TWI539662B - 具有可重組式之低姿勢天線元件的通訊裝置 - Google Patents

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Description

具有可重組式之低姿勢天線元件的通訊裝置
本發明係為一種通訊裝置，特別是一種具有可重組式之低姿勢天線元件之通訊裝置。
近年來行動通訊裝置產品日新月異，為了能提供更多元的功能給使用者，行動通訊裝置也必須在符合薄形化的趨勢下加入提供相關功能的零組件來滿足使用需求。因此，如何在更加限縮的空間內設計出滿足現今行動通訊服務之多功能天線元件，且使天線元件達到實際使用需求之效能，是目前有待解決之一課題。
本發明提供一種通訊裝置，其具有可重組式之低姿勢天線元件，天線元件在具有低姿勢且小尺寸的特點下，可以涵蓋LTE/WWAN之多頻操作。
本發明的通訊裝置包括一接地元件以及一天線元件。天 線元件鄰近接地元件之一邊緣，並與邊緣形成一環圈結構。天線元件包括一第一金屬部及一第二金屬部。第一金屬部具有一第一端及一第二端。第一端為天線元件之一第一饋入點，且第一饋入點經由一電容元件電性連接至一通訊模組。第二金屬部具有一第三端及一第四端。第三端經由一第一切換開關電性連接至第一金屬部的第二端，且第四端經由一短路金屬部連接至接地元件。其中，第二金屬部更具有一第二饋入點。此外，第二饋入點經由一第二切換開關電性連接至通訊模組，且第二饋入點遠離第二金屬部之第三端，而鄰近第二金屬部之第四端。
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。
100、600、700‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧接地元件的邊緣
11、61、71‧‧‧天線元件
12、62、72‧‧‧第一金屬部
13、63、73‧‧‧第二金屬部
121、621、721‧‧‧第一端(第一饋入點)
122、622、722‧‧‧第二端
131、631、731‧‧‧第三端
132、632、732‧‧‧第四端
133、633、733‧‧‧第二饋入點
14、64、74‧‧‧短路金屬部
151、651、751‧‧‧第一切換開關
152、652、752‧‧‧第二切換開關
16‧‧‧第一匹配電路
17‧‧‧第二匹配電路
18、68‧‧‧電容元件
19‧‧‧通訊模組
21‧‧‧第一頻帶
31‧‧‧第二頻帶
41‧‧‧第一頻帶內之天線效率曲線
51‧‧‧第二頻帶內之天線效率曲線
圖1為依據本發明一實施例之通訊裝置的結構示意圖。
圖2為用以說明圖1實施例之天線元件在經由第一饋入點饋入能量下的返回損失圖。
圖3為用以說明圖1實施例之天線元件在經由第二饋入點饋入能量的返回損失圖。
圖4為用以說明圖1實施例之天線元件在經由第一饋入點饋入能量下的天線效率圖。
圖5為用以說明圖1實施例之天線元件在經由第二饋入點饋 入能量下的天線效率圖。
圖6為依據本發明另一實施例之通訊裝置的結構示意圖。
圖7為依據本發明又一實施例之通訊裝置的結構示意圖。
圖1為依據本發明一實施例之通訊裝置的結構示意圖。如圖1所示，通訊裝置100包括一接地元件10以及一天線元件11。天線元件11鄰近接地元件10之一邊緣101，並與邊緣101形成一環圈(loop)結構。天線元件11包括一第一金屬部12及一第二金屬部13。第一金屬部12具有一第一端121及一第二端122，且第一端121為天線元件11之一第一饋入點。第二金屬部13具有一第三端131及一第四端132，且第二金屬部13更具有天線元件11之一第二饋入點133。其中，第二金屬部13的第四端132經由一短路金屬部14電性連接至接地元件10。此外，第二饋入點133遠離第二金屬部13的第三端131，並鄰近第二金屬部13的第四端132。
更進一步來看，通訊裝置100更包括一第一切換開關151、一第二切換開關152、一電容元件18以及一通訊模組19。其中，第二金屬部13的第三端131經由第一切換開關151電性連接至第一金屬部12的第二端122。第一金屬部12的第一端121(亦即，第一饋入點)經由電容元件18電性連接至通訊模組19。第二金屬部13的第二饋入點133經由第二切換開關152電性連接至通訊模組19。
在操作上，通訊模組19會切換第一切換開關151與第二切換開關152的狀態，以致使天線元件11形成一環圈天線(loop antenna)或是一倒F形天線(inverted-F antenna)。此外，通訊模組19會響應於第一切換開關151與第二切換開關152的狀態，而傳送一饋入訊號至第一饋入點(亦即，第一金屬部12的第一端121)或是第二饋入點133，以藉此激發天線元件11，並致使天線元件11操作於一第一頻帶或是一第二頻帶。
舉例來說，當第一切換開關151導通，且第二切換開關152不導通時，第一金屬部12、第二金屬部13、短路金屬部14與接地元件10的邊緣101將形成一環圈天線結構。換言之，當第一切換開關151導通，且第二切換開關152不導通時，天線元件11將形成一環圈天線，且此時的天線元件11經由第一饋入點(亦即，第一金屬部12的第一端121)饋入能量。因此，通訊模組19將經由電容元件18傳送一饋入訊號至天線元件11的第一饋入點，以致使天線元件11操作於第一頻帶。
另一方面，當第一切換開關151不導通，且第二切換開關152導通時，第二金屬部13與短路金屬部14將形成一倒F形天線結構。換言之，當第一切換開關151不導通，且第二切換開關152導通時，天線元件11將形成一倒F形天線，且此時的天線元件11經由第二饋入點133饋入能量。因此，通訊模組19將經由導通的第二切換開關152傳送饋入訊號至天線元件11的第二饋入點133，以致使天線元件11操作於第二頻帶。
值得一提的是，通訊裝置100可透過至少一匹配電路來增加天線元件11之操作頻帶的頻寬。例如，如圖1所示，在一實施例 中，通訊裝置100更包括一第一匹配電路16與一第二匹配電路17。其中，第一匹配電路16電性連接在電容元件18與通訊模組19之間，且第二匹配電路17電性連接在第二切換開關152與通訊模組19之間。當天線元件11操作於第一頻帶時，第一匹配電路16可用以改善第一頻帶的阻抗匹配，進而擴展第一頻帶的頻寬。此外，當天線元件11操作於第二頻帶時，第二匹配電路17可用以改善第二頻帶的阻抗匹配，進而擴展第二頻帶的頻寬。
值得注意的是，天線元件11可重組為一環圈天線或是一倒F形天線。其中，倒F形天線是由環圈天線的部份區間所形成，且倒F形天線的饋入結構(亦即，第二饋入點133)是位於環圈天線的內部。換言之，天線元件11的尺寸主要是由環圈天線所決定。此外，通訊裝置100可在不增加天線元件11之整體尺寸的情況下，將天線元件11從環圈天線重組成一倒F形天線。
另一方面，電容元件18可有效地降低環圈天線的共振長度，進而有助於降低天線元件11的尺寸。再者，比起一般使用高電感值之電感元件來降低天線元件之尺寸的方式，使用電容元件來降低天線元件之尺寸的方式，可以避免因高電感值之電感元件所產生的高歐姆損失，進而避免降低天線之輻射效率的問題。另一方面，由於天線元件11的主要結構為環圈天線，且環圈天線在操作上並無開口端，因此天線元件11可以達成低姿勢(low-profile)的優點，進而有助於通訊裝置100在薄形化上的發展。
圖2為用以說明圖1實施例之天線元件在經由第一饋入點 饋入能量下的返回損失(return loss)圖。在此實施例中，接地元件10的尺寸可約為150×200 mm2，亦即接地元件10的尺寸為一典型平板通訊裝置之接地元件的尺寸。此外，天線元件11的高度約為8 mm，且天線元件11的長度約為35 mm。如圖2所示，當第一切換開關151導通，且第二切換開關152不導通時，天線元件11中的第一金屬部12、第二金屬部13及短路金屬部14，將與接地元件10之邊緣101形成一環圈天線結構，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可涵蓋GSM850/900之頻帶。
圖3為用以說明圖1實施例之天線元件在經由第二饋入點饋入能量的返回損失圖。如圖3所示，當第二切換開關152導通，且第一切換開關151不導通時，天線元件11中的第二金屬部13與短路金屬部14將形成一倒F形天線結構，進而致使天線元件11可操作於一第二頻帶31，其中第二頻帶可涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500頻帶。
圖4為用以說明圖1實施例之天線元件在經由第一饋入點饋入能量下的天線效率圖。如圖4所示，當第一切換開關151導通，且第二切換開關152不導通時，天線元件11經由第一饋入點饋入能量，且天線元件11操作於第一頻帶(例如：GSM850/900頻帶)的天線效率如一天線效率曲線41所示。參照天線效率曲線41來看，天線元件11操作於GSM850/900頻帶時皆有不錯的天線效率(包含返回損失之輻射效率)，並符合實際應用的需求。
圖5為用以說明圖1實施例之天線元件在經由第二饋入點 饋入能量下的天線效率圖。如圖5所示，當第二切換開關152導通，且第一切換開關151不導通時，天線元件11經由第二饋入點133饋入能量，且天線元件11操作於第二頻帶(例如：GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶)的天線效率如一天線效率曲線51所示。參照天線效率曲線51來看，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(包含返回損失之輻射效率)，並符合實際應用的需求。
圖6為依據本發明另一實施例之通訊裝置的結構示意圖。其中，圖6實施例為圖1實施例的延伸。亦即，圖6所列舉的通訊裝置600基本上與圖1所列舉的通訊裝置100相似。
舉例來說，天線元件61包括第一金屬部62及第二金屬部63。其中，第一金屬部62的第一端621為天線元件61的第一饋入點，且第一金屬部62的第二端622經由第一切換開關651電性連接至第二金屬部63的第三端631。此外，第二金屬部63的第四端632經由短路金屬部64電性連接至接地元件10，且第二金屬部63的第二饋入點633經由第二切換開關652電性連接至通訊模組19。
與圖1實施例主要不同之處在於，圖6中的電容元件68配置於接地元件10上方的淨空區間內，且電容元件68可為一晶片電容或一分佈式電容元件。在此相似結構下，圖6所列舉的通訊裝置600亦可以達成與圖1實施例相似之功效。
圖7為依據本發明又一實施例之通訊裝置的結構示意圖。其中，圖7實施例為圖1實施例的延伸。亦即，圖7所列舉的通 訊裝置700基本上與圖1所列舉的通訊裝置100相似。
舉例來說，天線元件71包括第一金屬部72及第二金屬部73。其中，第一金屬部72的第一端721為天線元件71的第一饋入點，且第一金屬部72的第二端722經由第一切換開關751電性連接至第二金屬部73的第三端731。此外，第二金屬部73的第四端732經由短路金屬部74電性連接至接地元件10，且第二金屬部73的第二饋入點733經由第二切換開關752電性連接至通訊模組19。
與圖1實施例主要不同之處在於，圖1中天線元件11所在的平面大致平行於接地元件10，且天線元件11與接地元件10不相互重疊，而圖7中天線元件71所在的平面大致垂直於接地元件10，並鄰近接地元件之邊緣101。舉例來說，如圖7所示，天線元件71所在的平面可例如是Z-X平面，且接地元件10大致平行於X-Y平面。在此相似結構下，圖7所列舉的通訊裝置700亦可以達成與圖1實施例相似之功效。此外，在圖7實施例中，因為天線元件71並無佔用接地元件10上方的淨空區間，故圖7實施例可以適用於具有全金屬背蓋的通訊裝置。
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。
100‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧接地元件的邊緣
11‧‧‧天線元件
12‧‧‧第一金屬部
13‧‧‧第二金屬部
121‧‧‧第一端(第一饋入點)
122‧‧‧第二端
131‧‧‧第三端
132‧‧‧第四端
133‧‧‧第二饋入點
14‧‧‧短路金屬部
151‧‧‧第一切換開關
152‧‧‧第二切換開關
16‧‧‧第一匹配電路
17‧‧‧第二匹配電路
18‧‧‧電容元件
19‧‧‧通訊模組

Claims (10)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，鄰近該接地元件之一邊緣，並與該邊緣形成一環圈結構，該天線元件並包括：一第一金屬部，具有一第一端及一第二端，該第一端為該天線元件之一第一饋入點，該第一饋入點經由一電容元件電性連接至一通訊模組；以及一第二金屬部，具有一第三端及一第四端，該第三端經由一第一切換開關電性連接至該第一金屬部的該第二端，該第四端經由一短路金屬部連接至該接地元件，其中，該第二金屬部更具有一第二饋入點，該第二饋入點經由一第二切換開關電性連接至該通訊模組，且該第二饋入點遠離該第二金屬部的該第三端，並鄰近該第二金屬部的該第四端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中當該第一切換開關導通，且該第二切換開關不導通時，該天線元件經由該第一饋入點饋入能量，並操作於一第一頻帶。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中當該第二切換開關導通，且該第一切換開關不導通時，該天線元件經由該第二饋入點饋入能量，並形成一倒F形天線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該通訊模組切換該第一切換開關與該第二切換開關的狀態，以致使該天線元 件形成一倒F形天線或是一環圈天線。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中該通訊模組響應於該第一切換開關與該第二切換開關的狀態，傳送一饋入訊號至該第一饋入點或是該第二饋入點，以致使該天線元件操作於一第一頻帶或是一第二頻帶。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之通訊裝置，其中當該天線元件形成該環圈天線時，該天線元件操作於一第一頻帶，當該天線元件形成該倒F形天線時，該天線元件操作於一第二頻帶，且該第二頻帶之頻率高於該第一頻帶之頻率。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一第一匹配電路，電性連接在該電容元件與該通訊模組之間；以及一第二匹配電路，電性連接在該第二切換開關與該通訊模組之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該電容元件係為一晶片電容元件或一分布式電容元件。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件所在之平面與該接地元件平行，且該天線元件與該接地元件不互相重疊。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件所在之平面與該接地元件垂直，並鄰近該接地元件之該邊緣。
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