含返回損失之輻射效率)曲線圖，天線效率曲線31為天線元件11操作於LTE700/GSM850/900頻帶之效率，約為55~71%，天線效率曲線32為天線元件11操作於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500頻帶之效率，約為65~77%。由結果可知，天線元件11在操作頻帶內之天線效率，具有實際應 用之價值。
第4圖為本發明之第二實施例4之結構圖，第三實施例之天線元件41之第一電感元件45及第二電感元件46與第一實施例1不同，第一電感元件45及第二電感元件46可以為分佈式電感元件型式，其他結構與第一實施例1相同。在此相似結構下，第二實施例4亦可以達成與第一實施例1相似之功效。
第5圖為本發明之第三實施例5之結構圖，第三實施例5之天線元件51之第一金屬部52及第二金屬部53之形狀與第一實施例1不同，第一金屬部52及第二金屬部53可以由一直線形狀變化為倒L形狀，第二金屬部53並具有一饋入點531、一第一短路點532與一第二短路點533，饋入點531經由一第一電容元件17耦接至一訊號源14，第一短路點532經由一第二電感元件16耦接至接地元件10，第二短路點533經由一第二電容元件18耦接至接地元件10，其他結構與第一實施例1相同。在此相似結構下，第三實施例5亦可以達成與第一實施例1相似之功效。
本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，且上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1‧‧‧第一實施例
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧邊緣
11‧‧‧天線元件
12‧‧‧第一金屬部
13‧‧‧第二金屬部
131‧‧‧饋入點
132‧‧‧第一短路點
133‧‧‧第二短路點
14‧‧‧訊號源
15‧‧‧第一電感元件
16‧‧‧第二電感元件
17‧‧‧第一電容元件
18‧‧‧第二電容元件

Claims (11)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，具有一第一金屬部及一第二金屬部，該第二金屬部位於該第一金屬部與該接地元件之一邊緣之間，該第一金屬部經由一第一電感元件耦接至該第二金屬部，該第二金屬部並具有一饋入點、一第一短路點與一第二短路點，該饋入點經由一第一電容元件耦接至一訊號源，該第一短路點經由一第二電感元件耦接至該接地元件，該第二短路點經由一第二電容元件耦接至該接地元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該饋入點位於該第一短路點及該第二短路點之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件具有一第一頻帶及一第二頻帶，該第一頻帶之頻率低於該第二頻帶之頻率。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，其中該第一頻帶係由對應於該第一金屬部所產生之共振模態所形成，該第二頻帶係由對應於該第二金屬部所產生之共振模態所形成。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，其中當該天線元件操作於該第一頻帶時，該第二電感元件及該第一電容元件係形成一高通匹配電路，增加該第一頻帶之頻寬。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，其中當該天線元件操作於該第二頻帶時，該第二電容元件使得該第二頻帶之頻寬增加。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，其中該第一電感元件於該第一頻帶內降低該第一金屬部之共振長度，而在該第二頻帶內則大致形同一開路，使該第一金屬部不被激發。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一電感元件、該第二電感元件、該第一電容元件及該第二電容元件均位於一淨空區間，與該接地元件不互相重疊。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一電容元件之電容值高於該第二電容元件之電容值。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一電感元件之電感值高於該第二電感元件之電感值。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一金屬部及該第二金屬部朝向相同方向延伸。
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