CN103219582B - 通信装置及其天线结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种通信装置及其天线结构，该通信装置包括一天线结构，其中该天线结构包括：一接地元件，其一边缘处具有一缺口，缺口的一长边至少为其一短边的2倍长度以上；一天线元件，天线元件具有位于缺口处的一金属部，金属部的二端点互相远离，且大致位于或邻近于缺口的二对边，其中一端点耦接至接地元件，另一端点为天线元件的馈入端；以及一电路元件组，包括至少一电容元件及一电感元件，电容元件及电感元件串联耦接至馈入端，电路元件组使天线元件产生位于天线元件的第一操作频带内的第一共振模态，且金属部的长度小于第一操作频带的最低频率的0.18倍波长。本发明的天线结构不仅制作过程简易，也可降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信装置及其天线结构，特别是涉及一种具有小尺寸的半环圈天线元件的移动通信装置及其天线结构。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，人们对于移动通信装置的需求愈来愈多元化。为了满足使用者多功能的需求，势必得将更多元件置入有限空间的移动通信装置内，以增加产品的多功能性。在移动通信装置内部的可设计空间并不多，因此天线设计者不仅要考虑到天线效能的需求，还须要评估天线与其他电子元件的关系，或是天线与周边环境整合的问题。
为了解决以上问题，有必要提供一种小尺寸的移动通信装置的天线结构，该天线结构的尺寸可小于对应操作频带的四分之一波长，并能提供良好的天线效能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通信装置及其天线结构，该通信装置包括一种使用半环圈的天线元件，其长度小于一般所需的四分之一波长的共振长度，以达成天线的小型化。
本发明提供一种通信装置，包括一天线结构，该天线结构包括：一接地元件，其中该接地元件的一边缘处具有一缺口，而该缺口的一长边至少为该缺口的一短边的2倍长度以上；一天线元件，包括位于该缺口处的一金属部，其中该金属部的二个端点互相远离且大致位于或邻近于该缺口的二对边，而所述二个端点中的一个耦接至该接地元件，且所述二个端点的另一个为该天线元件的一馈入端；以及一电路元件组，包括至少一电容元件和一电感元件，其中该电容元件及该电感元件串联耦接至该馈入端，而该电路元件组使该天线元件产生位于该天线元件的一第一操作频带内的一第一共振模态，且该金属部的长度小于该第一操作频带的最低频率的0.18倍波长。
另外，本发明提供一种天线结构，包括：一接地元件，其中该接地元件的一边缘处具有一缺口，而该缺口的一长边至少为该缺口的一短边的2倍长度以上；一天线元件，包括位于该缺口处的一金属部，其中该金属部的二个端点互相远离且大致位于或邻近于该缺口的二对边，而所述二个端点中的一个耦接至该接地元件，且所述二个端点的另一个为该天线元件的一馈入端；以及一电路元件组，包括至少一电容元件和一电感元件，其中该电容元件及该电感元件串联耦接至该馈入端，而该电路元件组使该天线元件产生位于该天线元件的一第一操作频带内的一第一共振模态，且该金属部的长度小于该第一操作频带的最低频率的0.18倍波长。
在本发明的一实施例结构中，天线元件的长度仅约45mm，其中天线元件的二端点互相远离。利用接地元件与天线元件对应的边缘，形成类似于环圈天线的电流路径。这使得天线元件的长度较一般环圈天线(其天线二端点互相邻近)所需的共振长度大幅减少。在本发明的天线元件中，900MHz频带的激发主要通过外加电容元件，而1800MHz频带的激发主要通过外加电感元件。另外，外加电感元件也有助于调整900MHz频带的阻抗匹配。在其他实施例中，也可再加上一匹配电路来调整二个频带的阻抗匹配。本发明可直接利用印刷或蚀刻技术形成于一介质基板上，不仅在制作过程简易，也可降低生产成本。
在本发明的一实施例中，天线元件为一简单金属线结构，其长度仅约45mm，可涵盖至少GSM900/GSM1800双频(880MHz～960MHz/1710MHz～1880MHz)的操作。若经过适当调整电容元件、电感元件，以及匹配电路，也可获得GSM850/GSM1900双频(824MHz～894MHz/1850MHz～1990MHz)的操作，达成小尺寸天线的优点，其中该金属线结构的长度小于天线元件的最低操作频率的0.18倍波长。
附图说明
图1为本发明的通信装置及其天线结构的第一实施例的示意图。
图2为本发明的通信装置及其天线结构的第二实施例的示意图。
图3为本发明的通信装置及其天线结构的第二实施例的返回损失图。
图4为本发明的通信装置及其天线结构的第二实施例的天线效率图。
图5为本发明的通信装置及其天线结构的第三实施例的示意图。
【主要附图标记说明】
100、200、500～通信装置及其天线结构；
10～接地元件；
101～接地元件的一边缘；
11、51～缺口；
12、22、52～天线元件；
13、23、53～金属部；
131、231、531～金属部的端点；
132、232、532～金属部的另一端点；
14～电路元件组；
141～电容元件；
142～电感元件；
15～匹配电路；
16～通信模块；
233～金属部的一部分；
31～第一操作频带；
32～第二操作频带；
41～第一操作频带内的天线效率曲线；
42～第二操作频带内的天线效率曲线；
t～缺口的一长边；
d～缺口的一短边。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、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，并配合附图，作详细说明如下。
图1为本发明的通信装置100及其天线结构的第一实施例的示意图。通信装置100包括一天线结构，而该天线结构包括接地元件10、天线元件12，以及电路元件组14。接地元件10的边缘101处具有缺口11，其中缺口11的长边t至少为缺口11的短边d的2倍长度以上。天线元件12具有金属部13，金属部13位于缺口11处。金属部13的二端点131、132互相远离，且大致位于或邻近于缺口11的二对边，其中端点131电性耦接至接地元件10，而另一端点132为天线元件12的馈入端。电路元件组14包括至少电容元件141及电感元件142，其中电容元件141及电感元件142串联并电性耦接至馈入端。在本发明较佳实施例中，电容元件141可以是一芯片电容器，而电感元件142可以是一芯片电感器。电路元件组14使天线元件12产生位于天线元件12的第一操作频带内的第一共振模态。金属部13的长度小于第一操作频带的最低频率的0.18倍波长。在本发明一实施例中，通信装置100及其天线结构还包括一匹配电路15与一通信模块16，其中匹配电路15电性耦接于电路元件组14与通信模块16之间，以调整阻抗匹配。
图2为本发明的通信装置200及其天线结构的第二实施例的示意图。在第二实施例中，通信装置200的天线元件22的金属部23具有端点231、232，其中端点231电性耦接至接地元件10，而另一端点232为天线元件22的馈入端。金属部23的一部分233所在的平面不同于缺口11所在的平面，且大致垂直于缺口11所在的平面。利用金属部23的一部分233，可使流经半环圈天线的电流较平缓，而有效的增加频宽。通信装置200及其天线结构的其余元件与第一实施例的通信装置100及其天线结构相似。在第二实施例中，接地元件10的长度约为120mm、宽度约为60mm；天线元件12的长度约45mm；而缺口11的长边t的长度约为40mm、短边d的长度约为6mm。
图3为本发明的通信装置200及其天线结构的第二实施例的返回损失(ReturnLoss)图，其中纵轴代表返回损失(单位：dB)，而横轴代表操作频率(单位：MHz)。天线元件12位于第一操作频带31内的共振模态主要是通过外加电容元件141(例如：芯片电容器)所产生，而天线元件12位于第二操作频带32内的共振模态则通过外加电感元件142(例如：芯片电感器)所产生。若选取适当的电容值及电感值，第二实施例的天线结构至少可涵盖GSM900/1800(880MHz～960MHz/1710MHz～1880MHz)的双频操作。另外，若选取其它适当的电容元件141、电感元件142及匹配电路15时，则可在不改变天线元件22的金属部23情况下，使天线结构能涵盖GSM850/1900(824MHz～894MHz/1850MHz～1990MHz)的双频带。因此，本发明在调整不同频带需求时，仅需改变电路元件组14的阻抗值，即可有效地调整电容元件141及电感元件142所产生的共振模态，以涵盖所需的频带。在本发明其他实施例中，可加入一开关电路(switchingcircuit)来选取电路元件组14的所需部分元件，或以一集成被动元件(integratedpassivedevice，IPD)来调整阻抗值。这不须再更改天线元件12。
图4为本发明的通信装置200及其天线结构的第二实施例的天线效率图，其中纵轴代表天线效率(％)，二条横轴代表操作频率(单位：MHz)。天线效率曲线41对应于下方的横轴，而天线效率曲线42对应于上方的横轴。天线效率曲线41代表本发明的天线结构在GSM900频带(880MHz～960MHz)的天线效率，天线效率曲线42代表本发明的天线结构在GSM1800频带(1710MHz～1880MHz)的天线效率。本发明的通信装置及其天线结构在GSM900频带或是GSM1800频带皆有不错的天线效率(此为将S参数已纳入考量的辐射效率)，符合实际应用的需求。
图5为本发明的通信装置500及其天线结构的第三实施例的示意图。在第三实施例中，通信装置500的缺口51大致位于接地元件10的中间位置，而天线元件52的金属部53位于缺口51内。金属部53的一端点531电性耦接至接地元件10，另一端点532则电性耦接至馈入端。通信装置500及其天线结构的其余元件与第一实施例的通信装置100及其天线结构相似。值得注意的是，本发明与传统的单极天线或是倒F形天线不相同。由于天线元件52并无开口端，本发明对于不同的接地面环境有较佳的承受度。
本发明虽以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种通信装置，包括一天线结构，该天线结构包括：
一接地元件，其中该接地元件的一边缘处具有一缺口，而该缺口的一长边至少为该缺口的一短边的2倍长度以上；
一天线元件，包括位于该缺口处的一金属部，其中该金属部的二个端点互相远离且大致位于或邻近于该缺口的二对边，而所述二个端点中的一个耦接至该接地元件，且所述二个端点的另一个为该天线元件的一馈入端；以及
一电路元件组，包括至少一电容元件和一电感元件，其中该电容元件及该电感元件串联耦接至该馈入端，而该电路元件组使该天线元件产生位于该天线元件的一第一操作频带内的一第一共振模态，且该金属部的长度小于该第一操作频带的最低频率的0.18倍波长；
其中，该缺口大致位于该接地元件的中间位置；
其中该金属部的一部分所在的平面不同于该缺口所在的平面且大致垂直于该缺口所在的平面。
2.如权利要求1所述的通信装置，其中该天线元件还用以产生位于一第二操作频带内的一第二共振模态，且该第二操作频带的频率高于该第一操作频带的频率。
3.如权利要求1所述的通信装置，还包括一匹配电路，该匹配电路耦接于该电路元件组与一通信模块之间。
4.如权利要求1所述的通信装置，其中该电容元件为一芯片电容器，以及该电感元件为一芯片电感器。
5.一种天线结构，包括：
一接地元件，其中该接地元件的一边缘处具有一缺口，而该缺口的一长边至少为该缺口的一短边的2倍长度以上；
一天线元件，包括位于该缺口处的一金属部，其中该金属部的二个端点互相远离且大致位于或邻近于该缺口的二对边，而所述二个端点中的一个耦接至该接地元件，且所述二个端点的另一个为该天线元件的一馈入端；以及
一电路元件组，包括至少一电容元件和一电感元件，其中该电容元件及该电感元件串联耦接至该馈入端，而该电路元件组使该天线元件产生位于该天线元件的一第一操作频带内的一第一共振模态，且该金属部的长度小于该第一操作频带的最低频率的0.18倍波长；
其中，该缺口大致位于该接地元件的中间位置；
其中该金属部的一部分所在的平面不同于该缺口所在的平面且大致垂直于该缺口所在的平面。
6.如权利要求5所述的天线结构，其中该天线元件还用以产生位于一第二操作频带内的一第二共振模态，且该第二操作频带的频率高于该第一操作频带的频率。
7.如权利要求5所述的天线结构，还包括一匹配电路，该匹配电路耦接于该电路元件组与一通信模块之间。
8.如权利要求5所述的天线结构，其中该电容元件为一芯片电容器，以及该电感元件为一芯片电感器。
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