具有窄接地面净空区的天线元件的通信装置的制作方法

本发明涉及一种通信装置，尤其涉及一种具有窄接地面净空区的天线元件的通信装置。

背景技术：

随着行动通信技术的快速发展，各种行动通信的产品不断出现，而其中以通信装置(例如：智能型手机及平板计算机等)最为热门。对于这些通信装置而言，外型轻薄是一种趋势。如今，通信装置的外观设计和装置的坚固性也越来越受到重视。因此，如何设计外型轻薄及具有金属外壳的通信装置，以及适用于此种通信装置的天线元件，例如：使得天线元件具有宽带或多频的操作特性，同时金属外壳仅需在其边框处设置窄金属净空区(例如：金属净空区之宽度小于4mm或更小)，使通信装置具有美观且薄形化的外观，已成为一项目前有待解决的重要课题。

技术实现要素：

本发明提供一种具有窄接地面净空区的天线元件的通信装置，包括具有窄接地面净空区的天线元件，使得通信装置的金属外壳仅需在其边框处设置窄金属净空区作为天线元件的天线窗，从而达成具有金属外壳的通信装置的美观外型和坚固性。

本发明的通信装置，包括系统电路板以及天线元件。系统电路板具有一接地面。天线元件包含一辐射金属片。辐射金属片与系统电路板不在同一平面上。辐射金属片沿着系统电路板的第一边缘延伸，且辐射金属片与接地面并分隔一净空区间。净空区间具有一宽度，且接地面并未设置在净空区间内。辐射金属片并具有第一端点及第二端点，且第一端点与第二端点的距离为辐射金属片的长度。辐射金属片包含第一金属片、第二金属片及耦合金属片。第一金属片具有第一端点，且第一端点经由第一电感元件电性连接至接地面。 第二金属片具有第二端点，且第二端点经由第二电感元件电性连接至接地面。耦合金属片介于第一金属片及第二金属片之间，并与第一金属片及第二金属片位于同一平面上。耦合金属片与第一金属片之间具有第一间隙，耦合金属片与第二金属片之间具有第二间隙，且耦合金属片并具有一天线馈入点。天线馈入点经由一馈入金属线电性连接至位于系统电路板上的一信号源。第一间隙与天线馈入点的距离不大于净空区间的宽度，且第二间隙与天线馈入点的距离亦不大于净空区间的宽度。

在本发明的一实施例中，上述的馈入金属线、耦合金属片、第一间隙、第一金属片及第一电感元件形成第一封闭路径，且第一封闭路径产生位于天线元件的第一频带的第一共振模态。

在本发明的一实施例中，上述的馈入金属线、耦合金属片、第二间隙、第二金属片及第二电感元件形成第二封闭路径，且第二封闭路径产生位于天线元件的第二频带的第二共振模态。

在本发明的一实施例中，上述的天线元件的辐射金属片沿着系统电路板的第一边缘延伸，其中第一边缘可以为通信装置的一短边边缘。

在本发明的一实施例中，上述的天线元件的馈入金属线位于净空区间，且馈入金属线可以为一直线形状、一步阶式形状、一多次弯曲形状或是具有一第三电感元件。天线元件的第一电感元件、第二电感元件以及第三电感元件均可以为一芯片电感元件或是一分布式电感元件。天线元件的馈入金属线更可以经由一匹配电路电性连接至信号源。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的通信装置的第一实施例的结构图；

图2为本发明的通信装置的第二实施例的结构图；

图3为用以说明本发明的第二实施例的天线元件的返回损失图；

图4为用以说明本发明的第二实施例的天线元件的天线效率图；

图5为本发明的通信装置的第三实施例的结构图；

图6为本发明的第一电感元件及第二电感元件的其他实施例的结构图；

图7为用以说明本发明的第二实施例的天线元件的另一返回损失图。

附图标记：

10、20、50：通信装置

101：边框

11：系统电路板

111：接地面

112：第一边缘

12：辐射金属片

121：第一端点

122：第二端点

123：第一金属片

124：第二金属片

125：耦合金属片

126：第一间隙

127：第二间隙

128：天线馈入点

131、531：第一电感元件

132、532：第二电感元件

133、533：第三电感元件

14：净空区间

15、25：馈入金属线

161、261、561：第一封闭路径

162、262、562：第二封闭路径

17：信号源

18：匹配电路

301：第一共振模态

302：第二共振模态

31：第一(高频)频带

32：第二(低频)频带

41：第一频带的天线效率曲线

42：第二频带的天线效率曲线

61：可调式电感元件

62：可切换式电感元件组

621～624：开关

625～628：电感

t61、t62：连接端

701、702：使用可切换电感元件组时的第二共振模态频率变化

t：宽度

具体实施方式

图1为本发明的通信装置的第一实施例的结构图。如图1所示，通信装置10可例如是具有金属外壳的智能型手机或平板电脑等，且通信装置10包括系统电路板11。系统电路板11具有接地面111以及天线元件。天线元件包含辐射金属片12，且辐射金属片12与系统电路板11不在同一平面上。辐射金属片12沿着系统电路板11的第一边缘112延伸。辐射金属片12与接地面111分隔一净空区间14，且接地面111并未设置在净空区间14内。换言之，接地面111与净空区间14设置在系统电路板11的一表面上，且净空区间14位在辐射金属片12与接地面111之间。

辐射金属片12具有第一端点121及第二端点122。第一端点121与第二端点122之间的距离为辐射金属片12的长度。辐射金属片12包含第一金属片123、第二金属片124以及耦合金属片125。第一金属片123具有第一端点121，且第一端点121经由第一电感元件131电性连接至接地面111。第二金属片124具有第二端点122，且第二端点122经由第二电感元件132电性连接至接地面111。

耦合金属片125设置在第一金属片123及第二金属片124之间，且耦合金属片125、第一金属片123及第二金属片124位于同一平面上。耦合金属片125与第一金属片123之间具有第一间隙126。耦合金属片125与第二金属片124之间具有第二间隙127。耦合金属片125具有天线馈入点128。天线馈入点128经由馈入金属线15电性连接至位于系统电路板11上的信号源17，且信号源17可例如是通信装置10中的收发器(未显示出)。

通信装置10还包括边框101。其中，边框101环绕在系统电路板11的四周，且为了说明方便起见，图1仅显示出部分的边框101。在一实施例中，边框101可由非导电材质所构成。换言之，通信装置10还包括非金属边框101，且第一金属片123、第二金属片124及耦合金属片125可例如是设置在非金属边框101的一表面上。在另一实施例中，边框101也可由导电材质所构成。举例来说，部分的边框101可由第一金属片123、第二金属片124以及耦合金属片125所形成。

在操作上，馈入金属线15、耦合金属片125、第一间隙126、第一金属片123及第一电感元件131可形成第一封闭路径161。此外，天线元件可通过第一封闭路径161产生第一共振模态，且第一共振模态位于天线元件的第一频带(例如，高频频带)。具体而言，来自信号源17的馈入信号可通过馈入金属线15传送至耦合金属片125。此外，馈入信号可通过第一间隙126从耦合金属片125电容性耦合至第一金属片123。换言之，藉由耦合金属片125与第一间隙126，第一封闭路径161将可形成电容性耦合馈入的环圈共振路径，进而致使第一封闭路径161的长度少于第一频带(例如，高频频带)的最低频率的1/4波长。此外，第一电感元件131可用以增加第一封闭路径161的等效共振长度。

换言之，第一电感元件131以及利用第一间隙126所形成的耦合馈入，将可大幅地降低第一封闭路径161的物理长度，进而有助于降低天线元件的尺寸。举例来说，第一金属片123的长度可例如是第一频带(例如，高频频带)的最低频率的0.1倍波长。再者，耦合金属片125与第一金属片123之间的寄生电容的电容性电抗，亦可补偿第一电感元件131的电感性电抗。藉此，将可致使天线元件的第一共振模态的阻抗匹配更为平滑，或是第一共振模态具有双共振的特性，从而有助于增加天线元件的第一频带(例如，高频频带)的带宽。

另一方面，馈入金属线15、耦合金属片125、第二间隙127、第二金属片124及第二电感元件132可形成第二封闭路径162。此外，天线元件可通过第二封闭路径162产生第二共振模态，且第二共振模态位于天线元件的第二频带(例如，低频频带)。具体而言，来自信号源17的馈入信号可通过馈入金属线15传送至耦合金属片125。此外，馈入信号可通过第二间隙127从耦 合金属片125电容性耦合至第二金属片124。换言之，第二封闭路径162可形成另一电容性耦合馈入的环圈共振路径，进而致使第二封闭路径162的长度少于第二频带(例如，低频频带)的最低频率的1/4波长。此外，第二电感元件132可用以增加第二封闭路径162的等效共振长度。

换言之，第二电感元件132以及利用第二间隙127所形成的耦合馈入，可大幅地降低第二封闭路径162的物理长度，进而有助于降低天线元件的尺寸。举例来说，第二金属片124的长度可例如是第二频带(例如，低频频带)的最低频率的0.13倍波长。再者，耦合金属片125与第二金属片124之间的寄生电容的电容性电抗，亦可补偿第二电感元件132的电感性电抗。藉此，将可致使天线元件的第二共振模态的阻抗匹配更为平滑，或是第二共振模态具有双共振的特性，从而有助于增加天线元件的第二频带(例如，低频频带)的带宽。

总体而言，天线元件相当于耦合激发的环圈天线(loopantenna)，且所述环圈天线包括双环圈共振路径，以操作在第一频带(例如，高频频带)与第二频带(例如，低频频带)。此外，在整体配置上，净空区间14具有一宽度t，且宽度t介于0.5mm至4mm之间。换言之，通信装置10在邻近边框101处具有窄净空区间14(亦即，窄接地面净空区)，进而致使通信装置10的金属外壳可具有窄金属净空区，以作为天线元件的天线窗。其中，净空区间14的宽度t至少为0.5mm，以藉此分隔辐射金属片12与接地面111。此外，净空区间14的宽度t至多为4.0mm，以藉此维持通信装置10在整体外观上的美观。

值得一提的是，耦合金属片125主要是用于电性连接天线馈入点128与馈入金属线15。因此，耦合金属片125的长度仅占天线元件的全长的一小部分。相对地，第一间隙126与天线馈入点128之间的距离不大于净空区间14的宽度，且第二间隙127与天线馈入点128之间的距离亦不大于净空区间14的宽度。

此外，由于耦合馈入、第一电感元件131以及第二电感元件132可大幅地降低辐射金属片12的尺寸，因此辐射金属片12可设置在通信装置10(例如：智能型手机)的短边边框上，而无须占用到通信装置10的长边边框。换言之，通信装置10的第一边缘112可为通信装置10的一短边边缘。再者，辐射金属片12的端点121及端点122分别通过一电感元件电性连接至接地面111。 换言之，在邻近第一边缘112的两端的角落处，辐射金属片12皆并未形成开口端。藉此，将可大幅降低用户在手握通信装置10时对天线元件的效能所造成的影响。

更进一步来看，天线元件的馈入金属线15位于净空区间14，且馈入金属线15可以为一直线形状或是具有一第三电感元件133。馈入金属线15更可以经由一匹配电路18电性连接至信号源17。其中，匹配电路18可以改善天线元件在第一频带及第二频带下的阻抗匹配，进而可以更进一步地增加天线元件的操作带宽。此外，第一电感元件131、第二电感元件132及第三电感元件133均可以为一芯片电感元件或是一分布式电感元件。

图2为本发明的通信装置的第二实施例的结构图。与图1实施例的主要差异在于，图2之通信装置20中的馈入金属线25为一步阶式形状，且步阶式形状的馈入金属线25朝向第二金属片124延伸，使得馈入金属线25在窄净空区间14内得以增加其长度。随着馈入金属线25的长度的增加，将可增加第一封闭路径261以及第二封闭路径262的等效共振长度，使得所对应产生的第一共振模态及第二共振模态的频率降低。如此一来，将可达到缩小天线元件的尺寸的目的，同时亦增加设计上的弹性。至于图2实施例中其他元件的细部结构与图1实施例相同或是相似，且在此相似的结构下，图2的第二实施例所列举的通信装置20可以具有与图1的第一实施例相似的表现。

图3为用以说明本发明的第二实施例的天线元件的返回损失(returnloss)图。在第二实施例中，系统电路板11的长度可为133mm，且系统电路板11的宽度可为70mm。接地面111的长度可为130mm，且接地面111宽度为70mm。第一金属片123的长度可为16.5mm，第二金属片124的长度可为48.5mm，且耦合金属片125的尺寸可为3×6mm²。第一电感元件131可使用一个1.5nh的芯片电感元件，且第二电感元件132可使用一个2.4nh的芯片电感元件。在此配置下，净空区间14的宽度t仅为3mm。

如图3所示，共振模态301是由第一封闭路径261所产生的第一共振模态，且共振模态301位于第一频带31之内。此外，共振模态302系由第二封闭路径262所产生的第二共振模态，且共振模态302位于第二频带32之内。再者，第一频带31可以涵盖约1710～2690mhz，亦即可涵盖lte及wwan的相关操作频带。第二频带32可以涵盖约824～960mhz，亦即可涵盖 gsm850、gsm900以及lteband5/band8频带。

图4为用以说明本发明的第二实施例的天线元件的天线效率图。如图4所示，天线效率曲线41在第一频带31内为62％～88％，且天线效率曲线42在第二频带32内为40％～59％。换言之，天线元件适合应用于实际的行动通信装置上。

图5为本发明的通信装置的第三实施例的结构图。与图1的主要差异在于，图5的通信装置50中的第一电感元件531、第二电感元件532及第三电感元件533均使用一分布式电感元件，且所述分布式电感元件可由一弯曲形状的金属线所构成。藉此，将可增加第一封闭路径561以及第二封闭路径562的等效共振长度，进而可达成天线元件的尺寸缩小化的目的，并增加设计上的弹性。至于图2实施例中其他元件的细部结构与图1实施例相同或是相似，且在此相似的结构下，图5之第三实施例所列举的通信装置50可以具有与图1的第一实施例相似的表现。

图6为本发明的第一电感元件及第二电感元件的其他实施例的结构图。如图6所示，第一电感元件131及第二电感元件132均可以为一可调式电感元件61或是一电感元件组62。其中，电感元件组62包括多个开关621～624与多个电感625～628。此外，开关621～624与电感625～628一对一对应，且每一开关与所对应的电感串联在连接端t61与t62之间。在一实施例中，通信装置可经由一可调式电路或是一切换式电路，来改变第一电感元件131及第二电感元件132的电感值。例如，可调式电路或是切换式电路可利用控制信号直接控制可调式电感元件61，或是利用控制信号控制电感元件组62中的开关621～624的导通个数。藉此，第一封闭路径及第二封闭路径的等效共振长度将产生对应的改变，进而改变第一共振模态及第二共振模态的频率，使得天线元件的第一频带31或第二频带32可以涵盖不同之频率范围。

图7为用以说明本发明的第二实施例的天线元件的另一返回损失图，其中第二电感元件132是由可切换式电感元件组62所构成。具体而言，切换式电路可改变开关621～624的导通个数，进而可调整第二电感元件132的电感值。藉此，将可改变第二封闭路径的共振长度，进而改变第二共振模态的频率。举例来说，当第二电感元件132的电感值被调整至5.6nh时，天线元件将可通过第二封闭路径产生共振模态701，且共振模态701可以涵盖约 746～787mhz。当第二电感元件132的电感值被调整至8.2nh时，天线元件将可通过第二封闭路径产生共振模态702，且共振模态702可以涵盖约698～746mhz。藉此，天线元件将可以涵盖更多lte的操作频带(例如：lteband12/band13频带)。

换言之，经由可调式电路或是切换式电路之控制，将可调整天线元件的第二频带位置，使得天线元件可以涵盖更宽的操作带宽。举例来说，在使用被动电感元件时天线元件的第二频带可以涵盖约824～960mhz。随着可调式电路或是切换式电路的控制，天线元件的第二频带更可以涵盖约700～824mhz。藉此，天线元件的第二频带的频率范围将可以涵盖约698～960mhz。在此同时，天线元件的第一频带依旧可以涵盖1710～2690mhz。亦即，在一实施例中，天线元件可以涵盖lte/wwan通信标准下的824～960mhz/1710～2690mhz频带或是698～960mhz/1710～2690mhz频带。

综上所述，本发明的天线元件的耦合馈入结构以及天线元件的两端点的电感式短路结构，将可大幅地降低辐射金属片的尺寸，进而致使辐射金属片可设置在邻近通信装置的短边边缘的边框上。此外，通信装置在邻近边框处具有窄净空区间(亦即，窄接地面净空区)。藉此，通信装置的金属外壳仅须在邻近边框处设置用以作为天线窗的窄金属净空区，进而可以维持通信装置在整体外观上的美观与坚固性。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求界定范围为准。