TWM529948U - 通訊裝置 - Google Patents

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TWM529948U
TWM529948U TW105208204U TW105208204U TWM529948U TW M529948 U TWM529948 U TW M529948U TW 105208204 U TW105208204 U TW 105208204U TW 105208204 U TW105208204 U TW 105208204U TW M529948 U TWM529948 U TW M529948U
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TW
Taiwan
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antenna structure
communication device
metal portion
adjustment metal
adjustment
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TW105208204U
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張惟善
黃俊哲
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啟碁科技股份有限公司
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Description

通訊裝置
本創作係關於一種通訊裝置，特別係關於一種通訊裝置及其天線結構。
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、850MHz、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。
無線網路基地台(Wireless Access Point)是使行動裝置於室內能高速上網之必要元件。然而，由於室內環境充滿了信號反射和多重路徑衰減(Multipath Fading)，無線網路基地台必須能同時處理來自各種方向之信號。因此，如何於無線網路基地台之有限空間中設計出一種近似全向性(Omnidirectional)之天線結構，已成為現今設計者之一大挑戰。
在較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包括：一系統接地面；一信號源，耦接該系統接地面；一天線結構，耦接該信號源；一能量調整面，用於調整該天線結構之輻射；以及一第一調整金屬部，鄰近於該天線結構，並用於修正該天線結構之一輻射場型。
在一些實施例中，該能量調整面係耦接至該系統接地面。
在一些實施例中，該天線結構之一操作頻帶係介於57GHz至66GHz之間。
在一些實施例中，該天線結構和該能量調整面之一間距為該操作頻帶之0.1至0.3倍波長。
在一些實施例中，該第一調整金屬部係鄰近於該天線結構，並與該天線結構之間產生互相耦合效應(Mutual Coupling)，而該第一調整金屬部與該天線結構完全分離。
在一些實施例中，該第一調整金屬部大致為一L字形、一四分之一圓弧形，或是一U字形。
在一些實施例中，該第一調整金屬部包括一第一部份和一第二部份，該第二部份係垂直於該第一部份，該第一部份係與該天線結構發生共振並產生一第一耦合電流，而該第一耦合電流係用以補償該天線結構之該輻射場型之零點。
在一些實施例中，該第一部份之長度係較該第二部份之長度更短。
在一些實施例中，該通訊裝置更包括：一第二調 整金屬部，鄰近於該天線結構，並用於修正該天線結構之該輻射場型。
在一些實施例中，該第二調整金屬部係鄰近於該天線結構，並與該天線結構之間產生互相耦合效應(Mutual Coupling)，而該第二調整金屬部與該天線結構完全分離。
在一些實施例中，該第二調整金屬部大致為一L字形、一四分之一圓弧形，或是一U字形。
在一些實施例中，該第二調整金屬部包括一第三部份和一第四部份，該第四部份係垂直於該第三部份，該第三部份係與該天線結構發生共振並產生一第二耦合電流，而該第二耦合電流能補償該天線結構之該輻射場型之零點。
在一些實施例中，該第三部份之長度係較該第四部份之長度更短。
在一些實施例中，該第二調整金屬部與該第一調整金屬部互相鏡像對稱。
在一些實施例中，該第一調整金屬部和該第二調整金屬部係對稱地分布於該天線結構之左右二側。
在一些實施例中，該天線結構為一偶極天線，而該偶極天線包括一饋入輻射部和一接地輻射部。
在一些實施例中，該饋入輻射部、該接地輻射部、該第一調整金屬部，以及該第二調整金屬部皆位於同一平面上。
在一些實施例中，該天線結構更包括一短路金屬部，而該短路金屬部係直接耦接於該饋入輻射部和該接地輻射 部之間，以調整該天線結構之一阻抗匹配。
100、200、200B、200C、300‧‧‧通訊裝置
110、210、310‧‧‧系統接地面
120、220、320‧‧‧天線結構
130、230、330‧‧‧能量調整面
140、240、240B、240C、340‧‧‧第一調整金屬部
190‧‧‧信號源
221、321‧‧‧饋入輻射部
222、322‧‧‧接地輻射部
241‧‧‧第一調整金屬部之第一部份
242‧‧‧第一調整金屬部之第二部份
250、250B、250C、350‧‧‧第二調整金屬部
251‧‧‧第二調整金屬部之第三部份
252‧‧‧第二調整金屬部之第四部份
323‧‧‧短路金屬部
D1、D2、D3、D4、D5‧‧‧間距
FP‧‧‧饋入點
GP‧‧‧接地點
L1、L2、L3、L4、L5‧‧‧長度
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
第1圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置之俯視圖；第2A圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置之俯視圖；第2B圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置之俯視圖；第2C圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置之俯視圖；第3圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置之俯視圖；第4圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置之天線結構之返回損失圖；第5A圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置之天線結構之輻射場型圖；以及第5B圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置之天線結構之輻射場型圖。
為讓本創作之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本創作之具體實施例，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。
第1圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置100之俯視圖。通訊裝置100可應用於一無線網路基地台(Wireless Access Point)當中。如第1圖所示，通訊裝置100至少包括一系統接地面110、一天線結構120、一能量調整面130，以及一第一調整金屬部140。系統接地面110和能量調整面130皆可由金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。能量調整面130可以直接或間接地耦接至系統接地面110，且此二者可分別位於不同之二平行面上。天線結構120之形狀和種類在本創作中並不特別作限制。舉例而言，天線結構120可以是一單極天線(Monopole Antenna)、一偶極天線(Dipole Antenna)、一迴圈天線(Loop Antenna)、一補釘天線(Patch Antenna)、一螺旋天線(Helical Antenna)，或是一晶片天線(Chip Antenna)。能量調整面130係位於天線結構120之下方，並用於反射天線結構120之輻射，從而可提升天線結構120之天線增益(Antenna Gain)。第一調整金屬部140係鄰近於天線結構120，並用於修正天線結構120之一輻射場型(Radiation Pattern)。天線結構120可由一信號源190所激發。信號源190可以來自一射頻(Radio Frequency，RF)模組。必須理解的是，雖然未顯示於第1圖中，實際上通訊裝置100更可包括其他元件，例如：一介質基板(Dielectric Substrate)、一顯示器、一信號處理器、一供電模組，以及一外殼。
通訊裝置100之細部結構和元件配置方式將於以下之實施例和圖式中作說明。必須理解的是，這些實施例和圖式僅為舉例，並非用於限制本創作之專利範圍。
第2A圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置200之俯視圖。在第2A圖之實施例中，通訊裝置200包括一系統接地面210、一天線結構220、一能量調整面230、一第一調整金屬部240，以及一第二調整金屬部250。能量調整面230係耦接至系統接地面210。能量調整面230係位於天線結構220之下方，並用於反射天線結構220之輻射。第二調整金屬部250可視為第一調整金屬部240之一鏡像對稱物。第一調整金屬部240和第二調整金屬部250係對稱地分布於天線結構220之左右二側。第一調整金屬部240和第二調整金屬部250皆鄰近於天線結構220，並用於修正天線結構220之一輻射場型。
在第2A圖之實施例中，天線結構220為一偶極天線，此偶極天線包括一饋入輻射部221和一接地輻射部222，其中饋 入輻射部221係耦接至一信號源190之一正極，而接地輻射部222係耦接至信號源190之一負極。饋入輻射部221和接地輻射部222各自為一直條形。較佳地，饋入輻射部221、接地輻射部222、第一調整金屬部240，以及第二調整金屬部250可以皆位於同一平面上，其中此平面與能量調整面230之間距可約為天線結構220之一操作頻帶之0.1至0.3倍波長(0.1~0.3λ)。另外，在其他實施例中，饋入輻射部221、接地輻射部222、第一調整金屬部240，以及第二調整金屬部250之垂直投影(Vertical Projection)並不侷限於能量調整面230之內部，亦可位於能量調整面230之外部。
第一調整金屬部240為浮接(Float)狀態，並鄰近於天線結構220，其中第一調整金屬部240係與天線結構220完全分離，且與天線結構220之間產生互相耦合效應(Mutual Coupling)。第一調整金屬部240可以大致為一L字形、一四分之一圓弧形(如第2B圖所示)，或是一U字形(如第2C圖所示)，其具有二開路端(Open End)。詳細而言，以第2A圖之實施例之L字形為例，第一調整金屬部240包括一第一部份241和一第二部份242，其中第二部份242係垂直於第一部份241，第一部份241之長度L1係較第二部份242之長度L2更短，第一部份241係與天線結構220之饋入輻射部221發生共振並產生一第一耦合電流，而第一耦合電流能補償天線結構220之輻射場型之零點(Null)。值得一提的是，第一調整金屬部240之第一部份241和第二部份242之結構不限於前述實施例之形式，只要第一部份241和第二部份242為連續結構，且分別位於饋入輻射部221的其中兩側即 能夠產生前述第一耦合電流以補償天線結構220之輻射場型之零點。第二調整金屬部250亦為浮接且與天線結構220完全分離，其中第二調整金屬部250與天線結構220之間亦產生互相耦合效應(Mutual Coupling)。第二調整金屬部250亦可以大致為一L字形、一四分之一圓弧形(如第2B圖所示)，或是一U字形(如第2C圖所示)，其具有二開路端。詳細而言，以第2A圖之實施例之L字形為例，第二調整金屬部250包括一第三部份251和一第四部份252，其中第四部份252係垂直於第三部份251，第三部份251之長度L3係較第四部份252之長度L4更短，第三部份251係與天線結構220之接地輻射部222發生共振並產生一第二耦合電流，而第二耦合電流能補償天線結構220之輻射場型之零點。值得一提的是，第二調整金屬部250之第三部份251和第四部份252之結構不限於前述實施例之形式，只要第三部份251及第四部份252為連續結構，且分別位於接地輻射部222的其中兩側即能夠產生前述第二耦合電流以補償天線結構220之輻射場型之零點。
在天線原理方面，天線結構220之饋入輻射部221和接地輻射部222皆平行於X軸而配置，其共振電流亦平行於X軸，是以天線結構220之輻射場型於+X軸方向和-X軸方向皆會出現零點。為了使天線結構220能夠更有效調整至所需的輻射場型，本創作加入了第一調整金屬部240和第二調整金屬部250之至少一者。在此設計下，第一調整金屬部240可與天線結構220之饋入輻射部221之間發生交互耦合作用(Mutual Coupling)，並於其第二部份242上流過平行於Y軸之第一耦合電流；相似地， 第二調整金屬部250亦可與天線結構220之接地輻射部222之間發生交互耦合作用，並於其第四部份252上流過平行於Y軸之第二耦合電流。由於第一調整金屬部240之第一耦合電流和第二調整金屬部250之第二耦合電流兩者皆垂直於天線結構220自身之共振電流之方向，故可補償天線結構220於+X軸方向和-X軸方向上之場型零點。因此，整體而言通訊裝置200於需要能量集中的區域各個方向上可具有相對較均勻(Uniform)之天線增益。
在一些實施例中，天線結構220之一操作頻帶係介於57GHz至66GHz之間，且其元件尺寸可如下列所述。第一調整金屬部240之第一部份241之長度L1約介於前述操作頻帶之1/9倍波長至1/3倍波長之間(λ/9~λ/3)，較佳為1/4倍波長(λ/4)。第一調整金屬部240之第二部份242之長度L2約為前述操作頻帶之1/2倍波長(λ/2)。第二調整金屬部250之第三部份251之長度L3約介於前述操作頻帶之1/9倍波長至1/3倍波長之間(λ/9~λ/3)，較佳為1/4倍波長(λ/4)。第二調整金屬部250之第四部份252之長度L4約為前述操作頻帶之1/2倍波長(λ/2)。詳細而言，前述之長度L1、L3係用於控制天線結構220和對應之調整金屬部之間之耦合量，而前述之長度L2、L4係用於控制對應之調整金屬部之共振頻率。第一調整金屬部240之第一部份241與饋入輻射部221之間距D1約介於前述操作頻帶之1/20倍波長至1/3倍波長之間(λ/20~λ/3)，較佳為1/5倍波長(λ/5)。第一調整金屬部240之第二部份242與饋入輻射部221之間距D2約介於前述操作頻帶之1/20倍波長至1/2倍波長之間(λ/20~λ/2)，較佳為1/8 倍波長(λ/8)。第二調整金屬部250之第三部份251與接地輻射部222之間距D3約介於前述操作頻帶之1/20倍波長至1/3倍波長之間(λ/20~λ/3)，較佳為1/5倍波長(λ/5)。第二調整金屬部250之第四部份252與接地輻射部222之間距D4約介於前述操作頻帶之1/20倍波長至1/2倍波長之間(λ/20~λ/2)，較佳為1/8倍波長(λ/8)。以上元件尺寸係經由多次模擬而計算得出，其可最佳化通訊裝置200之天線增益和輻射場型。
第3圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置300之俯視圖。在第3圖之實施例中，通訊裝置300包括一系統接地面310、一天線結構320、一能量調整面330、一第一調整金屬部340，以及一第二調整金屬部350。前述之系統接地面310、天線結構320、能量調整面330、第一調整金屬部340，以及第二調整金屬部350之結構和功能大致皆與第1、2圖之實施例所述者相近似。
在第3圖之實施例中，天線結構320包括一饋入輻射部321、一接地輻射部322，以及一短路金屬部323，其中短路金屬部323係直接耦接於饋入輻射部321和接地輻射部322之間，以調整天線結構320之一阻抗匹配(Impedance Matching)。短路金屬部323可以為各種形狀，例如：一直線形，或是如本實施例所示之一U字形，其將饋入輻射部321之一饋入點FP與接地輻射部322之一接地點GP兩者互相連接。根據實際量測結果，短路金屬部323之電感特性(Inductance)可用於補償能量調整面330所產生之電容特性(Capacitance)，從而能最佳化天線結構320之阻抗匹配。
在元件尺寸方面，能量調整面330之長度L5可以大於或等於天線結構320與系統接地面310之間距D5。能量調整面330之長度L5係用於調整天線結構320之輻射場型。舉例而言，若能量調整面330之長度L5等於天線結構320與系統接地面310之間距D5，則天線結構320之輻射場型將能涵蓋較大之空間角(例如：0度至120度之天頂角)；反之，若能量調整面330之長度L5大於天線結構320與系統接地面310之間距D5，則天線結構320之輻射場型將能涵蓋較小之空間角(例如：0度至90度之天頂角)。天線結構320和能量調整面330之間距可約為天線結構320之一操作頻帶之0.1至0.3倍波長(0.1~0.3λ)，此有助於產生建設性干涉(Constructive Interference)。
第4圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置300之天線結構320之返回損失(Return Loss)圖。根據第4圖之量測結果可知，通訊裝置300之天線結構320可涵蓋約介於57GHz至66GHz之間之操作頻帶。
第5A圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置300之天線結構320於YZ平面上之輻射場型圖。第5B圖係顯示根據本創作一實施例所述之通訊裝置300之天線結構320於XY平面上之輻射場型圖。根據第5A、5B圖之量測結果可知，通訊裝置300之天線結構320能產生符合使用者需求的輻射場型，並同時消除原本於+X軸方向和-X軸方向上之場型零點。因此，通訊裝置300很適合應用於各種無線通訊裝置，以接收及傳送不同方向之信號。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件參數、 元件形狀，以及頻率範圍皆非為本創作之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。另外，本創作之通訊裝置和天線結構並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本創作可以僅包括第1-5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創作之通訊裝置和天線結構中。
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。
本創作雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本創作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
110‧‧‧系統接地面
120‧‧‧天線結構
130‧‧‧能量調整面
140‧‧‧第一調整金屬部
190‧‧‧信號源
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸

Claims (18)

  1. 一種通訊裝置，包括：一系統接地面；一信號源，耦接該系統接地面；一天線結構，耦接該信號源；一能量調整面，用於調整該天線結構之輻射；以及一第一調整金屬部，鄰近於該天線結構，並用於修正該天線結構之一輻射場型。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該能量調整面係耦接至該系統接地面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線結構之一操作頻帶係介於57GHz至66GHz之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，其中該天線結構和該能量調整面之一間距為該操作頻帶之0.1至0.3倍波長。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一調整金屬部係鄰近於該天線結構，並與該天線結構之間產生互相耦合效應(Mutual Coupling)，而該第一調整金屬部與該天線結構完全分離。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一調整金屬部大致為一L字形、一四分之一圓弧形，或是一U字形。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一調整金屬部包括一第一部份和一第二部份，該第二部份係垂直於該第一部份，該第一部份係與該天線結構發生共振並產生一第一耦合電流，而該第一耦合電流係用以補償該天線結構之該 輻射場型之零點。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之通訊裝置，其中該第一部份之長度係較該第二部份之長度更短。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一第二調整金屬部，鄰近於該天線結構，並用於修正該天線結構之該輻射場型。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該第二調整金屬部係鄰近於該天線結構，並與該天線結構之間產生互相耦合效應(Mutual Coupling)，而該第二調整金屬部與該天線結構完全分離。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該第二調整金屬部大致為一L字形、一四分之一圓弧形，或是一U字形。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該第二調整金屬部包括一第三部份和一第四部份，該第四部份係垂直於該第三部份，該第三部份係與該天線結構發生共振並產生一第二耦合電流，而該第二耦合電流能補償該天線結構之該輻射場型之零點。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之通訊裝置，其中該第三部份之長度係較該第四部份之長度更短。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該第二調整金屬部與該第一調整金屬部互相鏡像對稱。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該第一調整金屬部和該第二調整金屬部係對稱地分布於該天線結構之左右二側。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該天線結構為一偶極天線，而該偶極天線包括一饋入輻射部和一接地輻射部。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之通訊裝置，其中該饋入輻射部、該接地輻射部、該第一調整金屬部，以及該第二調整金屬部皆位於同一平面上。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之通訊裝置，其中該天線結構更包括一短路金屬部，而該短路金屬部係直接耦接於該饋入輻射部和該接地輻射部之間，以調整該天線結構之一阻抗匹配。
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