CN105576340A - 移动装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种移动装置及其制造方法，该移动装置包括：一接地元件、一辐射部、一第一短路部、一第二短路部，以及一切换元件。该辐射部具有一馈入点、一固定接地点，以及一可切换接地点。该固定接地点经由该第一短路部耦接至该接地元件。该可切换接地点经由该第二短路部和该切换元件耦接至该接地元件。该辐射部、该第一短路部、该第二短路部，以及该切换元件共同形成一天线结构。

Description

移动装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种移动装置，特别是涉及一种包括天线结构的移动装置。
背景技术
随着移动通讯技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式电脑、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求，移动装置通常具有无线通讯的功能。有些涵盖长距离的无线通讯范围，例如：移动电话使用2G、3G、LTE(LongTermEvolution)系统及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的频带进行通讯，而有些则涵盖短距离的无线通讯范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通讯。
在现有的技术中，常以固定尺寸的一金属部作为移动装置的天线主体，而此金属部的长度需等于所需频带对应的二分之一波长或四分之一波长。传统的设计方式限制了金属部的大小以及形状，增加了外观设计的难度，而固定尺寸的金属部也无法用于涵盖多重频带。
发明内容
为解决上述问题，在优选实施例中，本发明提供一种移动装置，包括：一接地元件；一辐射部，具有一馈入点、一固定接地点，以及一可切换接地点；一第一短路部，其中该固定接地点经由该第一短路部耦接至该接地元件；一切换元件；一第二短路部，其中该可切换接地点经由该第二短路部和该切换元件耦接至该接地元件；其中该辐射部、该第一短路部、该第二短路部，以及该切换元件共同形成一天线结构。
在一些实施例中，通过选择性地导通或断开该切换元件，能使得该天线结构操作于多重频带。在一些实施例中，该天线结构还包括：一可变电容器，其中一信号源经由该可变电容器耦接至该馈入点。在一些实施例中，通过调整该可变电容器的一电容值，能使得该天线结构操作于多重频带。在一些实施例中，该辐射部具有相对的一第一端和一第二端，该固定接地点较该可切换接地点更靠近该第二端，该可切换接地点较该固定接地点更靠近该第一端，而该馈入点靠近该固定接地点。在一些实施例中，当该切换元件断开且该可变电容器提供一较大电容值时，由该固定接地点向左延伸至该第一端之间形成一第一共振路径，而该第一共振路径激发产生一第一低频频带。在一些实施例中，该第一低频频带约介于704MHz至850MHz之间。在一些实施例中，该较大电容值约为3.3pF。在一些实施例中，当该切换元件导通且该可变电容器提供一较小电容值时，由该可切换接地点向右延伸至该第二端之间形成一第二共振路径，而该第二共振路径激发产生一第二低频频带。在一些实施例中，该第二低频频带约介于850MHz至960MHz之间。在一些实施例中，该较小电容值约为0.8pF。在一些实施例中，该第一共振路径的长度约为该第二共振路径的长度的1.1倍至1.5倍。在一些实施例中，该第一共振路径与该第二共振路径至少部分重叠，且该二共振路径的延伸方向也为反向。在一些实施例中，当该切换元件断开且该可变电容器提供一较大电容值时，由该固定接地点至该第二端之间形成一第三共振路径，而该第三共振路径激发产生一高频频带。在一些实施例中，该高频频带约介于1710MHz至2170MHz之间，以及约介于2300MHz至2700MHz之间。在一些实施例中，当该切换元件导通且该可变电容器提供一较小电容值时，由该固定接地点至该第二端之间形成一第三共振路径，而该第三共振路径激发产生一高频频带。在一些实施例中，该高频频带约介于2170MHz至2300MHz之间。在一些实施例中，该辐射部大致为一狭长矩形平面。在一些实施例中，该辐射部大致平行于该接地元件，而该第一短路部和该第二短路部都大致垂直于该辐射部和该接地元件。在一些实施例中，该第一短路部和该第二短路部各自为一金属弹片。在一些实施例中，该移动装置还包括：一外壳，其中该辐射部形成该外壳的一部分。在一些实施例中，该移动装置还包括：一或多电子零件，设置于该天线结构的该辐射部上。
在优选实施例中，本发明提供一种移动装置的制造方法，包括：提供一接地元件、一辐射部、一第一短路部、一第二短路部，以及一切换元件；将该辐射部的一馈入点耦接至一信号源；将该辐射部的一固定接地点经由该第一短路部耦接至该接地元件；将该辐射部的一可切换接地点经由该第二短路部和该切换元件耦接至该接地元件；以及利用该辐射部、该第一短路部、该第二短路部，以及该切换元件形成一天线结构。
在一些实施例中，该制造方法还包括：将一可变电容器耦接于该馈入点和该信号源之间，并作为该天线结构的一部分。
附图说明
图1A为本发明一实施例所述的移动装置的俯视图；
图1B为本发明一实施例所述的移动装置的侧视图；
图2为本发明一实施例所述的移动装置的侧视图；
图3为本发明一实施例所述的移动装置的俯视图；
图4为本发明一实施例所述的移动装置的天线结构的操作频带图；
图5为本发明一实施例所述的移动装置的俯视图；
图6为本发明一实施例所述的移动装置的制造方法的流程图。
符号说明
100、200、500～移动装置；
110～接地元件；
112～接地元件的突出接地部；
120～辐射部；
121～辐射部的第一端；
122～辐射部的第二端；
131～馈入点；
132～固定接地点；
133～可切换接地点；
141～第一短路部；
142～第二短路部；
150～切换元件；
160～可变电容器；
190～信号源；
570～电子零件；
CC1～第一曲线；
CC2～第二曲线；
RA1～第一共振路径；
RA2～第二共振路径；
RA3～第三共振路径。
具体实施方式
为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下。
图1A显示根据本发明一实施例所述的移动装置100的俯视图。图1B显示根据本发明一实施例所述的移动装置100的侧视图。例如，移动装置100可以是一智能型手机(Smartphone)、一平板电脑(TabletComputer)，或是一笔记型电脑(NotebookComputer)。请一并参考图1A、图1B。在图1A、图1B的实施例中，移动装置100至少包括：一接地元件110、一辐射部120、一第一短路部141、一第二短路部142，以及一切换元件150。接地元件110、辐射部120、第一短路部141，以及第二短路部142可以用金属制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。接地元件110可以是一金属平面，并设置于一介质基板(DielectricSubstrate)上(未绘示)，例如：一FR4(FlameRetardant4)基板，或是一系统电路板。辐射部120、第一短路部141、第二短路部142，以及切换元件150共同形成一天线结构。必须理解的是，除了天线结构以外，移动装置100还可包括其他元件，例如：一显示器、一处理器、一扬声器、一触控模块、一供电模块，以及一外壳(未显示)。
接地元件110可包括一突出接地部112，其中突出接地部112可以大致为一倒L字形。辐射部120可以大致为一狭长矩形平面。辐射部120具有一馈入点131、一固定接地点132，以及一可切换接地点133。更详细而言，辐射部120具有相对的一第一端121和一第二端122，其中固定接地点132较可切换接地点133更靠近第二端122，可切换接地点133较固定接地点132更靠近第一端121，而馈入点131更靠近固定接地点132。辐射部120也可具有其他不同形状，例如：一L字形、一J字形，或是一U字形。馈入点131可以耦接至一信号源190。例如，信号源190可以是一射频(RadioFrequency，RF)模块，其可用于激发天线结构。固定接地点132经由第一短路部141耦接至接地元件110的突出接地部112。可切换接地点133经由第二短路部142和切换元件150耦接至接地元件110的突出接地部112。
如图1B所示，辐射部120可以大致平行于接地元件110，而第一短路部141和第二短路部142可以都大致垂直于辐射部120和接地元件110。第一短路部141和第二短路部142可以各自为一顶针(PogoPin)或是一金属弹片(MetalSpring)。切换元件150可以是一通道闸(TransmissionGate)、一开关(Switch)或是一金属氧化物半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)。切换元件150可根据来自一处理器(未显示)的一控制信号来选择性地导通或断开。前述控制信号可由一使用者输入指令决定，或是由一侦测器(未显示)其侦测附近的电磁波频率而决定。当切换元件150导通时，辐射部120将同时经由固定接地点132和可切换接地点133来接地，而当切换元件150断开时，辐射部120将仅经由固定接地点132来接地。此二种切换状态可提供不同共振路径和阻抗匹配。因此，通过选择性地导通或断开切换元件150，能使得天线结构操作于多重频带，是以本发明可以在不改变天线结构整体尺寸的情况下，达成多频操作和宽频操作的效果。
图2显示根据本发明一实施例所述的移动装置200的侧视图。图2和图1B相似，两者的差异在于，移动装置200的天线结构还包括一可变电容器160。可变电容器160耦接于信号源190和馈入点131之间。亦即，信号源190的馈入信号经由可变电容器160来馈入并激发天线结构。可变电容器160可以是一变容二极管(VaractorDiodes)。可变电容器160可以根据来自一处理器(未显示)的一控制信号来提供各种不同电容值。举例而言，可变电容器160的电容值可为0.8pF、1.2pF、1.6pF、3.3pF其中之一者。前述控制信号可由一使用者输入指令决定，或是由一侦测器(未显示)其侦测附近的电磁波频率而决定。可变电容器160可用于改变天线结构的馈入路径的阻抗值，进而控制天线结构的等效共振长度。通过调整可变电容器160的电容值，也能使得天线结构操作于多重频带。图2的移动装置200的其余特征都与图1A、图1B的移动装置100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
必须注意的是，图1B、图2的侧视图为使读者能易于理解其元件的连接关系，实际上，前述的切换元件150、可变电容器160，以及信号源190都可直接设置于接地元件110的表面上。
图3显示根据本发明一实施例所述的移动装置300的俯视图。在图3的实施例中，切换元件150和可变电容器160合并使用以共同改良天线结构的性能，其天线原理可如下列所述。当切换元件150断开且可变电容器160提供一较大电容值C1时，由固定接地点132向左延伸至辐射部120的第一端121(即开路端)之间形成一第一共振路径RA1，而第一共振路径RA1用于激发产生一第一低频频带。当切换元件150导通且可变电容器160提供一较小电容值C2时，由可切换接地点133向右延伸至辐射部120的第二端122(即开路端)之间形成一第二共振路径RA2，而第二共振路径RA2用于激发产生一第二低频频带，其中第一共振路径RA1与第二共振路径RA2至少部分重叠，且两开路端相对配置。在优选设计中，第一共振路径RA1的长度约为第二共振路径RA2的长度的1.1倍至1.5倍，故本实施例中的该等共振路径除了有效长度不同外，其共振路径的延伸方向也为反向。另外，当切换元件150断开且可变电容器160提供该较大电容值C1时，由固定接地点132至辐射部120的第二端122之间形成一第三共振路径RA3，而第三共振路径RA3可用于激发产生一第一高频频带。再者，当切换元件150导通且可变电容器160提供该较小电容值C2时，由于可变电容器160的电器特性影响，原本由第三共振路径RA3所激发出的该高频频带会向往更高频处偏移，而形成一第二高频频带。
图4显示根据本发明一实施例所述的移动装置300的天线结构的操作频带图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表电压驻波比(VoltageStandingWaveRatio，VSWR)。第一曲线CC1代表当切换元件150断开且可变电容器160提供较大电容值(例如：3.3pF)时天线结构的操作频率与电压驻波比的关系。根据第一曲线CC1可知，天线结构的第一低频频带约介于704MHz至850MHz之间，而天线结构的高频频带约介于1710MHz至2170MHz之间，以及约介于2300MHz至2700MHz之间。第二曲线CC2代表当切换元件150导通且可变电容器160提供较小电容值(例如：0.8pF)时天线结构的操作频率与电压驻波比的关系。根据第二曲线CC2可知，天线结构的第二低频频带约介于850MHz至960MHz之间，而天线结构的高频频带约介于2170MHz至2300MHz之间。因此，通过适当地控制切换开关150和调整可变电容器160的电容值，从操作频带图中可看出在低频及高频部分的频宽都有显著的增加，故本发明的天线结构将至少可涵盖LTEB17/B13/B20/GSM850/900/DCS1800/PCS1900/UMTS2100/LTEB38/B40/B41/B7的多重频带操作。
根据实际量测结果，移动装置200的天线结构于第一低频频带和第二低频频带中的天线效率都可达44％以上，而于高频频带中的天线效率则可达70.4％以上，其已可符合一般移动通讯装置的实际应用需求。整体而言，移动装置200的长度可约为157mm，宽度可约为76mm，高度可约为4mm。另外，天线结构的长度可约为13mm，宽度可约为76mm，高度可约为0.8mm。本发明的移动装置及天线结构可在小尺寸的条件下依然能支援宽频及多频操作，其很适合应用于各种小型化的无线通讯产品当中。
图5显示根据本发明一实施例所述的移动装置500的俯视图。图5和图1A相似，两者的差异在于，移动装置500还包括一或多个电子零件570，例如：一扬声器、一相机，或(且)一耳机插孔。这些电子零件570设置于移动装置500的天线结构的辐射部120上，并可以视为天线结构的一部分，因此，这些电子零件570不会对天线结构的辐射特性造成太大影响。在图5的实施例中，天线结构可承载一或多个电子零件570并做适切地整合，故可有效地节省移动装置500内部的设计空间。另外，辐射部120也可设计为移动装置500的一外壳的一部分，在此种情况下，由辐射部120所形成的外壳为金属材质的天线共振腔，其不仅不会影响天线结构的辐射场型，还可增强天线结构的辐射效率，更可将容易对天线造成不良影响的金属转化为天线结构的一部分。图5的移动装置500的其余特征都与图1A、图1B的移动装置100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图6显示根据本发明一实施例所述的移动装置的制造方法的流程图。首先，在步骤S610，提供一接地元件、一辐射部、一第一短路部、一第二短路部，以及一切换元件。在步骤S620，将辐射部的一馈入点耦接至一信号源。在步骤S630，将辐射部的一固定接地点经由第一短路部耦接至接地元件。在步骤S640，将辐射部的一可切换接地点经由第二短路部和切换元件耦接至接地元件。最后，利用辐射部、第一短路部、第二短路部，以及切换元件形成一天线结构。此制造方法还可包括：将一可变电容器耦接于信号源和馈入点之间，并作为天线结构的一部分。必须理解的是，以上步骤无需依次序执行，且图1-图5的实施例的任何一或多项特征都可套用至图6所示的制造方法。
本发明提供一种新颖的移动装置，其包括小尺寸及多频带的天线结构。通过控制天线结构中的切换元件或(且)可变电容器，此种天线结构可以在不改变整体尺寸的情况下支援多频带宽频操作，是以本发明可应用于现今具有多功能整合的移动通讯装置中。
值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状，以及频率范围都非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的移动装置及制造方法并不仅限于图1-图6所图示的状态。本发明可以仅包括图1-图6的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均需同时实施于本发明的移动装置及制造方法当中。
在本说明书以及权利要求中的序数，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。
虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (24)

1.一种移动装置，包括：
接地元件；
辐射部，具有馈入点、固定接地点，以及可切换接地点；
第一短路部，其中该固定接地点经由该第一短路部耦接至该接地元件；
切换元件；
第二短路部，其中该可切换接地点经由该第二短路部和该切换元件耦接至该接地元件；
其中该辐射部、该第一短路部、该第二短路部，以及该切换元件共同形成一天线结构。
2.如权利要求1所述的移动装置，其中通过选择性地导通或断开该切换元件，能使得该天线结构操作于多重频带。
3.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线结构还包括：
可变电容器，其中一信号源经由该可变电容器耦接至该馈入点。
4.如权利要求3所述的移动装置，其中通过调整该可变电容器的一电容值，能使得该天线结构操作于多重频带。
5.如权利要求3所述的移动装置，其中该辐射部具有相对的第一端和第二端，该固定接地点较该可切换接地点更靠近该第二端，该可切换接地点较该固定接地点更靠近该第一端，而该馈入点靠近该固定接地点。
6.如权利要求5所述的移动装置，其中当该切换元件断开且该可变电容器提供一较大电容值时，由该固定接地点向左延伸至该第一端之间形成一第一共振路径，而该第一共振路径激发产生一第一低频频带。
7.如权利要求6所述的移动装置，其中该第一低频频带约介于704MHz至850MHz之间。
8.如权利要求6所述的移动装置，其中该较大电容值约为3.3pF。
9.如权利要求6所述的移动装置，其中当该切换元件导通且该可变电容器提供一较小电容值时，由该可切换接地点向右延伸至该第二端之间形成一第二共振路径，而该第二共振路径激发产生一第二低频频带。
10.如权利要求9所述的移动装置，其中该第二低频频带约介于850MHz至960MHz之间。
11.如权利要求9所述的移动装置，其中该较小电容值约为0.8pF。
12.如权利要求9所述的移动装置，其中该第一共振路径的长度约为该第二共振路径的长度的1.1倍至1.5倍。
13.如权利要求9所述的移动装置，其中该第一共振路径与该第二共振路径至少部分重叠，且该二共振路径的延伸方向也为反向。
14.如权利要求5所述的移动装置，其中当该切换元件断开且该可变电容器提供一较大电容值时，由该固定接地点至该第二端之间形成一第三共振路径，而该第三共振路径激发产生一高频频带。
15.如权利要求14所述的移动装置，其中该高频频带约介于1710MHz至2170MHz之间，以及约介于2300MHz至2700MHz之间。
16.如权利要求5所述的移动装置，其中当该切换元件导通且该可变电容器提供一较小电容值时，由该固定接地点至该第二端之间形成一第三共振路径，而该第三共振路径激发产生一高频频带。
17.如权利要求16所述的移动装置，其中该高频频带约介于2170MHz至2300MHz之间。
18.如权利要求1所述的移动装置，其中该辐射部大致为一狭长矩形平面。
19.如权利要求1所述的移动装置，其中该辐射部大致平行于该接地元件，而该第一短路部和该第二短路部都大致垂直于该辐射部和该接地元件。
20.如权利要求1所述的移动装置，其中该第一短路部和该第二短路部各自为一金属弹片。
21.如权利要求1所述的移动装置，还包括：
外壳，其中该辐射部形成该外壳的一部分。
22.如权利要求1所述的移动装置，还包括：
一或多电子零件，设置于该天线结构的该辐射部上。
23.一种移动装置的制造方法，包括：
提供一接地元件、一辐射部、一第一短路部、一第二短路部，以及一切换元件；
将该辐射部的一馈入点耦接至一信号源；
将该辐射部的一固定接地点经由该第一短路部耦接至该接地元件；
将该辐射部的一可切换接地点经由该第二短路部和该切换元件耦接至该接地元件；以及
利用该辐射部、该第一短路部、该第二短路部，以及该切换元件形成一天线结构。
24.如权利要求23所述的制造方法，还包括：
将一可变电容器耦接于该信号源和该馈入点之间，并作为该天线结构的一部分。
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