TWI617088B - 具有金屬邊框半環圈天線元件的通訊裝置 - Google Patents

Abstract

一種通訊裝置，包括接地面以及天線元件。天線元件包含輻射金屬片及饋入金屬線。饋入金屬線位於輻射金屬片與接地面之間。輻射金屬片中的第一金屬片具有第一端，且第一端經由第一金屬段電性連接至接地面。輻射金屬片中的第二金屬片具有第二端，且第二端經由第二金屬段電性連接至接地面。第一金屬片經由第一電容元件耦接至饋入金屬線的第一連接點。第二金屬片經由第二電容元件耦接至饋入金屬線的第二連接點。饋入金屬線並具有第三連接點，以作為天線元件的饋入點。

Description

具有金屬邊框半環圈天線元件的通訊裝置

本發明是關於一種通訊裝置，特別是一種具有天線元件的通訊裝置。

隨著行動通訊技術的快速發展，各種行動通訊的產品都不斷出現，而其中以通訊裝置(例如：智慧型手機及平板電腦等)最為熱門。對於這些通訊裝置而言，外型輕薄是一種趨勢。如今，通訊裝置的外觀設計和通訊裝置的堅固性也越來越受到重視。因此，如何設計外型輕薄及具有金屬機殼的通訊裝置，以及適用於此種通訊裝置之天線元件，例如：使得天線元件具有寬頻或是多頻之操作特性，同時金屬機殼僅需在其邊框處設置窄淨空區間(例如：淨空區間之寬度小於4 mm或更小)，使通訊裝置具有美觀且薄形化的外型，已成為一項目前有待解決之重要課題。

本發明提供一種通訊裝置，使得通訊裝置僅需在其邊框處設置可作為天線元件之天線窗的窄淨空區間，從而達成具有金屬機殼之通訊裝置的美觀外型和堅固性。

本發明提供一種通訊裝置，包括接地面以及天線元件。接地面具有第一邊緣。天線元件包含輻射金屬片及饋入金屬線。輻射金屬片及饋入金屬線均沿著第一邊緣延伸。饋入金屬線並介於輻射金屬片與第一邊緣之間。輻射金屬片與接地面並分隔一淨空區間，且接地面並未設置在淨空區間內。輻射金屬片具有第一端及第二端。輻射金屬片由一間隙分隔為第一金屬片及第二金屬片。第一金屬片具有第一端，且第一端經由第一金屬段電性連接至接地面。第二金屬片具有第二端，且第二端經由第二金屬段電性連接至接地面。第一金屬片經由第一電容元件耦接至饋入金屬線之第一連接點。第二金屬片經由第二電容元件耦接至饋入金屬線之第二連接點。饋入金屬線具有第三連接點以作為天線元件之饋入點。第二連接點介於第一連接點與第三連接點之間。

在本發明之一實施例中，上述的饋入金屬線之第三連接點經由匹配電路耦接至通訊裝置之訊號源。輻射金屬片與接地面不在同一平面上。輻射金屬片設置在通訊裝置之邊框的表面上，或是輻射金屬片形成通訊裝置之金屬邊框的一部分。第一金屬段與第二金屬段亦為通訊裝置之金屬邊框的一部分。輻射金屬片之長度不大於通訊裝置之一短邊邊緣之長度。

在本發明的一實施例中，上述的淨空區間之寬度介於0.5 mm至4.0 mm之間。

在本發明的一實施例中，上述的輻射金屬片之第一金屬片之長度並不大於第二金屬片之長度。饋入金屬線之長度大於第一金屬片之長度，且饋入金屬線之長度小於第二金屬片之長度。其中，天線元件之饋入金屬線、第一電容元件、第一金屬片及第一金屬段形成第一半環圈路徑。第一半環圈路徑產生第一共振模態，且第一共振模態位於天線元件之第一頻帶。

在本發明的一實施例中，上述的天線元件之饋入金屬線、第二電容元件、第二金屬片及第二金屬段形成第二半環圈路徑。第二半環圈路徑產生第二共振模態，且第二共振模態位於該天線元件之第二頻帶。

為讓本發明的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為本發明之通訊裝置之第一實施例之結構圖。如圖1所示，通訊裝置10可例如是具有金屬機殼的智慧型手機或是平板電腦等裝置，且通訊裝置10包括接地面11及天線元件12。接地面11具有第一邊緣111。天線元件12包含輻射金屬片13及饋入金屬線14。輻射金屬片13及饋入金屬線14均沿著接地面11之第一邊緣111延伸。具體而言，饋入金屬線14位於輻射金屬片13與接地面11之間，且饋入金屬線14與輻射金屬片13平行於第一邊緣111。輻射金屬片13和接地面11之間分隔一淨空區間15，且接地面11並未設置在淨空區間15內。

輻射金屬片13具有第一端131及第二端132，且輻射金屬片13透過間隙133分隔為第一金屬片134及第二金屬片135。第一金屬片134具有第一端131，且第一端131經由第一金屬段161電性連接至接地面11。第二金屬片135具有第二端132，且第二端132經由第二金屬段162電性連接至接地面11。饋入金屬線14上設有第一至第三連接點141~143。第一金屬片134經由第一電容元件171耦接至饋入金屬線14的第一連接點141，且第二金屬片135經由第二電容元件172耦接至饋入金屬線14的第二連接點142。饋入金屬線14的第三連接點143為天線元件12的饋入點，且第二連接點142位於第一連接點141與第三連接點143之間。

通訊裝置10更包括邊框101、匹配電路18與訊號源19。其中，饋入金屬線14的第三連接點143可經由匹配電路18電性連接至訊號源19，且訊號源19可例如是通訊裝置10中的收發器(未繪示出)。此外，匹配電路18可用以增加天線元件12的操作頻寬。輻射金屬片13與接地面11並不在同一平面上。具體而言，接地面11與淨空區間15可例如是設置在一基板上，且所述基板與邊框101之間具有一夾角。在一實施例中，邊框101可由非導電材質所構成，且輻射金屬片13可設置在邊框101之一表面上。在另一實施例中，邊框101可由導電材質所構成，亦即邊框101可為一金屬邊框。此外，輻射金屬片13可形成金屬邊框之一部分，且第一金屬段161與第二金屬段162亦可用以形成金屬邊框之一部分。

第二金屬片135之長度大於第一金屬片134之長度。饋入金屬線14之長度亦大於第一金屬片134之長度，且饋入金屬線14之長度小於第二金屬片135之長度。由於第一金屬片134的長度不同於第二金屬片135的長度，因此天線元件12可產生不同的兩共振路徑。舉例來說，饋入金屬線14、第一電容元件171、第一金屬片134及第一金屬段161可形成第一半環圈路徑。此外，來自訊號源19的饋入訊號可用以激發天線元件12，且天線元件12可透過第一半環圈路徑產生第一共振模態。

第一共振模態位於天線元件12之第一頻帶(例如，高頻頻帶)。此外，第一半環圈路徑中的第一電容元件171可用以提供電容性耦合，進而致使第一半環圈路徑相當於具有電容性耦合饋入與環圈結構的共振路徑。藉此，將可致使第一半環圈路徑的長度小於第一頻帶(例如，高頻頻帶)之最低頻率的1/4波長，亦即所激發之第一共振模態可為共振長度少於1/4波長的環圈共振模態。換言之，第一半環圈路徑所需的物理長度將可大幅地降低，進而有助於降低天線元件12的尺寸。

另一方面，饋入金屬線14、第二電容元件172、第二金屬片135及第二金屬段162可形成第二半環圈路徑。此外，來自訊號源19的饋入訊號可用以激發天線元件12，且天線元件12可透過第二半環圈路徑產生第二共振模態。其中，第二共振模態位於天線元件之第二頻帶(例如，低頻頻帶)。此外，第二半環圈路徑中的第二電容元件172可用以提供電容性耦合，進而致使第二半環圈路徑相當於具有電容性耦合饋入與環圈結構的的另一共振路徑。藉此，將可致使第二半環圈路徑的長度小於第二頻帶(例如，低頻頻帶)之最低頻率的1/4波長，亦即所激發之第二共振模態可為另一共振長度少於1/4波長的環圈共振模態。換言之，第二半環圈路徑所需的物理長度將可大幅地降低，進而有助於降低天線元件12的尺寸。

值得注意的是，饋入金屬線14鄰近接地面11的第一邊緣111，因此饋入金屬線14與第一邊緣111之間亦可形成電容性耦合。此外，饋入金屬線14與第一邊緣111所形成的電容性耦合，可使得在第一與第二共振模態下之天線元件12的阻抗匹配較為平滑，或是在第一與第二共振模態下的天線元件12具有雙共振特性，從而有助於增加第一頻帶與第二頻帶的頻寬。

總體而言，天線元件12相當於具有雙共振路徑(亦即，第一半環圈路徑與第二半環圈路徑)的環圈天線(loop antenna)，以操作在第一頻帶與第二頻帶。此外，雙共振路徑中的電容元件可用以提供電容性耦合，進而有助於降低天線元件12的尺寸。如此一來，天線元件12中的輻射金屬片13將可設置在鄰近通訊裝置10之短邊邊緣的邊框101上，並有助於縮減淨空區間15的尺寸。

舉例來說，輻射金屬片13的長度可例如是不大於通訊裝置10之短邊邊緣的長度。換言之，在整體設置上，輻射金屬片13無需佔用或延伸至通訊裝置10的長邊邊緣，從而有助於通訊裝置10的微型化。此外，在一實施例中，淨空區間15具有一寬度t，且寬度t可例如是介於0.5 mm至4.0 mm之間。換言之，通訊裝置10在鄰近邊框101處具有窄淨空區間15(亦即，窄金屬淨空區)，進而致使通訊裝置10的金屬機殼可具有窄淨空區間，以作為天線元件的天線窗。其中，淨空區間15的寬度t至少為0.5 mm，以致使輻射金屬片13與接地面11相互分離。此外，淨空區間15的寬度t至多為4.0 mm，以藉此維持通訊裝置10的美觀外型和堅固性。

此外，輻射金屬片13的兩端131與132經由第一金屬段161與第二金屬段162電性連接至接地面11。換言之，在鄰近短邊邊緣之兩端的角落處，輻射金屬片13皆並未形成開口端。藉此，當使用者手握通訊裝置10時，使用者的手部對於天線元件12之效能所造成的影響將可大幅地降低，從而有助於提升通訊裝置10的通訊品質。更進一步來看，第一電容元件171及第二電容元件172可例如是一晶片電容元件。

圖2為本發明之通訊裝置之第二實施例之結構圖。相較於圖1實施例，圖2之通訊裝置20中的天線元件22包括輻射金屬片13與饋入金屬線24，且饋入金屬線24包括第一至第三連接點241~243。此外，第一連接點241及第三連接點243的位置鄰近於饋入金屬線24的兩開口端。透過第一連接點241及第三連接點243之位置的選擇或是改變，可適當地調整饋入金屬線24所提供的耦合量，進而可延伸第一半環圈路徑與第二半環圈路徑的等效共振長度。藉此，將可使得所對應產生之第一共振模態和第二共振模態之頻率降低，從而達到天線縮小化的目的，同時亦可增加天線元件22在設計上的彈性。至於圖2實施例中其他元件的細部結構與圖1實施例相同或是相似，且在此相似的結構下，圖2之第二實施例所列舉之通訊裝置20可以具有與圖1之第一實施例相似的表現。

圖3為本發明之通訊裝置之第三實施例30之結構圖。相較於圖1實施例，圖3之通訊裝置30中的天線元件32包括輻射金屬片13與饋入金屬線34，且饋入金屬線34包括第一至第三連接點341~343。此外，第一金屬片134經由第一電容元件371耦接至第一連接點341，且第二金屬片135經由第二電容元件372耦接至第二連接點342。第一電容元件371以及第二電容元件372可為分布式電容元件，從而有助於增加天線元件32在設計上的彈性，亦可減少晶片元件的使用量，以提高產業利用性。圖3實施例中其他元件的細部結構與圖1實施例相同或是相似，且在此相似的結構下，圖3之第三實施例所列舉之通訊裝置30可以具有與圖1之第一實施例相似的表現。

圖4為用以說明本發明之第三實施例之天線元件的返回損失(return loss)圖。在第三實施例中，接地面11的長度可為130 mm，且接地面11的寬度可為75 mm。輻射金屬片13的長度可為75 mm。第一金屬段161及第二金屬段162的長度可均為3 mm。饋入金屬線34的長度可為25 mm。淨空區間15的寬度t亦可為3 mm。其中，共振模態401是由第一半環圈路徑所產生的第一共振模態，且共振模態401是位於第一頻帶41內。共振模態402是由第二半環圈路徑所產生的第二共振模態，且共振模態402是位於第二頻帶42內。如圖4所示，第一頻帶41之頻寬可以涵蓋約1710 MHz至2690 MHz，進而可以涵蓋LTE及WWAN之相關頻帶操作。第二頻帶42之頻寬可以涵蓋約824 MHz至960 MHz，進而可以涵蓋GSM850頻帶、GSM900頻帶以及LTE band5/band8頻帶。

圖5為用以說明本發明之第三實施例之天線元件的天線效率圖。如圖5之天線效率曲線51與天線效率曲線52所示，在第一頻帶41內的天線效率約為57%至88%，且在第二頻帶42內的天線效率約為49%至66%，從而符合通訊裝置在實際應用上的需求。

圖6為本發明之通訊裝置之第四實施例之結構圖。相較於圖1實施例，圖6之通訊裝置60中的天線元件62包括輻射金屬片63與饋入金屬線14。此外，輻射金屬片63具有第一端631及第二端632，且輻射金屬片63透過間隙633分隔為第一金屬片634及第二金屬片635。輻射金屬片63的第一端631經由第一金屬段661電性連接至接地面11，且輻射金屬片63的第二端632經由第二金屬段662電性連接至接地面11。再者，輻射金屬片63、第一金屬段661以及第二金屬段662均用以形成通訊裝置60之金屬邊框的一部分，從而有助於提高通訊裝置60的堅固性。圖6實施例的其他元件的細部結構與圖1之實施例相同或相似，且在此相似的結構下，圖6之第四實施例所列舉之通訊裝置60可以具有與圖1之第一實施例相似的表現。

綜上所述，本發明之通訊裝置中的天線元件可利用輻射金屬片與饋入金屬線形成雙共振路徑，進而可達到多頻與寬頻的操作特性。此外，雙共振路徑中的電容元件可用以提供電容性耦合，進而有助於降低天線元件的尺寸。如此一來，通訊裝置的金屬機殼僅須在鄰近邊框處設置用以作為天線窗的窄淨空區間，從而有助於增加通訊裝置的美觀性與堅固性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10、20、30、60‧‧‧通訊裝置

101‧‧‧邊框

11‧‧‧接地面

111‧‧‧第一邊緣

12、22、32、62‧‧‧天線元件

13、63‧‧‧輻射金屬片

131、631‧‧‧第一端

132、632‧‧‧第二端

133、633‧‧‧間隙

134、634‧‧‧第一金屬片

135、635‧‧‧第二金屬片

14、24、34‧‧‧饋入金屬線

141、241、341‧‧‧第一連接點

142、242、342‧‧‧第二連接點

143、243、343‧‧‧第三連接點

15‧‧‧淨空區間

161、661‧‧‧第一金屬段

162、662‧‧‧第二金屬段

171、371‧‧‧第一電容元件

172、372‧‧‧第二電容元件

18‧‧‧匹配電路

19‧‧‧訊號源

401、402‧‧‧共振模態

41‧‧‧第一頻帶

42‧‧‧第二頻帶

51、52‧‧‧天線效率曲線

t‧‧‧淨空區間之寬度

圖1為本發明之通訊裝置之一第一實施例之結構圖。 圖2為本發明之通訊裝置之一第二實施例之結構圖。 圖3為本發明之通訊裝置之一第三實施例之結構圖。 圖4為用以說明本發明之第三實施例之天線元件之一返回損失圖。 圖5為用以說明本發明之第三實施例之天線元件之一天線效率圖。 圖6為本發明之通訊裝置之一第四實施例之結構圖。

Claims (12)

1. 一種通訊裝置，包括： 一接地面，具有一第一邊緣；以及 一天線元件，包含一輻射金屬片及一饋入金屬線，該輻射金屬片及該饋入金屬線均沿著該第一邊緣延伸，該饋入金屬線介於該輻射金屬片與該第一邊緣之間； 其中，該輻射金屬片與該接地面分隔一淨空區間，該接地面並未設置在該淨空區間內，該輻射金屬片具有一第一端及一第二端，該輻射金屬片由一間隙分隔為一第一金屬片及一第二金屬片，該第一金屬片具有該第一端，該第一端經由一第一金屬段電性連接至該接地面，該第二金屬片具有該第二端，該第二端經由一第二金屬段電性連接至該接地面，該第一金屬片經由一第一電容元件耦接至與該饋入金屬線之一第一連接點，該第二金屬片經由一第二電容元件耦接至該饋入金屬線之一第二連接點，該饋入金屬線具有一第三連接點以作為該天線元件之一饋入點，該第二連接點介於該第一連接點與該第三連接點之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該輻射金屬片與該接地面不在同一平面上，且該輻射金屬片設置在該通訊裝置之一邊框之一表面上或是形成該通訊裝置之一金屬邊框之一部分。
3. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該輻射金屬片之長度不大於該通訊裝置之一短邊邊緣之長度。
4. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該第一金屬段與該第二金屬段為該通訊裝置之一金屬邊框之一部分。
5. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該淨空區間具有一寬度，且該寬度介於0.5 mm至4.0 mm之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該第二金屬片之長度大於該第一金屬片之長度。
7. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該饋入金屬線之長度大於該第一金屬片之長度，且該饋入金屬線之長度小於該第二金屬片之長度。
8. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該饋入金屬線、該第一電容元件、該第一金屬片及該第一金屬段形成一第一半環圈路徑，該第一半環圈路徑產生一第一共振模態，該第一共振模態位於該天線元件之一第一頻帶。
9. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該饋入金屬線、該第二電容元件、該第二金屬片及該第二金屬段形成一第二半環圈路徑，該第二半環圈路徑產生一第二共振模態，該第二共振模態位於該天線元件之一第二頻帶。
10. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該第一電容元件為一晶片電容元件或一分布式電容元件。
11. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該第二電容元件為一晶片電容元件或一分布式電容元件。
12. 如申請專利範圍第1項所述的通訊裝置，其中該饋入金屬線之該第三連接點更經由一匹配電路電性連接至該通訊裝置之一訊號源。