CN102044748A - 移动通信装置及其天线 - Google Patents
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Abstract
移动通信装置及其天线。该移动通信装置具有接地面及天线，天线位于介质基板上。天线包含辐射金属部，辐射金属部的宽度至少为长度的1/8，其边缘面向接地面，边缘与接地面之间具有间距，边缘上具有短路点，辐射金属部通过长度的中央定义中心线，短路点与辐射金属部的中心线的距离小于15mm；耦合金属部，藉由耦合间距将电磁能量耦合至辐射金属部，耦合金属部并经由一连接金属线电气连接至一信号源，连接金属线与辐射金属部的中心线的距离小于15mm；以及一短路金属部，其一端电气连接至辐射金属部，另一端电气连接至接地面，短路金属部具有芯片电感或其弯折长度至少为辐射金属部与接地面的间距的2倍长。本发明的天线尺寸小，且能达到双宽带的特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动通信装置及其天线，特别是一种具有多频天线的移动通信装置及其多频天线。
背景技术
随着移动通信产业的蓬勃发展，移动通信装置的产品相当多元化，其中，又以移动手机最为普及。现今的移动手机不但通信功能已是基本需求，多媒体的应用及其传输亦是不可缺少。例如人们使用手机上网获得即时信息、文字处理重要文件或是享受影音带来的娱乐等。移动手机所提供的服务大多需依靠无线通信传输来达到，因此天线是实现多媒体手机的重要关键组件。
为了达到众多不同的无线应用，手机天线的多频化已是发展趋势，这亦代表天线需具有同时多频工作的功能。一般手机天线设计大多以倒F形天线为主，其中又以使用多个共振路径产生多个共振模态来达到多频或宽带工作较为常见，例如中国台湾专利公告号第I227576号“具有寄生短路金属臂之双频倒F形天线”，其公开一种利用多个共振路径产生多个共振模态来达到多频工作，然而该天线的工作带宽仍相当有限，无法满足现今无线通信LTE(Long Term Evolution)及WWAN(Wireless Wide Area Network)所需的八频工作，包含低频带的LTE700/GSM850/900(698至960MHz)三频工作及高频带的GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500(1710至2690MHz)五频工作。若再使用更多个共振路径来达到宽带或多频工作，天线的物理尺寸将太大，不适合应用于现今移动手机之中。
因此，有必要提供一种移动通信装置，以改善先前技术所存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种移动通信装置，其具有天线，该天线尺寸小，使用一个宽辐射金属部，即能在低频及高频分别产生宽带工作频带，达到双宽带的特性，可以同时满足LTE/WWAN的八频工作。
本发明的另一目的在于提供一种天线，该天线尺寸小，使用一个宽辐射金属部，即能在低频及高频分别产生宽带工作频带，达到双宽带的特性，可以同时满足LTE/WWAN的八频工作。
为了达到上述目的，本发明的移动通信装置具有一接地面及一天线，该天线位于一介质基板上。该天线包含：一辐射金属部，其具有一宽度与一长度，该宽度至少为该长度的1/8以上，该辐射金属部的一边缘面向该接地面，并且该边缘与该接地面之间具有一间距，在该边缘上具有一短路点，该辐射金属部通过该长度的中央定义一中心线，该短路点与该辐射金属部的该中心线的距离小于15mm；一耦合金属部，其藉由一耦合间距将电磁能量耦合至该辐射金属部，该耦合金属部并经由一连接金属线电气连接至一信号源，该连接金属线与该辐射金属部的该中心线的距离小于15mm；以及一短路金属部，其一端电气连接至该辐射金属部，其另一端电气连接至该接地面，该短路金属部具有一芯片电感，或该短路金属部的长度至少为该辐射金属部与该接地面的该间距的2倍长。
为了达到上述目的，本发明的天线用于具有一接地面的一移动通信装置，该天线包含：一辐射金属部，其具有一宽度与一长度，该宽度至少为该长度的1/8以上，该辐射金属部的一边缘面向该接地面，并且该边缘与该接地面之间具有一间距，在该边缘上具有一短路点，该辐射金属部通过该长度的中央定义一中心线，该短路点与该辐射金属部的该中心线的距离小于15mm；一耦合金属部，其藉由一耦合间距将电磁能量耦合至该辐射金属部，该耦合金属部并经由一连接金属线电气连接至一信号源，该连接金属线与该辐射金属部的该中心线的距离小于15mm；以及一短路金属部，其一端电气连接至该辐射金属部，其另一端电气连接至该接地面，该短路金属部具有一芯片电感，或该短路金属部的长度至少为该辐射金属部与该接地面的该间距的2倍长。
本发明移动通信装置的天线在低频与高频均具有宽带的特性，其工作频带可同时涵盖LTE/GSM/UMTS的八频工作，且天线具有尺寸小的特点，适合内藏于现今移动通信装置之中。
附图说明
图1为本发明移动通信装置的第一实施例的结构图。
图2为本发明移动通信装置的第一实施例的实测返回损失图。
图3为本发明移动通信装置的第二实施例的结构图。
图4为本发明移动通信装置的第三实施例的结构图。
图5为本发明移动通信装置的第四实施例的结构图。
图6为本发明移动通信装置的第五实施例的结构图。
主要组件符号说明：
移动通信装置1、3、4、5、6 宽度135
接地面11 长度136
接地点111 耦合金属部14、54
天线12、32、42、52、62 耦合间距15、55
介质基板121 连接金属线16、56
辐射金属部13、43、63 一端161、561
边缘131 短路金属部17、37
间距132 第一工作频带21
短路点133 第二工作频带22
中心线134 槽孔637、638
VSWR电压驻波比
具体实施方式
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
请参考图1，图1为本发明移动通信装置的第一实施例的结构图。移动通信装置1具有接地面11及天线12，天线12位于介质基板121上，举例来说，天线12以蚀刻或印刷技术形成于介质基板121上。天线12包含辐射金属部13、耦合金属部14与短路金属部17。
在本实施例中，辐射金属部13呈长方形，其具有宽度135与长度136，其中宽度135至少为长度136的1/8。若宽度135小于长度136的1/8时，天线12的工作带宽将明显下降，而无法满足低频频带至少约270MHz及高频频带至少约1GHz的需求。
辐射金属部13的边缘131面向接地面11，亦即边缘131为辐射金属部13的四个边缘中，较接近接地面11的边缘。边缘131与接地面11之间具有间距132，在边缘131上具有短路点133，短路点133与辐射金属部中心线134的距离小于15mm，且原则上距离愈小愈好。对于一般移动通信装置如移动手机的宽度至少为40mm以上而言，该距离条件可使得短路点133大致位于辐射金属部13的中心线134附近。
耦合金属部14藉由耦合间距15(亦即为介质基板121的厚度)将电磁能量耦合至辐射金属部13，耦合金属部14并电气连接至连接金属线16，且连接金属线的一端161电气连接至信号源(图未示)，连接金属线16的侧边与辐射金属部的中心线134的距离小于15mm，且原则上距离愈小愈好。
短路金属部17的一端电气连接至辐射金属部13的短路点133，短路金属部17的另一端连接至接地面11的接地点111。在本实施例中，短路金属部17的弯折长度至少为辐射金属部13与接地面11的间距132的2倍长。
其中，短路金属部17的线宽若愈细，其长度将可缩短，不过仍至少需为辐射金属部13与接地面11的间距132的2倍长，以提供天线输入阻抗足够的电感量。原则上短路金属部17的线宽必须小于1mm，若短路金属部17的线宽大于1mm以上，则将不能提供天线输入阻抗足够的电感量。
接着请参考图2，图2为移动通信装置的第一实施例的实测返回损失图。其中横轴代表工作频率，纵轴代表返回损失。第一实施例选择接地面11长度约100mm、宽度约40mm；天线12的面积约20x40mm2，位于一厚度约0.8mm的介质基板121上，辐射金属部13的长度约40mm、宽度约10mm，宽度约为长度的1/4，辐射金属部13的边缘131与接地面11具有约8mm的间距132，接地面11的短路点133与辐射金属部13的中心线134的距离约1.0mm；耦合金属部14的长度约12mm、宽度约1.5mm；连接金属线16的长度约8mm，宽度约1.5mm，并与辐射金属部13的中心线134的距离约2mm；短路金属部17的长度约31mm，宽度约0.4mm，短路金属部17的弯折长度约为辐射金属部13与接地面11的间距132的4倍长。短路点133与辐射金属部13的中心线134的距离，及连接金属线16与辐射金属部13的中心线134的距离均小于15mm。此时配合辐射金属部13具有较宽的宽度(其宽度至少为长度的1/8以上)及短路金属部17能提供天线输入阻抗足够的电感量，天线12能在低频频带产生一宽带工作频带。
由实验结果得知，在6dB返回损失的定义下(移动通信装置天线设计规范)，本发明移动通信装置第一工作频带21可涵盖LTE700/GSM850/900(698至960MHz)的三频工作，第二工作频带22可涵盖GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500(1710至2690MHz)的五频工作，因此共可涵盖八频工作。
接着请参考图3，图3为本发明移动通信装置的第二实施例的结构图。移动通信装置3具有接地面11及天线32，天线32位于介质基板121上。天线32包含辐射金属部13、耦合金属部14与短路金属部37。
其中短路金属部37具有芯片电感，在本实施例中，其值约8nH，其他结构与第一实施例相似。由于芯片电感能够提供天线32输入阻抗足够的电感量，因此适当的芯片电感值将能有效缩短短路金属部37的长度。在本实施例中，短路金属部37呈直线，其长度可约为辐射金属部13与接地面11的间距132。第二实施例因此亦能获得与第一实施例近似的结果。
接着请参考图4，图4为本发明移动通信装置的第三实施例的结构图。移动通信装置4具有接地面11及天线42，天线42位于介质基板121上。天线42包含辐射金属部43、耦合金属部14与短路金属部17。
其中辐射金属部43为经由二次弯折的三维立体结构，其他结构与第一实施例相似。辐射金属部43经弯折后，可缩小天线42的尺寸，因此可以达到天线缩小化的目的。第三实施例亦能获得与第一实施例近似的结果。
接着请参考图5，图5为本发明移动通信装置的第四实施例的结构图。移动通信装置5具有接地面11及天线52，天线52位于介质基板121上。天线52包含辐射金属部13、耦合金属部54与短路金属部17。
其中耦合金属部54、连接金属线56与辐射金属部13在介质基板121的相同表面上，其他结构与第一实施例相似。天线52因为单平面的结构，可一次印刷或蚀刻而成，方便实际制作。第四实施例亦能获得与第一实施例近似的结果。
接着请参考图6，图6为本发明移动通信装置的第五实施例的结构图。移动通信装置6具有接地面11及天线62，天线62位于介质基板121上。天线62包含辐射金属部63、耦合金属部14与短路金属部17。
其中辐射金属部63内部具有至少一个槽孔。在本实施例中，辐射金属部63内部具有二个槽孔637、638，其他结构与第一实施例相似。由于辐射金属部63为一较宽的金属部，其内部的表面电流分布相比较于靠近辐射金属部边缘131的区间一般较弱，因此当置入至少一个槽孔637、638，天线62所激发的表面电流受槽孔637、638的影响相对很小，此时，第五实施例亦能获得与第一实施例近似的结果。
综合上述，本发明移动通信装置的天线以耦合馈入方式将电磁能量由耦合金属部通过耦合间距传递至辐射金属部。而辐射金属部的宽度至少为其长度的1/8以上，此时通过耦合馈入的激发，天线能在高频约2.2GHz处，产生宽带的第二(高频)工作频带，来满足GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/LTE2500五频的工作带宽(约1GHz)。
辐射金属部的短路点与辐射金属部中心线的距离小于15mm，且连接金属部与辐射金属部中心线的距离皆需小于15mm，亦即短路金属部及连接金属部均应大致位于辐射金属部的中心线附近，愈靠近辐射金属部的中心线附近，原则上较佳。此时再配合辐射金属部具有较宽的宽度(其宽度至少为其长度的1/8以上)，天线能在低频约850MHz处产生第一(低频)工作频带，且配合短路金属部具有芯片电感或其弯折长度至少为辐射金属部与接地面的间距的2倍长，将可以提供天线输入阻抗足够的电感量，以补偿原先天线输入阻抗的电容性较大的情形，使得第一(低频)工作频带的带宽大幅改善，来满足LTE700/GSM850/900三频的工作带宽(约270MHz)。
因此本发明移动通信装置的天线在低频与高频均具有宽带的特性，其工作频带可同时涵盖LTE/GSM/UMTS的八频工作，且天线具有尺寸小的特点(当置放于移动装置的***电路板时，该天线所占面积约40x20mm2或更小)，适合内藏于现今移动通信装置之中。
综上所陈，本发明无论就目的、手段及功效，处处均显示其迥异于公知技术的特征，恳请审查员明察，早日赐准专利，使嘉惠社会，实感德便。惟应注意的是，上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所要求保护的权利范围自然应当以权利要求书的范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (9)
1.一种移动通信装置，具有一接地面及一天线，该天线位于一介质基板上，该天线包括：
一辐射金属部，该辐射金属部具有一宽度与一长度，该宽度至少为该长度的1/8以上，该辐射金属部的一边缘面向该接地面，并且该边缘与该接地面之间具有一间距，在该边缘上具有一短路点，该辐射金属部通过该长度的中央定义一中心线，该短路点与该辐射金属部的该中心线的距离小于15mm；
一耦合金属部，该耦合金属部藉由一耦合间距将电磁能量耦合至该辐射金属部，该耦合金属部并经由一连接金属线电气连接至一信号源，该连接金属线与该辐射金属部的该中心线的距离小于15mm；以及
一短路金属部，该短路金属部一端电气连接至该辐射金属部，该短路金属部另一端电气连接至该接地面，该短路金属部具有一芯片电感，或该短路金属部的弯折长度至少为该辐射金属部与该接地面的该间距的2倍长。
2.如权利要求1所述的移动通信装置，其中该天线的该短路金属部的线宽小于1mm。
3.如权利要求1所述的移动通信装置，其中该天线的该辐射金属部具有至少一次弯折，形成一三维立体结构。
4.如权利要求1所述的移动通信装置，其中该天线的该辐射金属部与该耦合金属部位于该介质基板的不同表面上。
5.如权利要求1所述的移动通信装置，其中该天线的该辐射金属部与该耦合金属部位于该介质基板的相同表面上。
6.如权利要求1所述的移动通信装置，其中该天线的工作频带涵盖698至960MHz及1710至2690MHz。
7.如权利要求1所述的移动通信装置，其中该辐射金属部内部具有至少一个槽孔。
8.如权利要求1所述的移动通信装置，其中该耦合间距为该介质基板的厚度。
9.一种天线，用于具有一接地面的一移动通信装置，该天线包括：
一辐射金属部，该辐射金属部具有一宽度与一长度，该宽度至少为该长度的1/8以上，该辐射金属部的一边缘面向该接地面，并且该边缘与该接地面之间具有一间距，在该边缘上具有一短路点，该辐射金属部通过该长度的中央定义一中心线，该短路点与该辐射金属部的该中心线的距离小于15mm；
一耦合金属部，该耦合金属部藉由一耦合间距将电磁能量耦合至该辐射金属部，该耦合金属部并经由一连接金属线电气连接至一信号源，该连接金属线与该辐射金属部的该中心线的距离小于15mm；以及
一短路金属部，该短路金属部一端电气连接至该辐射金属部，该短路金属部另一端电气连接至该接地面，该短路金属部具有一芯片电感，或该短路金属部的弯折长度至少为该辐射金属部与该接地面的该间距的2倍长。
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