CN107579334A - 移动装置 - Google Patents

Abstract

一种移动装置，包括一系统接地面和一天线系统。该天线系统包括：一介质基板、一天线接地面、一辐射部，以及至少一馈入部。该天线接地面是耦接至该系统接地面。该馈入部是耦接至一信号源，并介于该辐射部和该天线接地面之间，其中该馈入部是与该辐射部完全分离。该辐射部是由该馈入部所耦合激发。

Description

移动装置

技术领域

本发明涉及一种移动装置，特别涉及一种移动装置及其天线系统。

背景技术

随着移动通信技术的发达，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信的功能。有些涵盖长距离的无线通信范围，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的频带进行通信，而有些则涵盖短距离的无线通信范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通信。

天线系统为支持无线通信的移动装置中不可或缺的元件。然而，由于移动装置内部空间狭小，各个天线的配置往往极为接近，容易互相干扰。传统设计通常通过将天线元件之间距加长来提升隔离度(Isolation)，但此法又造成天线系统的整体尺寸过大。因此，有必要设计出一种全新的天线系统，以解决前述所有问题。

发明内容

在较佳实施例中，本发明提供一种移动装置，包括：一系统接地面；以及一天线系统，包括：一介质基板；一天线接地面，耦接至该系统接地面；一辐射部；以及一第一馈入部，耦接至一第一信号源，并介于该辐射部和该天线接地面之间，其中该第一馈入部是与该辐射部完全分离。

在一些实施例中，该辐射部是由该第一馈入部所耦合激发，以产生一低频频带和一高频频带。

在一些实施例中，该低频频带是介于2400MHz至2500MHz之间，而该高频频带是介于5150MHz至5850MHz之间。

在一些实施例中，该辐射部的长度为该低频频带的0.5倍波长。

在一些实施例中，该第一馈入部的长度为该高频频带的0.25倍波长。

在一些实施例中，该辐射部和该第一馈入部之间形成一第一耦合间隙，而该第一耦合间隙的宽度介于0.15mm至0.35mm之间。

在一些实施例中，该天线系统还包括：一第二馈入部，耦接至一第二信号源，并介于该辐射部和该天线接地面之间，其中该第二馈入部是与该辐射部完全分离。

在一些实施例中，该辐射部还由该第二馈入部所耦合激发，以产生一低频频带和一高频频带，其中该第二馈入部的长度为该高频频带的0.25倍波长。

在一些实施例中，该辐射部和该第二馈入部之间形成一第二耦合间隙，而该第二耦合间隙的宽度介于0.15mm至0.35mm之间。

在一些实施例中，该移动装置为一笔记本电脑，该笔记本电脑还包括一上盖和一下盖，一显示器是内嵌于该上盖中，而该天线系统是设置于该显示器和该上盖的一边缘之间，且邻近于该上盖的一角落处。

附图说明

图1是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的示意图；

图2是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的示意图；

图3是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的天线系统的电压驻波比图；

图4是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的天线系统的电压驻波比图；

图5是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的天线系统的S参数图；

图6是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的示意图；

图7A是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的天线系统于低频频带的传输率图；

图7B是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的天线系统于高频频带的传输率图；

图8是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的天线系统的电压驻波比图；

图9A是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的天线系统的辐射场型图；以及

图9B是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的天线系统的辐射场型图。

附图标记说明：

100、200、600～移动装置；

110～系统接地面；

111～系统接地面的边缘；

120、220～天线系统；

130～介质基板；

140～天线接地面；

150～辐射部；

151～辐射部的第一端；

152～辐射部的第二端；

160～第一馈入部；

170～第二馈入部；

180～天线窗；

191～第一信号源；

192～第二信号源；

610～上盖；

615～显示器；

620～下盖；

611、612～上盖的角落；

CC1～第一曲线；

CC2～第二曲线；

CC3～第三曲线；

CC4～第四曲线；

CC5～第五曲线；

CC6～第六曲线；

D1、D2～间距；

L1、L2、L3～长度；

GC1～第一耦合间隙；

GC2～第二耦合间隙；

X～X轴；

Y～Y轴；

Z～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，并配合说明书附图，作详细说明如下。

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包含」及「包括」一词为开放式的用语，故应解释成「包含但不仅限定于」。「大致」一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，「耦接」一词在本说明书中包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。

图1是显示根据本发明一实施例所述的移动装置100的示意图。移动装置100可以是一智能手机(Smart Phone)、一平板电脑(Tablet Computer)，或是一笔记本电脑(Notebook Computer)。如图1所示，移动装置100至少包括一系统接地面110和一天线系统120。系统接地面110可为一接地铜箔(Ground Copper Plane)。在一些实施例中，于系统接地面110的一边缘111处设计有一天线窗(Antenna Window)180，其中天线窗180可用非导体材质制成，使得电磁波能够穿透天线窗180而进行传递。在一些实施例中，天线系统120的垂直投影可以部分或全部位于天线窗180的内部。必须理解的是，虽然未显示于图1中，但移动装置100还可包括其他元件，例如：一触控面板、一处理器、一供电模块，以及一外壳。

天线系统120至少包括一介质基板(Dielectric Substrate)130、一天线接地面140、一辐射部150，以及一第一馈入部160。介质基板130可为一FR4(Flame Retardant 4)基板，其中天线接地面140、辐射部150，以及第一馈入部160皆设置于介质基板130的一表面上。天线接地面140、辐射部150，以及第一馈入部160皆可由导体材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。天线接地面140可经由一或多个穿透件(Via Element)耦接至系统接地面110。第一馈入部160是耦接至一第一信号源191，其中第一馈入部160是介于辐射部150和天线接地面140之间，而第一馈入部160是与辐射部150完全分离。换言之，辐射部150是处于一浮接状态(Float)。辐射部150是由第一馈入部160所耦合激发，以产生一低频频带和一高频频带。

图2是显示根据本发明一实施例所述的移动装置200的示意图。图2和图1相似。在图2的实施例中，移动装置200的一天线系统220还包括一第二馈入部170。第二馈入部170可由导体材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。第二馈入部170是耦接至一第二信号源192，其中第二馈入部170是介于辐射部150和天线接地面140之间，而第二馈入部170是与辐射部150完全分离。辐射部150还可由第二馈入部170所耦合激发，以产生前述的低频频带和高频频带。第一馈入部160和第二馈入部170可具有相同尺寸及形状，并可左右对称地配于介质基板130的表面上。在一些实施例中，辐射部150、第一馈入部160，以及第二馈入部170的垂直投影是完全位于天线窗180的内部，使得天线系统220的辐射场型不会受到邻近的金属元件所干扰。

在天线原理方面，天线系统220为一双耦合馈入式天线(Dual-Coupled-FeedAntenna)，其中辐射部150和第一馈入部160之间形成一第一耦合间隙GC1，而辐射部150和第二馈入部170之间形成一第二耦合间隙GC2。当天线系统220由第一信号源191所激发时，将形成从第一馈入部160经由第一耦合间隙GC1至辐射部150的一第一端151的一第一共振路径，以及形成从第一馈入部160经由第一耦合间隙GC1至辐射部150的一第二端151的一第二共振路径，其中第一共振路径用于产生前述的高频频带，而第二共振路径用于产生前述的低频频带。另外，当天线系统220由第二信号源192所激发时，将形成从第二馈入部170经由第二耦合间隙GC2至辐射部150的第二端152的一第三共振路径，以及形成从第二馈入部170经由第二耦合间隙GC2至辐射部150的第一端151的一第四共振路径，其中第三共振路径可产生前述的高频频带，而第四共振路径可产生前述的低频频带。因此，天线系统220可以在没有耦合接地(Coupling Grounding)机制的前提下，仍可同时涵盖高低频的双频带操作。

在一些实施例中，移动装置200的元件尺寸可如下列所述。介质基板130的长度约为40mm，宽度约为9mm。辐射部150为一直条形，其长度L1约为前述低频频带的0.5倍波长(λ/2)。第一馈入部160为一直条形，其长度L2约为前述高频频带的0.25倍波长(λ/4)。第二馈入部170为一直条形，其长度L3约为前述高频频带的0.25倍波长(λ/4)。第一耦合间隙GC1的宽度约介于0.15mm至0.35mm之间。第二耦合间隙GC2的宽度是介于0.15mm至0.35mm之间。第一馈入部160和天线接地面140的间距D1约介于0.45mm至0.65mm之间。第二馈入部170和天线接地面140的间距D2约介于0.45mm至0.65mm之间。以上元件尺寸范围是根据多次实验结果而得出，其可最佳化天线系统220的互相耦合效应和阻抗匹配(Impedance Matching)。

图3是显示根据本发明一实施例所述的移动装置200的天线系统220的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表电压驻波比。在图3的实施例中，当天线系统220由第一信号源191所激发时，第一馈入部160将与辐射部150发生共振，以产生约介于2400MHz至2500MHz之间的低频频带，以及约介于5150MHz至5850MHz之间的高频频带。

图4是显示根据本发明一实施例所述的移动装置200的天线系统220的电压驻波比图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表电压驻波比。在图4的实施例中，当天线系统220由第二信号源192所激发时，第二馈入部170将与辐射部150发生共振，以产生约介于2400MHz至2500MHz之间的低频频带，以及约介于5150MHz至5850MHz之间的高频频带。

图5是显示根据本发明一实施例所述的移动装置200的天线系统220的S参数图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表S21(或S12)参数(dB)。在图5的实施例中，是将第一信号源191设定为一第一埠(Port 1)，并将第二信号源192设定为一第二埠(Port 2)。如图5所示，在前述的低频频带和高频频带内，第一埠和第二埠之间的S21(或S12)参数皆在-7dB以下，此代表天线系统220的天线间隔离度(Isolation)尚在可接受范围内。

根据图3、4、5的量测结果可知，天线系统220可视为一2x2的MIMO(Multi-Inputand Multi-Output)天线组，其有助于提升移动装置200的天线分集增益(AntennaDiversity Gain)。详细而言，第一馈入部160和辐射部150可形成MIMO天线组的一第一耦合天线元件，而第二馈入部170和辐射部150可形成MIMO天线组的一第二耦合天线元件。另外，由于天线系统220的天线间隔离度还算足够，本发明将二支耦合天线元件设置于同一介质基板130上的MIMO配置方式可以大幅缩小天线系统220的整体尺寸。

图6是显示根据本发明一实施例所述的移动装置600的示意图。在图6的实施例中，移动装置600为一笔记本电脑，其包括一上盖(Upper Cover)610和一下盖(Lower Cover)620，其中一显示器615是内嵌于上盖610中。前述的天线系统220是设置于显示器615和上盖610的一边缘之间。必须注意的是，传统的MIMO天线系统通常是将二支独立的天线分别配置于上盖610的二相对角落611、612处，其天线间距可达200mm或更长，故将占用较大的净空区域(Clearance Region)。与此相比，本案的天线系统220可设计于单一介质基板130上，并只邻近于上盖610的一角落611或612处，其整体尺寸将可大幅缩小。因此，本发明很适合应用于各种小型化的移动通信装置。

图7A是显示根据本发明一实施例所述的移动装置600的天线系统220于低频频带的传输率(Throughput)图。图7B是显示根据本发明一实施例所述的移动装置600的天线系统220于高频频带的传输率图。请一并参考图2、6、7A、7B。在图7A、7B的实施例中，天线系统220是由0度(-Y轴方向)、90度(+X轴方向)、180度(+Y轴方向)，以及270度(-X轴方向)等不同方向角，并分别从近距离(近)、中距离(中)，以及远距离(远)等不同距离来进行传输率(Throughput)的量测。与传统包括二支独立天线的设计相比，可发现本发明的天线系统220具有相近甚至较佳的传输率，故其可同时具有缩小天线尺寸及提升传输率的双重优势。另一方面，根据实际量测结果，本发明的天线系统220于低频频带中的天线效率(AntennaEfficiency)可达约-2dB，于高频频带的天线效率可达约-4dB，且其辐射增益(RadiationGain)的最大值可达约3dBi，以上量测结果已可符合一般移动通信的实际应用需求。

图8是显示根据本发明一实施例所述的移动装置200的天线系统220的电压驻波比图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表电压驻波比。在图8的实施例中，当天线系统220由第一信号源191所激发和第二信号源192所激发时，第一馈入部160将与辐射部150发生共振(其操作频带如一第一曲线CC1所示)，而第二馈入部170将与辐射部150发生共振(其操作频带如一第二曲线CC2所示)，以产生约介于2400MHz至2500MHz之间的低频频带，以及约介于5150MHz至5850MHz之间的高频频带。与图3、4的量测结果相比较，可发现其间差异并不大。换言之，即使天线系统220同时由第一信号源191和第二信号源192所激发，亦不致影响天线系统220的各个天线元件原本的共振频率和操作特性。

图9A是显示根据本发明一实施例所述的移动装置200的天线系统220的辐射场型(Radiation Pattern)图。在图9A的实施例中，天线系统220是由第一信号源191所激发，其中一第三曲线CC3是代表天线系统220于低频频带的辐射场型，而一第四曲线CC4是代表天线系统220于高频频带的辐射场型。根据图9A的量测结果可知，无论在高、低频带，当天线系统220由第一信号源191所激发时，天线系统220的主波束方向大致是对准180度(+Y轴方向)的方位角，且其最大增益值可达约3dBi。

图9B是显示根据本发明一实施例所述的移动装置200的天线系统220的辐射场型图。在图9B的实施例中，天线系统220是由第二信号源192所激发，其中一第五曲线CC5是代表天线系统220于低频频带的辐射场型，而一第六曲线CC6是代表天线系统220于高频频带的辐射场型。根据图9B的量测结果可知，当天线系统220是由第二信号源192所激发时，无论在高、低频带，天线系统220的主波束方向亦大致对准180度(+Y轴方向)的方位角，且其最大增益值可达约3dBi。

值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状，以及频率范围皆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天线系统并不仅限于图1-7所图示的状态。本发明可以仅包括图1-7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须同时实施于本发明的移动装置及天线系统当中。

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。

本发明虽以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种移动装置，其特征在于，包括：

一系统接地面；以及

一天线系统，包括：

一介质基板；

一天线接地面，耦接至该系统接地面；

一辐射部；以及

一第一馈入部，耦接至一第一信号源，并介于该辐射部和该天线接地面之间，其中该第一馈入部是与该辐射部完全分离。

2.如权利要求1所述的移动装置，其中该辐射部是由该第一馈入部所耦合激发，以产生一低频频带和一高频频带。

3.如权利要求2所述的移动装置，其中该低频频带是介于2400MHz至2500MHz之间，而该高频频带是介于5150MHz至5850MHz之间。

4.如权利要求2所述的移动装置，其中该辐射部的长度为该低频频带的0.5倍波长。

5.如权利要求2所述的移动装置，其中该第一馈入部的长度为该高频频带的0.25倍波长。

6.如权利要求1所述的移动装置，其中该辐射部和该第一馈入部之间形成一第一耦合间隙，而该第一耦合间隙的宽度介于0.15mm至0.35mm之间。

7.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线系统还包括：

一第二馈入部，耦接至一第二信号源，并介于该辐射部和该天线接地面之间，其中该第二馈入部是与该辐射部完全分离。

8.如权利要求7所述的移动装置，其中该辐射部还由该第二馈入部所耦合激发，以产生一低频频带和一高频频带，其中该第二馈入部的长度为该高频频带的0.25倍波长。

9.如权利要求7所述的移动装置，其中该辐射部和该第二馈入部之间形成一第二耦合间隙，而该第二耦合间隙的宽度介于0.15mm至0.35mm之间。

10.如权利要求1所述的移动装置，其中该移动装置为一笔记本电脑，该笔记本电脑还包括一上盖和一下盖，一显示器是内嵌于该上盖中，而该天线系统是设置于该显示器和该上盖的一边缘之间，且邻近于该上盖的一角落处。