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TWI531115B - 通訊裝置 - Google Patents

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TWI531115B
TWI531115B TW102144361A TW102144361A TWI531115B TW I531115 B TWI531115 B TW I531115B TW 102144361 A TW102144361 A TW 102144361A TW 102144361 A TW102144361 A TW 102144361A TW I531115 B TWI531115 B TW I531115B
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TW
Taiwan
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frequency band
antenna element
resonant mode
radiating portion
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TW102144361A
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Inventor
翁金輅
江桓君
Original Assignee
宏碁股份有限公司
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Publication date
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    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
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    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
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    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength
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  • Support Of Aerials (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別係關於一種具有小型化多頻倒F形天線元件(Small-size Multi-band Inverted-F Antenna Element)之通訊裝置。
隨著無線通訊技術蓬勃發展，各式各樣之無線通訊產品不斷地推陳出新。為了滿足使用者對多媒體應用之廣大需求，行動通訊裝置對於資料傳輸速度及資料傳輸量之標準亦與日俱增。然而，在現今強調輕薄化之行動通訊裝置中，其天線元件之淨空區間也相對有限。因此，如何設計出一種全平面及多頻操作之小型化天線元件，實為天線設計者之一大挑戰。
本發明之通訊裝置主要包括一單支路倒F形天線元件。藉由適當地設計此天線元件之輻射部、饋入部，以及短路部，其將可於小尺寸之平面結構下產生至少二個寬頻頻帶，以涵蓋LTE/WWAN(Long Term Evolution/Wireless Wide Area Network)之多頻操作。
在較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，鄰近於該接地元件之一邊緣，其中該天線元件於該邊緣上具有一投影，該投影具有一特 定長度，而該天線元件包括：一輻射部，具有一第一端及一第二端，其中該第二端為一開口端，而該輻射部具有複數次彎折，使得該第二端係鄰近於該第一端；一饋入部，具有一第三端及一第四端，其中該第三端係經由一電容元件耦接至該輻射部上之一連接點，該連接點係位於或鄰近於該第一端，該第四端係耦接至一訊號源，該饋入部包括一第一區段，該第一區段係平行於該邊緣，而該第一區段之長度至少為該特定長度之0.2倍；以及一短路部，具有一第五端及一第六端，其中該第五端係耦接至該輻射部上之一短路點，該短路點係鄰近於該連接點，該第六端係耦接至該接地元件，該短路部包括一第二區段，該第二區段係平行於該邊緣，而該第二區段之長度至少為該特定長度之0.2倍。
在一些實施例中，該天線元件之該輻射部為一倒U字形，或是圍繞一矩形區域而延伸。此種設計方式可使得該天線元件達成低姿勢(Low-profile)及小型化之優點。
在一些實施例中，該天線元件係操作於至少一第一頻帶及一第二頻帶，其中該第一頻帶之頻率係低於該第二頻帶之頻率。在一些實施例中，該輻射部可激發產生位於該第一頻帶內之一第一共振模態，以及位於該第二頻帶內之至少一第二共振模態。該第二共振模態為該輻射部之一高階共振模態。該第一共振模態與該第二共振模態之一頻率比例可以藉由在該輻射部中植入一第一電感元件(例如：一晶片電感器)來進行調整。在一些實施例中，該第一電感元件係位於該輻射部上之一特定位置，該特定位置與該輻射部之該第一端之間之距離係 大於該特定長度之0.2倍，而該短路點係介於該連接點與該特定位置之間。在一些實施例中，該特定位置係位於或鄰近於該第二共振模態之一零表面電流(Surface Current Null)處。在此設計下，該第一電感元件可以降低該第一共振模態之頻率，且同時不會影響該第二共振模態之頻率，所以天線設計者能輕易地調整該第一共振模態及該第二共振模態之該頻率比例。
在一些實施例中，介於該饋入部與該輻射部之間之該電容元件提供一電容值，使得該天線元件可激發產生位於該第一頻帶內之一第四共振模態。該第四共振模態可與該第一共振模態作結合，從而大幅增加該第一頻帶之頻寬。
在一些實施例中，該短路部之該第二區段係介於該饋入部之該第一區段和該輻射部之間。在一些實施例中，該天線元件於該饋入部及該短路部之間形成一環形共振路徑，而該環形共振路徑可激發產生位於該第二頻帶內之一第三共振模態。該第三共振模態可與該第二共振模態作結合，從而大幅增加該第二頻帶之頻寬。
在一些實施例中，該饋入部之該第四端更經由一第二電感元件耦接至該訊號源。該第二電感元件可用於調整該第二共振模態及該第三共振模態之阻抗匹配，使得該第二共振模態及該第三共振模態能被良好地激發。
100、400、500‧‧‧通訊裝置
11‧‧‧接地元件
111‧‧‧接地元件之邊緣
112、412‧‧‧天線元件於接地元件之邊緣上之投影
12、42、52‧‧‧天線元件
13、43‧‧‧輻射部
131、431‧‧‧輻射部之第一端
132、432‧‧‧輻射部之第二端
133、433‧‧‧連接點
134、434‧‧‧短路點
135、435‧‧‧特定位置
14、54‧‧‧饋入部
141、541‧‧‧饋入部之第一區段
143、543‧‧‧饋入部之第三端
144、544‧‧‧饋入部之第四端
15‧‧‧短路部
151‧‧‧短路部之第二區段
155‧‧‧短路部之第五端
156‧‧‧短路部之第六端
16‧‧‧電容元件
17‧‧‧第一電感元件
18‧‧‧訊號源
19、59‧‧‧環形共振路徑
201‧‧‧第一共振模態
202‧‧‧第二共振模態
203‧‧‧第三共振模態
204‧‧‧第四共振模態
21‧‧‧第一頻帶
22‧‧‧第二頻帶
542‧‧‧第二電感元件
t‧‧‧投影之特定長度
第1圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置之示意圖； 第2圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置之天線元件之返回損失圖；第3圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置之天線元件之天線效率圖；第4圖係顯示根據本發明第二實施例所述之通訊裝置之示意圖；以及第5圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置之示意圖。
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。
第1圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置100之示意圖。通訊裝置100可以是一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1圖所示，通訊裝置100至少包括一接地元件11和一天線元件12。天線元件12係鄰近於接地元件11之一邊緣111。天線元件12於接地元件11之邊緣111上具有一投影112，其中投影112具有一特定長度t。天線元件12包括：一輻射部13、一饋入部14，以及一短路部15。輻射部13具有一第一端131及一第二端132。輻射部13之第二端132為一開口端。輻射部13具有複數次彎折，使得輻射部13之第二端132和第一端131彼此互相鄰近。饋入部14具有一第三端143和一第四端144。饋入部14之第三端143係經由一電容元件16耦接至輻射部13上 之一連接點133。連接點133係鄰近於輻射部13之第一端131。饋入部14之第四端144係耦接至一訊號源18。訊號源18可以是一射頻(Radio Frequency)模組，其可用於激發天線元件12。饋入部14包括一第一區段141。第一區段141係平行於接地元件11之邊緣111，而第一區段141之長度至少為特定長度t之0.2倍。短路部15具有一第五端155和一第六端156。短路部15之第五端155係耦接至輻射部13上之一短路點134。短路點134係鄰近於連接點133。短路部15之第六端156係耦接至接地元件11。短路部15包括一第二區段151。第二區段151係平行於接地元件11之邊緣111，而第二區段151之長度至少為特定長度t之0.2倍。第二區段151可以介於第一區段141及輻射部13之間。
輻射部13可以為一倒U字形，或可圍繞一矩形區域而延伸。饋入部14可以為一N字形或一倒L字形。短路部15可以為一N字形、一蜿蜒形，或一倒L字形。輻射部13更可包括一第一電感元件17。第一電感元件17可位於輻射部13上之一特定位置135，並與輻射部之其他部份作串聯耦接。特定位置135與輻射部13之第一端131之間之距離可大於特定長度t之0.2倍，而短路點134可介於連接點133與特定位置135之間。天線元件12於饋入部14及短路部15之間可形成一環形共振路徑19。環形共振路徑19可激發產生一額外共振模態，以增加天線元件12之操作頻寬。必須注意的是，通訊裝置100更可包括其他元件，例如：一觸控面板、一處理器、一揚聲器、一電池，以及一外殼(未顯示)。
第2圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊 裝置100之天線元件12之返回損失(Return Loss)圖。在一些實施例中，通訊裝置100之元件尺寸和元件參數可如下列所述。接地元件11之長度約為200mm，寬度約為150mm。接地元件11之尺寸等同一般9.7吋平板電腦之接地面尺寸。天線元件12之長度約為40mm，寬度約為10mm。輻射部13之長度約為78mm。饋入部14之長度約為20mm。第一區間141之長度約為16mm。短路部15之長度約為30mm。第二區間151之長度約為22mm。電容元件16為一晶片電容器，其電容值約為1pF。第一電感元件17為一晶片電感器，其電感值約為10nH。特定長度t約為40mm。環形共振路徑19之長度約為65mm。如第2圖所示，天線元件12可以操作於至少一第一頻帶21及一第二頻帶22，其中第一頻帶21之頻率係低於第二頻帶22之頻率。更詳細地說，第一頻帶21係由一第一共振模態201及一第四共振模態204所合成，而第二頻帶22係由一第二共振模態202及一第三共振模態203所合成。第一共振模態201及第二共振模態202可由輻射部13所激發產生。前述之輻射部13之特定位置135可以位於或鄰近於第二共振模態202之一零表面電流(Surface-Current Null)處。第三共振模態203可由環形共振路徑19所激發產生，並可用於增加第二頻帶22之頻寬。第四共振模態204可由電容元件16所激發產生，並可用於增加第一頻帶21之頻寬。舉例來說，第一頻帶21可以涵蓋LTE700/GSM850/900(約介於700MHz至960MHz之間)之頻帶範圍，而第二頻帶22可以涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500(約介於1710MHz至2690MHz之間)之頻帶範圍。
第3圖係顯示根據本發明第一實施例所述之通訊裝置100之天線元件12之天線效率(Antenna Efficiency)圖。前述之天線效率為已包含返回損失之輻射效率。根據第3圖可知，天線元件12於第一頻帶21內(約介於700MHz至960MHz之間)之天線效率約介於50%至68%之間，而天線元件12於第二頻帶22內(約介於1710MHz至2690MHz之間)之天線效率約介於55%至65%之間。前述之天線效率已可符合行動通訊裝置之實際應用需求。
第4圖係顯示根據本發明第二實施例所述之通訊裝置400之示意圖。第4圖與第1圖相似。在第二實施例之一天線元件42中，饋入部14之第三端143係經由電容元件16耦接至一輻射部43上之一連接點433，而連接點433恰位於輻射部43之一第一端431。由於輻射部43具有複數次彎折，輻射部43之第一端431和一第二端432係彼此互相鄰近。輻射部43圍繞一矩形區域而延伸，而輻射部43之第二端432垂直於接地元件11之邊緣111而延伸。第二實施例之其餘特徵皆與第一實施例相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第5圖係顯示根據本發明第三實施例所述之通訊裝置500之示意圖。第5圖與第1圖相似。在第三實施例之一天線元件52中，一饋入部54之一第四端544更經由一第二電感元件542耦接至訊號源18。第二電感元件542可以是一晶片電感器。第二電感元件542可用於微調一環形共振路徑59所激發之一額外共振模態之阻抗匹配。第三實施例之其餘特徵皆與第一實施例相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
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。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之通訊裝置及天線結構並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第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發明之通訊裝置及天線結構當中。
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‧‧‧通訊裝置
11‧‧‧接地元件
111‧‧‧接地元件之邊緣
112‧‧‧天線元件於接地元件之邊緣上之投影
12‧‧‧天線元件
13‧‧‧輻射部
131‧‧‧輻射部之第一端
132‧‧‧輻射部之第二端
133‧‧‧連接點
134‧‧‧短路點
135‧‧‧特定位置
14‧‧‧饋入部
141‧‧‧饋入部之第一區段
143‧‧‧饋入部之第三端
144‧‧‧饋入部之第四端
15‧‧‧短路部
151‧‧‧短路部之第二區段
155‧‧‧短路部之第五端
156‧‧‧短路部之第六端
16‧‧‧電容元件
17‧‧‧第一電感元件
18‧‧‧訊號源
19‧‧‧環形共振路徑
t‧‧‧投影之特定長度

Claims (10)

  1. 一種通訊裝置，包括：一接地元件；以及一天線元件，鄰近於該接地元件之一邊緣，其中該天線元件於該邊緣上具有一投影，該投影具有一特定長度，而該天線元件包括：一輻射部，具有一第一端及一第二端，其中該第二端為一開口端，而該輻射部具有複數次彎折，使得該第二端係鄰近於該第一端；一饋入部，具有一第三端及一第四端，其中該第三端係經由一電容元件耦接至該輻射部上之一連接點，該連接點係位於或鄰近於該第一端，該第四端係耦接至一訊號源，該饋入部包括一第一區段，該第一區段係平行於該邊緣，而該第一區段之長度至少為該特定長度之0.2倍；以及一短路部，具有一第五端及一第六端，其中該第五端係耦接至該輻射部上之一短路點，該短路點係鄰近於該連接點，該第六端係耦接至該接地元件，該短路部包括一第二區段，該第二區段係平行於該邊緣，而該第二區段之長度至少為該特定長度之0.2倍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該輻射部更包括一第一電感元件，該第一電感元件係位於該輻射部上之一特定位置，該特定位置與該第一端之間之距離係大於該特定長度之0.2倍，而該短路點係介於該連接點與該特定位置之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該輻射部為一倒U字形，或是圍繞一矩形區域而延伸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之通訊裝置，其中該第二區段係介於該第一區段及該輻射部之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該饋入部更經由一第二電感元件耦接至該訊號源。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之通訊裝置，其中該天線元件係操作於至少一第一頻帶及一第二頻帶，而該第一頻帶之頻率係低於該第二頻帶之頻率。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之通訊裝置，其中該輻射部激發產生位於該第一頻帶內之一第一共振模態，以及位於該第二頻帶內之至少一第二共振模態。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之通訊裝置，其中該特定位置係位於或鄰近於該第二共振模態之一零表面電流處。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之通訊裝置，其中該天線元件於該饋入部及該短路部之間形成一環形共振路徑，該環形共振路徑激發產生位於該第二頻帶內之一第三共振模態，而該第三共振模態能增加該第二頻帶之頻寬。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之通訊裝置，其中該電容元件使得該天線元件激發產生位於該第一頻帶內之一第四共振模態，而該第四共振模態能增加該第一頻帶之頻寬。
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