CN106374238A - 移动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种移动装置，包括：一接地面、一天线元件，以及一或多个环形共振器。该接地面具有一第一区域和一第二区域。该天线元件设置于该第一区域。该多个环形共振器设置于该第二区域。每一该多个环形共振器分别包括一第一环圈结构和一第二环圈结构。该多个环形共振器用于增强该天线元件于一天顶方向的辐射增益。

Description

移动装置

技术领域

本发明涉及一种移动装置，特别是涉及一种移动装置及其天线元件。

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(Long Term Evolution)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。

全球定位系统(Global Positioning System，GPS)是现今无线通讯中一种重要的定位技术，几乎已成为所有移动装置的标准配备。然而，由于移动装置的内部空间狭小，常常无法令全球定位系统天线的最大增益方向能完全指向天顶，因此造就许多定位不精准的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种移动装置，包括：一接地面，具有一第一区域和一第二区域；一天线元件，设置于该第一区域；以及一或多环形共振器，设置于该第二区域，其中每一该多个环形共振器分别包括一第一环圈结构和一第二环圈结构。

在一些实施例中，该天线元件为一全球定位系统天线，并朝向一天顶方向。

在一些实施例中，该多个环形共振器用于增强该天线元件于该天顶方向的辐射增益。

在一些实施例中，该第一环圈结构和该第二环圈结构彼此完全分离。

在一些实施例中，该第一环圈结构具有一第一缺口，该第二环圈结构具有一第二缺口，而该第一缺口与该第二缺口不互相重叠。

在一些实施例中，该第一环圈结构和该第二环圈结构大致为相同尺寸的正方形。

在一些实施例中，该天线元件和该多个环形共振器都共振于一全球定位系统频带。

在一些实施例中，该移动装置包括八个环形共振器，四个环形共振器位于该第二区域的一第一侧并排列成一直线，另外四个环形共振器位于该第二区域的一第二侧并排列成另一直线，而该第二侧相对于该第一侧。

在一些实施例中，该多个环形共振器沿着该第二区域的一中心线呈现线对称分布。

在一些实施例中，该天线元件为一平面倒F字形天线，并位于该第一区域的一第一侧。

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2A为本发明一实施例所述的环形共振器的示意图；

图2B为本发明一实施例所述的环形共振器的等效电路图；

图3为本发明一实施例所述的移动装置的天线元件的返回损失图；

图4A为移动装置不具任何环形共振器时天线元件的三维增益图；

图4B为本发明一实施例所述的移动装置具有该多个环形共振器时天线元件的三维增益图；

图5为本发明一实施例所述的环形共振器的示意图；以及

图6为本发明一实施例所述的环形共振器的示意图。

符号说明

100～移动装置；

110～接地面；

111～接地面的第一区域；

112～接地面的第二区域；

113～第一区域的第一侧；

114～第一区域的第二侧；

115～第二区域的第一侧；

116～第二区域的第二侧；

120～天线元件；

130、530、630～环形共振器；

131、531、631～第一环圈结构；

132、532、632～第二环圈结构；

133～第一缺口；

134～第二缺口；

135～等效电容器；

136～等效电感器；

150～中心线；

A1～第一环圈结构的边长；

A2～第二环圈结构的边长；

CC1～第一曲线；

CC2～第二曲线；

D1～天线元件和环形共振器的间距；

D2～邻近环形共振器的间距；

D3～第一环圈结构和第二环圈结构的间距；

G1～第一缺口的宽度；

G2～第二缺口的宽度；

X～座标X轴；

Y～座标Y轴；

Z～座标Z轴。

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。请一并参考图1A、图1B。移动装置100可以是一智能型手机(Smart Phone)、一平板电脑(TabletComputer)，或是一笔记型电脑(Notebook Computer)。如图1A、图1B所示，移动装置100至少包括：一接地面110、一天线元件120，以及一或多个环形共振器(Ring Resonator)130。接地面110、天线元件120，以及该多个环形共振器130都可用导体材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。必须理解的是，移动装置100还可包括其他元件，例如：一处理器、一显示器、一触控模块、一电池，以及一外壳(未显示)。

接地面110大致为一矩形，并具有一第一区域111和一第二区域112，其中第一区域111位于接地面110的上半部并朝向一天顶方向(例如：图中+Z轴方向)，而第二区域112位于接地面110的下半部并朝向一地面方向(例如：图中-Z轴方向)。天线元件120设置于接地面110的第一区域111。天线元件120的形状、种类在本发明中并不特别做限制。例如，天线元件120可以是一单极天线(Monopole Antenna)、一偶极天线(Dipole Antenna)、一回圈天线(Loop Antenna)、一螺旋天线(Helical Antenna)、一平面倒F字形天线(PlanarInverted F Antenna，PIFA)，或是一芯片天线(Chip Antenna)。该多个环形共振器130设置于接地面110的第二区域112。该多个环形共振器130的数量、形状在本发明中也不特别做限制。例如，移动装置100可包括一个、二个、四个、八个、十六个，或更多个环形共振器130，其中这些环形共振器130可以大致为正方形、长方形、三角形，或是其他不规则形状。

在图1A、图1B的实施例中，移动装置100内的元件配置可如下列所述。必须理解的是，这些内容仅为举例说明，使读者易于理解，并非用于限制本发明的专利范围。

天线元件120为一全球定位系统(Global Positioning System，GPS)天线。例如，天线元件120可以是一平面倒F字形天线，并由一信号源190所激发。天线元件120设置于第一区域112的一第一侧113，以形成一不对称分布，并朝向天顶方向(图中+Z轴方向)。在另一些实施例中，天线元件120也可设置于第一区域112的一第二侧114。移动装置100共包括八个环形共振器130，其中四个环形共振器130位于第二区域112的一第一侧115并排列成一直线，而另外四个环形共振器130位于第二区域112的一第二侧116并排列成另一直线。第二区域112的第一侧115和第二侧116彼此相对，而前述二条排列直线则互相平行。换言之，该多个环形共振器130沿着第二区域112的一中心线150呈现线对称分布。每一环形共振器130的所在的平面都大致与接地面110互相垂直。

图2A显示根据本发明一实施例所述的环形共振器130的示意图。如图2A所示，每一环形共振器130分别包括一第一环圈结构131和一第二环圈结构132。在一些实施例中，第一环圈结构131和一第二环圈结构132分别设置于一软性电路板(Flexible Printed Circuit Board，FPCB)的相对二表面上。在另一些实施例中，第一环圈结构131和一第二环圈结构132设置于移动装置100的一外壳或一背盖上。天线元件120和该多个环形共振器130都共振于一全球定位系统频带，其中该多个环形共振器130可用于增强天线元件120于天顶方向的辐射增益(Gain)。详细而言，第一环圈结构131和第二环圈结构132可以大致为相同尺寸的空心正方形。第一环圈结构131和第二环圈结构132彼此完全分离，且互相平行设置。第一环圈结构131具有一第一缺口133，第二环圈结构132具有一第二缺口134，其中第一缺口133与第二缺口134不互相重叠。第一缺口132和第二缺口133可分别位于环形共振器130的相对二侧边。第一环圈结构131和第二环圈结构132沿着二者的一中心点呈现点对称分布。例如，若将第一环圈结构131的形状旋转180度，其即等同于第二环圈结构132的形状。本发明并不仅限于此，在其他实施例中，第一环圈结构131和第二环圈结构132也可具有不同的形状和尺寸。

图2B显示根据本发明一实施例所述的环形共振器130的等效电路图。如图2B所示，包括第一环圈结构131和第二环圈结构132的环形共振器130可形成一等效电路，其具有一等效电容器135和一等效电感器136。等效电容器135与等效电感器136互相串联。此等效电路的共振频率可如公式(1)所述：

$F=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\×\frac{1}{\sqrt{Lc}}\mathrm{...}\left(1\right)$

其中F代表等效电路的共振频率，C代表等效电容器135的一电容值，而L代表等效电感器136的一电感值。

为了取得所需的共振频率F，前述电容值C、电感值L可以通过调整环形共振器130的尺寸来进行控制。举例而言，当第一环圈结构131的边长A1或第二环圈结构132的边长A2变长时，电感值L将会上升，且共振频率F将会下降；当第一环圈结构131的边长A1或第二环圈结构132的边长A2变短时，电感值L将会下降，且共振频率F将会上升。当第一缺口133的宽度G1或第二缺口134的宽度G2变宽时，电感值L将会上升，且共振频率F将会下降；当第一缺口133的宽度G1或第二缺口134的宽度G2变窄时，电感值L将会下降，且共振频率F将会上升。当第一环圈结构131和第二环圈结构132的间距D3变长时，电容值C将会下降，且共振频率F将会上升；当第一环圈结构131和第二环圈结构132的间距D3变短时，电容值C将会上升，且共振频率F将会下降。因此，天线设计者可以轻易地控制该多个环形共振器130的共振频率，使之与天线元件120的共振频率相一致。

图3显示根据本发明一实施例所述的移动装置100的天线元件120的返回损失(Return Loss)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表返回损失(dB)。第一曲线CC1代表未加入任何环形共振器时天线元件120的操作特性，其共振频率约介于1525MHz至1595MHz之间。第二曲线CC2代表加入该多个环形共振器130后天线元件120的操作特性，其共振频率约介于1495MHz至1655MHz之间。根据图3的量测结果可知，在加入该多个环形共振器130之后，天线元件120的频宽约较原始频宽增加约2.2％，因此，该多个环形共振器130有助于改善天线元件120的阻抗匹配。

图4A显示移动装置100不具任何环形共振器时天线元件120的三维增益图，此时天线元件120于天顶方向(图中+Z轴方向)的天线增益约为-0.81dBi。图4B显示根据本发明一实施例所述的移动装置100具有该多个环形共振器130时天线元件120的三维增益图，此时天线元件120于天顶方向(图中+Z轴方向)的天线增益约为1.6dBi。根据图4A、图4B的量测结果可知，在移动装置100加入该多个环形共振器130之后，天线元件120于天顶方向的辐射增益可显著上升2.4dBi，此有助于改善所对应的全球定位系统的性能。

图5显示根据本发明一实施例所述的环形共振器530的示意图。在图5的实施例中，环形共振器530包括一第一环圈结构531和一第二环圈结构532，其中第一环圈结构531和第二环圈结构532大致为相同尺寸的空心圆形，并具有边缘缺口。环形共振器530可应用于前述的移动装置100当中，其效果与图2A的环形共振器130相近似。

图6显示根据本发明一实施例所述的环形共振器630的示意图。在图6的实施例中，环形共振器630包括一第一环圈结构631和一第二环圈结构632，其中第一环圈结构631和第二环圈结构632大致为相同尺寸的空心椭圆形，并具有边缘缺口。环形共振器630可应用于前述的移动装置100当中，其效果与图2A的环形共振器130相近似。

在一些实施例中，移动装置100的元件尺寸可如下列所述。请再次参考图1A、图1B、图2A。天线元件120和最近的环形共振器130的间距D1约介于6mm至8mm之间，优选为7mm。相邻二个环形共振器130的间距D2约介于0.5mm至1.5mm之间，优选为1mm。第一环圈结构131的边长A1约介于11mm至17mm之间，优选为14mm。第一缺口133的宽度G1约介于2mm至4mm之间，优选为3mm。第二环圈结构132的边长A2约介于11mm至17mm之间，优选为14mm。第二缺口134的宽度G2约介于2mm至4mm之间，优选为3mm。第一环圈结构131和第二环圈结构132的间距D3约介于0.25mm至0.75mm之间，优选为0.5mm。

本发明提供一种结合天线元件和环形共振器的移动装置，其中环形共振器和天线元件可共振于相同频率，在此设计下，环形共振器可用于改变接地面上的表面电流分布，并修正天线元件的辐射场型，进而使得天线元件的最高增益处能有效地指向天顶方向。与传统技术相比，本发明至少具有提高天顶方向的天线增益、改善全球定位系统的性能、降低成本，以及简化天线结构等优点，其很适合应用于各种小型化的移动通讯装置当中。

值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状、以及频率范围均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。另外，本发明的移动装置并不仅限于图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 (10)

1.一种移动装置，包括：

接地面，具有第一区域和第二区域；

天线元件，设置于该第一区域；以及

一或多环形共振器，设置于该第二区域，其中每一该多个环形共振器分别包括第一环圈结构和第二环圈结构。

2.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线元件为一全球定位系统天线，并朝向一天顶方向。

3.如权利要求2所述的移动装置，其中该多个环形共振器用于增强该天线元件于该天顶方向的辐射增益。

4.如权利要求1所述的移动装置，其中该第一环圈结构和该第二环圈结构彼此完全分离。

5.如权利要求1所述的移动装置，其中该第一环圈结构具有第一缺口，该第二环圈结构具有第二缺口，而该第一缺口与该第二缺口不互相重叠。

6.如权利要求1所述的移动装置，其中该第一环圈结构和该第二环圈结构大致为相同尺寸的正方形。

7.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线元件和该多个环形共振器都共振于一全球定位系统频带。

8.如权利要求1所述的移动装置，其中该移动装置包括八个环形共振器，四个环形共振器位于该第二区域的第一侧并排列成一直线，另外四个环形共振器位于该第二区域的第二侧并排列成另一直线，而该第二侧相对于该第一侧。

9.如权利要求1所述的移动装置，其中该多个环形共振器沿着该第二区域的一中心线呈现线对称分布。

10.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线元件为一平面倒F字形天线，并位于该第一区域的一第一侧。