TWI557988B - 通訊裝置 - Google Patents

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Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種包括多頻接地面天線(Multiband Ground Plane Antenna)之行動通訊裝置。
近年來隨著無線通訊技術的快速進步，人們對於通訊裝置不再僅僅以單純的通話為目的，而有著更多元化之需求。為了滿足人們的需求，同時維持通訊裝置輕薄、短小之特性，通訊裝置內有限設計空間將顯得格外珍貴。
有鑑於此，在通訊裝置之天線設計上，如何在較小的天線設計空間中設計一接地面天線，使得接地面天線能夠有效地激發一接地面模態來幫助天線輻射，並減少天線所需之面積，將是天線設計者之一大挑戰。
本發明的目的在於提供一種通訊裝置及其多頻接地面天線。通訊裝置包括一天線元件，而天線元件包括不同之二個輻射部，使得天線元件可以分別操作於低頻及高頻之通訊頻帶。在本發明中，一低頻輻射部之電流路徑長度係小於一高頻輻射部之電流路徑長度，故可達成多頻天線元件之縮小化。
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，其中該天線元件包括：一第一輻射部，提供一第一電流路徑，並操作於一第一頻帶；以及一第二輻射部，提供一第二電流路徑，並操作於一第二頻帶，其中，該第二頻帶之頻率係高於該第一頻帶之頻率，而該第二電流路徑之長度係大於該第一電流路徑之長度。
值得注意的是，當一天線元件在一低頻頻帶進行共振時，相關之一接地面提供了90%以上之輻射效率。若可以有效地激發該接地面上 之表面電流，使其共振出一接地面模態來涵蓋所需要之頻寬，將可以大幅降低該天線元件操作於該低頻時所需之尺寸。有鑑於此，本發明採用小尺寸之一天線元件來作為一激發器，用以激發一接地面上之表面電流，使其共振出一接地面模態來達成低頻頻帶操作。本發明之天線元件不僅擁有小尺寸之優點，還可維持良好之輻射特性。
在一些實施例中，該天線元件之尺寸僅約為8 x 25 mm2，其中該第一輻射部之大小僅約為8 x 10 mm2。在此小尺寸結構下，該天線元件至少可以操作在GSM 850/900/1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶。
100、400、500、600‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧接地元件
11、41、51、61‧‧‧天線元件
110、410、510、610‧‧‧第一輻射部
111、411、511、611‧‧‧第二輻射部
12、42、52、62‧‧‧第一電流路徑
13、43、53、63‧‧‧第二電流路徑
14‧‧‧匹配電路
15、46‧‧‧訊號源
21‧‧‧天線元件之反射係數(S11)曲線
22‧‧‧第一頻帶
23‧‧‧第二頻帶
31、32‧‧‧天線元件之天線效率曲線
631‧‧‧第二輻射部之饋入端
632‧‧‧第二輻射部之開口端
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；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；以及第6圖係顯示根據本發明第四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。例如，通訊裝置100可以是一智慧型手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。如第1圖所示，通訊裝置100包括一接地元件10和一天線元件11，其中天線元件11係鄰近於接地元件10，而天線元件11係由一訊號源15所激發。天線元件11包括一第一輻射部110和一第二輻射部111。第一輻射部110係大致與第二輻射部111分離。第一輻射部110提供一第一 電流路徑12，並操作於一第一頻帶。第二輻射部111提供一第二電流路徑13，並操作於一第二頻帶。在較佳實施例中，該第二頻帶之頻率係高於該第一頻帶之頻率，而第二電流路徑13之長度係大於第一電流路徑12之長度。在一些實施例中，第一電流路徑12係小於該第一頻帶之最低頻率之0.1倍波長。在一些實施例中，第一輻射部110係耦接至一匹配電路14，其中匹配電路14至少包括一帶通電路(或者一電抗電路)，例如：由一或複數個電容器和電感器所形成之一帶通濾波器(Band Pass Filter，BPF)，來對該第一頻帶(低頻頻帶)之一輸入阻抗作最佳化之阻抗匹配。在一些實施例中，第二輻射部111為一單極天線。在一些實施例中，第一輻射部110、第二輻射部111，以及接地元件10均可形成於一介質基板上(未顯示)，其中該介質基板可為一可彎曲介質基板，並適合應用於一可彎曲通訊裝置。值得注意的是，通訊裝置100更可包括其他元件，例如：一觸控面板、一觸控模組、一處理器、一揚聲器、一射頻模組、一電池，以及一外殼(未顯示)。一般來說，傳統天線之一低頻輻射部必須按照所需之一特定共振長度(如：四分之一波長)來作設計，然而本發明接地面天線能夠有效地激發一接地面模態來幫助天線輻射，使得低頻輻射部(即：第一輻射部110)的尺寸可以大幅降低(約縮小至0.1倍波長)
。此外，本發明可以適當地設計一匹配電路，來對該低頻頻帶之一輸入阻抗作最佳化之阻抗匹配，已涵蓋低頻所需之操作頻寬。
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參數圖。在一些實施例中，通訊裝置100之元件尺寸如下。天線元件11之整體尺寸(包括第一輻射部110及第二輻射部111)僅約為8 x 25 mm2。第一輻射部110大致為一矩形金屬片，其尺寸約為8 x 10 mm2，第二輻射部111大致為一倒U形金屬片，其電流路徑之長度約為28 mm。接地元件10之尺寸約為120 x 60 mm2。如第2圖所示，根據天線元件11之反射係數(S11)曲線21可知，天線元件11可操作於一第一頻帶22及一第二頻帶23。第一頻帶22之操作頻寬可至少涵蓋GSM850/900頻帶(約824 MHz~960 MHz)，而第二頻帶23之操作頻寬可至少涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶(約1710 MHz~2690 MHz)。
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之天線效率圖。根據天線元件11之天線效率曲線31(已將S參數納入考量之輻射效率)可知，天線元件11於第一頻帶22中之天線效率約為54%~61%，而根據天線元件11之天線效率曲線32可知，天線元件11於第二頻帶23中之天線效率約為50%~95%。因此，天線元件11在第一頻帶22及第二頻帶23中均具有良好之天線效率，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。第二實施例基本上與第一實施例相似，兩者之差異在於，在通訊裝置400之一天線元件41中，一第一輻射部410之形狀大致為一倒L形。另外，在通訊裝置400中，第一輻射部410和第二輻射部411係分別耦接至一訊號源15和另一訊號源46，而非共同耦接至單一訊號源。在本實施例中，第二輻射部411之一第二電流路徑43之長度仍然大於第一輻射部410之一第一電流路徑42。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相同，因此這些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。第三實施例基本上與第一實施例相似，兩者之差異在於，在通訊裝置500之一天線元件51中，一第二輻射部511可以圍繞一第一輻射部510而延伸。換言之，第一輻射部510大致係由第二輻射部511及接地元件10所包圍，使得第一輻射部510和第二輻射部511佔據之總空間變小，從而縮小天線元件51之整體尺寸。在一些實施例中，第二輻射部511大致為一倒J形。在本實施例中，第二輻射部511之一第二電流路徑53之長度仍然大於第一輻射部510之一第一電流路徑52。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相同，因此這些實施例均可達成相似之操作效果。
第6圖係顯示根據本發明第四實施例所述之通訊裝置600之示意圖。第四實施例基本上與第一實施例相似，兩者之差異在於，在通訊裝置600之一天線元件61中，一第二輻射部611之饋入端631(高電流區間及低電場區間)係朝外，而開口端632(無電流及高電場區間)係朝內，使得天線元件61容易與周邊之電路、電子元件，或是鄰近金屬面作整合。在一 些實施例中，第二輻射部611大致為一倒G形。在本實施例中，第二輻射部611之一第二電流路徑63之長度仍然大於第一輻射部610之一第一電流路徑62。第四實施例之通訊裝置600之其餘特徵皆與第一實施例之通訊裝置100相同，因此這些實施例均可達成相似之操作效果。
本發明提出一種新穎之行動通訊裝置。藉由將一天線元件之一低頻輻射部設計為一小尺寸元件，可以成功地激發相關之一接地面之一接地面模態，並涵蓋所需之一低頻操作頻帶。值得注意的是，本發明無須根據傳統之一低頻輻射部所需之一特定共振長度來作設計。本發明可以適當地設計一匹配電路，來對該低頻頻帶之一輸入阻抗作最佳化之阻抗匹配。然後，本發明可以再設計一高頻輻射部，使其在不影響該低頻輻射部之情況下，仍可涵蓋所需之一高頻操作頻帶。在此情況下，該天線元件可以達成多頻操作，同時，由於該天線元件之該低頻輻射部之共振長度被大幅降低(例如：該低頻輻射部之共振長度係小於該高頻輻射部之共振長度)，該天線元件之整體尺寸將可以有效地縮小，並能應用於各種小型化之行動通訊裝置。
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
11‧‧‧天線元件
110‧‧‧第一輻射部
111‧‧‧第二輻射部
12‧‧‧第一電流路徑
13‧‧‧第二電流路徑
14‧‧‧匹配電路
15‧‧‧訊號源

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，其中該天線元件包括：一第一輻射部，提供一第一電流路徑，並操作於一第一頻帶；以及一第二輻射部，提供一第二電流路徑，並操作於一第二頻帶；其中，該第二頻帶之頻率係高於該第一頻帶之頻率，而該第二電流路徑之長度係大於該第一電流路徑之長度；其中該第一電流路徑之長度係小於該第一頻帶之最低頻率之0.1倍波長。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一輻射部係耦接至一匹配電路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之通訊裝置，其中該匹配電路包括至少一帶通電路。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二輻射部為一單極天線。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一輻射部係大致與該第二輻射部分離。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一輻射部、該第二輻射部，以及該接地元件均形成於一介質基板上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之通訊裝置，其中該介質基板為一可彎曲介質基板。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一輻射部大致為一矩形或者一倒L形。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一輻射部大致係由該第二輻射部和該接地元件所包圍。
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