TWI508364B - 通訊電子裝置及其寬頻天線元件 - Google Patents

Description

通訊電子裝置及其寬頻天線元件

本發明係關於一種通訊電子裝置，特別是具有寬頻天線元件的通訊電子裝置。

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日益增加，在競爭激烈的通訊產業中，行動通訊裝置的外型走向薄形化，以希冀獲得消費者的青睞，因此如何設計小尺寸及多頻段操作的通訊電子產品，是今日主要的設計目標。例如尺寸大小介於行動手機和筆記型電腦之間的平板電腦，除了支援無線區域網路(WLAN)的操作外，更需要透過涵蓋無線廣域網路(WWAN)的操作來增加通訊電子裝置的移動性。因此，如何設計一薄形化且涵蓋無線廣域網路之內藏式平面印刷式天線設計，已成為一重要課題。

舉例來說，於先前技術中，如中華民國專利第I341053號「多頻單極槽孔天線(Multiband Monopole Slot Antenna)」，其揭露一種適用於筆記型電腦或平板電腦裝置之無線廣域網路天線，然而此種天線尺寸達12×60 mm² ，所佔據的空間仍然太大。因此，有必要提供一種通訊電子裝置(例如，一平板電腦裝置)，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電子裝置，其具有帶拒電路內建於天線元件之中，可使得天線達成寬頻操作，且並具有小尺寸之優點。

為達成上述之目的，本發明之一種通訊電子裝置包含一接地元件及一位於介質基板上之天線元件。該天線元件包含一天線接地面、一饋入部及一短路金屬部；該天線接地面電氣連接至該接地元件；饋入部至少具有一第一區間及一第二區間；短路金屬部短路至該天線接地面，該短路金屬部由該饋入部之第二區間以電容耦合方式激發，產生一第一共振模態及一第二共振模態，該短路金屬部並包圍該饋入部；其中該第一區間並具有一帶拒電路，產生一第一並接共振，位於該第一及第二共振模態之間，該第一並接共振可以改善該第一共振模態之阻抗匹配，並產生一第三共振模態，增加該天線元件的操作頻寬。

饋入部更具有一第三區間，使得該第二區間位於該第一及該第三區間之間，且該第二區間之寬度至少為該第三區間之寬度的3倍以上，該第三區間與該短路金屬部具有一電容耦合，產生一第二並接共振，其共振頻率高於該第二共振模態之中心頻率，該第二並接共振可以改善該第二共振模態之阻抗匹配，並產生一第四共振模態，增加天線元件的操作頻寬。其中該第三區間利用較細的金屬片提供額外電感量，該第二區間利用較寬的金屬片提供激發該短路金屬部的電容耦合量，所以該第二區間之寬度至少為該第三區間之寬度的3倍以上。

在該天線元件中，單一短路金屬部所激發之模態不足以涵蓋所需頻寬，該天線元件頻寬的增加，主要是藉由該第一及該第二並接共振之作用，該第一並接共振除了改善該第一共振模態之阻抗匹配，並可在該第一共振模態附近產生一額外的虛部阻抗零點，進而增加一第三共振模態，並與該第一共振模態結合以涵蓋低頻操作頻寬；該第二並接共振除了改善該第二共振模態之阻抗匹配，並可在該第二共振模態附近產生一額外的虛部阻抗零點，進而增加一第四共振模態，並與原先之第二共振模態結合以涵蓋高頻操作頻寬。

於本發明一實施例中，天線之尺寸僅約10×40 mm² ，即可涵蓋WWAN五頻(824~960/1710~2170 MHz)之操作，達成小尺寸及寬頻操作之優點。

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圖為本發明之通訊電子裝置1及其天線元件11之第一實施例結構圖。於本實施例中，通訊電子裝置1包含有一接地元件10及一天線元件11。天線元件11位於一介質基板12上，並包含一天線接地面13、一饋入部14及一短路金屬部15；其中天線接地面13電氣連接至接地元件10且饋入部14至少具有一第一區間142及一第二區間143，並具有一第一端141位於第一區間142，為天線元件11之饋入點，其中第一區間142具有一帶拒電路，其包含至少一晶片電感元件及至少一晶片電容元件並聯相接；短路金屬部15短路至天線接地面13，短路金屬部15由饋入部14之第二區間143以電容耦合激發，產生一第一共振模態及一第二共振模態，短路金屬部15並包圍饋入部14，其中短路金屬部15之開口端151位於天線元件11的內部。

請參考第2圖，第2圖為本發明之通訊電子裝置之第一實施例中位於饋入部之第一區間之帶拒電路圖。帶拒電路至少一晶片電容21及至少一晶片電感22所構成，兩者並聯相接，可於低頻產生一第一並接共振。

請參考第3圖，第3圖為本發明之通訊電子裝置之第一實施例及第一實施例未具有帶拒電路時之模擬返回損失比較圖。第一實施例選擇接地元件10長度約為150 mm、寬度約為200 mm；介質基板12長度約為40 mm、寬度約為10 mm、厚度約為0.8 mm。第一區間142之帶拒電路使用晶片電容21約為2.7 pF及晶片電感22約為3.9 nH。短路金屬部15長度約為90 mm。第一實施例未具有帶拒電路時，短路金屬部15可以激發一第一共振模態34及一第二共振模態35，但此時第一共振模態34並無法涵蓋所需之操作頻寬。第一實施例之短路金屬部15可以激發一第一共振模態31及一第二共振模態32，其中第一區間142之帶拒電路可在天線元件11之操作頻帶的中心頻率附近產生一並接共振，並額外產生一虛部阻抗零點，進而產生一第三共振模態33，並與第一共振模態31共同合成第一實施例之第一操作頻帶，而第二共振模態32則為第一實施例之第二操作頻帶。在6 dB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GSM850/900(約824~960 MHz)之兩頻操作。

請參考第4圖，第4圖為本發明之通訊電子裝置之第一實施例及第一實施例未具有帶拒電路時之模擬輸入阻抗比較圖。對照第一實施例未具有帶拒電路時之輸入阻抗實部曲線44、虛部曲線45與第一實施例之輸入阻抗實部曲線41、虛部曲線42，可發現第一實施例之輸入阻抗實部曲線41與虛部曲線42在約1100 MHz附近產生一第一並接共振43，並於約950 MHz附近額外產生一虛部阻抗零點，進而增加一共振模態，增加天線元件的操作頻寬。

請參考第5圖，第5圖為本發明之通訊電子裝置5及其天線元件51之第二實施例之結構圖。第二實施例之通訊電子裝置5之結構基本上與第一實施例之通訊電子裝置1相同，惟多了一第三區間544，使得該第二區間位於該第一及該第三區間之間，且該第二區間之寬度d至少為該第三區間之寬度t的3倍以上；該第三區間可於高頻產生一第二並接共振，幫助改善天線元件之第二共振模態之阻抗匹配，並產生一額外共振模態，增加該天線元件於高頻的操作頻寬。

請參考第6圖，第6圖為本發明之通訊電子裝置之第二實施例之模擬返回損失圖。第二實施例與第一實施例大置相同。為第二實施例多了第三區間544長度約為18 mm。短路金屬部15可以激發一第一共振模態61及一第二共振模態62，其中第一區間542可在天線元件51之操作頻帶的中心頻率附近產生一第一並接共振，並額外產生一虛部阻抗零點，進而產生一第三共振模態63，並與短路金屬部15所產生之第一共振模態61共同合成第二實施例之第一操作頻帶，而第三區間544可在天線元件51之操作頻帶的中心頻率附近產生一第二並接共振，並額外產生一虛部阻抗零點，進而產生一第四共振模態64，並與短路金屬部15所產生之第二共振模態62共同合成第二實施例之第二操作頻帶。在6 dB返回損失的定義下，第二實施例之第一操作頻帶可涵GSM850/900(約824~960 MHz)之兩頻操作；第二實施例之第二操作頻帶，可涵蓋GSM1800/1900/UMTS(約1710~2170 MHz)之三頻操作，因此該通訊電子裝置可滿足WWAN五頻之操作需求。

請參考第七圖，第七圖為本發明之通訊電子裝置之第二實施例及第一實施例之模擬輸入阻抗結比較圖。比較第一實施例之輸入阻抗實部曲線41、虛部曲線42與第二實施例之輸入阻抗實部曲線71、虛部曲線72，可發現第二實施例之輸入阻抗實部曲線71與虛部曲線72在約2650 MHz附近產生一第二並接共振74，並額外在約2150 MHz附近產生一虛部阻抗零點，進而增加一共振模態，增加天線元件的操作頻寬。

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．．．本發明之通訊電子裝置之第一實施例

5．．．本發明之通訊電子裝置之第二實施例

10．．．接地元件

101．．．接地點

11,51．．．天線元件

12．．．介質基板

13．．．天線接地面

14,54．．．饋入部

141,541．．．第一端(饋入端)

142,542．．．第一區間

143,543．．．第二區間

15．．．短路金屬部

151．．．短路金屬部之開口端

21．．．電容元件

22．．．電感元件

31．．．第一實施例之第一共振模態

32．．．第一實施例之第二共振模態

33．．．第一實施例之第三共振模態

34．．．第一實施例無帶拒電路時之第一共振模態

35．．．第一實施例無帶拒電路時之第二共振模態

41．．．第一實施例之輸入阻抗實部曲線

42．．．第一實施例之輸入阻抗虛部曲線

43．．．第一實施例之第一並接共振

44．．．第一實施例無帶拒電路時之輸入阻抗實部曲線

45．．．第一實施例無帶拒電路時之輸入阻抗虛部曲線

544．．．第三區間

61．．．第二實施例之第一共振模態

62．．．第二實施例之第二共振模態

63．．．第二實施例之第三共振模態

64．．．第二實施例之第四共振模態

71．．．第二實施例之輸入阻抗實部曲線

72．．．第二實施例之輸入阻抗虛部曲線

73．．．第二實施例之第一並接共振

74．．．第二實施例之第二並接共振

d．．．饋入部之第二區間寬度

t．．．饋入部之第三區間寬度

第1圖為本發明之通訊電子裝置之第一實施例結構圖。

第2圖為本發明之通訊電子裝置之第一實施例中位於饋入部之一區間之帶拒電路圖。

第3圖為本發明之通訊電子裝置之第一實施例及第一實施例未具有帶拒電路時之模擬返回損失比較圖。

第4圖為本發明之通訊電子裝置之第一實施例及第一實施例未具有帶拒電路時之模擬輸入阻抗比較圖。

第5圖為本發明之通訊電子裝置之第二實施例結構圖。

第6圖為本發明之通訊電子裝置之第二實施例之模擬返回損失圖。

第7圖為本發明之通訊電子裝置之第二實施例及第一實施例之模擬輸入阻抗比較圖。

1．．．本發明之通訊電子裝置之第一實施例

10．．．接地元件

101．．．接地點

11．．．天線元件

12．．．介質基板

13．．．天線接地面

14．．．饋入部

141．．．第一端(饋入端)

142．．．第一區間

143．．．第二區間

15．．．短路金屬部

151．．．短路金屬部之開口端

d．．．饋入部之第二區間寬度

Claims (3)

1. 一種通訊電子裝置，包含：一接地元件；及一天線元件，該天線元件位於一介質基板上，包含：一天線接地面，該天線接地面電氣連接至該接地元件；一饋入部，該饋入部至少具有一第一區間、一第二區間，及一第三區間，並具有一第一端位於該第一區間，該第一端為該天線元件之饋入點，而該第二區間之寬度至少為該第三區間之寬度的3倍以上，且位於該第一及該第三區間之間；及一短路金屬部，其短路至該天線接地面，該短路金屬部由該饋入部之第二區間以電容耦合方式激發，產生一第一共振模態及一第二共振模態，該短路金屬部並包圍該饋入部；其中，該第一區間並具有一帶拒電路，產生一第一並接共振，位於該第一及該第二共振模態之間，該第一並接共振可以改善該第一共振模態之阻抗匹配，並產生一第三共振模態，而該第三區間與該短路金屬部具有一電容耦合，產生一第二並接共振，其共振頻率高於該第二共振模態之中心頻率，該第二並接共振可以改善該第二共振模態之阻抗匹配，並產生一第四共振模態，增加該天線元件的操作頻寬。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊電子裝置，其中該帶拒電路具有至少一晶片電感與至少一晶片電容並聯相接。
3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊電子裝置，其中該短路金屬部之開口端位於該天線元件的內部。