TWI633704B - 無線裝置之天線 - Google Patents

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布魯斯 佛斯特 畢夏普
朴勇權
金濬元
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美商泰連公司
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials

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Abstract

一種無線裝置之天線包含可於一低頻帶寬中運作之一低頻左旋(LBLH)模式元件及一低頻右旋(LBRH)模式元件，以及可於一高頻帶寬中運作之高頻左旋(HBLH)模式元件及一高頻右旋(HBRH)模式元件。LBLH模式元件係電容耦合至天線的一饋電端，並電感耦合至天線的一接地端。LBRH模式元件係電氣耦接至天線的饋電端。HBLH模式元件係電容耦合至天線的饋電端，並電感耦合至天線的接地端。HBRH模式元件係電氣耦接至天線的饋電端。至少一調整元件係操作耦接至至少一模式元件。

Description

無線裝置之天線
本發明之標的一般係與無線裝置之天線有關。
無線裝置或無線通訊裝置係已使用於許多應用中，包括電信、電腦與其它應用。無線裝置的實例包括行動電話、平板、筆記型電腦、膝上型電腦、桌上型電腦、手持裝置、個人數位助理(PDAs)、一無線存取點(AP)，如一無線網路中之基地台、電腦之一無線通訊USB加密鎖(dongle)或卡(例如，PCI擴充卡或PCMCIA卡)、及其他裝置。無線裝置包括可供與裝置無線通訊之天線。在選擇無線裝置之天線時，通常會考慮數種天線特性，包括尺寸、電壓駐波比(VSWR)、增益、帶寬以及天線的輻射方向圖。
習知的無線裝置天線具有數項缺點，例如帶寬受限、大尺寸、來自使用者的手及/或頭部的干擾等。習知無線裝置天線利用天線之複合式右旋與左旋(CRLH)超材料(metamaterials)來解決某些天線問題。舉例而言，Achour之美國專利第7,764,232號(其標的係藉由引用形式而整體併入本文)說明了使用CRLH超材料結構之天線。這些天線具有擴充之帶寬，以涵蓋較寬的頻率範圍，但仍然還是有帶寬限制。
今日的系統需要使用可同時在多頻帶中運作之無線裝置，或需使用可在特定射頻帶中有效運作、並可為不同網路來遠端選擇這些頻帶的無線裝置。習知的無線裝置天線無法有效解決這些需求，至少是由於帶寬限制之故。
對於天線則仍有需在寬頻帶寬中有效運作、同時又具有小的實體天線尺寸之需求。
在一具體實施例中，係提供了一種無線裝置之天線，其包含可於一低頻帶寬中運作之一低頻左旋(LBLH)模式元件、可於一低頻帶寬中運作之低頻右旋(LBRH)模式元件、可於一高頻帶寬中運作之高頻左旋(HBLH)模式元件、以及可於一高頻帶寬中運作之高頻右旋(HBRH)模式元件。LBLH模式元件係電容耦合至天線的一饋電端，並電感耦合至天線的一接地端。LBRH模式元件係電氣耦接至天線的饋電端。HBLH模式元件係電容耦合至天線的饋電端，並電感耦合至天線的接地端。HBRH模式元件係電氣耦接至天線的饋電端。至少一調整元件係操作耦接至至少一模式元件。
視情況者，該調整元件係一可調整之電容元件，用以主動調整對應的模式元件。調整元件可包含一鐵電性電容器，其具有一電壓相關介電常數以改變其電容。調整元件係包含一可變電容、一變容二極體、一MEMS切換電容器或一電子切換電容器。調整元件可為對應模式元件的一整合部分。
視情況者，該天線包括一天線電路板，其具有定義該等模式元件之分離電路線跡。該調整元件係端接至該等對應模式元件的該等電路線跡。該天線電路板包含一功率電路，其電氣連接至該調整元件，該功率電路之電壓改變該調整元件的一電容值。該調整元件係固定至該天線電路板而與該等對應模式元件的該等電路線跡串聯。該調整元件係於該等對應電路線跡與該接地端之間的一分流器中固定至該天線電路板。該調整元件包括固定至該天線電路板而與該等對應模式元件的該等電路線跡串聯之一串聯電容器，該串聯電容器係一可變電容器，該調整元件包括與該串聯電容器並聯之一電感線跡。視情況者，該調整元件係操作耦接至該等模式元件中的至少其中兩者，該調整元件為該等對應模式元件提供匹配之調 整。
視情況者，定義該LBLH模式元件之該電路線跡係包含一第一單元以及在該第一單元與該接地端之間延伸的一第一接地線跡，定義該LBRH模式元件之該電路線跡係包含一彎曲線跡，定義該HBLH模式元件之該電路線跡係包含一第二單元以及延伸於該第二單元與該接地端之間的一第二接地線跡，定義該HBRH模式元件之該電路線跡係包含一饋電線跡，其直接連接至該天線的該饋電端，其中該第一單元係電容耦合至該饋電線跡，且該第一接地線跡係電感負載，其中該彎曲線跡係接通至該饋電線跡中，其中該第二單元係電容耦合至該饋電線跡，且該第二接地線跡為電感負載。
視情況者，該調整元件係固定至該天線電路板而與該第一接地線跡、該第二接地線跡、該彎曲線跡或該饋電線跡串聯。該調整元件係固定至該電路板，並於該接地端與該第一接地線跡、該彎曲線跡或該饋電線跡之間分流。該調整元件係固定至該天線電路板，並電氣連接於該饋電線跡以及該第一單元、該第二單元與該彎曲線跡中至少其一之間。
在另一具體實施例中，係提供了一種無線裝置之天線，其包含一饋電端、一接地端、一天線電路板以及在該天線電路板上之一調整元件。天線電路板包含至少一左旋模式元件與至少一右旋模式元件。該至少一右旋模式元件係電氣耦接至饋電端。該至少一左旋模式元件係電感耦合至該接地端。該調整元件係操作耦接至該至少一左旋模式元件及/或該至少一右旋模式元件。
100‧‧‧無線裝置
102‧‧‧天線
104‧‧‧外殼
110‧‧‧電子組件
112‧‧‧主電路板
120‧‧‧天線電路板
122‧‧‧模式元件
124‧‧‧模式元件
126‧‧‧模式元件
128‧‧‧模式元件
130‧‧‧饋電端
132‧‧‧接地端
134‧‧‧調整元件
136‧‧‧電路線跡
138‧‧‧邊緣
140‧‧‧電路線跡
142‧‧‧電路線跡
202‧‧‧天線
204‧‧‧模式元件
206‧‧‧電路板
210‧‧‧饋電端
212‧‧‧接地端
214‧‧‧電源供應器
216‧‧‧調整元件
218‧‧‧饋電線路
220‧‧‧模式元件
222‧‧‧模式元件
224‧‧‧模式元件
226‧‧‧模式元件
230‧‧‧單元
232‧‧‧接地線跡
233‧‧‧橋接部
234‧‧‧縱軸
236‧‧‧側向軸
238‧‧‧邊緣
248‧‧‧控制器
250‧‧‧彎曲線跡
260‧‧‧單元
262‧‧‧接地線跡
263‧‧‧橋接部
268‧‧‧邊緣
300‧‧‧調整元件
302‧‧‧調整元件
304‧‧‧調整元件
306‧‧‧調整元件
308‧‧‧調整元件
310‧‧‧調整元件
312‧‧‧調整元件
314‧‧‧調整元件
316‧‧‧電容器
318‧‧‧電感線跡
320‧‧‧調整元件
322‧‧‧調整元件
324‧‧‧調整元件
326‧‧‧電容器
328‧‧‧電感線跡
330‧‧‧調整元件
332‧‧‧調整元件
334‧‧‧調整元件
336‧‧‧電容器
338‧‧‧電感線跡
402‧‧‧天線
404‧‧‧模式元件
406‧‧‧天線電路板
408‧‧‧饋電線路
420‧‧‧模式元件
422‧‧‧模式元件
424‧‧‧模式元件
426‧‧‧模式元件
430‧‧‧單元
432‧‧‧接地線跡
434‧‧‧電容尾部
502‧‧‧天線
504‧‧‧模式元件
506‧‧‧天線電路板
508‧‧‧饋電線路
第一圖說明根據一例示具體實施例之無線裝置。
第二圖說明該無線裝置的一部分。
第三圖為該無線裝置之天線的示意說明。
第四圖說明該無線裝置之天線。
第五圖說明第四圖所示天線之HFSS模擬。
第六圖至第十七圖說明該天線具有與其耦接之調整元件。
第十八圖說明根據一例示具體實施例而形成之天線。
第十九圖說明根據一例示具體實施例而形成之天線。
第二十圖為顯示該天線在各種頻率下的反射損失圖。
第二十一圖為顯示該天線在各種頻率下的效率圖。
第一圖說明根據一例示具體實施例而形成之無線裝置100。該無線裝置100包含一天線102。無線裝置100係用於電信應用、電腦應用或其他應用。無線裝置100係一行動電話、平板、筆記型電腦、膝上型電腦、桌上型電腦、手持裝置、PDA、無線存取點(AP)(例如一WiFi路由器、無線網路中之基地台)、無線通訊USB加密鎖或卡(例如電腦之PCI擴充卡或PCMCIA卡)或其他類型的無線裝置。天線102係允許對無線裝置100及/或自其進行無線通訊。
在一例示具體實施例中，天線102包含右旋模式天線元件與左旋模式天線元件兩者。右旋模式天線元件具有之電磁波傳播係遵循電場、磁場與波向量之右旋定則。相速度方向係與訊號能量傳播(群組速度)的方向相同，且折射參數係一正數。左旋模式天線元件係由超材料結構所製成，其呈現出負的折射參數，相速度方向係與訊號能量傳播的方向相反。向量場的相對方向係依循左旋定則。
天線102係一超材料結構所製成，該超材料結構係左旋超材料與右旋材料之混合物，以定義一結合結構，其在低頻率下行為類似一左旋超材料結構，而在高頻率下行為類似一右旋材料結構。天線結構係依據運作頻率而呈現出左旋與右旋電磁傳播模式。各種超材料的設計與性質係描述於Achour的美國專利第7,764,232 號中，其標的係藉由引用形式而整體併入本文。
天線102的結構可構成與加工為具有適合於特定應用並可用於天線同時運作於多個頻帶之應用的電磁性質。天線102的結構可構成與加工為可有效運作於特定的射頻頻帶。天線102的結構可構成與加工為可針對不同網路而遠端選擇特定的射頻頻帶。天線102的結構可構成與加工為具有小的實體天線尺寸、同時能於寬頻帶寬中有效運作。天線102的結構可構成與加工為可於一或多個頻帶中動態調整天線。
第二圖說明無線天線100的一部分，其顯示一外殼104的一部分，在外殼104中具有電子組件110。電子組件110係用以運作無線裝置100。在所述之具體實施例中，電子組件110包含一主要電路板112與天線102。其他的電子組件也可被包含於其中以使無線裝置100運作，例如處理器、電池、控制器、輸入端、輸出端、顯示器、揚聲器等。
天線102包括一天線電路板120，其上具有複數個天線元件122-128。天線102定義了一結合之左旋/右旋天線。天線102包含複數個模式元件，其係可於不同的頻帶寬中運作，例如不同的低頻頻率與不同的高頻頻率。
在所述之具體實施例中，天線102具有一低頻左旋(LBLH)模式元件122、一低頻右旋(LBRH)模式元件124、一高頻左旋(HBLH)模式元件126、以及一高頻右旋(HBRH)模式元件128。這類模式元件中任一者都可個別被稱為一「模式元件」或其任何組合都可一起被稱為「模式元件」。
模式元件122-128與電子組件110係示意表示於第二圖中。模式元件122-128中的一或多者係電氣連接至主電路板112。舉例而言，模式元件122-128中的一或多個係電氣連接至主電路板112上的一饋電端130。模式元件122-128中的一或多個係電氣連接至主電路板112上的一接地端132。
在一例示具體實施例中，至少其中一個模式元件122-128包括與其相關之一調整元件134。在所述具體實施例中，每一個模式元件122-128都具有與其相關之一調整元件134。在替代具體實施例中，少於全部的模式元件122-128會具有與其相關之一調整元件134，例如僅有其中一個模式元件122-128具有一調整元件134。視情況而定，調整元件134係連接至更多的模式元件122-128。
在所述具體實施例中，調整元件134係以可變電容器為代表。在替代具體實施例中係使用其他類型的調整元件。舉例而言，調整元件134係一鐵電性電容器，其具有一電壓相關介電常數以改變其電容值，例如一鋇鍶鈦酸鹽(BST)電容器。在其他具體實施例中，調整元件134係一變容二極體、一MEMS切換電容器、一電子切換電容器等。在替代具體實施例中係可使用其他類型的調整元件。調整元件134係用以動態影響一或多個模式元件122-128的天線特性。舉例而言，模式元件122-128的頻率、帶寬、阻抗、增益、損失等都可由調整元件134予以調整或調校。
調整元件134係可操作地耦接至主電路板112上的一控制器或處理器，以控制其運作。舉例而言，控制器係調整調整元件134的一或多個特性，以影響調整元件134的運作。視情況所需，可藉由改變對調整元件134所施加的電壓來控制調整元件134。控制器可控制供應至調整元件134的電壓，以控制調整元件134的運作。調整元件134的調整係可經由控制器響應於一內部程式或一或多個外部訊號(例如天線102所接收之訊號)而電氣調整。或者是，調整元件134係由在主電路板112上的一人為操作之切換器予以控制，例如切換裝置。
在一例示具體實施例中，模式元件122-128係由天線電路板120上的電路所定義。這些電路可在天線電路板120的一或多層上被設定路徑。在替代具體實施例中，模式元件122-128係包含或可為固定至天線電路板120之個別組件。調整元件134係由形成於 天線電路板120上的電路所定義。或者是，調整元件134可為或包含固定至天線電路板120上的個別組件。視情況所需，天線電路板120係容置在外殼104內的一FR4板。或者是，天線電路板120係由纏繞於外殼104中所容置之一3D組件周圍的一撓性電路所定義。在其他替代具體實施例中，天線電路板120係由外殼的結構所限定，例如限定該外殼或匣體的模造塑膠。天線元件係可形成於外殼104的一或多個表面上。天線元件可形成於外殼104的內部或外部。
第三圖為天線102的示意說明圖，模式元件122-128係位於天線電路板120上。模式元件122-128具有至少一電路線跡136。視情況者，電路線跡136係從天線電路板120的一邊緣138延伸。其他具體實施例可不具有從邊緣138延伸的電路線跡136，但可沿著天線電路板120的其他部分而設置。
模式元件122-128具有選擇性之電路線跡140(以虛線表示)，其係延伸於模式元件122-128與邊緣138之間。這類電路線跡140為選擇性的，且在某些設計中可不被使用。選擇性之電路線跡142(以虛線表示)係延伸於各個模式元件122-128之間。這類電路線跡142是選擇性的，且在某些設計中可不被使用。
調整元件134的各個放置位置係顯示於第三圖中。舉例而言，為調整對LBLH模式元件122的效應，調整元件134係放置在1)在電路線跡136上與其串聯的位置A處；2)在電路線跡140所定義之一分流器上的位置B處；3)在LBLH模式元件122上的位置C處；及/或4)在LBLH模式元件122與LBRH模式元件124(或其他模式元件)之間的連接電路線跡142上的位置D處。
為調整對LBRH模式元件124的效應，調整元件134係放置在1)在電路線跡136上與其串聯的位置E處；2)在電路線跡140所定義之一分流器上的位置F處；3)在LBRH模式元件124上的位置G處；4)在LBLH模式元件122與LBRH模式元件124(或其他模式元件)之間的連接電路線跡142上的位置D處；及/或5)在LBRH模 式元件124與HBLH模式元件126(或其他模式元件)之間的連接電路線跡142上的位置H處。
為調整對HBLH模式元件126的效應，舉例而言，一調整元件134係放置在1)在電路線跡136上與其串聯的位置I處；2)在電路線跡140所定義之一分流器上的位置J處；3)在HBLH模式元件126上的位置K處；4)在HBLH模式元件126與LBRH模式元件124之間的連接電路線跡142上的位置H處；及/或5)在HBLH模式元件126與HBRH模式元件128(或其他模式元件)之間的連接電路線跡142上的位置L處。
為調整對HBRH模式元件128的效應，舉例而言，一調整元件134係放置在1)在電路線跡136上與其串聯的位置M處；2)在電路線跡140所定義之一分流器上的位置N處；3)在HBRH模式元件128上的位置O處；及/或4)在HBLH模式元件126與HBRH模式元件128(或其他模式元件)之間的連接電路線跡142上的位置L處。
在其他具體實施例中係可設置其他的模式元件。在替代具體實施例中調整元件134係具有其他配置。調整元件134係用以動態影響一或多個模式元件122-128的天線特性。舉例而言，模式元件的響應頻率係可由調整元件134進行調整或調校。調整元件134係用以使模式元件122-128的阻抗或其他特性與另一模式元件122-128或天線102的其他電氣組件匹配。
第四圖說明可代替天線102而與無線裝置100(示於第一圖中)一起使用之天線202。天線202包括一特定排列的模式元件204，其係由在天線電路板206上的電路所形成。模式元件204的尺寸、形狀與定位係為一特定應用而設計，且可改變以為天線202提供不同特性，例如設計為以不同頻率來運作。不同的模式元件204可使天線202被使用於不同的頻帶中。天線202因使用多個模式元件而具有寬廣的帶寬。天線202使用右旋與左旋電磁傳播模式來有效地操作於多個頻帶。天線202也被設計以調整模式元件204而進行更 有效率的操作。
設置一饋電端210，其對天線202饋送射頻波，及/或收集進來的射頻波並將其轉化為電流而傳送至一接收器或主電路板112(示於第二圖)上的其他組件。設有一接地端212。視情況者，接地端212係主電路板112的部件。或者是，接地端212為天線202的部件且連接至主電路板112上的一接地端或其他組件。在其他替代具體實施例中，接地端212為無線裝置100的另一電子元件的部件。一電源供應器214係連接至天線202的一或多個組件。
天線202包括耦接至其中一個天線模式元件204之一調整元件216。視情況者，設置有耦接至任一模式元件204的多個調整元件216。天線202包括在天線電路板206上之一饋電線路218。饋電線路218係天線電路板206上的一傳導線跡。饋電線路218係於天線電路板206的邊緣處或接近處連接至饋電端210。模式元件204關於饋電線路218的位置會影響模式元件204的天線特性。
在所述具體實施例中，天線202包括四個模式元件204，然而，在替代具體實施例中也可使用更多或較少的模式元件204。天線202包括一LBLH模式元件220、一LBRH模式元件222、一HBLH模式元件224以及一HBRH模式元件226。在一例示具體實施例中，HBRH模式元件226係由饋電線路218所定義。饋電線路218係沿著天線電路板206而延伸於LBLH模式元件220、LBRH模式元件222及/或HBLH模式元件224近側。饋電線路218的長度係可控制HBRH模式元件226的天線特性。
LBLH模式元件220包括一單元230與使單元230連接至接地端212之一接地線跡232。單元230可具有任何尺寸與形狀。單元230係由在天線電路板206上的一墊片來定義。單元230係相對大於接地線跡232。單元230的尺寸與形狀控制LBLH模式元件220的天線特性。
單元230具有沿著天線電路板206的縱軸234而定義之 一長度以及沿著天線電路板206的側向軸236而定義之一寬度。單元230周圍是由邊緣238所圍繞。該邊緣238係定義一多邊形。單元230具有一明顯大於接地線跡232之表面積。舉例而言，單元230比接地線跡232更寬。視情況者，單元230的寬度及/或長度為不均勻的。舉例而言，單元230係包含一刻痕區域，其提供了天線202的其他電路之空間。在所述具體實施例中，單元230是天線電路板206上最大的電路結構。單元230係覆蓋天線電路板206表面積的大致20%或以上。
一部分的單元230係位於饋電線路218的靠近近側，饋電線路218係在此部分處電容耦合至單元230。單元230與饋電線路218之間的距離控制了其間的耦合電容量。在饋電線路與單元230之間的介面長度控制了其間的耦合電容量。耦合電容量影響LBLH模式元件220的天線特性。
接地線跡232係延伸於單元230與接地端212之間。接地線跡232提供了單元230之電感耦合及/或電感負荷。接地線跡232係於多個位置處以多個橋接部233分接至單元230中。電感負荷量可由接地線跡232與單元230之間的分接數加以控制。LBLH模式元件220的電感負荷與電容耦合提供了LBLH模式元件220之左旋傳遞模式。
在一例示具體實施例中，接地端212係設置在天線電路板206的邊緣240處。接地線跡232係於邊緣240處連接至接地端212。視情況者，接地端212係設置在天線電路板206上，例如在天線電路板206的底部或內層上。接地線跡232係經由延伸通過天線電路板206之一連接柱而連接至接地端212。
在一例示具體實施例中，接地線跡232係沿著天線電路板206而連至靠近饋電端210與天線電路板206上對應饋電線路218的位置。接地線跡232的近側至饋電端210及/或饋電線路218係控制LBLH模式元件220的天線特性。舉例而言，LBLH模式元件220 的頻率係由接地線跡232至饋電端210及/或饋電線路218的近側所控制。
接地線跡232分接至單元230的位置係控制了LBLH模式元件220的特性。舉例而言，可由橋接部233以及接地線跡232對單元230之分接的位置來控制頻率。從接地線跡232至單元230的分接與橋接部233之數量也可控制LBLH模式元件220的天線特性。
在一例示具體實施例中，調整元件216係耦接至LBLH模式元件220。在所述具體實施例中，調整元件216為可變電容器，其係設置為與接地線跡232串聯。調整元件216係設置為與接地線跡232共線。舉例而言，接地線跡232係沿著線跡而中斷，而調整元件216係連接於接地線跡232的兩個不連續區段之間。調整元件216係位於接地線跡232上的任何處。調整元件216係位於接地端212近側。調整元件216係位於單元230近側。調整元件216係耦接至單元230、而非接地線跡232(或除其之外)。調整元件216在接地線跡232上的位置可控制LBLH模式元件220的天線特性。
在一例示具體實施例中，調整元件216係電氣連接至電源供應器214。電源供應器係由主電路板上、或其他地方的一控制器248所控制。控制器248可響應於一內部程式或響應於無線裝置100所接收的一或多個外部訊號(例如天線102所接收之訊號)而改變所供應之電壓。或者是，控制器248可藉由機械操作切換(例如一切換裝置)而改變電源供應。電源供應器214之電壓會影響特性，以使調整元件216運作以調整LBLH模式元件220。舉例而言，調整元件216的電容係可由供應至調整元件216的電壓來加以變化。改變調整元件216的電容會影響LBLH模式元件220的一或多個天線特性，例如其阻抗，以調整LBLH模式元件220的頻率。
LBLH模式元件222是由分接至饋電線路218中的彎曲線跡250所定義。彎曲線跡250分接至饋電線路218的位置係控制LBRH模式元件222的天線特性，例如LBRH模式元件222的頻率。彎 曲線跡250至單元230及/或接地線跡232之近側係影響LBRH模式元件222的天線特性，例如LBRH模式元件222的頻率。彎曲線跡250的長度會影響LBRH模式元件222的天線特性。彎曲區段數會影響LBRH模式元件222的天線特性。彎曲區段對彼此之近側會影響LBRH模式元件222的天線特性。視情況者，一調整元件(未示)係電氣連接至該彎曲線跡250以調整LBRH模式元件222。
HBLH模式元件224包含一單元260以及使該單元260連接至接地端212之一接地線跡262。一調整元件(未示)係耦接至HBLH模式元件224，以調整HBLH模式元件224。
單元260可具有任何尺寸與形狀。單元260係由在天線電路板206上的一墊片所定義。單元260係相對大於接地線跡262。單元260的尺寸與形狀控制HBLH模式元件224的天線特性。
單元260具有沿著天線電路板206的縱軸234而定義之一長度以及沿著天線電路板206的側向軸236而定義之一寬度。單元260周圍是由邊緣268所圍繞。該邊緣268係定義一多邊形。單元260具有一明顯大於接地線跡262之表面積。舉例而言，單元260比接地線跡262更寬。視情況者，單元260的寬度及/或長度為不均勻的。在所述具體實施例中，單元260是天線電路板206上的一個大電路結構。單元260係覆蓋天線電路板206表面積的大致10%或以上。
一部分的單元260係位於饋電線路218的靠近近側，饋電線路218係在此部分處電容耦合至單元260。單元260與饋電線路218之間的距離控制了其間的耦合電容量。在饋電線路與單元260之間的介面長度控制了其間的耦合電容量。耦合電容量影響HBLH模式元件224的天線特性。
接地線跡262係延伸於單元260與接地端212之間。接地線跡262提供了單元260之電感耦合及/或電感負荷。接地線跡262係於多個位置處以多個橋接部263分接至單元260中。電感負荷量可由接地線跡262與單元260之間的分接數加以控制。HBLH模式元件 224的電感負荷與電容耦合提供了HBLH模式元件224之左旋傳遞模式。
在一例示具體實施例中，接地線跡262係沿著天線電路板206而連至靠近饋電端210與天線電路板206上對應饋電線路218的位置。接地線跡262的近側至饋電端210及/或饋電線路218係控制HBLH模式元件224的天線特性。舉例而言，HBLH模式元件224的頻率係由接地線跡262的近側至饋電端210及/或饋電線路218所控制。
接地線跡262分接至單元260的位置係控制了HBLH模式元件224的特性。舉例而言，可由橋接部263以及接地線跡262對單元260之分接的位置來控制頻率。從接地線跡262至單元260的分接與橋接部263之數量也可控制HBLH模式元件224的天線特性。
第五圖說明天線202的HFSS模擬，其顯示在各種頻率下之S11數值。天線202在對應至不同模型元件204的多個頻帶下都具有良好性能。在所述具體實施例中，LBLH模式元件220係於最低頻帶(例如大致810MHz)時共振，LBRH模式元件222係於次低頻帶(例如大致925MHz)時共振，HBLH模式元件224係於次高頻帶(例如大致1750MHz)時共振，而HBRH模式元件226係於最高頻帶(例如大致2110MHz)時共振。模式元件204的共振頻率係因這類模式元件204的設計特性(例如尺寸、形狀、位置等)改變而不同。較低的頻帶一般係定義為低於1000MHz，而較高頻帶一般係定義為高於1500MHz；然而，某些模式元件係設計為可於兩者之間的頻率下運作。調整元件216可動態調整模式元件204的共振頻率。
第六圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。一調整元件300係直接連接於饋電線路218與單元230之間。調整元件300係一匹配調整元件。匹配調整元件300係用以匹配LBLH與HBRH模式元件220、226(或有匹配調整元件300連接於其間的無論哪一個模式元件220-226)至一特定阻抗，例如50歐姆。
調整元件300係一可變電容。調整元件300係可用以匹配LBLH與HBRH模式元件220、226，以容許天線202的不同環境條件。舉例而言，當使用者拿著無線裝置100(示於第一圖中)、因而使用者的手/或頭靠近天線202時，模式元件204的電氣特性即受到影響。調整元件300提供了LBLH與HBRH模式元件220、226之間的調整，以達到目標阻抗。調整元件300係位於其他模式元件之間，例如在LBLH與LBRH模式元件220、222之間；在LBRH與HBRH模式元件222、226之間；在HBLH與HFRH模式元件224、226之間；或其他組合。
第七圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。一調整元件302係位於接地線跡232與接地端212之間。調整元件302形成LBLH模式元件220之一分流電路的一部分。調整元件302定義了一分流調整元件。接地線跡232係藉由調整元件302而分流至接地端212。視情況者，調整元件302係包含一可變電容器。調整元件302關於接地線跡232的位置會影響LBLH模式元件220的天線特性。舉例而言，調整元件302的近側至接地線跡232的分接端(接地線跡232係於該處連接至單元230)會影響LBLH模式元件220的天線特性。舉例而言，移動調整元件302的位置會改變LBLH模式元件220的共振頻率。
第八圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。設有一調整元件304，調整元件304包括與接地線跡232串聯耦接之一可變電容器306以及旁通該可變串聯電容器306之一電感線跡308。電感線跡308係經調整以與可變串聯電容器306共振。調整元件304定義了一雙模式調整元件，其兼具電容耦合與電感耦合兩者。調整元件304在接地線跡232上的放置會影響LBLH模式元件220的天線特性。電感線跡308的長度會影響LBLH模式元件220的天線特性。電感線跡308的近側至可變串聯電阻306會影響LBLH模式元件220的天線特性。調整元件304在接地線跡232上的位 置會影響LBLH模式元件220的天線特性。舉例而言，移動調整元件304的位置會改變LBLH模式元件220的共振頻率。
第九圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。一調整元件310係與HBLH模式元件224相關。調整元件310係放置為與接地線跡262串聯。調整元件310係一串聯調整元件。視情況者，調整元件310可包含一可變電容器。調整元件310在接地線跡262上之位置會影響HBLH模式元件224的天線特性。舉例而言，調整元件312的近側至接地線跡262的分接端(接地線跡262係於該處連接至單元260)會影響HBLH模式元件224的天線特性。舉例而言，移動調整元件310的位置會改變HBLH模式元件224的共振頻率。
第十圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。一調整元件312係與HBLH模式元件224相關。調整元件312係放置為與接地線跡262與接地端212之間。調整元件312形成HBLH模式元件224之分流電路的一部分。調整元件312定義了一分流調整元件。接地線跡262係藉由調整元件312而分流至接地端212。視情況者，調整元件312包含一可變電容器。調整元件312關於接地線跡262的位置會影響HBLH模式元件224的天線特性。舉例而言，調整元件312的近側至接地線跡262的分接端(接地線跡262係於該處連接至單元260)會影響HBLH模式元件224的天線特性。舉例而言，移動調整元件312的位置會改變HBLH模式元件224的共振頻率。
第十一圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。一調整元件314係與HBLH模式元件224相關。調整元件314包含與接地線跡262串聯耦接之一可變電容器316以及旁通該可變串聯電容器316之一電感線跡318。電感線跡318係經調整以與可變串聯電容器316共振。調整元件314定義了一雙模式調整元件，其兼具電容耦合與電感耦合兩者。調整元件314在接地線跡262上的放置會影響HBLH模式元件224的天線特性。電感線跡318的長度會影響HBLH模式元件224的天線特性。電感線跡318的近側至可變串聯 電容器316會影響HBLH模式元件224的天線特性。調整元件314在接地線跡262上的位置會影響HBLH模式元件224的天線特性。舉例而言，移動調整元件314的位置會改變HBLH模式元件224的共振頻率。
第十二圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。一調整元件320係與LBRH模式元件222相關。調整元件320係放置為與彎曲線跡250串聯。調整元件320係一串聯調整元件。視情況者，調整元件320可包含一可變電容器。調整元件320在彎曲線跡250上之位置會影響LBRH模式元件222的天線特性。舉例而言，調整元件322的近側至彎曲線跡250的分接端(彎曲線跡250係於該處連接至饋電線路218)會影響LBRH模式元件222的天線特性。舉例而言，移動調整元件320的位置會改變LBRH模式元件222的共振頻率。
第十三圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。一調整元件322係與LBRH模式元件222相關。調整元件322係放置在彎曲線跡250與接地端212之間。調整元件322形成LBRH模式元件222之分流電路的一部分。調整元件322定義了一分流調整元件。彎曲線跡250係藉由調整元件322而分流至接地端212。視情況者，調整元件322包含一可變電容器。調整元件322關於彎曲線跡250的位置會影響LBRH模式元件222的天線特性。舉例而言，調整元件322的近側至彎曲線跡250分接端(彎曲線跡250係於該處連接至單元260)會影響LBRH模式元件222的天線特性。舉例而言，移動調整元件322的位置會改變LBRH模式元件222的共振頻率。
第十四圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。一調整元件324係與LBRH模式元件222相關。調整元件324包含與彎曲線跡250串聯耦接之一可變電容器326以及旁通該可變串聯電容器326之一電感線跡328。電感線跡328係經調整以與可變串聯電容器326共振。調整元件324定義了一雙模式調整元件，其 兼具電容耦合與電感耦合兩者。調整元件324在彎曲線跡250上的放置會影響LBRH模式元件222的天線特性。電感線跡328的長度會影響LBRH模式元件222的天線特性。電感線跡328的近側至可變串聯電容器326會影響LBRH模式元件222的天線特性。調整元件324在彎曲線跡250上的位置會影響LBRH模式元件222的天線特性。舉例而言，移動調整元件324的位置會改變LBRH模式元件222的共振頻率。
第十五圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。一調整元件330係與HBRH模式元件226相關。調整元件330係放置為與饋電線路218串聯。調整元件330係一串聯調整元件。視情況者，調整元件330可包含一可變電容器。調整元件330在饋電線路218上之位置會影響HBRH模式元件226的天線特性。舉例而言，調整元件332的近側至具有饋電端210之饋電線路218的分接端會影響HBRH模式元件226的天線特性。舉例而言，移動調整元件330的位置會改變HBRH模式元件226的共振頻率。
第十六圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示)的天線202。一調整元件332係與HBRH模式元件226相關。調整元件332係置放於饋電線路218與接地端212之間，經由連接至接地端212之接地線跡232。調整元件332係置放於饋電線路218與接地線跡262之間，或在替代具體實施例中係直接位於饋電線路218與接地端212之間。調整元件332形成HBRH模式元件226之分流電路的部分。調整元件332定義了一分流調整元件。饋電線路218係藉由調整元件332而分流至接地端212。視情況者，調整元件332係包含一可變電容器。調整元件332在饋電線路218上之位置會影響HBRH模式元件226的天線特性。舉例而言，調整元件332的近側至饋電線路218的分接端(饋電線路218係於該處連接至饋電端210)會影響HBRH模式元件226的天線特性。舉例而言，移動調整元件332的位置會改變HBRH模式元件226的共振頻率。
第十七圖說明具有某些模式元件204(以虛線繪示) 的天線202。一調整元件334係與HBRH模式元件226相關。調整元件334包含與饋電線路218串聯耦接之一可變電容器336以及旁通該可變串聯電容器336之一電感線跡338。電感線跡338係經調整以與可變串聯電容器336共振。調整元件334定義了一雙模式調整元件，其兼具電容耦合與電感耦合兩者。調整元件334在饋電線路218上的放置會影響HBRH模式元件226的天線特性。電感線跡338的長度會影響HBRH模式元件226的天線特性。電感線跡338的近側至可變串聯電容器336會影響HBRH模式元件226的天線特性。調整元件334在饋電線路218上的位置會影響HBRH模式元件226的天線特性。舉例而言，移動調整元件334的位置會改變HBRH模式元件226的共振頻率。
第十八圖說明了一種根據一例示具體實施例而形成之天線402。天線402係與天線202(示於第四圖)類似，然而天線402包括具有特性不同於天線202的模式元件204(示於第四圖)之模式元件404。天線402包括一天線電路板406。模式元件404係由天線電路板406上的電路線跡所定義。天線402包括由天線電路板406上之一傳導線跡所定義之一饋電線路408。
在所述具體實施例中，天線402包括四個模式元件404，然在替代具體實施例中，也可使用更多或較少的模式元件404。天線402包括一LBLH模式元件420、一LBRH模式元件422、一HBRH模式元件424以及一HBRH模式元件426。在一例示具體實施例中，HBRH模式元件係由饋電線路408所定義。
LBLH模式元件420包含一單元430，其大小與形狀係不同於單元230(示於第四圖中)。LBLH模式元件420包括連接至該單元430之一接地線跡432。該單元430包含自其延伸之一電容尾部434。電容尾部434沿著LBLH模式元件422延伸，並且是置放在其近側。電容尾部434增加了在LBLH模式元件420與LBRH模式元件422之間的電容耦合，以影響LBLH模式元件420與LBRH模式元件422的天線特性。視情況而定，一調整元件係設置在例如電容尾部434 與LBRH模式元件422、LBLH模式元件420與LBRH模式元件422(或任何其他模式元件404)之間，以匹配這些模式元件404的阻抗。調整元件係設置為與模式元件404中任一者串聯或自其分接，以提供對這些模式元件404之調整。
第十九圖說明了根據一例示具體實施例所形成之天線502。天線502包含在一天線電路板506上的複數個模式元件504。天線502包含一饋電線508，其由天線502上之一電路線跡所定義。天線502係類似於天線402(示於第十八圖中)與天線202(示於第四圖中)；然而，天線502係包含在天線電路板506的多層上之傳導線跡，其定義了模式元件504(例如以虛線所示之底層上的部分傳導線跡)。調整元件係設置為與模式元件504中任一者串聯或自其分接，以提供對這些模式元件504之調整。
第二十圖為說明天線202在各種頻率下之反射損失的圖表。使用不同的電容值(例如3.9pF、4.7pF、5.6pF、6.8pF、8.2pF)於介於約700MHz與800MHz之間的一頻率範圍中調整LBLH模式元件220。LBLH模式元件220的響應頻率係因調整元件134的設計特性改變而不同。其他模式元件204的頻率一般係維持不受LBLH模式元件220的調整影響。
第二十一圖為顯示天線202在各種頻率下以dB所測量的效率圖表。使用不同的電容值(例如3.9pF、4.7pF、5.6pF、6.8pF、8.2pF)於介於約700MHz與800MHz之間的一頻率範圍中調整LBLH模式元件220。
本文所述之天線與調整元件係提供多個天線模式元件，其任一者都可被調整以控制其天線特性。模式元件可被調整以匹配對應模式元件之間的阻抗。模式元件的調整可動態地、原位地(in-situ)、或在無線裝置運作期間進行。具有右旋與左旋模式元件兩者可使天線元件在多種頻帶中運作，提供了一種寬頻帶寬的天線。相較於僅包含右旋元件之相比擬帶寬之天線而言，結合右旋與 左旋之天線係設置在具有小實體尺寸的一天線電路板上。本文所述之天線係可於多種頻帶中同時運作。
本文所述之調整元件係提供了不同設計以連接至不同的模式元件。調整元件使天線可在特定的射頻帶中被有效調整與運作。調整元件允許動態地選擇及改變頻帶，無須調整天線的實體尺寸或結構，即可達成在各頻帶中之廣大頻率範圍中之調整程序。調整元件所提供之選擇性調整能力係使天線與無線裝置的一單一機構具體實施例可容許各種不同的頻帶，其提供了製造與組裝上的經濟性。調整元件的調整可經由一處理器、響應於一內部程式或一或多個外部訊號而加以電氣調整。或者是，可藉由人為運作之切換器(例如一切換裝置)來控制調整元件。
相同的無線裝置係可依據各種因素而進行不同運作，例如地理位置、網路類型、環境因素(如天線周圍之干擾)等。舉例而言，無線裝置係可運作於蜂巢式網路與無線網路，調整元件係基於正用以運作該無線裝置之網路類型來調整天線，以增進關於一網路類型對另一網路類型的性能。舉另一實例而言，無線裝置可為手持式，且使用者的手係位於靠近天線處。在這樣的情況下，一或多個模式元件的天線特性即會受到影響。調整元件會在此情況中調整對應的模式元件，以使天線以更有效率的方式運作。舉另一實例而言，無線裝置可用於使用不同頻帶的不同地理位置，例如不同國家。調整裝置可根據地理位置來調整模式元件，以使天線以更有效率的方式運作。
應理解上述內容僅為說明之用、而非限制之用。舉例而言，上述具體實施例(及/或其構想)係可彼此結合使用。此外，可進行許多修飾以對本發明之教示採用一特定情況或材料，而不背離本發明之範疇。尺寸、材料類型、各種構件的取向以及本文所述之各種構件的數量與位置係用於定義某些具體實施例的參數，而非用於限制，且其僅為例示的具體實施例。在申請專利範圍的精神與 範疇內之諸多其他具體實施例與修飾例則屬該領域技術人士在檢視上述內容後即可顯然得知。因此，本發明之範疇係參照如附申請專利範圍以及與這些申請專利範圍等效的全部範疇而決定。在如附申請專利範圍中，用語「包含(including)」及「其中(in which)」在英文意義上係與個別用語「包括(comprising)」與「其中(wherein)」相當。此外，在下述申請專利範圍中，用語「第一」、「第二」與「第三」等係僅作為標示之用，而非用以給予物件數值要求。

Claims (15)

  1. 一種用於無線裝置之天線，該天線包括：一低頻左旋(LBLH)模式元件，運作於一低頻帶寬，該LBLH模式元件係直接電容耦合至該天線的一饋電線並電感耦合至該天線的一接地端；一低頻右旋(LBRH)模式元件，運作於一低頻帶寬，該LBRH模式元件係導電地耦接至該天線的該饋電線；一高頻左旋(HBLH)模式元件，運作於一高頻帶寬，該HBLH模式元件係直接電容耦合至該天線的該饋電線並電感耦合至該天線的該接地端；一高頻右旋(HBRH)模式元件，運作於一高頻帶寬，該HBRH模式元件係由該天線的該饋電線的至少一部份所定義；以及至少一調整元件，係操作耦接至該等模式元件中的至少其一。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該調整元件係一可調式電容元件，用以主動調整該對應模式元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該調整元件包括一鐵電性電容器，其具有一電壓相關介電常數以改變其一電容值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該調整元件包括一可變電容、一變容二極體、一MEMS切換電容器或一電子切換電容器之其中之一。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該調整元件係該對應模式元件的一整體部分。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之天線，更包括一天線電路板，其具有定義該等模式元件之一分離電路線跡，該調整元件係端接至該等對應模式元件的該等電路線跡。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之天線，更包括一天線電路板，其具有定義該等模式元件之一分離電路線跡，該天線電路板更包含一功率電路，其電氣連接至該調整元件，該功率電路之電壓改變該調整元件的一電容值。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之天線，更包含一天線電路板，其具有定義該等模式元件之一分離電路線跡，該調整元件係固定至該天線電路板而與該等對應模式元件的該等電路線跡串聯。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之天線，更包含一天線電路板，其具有定義該等模式元件之一分離電路線跡，該調整元件係固定於位在該等對應電路線跡與該接地端之間的一分流器之該天線電路板。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之天線，更包含一天線電路板，其具有定義該等模式元件之一分離電路線跡，該調整元件包括固定至該天線電路板之一串聯電容器，該天線電路板串聯該等對應模式元件的該等電路線跡，該串聯電容器係一可變電容器，該調整元件包括與該串聯電容器並聯之一電感線跡。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該調整元件係操作耦接至該等模式元件中的至少其中兩者，該調整元件為該等對應模式元件提供匹配之調整。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之天線，更包含一天線電路板，其具有定義該等模式元件之一分離電路線跡，定義該LBLH模式元件之該電路線跡係包含一第一單元以及在該第一單元與該接地端之間延伸的一第一接地線跡，定義該LBRH模式元件之該電路線跡係包含一彎曲線跡，定義該HBLH模式元件之該電路線跡係包含一第二單元以及延伸於該第二單元與該接地端之間的一第二接地線跡，定義該HBRH模式元件之該電路線跡係包含一饋電線跡，其定義該天線的該饋電線，其中該第一單元係電容耦合至該饋電線跡，且該第一接地線跡係電感負載，其中該彎曲線跡係接通至該饋電線跡中，其中該第二單元係電容耦合至該饋電線跡，且該第二接地線跡為電感負載。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之天線，其中該調整元件係固定至與該第一接地線跡、該第二接地線跡、該彎曲線跡或該饋電線跡串聯之該天線電路板。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之天線，其中該調整元件係固定至該電路板以及在該接地端與該第一接地線跡、該彎曲線跡或該饋電線跡之間分流。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之天線，其中該調整元件係固定至該天線電路板，並電氣連接於該饋電線跡以及該第一單元、該第二單元與該彎曲線跡中至少其一之間。
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