TWI492453B - 通訊裝置及其寬頻槽孔天線元件 - Google Patents

Description

通訊裝置及其寬頻槽孔天線元件

本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種具有寬頻槽孔天線元件之行動通訊裝置。

隨著無線通訊技術的快速發展，人們對無線通訊技術的需求也愈來愈大，而天線更是掌握無線通訊傳輸品質的重要關鍵。使用者對於通訊的要求不僅要能夠支援無線區域網路(WLAN)的操作，更需要透過涵蓋無線廣域網路(WWAN)的操作來增加通訊裝置(例如，平板電腦裝置)的移動性，以達到隨時隨地都可以連上網路的需求。此外，行動通訊裝置的外型均以薄形化作為目標，因此在天線設計的部分不僅要考慮到使用者使用頻帶的需求，更需要一適用於薄形化之行動通訊裝置的天線設計。

於先前技術中，例如台灣專利公告號I341053號“多頻單極槽孔天線”便揭露一種具有多槽孔所形成的WWAN天線設計，適用於薄形化之行動通訊裝置，其中為了要合成寬頻操作，其使用的方式為利用多槽孔可產生多模態的特性去合成所需頻寬，雖然亦可達到多頻操作需求，但是為了要產生多模態，增加了額外的槽孔，也因此增加了天線的尺寸。

因此，有必要提供一種小尺寸的行動通訊裝置天線設計，可以達成至少WWAN五頻操作，其具有兩個寬頻操作頻帶，至少涵蓋約824~960MHz及1710~2170MHz頻 帶，同時其天線元件具有平面化結構及尺寸小之特點。

本發明的目的在於提供一種通訊裝置，該裝置具有一種使用單槽孔達成寬頻操作之天線元件。

為達成上述之目的，本發明之一種通訊裝置包含一接地元件以及一位於介質基板上之天線元件，此天線元件並包含一開口槽孔，其位於介質基板之一金屬表面上，又金屬表面電氣連接至接地元件，開口槽孔則藉由位於介質基板另一側之饋入微帶線所激發，開口槽孔產生至少一共振模態位於天線元件之操作頻帶內；以及一槽縫，其位於金屬表面上，槽縫在天線元件之操作頻帶之中心頻率附近產生並接共振，藉以調整操作頻帶之阻抗匹配，增加操作頻帶之頻寬。

於本發明之一實施例中，使用一開口槽孔作為輻射元件(radiator)來提供共振模態，另外在與開口槽孔相同金屬表面上加入一槽縫作為共振元件(resonator)來提供並接共振，幫助改善天線元件之阻抗匹配，進而增加天線元件之操作頻寬。由於不需額外再加入其他傳統閉槽孔或是開口槽孔來產生共振模態，因此可以大幅縮小本發明之天線元件所佔的面積，而整體的天線尺寸基本上僅由一個開口槽孔決定，故其天線尺寸可大幅縮小。

本發明之天線頻寬的增加技術，主要是藉由槽縫本身提供之並接共振，可在天線的共振模態附近產生一額外的虛部阻抗零點，進而增加一額外的共振模態，並與原先之 共振模態結合，增加天線之操作頻寬。另外，本發明可直接利用印刷或蝕刻技術形成於一介質基板上，不僅在製作過程簡易，亦可降低生產成本。

於本發明之一實施例中，天線為一平面結構，其尺寸僅約10×45mm²，即可涵蓋至少WWAN五頻(824~960/1710~2170MHz)之操作，達成小尺寸、平面印刷及寬頻操作之優點。

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。

請參考第1圖，第1圖為本發明之通訊裝置1及其天線元件11之第一實施例之結構圖。於本實施例中，通訊裝置1包含有一接地元件10及一天線元件11位於一介質基板12上。介質基板12具有一金屬表面13，天線元件11位於金屬表面13上，並包含一螺旋狀槽縫14及一開口槽孔15。其中螺旋狀槽縫14具有一第一端(開口端)141及一第二端(閉口端)142；開口槽孔15具有一第一端(開口端)151及一第二端(閉口端)152。開口槽孔15具有兩個彎折，使閉口端朝向開口端方向延伸。在金屬表面的另一側具有一饋入微帶線16，，經由天線饋入點161輸入微波訊號，饋入微帶線16(饋入微帶線16與開口槽孔15及槽縫14位於不同表面上)在金屬表面13上之投影並包含開口槽孔15及槽縫14之一部分。

請參考第2圖，第2圖為本發明之通訊裝置之一參考實施例2之結構圖，其天線元件21不具有螺旋狀槽縫14，其餘與第一實施例之天線元件11相同。第一實施例選擇接地元件10長度約為150mm、寬度約為200mm；介質基板12長度約為45mm、寬度約為10mm、厚度約為0.8mm；開口槽孔15的長度約為64mm，螺旋狀槽縫14之長度約為58mm，所佔之面積則僅約6×6mm²。

請參考第3圖，第3圖為本發明之通訊裝置之第一實施例之量測返回損失圖，其第一操作頻帶31由共振模態311、312所涵蓋；其第二操作頻帶32則是由共振模態321、322所涵蓋。在6dB返回損失的定義下(一般行動通訊天線設計規範)，第一實施例之第一操作頻帶可涵蓋至少GSM850/900(約824~960MHz)之兩頻操作；第一實施例之第二操作頻帶，可至少涵蓋GSM1800/1900/UMTS(約1710~2170MHz)之三頻操作，因此，該通訊電子裝置及其天線元件之第一操作頻帶與第二操作頻帶均可涵蓋至少一行動通訊頻帶，且可滿足至少WWAN五頻之操作需求。

請參考第4圖，第四圖為本發明之通訊裝置之第一實施例與參考實施例之模擬返回損失比較圖。在參考實施例中，開口槽孔15產生一共振模態形成天線元件之第一操作頻帶43，並產生一倍頻共振模態形成第二操作頻帶44。在第一實施例中，開口槽孔15分別產生一共振模態位於第一操作頻帶41及一倍頻共振模態位於第二操作頻帶42。當在 金屬表面13加入一槽縫14，其中槽縫14可在天線元件11之操作頻帶的中心頻率附近產生一並接共振模態(槽縫14之長度接近並接共振之中心頻率之1/4波長)，並額外產生一虛部阻抗零點，並與開口槽孔15所產生之共振模態合成較寬之第一操作頻帶41，而與倍頻共振模態合成較寬之第二操作頻帶42。由比較圖可知，第一操作頻帶41及第二操作頻帶42之頻寬均分別遠大於第一操作頻帶43及第二操作頻帶44，亦即槽縫14同時增加第一及第二操作頻帶之頻寬。

請參考第5圖，第5圖為本發明之通訊裝置之不同槽縫長度之輸入實部阻抗圖。槽縫14可在操作頻帶的中心頻率附近產生並接共振，再藉由額外產生的虛部阻抗零點來增加頻寬。在第一實施例中若改變槽縫14的長度，即可觀察到第一實施例之不同槽縫長度變化之實部阻抗變化曲線51、52、53，且幾乎不影響原有開口槽孔15所產生的模態，故說明此技術可準確的控制並接共振的頻率位置，並且不會影響原有槽孔模態的有效激發。

請參考第6圖，第6圖為本發明之通訊裝置6及其天線元件61之第二實施例之結構圖。第二實施例之通訊裝置6之結構基本上與第一實施例之通訊裝置1相同，惟在金屬表面63之槽縫64形狀為一蜿蜒狀，其具有一第一端(開口端)641與一第二端(閉口端)642。如此，第二實施例亦可達成與第一實施例相似之功效。

請參考第7圖，第7圖為本發明之通訊裝置7及其天 線元件71之第三實施例之結構圖。第三實施例之通訊裝置7之結構基本上與第一實施例之通訊裝置1相同，惟在金屬表面73之槽縫74形狀為一複合蜿蜒與螺旋狀，其具有一第一端(開口端)741與一第二端(閉口端)742，而為了配合槽縫之第一端(開口端)741的位置，饋入微帶線76與天線饋入點的位置也可以變動。如此，第三實施例亦可達成與第一實施例相似之功效。

本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，且上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1‧‧‧本發明之通訊裝置之第一實施例

2‧‧‧本發明之通訊裝置之參考實施例

6‧‧‧本發明之通訊裝置之第二實施例

7‧‧‧本發明之通訊裝置之第三實施例

10‧‧‧接地元件

11,21,61,71‧‧‧天線元件

12‧‧‧介質基板

13,23,63,73‧‧‧金屬表面

14,64,74‧‧‧槽縫

141,641,741‧‧‧槽縫之第一端(開口端)

142,642,742‧‧‧槽縫之第二端(閉口端)

15‧‧‧槽孔

151‧‧‧槽孔之第一端(開口端)

152‧‧‧槽孔之第二端(閉口端)

16,76‧‧‧饋入微帶線

161,761‧‧‧天線饋入點

31‧‧‧第一實施例之第一操作頻帶

32‧‧‧第一實施例之第二操作頻帶

311,312‧‧‧第一(低頻)操作頻帶之共振模態

321,322‧‧‧第二(高頻)操作頻帶之共振模態

41‧‧‧第一實施例之第一操作頻帶(模擬值)

42‧‧‧第一實施例之第二操作頻帶(模擬值)

43‧‧‧參考實施例之第一操作頻帶(模擬值)

44‧‧‧參考實施例之第二操作頻帶(模擬值)

51,52,53‧‧‧第一實施例之不同槽縫長度變化之實部阻抗曲線

第1圖為本發明之通訊裝置之第一實施例之結構圖。

第2圖為本發明之通訊裝置之參考實施例之結構圖。

第3圖為本發明之通訊裝置之第一實施例之量測返回損失圖。

第4圖為本發明之通訊裝置之第一實施例與參考實施例之模擬返回損失比較圖。

第5圖為本發明之通訊裝置之不同槽縫長度之輸入實部阻抗圖。

第6圖為本發明之通訊裝置之第二實施例之結構圖。

第7圖為本發明之通訊裝置之第三實施例之結構圖。

1‧‧‧本發明之通訊裝置之第一實施例

10‧‧‧接地元件

11‧‧‧天線元件

12‧‧‧介質基板

13‧‧‧金屬表面

14‧‧‧槽縫

141‧‧‧槽縫之第一端(開口端)

142‧‧‧槽縫之第二端(閉口端)

15‧‧‧槽孔

151‧‧‧槽孔之第一端(開口端)

152‧‧‧槽孔之第二端(閉口端)

16‧‧‧饋入微帶線

161‧‧‧天線饋入點

Claims (5)

1. 一種通訊裝置，包含：一接地元件；以及一天線元件，該天線元件位於一介質基板上，並包含：一開口槽孔，其位於該介質基板之一金屬表面上，又該金屬表面電氣連接至該接地元件，該開口槽孔產生至少一共振模態位於該天線元件之操作頻帶內；及一槽縫，其位於該金屬表面上，該槽縫之形狀大致為一螺旋狀或一蜿蜒狀或一複合蜿蜒與螺旋狀，在該天線元件之該操作頻帶之中心頻率附近產生並接共振，藉以調整該操作頻帶之阻抗匹配，增加該操作頻帶之頻寬；該天線元件更具有一饋入微帶線位於該介質基板上，且該饋入微帶線與該開口槽孔及該槽縫位於不同表面上，該饋入微帶線在該金屬表面上之投影包含該開口槽孔及該槽縫之一部份。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，該天線元件具有一第一操作頻帶及一第二操作頻帶，該第一及該第二操作頻帶均至少涵蓋一行動通訊頻帶。
3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，該開口槽孔分別產生一共振模態位於該第一及該第二操作頻帶內。
4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，該開口槽孔 具有至少2個彎折，使其閉口端朝向其開口端方向延伸。
5. 如申請專利範圍第2項所述之通訊裝置，該槽縫增加該第一及該第二操作頻帶之頻寬。