TWI511380B

TWI511380B - 通訊裝置

Info

Publication number: TWI511380B
Application number: TW101144538A
Authority: TW
Inventors: Kin Lu Wong; Yi Ting Hsieh
Original assignee: Acer Inc
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2015-12-01
Also published as: US9065165B2; US20140145900A1; TW201421809A; EP2738871A1

Description

通訊裝置

本發明係關於一種通訊裝置，特別是一種具有可重組式天線元件的行動通訊裝置。

近年來由於無線通訊技術快速進步，使得人們對於通訊裝置不再僅僅以通話為主要的目的，而是有著更多功能、多元化的需求。而為了滿足人們的需求，手機就必須配置更多元件及模組。在目前通訊裝置必須具備輕薄特性的前提下，其內部空間有一定大小的限制。因此，通訊裝置內的有限設計空間就顯得格外珍貴。有鑑於此，在通訊裝置之天線設計上，如何在有限的天線設計空間發揮最有效的利用是一個很重要的課題。

本發明提供一種通訊裝置，利用切換單元來改變天線元件的共振路徑長度，並藉此擴展天線元件可操作的通訊頻帶。

本發明提出一種通訊裝置，包括接地元件、天線元件與切換單元。天線元件本質上為一環圈天線，並包括第一部分、第二部分與第三部分。第一部分電性連接一訊號源。第二部分包括(N-1)個彎折以形成N個連接區段，N為大於 1的整數。第三部分包括(P-1)個彎折以形成P個接地區段，P為大於1的整數。其中，所述N個連接區段相互串接在第1個接地區段的第一端與第一部分之間。第i個接地區段的第二端電性連接第(i+1)個接地區段的第一端，i為整數且1≦i≦(P-1)。第P個接地區段的第二端電性連接至接地元件，且第(P-1)個接地區段包括至少一接地點。切換單元電性連接在至少一接地點與接地元件之間。

在本發明之一實施例中，上述之至少一接地點包括M個接地點，且切換單元包括M個開關，M為正整數。其中，第j個開關的第一端電性連接第j個接地點，且所述M個開關的第二端電性連接該接地元件，其中為j整數且1≦j≦M。

綜上所述，本發明是利用切換單元來改變天線元件的共振路徑長度。藉此，將可在不更改天線元件之尺寸的情況下，擴展天線元件可操作的通訊頻帶。此外，天線元件的高頻共振模態大致上也將不會受切換單元的影響。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本發明之第一實施例之通訊裝置的結構示意圖。通訊裝置100包括接地元件10、天線元件11以及切換單元15。天線元件11本質上為一環形天線(loop antenna)，並鄰近接地元件10。此外，天線元件11包括第一部分12、第二部分13以及第三部分14。其中，第一部分12電性連接至一訊號源16。

於本實施例中，第二部分13具有兩個彎折，並透過所述兩個彎折形成三個連接區段131~133。相似地，第三部分也具有兩個彎折，並透過所述兩個彎折形成三個接地區段141~143。其中，連接區段131~133相互串接在第一個接地區段141的第一端與接地元件10之間。其中，第一個連接區段131與第三個連接區段133的長度總合大於所述三個接地區段141~143的長度總合。再者，第一個接地區段141的第二端電性連接第二個接地區段142的第一端。第二個接地區段142的第二端電性連接第三個接地區段123的第一端，且第三個接地區段123的第二端電性連接至接地元件10。

此外，所述三個連接區段131~133中的奇數個連接區段131與133大致平行於接地元件10的一邊緣101，且所述三個連接區段131~133中的偶數個連接區段132大致垂直於接地元件10的邊緣101。另一方面，所述三個接地區段141~143中的偶數個接地區段142也大致平行於接地元件10的邊緣101，且所述三個接地區段141~143中的奇數個接地區段141與143也大致垂直於接地元件10的邊緣101。再者，第二個接地區段142包括接地點ND11與接地點ND12，且接地點ND11與ND12沿著朝向第3個接地區段143的方向依序排列。

更進一步來看，切換單元15包括開關151與152。其中，開關151的第一端電性連接至接地點ND11，且開關151的第二端電性連接至接地元件10。此外，開關152的第一端電性連接至接地點ND12，且開關152的第二端電性連接至接地元件10。在操作上，通訊裝置100會傳送相應的控制訊號至開關151與152，藉此切換開關151與152的導通狀態。

此外，隨著開關151與152之導通狀態的改變，第二個接地區段142上的兩接地點ND11與ND12將可選擇性地透過開關151與152電性接至接地元件10。例如，當開關151導通(turn on)時，接地點ND11將可透過開關151電性連接至接地元件10。相似地，當開關152導通時，接地點ND12將可透過開關152電性連接至接地元件10。藉此，隨著開關151與152之導通狀態的改變，天線元件11的共振路徑長度將產生相對應地改變，進而致使天線元件11可以操作在不同的通訊頻帶下。

除此之外，由於第三部分14是位在天線元件11的末端，因此天線元件11之高頻共振模態的電流零點也不會出現在第三部分14。如此一來，開關151與152的切換操作將不會影響到天線元件11之高頻共振模態的激發。換言之，通訊裝置100主要是透過切換單元15，來形成具有可重組式結構的天線元件11。此外，通訊裝置100可透過此可重組式結構來調整天線元件11的低頻共振模態。藉此，將可在不更改天線元件11之尺寸的情況下，擴展天線元件11可操作的通訊頻帶。此外，天線元件11的高頻共振模態大致上也將不會受切換單元15的影響。

舉例來說，圖2A為用以說明本發明之通訊裝置在同時不導通兩開關的情況下天線元件的返回損失圖。在此操作狀態下，兩開關151與152都切換至不導通的狀態，亦即兩接地點ND11與ND12都無法透過開關151與152電性連接至接地元件10。此時，整體環形天線的共振路徑長度約為80 mm。此外，天線元件11可操作的低頻通訊頻帶大致涵蓋LTE700頻帶，且可操作的高頻通訊頻帶大致涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶(約10110 MHz至2690 MHz)。

圖2B為用以說明本發明之通訊裝置在導通兩開關之其一的情況下天線元件的返回損失圖。在此操作狀態下，開關151被切換至不導通的狀態，且開關152被切換至導通的狀態。藉此，接地點ND12將可透過開關152導通至接地元件10。如此一來，整體環形天線的共振路徑長度將相對應地縮短，進而致使天線元件11可操作的低頻通訊頻帶升頻至GSM850頻帶。此外，開關151與152的切換操作大致是不會影響到天線元件11之高頻共振模態的激發。亦即，此時天線元件11可操作的高頻通訊頻帶仍可大致涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶。

圖2C為用以說明本發明之通訊裝置在導通兩開關之其一的情況下天線元件的另一返回損失圖。在此操作狀態下，開關151被切換至導通的狀態，且開關152被切換至不導通的狀態。藉此，接地點ND11將可透過開關152導通至接地元件10。如此一來，整體環形天線的共振路徑長度將相對應地縮短，進而致使天線元件11可操作的低頻通訊頻帶升頻至GSM900頻帶。此外，開關151與152的切換操作大致是不會影響到天線元件11之高頻共振模態的激發。亦即，此時天線元件11可操作的高頻通訊頻帶仍可大致涵蓋GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻帶。

圖3為本發明之第二實施例之通訊裝置的結構示意圖，其中第二實施例與第一實施例大致相似，惟第二實施例中的通訊裝置300更包括匹配電路37。此外，天線元件31中的第二接地區段141包括三個接地點ND31~ND33，且切換單元35包括三個開關351~353。

具體而言，匹配電路37設置在第一部分12與訊號源16之間，以致使第一部分12可經由匹配電路37電性連接至訊號源16。藉此，將可進一步改善天線元件31於低頻通訊頻帶及高頻通訊頻帶的阻抗匹配。此外，開關351的第一端電性連接至接地點ND31，且開關351的第二端電性連接至接地元件10。開關352的第一端電性連接至接地點ND32，且開關352的第二端電性連接至接地元件10。開關353的第一端電性連接至接地點ND33，且開關353的第二端電性連接至接地元件10。再者，接地點ND32位在接地點ND31與接地點ND33之間。

在操作上，通訊裝置300可藉由切換開關351~353的導通狀態，來改變天線元件31之共振路徑長度，進而達成與第一實施例相似之功效。此外，依照第一與第二實施例的精神與教示，本領域具有通常知識者可依設計所需來更改接地點與開關的個數。換言之，當接地點與開關的個數以M來表示時，則第二個接地區段142包括M個接地點，且切換單元15包括M個開關，M為正整數。此外，第j個開關的第一端電性連接第j個接地點，且所述M個開關的第二端電性連接接地元件10，其中為j整數且1≦j≦M。

圖4為本發明之第三實施例之通訊裝置的結構示意圖，其中第三實施例與第一實施例大致相似，惟第三實施例中的通訊裝置400更包括電抗元件47。具體而言，電抗元件47設置在第2個接地區段142與第3個接地區段143之間。其中，電抗元件47可為一晶片電容或晶片電感。此外，可透過電抗元件47之種類的選擇與元件值的調整，來延長或縮短天線元件41的等效長度，進而取代原有所需的部分共振路徑，並達成與第一實施例相似之功效。

值得一提的是，上述第一至第三實施例雖然列舉了天線元件11的佈局結構，但其並非用以限定本發明，且本領域具有通常知識者可以設計所需來更改天線元件11中第二部分13之連接區段的個數N與第三部分14之接地區段的個數P，其中N與P為大於1的整數。

舉例來說，上述第一至第三實施例是以N=P=3為例來進行說明。此外，依照上述第一至第三實施例的精神與教示，當連接區段的個數與接地區段的個數分別以N與P來表示時，則此時的第二部分13包括N個連接區段(例如：131~133)，且第三部分14包括P個接地區段時(例如： 141~143)。此外，所述N個連接區段相互串接在第1個接地區段的第一端與第一部分之間。第i個接地區段的第二端電性連接第(i+1)個接地區段的第一端，且第P個接地區段的第二端電性連接至該接地元件，i為整數且1≦i≦(P-1)。再者，第(P-1)個接地區段(例如：142)包括至少一接地點。此外，在一實施例中，第二部分之所述N個連接區段的長度總合大於第三部分之所述P個接地區段的長度總合。

值得注意的是，在上述第一至第三實施例中，N為奇數。因此，在天線元件11的細部結構上，所述N個連接區段中的奇數個連接區段(例如：131與133)與所述P個接地區段中的偶數個接地區段(例如：142)大致平行於接地元件10的一邊緣。此外，在實際應用上，N也可為偶數。其中，當N為偶數時，在天線元件11的細部結構上，所述N個連接區段中的奇數個連接區段與所述P個接地區段中的奇數個接地區段大致平行於接地元件的一邊緣。

舉例來說，圖5為本發明之第四實施例之通訊裝置的結構示意圖。參照圖5，通訊裝置500包括接地元件50、天線元件51以及切換單元55，且天線元件51包括第一部分52、第二部分53以及第三部分54。在第四實施例中，區段的個數N相等於2。亦即，第二部分53透過一個彎折形成兩個連接區段531與532，且第三部分也透過一個彎折形成兩個接地區段541與542。

此外，第一部分52電性連接至一訊號源56。所述兩個連接區段531與532中的奇數個連接區段531大致平行於接地元件50的一邊緣501，且所述兩個連接區段531與532中的偶數個連接區段532大致垂直於接地元件50的邊緣501。另一方面，所述兩個接地區段541與542中的奇數個接地區段541也大致平行於接地元件50的邊緣501，且所述兩個接地區段541與542中的偶數個接地區段542也大致垂直於接地元件50的邊緣501。再者，第一個接地區段542包括接地點ND51與ND52。

更進一步來看，切換單元55包括開關551與552。其中，開關551與552的第一端電性連接至接地點ND51與ND52，且開關551與552的第二端電性連接至接地元件50。在操作上，通訊裝置500可切換開關551與552的導通狀態，以改變天線元件51的共振路徑長度，進而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。

100、300、400、500‧‧‧通訊裝置

10、50‧‧‧接地元件

11、31、41、51‧‧‧天線元件

12、52‧‧‧第一部分

13、53‧‧‧第二部分

14、54‧‧‧第三部分

15、35、55‧‧‧切換單元

16、56‧‧‧訊號源

101、501‧‧‧接地元件的邊緣

131~133、531、532‧‧‧連接區段

141~143、541、542‧‧‧接地區段

151、152、351~353、551、552‧‧‧開關

ND11、ND12、ND31~ND33、ND51、ND52‧‧‧接地點

37‧‧‧匹配電路

47‧‧‧電抗元件

圖1為本發明之第一實施例之通訊裝置的結構示意圖。

圖2A為用以說明本發明之通訊裝置在同時不導通兩開關的情況下天線元件的返回損失圖。

圖2B為用以說明本發明之通訊裝置在導通兩開關之其一的情況下天線元件的返回損失圖。

圖2C為用以說明本發明之通訊裝置在導通兩開關之其一的情況下天線元件的另一返回損失圖。

圖3為本發明之第二實施例之通訊裝置的結構示意圖。

圖4為本發明之第三實施例之通訊裝置的結構示意圖。

圖5為本發明之第四實施例之通訊裝置的結構示意圖。

100‧‧‧通訊裝置

10‧‧‧接地元件

11‧‧‧天線元件

12‧‧‧第一部分

13‧‧‧第二部分

14‧‧‧第三部分

15‧‧‧切換單元

16‧‧‧訊號源

101‧‧‧接地元件的邊緣

131~133‧‧‧連接區段

141~143‧‧‧接地區段

151、152‧‧‧開關

ND11、ND12‧‧‧接地點

Claims

一種通訊裝置，包括：一接地元件；一天線元件，本質上為一環圈天線，並具有一低頻共振模態與一高頻共振模態，且該天線元件包括：一第一部分，電性連接一訊號源；一第二部分，包含(N-1)個彎折以形成N個連接區段，N為大於1的整數；以及一第三部分，包括(P-1)個彎折以形成P個接地區段，P為大於1的整數，其中所述N個連接區段相互串接在第1個接地區段的第一端與該第一部分之間，第i個接地區段的第二端電性連接第(i+1)個接地區段的第一端，第P個接地區段的第二端電性連接至該接地元件，且第(P-1)個接地區段包括至少一接地點，i為整數且1≦i≦(P-1)；以及一切換單元，電性連接在該至少一接地點與該接地元件之間，且該切換單元改變該天線元件的一共振路徑長度以調整該低頻共振模態，其中該高頻共振模態的電流零點不位在該天線元件的該第三部分。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該至少一接地點包括M個接地點，M為正整數，且該切換單元包括：M個開關，其中第j個開關的第一端電性連接第j個接地點，且所述M個開關的第二端電性連接該接地元件，其中j為整數且1≦j≦M，該切換單元係藉由控制該M個開關之導通狀態來改變該天線元件的該共振路徑長度。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該至少一接地點包含一第一接地點以及一第二接地點，且該切換單元包括：一第一開關以及一第二開關，該第一開關係電性連接於該第一接地點與該接地元件之間，該第二開關係電性連接於該第二接地點與該接地元件之間；其中，當該第一開關導通時，該第一接地點透過該第一開關電性連接至該接地元件；當該第二開關導通時，該第二接地點透過該第二開關電性連接至該接地元件；以及當該兩開關皆不導通時，藉由該第三部分的第P個接地區段的第二端電性連接至該接地元件。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該至少一接地點包含一第一接地點、一第二接地點以及一第三接地點，該第二接地點係位於該第一接地點與該第三接地點之間，且該切換單元包括：一第一開關、一第二開關以及一第三開關，該第一開關係電性連接於該第一接地點與該接地元件之間，該第二開關係電性連接於該第二接地點與該接地元件之間，該第三開關係電性連接於該第三接地點與該接地元件之間；其中，當該第一開關導通時，該第一接地點透過該第一開關電性連接至該接地元件；當該第二開關導通時，該第二接地點透過該第二開關電性連接至該接地元件；當該第三開關導通時，該第三接地點透過該第三開關電性連接至該接地元件；以及當該三開關皆不導通時，藉由該第三部分的第P個接地區段的第二端電性連接至該接地元件。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中當N為奇數時，所述N個連接區段中的奇數個連接區段與所述P個接地區段中的偶數個接地區段大致平行於該接地元件的一邊緣。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中當N為偶數時，所述N個連接區段中的奇數個連接區段與所述P個接地區段中的奇數個接地區段大致平行於該接地元件的一邊緣。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一電抗元件，設置在第(P-1)個接地區段與第P個接地區段之間。
如申請專利範圍第7項所述之通訊裝置，其中該電抗元件為一晶片電感或一晶片電容。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該第二部分之所述N個連接區段的長度總合大於該第三部分之所述P個接地區段的長度總合。
如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一匹配電路，設置在該第一部分與該訊號源之間，以致使該第一部分經由該匹配電路電性連接至該訊號源。