通讯装置的制作方法

[0001]
本发明涉及一种电子装置，尤其涉及一种通讯装置。


背景技术：

[0002]
随着无线通讯技术的发展，消费者对于无线通讯品质或功能的要求逐渐提升。为了支援各种通讯功能或符合通讯品质的要求，现有的无线通讯装置往往需设置多个天线，而不利于尺寸微型化。再者，以现有的天线架构而言，天线的尺寸主要是取决于其操作频率。一旦操作频段扩展，天线的尺寸即须增加，而阻碍尺寸微型化。另一方面，基于视觉外观或携带便利性的考量，内建天线形成一股设计趋势，然而现有的内建天线频宽及辐射效率均不甚理想。在此情况下，如何在尺寸微型化下同时确保频宽及辐射效率，已成为亟待解决的课题。


技术实现要素：

[0003]
本发明提供一种通讯装置，其可于尺寸微型化下同时确保频宽及辐射效率。
[0004]
本发明的一种通讯装置包括一接地面以及一天线元件。该天线元件包括一第一辐射部以及一第二辐射部。该第一辐射部包括一蜿蜒(meander)区段以及一矩形金属区段。该蜿蜒区段具有一方钩(rectangular hook)形结构。一馈入点设置于该蜿蜒区段的一第一端，该蜿蜒区段的一第二端电性连接至该矩形金属区段。该第二辐射部具有一l字形结构。该第二辐射部的一第一端电性连接至该接地面。该矩形金属区段的一第一端与该第二辐射部的一第二端相隔一第一平行开槽。该通讯装置通过该第一辐射部操作在一第二频段，该通讯装置通过该第一辐射部及该第二辐射部操作在一第一频段。
[0005]
基于上述，本发明的通讯装置具有双频段的工作频宽。其中，第一辐射部具有平行折弯结构，且第一辐射部的蜿蜒区段可作为主要共振辐射元件，而以八分之一波长为基础共振于高频频段。并且，通过第一辐射部的矩形金属区段及第二平行开槽，可进一步扩展高频频段的频宽。此外，通过第一辐射部的矩形金属区段连接至蜿蜒区段，且矩形金属区段于第一端设置第二平行开槽，而可与倒l字形接地的第二辐射部进行耦合共振，以使通讯装置可操作于低频频段。如此一来，可于尺寸微型化下，增加通讯装置的天线工作频宽。
[0006]
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
[0007]
图1示出本发明一实施例的通讯装置的示意图；
[0008]
图2是根据图1实施例的通讯装置的返回损失示意图；
[0009]
图3是根据图1实施例的通讯装置的电压驻波比示意图；
[0010]
图4a至图4c是根据图1实施例的通讯装置于x-y平面的辐射场型图；
[0011]
图5a至图5c是根据图1实施例的通讯装置于y-z平面的辐射场型图；
[0012]
图6a至图6c是根据图1实施例的通讯装置于x-z平面的辐射场型图。
[0013]
附图标记说明
[0014]
10：通讯装置
[0015]
100a：天线元件
[0016]
100g：接地面
[0017]
110：第一辐射部
[0018]
110m：蜿蜒区段
[0019]
110m1～110m4、120l5、120l6：区段
[0020]
110t：矩形金属区段
[0021]
120：第二辐射部
[0022]
cg1：第一平行开槽
[0023]
cg2：第二平行开槽
[0024]
discg1、discg2、dis1、dis2、dd1、dd2：距离
[0025]
fp：馈入点
[0026]
f2402、f2442、f2484、f5180、f5320、f5520、f5720、f5825、f5835：曲线
[0027]
wm、ws、wl：宽度
具体实施方式
[0028]
实施方式中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明创作。在附图中，各附图示出的是特定示范实施例中所使用的方法、结构和/或材料的通常性特征。然而，这些附图不应被解释为界定或限制由这些示范实施例所涵盖的范围或性质。举例来说，为了清楚起见，各膜层、区域和/或结构的相对尺寸、厚度及位置可能缩小或放大。
[0029]
在实施方式中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号，且将省略其赘述。此外，不同示范实施例中的特征在没有冲突的情况下可相互组合，且依本说明书或权利要求所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本专利涵盖的范围内。另外，本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名分立(discrete)的元件或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限，也并非用以限定元件的制造顺序或设置顺序。
[0030]
请参照图1，图1示出本发明一实施例的通讯装置10的示意图。通讯装置10包括一接地面100g以及天线元件100a。在一些实施例中，接地面100g 与天线元件100a制作于同一印刷电路板(printed circuit board，pcb)上，例如玻纤环氧树脂铜箔(fr4)印刷电路板上。在一些实施例中，接地面100g 与天线元件100a位于同一平面；在另一些实施例中，接地面100g与天线元件100a位于不相同的平面，例如分别位于彼此平行的不同平面。由于接地面100g以及天线元件100a可由平面金属材料通过冲压或切割而制成或通过导电基板印刷加工而制成，因此可提高生产良率并降低成本。在一些实施例中，天线元件100a位于一净空区域中，接地面100g空出此净空区域，也就是说，净空区域中不设置接地面100g或其他接地元件。
[0031]
天线元件100a包括一第一辐射部110以及一第二辐射部120。第一辐射部110包括
一蜿蜒(meander)区段110m以及一矩形金属区段110t。一馈入点fp设置于蜿蜒区段110m的一第一端，蜿蜒区段110m的一第二端电性连接至矩形金属区段110t。馈入点fp可经由一导线(图未示)而耦接至一信号源(图未示)，信号源例如可为通讯装置10的一收发器。
[0032]
矩形金属区段110t具有直线(straight)结构，且矩形金属区段110t可为一矩形金属元件。蜿蜒区段110m具有平行弯折结构。具体来说，蜿蜒区段110m包括区段110m1～110m4，其中区段110m1～110m4分别具有直线结构。区段110m2(也可称作第二区段)电性连接于区段110m1(也可称作第一区段)与区段110m3(也可称作第三区段)之间；区段110m4(也可称作第四区段)电性连接于区段110m3与矩形金属区段110t之间。馈入点fp设置于蜿蜒区段110m的区段110m1的一端。区段110m4电性连接矩形金属区段110t，且区段110m4电性连接矩形金属区段110t的一端(即蜿蜒区段 110m的第二端)位于矩形金属区段110t彼此相对的两端之间(即矩形金属区段110t的一第一端与一第二端之间)。也就是说，矩形金属区段110t自连接区段110m4处向第二辐射部120延伸而向第二辐射部120突出。
[0033]
在一些实施例中，区段110m1、110m2之间形成一弯折；区段110m2、 110m3之间形成一弯折；区段110m3、110m4之间形成一弯折；区段110m4 与矩形金属区段110t之间形成一弯折。在此情况下，第一辐射部110为弯曲的折线结构。在一些实施例中，第一辐射部110具有一半封闭(semiclosed) 结构，也就是说，弯曲的第一辐射部110因缺少局部区段而未形成封闭图形。在一些实施例中，区段110m1平行于区段110m3以及矩形金属区段110t，区段110m2平行于区段110m4，也就是说，第一辐射部110具有平行折弯的形状。在一些实施例中，区段110m2垂直于区段110m1、110m3以及矩形金属区段110t。在一些实施例中，蜿蜒区段110m大致具有一方钩(rectangular hook)形结构或一u字形(u-shaped)结构，也就是说，蜿蜒区段110m的区段110m2～110m4弯折后形成一凹口。矩形金属区段110t与蜿蜒区段110m 形成的凹口对向(opposite)设置。
[0034]
在一些实施例中，蜿蜒区段110m的区段110m1～110m4其中至少一者具有宽度wm，矩形金属区段110t具有宽度ws，其中宽度wm、ws延伸的方向与电流方向垂直，因此宽度wm、ws与电流通过的截面积大小相关；在一些实施例中，蜿蜒区段110m的区段110m1～110m4具有相等的宽度wm，矩形金属区段110t具有一致的宽度ws，但本发明不以此为限。
[0035]
另一方面，第二辐射部120的一第一端电性连接至接地面100g，而可作为接地端。第二辐射部120包括区段120l5、120l6，其中区段120l5、120l6 分别具有直线结构。区段120l5(也可称作第五区段)电性连接于区段120l6 (也可称作第六区段)与接地面100g之间。在一些实施例中，区段120l5、 120l6之间形成一弯折；在一些实施例中，区段120l5垂直于区段120l6。在此情况下，第二辐射部120为弯曲的折线结构，且可具有一l字形(l-shaped) 结构，例如可为倒l形接地。在一些实施例中，第二辐射部120的区段120l5 或区段120l6具有宽度wl，其中宽度wl延伸的方向与电流方向垂直，因此宽度wl与电流通过的截面积大小相关；在一些实施例中，第二辐射部120 的区段120l5、120l6具有相等的宽度wl，但本发明不以此为限。
[0036]
如图1所示，第二辐射部120局部围绕第一辐射部110。在一些实施例中，第一辐射部110与第二辐射部120相隔不等间距(unequal spacing)。矩形金属区段110t与第二辐射部120的区段120l5垂直，且矩形金属区段110t 的第一端与第二辐射部120的第二端相隔一第一平行开槽cg1。第一平行开槽cg1是指矩形金属区段110t的第一端的边缘平行第二辐射
部120的第二端的边缘并形成开路槽孔的外型。第一辐射部110的区段110m4与第二辐射部120的区段120l5平行设置且相隔一距离dis1。类似地，第一辐射部110 的区段110m3与第二辐射部120的区段120l6平行设置且相隔一距离dis2。在一些实施例中，第一平行开槽cg1的距离discg1不同于距离dis1(或距离dis2)而使第一辐射部110与第二辐射部120相隔不等间距；在一些实施例中，第一平行开槽cg1的距离discg1小于距离dis1(或距离dis2)。
[0037]
由上述可知，矩形金属区段110t的第一端与第二辐射部120的第二端邻近设置，并通过矩形金属区段110t的第一端与第二辐射部120的第二端之间的第一平行开槽cg1而彼此分离不直接接触。其中，第一平行开槽cg1可作为耦合间隙，也就是说，矩形金属区段110t的第一端与第二辐射部120 的第二端之间可形成耦合，例如电容性耦合，如此一来，彼此耦合的第一辐射部110与第二辐射部120产生环路表面电流(loop surface current)，使得开槽部分(即矩形金属区段110t的第一端处以及第二辐射部120的第二端处) 的表面电流或电流密度最大，而可增加天线工作频宽(bandwidth)。
[0038]
在一些实施例中，第一辐射部110与第二辐射部120主要是在矩形金属区段110t的端点附近与区段120l5的端点附近之间形成耦合。也就是说，通讯装置10可通过第一辐射部110与第二辐射部120于端点处形成耦合。为了确保第一辐射部110与第二辐射部120之间的耦合，在一些实施例中，矩形金属区段110t的宽度ws大于蜿蜒区段110m的宽度。
[0039]
另一方面，矩形金属区段110t的第二端与接地面100g相隔一第二平行开槽cg2。在一些实施例中，第二平行开槽cg2的距离discg2小于距离dis1 (或距离dis2)；也就是说，矩形金属区段110t的第二端与接地面100g邻近设置，并通过矩形金属区段110t的第二端与接地面100g之间的第二平行开槽cg2而彼此分离不直接接触。其中，第二平行开槽cg2是指矩形金属区段110t的第二端的边缘平行接地面100g的边缘并形成开路槽孔的外型。第二平行开槽cg2可作为耦合间隙，也就是说，矩形金属区段110t的第二端与接地面100g之间可形成耦合，例如电容性耦合，如此一来，第一辐射部110与接地面100g之间可产生环路表面电流，使得开槽部分(即矩形金属区段110t的第二端处以及接地面100g的边缘处)的表面电流或电流密度最大，而可增加天线工作频宽。
[0040]
在一些实施例中，第一辐射部110主要是在其端点附近与接地面100g 形成耦合。也就是说，通讯装置10可通过第一辐射部110于端点处与接地面 100g形成耦合。为了确保第一辐射部110与接地面100g之间的耦合，在一些实施例中，第二辐射部120的宽度wl小于矩形金属区段110t的宽度ws。也就是说，接地面100g与较宽的矩形金属区段110t于端点处形成耦合。
[0041]
在低频操作上，可通过蜿蜒区段110m连接至矩形金属区段110t，且矩形金属区段110t于第一端设置第二平行开槽cg2，而可与倒l字形接地的第二辐射部120进行耦合共振，以使通讯装置10可操作于2.4ghz的工作频段。耦合部分的辐射金属(即第一辐射部110及第二辐射部120)产生的环路表面电流可增加天线工作频宽。
[0042]
具体而言，在一些实施例中，第一辐射部110的蜿蜒区段110m、部分的矩形金属区段110t、第一平行开槽cg1以及第二辐射部120可构成一第一共振路径，而第一共振路径可产生对应第一频段的一第一共振模态。也就是说，通讯装置10可通过第一辐射部110及第二辐射部120操作在一第一频段。其中，第一频段可为低频频段，例如为2.4g频段(约在2.4ghz至2.5ghz之间)。在此情况下，信号可由馈入点fp传送至第一辐射部110的蜿蜒区段110m及
矩形金属区段110t，再通过第一平行开槽cg1从第一辐射部110耦合至第二辐射部 120，并通过第二辐射部120接地。换言之，通过第一平行开槽cg1，天线元件100a可形成开回路天线结构，第一辐射部110及第二辐射部120于第一平行开槽cg1处因耦合产生的环路表面电流不仅可增加天线工作频宽，并且，第一平行开槽cg1有助于降低天线元件100a的物理尺寸。在一些实施例中，天线元件100a的一第一共振路径的长度小于第一频段(的中心频率)的二分之一波长；在一些实施例中，天线元件100a的第一共振路径的长度为第一频段 (的中心频率)的四分之一波长。其中，第一共振路径的长度为蜿蜒区段110m 的长度、距离dd1、第一平行开槽cg1的距离discg1以及第二辐射部120的长度的总和。而距离dd1(也可称作第一距离)定义为蜿蜒区段110m的第二端与矩形金属区段110t的第一端之间相隔的距离。由上述可知，相较现有的天线元件，天线元件100a的特征长度较短，而有助于通讯装置10尺寸微型化。
[0043]
在高频操作上，蜿蜒区段110m可作为主要共振辐射元件，且蜿蜒区段 110m可经由以八分之一波长为基础共振得到5ghz的工作频率范围，举例来说，通讯装置10操作于高频频段的中心频率可为5.5ghz。并且，通过矩形金属区段110t及矩形金属区段110t于第二平行开槽cg2耦合接地，可进一步扩展频宽，而使通讯装置10可操作于4.9ghz至5.85ghz之间。
[0044]
具体而言，在一些实施例中，第一辐射部110的蜿蜒区段110m为高频频段的主要共振路径。在一些实施例中，为了扩展频宽，第一辐射部110的蜿蜒区段110m、矩形金属区段110t以及第二平行开槽cg2可构成一第二共振路径，而第二共振路径可产生对应第二频段的一第二共振模态。也就是说，通讯装置10可通过第一辐射部110操作在一第二频段。其中，第二频段可为高频频段，例如为5g频段(约在4900mhz至5850mhz之间)。在此情况下，信号可由馈入点fp传送至第一辐射部110的蜿蜒区段110m及矩形金属区段110t，再通过第二平行开槽cg2耦合接地。换言之，通过第二平行开槽cg2，天线元件100a可形成开回路(open loop)天线结构，第一辐射部 110于第二平行开槽cg2处因耦合产生的环路表面电流不仅可增加天线工作频宽，并且，第二平行开槽cg2有助于降低天线元件100a的物理尺寸。在一些实施例中，天线元件100a的第二共振路径的长度小于第二频段(的中心频率)的二分之一波长；在一些实施例中，天线元件100a的蜿蜒区段110m 的长度为第二频段(的中心频率)的八分之一波长。其中，第二共振路径的长度为蜿蜒区段110m的长度、距离dd2以及第二平行开槽cg2的距离 discg2的总和。而距离dd2定义为蜿蜒区段110m的第二端、区段110m4 的宽度与矩形金属区段110t的第二端之间相隔的距离。由上述可知，相较现有的天线元件，天线元件100a的特征长度较短，而有助于通讯装置10尺寸微型化。
[0045]
由上述可知，通讯装置10的天线元件100a具有两种共振路径，而可操作于第一频段(例如低频频段)与第二频段(例如高频频段)的双频带(dual band)。为了进一步确保阻抗匹配，在一些实施例中，馈入点fp相邻矩形金属区段110t的第二端(也可称作耦合接地端)设置，并且，馈入点fp及矩形金属区段110t的第二端远离第二辐射部120的第一端(也可称作接地端) 设置。也就是说，对于第一共振路径，用来设置馈入点fp的蜿蜒区段110m 的第一端远离设置于用来接地的第二辐射部120的第一端；对于第二共振路径，用来设置馈入点fp的蜿蜒区段110m的第一端相邻设置于用来耦合接地的矩形金属区段110t的第二端。但本发明不以此为限，接地端与馈入端的位置可视不同设计考量而适当调整。
[0046]
请参照图2，图2是根据图1实施例的通讯装置10的返回损失(return loss) 示意
图。由图2可知，通讯装置10的返回损失在2.402ghz为-11.016db，在 2.45ghz为-15.342db，在2.48ghz为-16.246db，在5.18ghz为-10.278db，在5.35ghz为-9.9264db，在5.5ghz为-13.566db，在5.745ghz为-13.011db，在5.85ghz为-9.8891db。也就是说，通过天线元件100a的结构设计，在通讯装置10所欲涵盖的操作频段中，通讯装置10的返回损失均小于-9.5db，而可作为理想的双频开回路天线。
[0047]
请参照图3，图3是根据图1实施例的通讯装置10的电压驻波比(voltage standing wave ratio，vswr)示意图。由图3可知，天线电压驻波比在2.402ghz 为1.7939比1，在2.45ghz为1.4205比1，在2.48ghz为1.3721比1，在5.18ghz 为1.8847比1，在5.35ghz为1.9291比1，在5.5ghz为1.5269比1，在5.745ghz 为1.5711比1，在5.745ghz为3.4121比1，在5.85ghz为1.9433比1。也就是说，通过天线元件100a的结构设计，在通讯装置10所欲涵盖的操作频段中，通讯装置10的电压驻波比均小于2.0比1，而可作为理想的双频开回路天线。
[0048]
请参照图4a至图4c，图4a至图4c是根据图1实施例的通讯装置10 于x-y平面的辐射场型图。其中圆周上的数字是圆周度数，辐射场型中曲线与圆心的距离对应增益(gain)，其单位是分贝(decibel，db)，图4a的曲线f2402(实线)、曲线f2442(细虚线)以及曲线f2484(粗虚线)分别对应通讯装置10于2.402ghz、2.442ghz以及2.484ghz的辐射场型，图4b的曲线f5180(实线)、曲线f5320(细虚线)以及曲线f5520(粗虚线)分别对应通讯装置10于5.180ghz、5.320ghz以及5.520ghz的辐射场型，图4c 的曲线f5720(实线)、曲线f5825(细虚线)以及曲线f5835(粗虚线)分别对应通讯装置10于5.720ghz、5.825ghz以及5.835ghz的辐射场型。由图4a至图4c可知，由于第二共振路径与第一共振路径的设计不同，因此通讯装置10在不同频段的场型不完全相同。纵使指向性有些微差异，在上述天线元件100a的结构配置方式之下，通讯装置10的x-y平面辐射场型皆近似为全向辐射而具有良好的信号收发能力。
[0049]
请参照图5a至图5c，图5a至图5c是根据图1实施例的通讯装置10 于y-z平面的辐射场型图。其中图5a的曲线f2402(实线)、曲线f2442(细虚线)以及曲线f2484(粗虚线)分别对应通讯装置10于2.402ghz、2.442ghz 以及2.484ghz的辐射场型，图5b的曲线f5180(实线)、曲线f5320(细虚线)以及曲线f5520(粗虚线)分别对应通讯装置10于5.180ghz、5.320ghz 以及5.520ghz的辐射场型，图5c的曲线f5720(实线)、曲线f5825(细虚线)以及曲线f5835(粗虚线)分别对应通讯装置10于5.720ghz、5.825ghz 以及5.835ghz的辐射场型。由图5a至图5c可知，由于第二共振路径与第一共振路径的设计不同，因此通讯装置10在不同频段的场型不完全相同。纵使指向性有些微差异，在上述天线元件100a的结构配置方式之下，通讯装置10的y-z平面辐射场型皆近似为全向辐射而具有良好的信号收发能力。
[0050]
请参照图6a至图6c，图6a至图6c是根据图1实施例的通讯装置10 于x-z平面的辐射场型图。其中图6a的曲线f2402(实线)、曲线f2442(细虚线)以及曲线f2484(粗虚线)分别对应通讯装置10于2.402ghz、2.442ghz 以及2.484ghz的辐射场型，图6b的曲线f5180(实线)、曲线f5320(细虚线)以及曲线f5520(粗虚线)分别对应通讯装置10于5.180ghz、5.320ghz 以及5.520ghz的辐射场型，图6c的曲线f5720(实线)、曲线f5825(细虚线)以及曲线f5835(粗虚线)分别对应通讯装置10于5.720ghz、5.825ghz 以及5.835ghz的辐射场型。由图6a至图6c可知，由于第二共振路径与第一共振路径的设计不同，因此通讯装置10在不同频段的场型不完全相同。纵使指向性有些微差异，在上述天线元件100a的结构配置方式
之下，通讯装置10的x-z平面辐射场型皆近似为全向辐射而具有良好的信号收发能力。
[0051]
请参照表1，表1是根据图1实施例的通讯装置10的天线特性表，表1 对应图4a至图6c呈列通讯装置10于不同频率在x-y平面、y-z平面以及 x-z平面的最大增益(peak gain)及平均增益(average gain)。由表1可知，在上述天线元件100a的结构配置方式之下，通讯装置10具有高增益。
[0052][0053]
综上所述，本发明的通讯装置10具有双频段的工作频宽。其中，第一辐射部110具有平行折弯结构，且第一辐射部110的蜿蜒区段110m可作为主要共振辐射元件，而以八分之一波长为基础共振于高频频段。并且，通过第一辐射部110的矩形金属区段110t及第二平行开槽cg2，可进一步扩展高频频段的频宽。此外，通过第一辐射部110的矩形金属区段110t连接至蜿蜒区段110m，且矩形金属区段110t于第一端设置第二平行开槽cg2，而可与倒l字形接地的第二辐射部120进行耦合共振，以使通讯装置10可操作于低频频段。如此一来，可于尺寸微型化下，增加通讯装置10的天线工作频宽。
[0054]
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技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。