TWI539673B - 可調式槽孔天線 - Google Patents

Description

可調式槽孔天線

本發明係關於一種可調式槽孔天線，特別係關於根據可涵蓋多重頻帶之可調式槽孔天線。

為了有效地增加行動上網之資料上傳和下載速度，下一代的4G通訊系統，也就是所謂的長期演進通訊技術(LTE，Long Term Evolution)正在快速發展及商業化當中。為了因應4G LTE通訊系統的發展，在手持式裝置(例如：手機、平板電腦)中的天線的數目以及天線能夠涵蓋的頻寬都必須增加。由於目前的手持式裝置須要向輕薄化發展，天線所能夠設計的空間將被壓縮。

未來手持式裝置天線操作頻寬除了要相容原本的2G/3G通訊頻帶之外，還要能夠涵蓋新增加的LTE操作頻帶，其中又以涵蓋低頻LTE700頻帶最為困難。

本發明提供一種可調式槽孔天線，包括：一基板，具有一第一表面和一第二表面；一接地面，設置於該基板之該第一表面，並具有一單極槽孔、一第一金屬部，以及一第二金屬部，其中該單極槽孔係部分地分隔開該第一金屬部和該第二金屬部，而該單極槽孔具有一開口端和一封閉端；一調整電路部，跨過該單極槽孔之該開口端，並耦接在該接地面之該第一金屬部和該第二金屬部之間，且包括一開路路徑和至少一電容器；以及一饋入件，設置於該基板之該第二表面，並跨過該單極槽孔，其中，該調整電路部係根據一控制信號在該開路路徑和該電容器之間進行切換。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之可調式槽孔天線100之示意圖。可調式槽孔天線100可以設置於一行動裝置之內，例如：手機、平板電腦、或是筆記型電腦。如第1圖所示，可調式槽孔天線100包括：一基板110、一接地面120、一調整電路部150，以及一饋入件160。基板110可以是FR4基板，並具有相對之表面E1、E2。接地面120和饋入件160可以用金屬製成，例如：銀或銅。

接地面120係設置於基板110之表面E1，並具有一單極槽孔130和二金屬部121、122。單極槽孔130係部分地分隔開金屬部121和金屬部122。單極槽孔130具有一開口端131和一封閉端132，其中單極槽孔130之開口端131係鄰接於接地面120之一邊緣127處。饋入件160係設置於基板110之表面E2，並跨過單極槽孔130。饋入件160之一端可電性耦接至一信號源190，用以激發可調式槽孔天線100。在本實施例中，饋入件160大致為一L字形。在其他實施例中，饋入件160亦可以是其他形狀，例如：I字形或T字形。

調整電路部150係跨過單極槽孔130之開口端131，並電性耦接在接地面120之金屬部121和金屬部122之間。為了容納調整電路部150，單極槽孔130之開口端131之寬度W1可以大於封閉端132之寬度W2。在另一實施例中，開口端131之寬度W1亦可設計為等於封閉端132之寬度W2。調整電路部150包括一開路路徑PAO和至少一電容器C1。在本發明較佳實施例中，調整電路部150係根據一控制信號SC在開路路徑PAO和電容器C1之間進行切換。控制信號SC可根據一使用者輸入而產生。換言之，使用者可控制調整電路部150以使可調式槽孔天線100操作於所需之頻帶。由於調整電路部150大致位於單極槽孔130之開口端131，它將不會額外佔據基板110之空間。

第2圖係顯示根據本發明另一實施例所述之可調式槽孔天線200之示意圖。可調式槽孔天線200和第1圖所示之可調式槽孔天線100相似，而差異僅為可調式槽孔天線200更包括一接地支路270和一連接件280。相似地，接地支路270和連接件280亦可用金屬製成，例如：銀或銅。接地支路270係電性耦接至接地面120，並大致和接地面120平行。連接件280係電性耦接於接地面120和接地支路270之間，並大致垂直於接地面120和接地支路270。在一實施例中，接地支路270大致為一J字形。接地支路270係用以調整可調式槽孔天線200之阻抗匹配，它也可以是其他形狀，例如：I字形或是L字形。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之調整電路部150之示意圖。如第3圖所示，調整電路部150可包括一開路路徑PAO和複數個電容器C1、C2、…、CN。調整電路部150係根據控制信號SC，選擇開路路徑PAO或是複數個電容器C1、C2、…、CN之一者。電容器C1、C2、…、CN可以具有不同之電容值，以使可調式槽孔天線100操作於多重頻帶。在本發明一實施例中，電容器C1之電容值可以是0.5pF或0.7pF。在本發明較佳實施例中，電容器C1、C2、…、CN可以是晶片電容器(Chip Capacitor)。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之調整電路部150耦接至其他元件之示意圖。如第4圖所示，調整電路部150可以電性耦接至一處理器420，並接收處理器420產生之控制信號SC。在本實施例中，處理器420係經由偵測器410接收附近之一電磁信號SE，再根據電磁信號SE產生控制信號SC。例如，處理器420可控制調整電路部150，以使可調式槽孔天線之操作頻帶包括電磁信號SE之頻率在內。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之可調式槽孔天線之返回損失(Return Loss)圖，其中縱軸代表返回損失(單位：dB)，而橫軸代表操作頻率(MHz)。曲線CC1代表當調整電路部150切換至電容器C1時，可調式槽孔天線之返回損失；而曲線CC2代表當調整電路部150切換至開路路徑PAO時，可調式槽孔天線之返回損失。如第5圖所示，若調整電路部150切換至電容器C1，則可調式槽孔天線涵蓋頻帶FB1；而若調整電路部150切換至開路路徑PAO，則可調式槽孔天線涵蓋另一頻帶FB2。在本發明較佳實施例中，頻帶FB1約介於700MHz和800MHz之間，而頻帶FB2約介於824MHz和960MHz之間。在其他實施例中，頻帶FB1更可包括一高頻頻帶，其約介於1710MHz和2170MHz之間。因此，經由控制調整電路部150，本發明之可調式槽孔天線總共可涵蓋LTE700、GSM850/900，以及GSM1800/1900/Band I等多重頻帶。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之可調式槽孔天線之輻射效率(Radiation Efficiency)圖，其中縱軸代表輻射效率(%)，而橫軸代表操作頻率(MHz)。曲線CC3代表可調式槽孔天線在頻帶FB1內之輻射效率；而曲線CC4代表可調式槽孔天線在頻帶FB2內之輻射效率。如第6圖所示，當調整電路部150切換至電容器C1時，輻射效率約介於25%和35%之間；而當調整電路部150切換至開路路徑PAO時，輻射效率約介於71%和80%之間。由於電容器C1通常具有寄生之電阻，將造成頻帶FB1內之輻射效率較低。

本發明之元件尺寸可以如下所述：基板110之厚度約為0.8mm，而介電常數約為4.3；接地面120之長度約為110mm，寬度約為60mm；單極槽孔130之開口端131之寬度W1約為8mm；單極槽孔130之封閉端132之寬度W2約為4mm；單極槽孔130之長度約為39mm；接地支路270和接地面120之間的距離H1約為5mm；和接地支路270和連接件280之總長度約為80mm。值得注意的是，以上元件尺寸皆可根據所需頻帶進行調整，而不限於上述數值。

本發明之可調式槽孔天線至少具有下列優點：(1)在不增加天線尺寸的情況下，僅須控制調整電路部即可涵蓋LTE700頻帶；(2)調整電路部係位於單極槽孔之開口端，不會額外佔據系統電路板(基板)之空間；以及(3)調整電路部的控制方式相當簡單。

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．．．可調式槽孔天線

110．．．基板

120．．．接地面

121、122．．．金屬部

127．．．邊緣

130．．．單極槽孔

131．．．開口端

132．．．封閉端

150．．．調整電路部

160．．．饋入件

190．．．信號源

270．．．接地支路

280．．．連接件

410．．．偵測器

420．．．處理器

C1、C2、…、CN．．．電容器

CC1、CC2、CC3、CC4．．．曲線

E1、E2．．．表面

FB1、FB2．．．頻帶

H1．．．距離

PAO．．．開路路徑

SC．．．控制信號

SE．．．電磁信號

W1、W2．．．寬度

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之可調式槽孔天線之示意圖；

第2圖係顯示根據本發明另一實施例所述之可調式槽孔天線之示意圖；

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之調整電路部之示意圖；

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之調整電路部耦接至其他元件之示意圖；

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之可調式槽孔天線之返回損失圖；

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之可調式槽孔天線之輻射效率圖。

100．．．可調式槽孔天線

110．．．基板

120．．．接地面

121、122．．．金屬部

127．．．邊緣

130．．．單極槽孔

131．．．開口端

132．．．封閉端

150．．．調整電路部

160．．．饋入件

190．．．信號源

C1．．．電容器

E1、E2．．．表面

PAO．．．開路路徑

SC．．．控制信號

W1、W2．．．寬度

Claims (9)

1. 一種可調式槽孔天線，包括：一基板，具有一第一表面和一第二表面；一接地面，設置於該基板之該第一表面，並具有一單極槽孔、一第一金屬部，以及一第二金屬部，其中該單極槽孔係部分地分隔開該第一金屬部和該第二金屬部，而該單極槽孔具有一開口端和一封閉端；一調整電路部，跨過該單極槽孔之該開口端，並耦接在該接地面之該第一金屬部和該第二金屬部之間，且包括一開路路徑和至少一電容器；以及一饋入件，設置於該基板之該第二表面，並跨過該單極槽孔；其中，該調整電路部係根據一控制信號在該開路路徑和該電容器之間進行切換；其中，該可調式槽孔天線更包括：一接地支路，耦接於該接地面，並大致和該接地面平行。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可調式槽孔天線，更包括：一連接件，耦接於該接地面和該接地支路之間，並大致垂直於該接地面和該接地支路。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可調式槽孔天線，其中該接地支路大致為一J字形。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可調式槽孔天線，其中該接地支路和該接地面之間的距離約為5mm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可調式槽孔天線，其中若該調整電路部切換至該電容器，則該可調式槽孔天線涵蓋一第一頻帶，而若該調整電路部切換至該開路路徑，則該可調式槽孔天線涵蓋一第二頻帶。
6. 如申請專利範圍第5項所述之可調式槽孔天線，其中該第一頻帶約介於700MHz和800MHz之間。
7. 如申請專利範圍第5項所述之可調式槽孔天線，其中該第二頻帶約介於824MHz和960MHz之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之可調式槽孔天線，其中該單極槽孔之該開口端之寬度大於該封閉端之寬度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之可調式槽孔天線，其中該電容器之電容值為0.5pF。