TWI658649B - 無線電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種無線電子裝置，包括接地面、第一天線元件、第一延伸元件、第一切換元件與多個阻抗元件。接地面包括相對的第一邊緣與第二邊緣。第一天線元件鄰近第一邊緣。第一延伸元件鄰近第二邊緣。第一切換元件電性連接第一延伸元件。所述多個阻抗元件電性連接在第一切換元件與接地端之間。第一切換元件響應於第一天線元件的操作頻段將第一延伸元件連接至所述多個阻抗元件之其一。

Description

無線電子裝置
本發明是有關於一種無線電子裝置，且特別是有關於一種包括天線元件與延伸元件的無線電子裝置。
隨著智聯網(Internet of Beings，簡稱IoB)時代的來臨，各式各樣的無線電子裝置(例如：寵物追蹤器、空氣監測器)也因應而生。一般而言，為了提升無線電子裝置中之天線元件的輻射特性，無線電子裝置所需之接地面的等效長度約為天線元件之共振頻率的1/4波長。然而，在微型化的設計需求下，無線電子裝置往往無法滿足天線元件在各個頻段下的接地需求。例如，就操作在GSM850頻段的寵物追蹤器而言，天線元件之共振頻率(例如，850MHz)的1/4波長約為88mm。然而，由於寵物追蹤器的尺寸約為40x50x10 mm 3，因此寵物追蹤器中之接地面的最大長度(亦即，50mm)往往小於天線元件之共振頻率的1/4波長(亦即，88mm)，進而導致寵物追蹤器無法滿足天線元件的接地需求，從而降低天線元件在GSM850頻段下的輻射特性。
本發明提供一種無線電子裝置，可透過第一切換元件的切換，致使第一延伸元件透過多個阻抗元件之其一電性連接至接地面。藉此，將可提升第一天線元件在多個頻段下的輻射特性。
本發明的無線電子裝置，包括接地面、第一天線元件、第一延伸元件、第一切換元件與多個阻抗元件。接地面包括相對的第一邊緣與第二邊緣。第一天線元件鄰近第一邊緣。第一延伸元件鄰近第二邊緣。第一切換元件電性連接第一延伸元件。所述多個阻抗元件電性連接在第一切換元件與接地端之間。第一切換元件響應於第一天線元件的操作頻段將第一延伸元件連接至所述多個阻抗元件之其一。
在本發明的一實施例中，當上述的第一天線元件操作在第一頻段時，第一延伸元件透過第一切換元件電性連接至所述多個阻抗元件中的第一阻抗元件，且第一延伸元件與第一阻抗元件用以提升第一天線元件在第一頻段的輻射特性。
在本發明的一實施例中，當上述的第一天線元件操作在第二頻段時，第一延伸元件透過第一切換元件電性連接至所述多個阻抗元件中的第二阻抗元件，且第一延伸元件與第二阻抗元件用以提升第一天線元件在第二頻段的輻射特性。
基於上述，本發明的無線電子裝置中的第一切換元件可響應於第一天線元件的操作頻段將第一延伸元件連接至多個阻抗元件之其一。藉此，無線電子裝置將可利用第一延伸元件與所述多個阻抗元件來提升第一天線元件在多個頻段下的輻射特性。
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。
圖1是依照本發明一實施例的無線電子裝置的示意圖，且圖2是用以說明圖1之第一延伸元件與電子電路的示意圖。如圖1所示，無線電子裝置100包括接地面110、第一天線元件120、第一延伸元件130、電子電路140與基板150，且如圖2所示，電子電路140包括第一切換元件210、多個阻抗元件(例如，第一阻抗元件220、第二阻抗元件230)。其中，接地面110設置在基板150上，並包括第一至第四邊緣111~114。第一邊緣111相對於第二邊緣112。第三邊緣113與第四邊緣114彼此相對，並位在第一邊緣111與第二邊緣112之間。
在整體配置上，第一天線元件120鄰近接地面110的第一邊緣111。第一延伸元件130鄰近接地面110的第二邊緣112。換言之，第一天線元件120與第一延伸元件130位在接地面110的相對兩側。此外，第一天線元件120與第一延伸元件130皆鄰近接地面110的第四邊緣114。另一方面，所述多個阻抗元件(例如，第一阻抗元件220、第二阻抗元件230)電性連接在第一切換元件210與接地端之間，且所述接地端與接地面110電性相連。
在操作上，第一切換元件210可響應於第一天線元件120的操作頻段將第一延伸元件130連接至所述多個阻抗元件之其一。藉此，第一延伸元件130將可利用不同的阻抗元件形成不同等效長度的共振路徑，進而可依據第一天線元件120的操作頻段來補償接地面110的等效長度。如此一來，無線電子裝置100將可針對第一天線元件120在不同操作頻段下的輻射特性(例如，輻射效率、操作頻寬)進行調整，從而可提升第一天線元件120在不同操作頻段下的輻射特性。
舉例來說，如圖2所示，第一切換元件210包括第一至第三接腳211~213，且第一切換元件210受控於第一控制資訊S2。此外，在圖1實施例中，第一天線元件120可涵蓋或是操作在第一頻段與第二頻段。具體而言，第一天線元件120可例如是倒F型天線(inverted-F antenna)，並包括饋入部121、短路部122與輻射部123。其中，輻射部123電性連接短路部122與饋入部121，且短路部122電性連接至接地面110。饋入部121與輻射部123可形成第一與第二共振路徑。第一天線元件120可透過第一共振路徑操作在第一頻段，並可透過第二共振路徑操作在第二頻段。雖然圖1列舉了第一天線元件120的實施型態，但其並非用以限定本發明。例如，第一天線元件120也可例如是單極天線(monopole antenna)、平面倒F型天線或是其它任意型態的天線。
當第一天線元件120操作在第一頻段時，亦即當第一天線元件120具有第一共振頻率時，第一切換元件210可依據第一控制資訊S2將第一接腳211電性連接至第二接腳212。此時，第一延伸元件130可透過第一切換元件210電性連接至第一阻抗元件220。藉此，第一延伸元件130與第一阻抗元件220可用以延長或是調整接地面110的等效長度，從而提升第一天線元件120在第一頻段的輻射特性。例如，第一延伸元件130、第一阻抗元件220與接地面110可形成至少一共振路徑，且所述共振路徑的長度約為第一共振頻率的1/4波長。換言之，無線電子裝置100可利用第一延伸元件130與第一阻抗元件220來滿足第一天線元件120在第一頻段下的接地需求，從而提升第一天線元件120在第一頻段的輻射特性。
當第一天線元件120操作在第二頻段時，亦即當第一天線元件120具有第二共振頻率時，第一切換元件210可依據第一控制資訊S2將第一接腳211電性連接至第三接腳213。此時，第一延伸元件130可透過第一切換元件210電性連接至第二阻抗元件230。藉此，第一延伸元件130與第二阻抗元件230可用以延長或是調整接地面110的等效長度，從而提升第一天線元件120在第二頻段的輻射特性。例如，第一延伸元件130、第二阻抗元件230與接地面110可形成至少一共振路徑，且所述共振路徑的長度約為第二共振頻率的1/4波長。換言之，無線電子裝置100可利用第一延伸元件130與第二阻抗元件230來滿足第一天線元件120在第二頻段下的接地需求，從而提升第一天線元件120在第二頻段的輻射特性。
更進一步來看，第一頻段(例如，GSM850頻段)的頻率小於第二頻段(例如，GSM900頻段)的頻率，第一阻抗元件220可為0歐姆的電阻R2，且第二阻抗元件230可為電容C2。舉例來說，圖3是依照本發明一實施例之第一天線元件的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，簡稱VSWR)的示意圖，其中曲線310為第一天線元件120在第一切換元件210為第一狀態下的電壓駐波比，且曲線320為第一天線元件120在第一切換元件210為第二狀態下的電壓駐波比。
如曲線310所示，當第一切換元件210切換至第一狀態時，亦即當第一切換元件210的第一接腳211與第二接腳212電性相連時，第一天線元件120可涵蓋第一頻段(例如，GSM850頻段)以及第一頻段的倍頻頻段。此外，第一天線元件120在第一頻段(例如，GSM850頻段)下的天線效率可達-8.51dBi。值得注意的是，在未設置第一切換元件210與所述多個阻抗元件的情況下，第一天線元件120在第一頻段(例如，GSM850頻段)下的天線效率約為-12.71dBi。換言之，第一延伸元件130與第一阻抗元件220可將第一天線元件120在第一頻段(例如，GSM850頻段)下的天線效率提升4.2dBi。
如曲線320所示，當第一切換元件210切換至第二狀態時，亦即當第一切換元件210的第一接腳211與第三接腳213電性相連時，第一天線元件120可涵蓋第二頻段(例如，GSM900頻段)以及第二頻段的倍頻頻段。此外，第一天線元件120在第二頻段(例如，GSM900頻段)下的天線效率可達-7.81dBi。值得注意的是，在未設置第一切換元件210與所述多個阻抗元件的情況下，第一天線元件120在第二頻段(例如，GSM900頻段)下的天線效率約為-15.7dBi。換言之，第一延伸元件130與第二阻抗元件230可將第一天線元件120在第二頻段(例如，GSM900頻段)下的天線效率提升7.89dBi。
值得一提的是，第一延伸元件130也可具有天線的功能。舉例來說，圖4是用以說明圖1之第一延伸元件與電子電路的另一示意圖。如圖4所示，無線電子裝置100中的電子電路140更包括收發器410與第二切換元件420，且第一切換元件210更包括第四接腳214與第五接腳215。
具體而言，第二切換元件420受控於第二控制資訊S4，並包括第一至第四接腳421~424。其中，第一接腳421電性連接收發器410。第二接腳422處於浮置(floating)狀態。第三接腳423電性連接第一延伸元件130的第一端131。第四接腳424電性連接第一延伸元件130的饋入點133。其中，饋入點133位在第一延伸元件130的第一端131與第二端132之間。另一方面，第一切換元件210的第四接腳214電性連接至接地端，且第一切換元件210的第五接腳215處於浮置狀態。
在操作上，當第一天線元件120操作在第一頻段或是第二頻段時，第二切換元件420可依據第二控制資訊S4將第一接腳421電性連接至第二接腳422。此時，第一切換元件210可依據第一控制資訊S2將第一接腳211電性連接至第二接腳212或是第三接腳213，以致使第一延伸元件130可用以補償第一天線元件120在第一頻段與第二頻段的接地需求。另一方面，當第一天線元件120不操作在第一頻段與第二頻段時，第一切換元件210可依據第一控制資訊S2將第一延伸元件130的第二端132連接至接地端或是維持在浮置狀態，且第二切換元件420可依據第二控制資訊S4將第一接腳421連接至第三接腳423或是第四接腳424。藉此，第一延伸元件130將可具有不同的天線架構，從而可用以接收或是發射電磁波。
舉例來說，第一切換元件210可依據第一控制資訊S2將第一接腳211電性連接至第四接腳214或是第五接腳215，以將第一延伸元件130的第二端132電性連接至接地端或是維持在浮置狀態。當第一延伸元件130的第二端132透過第一切換元件210維持在浮置狀態，且第二切換元件420的第一接腳421與第三接腳423電性相連時，第一延伸元件130具有單極天線結構，且收發器410可透過第二切換元件420將饋入訊號傳送至第一延伸元件130的第一端131。
當第一延伸元件130的第二端132透過第一切換元件210電性連接至接地端，且第二切換元件420的第一接腳421與第三接腳423電性相連時，第一延伸元件130具有環圈天線(loop antenna)結構，且收發器410可透過第二切換元件420將饋入訊號傳送至第一延伸元件130的第一端131。當第一延伸元件130的第二端132透過第一切換元件210電性連接至接地端，且第二切換元件420的第一接腳421與第四接腳424電性相連時，第一延伸元件具有倒F型天線結構，且收發器410可透過第二切換元件420將饋入訊號傳送至第一延伸元件130的饋入點133。
值得一提的是，在另一實施例中，第一天線元件120除了可涵蓋第一頻段與與第二頻段以外，更可涵蓋其它的頻段。此外，無線電子裝置100除了可利用第一延伸元件130來補償第一天線元件120在第一頻段與與第二頻段的接地需求以外，更可利用其它的延伸元件或/與天線元件來補償第一天線元件120在其它頻段的接地需求。
舉例來說，圖5是依照本發明另一實施例的無線電子裝置的示意圖。與圖1實施例相較之下，圖5之無線電子裝置500中的第一天線元件510更可操作於第三頻段，且無線電子裝置500更包括第二延伸元件520。
具體而言，第一天線元件510鄰近接地面110的第一邊緣111與第四邊緣114，並電性連接至訊號源530。第二延伸元件520鄰近接地面110的第二邊緣112與第三邊緣113，並電性連接至接地面110。在操作上，第一天線元件510除了可透過第一與第二共振路徑分別操作在第一與第二頻頻段以外，更可透過第三共振路徑操作在第三頻段。此外，當第一天線元件510操作在第三頻段時，亦即當第一天線元件510具有第三共振頻率時，第二延伸元件520可用以延長接地面110的等效長度。例如，第二延伸元件520與接地面110可形成至少一共振路徑，且所述共振路徑的長度約為第三共振頻率的1/4波長。藉此，第二延伸元件520將可用以調整並提升第一天線元件520在第三頻段的輻射特性。
與圖1實施例相似地，無線電子裝置500中的第一延伸元件130與電子電路140可如圖2實施例或是圖4實施例所示。換言之，當第一天線元件510操作在第一頻段或是第二頻段時，無線電子裝置500可利用第一延伸元件130來調整接地面110的等效長度，以藉此提升第一天線元件510在第一頻段與第二頻段的輻射特性。此外，當第一天線元件510不操作在第一頻段與第二頻段時，第一延伸元件130更可具有天線的功能。至於圖5實施例中各元件的細部配置與操作已包含在上述各實施例中，故在此不予贅述。
圖6是依照本發明又一實施例的無線電子裝置的示意圖。與圖1實施例相較之下，圖6之無線電子裝置600中的第一天線元件610更可操作於第三頻段，且無線電子裝置600更包括第二天線元件620。
具體而言，第一天線元件610鄰近接地面110的第一邊緣111與第四邊緣114，並電性連接至訊號源630。第二天線元件620鄰近接地面110的第三邊緣113。此外，第二天線元件620為倒F型天線，並包括饋入部621、短路部622與輻射部623。其中，輻射部623電性連接饋入部621與短路部622，且短路部622電性連接至接地面110。在操作上，當第一天線元件610操作在第三頻段時，亦即當第一天線元件610具有第三共振頻率時，第二天線元件620中的短路部622與輻射部623可用以延長接地面110的等效長度。例如，短路部622、輻射部623與接地面110可形成至少一共振路徑，且所述共振路徑的長度約為第三共振頻率的1/4波長。藉此，第二天線元件620中的短路部622與輻射部623將可用以調整並提升第一天線元件610在第三頻段的輻射特性。
與圖1實施例相似地，無線電子裝置600中的第一延伸元件130與電子電路140可如圖2實施例或是圖4實施例所示。換言之，當第一天線元件610操作在第一頻段或是第二頻段時，無線電子裝置600可利用第一延伸元件130來調整接地面110的等效長度，以藉此提升第一天線元件610在第一頻段與第二頻段的輻射特性。此外，當第一天線元件610不操作在第一頻段與第二頻段時，第一延伸元件130更可具有天線的功能。至於圖6實施例中各元件的細部配置與操作已包含在上述各實施例中，故在此不予贅述。
綜上所述，本發明之無線電子裝置中的第一切換元件可響應於第一天線元件的操作頻段將第一延伸元件連接至多個阻抗元件之其一。藉此，當第一天線元件操作在第一頻段或是第二頻段時，無線電子裝置將可利用第一延伸元件與所述多個阻抗元件來提升第一天線元件在第一頻段與第二頻段的輻射特性。此外，當第一天線元件操作在第三頻段時，無線電子裝置更可利用第二延伸元件或是第二天線元件來提升第一天線元件在第三頻段的輻射特性。再者，第一延伸元件除了可用以調整接地面的等效長度以外，更可響應於第一切換元件與第二切換元件的切換而具有不同的天線結構，從而具有天線的功能。
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。
100、500、600‧‧‧無線電子裝置
110‧‧‧接地面
111~114‧‧‧第一至第四邊緣
120、510、610‧‧‧第一天線元件
121‧‧‧第一天線元件的饋入部
122‧‧‧第一天線元件的短路部
123‧‧‧第一天線元件的輻射部
130‧‧‧第一延伸元件
140‧‧‧電子電路
150‧‧‧基板
210‧‧‧第一切換元件
211~215‧‧‧第一切換元件的第一至第五接腳
220‧‧‧第一阻抗元件
230‧‧‧第二阻抗元件
S2‧‧‧第一控制資訊
310~320‧‧‧曲線
410‧‧‧收發器
420‧‧‧第二切換元件
421~424‧‧‧第二切換元件的第一至第四接腳
S4‧‧‧第二控制資訊
520‧‧‧第二延伸元件
530、630‧‧‧訊號源
620‧‧‧第二天線元件
621‧‧‧第二天線元件的饋入部
622‧‧‧第二天線元件的短路部
623‧‧‧第二天線元件的輻射部
圖1是依照本發明一實施例的無線電子裝置的示意圖。 圖2是用以說明圖1之第一延伸元件與電子電路的示意圖。 圖3是依照本發明一實施例之第一天線元件的電壓駐波比的示意圖。 圖4是用以說明圖1之第一延伸元件與電子電路的另一示意圖。 圖5是依照本發明另一實施例的無線電子裝置的示意圖。 圖6是依照本發明又一實施例的無線電子裝置的示意圖。

Claims (7)

  1. 一種無線電子裝置，包括：一接地面，包括相對的一第一邊緣與一第二邊緣；一第一天線元件，鄰近該第一邊緣；一第一延伸元件，鄰近該第二邊緣；一第一切換元件，電性連接該第一延伸元件；以及多個阻抗元件，電性連接在該第一切換元件與一接地端之間，其中該第一切換元件響應於該第一天線元件的操作頻段將該第一延伸元件連接至該些阻抗元件之其一，當該第一天線元件操作在一第一頻段時，該第一延伸元件透過該第一切換元件電性連接至該些阻抗元件中的一第一阻抗元件，且該第一延伸元件與該第一阻抗元件用以提升該第一天線元件在該第一頻段的輻射特性，當該第一天線元件操作在一第二頻段時，該第一延伸元件透過該第一切換元件電性連接至該些阻抗元件中的一第二阻抗元件，且該第一延伸元件與該第二阻抗元件用以提升該第一天線元件在該第二頻段的輻射特性，該第一頻段的頻率小於該第二頻段的頻率，該第一阻抗元件為一電阻，且該第二阻抗元件為一電容。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無線電子裝置，更包括：一收發器；以及一第二切換元件，包括電性連接該收發器的一第一接腳、處於一浮置狀態的一第二接腳、電性連接該第一延伸元件之第一端的一第三接腳以及電性連接該第一延伸元件之一饋入點的一第四接腳，其中當該第一天線元件操作在該第一頻段或是該第二頻段時，該第一接腳與該第二接腳電性相連，且當該第一天線元件不操作在該第一頻段與該第二頻段時，該第一切換元件依據一第一控制資訊將該第一延伸元件的第二端電性連接至該接地端或是維持在該浮置狀態，且該第二切換元件依據一第二控制資訊將該第一接腳電性連接至該第三接腳或是該第四接腳。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的無線電子裝置，其中當該第一延伸元件的第二端維持在該浮置狀態，且該第二切換元件的該第一接腳與該第三接腳電性相連時，該第一延伸元件具有一單極天線結構。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的無線電子裝置，其中當該第一延伸元件的第二端電性連接至該接地端，且該第二切換元件的該第一接腳與該第三接腳電性相連時，該第一延伸元件具有一環圈天線結構。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的無線電子裝置，其中當該第一延伸元件的第二端電性連接至該接地端，且該第二切換元件的該第一接腳與該第四接腳電性相連時，該第一延伸元件具有一倒F型天線結構。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的無線電子裝置，其中該接地面更包括位在該第一邊緣與該第二邊緣之間的一第三邊緣，且該無線電子裝置更包括：一第二延伸元件，鄰近該第二邊緣與該第三邊緣，並電性連接該接地面，且該第二延伸元件用以調整該第一天線元件在一第三頻段的輻射特性。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的無線電子裝置，其中該接地面更包括位在該第一邊緣與該第二邊緣之間的一第三邊緣，且該無線電子裝置更包括：一第二天線元件，鄰近該第三邊緣，並包括一饋入部、一短路部與一輻射部，其中該輻射部電性連接該饋入部與該短路部，該短路部電性連接至該接地面，且該短路部與該輻射部用以調整該第一天線元件在一第三頻段的輻射特性。
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