TWI679800B - 通訊裝置用天線 - Google Patents

Abstract

本文描述的實例涉及一種用於一通訊裝置的天線。在一個實例中，該天線可以包括一縱向地延伸的基底條帶，以及一輻射條帶。該輻射條帶相對於該基底條帶縱向地延伸。該天線可進一步包括一耦合條帶，其提供在該基底條帶與該輻射條帶之間的一導電路徑。該輻射條帶的長度大於該基底條帶的長度。

Description

通訊裝置用天線

發明領域 本揭示係有關於通訊裝置用天線。

發明背景 諸如手機的通訊裝置利用它們的天線與無線電存取網路進行無線通訊。同樣地，諸如膝上型或手持式電腦的運算裝置也可以包括一天線用於連接至無線網路，諸如Wi-Fi。如此通訊裝置的設計永遠都在改變，並相應地，該等天線的設計也隨著如此通訊裝置之設計的改變而改變。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種用於一通訊裝置的天線，該天線包含：一縱向地延伸的基底條帶；一輻射條帶，其相對於該基底條帶縱向地延伸；以及一耦合條帶，其提供在該基底條帶與該輻射條帶之間的一導電路徑，其中該輻射條帶的長度大於該基底條帶的長度。

較佳實施例之詳細說明 本技術主題涉及在通訊裝置或其他電子裝置中的天線，諸如桌上型電腦、膝上型電腦、智慧型手機、智慧型電視、個人數位助理(PDA)、平板電腦、可攜式遊戲裝置、一體成型電腦、及類似者。正如可被理解的，電子通訊裝置(也被稱為電子裝置)的設計一直在進展中。該等較新類型通訊裝置更薄並具有一更光滑的形狀因子。此外，如此薄的通訊裝置通常包括一金屬製的底盤用於支撐各種內部組件及在該裝置內之電子電路，以及用於提高此類裝置的美感。該等通訊裝置可以包括一射頻天線(稱為一天線)，其允許經由射頻傳輸，透過一無線網路或透過一電信網路與一或多個其他的裝置進行通訊。

對於如此的通訊裝置，該RF天線可被實現為該RF天線的一輻射元件被定位在離該RF天線之一接地平面一特定的垂直距離處。由於該等通訊裝置之該減小的尺寸及更薄的形狀因子，該特定的垂直距離不再可取得，從而限制了該RF傳輸。這因此可影響該RF天線的運作。在該通訊裝置的該殼體係金屬的情況下，該天線進行RF傳輸的範圍及有效性也可能會受到影響，因為金屬可能無法被穿透，而有效地充當為一RF傳輸的屏蔽。因此，該金屬底盤可能會降低該天線可進行RF傳輸的範圍。

通常，可在該覆蓋該RF天線之該金屬底盤的部分做出切口。這種切口隨後可以用非金屬材料來覆蓋，諸如塑料或玻璃。然而，由於金屬及非金屬材料的多個連續部分，使用散置在金屬部分中的非金屬部分可能會影響該電子裝置的結構堅固性，並且也可影響該製品的美感。

在本文中，天線以及包含這種天線之通訊裝置的實例被描述。如將被解釋的，該描述的天線可在具有一金屬底盤之通訊裝置中提供最佳的效能。該描述的天線在不用切口的情況下提供穿過該金屬底盤之經改善的輻射性能，並且能夠操作在不同的頻帶上，從而增加操作在不同的環境條件下的靈活性。應被注意的是，通訊裝置一詞要被一般地解讀。通訊裝置可以包括具電子或電氣電路的任何裝置，其可以通過一無線網路或通過一無線電信網路進行通訊。

在一個實例中，該天線可被實現在一基板上，諸如一印刷電路板(PCB)。為了實現該天線，至少兩個縱向延伸的條帶，即一基底條帶及一輻射條帶，可被提供。在一個實例中，該基底條帶可以是一被圖案化或被蝕刻成為在該基板上之一饋電條帶的一接地平面。該接地平面可以是被連接到一收發器的一導電表面，並作為一反射面用以反射接收自其他天線的無線電波。此外，如以上所描述的，該接地平面被要求為在離該輻射條帶一特定垂直距離處，以便在所欲的頻寬中進行輻射。因此，該基底條帶及該輻射條帶可被佈置成平行於彼此並且在一特定的垂直距離處。

該輻射條帶可被認為是該天線的一輻射組件。該輻射條帶可透過一或多個耦合條帶被電氣耦合到該基底條帶。該耦合條帶可提供一短路路徑或一短路接腳用於提供在該基底條帶與該輻射條帶之間的一導電連接。該耦合條帶可被設置成正交於該輻射條帶及該基底條帶。

在另一實例實現方式中，當佈署該描述的天線時，被定位成使得該天線的該輻射條帶距離該通訊裝置之該金屬底盤該表面的距離係在0.1-0.5 mm之間。在該輻射條與該金屬表面之間的該間距作用為一電容器。在操作中，該天線的該輻射條帶係在與該金屬底盤該表面的一種電容性耦合中用於影響射頻傳輸。作為在該輻射條帶與該底盤該金屬表面之間該耦合的一種結果，該金屬表面也可被激發用以作用為一無線電波輻射元件。在又另一實例實現方式中，該輻射條帶比該基底條帶長。藉由具有該長的輻射條帶，該輻射條帶可能能夠與該金屬底盤一起提供均勻的電容耦合效應。在一個實例中，該如所描述的天線可以包括位在該輻射條帶與該基底條帶之間的多個耦合條帶。該等多個耦合條帶進一步可使得該天線能夠操作在多個頻率上。

以上所描述的技術主題將參考照圖1-6被進一步地描述。應被注意到的是，該描述及該等附圖僅伴隨在本文中所描述的實例一起說明了本技術主題的該等原理，並且不應被解讀為對本技術主題的一種侷限。因此，應被理解的是雖然各式各樣的安排沒有在本文中被明確地描述或展示出，但係可被設計出用以體現本技術主題的該等原理。此外，在本文中詳述本技術主題之原理、方面、及實現方式的所有的陳述，以及其之具體實例，旨在涵蓋其之等同者。

圖1提供了一天線100的一實例。在此實例中，該天線100可被實現在一基板102(如由一虛線所示)之上。在這種情況下，該天線100可藉由蝕刻到該基板102的方式來被提供。該基板102的一實例包括，但不侷限於，一印刷電路板(PCB)。該天線100可進一步包括一縱向延伸的基底條帶104，伴隨一輻射條帶106，其也相對於該基底條帶104做縱向延伸。在該實例實現方式中，該基底條帶104及該輻射條帶106可以佈置成平行於彼此，並且有一約為2mm之特定的垂直距離。應被注意的是，該距離僅係說明性的，並且可根據該天線100操作於其中的該頻率來做變化。其他的距離度量也可被包括在本技術主題的該範圍內。

繼續本說明，該基底條帶104及該輻射條帶106可與一導電路徑做耦合，該導電路徑係由一耦合條帶108所提供的。該耦合條帶108的形狀可以是矩形的，或者可以是任何形狀的，不會影響本技術主題的範圍。如圖所示之該天線100可被部署在一通訊裝置的一金屬底盤內。當被部署時，它被定位成使得該輻射條帶106位於距離該金屬底盤之該表面大約0.1-0.5mm處。如配合該等剩下附圖的討論，在操作中，該輻射條帶106會與該金屬底盤之該表面做電容式耦合用於影響RF傳輸。在該輻射條帶106與該金屬表面(在圖1中未示出)之間的該間隔作用為一電容器。在操作中，該天線100的該輻射條帶106產生與該金屬底盤該表面的一種電容式耦合用於影響射頻傳輸。由於在該輻射條帶106與該底盤該金屬表面之間的該耦合，該金屬表面也被激發作為一無線電波輻射元件。

在一個實例中，該天線100可以包括多個耦合條帶，諸如該耦合條帶108。圖2A-2D圖示出進一步的實例，其中天線200可包括附加的耦合帶。例如，圖2A圖示出具有兩個耦合條帶202-1及2(統稱為該等耦合條帶202)的天線200。在圖2A中所示的該等耦合條帶202提供複數個饋入點用於輸入意圖透過該輻射條帶106進行傳輸的電能。取決於該操作頻率，該等耦合條帶202可被佈置在該輻射條帶106之縱向方向上特定的間隔處。在該實例實現方式中，該等複數個饋入點可以是由兩個耦合條帶202-1及202-2所饋入的兩個饋送點。該等耦合條帶202-1及202-2可以在一端被直接耦合到該輻射條帶202-1，並在另一端耦合到該基底條帶104。在一個實例中，該等耦合條帶202的該等大小也可以在不偏離本技術主題之範圍的情況下做變化。

該等耦合條帶202的形狀也可以做變化。例如，圖2B指出該等耦合條帶202的形狀為梯形。如可從該等圖中被看出的，該等耦合條帶202在與該基底條帶104的該接觸點處較寬而與該輻射條帶106的該接觸點處較窄。該等耦合條帶202也可以是使得在與該基底條帶104的該接觸點處比起與該輻射條帶106的該接觸點處要窄。在其他的實例中，其他的非均勻形狀，諸如菱形，也可以在不限制本技術主題之範圍的情況下被使用。

在一個實例中，該等耦合條帶202可以具有不同的長度。在這種情況下，該等耦合條帶202中之一個，比方說該耦合條帶202-1，可以與該輻射條帶106及該基底條帶104兩者接觸。另外一個耦合條帶202-2可使得其側向地從該基底條帶104朝向該輻射條帶106做延伸，但不與該輻射條帶106形成一觸點。藉由在沿著該輻射條帶106之該縱向長度上具有這種變化的觸點106，該天線的操作頻率可藉由饋送用於RF傳輸之不同的電能位準來被改變。在另一個實例中，該非接觸耦合條帶202-2可被定位在該基底條帶104的該末端(如圖2D所示)。在又另一實例中，該等耦合條帶202可以是各種的非線性形狀，諸如線圈。在每一個這類情況下，該天線200可被部署在一通訊裝置中(如結合圖4所解釋的)。當部署時，該天線200可以被定位在該金屬底盤內，從而使得該輻射條帶106係與該金屬底盤之該內部部分緊密的鄰近。在一個實例中，在該輻射條帶106與該金屬底盤該表面之間的該間距係約在0.1-0.5mm的範圍內。在該輻射條帶106與該金屬表面之間的該間距(在圖4中所示)作用為一電容器。在操作中，該天線200的該輻射條帶106產生與該金屬底盤該表面的一種電容式耦合用於影響射頻傳輸。由於在該輻射條帶106與該底盤該金屬表面之間的該耦合，該金屬表面也被激發作為一無線電波輻射元件。

在又另一個實例中，該天線可進一步包括散佈在該輻射條帶106與該基底條帶104之間的中間部分。該中間部分旨在進一步有助於在該輻射條帶106與該金屬底盤該表面之間的該電容耦合程度。該中間部分可以具有特定的份額及大小，這又可以根據在該天線(例如，該天線300)內的該頻率來被決定。例如，圖3A描繪出一實例天線300。該天線300包括該基底條帶104及該輻射條帶106。該天線300包括存在於該輻射條帶106與該基底條帶104之間的一中間部分302。

如圖所示，該中間部分302係L形的，包括一橫向延伸的部分及一縱向延伸的部分。該橫向延伸部分從該中間部分302與該基底條帶104的該接觸點做延伸。此外，該縱向延伸部分從該橫向延伸部分的另一端沿著該輻射條帶106的該方向做延伸。該所示的中間部分302進一步增強了該輻射條帶106與該金屬底盤(圖3A中未被示出)的該電容耦合。

該中間部分302的其他實例也被描繪在圖3B-3C中，其中該中間部分302是一種不同的形狀。在圖3B中，該中間部分302使得該中間部分302的一個邊緣接近該輻射條帶106，而一端部鄰近該基底條帶104會收斂到在該基底條帶104上的一點，用以提供一種三角形狀的中間部分302。在另一個實例中，該中間部分302係半圓形的形狀，具有鄰近於該輻射條帶106的線性表面，以及該中間部分302的一弧形表面位於靠近該輻射條帶106(圖3C)。

圖4表示容納該天線100的一實例通訊裝置400。在圖2中所示的該通訊裝置400僅是說明性的。該通訊裝置400可以是一固定式裝置或一可攜式裝置。該通訊裝置400可以包括，但不侷限於，桌上型電腦、膝上型電腦、智慧型手機、智慧型電視、個人數位助理(PDA)、平板電腦、遊戲裝置、一體成型電腦、和類似者。

在一實例實現方式中，該通訊裝置400可以包括底盤402用以支撐及持有該通訊裝置400的內部組件、電氣及電子電路。該底盤402可以由能夠導電及輻射電能及磁能的金屬來製成。在一個實例中，該金屬底盤402可包括縱向表面404-1及2、以及橫向表面406-1及2。

如以上所描述的，該天線100可以包括該基底條帶104，以及相對於該基底條帶104縱向延伸的該輻射條帶106。在一實例中，該基底條帶104及該輻射條帶106可被彼此平行地佈置，並且有一約為2mm之特定的垂直距離。應被注意的是，該距離僅係說明性的，並且可根據該天線100所操作的該頻率來做變化。其他的距離度量也可被包括在本技術主題的範圍內。

繼續本說明，該基底條帶104及該輻射條帶106可與一導電路徑做耦合，該導電路徑係由一耦合條帶108所提供的。該耦合條帶108的形狀可以是矩形的，或者可以是任何形狀的，不會影響本技術主題的範圍。如圖所示之該天線100可被部署在該通訊裝置400的該金屬底盤402內。

在一實例實現方式中，當被部署時，該輻射條帶106可被定位在距離該金屬底盤402之一表面，譬如說，該縱向表面404-1，之一特定的距離408處。在一實例中，在該輻射條帶106與該縱向表面404-1之間的該特定距離408可基於要由該天線100來輻射之該頻帶從0.1-0.5mm的一範圍中來做選擇。

在一個實例中，該輻射條帶106可與該金屬底盤402的該縱向表面404-1相隔開約0.5mm。在該實例中，該特定距離212可提供該輻射條帶106與該金屬底盤402的一有效的電容性耦合。由於該電容性耦合，該天線100可以饋送射頻能量給該金屬底盤402的該縱向表面404-1，使得在該天線100的操作期間該金屬底盤402可充當作為一天線輻射器。正如可被理解的是，該天線100的該輻射條帶106係處於定義該底盤之該內部部分之該縱向表面404-1的緊密鄰近處，其結果是該輻射條帶106及該縱向表面404-1會充當一電容器。在操作中，該天線的該輻射條帶106產生與該縱向表面404-1的一種電容式耦合用於影響射頻傳輸。由於在該輻射條帶106與該縱向表面404-1之間的該耦合，該金屬表面也被激發作為一無線電波輻射元件。

因此，藉由使得該縱向表面404-1能夠充當該天線輻射器，該天線100的該輻射效率可被顯著地改善，因為該金屬底盤402不會作用為輻射的屏障了。此外，由於在該通訊裝置400中該天線100所描述的佈置不需要在該金屬底盤402上製作切口，該通訊裝置400的該穩固性及美學外觀可被增強。

圖5A-5C圖示出該等實例天線中之一所取得的該等輻射圖案。如將被理解的，該輻射圖描繪出該無線電波強度相對於方向的關係。在該組圖案中，圖5A-5C分別描繪在X-Y、Y-Z、以及X-Z平面中的該等輻射圖案。對於本實例，輻射條帶106的該長度可以在20-50mm的長度範圍內。在一個實例中，該天線100在2.4GHz的工作頻率上產生一大約-4.3dBi的一天線增益。在一實例中，對於2.4GHz工作頻率之該經測量的測試結果表明在Y-Z平面中有一良好的全向性輻射圖案。

在圖5A-5C中所描繪的該等實例中，輻射條帶106的該長度可以在20-50mm的該長度範圍內。如所描繪的，該天線100在2.4-2.5GHz的工作頻率上產生一大約為-4.3dBi的一天線增益。天線增益通常被認為提供做為一關鍵效能元素的一指標，其結合了天線的方向性及輻射效率。它還描繪了一天線，諸如天線100，如何有效率地把輸入功率轉換成在一指定方向上的無線電波。此外，當沒有指定方向時，該天線增益被理解為該天線增益的峰值或峰值增益。

在一實例中，把該天線增益描繪成一方向函數的一曲線圖被稱為該輻射圖案。例如，在圖5A中，一輻射圖案可以繪製在該X-Y平面中的該天線增益，其產自被水平定位在該X-Y平面中的一單一實例天線，譬如說，該天線100。由於該天線100的該水平位置，該輻射圖案可以相對於該天線100做垂直地延伸。如圖所示，該天線100在X-Y平面中單獨產生大約-4.3dBi的天線增益以及在2400 MHz頻率處大約有-2.70dBi的峰值增益。

類似地，在圖5B中所示的另一實例中，該天線100可以相對於該Y-Z平面被水平定位。在該實例中，產自該天線100之水平位置的定向輻射圖案可以相對於該天線100做垂直地延伸。以此輻射圖案，該天線100在X-Y平面中產生大約-4.3dBi的天線增益以及在2400 MHz頻率處大約有-1.181dBi的峰值增益。

在圖5C中所示的又另一實例中，該天線100可以相對於該Z-X平面被定位在一垂直且直立的位置中。在該實例中，該定向輻射圖案可以相對於該天線100的該位置做水平地延伸。以此輻射圖案，該天線100在Y-Z平面中產生大約-4.3dBi的天線增益以及在2400 MHz頻率處大約有-2.54dBi的峰值增益。因此，正如可從圖5A-5C中看出，對於2.4GHz工作頻率之該經測量的測試結果表明在Y-Z平面中具有有效率的全向性輻射圖案。

當具有長度為75-150mm之一輻射條帶106的該描述天線100被操作時，圖6A-6C分別描繪在該等X-Y、Y-Z、以及X-Z平面中該等天線輻射圖案之該等經測量的測試結果。在一實例中，該天線100在5GHz範圍的工作頻率上產生一大約-6.5dBi的一天線增益。。

在圖6A中所示的一實例中，一輻射圖案可以繪製在該X-Y平面中的該天線增益，其產自被水平定位在該X-Y平面中的該天線100。由於該水平位置，產自該天線100的該輻射圖案可以相對於該天線100做垂直地延伸。如圖所示，該天線100在X-Y平面中單獨產生大約-6.5dBi的天線增益以及在5150 MHz頻率處大約有-1.52dBi的峰值增益。

類似地，在圖6B中所示的另一實例中，該天線100可以相對於該Y-Z平面被水平定位，並且產自該天線100的輻射圖案可以相對於該天線100做垂直地延伸。以此輻射圖案，該天線100在X-Y平面中產生大約-6.5dBi的天線增益以及在5150 MHz頻率處大約有-0.03dBi的峰值增益。

在圖6C中所示的又另一實例中，該天線100可以相對於該Z-X平面被定位在一垂直且直立的位置中。在該實例中，該定向輻射圖案可以相對於該天線100的該位置做水平地延伸。以此輻射圖案，該天線100在Y-Z平面中產生大約-4.3dBi的天線增益以及在5150 MHz頻率處大約有-4.02dBi的峰值增益。

正如可從圖6A-6C中看出，對於5GHz工作頻率之該等經測量的測試結果表明在Y-Z平面中有一有效率的全向性輻射圖用於一5150 MHz的頻率。因此，該天線100出現在該金屬底盤402的該鄰近處增強了該天線100的輻射、頻率、以及頻寬效能，即使是在該通訊裝置400之全金屬設計中也可提供了更好的效能。

雖然本技術主題的該等實現方式已經使用了特定於結構特徵及/或方法的語言進行了描述，但是應被理解的是，本技術主題並不侷限於所描述之特定的特徵或方法。相反的是，該等特定的特徵及方法僅是在本技術主題之一些實現方式的環境中被揭露及說明。

100、200、300‧‧‧天線

102‧‧‧基板

104‧‧‧基底條帶

106‧‧‧輻射條帶

108、202-1、202-2、302‧‧‧耦合條帶

400‧‧‧通訊裝置

402‧‧‧底盤

404-1、404-2‧‧‧縱向表面

406-1、406-2‧‧‧橫向表面

408‧‧‧距離

較佳實施例之詳細說明的提供係參考所附的圖示。在該等附圖中，一參考號碼之該(等)最左邊的數字識別出該參考號碼第一次係出現在那一個圖示中。在所有的圖示中，相同的號碼被使用來參考相同的特徵及組件。

圖1圖示出用於通訊裝置的一實例天線；

圖2A-2D圖示出具有複數個耦合條帶之天線的各種實例；

圖3A-3C圖示出具有一中間條帶之天線的各種實例；

圖4圖示出實現一實例天線的一通訊裝置；

圖5A-5C圖示出用於一實例天線的輻射圖；以及

圖6A-6C圖示出用於另一實例天線的輻射圖。

Claims (15)

1. 一種用於通訊裝置的天線，該天線適於設置在該通訊裝置之一金屬底盤內，且包含：一縱向地延伸的基底條帶；一輻射條帶，其相對於該基底條帶縱向地延伸；以及一耦合條帶，其提供在該基底條帶與該輻射條帶之間的一導電路徑，其中該輻射條帶的長度大於該基底條帶的長度，以及其中該輻射條帶設置得比該基底條帶更靠近該金屬底盤之一表面且電容式地與該金屬底盤之該表面耦合。
2. 如請求項1之天線，其中該輻射條帶的該長度係在大約為25mm至100mm的範圍內。
3. 如請求項1之天線，其中該基底條帶係在距離該輻射條帶2mm的一距離處。
4. 如請求項1之天線，其中該耦合條帶從該基底條帶做橫向延伸用以形成與該輻射條帶的一接觸點。
5. 如請求項1之天線，進一步包含有一附加的耦合條帶，其進一步橫向延伸並且具有與該基底條帶接觸的一端。
6. 如請求項5之天線，其中該附加耦合條帶的另外一端形成與該輻射條帶的一接觸點。
7. 一種通訊裝置，其包含：一金屬底盤；以及容納在該金屬底盤內的一天線，其中該天線進一步包含：一縱向地延伸的基底條帶；一輻射條帶，其相對於該基底條帶縱向地延伸，其中該輻射條帶被設置在距離該金屬底盤之表面的一特定距離處，而電容式地與該金屬底盤之該表面耦合；以及複數個耦合條帶，其中該等耦合條帶中的每一個提供在該基底條帶與該輻射條帶之間的一導電路徑，其中該輻射條帶的長度大於該基底條帶的長度，其中該輻射條帶設置得比該基底條帶更靠近該金屬底盤之該表面。
8. 如請求項7之通訊裝置，其中在該輻射條帶與該金屬底盤的該表面之間的該特定距離範圍為從約0.1mm至0.5mm。
9. 如請求項7之通訊裝置，其中該等複數個耦合條帶中的每一個之形狀為梯形。
10. 如請求項7之通訊裝置，其中來自該等複數個耦合條帶中的一個耦合條帶從該基底條帶做橫向延伸用以形成與該輻射條帶的一接觸點。
11. 如請求項7之通訊裝置，其中來自該等複數個耦合條帶中的另一個耦合條帶以使一末端接觸該基底條帶的方式進一步地橫向延伸。
12. 一種用於通訊裝置的天線，該天線適於設置在該通訊裝置之一金屬底盤內，且包含：一縱向地延伸的基底條帶；一輻射條帶，其相對於該基底條帶縱向地延伸，其中該輻射條帶的長度大於該基底條帶的長度，以及其中該輻射條帶設置得比該基底條帶更靠近該金屬底盤之一表面且電容式地與該金屬底盤之該表面耦合；以及位於在該基底條帶與該輻射條帶之間的一中間部分，其中該中間部分係與該輻射條帶及該基底條帶中之一接觸。
13. 如請求項12之天線，其中該中間部分包含：從該基底條帶垂直地延伸的一橫向部分；以及耦合到該橫向部分的一縱向部分，其中該縱向部分在該輻射條帶的方向上延伸。
14. 如請求項12之天線，其中該中間部分係成三角形，該中間部分的一邊緣鄰近該輻射條帶，以及其中鄰近該基底條帶的一末端收斂到在該基底條帶上的一點。
15. 如請求項12之天線，其中該中間部分係成半圓形，具有鄰近該輻射條帶的一線性邊緣，以及該中間部分的一弧形邊緣位於靠近該輻射條帶處。