TWI550955B - 天線裝置 - Google Patents

Description

天線裝置

本發明是有關於一種無線通訊，更特別是有關於一種天線裝置，其可改變天線元件與內部電路之阻抗匹配。

無線通訊技術目前廣泛地應用於各類型的電子裝置中，用以進行數據傳輸或語音傳輸。一般而言，電子裝置可利用特定的傳輸規範進行無線傳輸，例如：IEEE 802.11、藍芽(BlueTooth，BT)、寬頻分碼多工(wide band code division multiple access,WCDMA)等。

然而，不論是何種類型的無線傳輸規範，都會在進行資料傳輸時產生大量的電磁波，造成使用者的身體傷害。因此，目前具有無線通訊功能的電子裝置在實際販售前，都必須設法通過人體吸收率(Specific absorption rate,SAR)測試，以減低電磁波對使用者可能產生的危險。

本發明之一目的在於提供一種天線裝置，其可應用於具有無線傳輸功能的電子裝置中，且當人體接近此天線裝置時，天線裝置可降低其輻射效率，減少對人體的危害。

根據本發明之一實施例，提供一種天線裝置，其包含天線元件、感應電路、匹配電路以及阻抗調整電路。感應電路用以產生感應訊號。匹配電路耦接天線元件。阻抗調整電路耦接感應電路，且藉由感應訊號使天線元件之阻抗與匹配電路之阻抗轉為不匹配。

根據本發明之一或多個實施例，上述阻抗調整電路耦接天線元件，並藉由感應訊號改變天線元件之阻抗。

根據本發明之一或多個實施例，上述阻抗調整電路耦接匹配電路，並藉由感應訊號增大或是縮小天線元件看入匹配電路的阻抗。

綜上所述，本發明之一或多個實施例中，因為阻抗調整電路可根據感應訊號改變天線元件的阻抗或改變匹配電路的阻抗，所以可降低天線元件的輻射能量，進而使得天線裝置可以符合人體吸收率的規範。

10、20‧‧‧天線裝置

100‧‧‧天線元件

101‧‧‧第一部分

102‧‧‧第二部分

110‧‧‧感應電路

120‧‧‧匹配電路

121、136、236‧‧‧電容

122、123、124、151‧‧‧電感

130、230‧‧‧阻抗調整電路

132、232‧‧‧開關

134、234‧‧‧可變電容

138、238‧‧‧二極體

140‧‧‧感應元件

150、250‧‧‧高頻阻隔器

210‧‧‧阻抗器

Si‧‧‧感應訊號

為讓本發明及其優點更明顯易懂，所附圖式之說明參考如下：第1圖係繪示本發明第一實施例之天線裝置之電路方塊圖。

第2圖係繪示本發明第一實施例之天線元件以及阻抗調整電路之電路圖。

第3圖係繪示本發明第二實施例之天線元件以及阻抗調整電路之電路圖。

第4圖係繪示本發明第三實施例之天線元件以及阻抗 調整電路之電路圖。

第5圖係繪示本發明第四實施例之天線裝置之電路方塊圖。

第6圖係繪示本發明第四實施例之匹配電路之電路圖。

第7圖係繪示本發明第四實施例之匹配電路與阻抗調整電路之電路圖。

第8圖係繪示本發明第五實施例之匹配電路與阻抗調整電路之電路圖。

第9圖係繪示本發明第六實施例之匹配電路與阻抗調整電路之電路圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件將以相同之符號標示來說明。

在本說明書中，「耦接」一詞包含直接或間接的電氣連接手段。因此，若說明書中描述第一裝置耦接於第二裝置，則代表該第一裝置可直接電連接於該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接的連接至該第二裝置。

首先，下述實施例係揭露一種天線裝置，此種天線 裝置具有感應元件，可用以偵測人體之接近。且當人體接近下述實施例所揭露之天線裝置時，天線裝置可根據感應元件感測的訊號降低其輻射效率，以減少電磁波對人體的危害。

值得一提的是，本發明之下述實施例係改變天線元件的阻抗或改變與天線元件連接之匹配電路的阻抗，達成降低天線輻射效率的功效。更詳細而言，下述實施例之天線裝置在偵測到有人體接近時，可使得天線元件之阻抗與匹配電路之阻抗轉為「不匹配」的狀態，造成天線元件的反射損失(Return Loss)增加，進而降低天線元件之輻射增益，使得應用此天線裝置的電子裝置可通過人體吸收率的測試。

需說明的是，在理想的情況下，天線元件的阻抗與匹配電路的阻抗是幾乎相同的，抑或是達成共軛匹配(Conjugate Match)。此時，天線元件的駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)接近1，也就是幾乎沒有反射損失。然而，在產品實際應用時，駐波比可能為介於1到2之間的數值。因此，在本說明書中天線元件與阻抗電路之間所謂的「不匹配」，指的是使天線元件的駐波比增大，以提高天線元件的反射損失，進而降低天線元件的發射功率。舉例來說，若天線元件之駐波比原本設計為1.25，則當天線元件之駐波比大於原本所設計的1.25時，例如為1.5時，即可被視作為「不匹配」的情況。但需注意的是，上述數值只是舉例，並非用以限制本發明之範疇。凡是藉由 改變天線元件的阻抗或匹配電路的阻抗，使得天線元件與匹配電路的阻抗「不匹配」，進而造成天線元件的駐波比增大並降低輻射功率，當屬於本發明之範疇，詳見以下說明。

請參考第1圖，其係繪示本發明第一實施例之天線裝置的電路方塊圖。在第1圖中，天線裝置10包含天線元件100、感應電路110、匹配電路120以及阻抗調整電路130。其中，匹配電路120耦接天線元件100。阻抗調整電路130耦接感應電路110，且阻抗調整電路130直接連接於天線元件100。

感應電路110用以產生感應訊號Si。更具體而言，感應電路110可藉由感應元件140偵測是否有人體接近天線裝置10。在本實施例中，感應元件140可為電容式近接感測器。當人體接近天線裝置10時，感應元件140可與人體產生感應電容。感應電路110可根據感應電容之產生而回應輸出感應訊號Si。

在產品實際應用時，感應元件140可藉由另一天線元件來實現，但不以此為限。此外，在本發明之其他實施例中，感應元件140並不侷限於電容式近接感測器，感應元件140也可為溫度感測器或光感測器等。

在本實施例中，天線元件100可具有至少一組頻率共振模式，例如，全球移動通信系統頻段(GSM850/900/1800/1900)，但不以此為限。在產品實際應用時，天線元件100可視實際需求，例如結構上的設計需求或工作頻段上的操作需求而使用單極式天線、平面倒F天 線(PIFA天線)、倒F天線(IFA天線)、槽孔型式天線或前述不同型式天線的組合來實現。

請繼續參考第1圖，在本實施例中，匹配電路120與天線元件100的阻抗匹配。舉例而言，若天線元件100具有50歐姆的阻抗值，則與天線元件100耦接的匹配電路120也應具有或近似於50歐姆的阻抗值，才能使得天線元件100的反射損失最小化。在部分實施例中，天線元件100可具有75歐姆的阻抗值，並且匹配電路120也具有75歐姆或接近75歐姆的阻抗值。在產品實際應用時，此阻抗值之大小可看系統端的需求予以變化。

本實施例之阻抗調整電路130直接連接於天線元件100之本體上，且阻抗調整電路130可藉由感應訊號Si改變天線元件100之阻抗值。例如改變天線元件100之輸入阻抗，使得天線元件100之阻抗與匹配電路120之阻抗轉為不匹配，以降低天線元件100之輻射能量。如此一來，當環境中有人體接近天線裝置10時，因為天線元件100之輻射能量降低，人體吸收率也跟著降低。

此外，本實施例之天線裝置10可藉由阻抗調整電路130直接改變天線元件100之阻抗，因此應用此天線裝置10之電子裝置不需藉由複雜的控制電路去調控天線元件100之輸出功率，此複雜的控制電路可例如為電子裝置中主掌程式運作的邏輯電路、複雜可程式邏輯裝置(Complex Programmable Logic Device，CPLD)等。因此，應用天線裝置10之電子裝置，例如平板電腦或智慧型手機等，不需要 為了符合人體吸收率的標準，而另外提供相應的軟硬體去改變天線的輸出功率。

接著，請一併參考第2圖至第4圖，其中第2圖係繪示本發明第一實施例之天線元件以及阻抗調整電路，第3圖係繪示本發明第二實施例之天線元件以及阻抗調整電路，第4圖係繪示本發明第三實施例之天線元件以及阻抗調整電路。需先說明的是，第一、第二、第三實施例係提供了三種改變天線元件100之輸入阻抗值的方法，其中第一實施例至第三實施例分別利用了開關132、可變電容134以及二極體138選擇性的改變天線元件100之輸入阻抗，例如利用開關132改變天線元件100之本體長度，但本發明不限於此。在部分實施例中，相同的概念或元件，例如開關132、可變電容134以及二極體138等，可應用來改變天線元件100之饋入點或接地點，也可達到改變天線元件100之輸入阻抗值的功能。

請參考第2圖，天線元件100更包含第一部分101與第二部分102，阻抗調整電路130更包含開關132。開關132設置於第一部分101與第二部分102之間。在本實施例中，開關132可藉由感應訊號Si選擇性地斷開或連接第一部分101與第二部分102，藉以改變天線元件100之長度。

更詳細而言，本實施例之天線元件100之第一部分101之長度可為工作頻段波長的一半，此時第一部分101具有較佳的幅射效率。因此，天線元件100之長度若大於工作頻段的半波長，將使得天線元件100之駐波比增大， 導致天線元件100的輻射效率變差。因此，當本實施例之阻抗調整電路130接收到感應訊號Si時，即導通第一部分101與第二部分102以降低天線的輻射效率。換言之，天線元件100之長度將由原本的第一部分101轉變為第一部分101加上第二部分102之長度，使得天線元件100之駐波比增大而改變天線元件100之輸入阻抗值，進而造成天線元件100之阻抗與匹配電路120之阻抗轉為不匹配。

接著，請參考第3圖。在第二實施例中，阻抗調整電路130可包含可變電容134。可變電容134連接於第一部分101與第二部分102之間。在本實施例中，可變電容134的電容值可根據感應訊號Si而調整，以達到改變天線元件100本體輸入阻抗的功效。

更詳細而言，當阻抗調整電路130接收到感應訊號Si時，可提高可變電容134之電容值。在本實施例中，當可變電容134之電容值提高時，可變電容134之容抗可改變使得第一部分101串聯可變電容134再加上第二部分102的整體輸入阻抗得以改變。

接著，請參考第4圖。在第三實施例中，阻抗調整電路130包含電容136以及二極體138。其中，電容136與二極體138串聯且耦接於第一部分101與第二部分102之間，而感應訊號Si輸入至電容136與二極體138之陽極之間。在本實施例中，感應訊號Si可透過一電感151傳導至電容136與二極體138之陽極之間，並可提高電容136與二極體138之間的電壓值使二極體138導通，使得第一 部分101之交流訊號可透過電容136耦合至第二部分102，藉此達到改變天線元件100本體長度的功效。

更具體而言，在本實施例中，第二部分102之末端可連接高頻阻隔器150，且高頻阻隔器150相對第二部分102之一端接地，使得傳導至第二部分102之交流訊號往高頻阻隔器150看去猶如開路，但不以此為限。在其他實施例中，第二部分102之末端可直接接地，使得交流訊號傳導到第二部分102時直接短路。在產品實際應用時，高頻阻隔器150可用另一電感來實現。如此一來，當本實施例之感應訊號Si輸入至電容136與二極體138之間時，天線元件100之長度相當於第一實施例中的第一部分101加上第二部分102之長度。當本實施例之感應訊號Si輸入至電容136與二極體138之前，天線元件100之長度相當於第一實施例中的第一部分101的長度，藉此達到相當於第一實施例中中在兩種不同長度之間變換的功效。

需說明的是，第一至第三實施例之說明主要以改變天線元件100本體的輸入阻抗，藉以使得天線元件100之阻抗與匹配電路120之阻抗為不匹配，但本發明不應侷限於此。除了改變天線元件100之本體外，也可改變天線元件100看入匹配電路120的阻抗，使得天線元件100之阻抗與匹配電路120之阻抗轉為不匹配，藉此降低天線元件100之輻射能量。

請參考第5圖，其係繪示本發明第四實施例之天線裝置之電路方塊圖。本實施例與第一實施例不同在於，本 實施例之天線裝置20之阻抗調整電路230連接匹配電路120，使得阻抗調整電路230可藉由感應訊號Si增大或是縮小天線元件100看入匹配電路120的阻抗，造成天線元件100的反射損失增加。

舉例而言，請參考第6圖所繪示之本發明第四實施例之匹配電路之電路圖。第6圖係繪示四級之匹配電路120，其具有四個電子零件，但不限於此。在本發明之其他實施例中，只要天線元件100之阻抗值與匹配電路120之阻抗值接近，例如天線元件100看入匹配電路120的阻抗為50歐姆或接近50歐姆，則匹配電路120可視實際需求設計為三級至零級的匹配電路120。

在本實施例中，匹配電路120可為一種π型匹配電路120，但不以此為限。在本發明之其他實施例中，匹配電路120可為L型、T型或串接L型等。本實施例之匹配電路120可包含有電容121以及電感122、123以及124。如第6圖所示，電容121以及電感122、123以及124之排列順序類似π字型。在其他實施例中，可視實際需求將第6圖之電容121位置改放置為電感，或是將電感122、123以及124之位置改放置為電容，以得到較佳之阻抗匹配。

接著，請參考第7圖至第9圖，其中第7圖係繪示本發明第四實施例之匹配電路與阻抗調整電路之電路圖，第8圖係繪示本發明第五實施例之匹配電路與阻抗調整電路之電路圖，第9圖係繪示本發明第六實施例之匹配電路與阻抗調整電路之電路圖。需先說明的是，第四、第五以 及第六實施例係將阻抗調整電路230連接於匹配電路120最靠近天線元件100之電感122上，以選擇性的增加或減少天線元件100看入匹配電路120的阻抗值，但本發明不限於此。在本發明之其他實施例中，阻抗調整電路230也可連接在其他位置的電子零件上，如電容121或電感123以及124。

請參考第7圖，阻抗調整電路230可包含開關232以及阻抗器210，其中開關232可根據感應訊號Si選擇性地斷開或連接匹配電路120與阻抗器210。在本實施例中，阻抗器210可藉由一電感來實現，但不以此為限。在其他實施例中，阻抗器210可藉由電容或其他可對高頻的交流訊號產生阻隔的電子零件來實現。當匹配電路120與阻抗器210連接時，阻抗器210可對交流訊號產生阻隔，導致天線元件100看入匹配電路120的阻抗值改變，進而使得天線元件100之輻射能量降低。

接著，請參考第8圖，阻抗調整電路230可包含可變電容234。可變電容234一端耦接匹配電路120，另一端則接地。阻抗調整電路230可根據感應訊號Si調整可變電容234之電容值，使得天線元件看入匹配電路120之阻抗值隨著可變電容234之電容值而改變，進而造成天線元件100之反射損失增加，而降低天線元件100的輻射能量。

接著，請參考第9圖，阻抗調整電路230可包含電容236以及二極體238。其中，電容236與二極體238串聯且感應訊號Si輸入至電容236與二極體238之陽極之間。 在本實施例中，感應訊號Si可透過一高頻阻隔器250傳導至電容236與二極體238之陽極之間，並可提高電容236與二極體238之間的電壓值。同時，阻抗調整電路230可更包含阻抗器210，連接於電容236與匹配電路120之間，使得感應訊號Si提高電容236與二極體238之間的電壓時，天線元件100看入匹配電路120之阻抗值改變，進而降低天線元件100的輻射能量。

綜上所述，本發明所揭露之上述實施例，在人體接近天線裝置時，可產生感應訊號。而阻抗調整電路可根據感應訊號改變天線元件的阻抗或改變匹配電路的阻抗，使得人體接近天線裝置時，天線元件與匹配電路的阻抗轉為不匹配的狀態，導致反射損失增加，進而降低天線元件的輻射能量，以符合人體吸收效率的規範。此外，應用上述實施例天線裝置之電子裝置不需藉由複雜的控制電路去調控天線元件之輸出功率，可在不增加電子裝置的工作負擔下，降低天線元件的發射功率。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

10‧‧‧天線裝置

100‧‧‧天線元件

110‧‧‧感應電路

120‧‧‧匹配電路

130‧‧‧阻抗調整電路

140‧‧‧感應元件

Si‧‧‧感應訊號

Claims (10)

1. 一種天線裝置，包含：一天線元件；一感應電路，用以產生一感應訊號；一匹配電路，耦接該天線元件；以及一阻抗調整電路，耦接該感應電路，藉由該感應訊號使該天線元件之阻抗與該匹配電路之阻抗轉為不匹配。
2. 如請求項1所述之天線裝置，其中該阻抗調整電路耦接該天線元件，並藉由該感應訊號改變該天線元件之阻抗。
3. 如請求項2所述之天線裝置，其中該天線元件包含有一第一部分與一第二部分，該阻抗調整電路包含一開關，該開關設置於該第一部分與該第二部份之間，並根據該感應訊號選擇性地斷開或連接該第一部分與該第二部分。
4. 如請求項2所述之天線裝置，其中該天線元件包含有一第一部分與一第二部分，該阻抗調整電路包含一可變電容，該可變電容連接於該第一部分與該第二部份之間，並根據該感應訊號調整該可變電容之電容值。
5. 如請求項2所述之天線裝置，其中該天線元件包含有一第一部分與一第二部分，該阻抗調整電路包含一電容與一二極體，該電容與該二極體串聯且耦接於該第一部分與該第二部份之間，且該感應訊號輸入至該電容與該二極體之陽極之間。
6. 如請求項1所述之天線裝置，其中該阻抗調整電路耦接該匹配電路，並藉由該感應訊號增大或縮小該天線元件看入該匹配電路的阻抗。
7. 如請求項6所述之天線裝置，其中該阻抗調整電路包含一開關以及一阻抗器，該開關根據該感應訊號選擇性地斷開或連接該匹配電路與該阻抗器。
8. 如請求項6所述之天線裝置，其中該阻抗調整電路包含一可變電容，該可變電容耦接該匹配電路，並根據該感應訊號調整該可變電容之電容值。
9. 如請求項6所述之天線裝置，其中該阻抗調整電路包含一電容與一二極體，該電容與該二極體串聯且該感應訊號輸入至該電容與該二極體之陽極之間。
10. 如請求項1所述之天線裝置，其中該感應電路藉由 一感應元件偵測是否有人體接近該天線裝置。