TWI793867B

TWI793867B - 通訊裝置

Info

Publication number: TWI793867B
Application number: TW110143114A
Authority: TW
Inventors: 許源佳; 葉錦龍
Original assignee: 啓碁科技股份有限公司
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-02-21
Also published as: TW202322463A; US20230163470A1

Abstract

一種通訊裝置，包括：一第一接地元件、一第二接地元件、一第三接地元件、一第一信號導體、一第二信號導體、一諧振電路，以及一介質基板。第一信號導體係設置於第一接地元件和第二接地元件之間。第二信號導體係設置於第二接地元件和第三接地元件之間。第一信號導體係經由諧振電路耦接至第一接地元件。介質基板具有相對之一第一表面和一第二表面，其中第一接地元件、第二接地元件、第三接地元件、第一信號導體，以及第二信號導體皆設置於介質基板之第一表面上。諧振電路係用於提升第一信號導體和第二信號導體於一目標頻帶內之隔離度。

Description

通訊裝置

本發明係關於一種通訊裝置，特別係關於一種可提高隔離度(Isolation)之通訊裝置。

隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850 MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

天線(Antenna)為支援無線通訊之行動裝置中之常用元件。然而，由於行動裝置內部空間狹小，各個天線及其傳輸線之配置往往極為接近，容易互相干擾。因此，有必要提出一種全新的解決方案，以改良傳統設計中隔離度(Isolation)不佳之問題。

在較佳實施例中，本發明提出一種通訊裝置，包括：一第一接地元件；一第二接地元件；一第三接地元件；一第一信號導體，設置於該第一接地元件和該第二接地元件之間；一第二信號導體，設置於該第二接地元件和該第三接地元件之間；一諧振電路，其中該第一信號導體係經由該諧振電路耦接至該第一接地元件；以及一介質基板，具有相對之一第一表面和一第二表面，其中該第一接地元件、該第二接地元件、該第三接地元件、該第一信號導體，以及該第二信號導體皆設置於該介質基板之該第一表面上；其中該諧振電路係用於提升該第一信號導體和該第二信號導體於一目標頻帶內之隔離度。

在一些實施例中，該第一信號導體和該諧振電路係與該第一接地元件並聯耦接。

在一些實施例中，該目標頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。

在一些實施例中，該諧振電路包括串聯耦接之一電感元件和一電容元件。

在一些實施例中，該第一信號導體和該第二信號導體係與該第一接地元件、該第二接地元件，以及該第三接地元件完全分離。

在一些實施例中，該通訊裝置更包括：一系統接地面，設置於該介質基板之該第二表面上。

在一些實施例中，該通訊裝置更包括：一第一導電貫通元件，穿透該介質基板，其中該第一接地元件係經由該第一導電貫通元件耦接至該系統接地面；一第二導電貫通元件，穿透該介質基板，其中該第二接地元件係經由該第二導電貫通元件耦接至該系統接地面；以及一第三導電貫通元件，穿透該介質基板，其中該第三接地元件係經由該第三導電貫通元件耦接至該系統接地面。

在一些實施例中，該第一信號導體具有一第一饋入點，而該第二信號導體具有一第二饋入點。

在一些實施例中，該第一饋入點更耦接至一第一天線，而該第二饋入點更耦接至一第二天線。

在一些實施例中，該諧振電路具有耦接至該第一信號導體之一第一連接節點和耦接至該第一接地元件之一第二連接節點，而該第一連接節點係鄰近於該第一饋入點。

在一些實施例中，該第一連接節點和該第一饋入點之間距係介於0mil至100mil之間。

在一些實施例中，該電感元件包括：一蜿蜒導體，設置於該介質基板之該第一表面上。

在一些實施例中，該電感元件包括：一第一導體墊，設置於該介質基板之該第一表面上；一第二導體墊，設置於該介質基板之該第一表面上；一第三導體墊，設置於該介質基板之該第二表面上；一第四導體墊，設置於該介質基板之該第二表面上，並耦接至該第三導體墊；一第一連接貫通元件，穿透該介質基板，並耦接於該第一導體墊和該第三導體墊之間；以及一第二連接貫通元件，穿透該介質基板，並耦接於該第二導體墊和該第四導體墊之間。

在一些實施例中，該第一導體墊、該第二導體墊、該第三導體墊，以及該第四導體墊係各自呈現一圓形。

在一些實施例中，該第一連接貫通元件和該第二連接貫通元件係各自呈現一圓柱形。

在一些實施例中，該圓形之半徑係大致為該圓柱形之半徑之2倍。

在一些實施例中，該電容元件包括：一第一導體，設置於該介質基板之該第一表面上；以及一第二導體，設置於該介質基板之該第一表面上，並鄰近於該第一導體。

在一些實施例中，該第一導體和該第二導體係彼此交錯地排列。

在一些實施例中，該第一導體和該第二導體係彼此平行地排列。

在一些實施例中，該第一導體和該第二導體之間之形成一耦合間隙，而該耦合間隙之寬度係介於2mil至10mil之間。

為讓本發明之目的、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。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號或(且)標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例或(且)結構之間有特定的關係。

此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。

第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置100之俯視圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置100之剖面圖(沿第1A圖之一剖面線LC1)。請一併參考第1A、1B圖。通訊裝置100可以套用於一行動裝置(Mobile Device)，例如：一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。在第1圖之實施例中，通訊裝置100包括：一第一接地元件(Ground Element)110、一第二接地元件120、一第三接地元件130、一第一信號導體(Signaling Conductor)140、一第二信號導體150、一諧振電路(Resonant Circuit)160，以及一介質基板(Dielectric Substrate)170，其中第一接地元件110、第二接地元件120、第三接地元件130、第一信號導體140，以及第二信號導體150皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。必須理解的是，雖然未顯示於第1A、1B圖中，但通訊裝置100更可包括其他元件，例如：一處理器(Processor)、一觸控模組(Touch Control Panel)、一揚聲器(Speaker)、一供電模組(Power Supply Module)，或(且)一外殼(Housing)。

第一接地元件110、第二接地元件120，以及第三接地元件130皆可用於提供一接地電位VSS。第一信號導體140可大致呈現一直條形。第一信號導體140係設置於第一接地元件110和第二接地元件120之間。第二信號導體150可大致呈現另一直條形，其可與第一信號導體140大致互相平行。第二信號導體150係設置於第二接地元件120和第二接地元件130之間。在一些實施例中，第一信號導體140和第二信號導體150係與第一接地元件110、第二接地元件120，以及第三接地元件130皆完全分離。

第一信號導體140係經由諧振電路160耦接至第一接地元件110。在一些實施例中，第一信號導體140和諧振電路160係與第一接地元件110並聯耦接，但亦不僅限於此。必須注意的是，諧振電路160可用於提升第一信號導體140和第二信號導體150於一目標頻帶(Target Frequency Band)內之隔離度(Isolation)。亦即，在前述目標頻帶內，第一信號導體140和第二信號導體150不易發生互相干擾。

介質基板170可以是一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。介質基板170具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中第一接地元件110、第二接地元件120、第三接地元件130、第一信號導體140，以及第二信號導體150皆可設置於介質基板170之第一表面E1上。

以下將介紹通訊裝置之各種不同組態及細部結構特徵。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明。

第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置200之俯視圖。第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置200之剖面圖(沿第2A圖之一剖面線LC2)。第2A、2B圖和第1A、1B圖相似。在第2A、2B圖之實施例中，通訊裝置200更包括一系統接地面(System Ground Plane)280、一第一導電貫通元件(Conductive Via Element)291、一第二導電貫通元件292，以及一第三導電貫通元件293，其中系統接地面280可設置於介質基板170之第二表面E2上。第一導電貫通元件291可穿透介質基板170，其中第一接地元件110可經由第一導電貫通元件291耦接至系統接地面280。第二導電貫通元件292可穿透介質基板170，其中第二接地元件120可經由第二導電貫通元件292耦接至系統接地面280。第三導電貫通元件293可穿透介質基板170，其中第三接地元件130可經由第三導電貫通元件293耦接至系統接地面280。系統接地面280、第一導電貫通元件291、第二導電貫通元件292，以及第三導電貫通元件293之加入有助於減低通訊裝置200之傳輸損耗(Transmission Loss)。

第一信號導體140具有一第一端141和一第二端142，其中一第一饋入點(Feeding Point)FP1係位於第一信號導體140之第一端141處。第一饋入點FP1更可耦接至一第一天線(Antenna)281。第二信號導體150具有一第一端151和一第二端152，其中一第二饋入點FP2係位於第二信號導體150之第一端151處。第二饋入點FP2更可耦接至一第二天線282。另外，第一信號導體140之第二端142更可耦接至一第一射頻(Radio Frequency，RF)模組283，而第二信號導體150之第二端152更可耦接至一第二射頻模組284。例如，第一射頻模組283可經由第一信號導體140來激發第一天線281，而第二射頻模組284可經由第二信號導體150來激發第二天線282。

在第2A、2B圖之實施例中，通訊裝置200之一諧振電路260包括一電感元件(Inductive Element)262和一電容元件(Capacitive Element)264。詳細而言，諧振電路260具有耦接至第一信號導體140之一第一連接節點NC1，以及耦接至第一接地元件110之一第二連接節點NC2，其中電感元件262和電容元件264係串聯耦接於第一連接節點NC1和第二連接節點NC2之間。電感元件262和電容元件264之連接順序在本發明中並不特別作限制。在另一些實施例中，電感元件262和電容元件264兩者之位置亦可互相對調。必須注意的是，第一連接節點NC1係鄰近於第一饋入點FP1。本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：10mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置200之S參數(S-Parameter)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表S參數(dB)。若將第一饋入點FP1設定為一第一埠(Port 1)並將第二饋入點FP2設定為一第二埠(Port 2)，則其間之S21參數將如第3圖所示。根據第3圖之量測結果，藉由使用諧振電路260，第一信號導體140和第二信號導體150於一目標頻帶FB1內之隔離度可改善約36dB。例如，目標頻帶FB1可介於5150MHz至5850MHz之間，但亦不僅限於此。在一些實施例中，目標頻帶FB1之一中心頻率FC可如下列方程式(1)所述：

………………………………………(1) 其中「FC」代表中心頻率FC，「L」代表電感元件262之電感值(Inductance)，而「C」代表電容元件264之電容值(Capacitance)。

大致而言，第一信號導體140主要可用於傳送一第一頻帶內之信號，而第二信號導體150主要可用於傳送一第二頻帶內之信號。例如，前述第一頻帶可介於2400MHz至2500MHz之間，而前述第二頻帶可介於5150MHz至5850MHz之間，其中前述第二頻帶可與目標頻帶FB1互相重疊。由於諧振電路260可吸收目標頻帶FB1內之電流分佈，故本發明之通訊裝置200將可有效地避免第一信號導體140和第二信號導體150之間發生互相干擾(特別是在目標頻帶FB1內)。另外，根據實際量測結果，若第一連接節點NC1和第一饋入點FP1之間距D1介於0mil至100mil之間，則有助於進一步增強諧振電路260之隔離功效。第2A、2B圖之通訊裝置200之其餘特徵皆與第1A、1B圖之通訊裝置100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。接著，以下實施例將介紹電感元件262和電容元件264之各種可能之細部結構。

第4A圖係顯示根據本發明一實施例所述之電感元件410之俯視圖。在第4A圖之實施例中，電感元件410包括一蜿蜒導體(Meandering Conductor)420，其可設置於介質基板170之第一表面E1上。例如，蜿蜒導體420可包括複數個互相耦接之U字形部份。電感元件410具有一第一端點411和一第二端點412，其可分別位於蜿蜒導體420之二末端處。在元件尺寸方面，蜿蜒導體420之寬度W1可介於2mil至10mil之間，而蜿蜒導體420之間隙G1之寬度可介於2mil至10mil之間。

第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之電感元件450之立體圖。在第4B圖之實施例中，電感元件450包括：一第一導體墊(Conductive Pad)461、一第二導體墊462、一第三導體墊463、一第四導體墊464、一第一連接貫通元件(Connection Via Element)481，以及一第二連接貫通元件482。電感元件450具有一第一端點451和一第二端點452，其中第一端點451可位於第一導體墊461處，而第二端點452可位於第二導體墊462處。例如，第一導體墊461、第二導體墊462、第三導體墊463，以及第四導體墊464可各自呈現一圓形，其具有一半徑R1。第一導體墊461和第二導體墊462皆可設置於介質基板170之第一表面E1上，而第三導體墊463和第四導體墊464皆可設置於介質基板170之第二表面E2上，其中第四導體墊464更可耦接至第三導體墊463。例如，第一連接貫通元件481和第二連接貫通元件482可各自呈現一圓柱形，其具有一半徑R2。第一連接貫通元件481可穿透介質基板170，並可耦接於第一導體墊461和第三導體墊463之間。第二連接貫通元件482可穿透介質基板170，並可耦接於第二導體墊462和第四導體墊464之間。在元件尺寸方面，前述圓形之半徑R1可介於4mil至12mil之間，前述圓形之半徑R1可大致為前述圓柱形之半徑R2之2倍(亦即，

)，而第一導體墊461和第二導體墊462之間距D2可大於或等於2mil。

第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之電容元件510之俯視圖。在第5A圖之實施例中，電容元件510包括一第一導體520和一第二導體530，其皆可設置於介質基板170之第一表面E1上。電容元件510具有一第一端點511和一第二端點512，其中第一端點511可位於第一導體520之一末端處，而第二端點512可位於第二導體530之一末端處。第二導體530係鄰近於第一導體520，但與第一導體520完全分離，其中此二者之間形成一耦合間隙GC1。例如，第一導體520和第二導體530可各自包括複數個互相耦接之E字形部份。大致而言，第一導體520和第二導體530係彼此交錯地排列。在元件尺寸方面，第一導體520之寬度W2可介於2mil至10mil之間，第二導體530之寬度W3可介於2mil至10mil之間，而耦合間隙GC1之寬度亦可介於2mil至10mil之間。

第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之電容元件550之俯視圖。在第5B圖之實施例中，電容元件550包括一第一導體560和一第二導體570，其皆可設置於介質基板170之第一表面E1上。電容元件550具有一第一端點551和一第二端點552，其中第一端點551可位於第一導體560之一末端處，而第二端點552可位於第二導體570之一末端處。第二導體570係鄰近於第一導體560，但與第一導體560完全分離，其中此二者之間形成一耦合間隙GC2。例如，第一導體560和第二導體570可各自包括複數個互相耦接之U字形部份。大致而言，第一導體560和第二導體570係彼此平行地排列。在元件尺寸方面，第一導體560之寬度W4可介於2mil至10mil之間，第二導體570之寬度W5可介於2mil至10mil之間，而耦合間隙GC2之寬度亦可介於2mil至10mil之間。

第6A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置600之俯視圖。在第6A圖之實施例中，通訊裝置600之一諧振電路660包括前述之電感元件410和電容元件510，其係彼此串聯耦接。另外，第一接地元件110更可具有一挖空區域(Hollow Region)115以容納諧振電路660。第6B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置600之S參數圖。根據第6B圖之量測結果，藉由使用諧振電路660，第一信號導體140和第二信號導體150於一目標頻帶FB2內之隔離度可改善約9.4dB。例如，目標頻帶FB2可介於5150MHz至5850MHz之間，但亦不僅限於此。第6A、6B圖之通訊裝置200之其餘特徵皆與第2A、2B圖之通訊裝置200類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第7A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置700之俯視圖。在第7A圖之實施例中，通訊裝置700之一諧振電路760包括前述之電感元件450和電容元件510，其係彼此串聯耦接。第7B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置700之S參數圖。根據第7B圖之量測結果，藉由使用諧振電路760，第一信號導體140和第二信號導體150於一目標頻帶FB3內之隔離度可改善約10.2dB。例如，目標頻帶FB3可介於5150MHz至5850MHz之間，但亦不僅限於此。第7A、7B圖之通訊裝置700之其餘特徵皆與第2A、2B圖之通訊裝置200類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第8A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置800之俯視圖。在第8A圖之實施例中，通訊裝置800之一諧振電路860包括前述之電感元件450和電容元件550，其係彼此串聯耦接。第8B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置800之S參數圖。根據第8B圖之量測結果，藉由使用諧振電路860，第一信號導體140和第二信號導體150於一目標頻帶FB4內之隔離度可改善約10.4dB。例如，目標頻帶FB4可介於5150MHz至5850MHz之間，但亦不僅限於此。第8A、8B圖之通訊裝置800之其餘特徵皆與第2A、2B圖之通訊裝置200類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

本發明提出一種新穎之通訊裝置，其包括可與介質基板互相整合之一諧振電路。與傳統設計相比，本發明至少具有高隔離度和低製造成本等優勢，故其很適合應用於各種各式之行動通訊裝置當中。

值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之通訊裝置並不僅限於第1-8圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-8圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之通訊裝置當中。

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。

100,200,600,700,800:通訊裝置

110:第一接地元件

115:第一接地元件之挖空區域

120:第二接地元件

130:第三接地元件

140:第一信號導體

141:第一信號導體之第一端

142:第一信號導體之第二端

150:第二信號導體

151:第二信號導體之第一端

152:第二信號導體之第二端

160,260,660,760,860:諧振電路

170:介質基板

262,410,450:電感元件

264,510,550:電容元件

280:系統接地面

281:第一天線

282:第二天線

283:第一射頻模組

284:第二射頻模組

291:第一導電貫通元件

292:第二導電貫通元件

293:第三導電貫通元件

411,451:電感元件之第一端點

412,452:電感元件之第二端點

420:蜿蜒導體

461:第一導體墊

462:第二導體墊

463:第三導體墊

464:第四導體墊

481:第一連接貫通元件

482:第二連接貫通元件

511,551:電容元件之第一端點

512,552:電容元件之第二端點

520,560:第一導體

530,570:第二導體

D1,D2:間距

E1:介質基板之第一表面

E2:介質基板之第二表面

FB1,FB2,FB3,FB4:目標頻帶

FC:中心頻率

FP1:第一饋入點

FP2:第二饋入點

G1:間隙

GC1,GC2:耦合間隙

LC1,LC2:剖面線

NC1:第一連接節點

NC2:第二連接節點

R1,R2:半徑

VSS:接地電位

W1,W2,W3,W4,W5:寬度

第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之剖面圖。第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖。第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之剖面圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之S參數圖。第4A圖係顯示根據本發明一實施例所述之電感元件之俯視圖。第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之電感元件之立體圖。第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之電容元件之俯視圖。第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之電容元件之俯視圖。第6A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖。第6B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之S參數圖。第7A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖。第7B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之S參數圖。第8A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖。第8B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之S參數圖。

100:通訊裝置