TWI539661B - 通訊裝置 - Google Patents

Description

通訊裝置

本發明係關於一種通訊裝置，特別係關於一種平板通訊裝置(Tablet Communication Device)及其低姿勢天線元件(Low-profile Antenna Element)。

近年來隨著行動通訊科技之蓬勃發展，行動通訊裝置之功能越來越多元且豐富。為了符合市場趨勢與消費者需求，行動通訊裝置之設計必須滿足輕薄之特性，並擁有更佳之資訊處理及視聽娛樂效能。由於行動通訊裝置之螢幕尺寸越來越大但其邊框空間越來越小，可用於設計天線元件之空間將更加受到侷限。因此，如何在行動通訊裝置之有限空間內設計出低姿勢並可涵蓋多重頻帶之天線元件，實為天線設計者之一大挑戰。

為了解決先前技術之問題，本發明提供一種通訊裝置，其包括一天線元件。該天線元件包括分離之雙金屬部並可用於涵蓋多重頻帶。該天線元件至少具有結構簡單、製造容易，以及低姿勢特性等等多項優點，其可適用於一平板電腦，特別係指具有狹窄邊框區間之一薄型平板電腦。在一些實施例中，該天線元件之一天線高度約為7mm，並可涵蓋 WWAN/LTE(Wireless Wide Area Network/Long Term Evolution)之多重頻帶(WWAN/LTE頻帶係約介於824MHz至960MHz之間，以及約介於1710MHz至2690MHz之間)。

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，鄰近於該接地元件之一邊緣，其中該天線元件包括：一第一金屬部，具有一第一端點及一第二端點，其中該第一端點係經由一電容元件耦接至一通訊模組，而該第二端點係經由一短路部耦接至該接地元件；以及一第二金屬部，具有一第三端點及一第四端點，其中該第三端點係耦接至該通訊模組，而該第四端點為一開口端；其中該第一金屬部與該第二金屬部係彼此相鄰但不互相連接；以及其中該第一金屬部於該接地元件之該邊緣上具有一第一投影，該第二金屬部於該接地元件之該邊緣上具有一第二投影，而該第一投影和該第二投影不互相重疊。

在一些實施例中，該第一端點與該第三端點係互相遠離，而該第二端點與該第四端點係介於該第一端點與該第三端點之間。在一些實施例中，一第一匹配電路更耦接於該電容元件與該通訊模組之間。在一些實施例中，一第二匹配電路更耦接於該第三端點與該通訊模組之間。在一些實施例中，該第一金屬部係激發產生一第一頻帶，該第二金屬部係激發產生一第二頻帶，而該第二頻帶之頻率係高於該第一頻帶之頻率。在一些實施例中，該第一頻帶約介於824MHz至960MHz之間，而該第二頻帶約介於1710MHz至2690MHz之間。在一些實施例中，該第一金屬部係大致平行於該接地元件之該邊緣而延伸。 在一些實施例中，該第一金屬部大致為一直條形。在一些實施例中，該第二金屬部大致為一倒U字形。在一些實施例中，該短路部之長度係大於該第一金屬部與該接地元件之該邊緣之間之一距離。

在一些實施例中，該天線元件包括具有不同饋入點之雙金屬部，而該等金屬部係分別控制一低頻頻帶以及一高頻頻帶。此設計方式可簡化該天線元件之結構，並容易達成一低姿勢特性。另外，用於控制該低頻頻帶之該第一金屬部之該第二端點係耦接至該接地元件，使得該第一金屬部與該接地元件之該邊緣形成一類似環圈結構。該類似環圈結構可以有效地降低該第一金屬部與該接地元件之間之互相耦合，從而降低該天線元件之高度。相似地，用於控制該高頻頻帶之該第二金屬部亦相對地容易降低高度。因此，本發明之該天線元件之整體天線高度可以有效地減少，從而達成一低姿勢天線元件設計。

值得注意的是，在一些實施例中，藉由在該第一金屬部中加入該電容元件，本發明可以有效地縮短該第一金屬部之一共振長度，從而縮小整體天線尺寸。相較於傳統設計係加入具有一高電感值之一電感元件來縮小天線尺寸，本發明之該天線元件可以避免因使用該高電感值之該電感元件所可能導致之高歐姆損失，故可解決傳統設計常面臨之天線效率降低之問題。另外，在該天線元件中更可加入該第一匹配電路來改良該低頻頻帶之阻抗匹配，從而達成該天線元件之寬頻操作。

在一些實施例中，該天線元件之長度約為60mm，而該天線元件之高度僅約為7mm。在此情況下，該天線元件仍 可涵蓋GSM850/900之低頻頻帶以及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500之高頻頻帶。換言之，本發明之低姿勢天線元件至少可以涵蓋WWAN/LTE頻帶。

100、400、500‧‧‧通訊裝置

11‧‧‧接地元件

112‧‧‧接地元件之邊緣

12‧‧‧天線元件

13‧‧‧第一金屬部

131‧‧‧第一端點

132‧‧‧第二端點

14‧‧‧第二金屬部

141‧‧‧第三端點

142‧‧‧第四端點

15‧‧‧短路部

16、46‧‧‧電容元件

17‧‧‧第一匹配電路

18‧‧‧通訊模組

21‧‧‧第一頻帶

22‧‧‧第二頻帶

23、24‧‧‧返回損失曲線

31、32‧‧‧天線效率曲線

57‧‧‧第二匹配電路

D1‧‧‧距離

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)。通訊裝置100至少包括一接地元件11及一天線元件12。接地元件11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(Flame Retardant 4)基板。天線元件12係鄰近於接地元件11之一邊緣112。天線元件12包括一第一金屬部13和一第二金屬部14。第一金屬部13係大致平行於接地元件11之邊緣112而延伸。在一些實施例中，第一金屬部13大致為一直條形，而第二金屬部14大致為一倒U字形。在其他實施例中，第一金屬部13和第二金屬部14之任一者亦可為其他形狀，例如：一L字形、一C字形、一直條形、一U字形、一S字形，或是一不規則形。第一金屬部13與第二金屬部14係彼此相鄰但不互相連接。更詳細地說，第一金屬部13於接地元件11之邊緣112上具有一第一投影，而第二金屬部14於接地元件11之邊緣112上具有一第二投影，其中該第一投影和該第二投影不互相重疊。第一金屬部13具有一第一端點131及一第二端點132，而第二金屬部14具有一第三端點141及一第四端點142，其中第一端點131與第三端點141係互相遠離，而第二端點132與第四端點142係介於第一端點131與第三端點141之間。在一些實施例中，通訊裝置100更可包括一短路部15、一電容元件16、一第一匹配電路17，以及一通訊模組18。第一金屬部13之第一端點131係經由電容元件16和第一匹配電路17耦接至通訊模組18。必須了解的是，第一匹配電路17為一選用元件，在其他實施例中亦可省略之。第一金屬部13之第二端點132係經由短路部15耦接至接地元件11。第二金屬部14之第三端點141係耦接至通訊模組18。第二金屬部14之第四端點142為一開口端(Open End)。短路部15可以包括一蜿蜒金屬結構，例如：該蜿蜒金屬結構可以大致為一N字形或是一S字形。在一些實施 例中，短路部15之長度係大於第一金屬部13與接地元件11之邊緣112之間之一距離D1。電容元件16可以是一晶片電容器(Chip Capacitor)或是一分布式電容器(Distributed Capacitor)。第一匹配電路17可以提供一第一阻抗值。在一些實施例中，第一匹配電路17包括一或複數個電感器和電容器，例如：晶片電感器(Chip Inductor)和晶片電容器。電容元件16和第一匹配電路17均可用於縮短第一金屬部13之共振長度，從而縮小天線元件12之整體尺寸。通訊模組18可視為天線元件12之一訊號源，而該訊號源係用於激發天線元件12之第一金屬部13和第二金屬部14，以分別產生一低頻頻帶和一高頻頻帶。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12之返回損失(Return Loss)圖。在一些實施例中，通訊裝置100之元件尺寸和元件參數可如下列所述。接地元件11之長度約為200mm，寬度約為150mm。天線元件12之長度約為60mm，寬度約為7mm。天線元件12具有一低姿勢結構，並係形成於厚度為0.8mm之一FR4(Flame Retardant 4)基板上。天線元件12之第一金屬部13係激發產生一第一頻帶21(請參考第2圖之返回損失曲線23)，而天線元件12之第二金屬部14係激發產生一第二頻帶22(請參考第2圖之返回損失曲線24)。在較佳實施例中，第一頻帶21係涵蓋GSM850/900頻帶(約介於824MHz至960MHz之間)，而第二頻帶22係涵蓋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12之天線效率(Antenna Efficiency)圖。天線效率曲線31代表天線元件12於GSM850/900頻帶(約介於824MHz至960MHz之間)中之天線效率(已包含返回損失)，而天線效率曲線32代表天線元件12於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶(約介於1710MHz至2690MHz之間)中之天線效率(已包含返回損失)。如第3圖所示，天線元件12於GSM850/900頻帶中之天線效率約介於42%至55%之間，而天線元件12於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶中之天線效率約介於70%至85%之間，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。在第二實施例中，通訊裝置400之一電容元件46係設置於第一金屬部13之一淨空區域內。亦即，電容元件46與接地元件11不互相重疊。電容元件46可以是一分布式電容器。第二實施例之通訊裝置400之其餘特徵皆與第一實施例之通訊裝置100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。在第三實施例中，通訊裝置500更包括一第二匹配電路57，而第二金屬部14之第三端點141更經由第二匹配電路57耦接至通訊模組18。第二匹配電路57可以提供一第二阻抗值，其可異於第一匹配電路17之該第一阻抗值。在一些實施例中，第二匹配電路57包括一或複數個電感器和電容器，例 如：晶片電感器和晶片電容器。第二匹配電路57亦可用於縮短第二金屬部14之共振長度，從而縮小天線元件12之整體尺寸。第三實施例之通訊裝置500之其餘特徵皆與第一實施例之通訊裝置100相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

值得注意的是，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

11‧‧‧接地元件

112‧‧‧接地元件之邊緣

12‧‧‧天線元件

13‧‧‧第一金屬部

131‧‧‧第一端點

132‧‧‧第二端點

14‧‧‧第二金屬部

141‧‧‧第三端點

142‧‧‧第四端點

15‧‧‧短路部

16‧‧‧電容元件

17‧‧‧第一匹配電路

18‧‧‧通訊模組

D1‧‧‧距離

Claims (9)

1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，鄰近於該接地元件之一邊緣，其中該天線元件包括：一第一金屬部，具有一第一端點及一第二端點，其中該第一端點係經由一電容元件耦接至一通訊模組，而該第二端點係經由一短路部耦接至該接地元件；以及一第二金屬部，具有一第三端點及一第四端點，其中該第三端點係耦接至該通訊模組，而該第四端點為一開口端；其中該第一金屬部與該第二金屬部係彼此相鄰但不互相連接；以及其中該第一金屬部於該接地元件之該邊緣上具有一第一投影，該第二金屬部於該接地元件之該邊緣上具有一第二投影，而該第一投影和該第二投影不互相重疊；其中該短路部之長度係大於該第一金屬部與該接地元件之該邊緣之間之一距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一端點與該第三端點係互相遠離，而該第二端點與該第四端點係介於該第一端點與該第三端點之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中一第一匹配電路更耦接於該電容元件與該通訊模組之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中一第二匹配電路更耦接於該第三端點與該通訊模組之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一金屬部係激發產生一第一頻帶，該第二金屬部係激發產生一第二頻帶，而該第二頻帶之頻率係高於該第一頻帶之頻率。
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824MHz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，其中該第一金屬部係大致平行於該接地元件之該邊緣而延伸。
8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一金屬部大致為一直條形。
9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二金屬部大致為一倒U字形。