TWI530024B - 多頻可調天線結構 - Google Patents

Description

多頻可調天線結構

本發明係關於一種天線結構，特別係關於一種適用於行動裝置之多頻可調天線結構。

隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi和Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

在現有技術中，常以固定尺寸之一金屬件作為行動裝置之天線主體，此金屬件之長度須恰等於所需頻帶對應之二分之一波長或四分之一波長。因此，傳統天線設計通常僅能涵蓋單一頻帶或窄頻頻帶，無法滿足現今行動裝置之多重頻帶或寬頻頻帶之操作需求。

在較佳實施例中，本發明提供一種多頻可調天線 結構，包括：一饋入部，其中該饋入部之一第一端為一饋入點；一第一輻射部，其中該第一輻射部之一第一端係耦接至該饋入部之一第二端，而該第一輻射部之一第二端為一開路端；一第二輻射部，其中該第二輻射部之一第一端係耦接至該饋入部之該第二端；複數電路支路，具有不同阻抗值；以及一切換電路，根據一控制信號來選擇該等電路支路之一者作為一匹配支路，其中該第二輻射部之一第二端係經由該匹配支路耦接至一接地電位。

在一些實施例中，該第一輻射部之該第二端係朝遠離該饋入點之方向作延伸，而該第二輻射部之該第二端係朝靠近該饋入點之方向作延伸。

在一些實施例中，該饋入部大致為一L字形。

在一些實施例中，該第一輻射部大致為一L字形。

在一些實施例中，該第二輻射部大致為一L字形。

在一些實施例中，該等電路支路包括一開路支路、一電感性支路、一電容性支路，以及一短路支路。

在一些實施例中，該饋入部、該第一輻射部、該第二輻射部，以及該匹配支路係激發產生一低頻頻帶，而該低頻頻帶約介於700MHz至960MHz之間。

在一些實施例中，該多頻可調天線結構更包括：一第三輻射部，其中該第三輻射部之一第一端為該饋入點，而該第三輻射部之一第二端為一開路端並鄰近於該饋入點。

在一些實施例中，該多頻可調天線結構更包括：一第四輻射部，其中該第四輻射部之一第一端係耦接至該饋入 部之一中間部份，而該第四輻射部之一第二端為一開路端。

在一些實施例中，該第三輻射部係激發產生一第一高頻頻帶，該第四輻射部係激發產生一第二高頻頻帶，該第一高頻頻帶約介於2300MHz至2700MHz之間，而該第二高頻頻帶約介於1710MHz至2170MHz之間。

100、500、600‧‧‧多頻可調天線結構

110‧‧‧饋入部

111‧‧‧饋入部之第一端

112‧‧‧饋入部之第二端

120‧‧‧第一輻射部

121‧‧‧第一輻射部之第一端

122‧‧‧第一輻射部之第二端

130‧‧‧第二輻射部

131‧‧‧第二輻射部之第一端

132‧‧‧第二輻射部之第二端

140、240、340、440‧‧‧切換電路

150-1、150-2、…、150-N、251、252、351、352、353、354、451、452、453、454‧‧‧電路支路

560‧‧‧第三輻射部

561‧‧‧第三輻射部之第一端

562‧‧‧第三輻射部之第二端

670‧‧‧第四輻射部

671‧‧‧第四輻射部之第一端

672‧‧‧第四輻射部之第二端

673‧‧‧第四輻射部之第三端

CC1‧‧‧第一曲線

CC2‧‧‧第二曲線

CC3‧‧‧第三曲線

CC4‧‧‧第四曲線

FP‧‧‧饋入點

SC‧‧‧控制信號

VSS‧‧‧接地電位

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之多頻可調天線結構之示意圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之切換電路和電路支路之示意圖；第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之切換電路和電路支路之示意圖；第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之切換電路和電路支路之示意圖；第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之多頻可調天線結構之示意圖；第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之多頻可調天線結構之示意圖；第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之多頻可調天線結構之電壓駐波比圖；以及第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之多頻可調天線結構之天線效率圖。

為讓本發明之目的、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一實施例所述之多頻可調天線結構100之示意圖。多頻可調天線結構100可應用於一行動裝置，例如：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)。在一些實施例中，多頻可調天線結構100係設置於一非導體承載元件(例如：一介質基板)上，而多頻可調天線結構100並係位於行動裝置內部之一邊緣處。

如第1圖所示，多頻可調天線結構100至少包括：一饋入部110、一第一輻射部120、一第二輻射部130、一切換電路140，以及複數條電路支路150-1、150-2、…、150-N(N可為大於或等於2之一正整數)。饋入部110、第一輻射部120，第二輻射部130皆以導體材質製成，例如：金屬。切換電路140可用一或複數個電晶體來實施。該等電路支路150-1、150-2、…、150-N可以包括各種電路元件，其具有不同阻抗值(Impedance Value)。

饋入部110可以大致為一L字形。饋入部110具有一第一端111和一第二端112，其中饋入部110之第一端111為多頻可調天線結構100之一饋入點FP。饋入點FP可以耦接至一信號源(未顯示)，例如：一射頻(Radio Frequency，RF)模組，以激發多頻可調天線結構100。第一輻射部120可以大致為一L字形。第一輻射部120具有一第一端121和一第二端122，其中第一輻 射部120之第一端121係耦接至饋入部110之第二端112，而第一輻射部120之第二端122為一開路端(Open End)。第二輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第二輻射部130之第一端131係耦接至饋入部110之第二端112，而第二輻射部130之第二端132係耦接至切換電路140。更詳細而言，第一輻射部120之第二端122可以朝遠離饋入點FP之方向作延伸，而第二輻射部130之第二端132可以朝靠近饋入點FP之方向作延伸。第一輻射部120之長度通常較第二輻射部130之長度更長。第一輻射部120和第二輻射部130之一組合可以大致為一N字形或一Z字形。

切換電路140係根據一控制信號SC來選擇該等電路支路150-1、150-2、…、150-N之一者作為一匹配支路，其中第二輻射部130之第二端132係經由所選擇之匹配支路耦接至一接地電位VSS。饋入支路110、第一輻射部120、第二輻射部130，以及所選擇之匹配支路可以激發產生一低頻頻帶，而此低頻頻帶可約介於700MHz至960MHz之間。在一些實施例中，控制信號SC係由一處理器(未顯示)所產生。在另一些實施例中，控制信號SC係根據一使用者輸入信號而產生。在其他實施例中，控制信號SC係根據一偵測信號而產生，其中此偵測信號為一感測器(未顯示)偵測附近電磁波頻率而取得之偵測結果。藉由控制切換電路140，多頻可調天線結構100之第二輻射部130可經由不同阻抗元件來接地，以產生多種等效共振長度。因此，多頻可調天線結構100將可在不改變整體天線尺寸之情況下，達成涵蓋多重頻帶及寬頻操作之目標。本發明之多頻可調天線結 構100很適合應用於現今各種小型化之行動通訊裝置當中。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之切換電路240和電路支路251、252之示意圖。第2圖之切換電路240和該等電路支路251、252可套用至第1圖之多頻可調天線結構100當中。在第2圖之實施例中，該等電路支路251、252包括一短路支路和一電感性支路。當切換電路240切換至電感性支路時，多頻可調天線結構100之低頻頻率為相對較低值；而當切換電路240切換至短路支路時，多頻可調天線結構100之低頻頻率為相對中間值。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之切換電路340和電路支路351、352、353、354之示意圖。第3圖之切換電路340和該等電路支路351、352、353、354可套用至第1圖之多頻可調天線結構100當中。在第3圖之實施例中，該等電路支路351、352、353、354包括一開路支路、一電感性支路、一電容性支路，以及一短路支路。當切換電路340切換至電感性支路時，多頻可調天線結構100之低頻頻率為相對較低值；當切換電路340切換至短路支路時，多頻可調天線結構100之低頻頻率為相對中間值；而當切換電路340切換至電容性支路時，多頻可調天線結構100之低頻頻率為相對較高值。另一方面，開路支路則可用於調整多頻可調天線結構100之高頻頻率。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之切換電路440和電路支路451、452、453、454之示意圖。第4圖之切換電路440和該等電路支路451、452、453、454可套用至第1圖之多頻可調天線結構100當中。在第4圖之實施例中，該等電路支 路451、452、453、454包括一電感性支路、一短路支路、一第一電容性支路，以及一第二電容性支路。第一電容性支路和第二電容性支路可具有不同電容值。當切換電路440切換至電感性支路時，多頻可調天線結構100之低頻頻率為相對較低值；當切換電路440切換至短路支路時，多頻可調天線結構100之低頻頻率為相對中間值；而當切換電路440切換至第一電容性支路或第二電容性支路時，多頻可調天線結構100之低頻頻率為相對較高值。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之多頻可調天線結構500之示意圖。第5圖和第1圖相似，兩者之差異在於，多頻可調天線結構500更包括一第三輻射部560。第三輻射部560可以大致為一C字形。第三輻射部560具有一第一端561和一第二端562，其中第三輻射部560之第一端561為多頻可調天線結構500之一饋入點FP，而第三輻射部560之第二端562為一開路端並鄰近於饋入點FP。第三輻射部560可以激發產生一第一高頻頻帶，而此第一高頻頻帶可約介於2300MHz至2700MHz之間。第5圖之多頻可調天線結構500之其餘特徵皆與第1圖之多頻可調天線結構100近似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之多頻可調天線結構600之示意圖。第6圖和第5圖相似，兩者之差異在於，多頻可調天線結構600更包括一第四輻射部670。第四輻射部670可以大致為一T字形或一L字形(未顯示)。第四輻射部670具有一第一端671、一第二端672，以及一第三端673，其中第 四輻射部670之第一端671係耦接至一饋入部110之一中間部份(例如，L字形之饋入部110之一垂直轉折處)，而第四輻射部670之第二端672和第三端673各自為一開路端且朝互相遠離之方向作延伸。第四輻射部670可以激發產生一第二高頻頻帶，而此第一高頻頻帶可約介於1710MHz至2170MHz之間。第四輻射部670可用於調整多頻可調天線結構600之阻抗匹配。第6圖之多頻可調天線結構600之其餘特徵皆與第5圖之多頻可調天線結構500近似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之多頻可調天線結構600之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。第7圖係顯示第6圖之多頻可調天線結構600之量測結果，其中多頻可調天線結構600可包括第4圖之電感性支路、短路支路、第一電容性支路，以及第二電容性支路。如第7圖所示，第一曲線CC1係代表選擇電感性支路(例如：電感值約為6.8nH)作為匹配支路，第二曲線CC2係代表選擇短路支路作為匹配支路，第三曲線CC3係代表選擇第一電容性支路(例如：電容值約為15pF)作為匹配支路，而第四曲線CC4係代表選擇第二電容性支路(例如：電容值約為4.7pF)作為匹配支路。根據第7圖之量測結果可以發現，當選擇電感性支路時，多頻可調天線結構600之低頻頻率為相對較低值；當選擇短路支路時，多頻可調天線結構600之低頻頻率為相對中間值；而選擇第一電容性支路或第二電容性支路時，多頻可調天線結構600之低頻頻率為相對較高值。多頻可調天線結構600之高頻頻率亦會隨著選擇不同 匹配支路而變動。因此，藉由於具有不同阻抗值之電路支路之間進行切換，多頻可調天線結構600可輕易涵蓋多頻操作及寬頻操作，並滿足現今行動通訊裝置之各種功能需求。

第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之多頻可調天線結構600之天線效率(Antenna Efficiency)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線效率(dBi)。根據第8圖之量測結果，本發明之多頻可調天線結構600於LTE B28/B17/B20/B5/B8/B4/B3/B2/B1/B40/B7等頻段中均具有良好之輻射效率，已可符合一般行動通訊裝置之規範。

本發明提出一種新穎之多頻可調天線結構。此種多頻可調天線結構可設計於行動裝置之有限空間中，並至少具有結構簡單、低成本、寬頻帶，以及高效率等優勢，可克服傳統技術所面臨之問題。

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。本發明之多頻可調天線結構並不僅限於第1-8圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-8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多頻可調天線結構當中。

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‧‧‧多頻可調天線結構

110‧‧‧饋入部

111‧‧‧饋入部之第一端

112‧‧‧饋入部之第二端

120‧‧‧第一輻射部

121‧‧‧第一輻射部之第一端

122‧‧‧第一輻射部之第二端

130‧‧‧第二輻射部

131‧‧‧第二輻射部之第一端

132‧‧‧第二輻射部之第二端

140‧‧‧切換電路

150-1、150-2、…、150-N‧‧‧電路支路

FP‧‧‧饋入點

SC‧‧‧控制信號

VSS‧‧‧接地電位

Claims (9)

1. 一種多頻可調天線結構，包括：一饋入部，其中該饋入部之一第一端為一饋入點；一第一輻射部，其中該第一輻射部之一第一端係耦接至該饋入部之一第二端，而該第一輻射部之一第二端為一開路端；一第二輻射部，其中該第二輻射部之一第一端係耦接至該饋入部之該第二端；複數電路支路，具有不同阻抗值；以及一切換電路，根據一控制信號來選擇該等電路支路之一者作為一匹配支路，其中該第二輻射部之一第二端係經由該匹配支路耦接至一接地電位；其中該多頻可調天線結構更包括：一第三輻射部，其中該第三輻射部之一第一端為該饋入點，而該第三輻射部之一第二端為一開路端並鄰近於該饋入點。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多頻可調天線結構，其中該第一輻射部之該第二端係朝遠離該饋入點之方向作延伸，而該第二輻射部之該第二端係朝靠近該饋入點之方向作延伸。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多頻可調天線結構，其中該饋入部大致為一L字形。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多頻可調天線結構，其中該第一輻射部大致為一L字形。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多頻可調天線結構，其中該第二輻射部大致為一L字形。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多頻可調天線結構，其中 該等電路支路包括一開路支路、一電感性支路、一電容性支路，以及一短路支路。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多頻可調天線結構，其中該饋入支路、該第一輻射部、該第二輻射部，以及該匹配支路係激發產生一低頻頻帶，而該低頻頻帶約介於700MHz至960MHz之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之多頻可調天線結構，更包括：一第四輻射部，其中該第四輻射部之一第一端係耦接至該饋入部之一中間部份，而該第四輻射部之一第二端為一開路端。
9. 如申請專利範圍第8項所述之多頻可調天線結構，其中該第三輻射部係激發產生一第一高頻頻帶，該第四輻射部係激發產生一第二高頻頻帶，該第一高頻頻帶約介於2300MHz至2700MHz之間，而該第二高頻頻帶約介於1710MHz至2170MHz之間。