TWI617091B - 通訊裝置及其天線元件 - Google Patents

Abstract

一種通訊裝置具有一接地面及至少一個雙天線元件，接地面具有一第一邊緣，並位於一第一平面，雙天線元件位於一第二平面，並鄰近第一邊緣，第二平面大致垂直於第一平面，並與第一平面相交於一第一直線，第二平面由第一直線分隔為一第一半平面及一第二半平面，雙天線元件包括一第一天線及一第二天線。第一天線位於第一半平面，第一天線具有一第一饋入部及一第一輻射部，第一饋入部電容耦合連接至第一輻射部，第一輻射部具有一第一短路點電氣連接至接地面，第二天線位於第二半平面，第二天線具有一第二饋入部及一第二輻射部，第二饋入部電容耦合連接至第二輻射部，第二輻射部具有一第二短路點電氣連接至接地面。其中，第一天線於第一直線具有一第一投影，第二天線於第一直線具有一第二投影，第一投影與第二投影具有一重疊區間，第一短路點及第二短路點為重疊區間所涵蓋。

Description

通訊裝置及其天線元件

本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種具有至少一個雙天線元件的通訊裝置，且雙天線元件具有小尺寸且高隔離度，適用於多輸入多輸出(MIMO,Multiple-input,Multiple-output)系統操作。

多輸入多輸出(MIMO)系統具有提高頻譜效率，大幅增加通道容量及數據傳輸速率，為目前第四代(4G)及未來應用於第五代(5G)行動通訊的技術重點。不過在MIMO系統中，惟有當使用者終端天線數目至少相同於基站端發射天線數目時，頻譜效率才能夠大幅提升，例如：在4x4 MIMO系統操作下，頻譜效率可以達到約19bps/Hz(20dB訊雜比條件)，為目前4G手機雙天線的2倍，且若使用者終端天線數目大於基站端發射天線數目時(例如：8x4 MIMO)，訊號傳輸的可靠度及穩定性更可以提升。然而如何於終端裝置很有限的空間中實現多天線系統，同時每一個天線具有高隔離度及良好的天線效率卻是一個極大挑戰，也是目前有待解決的一個重要課題。

本發明的目的在於提供一種通訊裝置(例如：智慧型手機、 平板電腦等)及其天線元件，特別是天線元件為至少一雙天線元件，雙天線元件具有小尺寸，且其中每一個天線具有高隔離度以及良好的天線效率，適合應用於MIMO系統操作，而利用多個雙天線元件，可以方便得到多天線之配置，例如：當配置2個雙天線元件，即可以達成4天線系統應用於4x4 MIMO系統操作，而配置4個雙天線元件，即可以達成8天線系統應用於8x8 MIMO系統操作，可以達成大幅增加通道容量及數據傳輸速率。

為達成上述之目的，本發明提供一種通訊裝置，通訊裝置具有一接地面及至少一個雙天線元件，接地面具有一第一邊緣，並位於一第一平面，雙天線元件位於一第二平面，並鄰近第一邊緣，第二平面大致垂直於第一平面，並與第一平面相交於一第一直線，第二平面由第一直線分隔為一第一半平面及一第二半平面。雙天線元件包括一第一天線及一第二天線，第一天線位於第一半平面，第一天線具有一第一饋入部及一第一輻射部，第一饋入部電容耦合連接至第一輻射部，第一輻射部具有一第一短路點電氣連接至接地面，第二天線位於第二半平面，第二天線具有一第二饋入部及一第二輻射部，第二饋入部電容耦合連接至第二輻射部，第二輻射部具有一第二短路點電氣連接至接地面。其中，第一饋入部及第二饋入部分別電氣連接至位於接地面上之不同訊號源，且第一天線於第一直線具有一第一投影，第二天線於第一直線具有一第二投影，第一投影與第二投影具有一重疊區間，第一短路點及第二短路點為重疊區間所涵蓋。

在本發明之雙天線元件中，由於第一投影與第二投影具有重疊區間，亦即雙天線元件可以降低沿著第一邊緣之長度，達成其尺寸之縮小。而第一短路點及第二短路點為重疊區間所涵蓋，可以使得第一短路點 及第二短路點位於雙天線元件之內部，因此，當第一天線之第一輻射部被激發時，接地面上之表面電流可以經由第二短路點引導至第二輻射部，而因為第二輻射部與第二饋入部之間具有一電容耦合之間隙，使得被引導之表面電流不會進入第二饋入部，而降低雙天線之間的耦合，亦即增加雙天線之間的隔離度。同樣地，當第二天線之第二輻射部被激發時，接地面上之表面電流可以經由第一短路點引導至第一輻射部，而因為第一輻射部與第一饋入部之間具有一電容耦合之間隙，使得被引導之表面電流不會進入第一饋入部，而降低雙天線之間的耦合，亦即增加雙天線之間的隔離度。

因此，在本發明雙天線元件中，第一天線之電容耦合之間隙一方面用於激發第一天線，同時用於第二天線被激發時之表面電流引導路徑，而第二天線之電容耦合之間隙一方面用於激發第二天線，同時亦用於第一天線被激發時之表面電流引導路徑。雙天線元件因此可以在小尺寸的結構下得到高隔離度，而增加天線輻射效率。

此外，雙天線元件可以為一平面結構形成於一介質基板上，亦可以配置於通訊裝置之一側邊邊框之一表面上，特別是側邊邊框之一內側表面上，使得雙天線元件與通訊裝置之邊框結構緊密結合，進一步縮小雙天線元件占用通訊裝置內部之空間。

另外，值得注意的是，雙天線元件中之第一及第二天線操作於相同頻帶，例如：3.5GHz頻帶(3.4~3.6GHz)，該頻帶於2015年11月世界無線電通訊會議(WRC-15,World Radio-Communication Conference)通過為下世代寬頻行動通訊系統的應用頻段。而在本發明之一實施例中，在雙天線元件為一平面結構，其尺寸僅為7×10mm²，配置於一通訊裝置之側邊邊 框表面上，可以涵蓋3.4~3.6GHz頻帶，此時雙天線元件沿著側邊邊框之長度僅為10mm，約為3.5GHz頻帶之最小頻率(3.4GHz)之0.11倍波長，而高度僅為7mm，適合配置於一薄型之通訊裝置，且在頻帶內，天線間之傳輸係數均小於-10dB，天線效率介於50~65%之間，天線間之封包相關係數(ECC,Envelope Correlation Coefficient)均小於0.1，適合應用於MIMO系統之操作。

1‧‧‧通訊裝置

10‧‧‧接地面

101‧‧‧第一邊緣

11,44,55‧‧‧雙天線元件

12‧‧‧第一平面

13‧‧‧第二平面

131‧‧‧第一半平面

132‧‧‧第二半平面

14‧‧‧第一直線

15,45,56‧‧‧第一天線

151,451,561‧‧‧第一饋入部

152,452,562‧‧‧第一輻射部

153,453,563‧‧‧第一短路點

154‧‧‧第一投影

16,46,57‧‧‧第二天線

161,461,571‧‧‧第二饋入部

162,462,572‧‧‧第二輻射部

163,463,573‧‧‧第二短路點

164‧‧‧第二投影

61‧‧‧第一頻帶

62‧‧‧第三實施例之第一天線的反射係數曲線

63‧‧‧第三實施例之第二天線的反射係數曲線

71‧‧‧第三實施例之第一與第二天線的傳輸係數曲線

81‧‧‧第三實施例之第一天線的天線效率曲線

82‧‧‧第三實施例之第二天線的天線效率曲線

91‧‧‧第三實施例之第一與第二天線的封包相關係數曲線

第1圖為本發明之通訊裝置之一實施例結構圖。

第2圖為本發明之雙天線元件之一第一實施例結構圖。

第3圖為本發明之第一實施例之第一及第二天線於第一直線之投影圖。

第4圖為本發明之雙天線元件之一第二實施例結構圖。

第5圖為本發明之雙天線元件之一第三實施例結構圖。

第6圖為本發明之第三實施例之反射係數結果圖。

第7圖為本發明之第三實施例之傳輸係數結果圖。

第8圖為本發明之第三實施例之天線效率結果圖。

第9圖為本發明之第三實施例之封包相關係數結果圖。

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圖為本發明之通訊裝置之一實施例結構圖，而第2圖為本發明之雙天線元件之一第一實施例結構圖。一通訊裝置1具有一接地面10及至少一個雙天線元件11，接地面10具有一第一邊緣101，並位於一第一平面12，雙天線元件11位於一第二平面13，並鄰近第一邊緣101，第二平面13大致垂直於第一平面12，並與第一平面12相交於一第一直線14，第二平面13由第一直線14分隔為一第一半平面131及一第二半平面132。雙天線元件11包括一第一天線15及一第二天線16，第一天線15位於第一半平面131，第一天線15具有一第一饋入部151及一第一輻射部152，第一饋入部151電容耦合連接至第一輻射部152，第一輻射部152具有一第一短路點153電氣連接至接地面10，第二天線16位於第二半平面132，第二天線16具有一第二饋入部161及一第二輻射部162，第二饋入部161電容耦合連接至第二輻射部162，第二輻射部162具有一第二短路點163電氣連接至接地面10。值得注意的是，本實施例之第一天線15之第一饋入部151與第一輻射部152之間具有一電容耦合之間隙，可以用於電容耦合激發第一天線15，同時，可預期的是，接地面上被激發之表面電流可以經由第二短路點163被引導至第二輻射部162，再者，由於第二輻射部162與第二饋入部161之間亦有一電容耦合之間隙，因此被引導至第二輻射部162之表面電流將不會進入第二饋入部161，可以有效降低雙天線之間的耦合量，得到高隔離度的表現。同樣地，本實施例 之第二天線16之第二饋入部161與第二輻射部162之間具有一電容耦合之間隙，可以用於電容耦合激發第二天線16，同時，可預期接地面上被激發之表面電流可以經由第一短路點153被引導至第一輻射部152，而由於第一輻射部152與第一饋入部151之間之間隙，因此被引導至第一輻射部152之表面電流將不會進入第一饋入部151，可以有效降低雙天線之間的耦合量，得到高隔離度的表現。

第3圖為本發明之第一實施例之第一及第二天線於第一直線之投影圖，第一天線15於第一直線14具有一第一投影154，第二天線16於第一直線14具有一第二投影164，第一投影154與第二投影164具有一重疊區間，亦即雙天線元件11沿著第一直線14之長度可以有效降低，達到小型化雙天線元件的設計。

第4圖為本發明之雙天線元件之一第二實施例結構圖，第二實施例基本上與第一實施例相似，惟其第一天線45之第一饋入部451、第一輻射部452及第一短路點453為第二天線46完全涵蓋，而第二天線46之第二饋入部461、第二輻射部462及第二短路點463為第一天線45完全涵蓋，使得雙天線元件之尺寸可以更為縮小。在此相似結構下，第二實施例亦可達成與第一實施例相似之功效。

第5圖為本發明之雙天線元件之一第三實施例結構圖，第三實施例之第一天線56之第一短路點563與第二天線57之第二短路點573之位置與第一實施例不同，第一短路點563可配置於第一天線56之第一饋入部561與第二天線57之第二短路點573之間，而第二短路點573可配置於第二天線57之第二饋路部571與第一天線56之第一短路點563之間，使得雙天線元 件之尺寸可進一步達到縮小化的特色，其他結構與與第一實施例相同。在此相似結構下，第三實施例亦可達成與第一實施例相似之功效。

第6圖為本發明之第三實施例之反射係數結果圖，在此實施例中，通訊裝置之接地面尺寸約為150×75mm²，雙天線元件之尺寸僅為7×10mm²，配置於通訊裝置之側邊邊框之一表面上。其中，雙天線元件中之第一天線56之反射係數62及第二天線57之反射係數63，可以操作於第一頻帶61。第一頻帶61可以涵蓋3.5-GHz頻帶(3.4~3.6GHz)之操作。

第7圖為本發明之第三實施例之傳輸係數結果圖，第一天線與第二天線之間的傳輸係數71於第一頻帶內小於-10dB，因此雙天線元件之間的傳輸係數於第一頻帶61內能有良好的隔離度。

第8圖為本發明之第三實施例之天線效率結果圖，天線效率曲線81為第一天線操作於3.4~3.6GHz頻帶之效率，天線效率曲線82為第二天線操作於3.4~3.6GHz頻帶之效率，第一與第二天線均在50~65%之間。由結果可知，雙天線元件11在第一頻帶內具有良好的天線效率，具有實際應用之價值。

第9圖為本發明之第三實施例之封包相關係數結果圖，第一天線與第二天線之間的封包相關係數91於第一頻帶內小於0.1，因此雙天線之遠場輻射場型於第一頻帶61內具有獨立的特性，適合於多輸入多輸出系統操作。

本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，且上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

Claims (5)

1. 一種通訊裝置，該通訊裝置具有一接地面及至少一個雙天線元件，該接地面具有一第一邊緣，並位於一第一平面，該雙天線元件位於一第二平面，並鄰近該第一邊緣，該第二平面大致垂直於該第一平面，並與該第一平面相交於一第一直線，該第二平面由該第一直線分隔為一第一半平面及一第二半平面，該雙天線元件包括：一第一天線，位於該第一半平面，該第一天線具有一第一饋入部及一第一輻射部，該第一饋入部電容耦合連接至該第一輻射部，該第一輻射部具有一第一短路點電氣連接至該接地面；及一第二天線，位於該第二半平面，該第二天線具有一第二饋入部及一第二輻射部，該第二饋入部電容耦合連接至該第二輻射部，該第二輻射部具有一第二短路點電氣連接至該接地面；其中，該第一天線於該第一直線具有一第一投影，該第二天線於該第一直線具有一第二投影，該第一投影與該第二投影具有一重疊區間，該第一短路點及該第二短路點為該重疊區間所涵蓋。
2. 如專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一饋入部及該第二饋入部分別電氣連接至位於該接地面上之不同訊號源。
3. 如專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一天線與該第二天線操作於一相同頻帶。
4. 如專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該雙天線元件為一平面結構形成於一介質基板上。
5. 如專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該雙天線元件位於該通訊裝置之 一側邊邊框之一表面上。