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TWI511375B - 具有接地面天線的通訊裝置 - Google Patents

具有接地面天線的通訊裝置 Download PDF

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TWI511375B
TWI511375B TW102115722A TW102115722A TWI511375B TW I511375 B TWI511375 B TW I511375B TW 102115722 A TW102115722 A TW 102115722A TW 102115722 A TW102115722 A TW 102115722A TW I511375 B TWI511375 B TW I511375B
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Tseng Wei Weng
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Description

具有接地面天線的通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種具有接地面天線的行動通訊裝置。
近年來隨著無線通訊技術的快速進步，通訊裝置不僅以功能為訴求，在外型上也力求朝著輕、薄的方向設計，用以吸引消費者的目光。因此在通訊裝置越來越有限的設計空間中，如何使用小尺寸的天線元件以達成寬頻或多頻操作，已成為天線設計之一項重要課題。
有鑑於此，在通訊裝置之天線設計中，如何以一小尺寸之天線元件結合裝置內之接地面形成一接地面天線，且能夠有效激發出一寬頻之共振模態，改善接地面天線在操作頻帶內之阻抗匹配及天線效率，為天線設計上之一大課題。
本發明提供一種通訊裝置，利用天線元件與通訊裝置內的接地元件來形成一不對稱偶極天線結構之接地面天線，且天線元件 中位於介質基板之不同表面的二個金屬部透過導電貫孔相互連接。藉此，將有助於改善所形成之接地面天線之共振模態的阻抗匹配，進而增加接地面天線的操作頻寬及天線效率。
本發明的通訊裝置，包括一接地元件、一介質基板及一天線元件。介質基板鄰近接地元件，並具有一第一表面及一第二表面。天線元件包括一第一金屬部及一第二金屬部。第一金屬部位於第一表面，並具一饋入點。第二金屬部位於第二表面。第一金屬部經由一導電貫孔電性連接至第二金屬部，且導電貫孔位於或鄰近第一金屬部之一第一邊緣。第一邊緣遠離接地元件。第二金屬部於第一表面之投影被第一金屬部所涵蓋。
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。
1、4、5‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧天線元件
11‧‧‧接地元件
12‧‧‧介質基板
121‧‧‧介質基板之第一表面
122‧‧‧介質基板之第二表面
13‧‧‧第一金屬部
131‧‧‧饋入點
132‧‧‧第一邊緣
133‧‧‧對角線
14、44‧‧‧第二金屬部
141‧‧‧中間區段
441‧‧‧區段
15、551、552‧‧‧導電貫孔
16‧‧‧匹配電路
17‧‧‧訊號源
21‧‧‧頻帶
22、23‧‧‧返回損失曲線
31、32‧‧‧天線效率曲線
d‧‧‧第一距離
圖1為本發明之通訊裝置之第一實施例的結構示意圖。
圖2為本發明之通訊裝置之第一實施例中具有第二金屬部以及不具有第二金屬部的返回損失圖。
圖3為本發明之通訊裝置之第一實施例中具有第二金屬部以及不具有第二金屬部的天線效率圖。
圖4為本發明之通訊裝置之第二實施例的結構示意圖。
圖5為本發明之通訊裝置之第三實施例的結構示意圖。
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。
圖1為本發明之通訊裝置之第一實施例的結構示意圖。請參照圖1，通訊裝置1包括一接地元件11、一介質基板12和一天線元件10。其中，介質基板12具有一第一表面121及一第二表面122，且天線元件10具有一第一金屬部13及一第二金屬部14。
第一金屬部13的形狀近似一倒U字形，並位於第一表面121。此外，第一金屬部13具有一饋入點131及一第一邊緣132，且第一邊緣132為該倒U字形之一中間區段的一邊緣並遠離接地元件11。從另一角度來看，第一金屬部13更包括與第一邊緣132相對的一第二邊緣。其中，第一金屬部13的第二邊緣包括一凹槽，以致使第一金屬部13的形狀近似於一倒U字形。此外，饋入點131設置在第一金屬部13的第二邊緣上，並鄰近所述凹槽的側壁。再者，第一金屬部13之凹槽的開口是相對於接地元件11，且第一邊緣132與接地元件11之間相隔一第一距離d。其中，第一邊緣132之長度介於第一距離d之0.5倍至2.0倍之間。
第二金屬部14的形狀亦近似一倒U字形，並位於第二表面122。此外，該倒U字形之一中間區段141鄰近第一邊緣132，並與第一邊緣132相互平行。再者，第二金屬部14於第一表面121 之投影被第一金屬部13所涵蓋。亦即，第二金屬部14是隔著介質基板12相對於第一金屬部13。
更進一步來看，第一金屬部13經由一導電貫孔15電性連接至第二金屬部14。其中，導電貫孔15貫穿第一金屬部13、介質基板12以及第二金屬部14。此外，對第一金屬部13而言，導電貫孔15位於或鄰近第一邊緣132之一端點，且導電貫孔15與饋入點131大致分別鄰近第一金屬部13之一對角線133之二端點。再者，對第二金屬部14而言，導電貫孔15位於或是鄰近第二金屬部14的一轉角處。
在操作上，天線元件10與接地元件11形成一具有不對稱偶極天線結構的接地面天線。此外，通訊裝置1傳遞一訊號源17至饋入點131，以激發天線元件10。藉此，第一金屬部13將可在一頻帶產生一共振模態，從而致使天線元件10操作在該頻帶。此外，如圖1所示，在一實施例中，通訊裝置1更包括一匹配電路16，且匹配電路16電性連接第一金屬部13。在操作上，匹配電路16提供一阻抗，使得天線元件10操作於該頻帶。此外，隨著匹配電路16的設置，第一邊緣131之長度與第一距離d的總和小於該頻帶之一最低頻率的0.1倍波長，並遠小於一般傳統天線元件所需之0.25倍波長的共振路徑長度。
值得一提的是，在未設置第二金屬部14的情況下，第一金屬部13的表面電流分布可能不是很均勻。舉例來說，由於第一金屬部13的第一邊緣132遠離饋入點131，因此第一金屬部13 中鄰近第一邊緣132的區域將為第一金屬部13中具有較弱之表面電流的區域。然而，隨著第二金屬部14的設置，由於第一金屬部13可透過導電貫孔15電性連接至第二金屬部14，且導電貫孔15是位於或是鄰近第一邊緣132，因此第一金屬部13的表面電流將可透過第二金屬部14而分布的更加地均勻，從而改善天線元件10與接地元件11所形成之接地面天線的阻抗匹配，並達成增加接地面天線之天線效率及操作頻寬的效果。
舉例來說，圖2為本發明之第一實施例之天線元件10具有第二金屬部14以及不具有第二金屬部14時的返回損失圖。其中，此實施例所列舉之天線元件10的尺寸僅約為10×10×1 mm3 ，而接地元件11的尺寸約為110×60 mm2 。如圖2所示，天線元件10操作於頻帶21，且頻帶21的頻率範圍約為746~960 MHz，並涵蓋LTE band13及GSM850/900頻帶。此外，返回損失曲線22用以表示天線元件10不具有第二金屬部14時的返回損失，且返回損失曲線23用以表示天線元件10具有第二金屬部14時的返回損失。比對返回損失曲線22與23來看，可明顯看出，隨著第二金屬部14的設置，天線元件10的返回損失將可從返回損失曲線22改善至返回損失曲線23。此外，返回損失之改善幅度約為1 dB，且最高可改善幅度約為2.7 dB，從而有效增加天線元件10的操作頻寬。
圖3為本發明之第一實施例之天線元件10具有第二金屬部14以及不具有第二金屬部14時的天線效率圖。其中，天線效 率曲線31(包含返回損失之輻射效率)用以表示天線元件10不具有第二金屬部14時的輻射效率，且天線效率曲線32(包含返回損失之輻射效率)用以表示天線元件10具有第二金屬部14時的輻射效率。比對天線效率曲線31與32來看，可明顯看出，隨著第二金屬部14的設置，天線元件10的輻射效率將可從天線效率曲線31改善至天線效率曲線32。此外，在頻帶21內天線效率的改善幅度約為10%，且最高可改善幅度約為14%。
圖4為本發明之通訊裝置之第二實施例的結構示意圖。第二實施例所列舉的通訊裝置4基本上與第一實施例所列舉的通訊裝置1相似。其中，與第一實施例主要不同之處在於，天線元件10中之第二金屬部44的形狀近似一倒L字形。此外，該倒L字形之一區段441為鄰近第一邊緣132，並大致與第一邊緣132相互平行。在此相似結構下，第二實施例所列舉的通訊裝置4亦可以達成與第一實施例相似之功效。
圖5為本發明之通訊裝置之第三實施例之結構圖。第三實施例所列舉的通訊裝置5基本上與第一實施例所列舉的通訊裝置1相同。其中，與第一實施例主要不同之處在於，天線元件10透過二個導電貫孔551、552將第一金屬部13電性連接至第二金屬部14。在此相似結構下，第三實施例所列舉的通訊裝置5亦可以達成與第一實施例相似之功效。
綜上所述，本發明是利用天線元件與通訊裝置內的接地元件來形成具有不對稱偶極天線結構的接地面天線。此外，天線 元件具有分別位於介質基板之不同表面的二個金屬部，且二個金屬部透過導電貫孔相互連接。如此一來，將能改善所形成之接地面天線之共振模態的阻抗匹配，進而增加接地面天線的操作頻寬及天線效率。
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。
1‧‧‧通訊裝置
10‧‧‧天線元件
11‧‧‧接地元件
12‧‧‧介質基板
121‧‧‧介質基板之第一表面
122‧‧‧介質基板之第二表面
13‧‧‧第一金屬部
131‧‧‧饋入點
132‧‧‧第一邊緣
133‧‧‧對角線
14‧‧‧第二金屬部
141‧‧‧中間區段
15‧‧‧導電貫孔
16‧‧‧匹配電路
17‧‧‧訊號源
d‧‧‧第一距離

Claims (10)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件；一介質基板，鄰近該接地元件，該介質基板具有一第一表面及一第二表面；以及一天線元件，包括一第一金屬部及一第二金屬部，該天線元件與該接地元件形成一接地面天線，一饋入點設置在該第一金屬部上，該第一金屬部位於該第一表面，該第二金屬部位於該第二表面並用以調整該接地面天線的阻抗匹配，該第一金屬部經由一導電貫孔電性連接至該第二金屬部，且該導電貫孔位於或鄰近該第一金屬部的一第一邊緣，且該第一邊緣遠離該接地元件，該第二金屬部於該第一表面之投影被該第一金屬部所涵蓋。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一金屬部的形狀為一倒U字形，且該第一邊緣為該倒U字形之一中間區段的一邊緣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一金屬部更包括與該第一邊緣相對的一第二邊緣，且該饋入點設置在該第二邊緣。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，其中該第二邊緣包括一凹槽，且該凹槽的開口相對於該接地元件，該請入點鄰近該凹槽的側壁。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第一邊緣 與該接地元件之間相隔一第一距離，且該第一邊緣之長度介於該第一距離之0.5倍至2.0倍之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，更包括：一匹配電路，電性連接該第一金屬部，該匹配電路提供一阻抗，使得該天線元件操作於一頻帶，且該第一邊緣之長度與該第一距離之總和小於該頻帶之一最低頻率的0.1倍波長。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該導電貫孔位於或鄰近該第一邊緣之一端點，且該導電貫孔與該饋入點分別鄰近該第一金屬部之一對角線之二端點。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該導電貫孔貫穿該第一金屬部、該介質基板與該第二金屬部，且該導電貫孔位於或是鄰近該第二金屬部的一轉角處。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二金屬部的形狀為一倒L字形，且該倒L字形之一區段鄰近該第一邊緣，並與該第一邊緣相互平行。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二金屬部的形狀為一倒U字形，且該倒U字形之一中間區段鄰近該第一邊緣，並與該第一邊緣相互平行。
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