TWI539677B - 具有耦合饋入多頻天線元件的通訊裝置 - Google Patents

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TWI539677B TW102142678A TW102142678A TWI539677B TW I539677 B TWI539677 B TW I539677B TW 102142678 A TW102142678 A TW 102142678A TW 102142678 A TW102142678 A TW 102142678A TW I539677 B TWI539677 B TW I539677B
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
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    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
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    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching

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Description

具有耦合饋入多頻天線元件的通訊裝置
本發明是有關於一種通訊裝置，且特別是有關於一種具有耦合饋入多頻天線元件的通訊裝置。
近年來，通訊裝置除了功能上的訴求以外，也因應更佳的影音娛樂效果而著重在外觀上的設計，以符合消費者的需求。尤其是，在加入窄邊框設計後，通訊裝置呈現更精密、更有科技性的視覺效果。然而，隨著邊框的厚度越來越薄，天線元件的可用空間也就越來越少。因此，如何在更加限縮的空間內設計出能滿足不同通訊服務的天線元件，已成為一項重要的課題。
本發明提供一種通訊裝置，其具有小型化耦合饋入之多頻天線元件，且天線元件具有小尺寸且低姿勢之特性，並同時具有平面結構。藉此，天線元件可以適合應用於薄形平板通訊裝置，並具有多頻操作之特性以涵蓋LTE/WWAN頻帶。
本發明的通訊裝置包括一接地元件以及一天線元件。天線元件位於一介質基板上，介質基板鄰近接地元件之一邊緣。天線元件包括一輻射部、一短路部以及一饋入部。輻射部具有一第一開口端、一第二開口端及一短路點。短路點區分輻射部為一第一部分及一第二部分。其中，第一部分包括第一開口端，第二部分包括第二開口端。短路部的一端經由一第一電感元件耦接至短路點，且短路部的另一端電性連接至接地元件。饋入部與第一部分之間具有一耦合間隙，且饋入部經由一匹配電路耦接至一訊號源。
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。
1、4、5‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧接地元件之一邊緣
11、41、51‧‧‧天線元件
12‧‧‧輻射部
121‧‧‧第一部分
122‧‧‧第二部分
123‧‧‧第一開口端
124‧‧‧第二開口端
125‧‧‧短路點
13、53‧‧‧短路部
14‧‧‧饋入部
15‧‧‧介質基板
16‧‧‧耦合間隙
17‧‧‧第一電感元件
18、48‧‧‧匹配電路
19‧‧‧訊號源
201‧‧‧第一共振模態
202‧‧‧第二共振模態
203‧‧‧第三共振模態
204‧‧‧第四共振模態
21‧‧‧第一頻帶
22‧‧‧第二頻帶
31、32‧‧‧天線效率曲線
481‧‧‧電容元件
482‧‧‧第二電感元件
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為依據本發明一實施例之天線元件的返回損失圖。
圖3為依據本發明一實施例之天線元件的天線效率圖。
圖4為依據本發明另一實施例之通訊裝置的結構示意圖。
圖5為依據為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， 通訊裝置1包括一接地元件10以及一天線元件11。天線元件11位於一介質基板15上。介質基板15鄰近接地元件10的一邊緣101。天線元件11包括一輻射部12、一短路部13以及一饋入部14。輻射部12具有一第一開口端123、一第二開口端124及一短路點125。短路點125區分輻射部12為一第一部分121以及一第二部分122。亦即，短路點125會將輻射部12劃分成兩部分121與122。
第一部分121包括第一開口端123。第二部分122包括第二開口端124。短路部13的一端經由一第一電感元件17耦接至短路點125，且短路部13的另一端電性連接至接地元件10。饋入部14與第一部分121之間具有一耦合間隙16。亦即，饋入部14與第一部分121之間相隔一耦合間隙16。此外，饋入部14經由一匹配電路18耦接至一訊號源19。其中，輻射部12大致為一倒U字形。
天線元件11可操作於至少一第一頻帶與一第二頻帶，且第一頻帶的頻率低於第二頻帶的頻率。舉例來說，天線元件11會透過饋入部14接收來自訊號源19的一訊號，且饋入部14會透過耦合間隙16將所述訊號耦合至輻射部12。換言之，饋入部14可以耦合激發輻射部12中的第一部分121與第二部分122。在饋入部14的耦合激發下，第二部分122將可提供位在第二頻帶內的一第一共振模態。此外，饋入部14可以提供位在第二頻帶內的一第二共振模態。藉此，在第一共振模態與第二共振模態的結合下， 將可大幅地增加第二頻帶的操作頻寬。
另一方面，饋入部14耦合激發第一部分121，以致使第一部分121提供位在第一頻帶內的一第三共振模態。此外，匹配電路18可使天線元件11產生位於第一頻帶內的一第四共振模態。藉此，在第三共振模態與第四共振模態的結合下，將可大幅地增加第一頻帶的操作頻寬。換言之，本實施例可透過耦合饋入與匹配電路18的組合來擴展天線元件11的操作頻寬，進而致使天線元件11具有多頻操作的特性。此外，天線元件11還具有小尺寸與低姿勢的特性，並同時具有平面結構。因此，在實際應用上，天線元件11將適合應用於薄形平板通訊裝置，並可致使薄形平板通訊裝置滿足多元化的通訊服務。
值得一提的是，第一部分121與第二部分122的長度可透過短路點125的選擇來進行調整。例如，在一實施例中，第二部分122的長度至少為第一部分121之長度的0.3倍。此外，第一電感元件17與短路部13可用於降低第一部分121與第二部分122的共振長度，並可用以調整天線元件11所產生之共振模態的位置。
圖2為依據本發明一實施例之天線元件的返回損失圖。在此實施例中，接地元件10的尺寸約為150×200mm2，並為一平板通訊裝置之接地元件的尺寸。天線元件11的尺寸約為10×40mm2，並置於具有0.8mm厚度的一FR4介質基板15上。同時，第一電感元件17為一晶片電感器，且其電感值約為18nH。第一部分121的長度約為24mm，且第二部分122的長度約為 16mm。耦合間隙16約為1mm。匹配電路18為一高通匹配電路。
如圖2所示，天線元件11可以操作於第一頻帶21以及第二頻帶22。其中，第三共振模態203與第四共振模態204位在第一頻帶21。此外，隨著第三共振模態203與第四共振模態204的結合，第一頻帶21的頻率範圍約為704~960MHz，並可以涵蓋LTE700/GSM850/900頻帶。另一方面，第一共振模態201與第二共振模態202位在第二頻帶22。此外，隨著第一共振模態201與第二共振模態202的結合，第二頻帶22的頻率範圍約為1710~2690MHz，並可以涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶。
圖3為依據本發明一實施例之天線元件的天線效率圖。其中，天線效率曲線31用以表示天線元件11操作於LTE700/GSM850/900頻帶的輻射效率(包含返回損失之輻射效率)，且天線效率曲線32為天線元件11操作於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500頻帶的輻射效率(包含返回損失之輻射效率)。如圖3所示，天線元件11操作於LTE700/GSM850/900頻帶的輻射效率約為40~72%，且天線元件11操作於GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500頻帶的輻射效率約為50~93%。換言之，天線元件11在各操作頻帶內的天線效率具有實際應用之價值。
圖4為依據本發明另一實施例之通訊裝置的結構示意圖。圖4所列舉的通訊裝置4基本上與圖1所列舉的通訊裝置1 相似。其中，與圖1實施例主要不同之處在於，天線元件41之匹配電路48的配置方式與圖1實施例不同。具體而言，匹配電路48可以整合在介質基板15上。亦即，匹配電路48可以設置在天線元件41的一淨空區間內。此外，匹配電路48包括一第二電感元件482與一電容元件481。電容元件481的第一端電性連接訊號源19，且電容元件481的第二端電性連接饋入部14。第二電感元件482的第一端電性連接電容元件481的第二端，且第二電感元件482的第二端電性連接至接地元件10。在此相似結構下，圖4實施例所列舉的通訊裝置4亦可以達成與圖1實施例相似之功效。
圖5為依據為本發明又一實施例之通訊裝置的結構示意圖。圖5所列舉的通訊裝置5基本上與圖1所列舉的通訊裝置1相似。其中，與圖1實施例主要不同之處在於，天線元件51中的輻射部12與短路部53大致形成一倒E字形。此外，與圖1實施例相似地，短路點125可用以控制第一部分121及第二部分122的長度。此外，第一電感元件17以及短路部53亦可降低第一部分121以及第二部分122的共振長度，以調整天線元件51所產生之共振模態的位置。在此相似結構下，圖5實施例所列舉的通訊裝置5亦可以達成與圖1實施例相似之功效。
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。
1‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
101‧‧‧接地元件之一邊緣
11‧‧‧天線元件
12‧‧‧輻射部
121‧‧‧第一部分
122‧‧‧第二部分
123‧‧‧第一開口端
124‧‧‧第二開口端
125‧‧‧短路點
13‧‧‧短路部
14‧‧‧饋入部
15‧‧‧介質基板
16‧‧‧耦合間隙
17‧‧‧第一電感元件
18‧‧‧匹配電路
19‧‧‧訊號源

Claims (11)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，位於一介質基板上，該介質基板鄰近該接地元件之一邊緣，該天線元件包括：一輻射部，具有一第一開口端、一第二開口端以及一短路點，該短路點區分該輻射部為一第一部分及一第二部分，該第一部分包括該第一開口端，該第二部分包括該第二開口端；一短路部，其一端經由一第一電感元件耦接至該短路點，該短路部的另一端電性連接至該接地元件；以及一饋入部，經由一匹配電路耦接至一訊號源，且該饋入部與該第一部分之間具有一耦合間隙，其中來自該饋入部的一訊號經由該耦合間隙耦合至該輻射部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該輻射部大致為一倒U字形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該輻射部與該短路部大致形成一倒E字形。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二部分之長度至少為該第一部分之長度的0.3倍。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該匹配電路為一高通匹配電路，且該高通匹配電路包括一第二電感元件及一電容元件，其中該電容元件的第一端電性連接至該訊號源，該 電容元件的第二端電性連接該饋入部，該第二電感元件的第一端電性連接該電容元件的第二端，該第二電感元件的第二端電性連接至該接地元件。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該匹配電路位於該介質基板上或該接地元件上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件操作於至少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。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之通訊裝置，其中該第二部分提供位於該第二頻帶內的一第一共振模態。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之通訊裝置，其中該饋入部提供位於該第二頻帶內的一第二共振模態。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之通訊裝置，其中該第一部分提供位於該第一頻帶內的一第三共振模態。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之通訊裝置，其中該匹配電路使得該天線元件產生位於該第一頻帶內的一第四共振模態。
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