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TWI385853B - 手持電子裝置之天線 - Google Patents

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TWI385853B
TWI385853B TW096151516A TW96151516A TWI385853B TW I385853 B TWI385853 B TW I385853B TW 096151516 A TW096151516 A TW 096151516A TW 96151516 A TW96151516 A TW 96151516A TW I385853 B TWI385853 B TW I385853B
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TW096151516A
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Robert J Hill
Robert W Schlub
Juan Zavala
Ruben Caballero
Original Assignee
Apple Inc
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Publication date
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Description

手持電子裝置之天線
本發明大體上係關於無線通信電路，且更特定而言係關於用於手持電子裝置之無線通信電路。
手持電子裝置正在變得日益風行。手持裝置之實例包括手持電腦、蜂巢式電話、媒體播放器及包括此類型之多個裝置之功能性的混合裝置。
部分歸因於其行動本質，手持電子裝置通常具備無線通信能力。手持電子裝置可使用長程無線通信以與無線基地台進行通信。舉例而言，蜂巢式電話可使用在850MHz、900MHz、1800MHz及1900MHz處之蜂巢式電話頻帶(例如，主要全球行動通信系統或GSM蜂巢式電話頻帶)進行通信。手持電子裝置亦可使用短程無線通信鏈路。舉例而言，手持電子裝置可使用2.4GHz處之WiFi® (IEEE 802.11)頻帶及2.4GHz處之Bluetooth® 頻帶進行通信。
為了滿足小形狀因數無線裝置之消費者需要，製造商持續努力以減小在此等裝置中使用之組件的大小。舉例而言，製造商已試圖最小化在手持電子裝置中使用的天線。
典型天線可藉由圖案化電路板基板上之金屬層而製造，或可使用箔燙印製程而由薄金屬板形成。許多裝置使用平面型倒F天線(PIFA)。平面型倒F天線藉由在接地平面上方定位平面型諧振元件而形成。此等技術可用以生產配合於緊密手持裝置之緊密界限內的天線。
雖然現代手持電子裝置通常需要在若干不同通信頻帶上起作用，但難以設計以令人滿意之效能位準在廣泛頻率範圍上令人滿意地起作用之緊密天線。舉例而言，當在最小化天線大小之嘗試中使得習知平面型倒F天線之垂直大小過小時，天線之頻寬及增益被不利地影響。
因此，將需要能夠提供改良之天線及無線手持電子裝置。
根據本發明之一實施例，提供具有無線通信電路之手持電子裝置。手持電子裝置可具有蜂巢式電話、音樂播放器或手持電腦功能性。無線通信電路可具有至少一天線。
手持電子裝置可具有界定矩形外殼之橫向尺寸。天線可具有一接地平面元件及一諧振元件。天線之接地平面元件可為矩形，且可具有與手持電子裝置匹配的橫向尺寸。矩形槽可形成於接地平面元件之一個末端中。諧振元件可直接定位於槽上方。因為槽減小諧振元件與接地平面之間的電磁近場耦合，所以接地平面上方之天線的高度可被減小而不會不利地影響天線效能，藉此允許最小化手持電子裝置的厚度。
天線可以混合模式操作，其中天線顯示槽孔天線及平面型倒F天線的特性。藉由使用天線接地端子連接至接地平面且天線信號端子經由饋電導體或其他合適饋電路徑連接至諧振元件之天線饋電配置而可獲得天線的平面型倒F天線特性。藉由使用具有連接至槽附近之接地平面的接地端 子及連接至槽附近之接地平面之信號端子的天線饋電配置可獲得天線之槽孔天線特性。用於驅動天線使得天線顯現平面型倒F天線特性之接地端子無需與用於驅動天線使得天線顯現槽孔天線特性的接地端子相同。
在一個饋電配置情況下，獨立同軸電纜或其他合適傳輸線用以向天線之槽孔天線部分及平面型倒F天線部分傳送信號。在此類型配置中，第一傳輸線具有分別連接至接地平面及諧振元件之接地導體及信號導體。第一傳輸線係與天線之平面型倒F天線操作特性相關聯。第二傳輸線具有在一位置處連接至接地平面之接地導體，該位置不同於第一傳輸線之接地導體連接所在之位置。第二傳輸線亦具有連接至接地平面之信號導體。第二傳輸線係與天線之槽孔天線操作特性相關聯。
在另一饋電配置情況下，單一同軸電纜或其他合適傳輸線用以同時向天線之槽孔天線部分及平面型倒F天線部分傳送信號。在此類型配置中，傳輸線具有分別連接至接地平面及諧振元件之接地導體及信號導體。導電路徑在一位置處連接信號導體至接地平面，該位置不同於接地導體連接至接地平面所在之位置。
本發明之其他特徵、其本質及各種優點將自隨附圖式及較佳實施例之以下詳細描述而較顯而易見。
本發明大體上係關於無線通信，且更特定而言係關於無線電子裝置及用於無線電子裝置的天線。
天線可為顯現廣泛頻寬及大的增益之小形狀因數天線。
無線電子裝置可為有時被稱為超攜帶型物之類型之攜帶型電子裝置，諸如，膝上型電腦或小的攜帶型電腦。攜帶型電子裝置亦可為稍微較小的裝置。較小攜帶型電子裝置之實例包括腕錶裝置、垂飾裝置、頭戴式耳機及聽筒裝置以及其他可佩戴且微型裝置。
在一個合適配置情況下，攜帶型電子裝置為手持電子裝置。空間在手持電子裝置中非常重要，因此高效能緊密天線在此等裝置中可為尤其有利的。手持裝置之使用因此在本文中通常描述為實例，即使可與本發明之高效能緊密天線一起使用任何合適電子裝置(若需要)。
手持裝置可為(例如)蜂巢式電話、具有無線通信能力之媒體播放器、手持電腦(有時亦被稱為個人數位助理)、遙控器、全球定位系統(GPS)裝置及手持遊戲裝置。手持裝置亦可為組合多個習知裝置之功能性的混合裝置。混合手持裝置之實例包括：包括媒體播放器功能性之蜂巢式電話，包括無線通信能力之遊戲裝置，包括遊戲及電子郵件功能之蜂巢式電話，及接收電子郵件、支援行動電話呼叫且支援網頁瀏覽的手持裝置。此等僅為說明性實例。
在圖1中展示根據本發明之一實施例之說明性手持電子裝置。裝置10可為任何合適攜帶型或手持電子裝置。
裝置10包括外殼12且包括用於處置無線通信之至少一天線。有時被稱為盒之外殼12可由任何合適材料形成，該等材料包括塑膠、玻璃、陶瓷、金屬或其他合適材料或此等 材料之組合。在一些情形中，盒12可由介電質或其他低傳導率材料形成，使得接近盒12定位之傳導天線元件之操作不被干擾。在其他情形中，盒12可由金屬元件形成。在盒12由金屬元件形成之情境中，金屬元件中之一或多者可被用作裝置10中之天線的部分。舉例而言，盒12之後部可短接至裝置10中之內接地平面以產生彼裝置10的有效較大接地平面元件。
手持電子裝置10可具有輸入輸出裝置，諸如，顯示螢幕16、諸如按鈕23之按鈕、諸如按鈕19之使用者輸入控制裝置18及諸如埠20及輸入輸出插口21的輸入輸出組件。顯示螢幕16可為(例如)液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)顯示器、電漿顯示器或使用一或多種不同顯示技術的多個顯示器。如圖1之實例中所示，諸如顯示螢幕16之顯示螢幕可安裝於手持電子裝置10之正面22上。若需要，諸如顯示器16之顯示器可安裝於手持電子裝置10之背面上、裝置10之側部上、藉由鉸鏈(例如)或使用任何其他合適安裝配置附著至裝置10的主體部分之裝置10的上翻(flip-up)部分上。
手持裝置10之使用者可使用使用者輸入介面18供應輸入命令。使用者輸入介面18可包括按鈕(例如，文數字鍵、電源開關、電源打開、電源關閉及其他特殊按鈕等)、觸控板、指向桿或其他游標控制裝置、觸控式螢幕(例如，實施為螢幕16之部分的觸控式螢幕)或用於控制裝置10的任何其他合適介面。雖然在圖1之實例中示意性展示為形 成於手持電子裝置10之頂面22上，但使用者輸入介面18通常可形成於手持電子裝置10的任何合適部分上。舉例而言，諸如按鈕23之按鈕(其可被認作輸入介面18之部分)或其他使用者介面控制可形成於手持電子裝置10的側部上。按鈕及其他使用者介面控制亦可定位於裝置10之頂面、背面或其他部分上。若需要，可遠端控制(例如，使用紅外線遙控器、諸如藍芽遙控器之射頻遙控器等)裝置10。
手持裝置10可具有諸如匯流排連接器20及插口21之埠，其允許裝置10與外部組件接合。典型埠包括：用於對裝置10內之電池再充電或用於從直流(DC)電源供應器來操作裝置10的電源插口；用於與諸如個人電腦或周邊裝置之外部組件交換資料之資料埠；用於驅動頭戴式耳機、監視器或其他外部視聽設備之視聽插口等。此等裝置之一些或全部之功能及手持電子裝置10之內部電路可使用輸入介面18來控制。
諸如顯示器16及使用者輸入介面18之組件可覆蓋裝置10之正面22上之大部分可用表面面積(如圖1之實例中所示)，或可僅佔據正面22之一小部分。因為諸如顯示器16之電子組件經常含有大量金屬(例如，作為射頻屏蔽)，所以通常應考慮此等組件相對於裝置10中之天線元件的位置。合適地選擇裝置之天線元件與電子組件之位置將允許手持電子裝置10之天線正常起作用而不受到電子組件干擾。在一個合適配置情況下，裝置10之天線定位於裝置10之下端中、埠20之附近。將天線定位於外殼12及裝置10之下部分中之 優點為：當裝置10被固持至頭部(例如，當如同蜂巢式電話一般向麥克風講話且聽取手持裝置中之揚聲器時)，此將天線遠離使用者之頭部而置放。此減小在使用者附近發射之射頻輻射量且最小化接近效應。
在圖2中展示說明性手持電子裝置之一實施例的示意圖。手持裝置10可為行動電話、具有媒體播放器能力之行動電話、手持電腦、遙控器、遊戲機、全球定位系統(GPS)裝置、此等裝置之組合或任何其他合適攜帶型電子裝置。
如圖2中所示，手持裝置10可包括儲存裝置34。儲存裝置34可包括一或多種不同類型之儲存裝置，諸如，硬碟驅動機儲存裝置、非揮發性記憶體(例如，快閃記憶體或其他電子可程式化唯讀記憶體)、揮發性記憶體(例如，基於電池之靜態或動態隨機存取記憶體)等。
處理電路36可用以控制裝置10之操作。處理電路36可基於諸如微處理器的處理器及其他合適積體電路。在一個合適配置情況下，處理電路36及儲存裝置34用以在裝置10上執行軟體，諸如，網際網路網頁瀏覽應用程式、網際網路語音協定(VOIP)電話呼叫應用程式、電子郵件應用程式、媒體播放應用程式、操作系統功能等。處理電路36及儲存裝置34可用於實施合適通信協定。可使用處理電路36及儲存裝置34實施之通信協定包括：網際網路協定、無線區域網路協定(例如，有時被稱為WiFi® 之IEEE 802.11協定、諸如Bluetooth® 協定之用於其他短程無線通信鏈路的協定 等)。
輸入輸出裝置38可用以允許將資料供應至裝置10且允許將資料自裝置10提供至外部裝置。圖1之顯示螢幕16及使用者輸入介面18為輸入輸出裝置38的實例。
輸入輸出裝置38可包括使用者輸入輸出裝置40，諸如，按鈕、觸控式螢幕、操縱桿、點擊式轉盤、滾輪、觸控板、數字鍵盤、鍵盤、麥克風、相機等。使用者可藉由經由使用者輸入裝置40供應命令而控制裝置10的操作。顯示及音訊裝置42可包括液晶顯示器(LCD)螢幕、發光二極體(LED)及呈現視覺資訊及狀態資料的其他組件。顯示及音訊裝置42亦可包括用於產生聲音的音訊設備，諸如，揚聲器及其他裝置。顯示及音訊裝置42可含有用於外部頭戴式耳機及監視器的視聽介面設備，諸如，插口及其他連接器。
無線通信裝置44可包括通信電路(諸如，由一或多個積體電路形成的射頻(RF)收發器電路)、功率放大器電路、被動RF組件、一或多個天線及用於處置RF無線信號之其他電路。無線信號亦可使用光(例如，使用紅外線通信)來進行發送。
如藉由路徑50所示，裝置10可與諸如附件46及計算設備48之外部裝置進行通信。路徑50可包括有線及無線路徑。附件46可包括頭戴式耳機(例如，無線蜂巢式頭戴耳機或音訊頭戴式耳機)及視聽設備(例如，無線揚聲器、遊戲控制器或接收並播放音訊及視訊內容的其他設備)。
計算設備48可為任何合適電腦。在一個合適配置情況下，計算設備48為一電腦，其具有建立與裝置10之無線連接之相關聯之無線存取點(路由器)或內部或外部無線卡。電腦可為伺服器(例如，網際網路伺服器)、具有或沒有網際網路存取之區域網路電腦、使用者自己之個人電腦、對等裝置(例如，另一手持電子裝置10)或任何其他合適計算設備。
裝置10之天線及無線通信裝置可支援在任何合適無線通信頻帶上的通信。舉例而言，無線通信裝置44可用以覆蓋通信頻帶，諸如，850MHz、900MHz、1800MHz及1900MHz處之蜂巢式電話頻帶，諸如在2170MHz頻帶處之3G資料通信頻帶(通常被稱為UMTS或全球行動電信系統)的資料服務頻帶，2.4GHz及5.0GHz處之WiFi® (IEEE 802.11)頻帶，在2.4GHz處之Bluetooth® 頻帶及在1550MHz處之全球定位系統(GPS)頻帶。此等頻帶僅為裝置44可在其上操作之說明性通信頻帶。隨著新的無線服務成為可能，預期在將來可布署額外本端及遠端通信頻帶。無線裝置44可經組態以在任何合適頻帶上操作，從而覆蓋任何現有或新的相關服務。若需要，多個天線及/或寬頻天線可提供於無線裝置44中以允許覆蓋多個頻帶。
圖3中展示說明性手持電子裝置之橫截面圖。在圖3之實例中，裝置10具有一由導電部分12-1及塑膠部分12-2形成的外殼。導電部分12-1可為任何合適導體。在一個合適配置情況下，盒部分12-1由燙印304不鏽鋼形成。不鏽鋼具 有高傳導率且可被拋光為高光澤修飾面層，使得其具有吸引人的外觀。若需要，其他金屬可用於盒部分12-1，諸如，鋁、鎂及此等金屬與其他金屬之合金等。
外殼部分12-2可由介電質形成。使用介電質用於外殼部分12-2之優點為，此允許裝置10之天線54之諧振元件部分54-1操作而無來自外殼12之金屬側壁的干擾。在一個合適配置情況下，外殼部分12-2為由基於丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物之塑膠(有時被稱為ABS塑膠)形成的塑膠帽。對於裝置10而言，此等材料僅為說明性之外殼材料。舉例而言，裝置10之外殼可大體上由塑膠或其他介電質形成、大體上由金屬或其他導體形成或由任何其他合適材料或材料的組合形成。
諸如組件52之組件可安裝於裝置10中之一或多個電路板上。典型組件包括積體電路、LCD螢幕及使用者輸入介面按鈕。裝置10亦通常包括一電池，其可沿外殼12之背面而安裝(作為一實例)。
裝置10中之電路板可由任何合適材料形成。在一個合適配置情況下，裝置10具備多層印刷電路板。該等層中之至少一者具有形成接地平面54-2之導體之大的連續平坦區域。在典型情境中，接地平面54-2為與外殼12及裝置10之大體矩形形狀一致且與外殼12之矩形橫向尺寸匹配的矩形。接地平面54-2可(若需要)電連接至導電外殼部分12-1。用於多層印刷電路板之合適電路板材料包括由苯酚樹脂浸漬之紙、由玻璃纖維加強之樹脂(諸如，由環氧樹脂 (有時被稱為FR-4)浸漬之玻璃纖維墊)、塑膠、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚醯亞胺及陶瓷。由諸如FR-4之材料製造之電路板通常為可用的，並非為成本過高的，且可由多層(例如，四層)金屬來製造。為諸如聚醯亞胺之撓性電路板材料之所謂之撓性電路亦可用於裝置10中。
接地平面元件54-2及天線諧振元件54-1形成裝置10之天線54。若需要，除天線54外，可向裝置10提供其他天線。此等額外天線可(若需要)經組態以提供相關之重疊頻帶(亦即，天線54正在操作所在的頻帶)的額外增益，或可用以在相關之不同頻帶(亦即，在天線54之範圍之外的頻帶)中提供覆蓋。
任何合適導電材料可用以形成天線54中之接地平面元件54-2及諧振元件54-1。天線54之合適導電材料的實例包括金屬，諸如，銅、黃銅、銀及金。亦可使用除金屬之外的導體(若需要)。天線54中之導電元件通常為薄的(例如，約0.2mm)。
組件52包括收發器電路(參見(例如)圖2之裝置44)。可以一或多個積體電路及相關聯離散組件(例如，濾波組件)之形式來提供收發器電路。收發器電路可包括一或多個發射器積體電路、一或多個接收器積體電路、切換電路、放大器等。在典型情境中，收發器電路含有一個或兩個收發器，該一個或兩個收發器中之每一者具有一相關聯同軸電纜或其他傳輸線，在該相關聯同軸電纜或其他傳輸線上傳送天線54的射頻信號。在圖3之實例中，此等傳輸線藉由 點線56來描繪。
如圖3中所示，傳輸線56可用以分配待經由天線自傳輸器積體電路52或其他收發器電路傳輸至天線54的射頻信號。路徑56亦用以向組件52傳送天線54已接收到的射頻信號。接收器積體電路或其他收發器電路可用以處理在一或多個傳輸線56上已自天線54傳送的傳入射頻信號。
天線54可以任何合適形狀來形成。在一個合適配置情況下，天線54係至少部分基於平面型倒F天線(PIFA)結構。在圖4中展示可用於天線54之說明性PIFA結構。如圖4中所示，PIFA結構54具有接地平面部分54-2及平面型諧振元件部分54-1。天線使用正信號及接地信號來饋電。正信號提供至之天線之部分有時被稱為天線之正極端子或饋電端子。此端子有時亦被稱為信號端子或中心導體端子。接地信號提供至之天線之部分可被稱為天線的接地、天線之接地端子、天線之接地平面等。在圖4之天線54中，饋電導體58用以將正天線信號自信號端子60導引至天線諧振元件54-1中。接地端子62短接至接地平面54-2，其形成天線的接地。
天線54之尺寸通常經大小化以與裝置10之外殼12所允許之最大大小一致。天線接地平面54-2形狀可為矩形，該矩形在橫向尺寸68中具有寬度W且在橫向尺寸66中具有長度L。尺寸66中天線54的長度影響其操作頻率。尺寸68及66有時被稱為水平尺寸。諧振元件54-1通常沿垂直尺寸64自接地平面54-2隔開若干毫米。尺寸64中之天線54之大小有 時被稱為天線54的高度H。
在圖5中展示天線54之橫截面圖。如圖5中所示，射頻信號可使用信號端子60及接地端子62而饋送至天線54(當發射時)且可自天線54進行接收(當接收時)。在典型配置中，同軸導體或其他傳輸線使其中心導體電連接至點60及使其接地導體電連接至點62。
在圖6中展示圖4及圖5之天線54之預期效能的圖表。預期駐波比(SWR)值經繪製為隨頻率而變。如圖所示，在頻率f1 處存在減小之SWR值，從而指示天線在以頻率f1 為中心之頻帶中執行良好。天線54亦在諸如頻率2f1 之諧波頻率處操作。天線54之尺寸可經選擇使得頻率f1 及2f1與相關通信頻帶對準。頻率f1 (及諧波頻率2f1 )係關於天線54在尺寸66中之長度L(L大致等於頻率f1 處之波長的四分之一)。
圖4及圖5之天線54在尺寸64中的高度H藉由諧振元件54-1與接地平面54-2之間的近場耦合量而限制。對於規定之天線頻寬及增益而言，不可能減小高度H而不會不利地影響效能。所有其他變數為相等的，減小高度H將使天線54之頻寬及增益減小。
如圖7中所示，藉由在天線諧振元件部分54-1下方之區中引入介電質區域70而可減小天線54之最小垂直尺寸同時仍滿足最小頻寬及增益約束。介電質區域70可由空氣、塑膠或任何其他合適介電質來填充，且表示接地平面54-2之經切除或經移除之部分。經移除或空的區域70可由接地平面54-2中之一或多個孔形成。此等孔可為正方形、圓的、 橢圓形、多邊形等，且可延伸穿過接地平面54-2之附近的相鄰導電結構。在展示於圖7中之一個合適配置情況下，經移除區域70為矩形且形成一槽。槽可為任何合適大小。舉例而言，槽可稍微小於諧振元件54-1之最外矩形輪廓。典型諧振元件橫向尺寸為約0.5cm至10cm。
槽70之存在減小諧振元件54-1與接地平面54-2之間的近場電磁耦合，且允許垂直尺寸64中之高度H比原本將為可能之高度來得小並同時滿足頻寬及增益約束之給定集合。舉例而言，高度H可在1-5mm之範圍內，可在2-5mm之範圍內，可在2-4mm之範圍內，可在1-3mm之範圍內，可在1-4mm之範圍內，可在1-10mm之範圍內，可小於10mm，可小於4mm，可小於3mm，可小於2mm，或可在接地平面元件54-2上方之垂直移位的任何其他合適範圍內。
若需要，含有槽70之天線54之部分可用以形成槽孔天線。天線54中之槽孔天線結構可與PIFA結構同時使用。當操作天線54時可改良天線效能，使得獲得其PIFA操作特性及其槽孔天線操作特性兩者。
在圖8中展示槽孔天線72的俯視圖。圖8之天線72通常在至頁面中之尺寸中為薄的(亦即，天線72位於頁面中之平面為平坦的)。槽70形成於天線72之中心。同軸電纜56或其他傳輸線路徑可用以對天線72饋電。在圖8之實例中，天線72經饋電，使得同軸電纜56之中心導體82連接至信號端子80(亦即，天線72之正極端子或饋電端子)，且形成電纜56之接地導體之同軸電纜56的外編織物連接至接地端子 78。
當使用圖8之配置饋電天線72時，天線之效能藉由圖9之圖表給定。如圖9中所示，天線72在以約中心頻率fr 為中心之頻帶中操作。該中心頻率fr 由槽70之尺寸來判定。槽70具有等於尺寸X之兩倍加上尺寸Y之兩倍的內周長P(亦即，P=2X+2Y)。在中心頻率fr 處，周長P等於一個波長。端子80及78之位置經選擇以用於阻抗匹配。若需要，圍繞槽70之拐角中之一者延伸的諸如端子84及86之端子可用以饋電天線72，其限制條件為端子84與端子86之間的距離經選擇以正常調整天線72的阻抗。在圖8之說明性配置中，作為一實例，端子84及端子86被展示為分別組態為槽孔天線接地端子及槽孔天線信號端子。若需要，端子84可被使用為接地端子，且端子86可被使用為信號端子。槽70通常經空氣填充，但通常可藉由任何合適介電質來進行填充。
在圖10中展示使用兩個同軸電纜(或其他傳輸線)饋電天線54的說明性組態。當如圖10中所示饋電天線54時，天線54之PIFA部分及槽孔天線部分為活動的。結果，圖10之天線54以混合PIFA/槽孔模式操作。同軸電纜56-1及56-2分別具有內導體82-1及82-2。同軸電纜56-1及56-2亦各自具有導電外編織物接地導體。同軸電纜56-1之外編織物導體在接地端子88處電短接至接地平面54-2。電纜56-2之接地部分在接地端子92處短接至接地平面54-2。分別在信號端子90及94處進行來自同軸電纜56-1及56-2的信號連接。
在圖10之配置情況下，使用天線端子之兩個獨立集合。 同軸電纜56-1使用接地端子88及信號端子90饋電天線54-1之PIFA部分，且同軸電纜56-2使用接地端子92及信號端子94饋電天線54的槽孔天線部分。天線端子中之每一集合因此作為天線之獨立饋電而操作。信號端子90及接地端子88充當天線54之PIFA部分之天線饋入點，而信號端子94及接地端子92充當天線54之槽孔部分的天線饋入點。此等兩個獨立天線饋電允許天線54使用其PIFA特性及其槽孔特性而同時起作用。若需要，可改變饋電之方位。舉例而言，同軸電纜56-2可使用點94作為接地端子且使用點92作為信號端子或使用沿槽70之周邊定位於其他點處的接地端子及信號端子而連接至槽70。
每一同軸電纜或其他傳輸線可在各別收發器電路(有時亦被稱為無線電)處終止，或同軸電纜56-1及56-2(或其他傳輸線)可連接至切換電路，該切換電路又連接至一或多個無線電。當天線54以混合PIFA/天線模式操作時，可增強特定頻率處之天線54之頻率覆蓋及/或其增益。
在一個合適配置情況下，藉由天線54之槽孔天線部分提供之額外回應用以覆蓋一或多個額外頻帶。藉由正確選擇槽70之尺寸及尺寸66中之接地平面54-2的長度L，天線54可覆蓋在850及900MHz處且在1800及1900MHz處之GSM蜂巢式電話頻帶，且可覆蓋以頻率fn 為中心的額外頻帶(作為一實例)。展示圖10之天線54之效能的圖表展示於圖11中。在圖11之實例中，天線54之PIFA操作特性用以覆蓋850/900及1800/1900 GSM蜂巢式電話頻帶，而天線54之槽 孔天線操作特性用以覆蓋以fn 為中心的頻帶。此配置在最小化天線54之大小的同時提供原本將為可能的更多覆蓋。頻率fn 可經調整以與相關之任何合適頻帶(例如，用於Bluetooth/WiFi之2.4GHz、用於UMTS之2170MHz或用於GPS的1550MHz)一致。
若需要，天線54可使用單一同軸電纜56或其他此傳輸線來饋電。在圖12中展示天線54之說明性組態，其中單一傳輸線用以同時饋電天線54之PIFA部分及槽孔部分。如圖12中所示，天線54具有一接地平面54-2。接地平面54-2可由金屬形成(作為一實例)。接地平面54-2之邊緣96可藉由向上彎曲接地平面54-2之金屬而形成。當插入至外殼12中時，邊緣96可停置於金屬外殼部分12-1(圖3)的側壁內。若需要，接地平面54-2可使用印刷電路板中之一或多個金屬層、金屬箔或其他合適導電結構形成。
平面型天線諧振元件54-1為一具有較短臂98及較長臂100的F狀結構。臂98及100之長度可經調整以調諧天線54之頻率覆蓋。若需要，圖12之天線54可使用展示於圖4中之類型的平面型諧振元件結構或其他合適諧振元件結構。使用由兩個臂98及100形成之PIFA天線諧振元件結構展示為一實例。
臂98及100安裝於支撐結構102上。支撐結構102可由塑膠(例如，ABS塑膠)或其他合適介電質形成。結構102之表面可為平坦的或彎曲的。臂98及臂100可直接形成於支撐結構102上，或可形成於諸如附著至支撐結構102之撓性電 路基板的獨立結構上(作為實例)。
在一個合適配置情況下，諧振元件54-1為安裝至支撐件102之上表面之大體上平坦的結構。諧振元件54-1可藉由任何合適天線製造技術來形成，諸如，金屬燙印、切割、蝕刻或研磨導電帶或其他撓性結構、蝕刻已濺鍍沈積於塑膠或其他合適基板上的金屬、由導電研磨漿印刷(例如，藉由絲網印刷技術)、圖案化組成撓性電路基板之部分的諸如銅之金屬等，該撓性電路基板藉由黏著劑、螺釘或其他合適緊固機制附著至支撐件102。
諸如導電帶104之導電路徑可用以在端子106處電連接諧振元件54-1至接地平面54-2。端子106處之螺釘或其他緊固件可用以電且機械地連接帶104(且因此電且機械地連接諧振元件54-1)至接地平面54-2的邊緣96。天線54中之諸如帶104之導電結構及其他此等結構亦可使用導電黏著劑電連接至彼此。
諸如電纜56之同軸電纜或其他傳輸線可連接至天線以發射並接收射頻信號。同軸電纜或其他傳輸線可使用任何合適的電且機械附著機制而連接至天線54之結構。如圖12之說明性配置中所示，迷你UFL同軸連接器110可用以連接同軸電纜56或其他傳輸線至天線導體112。同軸電纜之中心導體或其他傳輸線連接至連接器110之中心連接器108。 同軸電纜之外編織物接地導體在點115處經由連接器110電連接至接地平面54-2(且若需要，可在連接器110上游之其他附著點處短接至接地平面54-2)。
導體108可電連接至天線導體112。導體112可由諸如形成於支撐結構102之側壁表面上的金屬帶之導電元件形成。導體112可(例如，在部分116處)直接電連接至諧振元件54-1，或可經由調諧電容器114或其他合適電組件電連接至諧振元件54-1。調諧電容器114之大小可經選擇以調諧天線54且確保天線54覆蓋裝置10之相關頻帶。
槽70可位於圖12之諧振元件54-1下方。來自中心導體108之信號可使用由天線導體112、可選電容器114或其他此等調諧組件、天線導體117及天線導體104形成之導電路徑在槽70之附近的接地平面54-2上導引至點106。
圖12之組態允許單一同軸電纜或其他傳輸線路徑同時饋電天線54之PIFA部分及槽孔部分。
接地點115充當由接地平面54-2中之槽70形成之天線54之槽孔天線部分的接地端子。點106充當天線54之槽孔天線部分的信號端子。信號經由藉由導電路徑112、調諧元件114、路徑117及路徑104形成之路徑而饋送至點106。
對於天線54之PIFA部分而言，點115充當天線接地。中心導體108及其至導體112之附著點充當PIFA的信號端子。導體112充當饋電導體且自信號端子108饋送信號至PIFA諧振元件54-1。
在操作中，天線54之PIFA部分及槽孔天線部分有益於天線54之效能。
藉由使用點115作為PIFA接地端子(如同圖7之端子62)、使用同軸中心導體連接至導電結構112所在之點108作為 PIFA信號端子(如同圖7之端子60)且使用導電結構112作為PIFA饋電導體(如同圖7之饋電導體58)而獲得天線54的PIFA功能。在操作期間，天線導體112用以以導體58將射頻信號自圖4及圖5中之端子60導引至諧振元件54-1的相同方法而將射頻信號自端子108導引至諧振元件54-1，而導電線104用以終止諧振元件54-1至如同圖4及圖5之接地部分61的接地平面54-2。
藉由使用接地點115作為槽孔天線接地端子(如同圖8之端子86)、使用由天線導體112、調諧元件114、天線導體117及天線導體104形成之導電路徑作為圖8的導體82或圖10之導體82-2且藉由使用端子106作為槽孔天線信號端子(如同圖8之端子84)而獲得天線54的槽孔天線功能。
圖10之組態展示在接地平面54-2上之獨立位置處可形成槽孔天線接地端子92及PIFA天線接地端子88。在圖12之組態中，單一同軸電纜可用以饋電天線之PIFA部分及天線之槽孔部分。此係因為端子115充當天線54之PIFA部分之PIFA接地端子及天線54之槽孔天線部分的槽孔天線接地端子。因為PIFA及槽孔天線之接地端子藉由共同接地端子結構提供，且因為導電路徑112、117及104用以根據PIFA及槽孔天線操作所需要而向諧振元件54-1及接地平面54-2且自諧振元件54-1及接地平面54-2分配射頻信號，所以單一傳輸線(例如，同軸導體56)可用以發送並接收使用天線54之PIFA部分及槽孔部分發射且接收的射頻信號。
若需要，可使用支援混合PIFA/槽孔操作的其他天線組 態。舉例而言，可藉由其他合適調諧組件(諸如，一或多個電感器、一或多個電阻器、直接短路金屬帶、電容器或此等組件之組合)之網路提供調諧電容器114之射頻調諧能力。一或多個調諧網路亦可在天線結構中之不同位置處連接至天線。此等組態可與單一饋電及多饋電傳輸線配置一起使用。
此外，天線54中之信號端子及接地端子之位置可不同於圖12中所示之位置。舉例而言，端子115/108及端子106可相對於圖12中所示之位置而移動，其限制條件為連接導體112、117及104經合適修改。
可使用如圖10中所示之大體矩形導體提供天線54之PIFA部分，或可使用其他配置提供天線54的PIFA部分。舉例而言，諧振元件54-1可由非矩形平坦結構形成、由具有一矩形輪廓(在矩形輪廓內具有一或多個蜿蜒蛇形導電結構)的平坦結構形成或由經開槽非矩形或經開槽矩形平坦結構而形成。若需要，諧振元件54-1可具備大體F狀導電元件，其具有諸如圖12之臂98及100之一或多個臂。此等諧振元件臂可為直的、蜿蜒蛇形的、彎曲的或可具有任何其他合適形狀。使用臂之不同形狀或諧振元件54-1之其他部分有助於天線設計者將天線54之頻率響應裁剪至其操作的所要頻率且另外最佳化天線效能。諧振元件54-1之結構之大小可根據需要而進行調整(例如，增加或減小特定操作頻帶之增益及/或頻寬)。當調諧多個相關頻帶時，非類似大小(長度)之臂傾向於影響天線54在不同頻率處之諧振行為且 因此可為有利的。
在圖13中展示說明性諧振元件54-1，其中臂98由摺疊結構形成且臂100由直導體帶形成。當需要在區域118中置放額外結構時，此類型配置可為有利的。
在圖14之實例中，臂98及臂100在無彎曲情況下形成。當存在用於形成臂98及100之足夠橫向空間時，此類型結構可用於諧振元件54-1。
天線諧振元件54-1之另一說明性組態展示於圖15中。在圖15之實例中，臂98(兩個臂中之較短者)在無任何彎曲情況下形成。臂100(兩個臂中之較長者)在單一彎曲情況下而形成。若需要，臂98及100可在無彎曲情況下、在一個彎曲情況下或一個以上彎曲情況下形成。彎曲可為180∘(例如，其中臂在其自身上向後折回)，可為90∘彎曲，或可為至臂之縱向軸線之以任何其他合適角度形成的彎曲。臂含有彎曲之圖12、圖13及15中所示之類型之配置展示為實例，該等彎曲在導電臂元件方向上翻轉。
前述僅說明本發明之原理，且熟習此項技術者可在不背離本發明之範疇及精神的情況下進行各種修改。
10‧‧‧裝置
12‧‧‧外殼、盒
12-1‧‧‧導電部分、盒部分、金屬外殼部分
12-2‧‧‧塑膠部分、外殼部分
16‧‧‧顯示螢幕、顯示器
18‧‧‧使用者輸入控制裝置、使用者輸入介面
19‧‧‧按鈕
20‧‧‧埠
21‧‧‧輸入輸出插口
22‧‧‧頂面、正面
23‧‧‧按鈕
34‧‧‧儲存裝置
36‧‧‧處理電路
38‧‧‧輸入輸出裝置
40‧‧‧使用者輸入輸出裝置
42‧‧‧顯示及音訊裝置
44‧‧‧無線通信裝置
46‧‧‧附件
48‧‧‧計算設備
50‧‧‧路徑
52‧‧‧組件
54‧‧‧天線
54-1‧‧‧諧振元件部分
54-2‧‧‧接地平面
56‧‧‧點線、傳輸線、同軸電纜、路徑
56-1‧‧‧同軸電纜
56-2‧‧‧同軸電纜
58‧‧‧導體
60‧‧‧信號端子、點
61‧‧‧接地部分
62‧‧‧接地端子
64‧‧‧垂直尺寸
66‧‧‧橫向尺寸、水平尺寸
68‧‧‧橫向尺寸、水平尺寸
70‧‧‧介電質區域、槽
72‧‧‧天線
78‧‧‧接地端子
80‧‧‧信號端子
82‧‧‧中心導體
82-1‧‧‧內導體
82-2‧‧‧內導體
84‧‧‧端子
86‧‧‧端子
88‧‧‧接地端子
90‧‧‧信號端子
92‧‧‧接地端子
94‧‧‧信號端子
96‧‧‧邊緣
98‧‧‧臂
100‧‧‧臂
102‧‧‧支撐結構
104‧‧‧導電帶、路徑、導電線、天線導體
106‧‧‧端子、點
108‧‧‧中心導體、信號端子
110‧‧‧同軸連接器
112‧‧‧天線導體、導電路徑
114‧‧‧調諧電容器、可選電容器、調諧元件
115‧‧‧接地點、端子
116‧‧‧部分
117‧‧‧天線導體、路徑
118‧‧‧區域
H‧‧‧高度
L‧‧‧長度
W‧‧‧寬度
X‧‧‧尺寸
Y‧‧‧尺寸
圖1為根據本發明之一實施例之具有一天線之說明性手持電子裝置的透視圖。
圖2為根據本發明之一實施例之具有一天線之說明性手持電子裝置的示意圖。
圖3為根據本發明之一實施例之具有一天線之說明性手 持電子裝置的橫截面側視圖。
圖4為根據本發明之一實施例之說明性平面型倒F天線的透視圖。
圖5為根據本發明之一實施例之說明性平面型倒F天線(PIFA)的橫截面側視圖。
圖6為圖4及圖5中所示類型之天線的說明性天線效能圖表，其中駐波比(SWR)值經繪製為隨操作頻率而變。
圖7為根據本發明之一實施例之說明性平面型倒F天線的透視圖，其中在天線之諧振元件下方的天線接地平面之部分已經移除。
圖8為根據本發明之一實施例之說明性槽孔天線的俯視圖。
圖9為圖8中所示類型之天線的說明性天線效能圖表，其中駐波比(SWR)值經繪製為隨操作頻率而變。
圖10為根據本發明之一實施例之說明性平面型倒F天線之透視圖，其中在天線之諧振元件下方之天線之接地平面的部分已被移除，且其中天線被展示為藉由兩個同軸電纜饋電來饋電。
圖11為圖10中所示類型之天線的說明性天線效能圖表之圖表，其中駐波比(SWR)值經繪製為隨操作頻率而變。
圖12為根據本發明之一實施例之具有PIFA天線特性及槽孔天線特性的說明性天線之透視圖。
圖13、圖14及圖15為根據本發明之一實施例之混合PIFA-槽孔天線之說明性多臂PIFA諧振元件部分的俯視 圖。
10‧‧‧裝置
12-1‧‧‧導電部分、盒部分、金屬外殼部分
12-2‧‧‧塑膠部分、外殼部分
52‧‧‧組件
54‧‧‧天線
54-1‧‧‧諧振元件部分
54-2‧‧‧接地平面
56‧‧‧點線、傳輸線、路徑

Claims (21)

  1. 一種手持電子裝置天線，其包含：一接地平面，其環繞及封閉一介電質填充之槽；一平面型諧振元件，其定位於該槽上方，其中該手持電子裝置天線包含一混合天線，其中該槽用於形成該混合天線之一槽孔天線部分，且其中該平面型諧振元件用於形成該混合天線的一平面型倒F天線部分。
  2. 如請求項1之手持電子裝置天線，其中該槽包含一具有橫向尺寸之矩形槽，其中該平面型諧振元件具有大於該槽之該等橫向尺寸的至少一個橫向尺寸，且其中該平面型諧振元件定位於該槽上方小於10 mm處。
  3. 如請求項1之手持電子裝置天線，其中平面型諧振元件包含一形成於一撓性電路基板上的導體。
  4. 如請求項1之手持電子裝置天線，其進一步包含：一第一信號端子，其電耦接至該平面型諧振元件；一第一接地端子，其電連接至該接地平面，其中該第一信號端子及該第一接地端子充當該混合天線之該平面型倒F天線部分的天線饋入點；一第二信號端子，其相鄰於該槽而電連接至該接地平面；及一第二接地端子，其相鄰於該槽而電連接至該接地平面，其中該第二信號端子不同於該第一信號端子，其中該第二接地端子不同於該第一接地端子，且其中該第二信號端子及該第二接地端子充當該混合天線之該槽孔天 線部分的天線饋入點。
  5. 如請求項1之手持電子裝置天線，其中一傳輸線具有一接地導體及一信號導體且在手持電子裝置收發器電路與該混合天線之間傳送用於該混合天線的射頻信號，該手持電子裝置天線進一步包含：一傳輸線連接結構，其具有一連接至該信號導體之第一端子，及具有一電連接至該平面型接地元件及該接地導體的接地端子；一第一天線路徑，其電連接該第一端子至該平面型諧振元件以使得該第一端子及該接地端子充當該混合天線之該平面型倒F部分的天線饋入點；一第二端子，其在不同於該接地端子之一位置處連接至該接地平面；及一第二天線路徑，其電連接該第二端子至該平面型諧振元件，其中該第一天線路徑及該第二天線路徑傳送該信號導體及該第二端子之間的信號，以使得該接地端子及該第二端子充當該混合天線之該槽孔天線部分的天線饋入點。
  6. 如請求項1之手持電子裝置天線，其中該平面型諧振元件包含至少兩個臂，且其中該等臂中之至少一者具有一彎曲。
  7. 如請求項1之手持電子裝置天線，其中該平面型諧振元件包含兩個臂，且其中該兩個臂中之每一者具有至少一180°彎曲。
  8. 如請求項1之手持電子裝置天線，其中該平面型諧振元件包含一第一諧振元件臂及一第二諧振元件臂，其中該第一諧振元件臂具有一長度，且其中該第二諧振元件臂具有一不同於該第一諧振元件臂之該長度的長度。
  9. 一種具有一平面型倒F天線結構及一槽孔天線結構之特性的混合手持電子裝置天線，其包含：一接地平面天線元件，其中該接地平面天線元件之部分界定與該槽孔天線結構相關聯的一介電質填充槽；及一平面型諧振元件，其定位於該槽上方且與該平面型倒F天線結構相關聯，其中該平面型諧振元件包含一形成於一撓性電路基板上的導體。
  10. 如請求項9之混合手持電子裝置天線，其中該接地平面天線元件完全封閉該槽。
  11. 如請求項9之混合手持電子裝置天線，其進一步包含：一對天線端子，一單一傳輸線經由該對天線端子傳送用於該平面型倒F天線結構及該槽孔天線結構兩者的射頻信號。
  12. 如請求項9之混合手持電子裝置天線，其進一步包含：一第一對天線端子，一第一傳輸線經由該第一對天線端子傳送用於該槽孔天線結構的射頻信號；及一第二對天線端子，一不同於該第一傳輸線之第二傳輸線經由該第二對天線端子傳送用於該平面型倒F天線結構的射頻信號。
  13. 如請求項9之混合手持電子裝置天線，其中該平面型諧 振元件包含至少兩個臂，且其中該等臂中之至少一者具有一彎曲。
  14. 如請求項9之混合手持電子裝置天線，其中該平面型諧振元件包含兩個臂，且其中該兩個臂中之每一者具有一180°彎曲。
  15. 一種用於一手持裝置中之天線，其包含：一接地平面，其中該接地平面之部分界定一介電質填充槽；一平面型諧振元件，其定位於該槽上方，且其中該槽形成該天線之一槽孔天線部分，且其中該平面型諧振元件形成該天線之一平面型倒F部分；一正天線端子及一接地天線端子，該正天線端子及該接地天線端子傳送該天線及射頻收發器電路之間之射頻信號；一第一天線路徑，其傳送該正天線端子及該平面型諧振元件間之信號，使得該正天線端子及該接地天線端子形成該天線之該平面型倒F部分的天線饋入點；及一第二天線路徑，其在該接地平面上相鄰於該槽之一點處傳送該平面型諧振元件及該接地平面間之信號，使得該接地平面及該接地天線端子上的該點充當該天線之該槽孔天線部分的天線饋入點。
  16. 如請求項15之天線，其中該接地平面環繞及封閉該槽。
  17. 如請求項16之天線，其中平面型諧振元件包含一撓性電路，該天線進一步包含一介電質天線支撐結構，其具有 一表面，在該表面上安裝有該平面型諧振元件之至少部分，其中該第一天線路徑及該第二天線路徑係由該介電質天線支撐結構所支撐且形成為該撓性電路之部分。
  18. 如請求項16之天線，其進一步包含在該第一天線路徑中之至少一電容器。
  19. 如請求項15之天線，其進一步包含一介電質天線支撐結構，其具有一表面，在該表面上安裝有該平面型諧振元件之至少部分，其中該第一天線路徑及該第二天線路徑係由該介電質天線支撐結構所支撐。
  20. 如請求項15之天線，其進一步包含至少一個調諧元件，其中該第一天線路徑及該第二天線路徑包含藉由該調諧元件連接的金屬帶。
  21. 如請求項15之天線，其中該平面型諧振元件包含至少兩個臂，且其中該等臂中之至少一者具有一彎曲。
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