TWI539669B - 通訊裝置 - Google Patents

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    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/35—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using two or more simultaneously fed points
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Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種通訊裝置及其小型化雙饋入倒F形天線元件(Small-size Dual-feed Inverted-F Antenna Element)。
近年來，行動通訊裝置之天線元件為達成小型化及多頻帶之特性，通常會採用主動式切換開關。藉由操作主動式切換開關，天線元件可於各個頻帶中切換至不同之匹配電路，或是重組天線元件本身來得到不同之共振路徑，從而達成多頻帶之天線設計。然而，由於主動式切換開關之電路設計較為複雜，其常會導致整體天線系統之複雜度及成本上升，並容易降低天線元件之輻射效率。因此，如何改善行動通訊裝置中主動式切換開關之缺點，已成為現今天線設計者之一大挑戰。
為了解決先前技術之問題，本發明提供一種新穎之通訊裝置，其至少包括結構簡單之一小型化雙饋入倒F形天線元件。此種天線元件包括二條饋入支路以及形狀簡單之一金屬部，其中此二饋入支路分別使得天線元件激發產生寬頻之低頻及高頻頻帶，以涵蓋LTE/WWAN(Long Term Evolution/Wireless Wide Area Network)頻帶之多頻操作。
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，具有一邊緣；以及一天線元件，包括一金屬部、一第一饋入支路，以及一第二饋入支路，其中該金屬部係鄰近於該接地元件之該邊緣，而該第一饋入支路和該第二饋入支路係分別耦接至該金屬部上之一第一饋入點和一第二饋入點，使得該天線元件大致為一倒F字形；其中該第一饋入支路包括一第一電抗電路，該第一饋入點係經由該第一電抗電路耦接至一第一訊號源，該第二饋入支路包括一第二電抗電路，而該第二饋入點係經由該第二電抗電路耦接至一第二訊號源。
該天線元件之該金屬部具有二個饋入點，亦即， 該第一饋入點及該第二饋入點。在一些實施例中，當該第一訊號源之一第一饋入訊號經由該第一饋入點來饋入該天線元件時，該天線元件係激發產生一第一頻帶；而當該第二訊號源之一第二饋入訊號經由該第二饋入點來饋入該天線元件時，該天線元件係激發產生一第二頻帶，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。在一些實施例中，該金屬部大致為一直條形或一倒L字形。在一些實施例中，該第一饋入點和該第二饋入點皆位於或鄰近於該金屬部之一側邊或一端點。在此設計下，該第一饋入點及該第二饋入點皆可充分利用該金屬部所能提供之共振路徑。因此，該金屬部之尺寸可被最佳化地利用，從而可達成本發明天線元件之小型化、結構簡化，以及多頻操作之特性。
在一些實施例中，當該天線元件操作於該第一頻 帶時，該第一電抗電路於該第二頻帶內具有一高電抗值，而此將造成該第一電抗電路於該第二頻帶內具有近似帶拒(Band Rejection)之特性，是以該第二訊號源之該第二饋入訊號將不致影響該天線元件於該第一頻帶中之操作。在一些實施例中，該第一電抗電路更可使得該第一頻帶之頻寬增加。
在一些實施例中，當該天線元件操作於該第二頻 帶時，該第二電抗電路於該第一頻帶內具有一高電抗值，而此將造成該第二電抗電路於該第一頻帶內具有近似帶拒之特性，是以該第一訊號源之該第一饋入訊號將不致影響該天線元件於該第二頻帶中之操作。在一些實施例中，該第二電抗電路更可使得該第二頻帶之頻寬增加。
在一些實施例中，該金屬部係位於一淨空區間內， 並與該接地元件不互相重疊。在一些實施例中，該第一電抗電路及該第二電抗電路皆位於該接地元件上。在另一些實施例中，該第一電抗電路及該第二電抗電路皆位於該淨空區間內，並與該接地元件不互相重疊。在一些實施例中，該第一電抗電路及該第二電抗電路係與該金屬部共同整合於一介質基板上，並與該接地元件不互相重疊。亦即，該第一電抗電路及該第二電抗電路可以無須佔用該接地元件上之設計空間。
在一些實施例中，本發明之該天線元件僅須佔用 小尺寸之淨空區間(例如，其面積僅約為30×10mm2)，即可涵蓋寬頻之該第一頻帶及該第二頻帶(例如，LTE/WWAN頻帶，其約介於704MHz至960MHz之間，以及約介於1710MHz至 2690MHz之間)。和傳統設計方式相比，本發明以被動式電路來取代主動式切換開關，其將可有效地降低整體系統之複雜度，並提升整體天線效率。
100、400、500‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧接地元件之邊緣
11、41、51‧‧‧天線元件
12、42、52‧‧‧金屬部
121、421、521‧‧‧第一饋入點
122、422、522‧‧‧第二饋入點
13、43、53‧‧‧第一饋入支路
131、431、531‧‧‧第一電抗電路
14、44、54‧‧‧第二饋入支路
141、441、541‧‧‧第二電抗電路
15‧‧‧第一訊號源
16‧‧‧第二訊號源
201‧‧‧反射係數(S11)曲線
202‧‧‧反射係數(S22)曲線
203‧‧‧隔離度(S21)曲線
21‧‧‧第一頻帶
22‧‧‧第二頻帶
31‧‧‧第一頻帶之天線效率曲線
32‧‧‧第二頻帶之天線效率曲線
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S參數圖；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)。如第1圖所示，通訊裝置100至少包括一接地元件10以及一天線元件11。天線元件11包括一金屬部12、 一第一饋入支路13，以及一第二饋入支路14。金屬部12係鄰近於接地元件10之一邊緣101。金屬部12可以大致為一直條形。 第一饋入支路13及第二饋入支路14係分別耦接至金屬部12上之一第一饋入點121及一第二饋入點122，使得天線元件11大致為一倒F字形。第一饋入支路13包括一第一電抗電路131，其中第一饋入點121係經由第一電抗電路131耦接至一第一訊號源15。第一電抗電路131可以包括一或複數個電容元件或(且)電感元件，例如：晶片電容器或(且)晶片電感器。第一訊號源15可以是通訊裝置100之一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可產生低頻之一第一饋入訊號來激發天線元件11。第二饋入支路14包括一第二電抗電路141，其中第二饋入點122係經由第二電抗電路141耦接至一第二訊號源16。第二電抗電路141可以包括一或複數個電容元件或(且)電感元件，例如：晶片電容器或(且)晶片電感器。第二訊號源16可以是通訊裝置100之另一射頻模組，其可產生高頻之一第二饋入訊號來激發天線元件11。在第1圖之實施例中，金屬部12係位於與接地元件10不互相重疊之一淨空區間內，而第一電抗電路131及第二電抗電路141皆位於接地元件10上。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S參數(S parameter)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10之長度約為200mm，寬度約為150mm。接地元件10之尺 寸大致等同一般9.7吋平板電腦之接地面尺寸。天線元件11之長度約為30mm，寬度約為10mm。根據第2圖之量測結果，當天線元件11由第一訊號源15透過第一電抗電路131所激發時，天線元件11可操作於一第一頻帶21，如反射係數(S11)曲線201所示。另外，當天線元件11由第二訊號源16透過第二電抗電路141所激發時，天線元件11更可操作於一第二頻帶22，如反射係數(S22)曲線202所示。在較佳實施例中，第一頻帶21可以涵蓋LTE700/GSM850/900頻帶，其約介於704MHz至960MHz之間；而第二頻帶22可以涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶，其約介於1710MHz至2690MHz之間。第一電抗電路131於第二頻帶22內可具有近似帶拒(Band Rejection)之特性，因此第二訊號源16之該第二饋入訊號將不易影響天線元件11於第一頻帶21中之操作。第一電抗電路131更可使得第一頻帶21之頻寬增加。第二電抗電路141於第一頻帶21內亦可具有近似帶拒之特性，因此第一訊號源15之該第一饋入訊號亦不易影響天線元件11於第二頻帶22中之操作。第二電抗電路141更可使得第二頻帶22之頻寬增加。藉由使用第一電抗電路131與第二電抗電路141，天線元件11之隔離度(S21)曲線203於第一頻帶21及第二頻帶22中皆可大致低於-25dB，符合天線之間高隔離度之需求。
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。前述之天線效率為已包含返回損失之輻射效率。根據第3圖之量測結果，天線元件11於第一頻帶21(LTE700/GSM850/900頻帶)中 之天線效率曲線31約介於67%至75%之間，而天線元件11於第二頻帶22(GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500頻帶)中之天線效率曲線32約介於73%至96%之間。因此，天線元件11之天線效率已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。第4圖與第1圖相似。在第二實施例中，一天線元件41之一第一電抗電路431、一第二電抗電路441，以及一金屬部42皆位於一淨空區間內。換言之，金屬部42、第一電抗電路431，以及第二電抗電路441皆與接地元件10不互相重疊。 在一些實施例中，金屬部42、第一電抗電路431，以及第二電抗電路441係共同整合於一介質基板上，例如：一FR4(Flame Retardant 4)基板，其中該介質基板係與接地元件10不互相重疊。 另外，金屬部42可以大致為一倒L字形，以充分利用該淨空區間之面積。在其他實施例中，金屬部42亦可具有其他形狀，例如：一倒U字形，或是一倒J字形。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第三實施例所述之通訊裝置500之示意圖。第5圖與第1圖相似。在第三實施例中，一天線元件51之一第一饋入點521及一第二饋入點522皆位於或鄰近於一金屬部52之一側邊或一端點，使得第一饋入點521及第二饋入點522皆可以充分利用金屬部52所能提供之共振路徑。更詳細地說，金屬部52包括一不等寬結構，而該不等寬結構包括一較窄部份和一較寬部份，其中第一饋入點521可位於該較窄部份之一端點上，而第二饋入點522可位於該較窄部份之一 側邊上。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。
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。本發明之通訊裝置及天線結構並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之通訊裝置及天線結構當中。
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‧‧‧接地元件之邊緣
11‧‧‧天線元件
12‧‧‧金屬部
121‧‧‧第一饋入點
122‧‧‧第二饋入點
13‧‧‧第一饋入支路
131‧‧‧第一電抗電路
14‧‧‧第二饋入支路
141‧‧‧第二電抗電路
15‧‧‧第一訊號源
16‧‧‧第二訊號源

Claims (10)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件，具有一邊緣；以及一天線元件，包括一金屬部、一第一饋入支路，以及一第二饋入支路，其中該金屬部係鄰近於該接地元件之該邊緣，而該第一饋入支路和該第二饋入支路係分別耦接至該金屬部上之一第一饋入點和一第二饋入點，使得該天線元件大致為一倒F字形；其中該第一饋入支路包括一第一電抗電路，該第一饋入點係經由該第一電抗電路耦接至一第一訊號源，該第二饋入支路包括一第二電抗電路，而該第二饋入點係經由該第二電抗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，其中該金屬部大致為一直條形或一倒L字形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬部、該第一電抗電路，以及該第二電抗電路皆與該接地元件不互相重疊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一饋入點和該第二饋入點皆位於或鄰近於該金屬部之一側邊或一端點。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件至少操作於一第一頻帶及一第二頻帶，而該第一頻帶之頻率係低於該第二頻帶之頻率。
  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5項所述之通訊裝置，其中該第一電抗電路於該第二頻帶內具有近似帶拒之特性。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該第二電抗電路於該第一頻帶內具有近似帶拒之特性。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該第一電抗電路使得該第一頻帶之頻寬增加。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該第二電抗電路使得該第二頻帶之頻寬增加。
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