CN109962331A - 移动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种移动装置，其包括：一接地元件、一金属边框、一馈入连接部、一第一辐射部、一第二辐射部、一电容元件、一第一短路部、一第二短路部，以及一第三短路部。第一辐射部耦接至馈入连接部。第二辐射部包括一第一部分和一第二部分，其中馈入连接部经由第二辐射部耦接至金属边框。电容元件耦接于第二辐射部的第一部分和第二部分之间。第一短路部、第二短路部，以及第三短路部都耦接于金属边框和接地元件之间。接地元件、金属边框、馈入连接部、第一辐射部、第二辐射部、电容元件、第一短路部，以及第二短路部共同形成一天线结构。

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结构。
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。
为了追求造型美观，现今设计者常会在移动装置中加入金属元件的要素。然而，新增的金属元件却容易对于移动装置中支援无线通讯的天线产生负面影响，进而降低移动装置的整体通讯品质。因此，有必要提出一种全新的移动装置和天线结构，以克服传统技术所面临的问题。
发明内容
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；一金属边框；一馈入连接部，耦接至一正馈入点；一第一辐射部，耦接至该馈入连接部；一第二辐射部，包括一第一部分和一第二部分，其中该馈入连接部经由该第二辐射部耦接至该金属边框上的一第一连接点；一电容元件，耦接于该第一部分和该第二部分之间；一第一短路部，其中该金属边框上的一第二连接点经由该第一短路部耦接至该接地元件上的一第一接地点；一第二短路部，其中该金属边框上的一第三连接点经由该第二短路部耦接至该接地元件上的一第二接地点；以及一第三短路部，其中该金属边框上的一第四连接点经由该第三短路部耦接至该接地元件上的一第三接地点；其中该接地元件、该金属边框、该馈入连接部、该第一辐射部、该第二辐射部、该电容元件、该第一短路部，以及该第二短路部共同形成一天线结构；其中一信号源的一正极耦接至该正馈入点，而该信号源的一负极耦接至该接地元件上的一负馈入点，以激发该天线结构。
在一些实施例中，该金属边框至少部分地呈现一L字形。
在一些实施例中，该第一辐射部呈现一直条形。
在一些实施例中，该第二辐射部呈现一L字形。
在一些实施例中，该移动装置还包括：一寄生部，耦接至该接地元件上的一第四接地点，其中该寄生部邻近于该第一辐射部。
在一些实施例中，该寄生部呈现一L字形。
在一些实施例中，该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带，以及一第三频带，该第一频带为1575MHz，该第二频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该第三频带介于5100MHz至5850MHz之间。
在一些实施例中，该馈入连接部、该第一辐射部、该第二辐射部、该电容元件、该金属边框，以及该第二短路部共同形成一倒F字形共振路径，其中该倒F字形共振路径激发产生该第一频带。
在一些实施例中，该馈入连接部、该第二辐射部、该金属边框、该第一短路部，以及该接地元件共同形成一第一回圈共振路径，其中该第一回圈共振路径激发产生该第二频带。
在一些实施例中，该馈入连接部、该第二辐射部、该金属边框、该第二短路部，以及该接地元件共同形成一第二回圈共振路径，其中该第二回圈共振路径激发产生该第三频带。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的移动装置的部分俯视图；
图2为本发明一实施例所述的移动装置的完整俯视图；
图3A为本发明一实施例所述的移动装置的天线结构的电压驻波比图；
图3B为没有电容元件的移动装置的天线结构的电压驻波比图；
图4A为本发明一实施例所述的移动装置的天线结构操作于第一频带时的共振电流图；
图4B为本发明一实施例所述的移动装置的天线结构操作于第二频带时的共振电流图；
图4C为本发明一实施例所述的移动装置的天线结构操作于第三频带时的共振电流图。
符号说明
100～移动装置；
110～接地元件；
111～接地元件的第一边缘；
112～接地元件的第二边缘；
120～金属边框；
130～馈入连接部；
131～馈入连接部的第一端；
132～馈入连接部的第二端；
140～第一辐射部；
141～第一辐射部的第一端；
142～第一辐射部的第二端；
145～第一辐射部的矩形增宽部分；
150～第二辐射部；
151～第二辐射部的第一端；
152～第二辐射部的第二端；
155～第二辐射部的第一部分；
156～第二辐射部的第二部分；
157～电容元件；
160～第一短路部；
161～第一短路部的第一端；
162～第一短路部的第二端；
170～第二短路部；
171～第二短路部的第一端；
172～第二短路部的第二端；
180～第三短路部；
181～第三短路部的第一端；
182～第三短路部的第二端；
190～寄生部；
191～寄生部的第一端；
192～寄生部的第二端；
199～信号源；
410～倒F字形共振路径；
420～第一回圈共振路径；
430～第一回圈共振路径；
CP1～第一连接点；
CP2～第二连接点；
CP3～第三连接点；
CP4～第四连接点；
FB1～第一频带；
FB2～第二频带；
FB3～第三频带；
FP～正馈入点；
FN～负馈入点；
GP1～第一接地点；
GP2～第二接地点；
GP3～第三接地点；
GP4～第四接地点；
GPN～接地点。
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。
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连接至该第二装置。
图1显示本发明一实施例所述的移动装置100的部分俯视图。移动装置100可以是一智能型手机(Smart Phone)、一平板电脑(Tablet Computer)，或是一笔记型电脑(Notebook Computer)。在图1的实施例中，移动装置100至少包括：一接地元件(GroundElement)110、一金属边框(Metal Frame)120、一馈入连接部(Feeding ConnectionElement)130、一第一辐射部(Radiation Element)140、一第二辐射部150、一电容元件(Capacitive Element)157、一第一短路部(Shorting Element)160、一第二短路部170，以及一第三短路部180。必须理解的是，虽然未显示于图1中，但实际上移动装置100还可包括其他元件，例如：一处理器(Processor)、一触控面板(Touch Control Panel)、一扬声器(Speaker)、一电池模块(Battery Module)，以及一外壳(Housing)。
接地元件110、馈入连接部130、第一辐射部140、第二辐射部150、第一短路部160、第二短路部170，以及第三短路部180都可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。接地元件110可为尺寸相对较大的一金属平面，并可用于提供一接地电位(GroundVoltage)。在一些实施例中，移动装置100还包括一介质基板(Dielectric Substrate)，例如：一印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)或是一FR4(Flame Retardant 4)基板。接地元件110、馈入连接部130、第一辐射部140、第二辐射部150、电容元件157、第一短路部160、第二短路部170，以及第三短路部180其中的任意一或多个者都可设置于此介质基板上(未显示)。在优选实施例中，接地元件110、金属边框120、馈入连接部130、第一辐射部140、第二辐射部150、电容元件157、第一短路部160，以及第二短路部170共同形成一天线结构(Antenna Structure)。
馈入连接部130可大致呈现一直条形。馈入连接部130具有一第一端131和一第二端132，其中馈入连接部130的第一端131耦接至一正馈入点(Positive Feeding Point)FP。移动装置100还可包括一信号源(Signal Source)199，其可为一射频(Radio Frequency，RF)模块。信号源199的一正极可耦接至正馈入点FP，而信号源199的一负极可耦接至接地元件110上的一负馈入点(Negative Feeding Point)FN，以激发前述的天线结构。在其他实施例中，前述的正馈入点FP和负馈入点FN的位置也可对调，而不致影响本发明的效果。
第一辐射部140可以大致呈现一直条形，其中第一辐射部140可大致垂直于馈入连接部130。第一辐射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第一辐射部140的第一端141耦接至馈入连接部130的第二端132，而第一辐射部140的第二端142为一开路端(OpenEnd)。在一些实施例中，第一辐射部140还包括一矩形增宽部分145，其大致位于第一辐射部140的第二端142处。矩形增宽部分145的宽度大于第一辐射部140的其余部分的宽度，其中矩形增宽部分145可用于微调前述天线结构的低频共振频率点。必须注意的是，矩形增宽部分145仅为一选用元件(Optional Element)，在其他实施例中也可移除之(亦即，第一辐射部140尚可改为一等宽结构)。
第二辐射部150可以大致呈现一L字形。馈入连接部130经由第二辐射部150耦接至金属边框120上的一第一连接点(Connection Point)CP1。第二辐射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第二辐射部150的第一端151耦接至馈入连接部130的第二端132，而第二辐射部150的第二端152耦接至第一连接点CP1。详细而言，第二辐射部150包括一第一部分155和一第二部分156，其中第一部分155可大致垂直于馈入连接部130，而第二部分156可大致平行于馈入连接部130。馈入连接部130、第一辐射部140，以及第二辐射部150的第一部分155三者可共同大致形成一T字形馈入连接结构。电容元件157可为一般电容器、一芯片电容器(Chip Capacitor)，或是一可变电容器(Variable Capacitor)，其中电容元件157串联耦接于第二辐射部150的第一部分155和第二部分156之间。电容元件157的存在可使得前述的天线结构产生额外的共振模态(Resonant Mode)，从而可增加天线结构的操作频宽(Bandwidth)。第二辐射部150的长度(亦即，第一部分155和第二部分156的长度总和)可小于第一辐射部140的长度。例如，第一辐射部140的长度可为第二辐射部150的长度的2至4倍，但不仅限于此。在另一些实施例中，若电容元件157为一可变电容器，则天线结构的操作频带即为可调整的(Adjustable)。
第一短路部160可大致呈现一直条形。金属边框120上的一第二连接点CP2经由第一短路部160耦接至接地元件110上的一第一接地点(Grounding Point)GP1。第一短路部160具有一第一端161和一第二端162，其中第一短路部160的第一端161耦接至第一接地点GP1，而第一短路部160的第二端162耦接至第二连接点CP2。
第二短路部170可大致呈现一直条形。金属边框120上的一第三连接点CP3经由第二短路部170耦接至接地元件110上的一第二接地点GP2。第二短路部170具有一第一端171和一第二端172，其中第二短路部170的第一端171耦接至第二接地点GP2，而第二短路部170的第二端172耦接至第三连接点CP3。第二短路部170的长度可大于第一短路部160的长度。例如，第二短路部170的长度可为第一短路部160的长度的4至6倍，但不仅限于此。
第三短路部180可大致呈现一直条形。金属边框120上的一第四连接点CP4经由第三短路部180耦接至接地元件110上的一第三接地点GP3。第三短路部180具有一第一端181和一第二端182，其中第三短路部180的第一端181耦接至第三接地点GP3，而第三短路部180的第二端182耦接至第四连接点CP4。第三短路部180的长度可小于第二辐射部170的长度。例如，第二短路部170的长度可为第三短路部180的长度的4至6倍，但不仅限于此。
在一些实施例中，第一短路部160、第二短路部170，以及第三短路部180其中的一或多个者可用一或多个立体连接元件来取代。此种立体连接元件可不必设置于介质基板上。例如，每一立体连接元件可为一金属顶针(Metal Pogo Pin)、一金属弹片(MetalSpring)，或是一金属螺丝(Metal Screw)。
金属边框120可至少部分地呈现一L字形，其可作为移动装置100的一外观装饰元件。所谓外观装饰元件是指覆盖于移动装置100上，使用者可用眼睛直接观察到的元件。在金属边框120上，第一连接点CP1大致介于第二连接点CP2和第三连接点CP3之间，而第二连接点CP2大致介于第一连接点CP1和第四连接点CP4之间。由第一连接点CP1至第二连接点CP2的长度可大于由第一连接点CP1至第三连接点CP3的长度，也可大于由第二连接点CP2至第四连接点CP4的长度。大致而言，金属边框120介于第二连接点CP2和第三连接点CP3之间的部分主要用于激发产生天线结构的辐射场型。另一方面，在接地元件110上，负馈入点FN大致介于第一接地点GP1和第二接地点GP2之间。负馈入点FN与第一接地点GP1的间距可大于负馈入点FN与第二接地点GP2的间距。
在一些实施例中，移动装置100还包括一寄生部(Parasitic Element)190，其也可由金属材质制成。寄生部190邻近于第一辐射部140(但是两者之间仍留有一分隔间隙)，而寄生部190可大致呈现一L字形。本说明书中所谓「邻近」或「相邻」一词可指对应的二元件间距小于一既定距离(例如：3mm或更短)，但通常不包括对应的二元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距不宜缩短至0)。寄生部190具有一第一端191和一第二端192，其中寄生部190的第一端191耦接至接地元件110上的一第四接地点GP4，而寄生部190的第二端192为一开路端并邻近于第一辐射部140的第二端142(或矩形增宽部分145)。第四接地点GP4可大致介于第一接地点GP1和负馈入点FN(或第二接地点GP2)之间，其中第四接地点GP4可以非常邻近于第一接地点GP1。寄生部190可用于增加前述天线结构的低频共振路径的等效长度。必须注意的是，寄生部190仅为一选用元件，在其他实施例中也可移除之。
图2显示本发明一实施例所述的移动装置100的完整俯视图。图1可视为图2的局部放大图(如虚线框所示)。在图2的实施例中，金属边框120大致为无断口的一封闭矩形回圈，而接地元件110大致为一矩形金属平面，其中接地元件110设置于金属边框120的内部。此种无断口的金属边框120可有效提高移动装置100的结构强度。换言之，由于不须要在金属边框120上形成断点，故天线结构之加入尚不致降低移动装置100的刚体耐受度。除了前述的第一接地点GP1、第二接地点GP2，以及第三接地点GP3以外，金属边框120还可经由一或多个短路部耦接至接地元件110上的一或多个接地点GPN。前述接地点GPN可用于压制不必要的共振模态(Undesired Resonant Mode)，其中这些接地点GPN和对应短路部的位置和数量尚可根据不同需求来进行调整。必须注意的是，第三短路部180和第三接地点GP3用于防止金属边框120的其余部分产生共振电流并干扰天线结构的辐射特性。若将第三短路部180和第三接地点GP3移除，则天线结构的操作频带可能会发生严重漂移。
图3A显示本发明一实施例所述的移动装置100的天线结构的电压驻波比(VoltageStanding 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。根据图3A的量测结果，当接收或传送无线信号时，移动装置100的天线结构可涵盖一第一频带FB1、一第二频带FB2，以及一第三频带FB3，其中第一频带FB1可约位于1575MHz附近，第二频带FB2可约介于2400MHz至2500MHz之间，而第三频带FB3可约介于5100MHz至5850MHz之间。因此，移动装置100的天线结构至少可支援GPS(Global Positioning System)和WLAN(Wireless Local Area Networks)2.4GHz/5GHz的宽频操作。
图3B显示没有电容元件157的移动装置100的天线结构的电压驻波比图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表电压驻波比。通过比较图3A、图3B可知，若将电容元件157由移动装置100中移除，则天线结构将无法再涵盖第一频带FB1。因此，电容元件157的存在可使得天线结构额外产生GPS频段的共振模态。在一些实施例中，电容元件157的电容值(Capacitance)介于0.6pF至1pF之间，且较佳为0.8pF。此电容值范围有助于最大化第一频带FB1的操作频宽。
详细而言，移动装置100的天线结构的共振机制和操作原理可参考下列图4A、图4B、图4C的实施例所述。
图4A显示本发明一实施例所述的移动装置100的天线结构操作于第一频带FB1时的共振电流图(虚线箭号代表可能的共振电流方向)。在图4A的实施例中，馈入连接部130、第一辐射部140、第二辐射部150、电容元件157、金属边框120(特别指金属边框120介于第一连接点CP1和第三连接点CP3之间的部分)，以及第二短路部170共同形成一倒F字形共振路径410，而此倒F字形共振路径410可激发产生前述的第一频带FB1。
图4B显示本发明一实施例所述的移动装置100的天线结构操作于第二频带FB2时的共振电流图(虚线箭号代表可能的共振电流方向)。在图4B的实施例中，馈入连接部130、第二辐射部150、金属边框120(特别指金属边框120介于第一连接点CP1和第二连接点CP2之间的部分)、第一短路部160，以及接地元件110的一第一边缘111(介于第一接地点GP1和负馈入点FN之间)共同形成一第一回圈共振路径420，而此第一回圈共振路径420可激发产生前述的第二频带FB2。必须注意的是，寄生部190可视为第一回圈共振路径420的一延伸部分，故有助于进一步压低第二频带FB2的中心频率。另外，在第二频带FB2中，电容元件157可视为一短路路径。
图4C显示本发明一实施例所述的移动装置100的天线结构操作于第三频带FB3时的共振电流图(虚线箭号代表可能的共振电流方向)。在图4C的实施例中，馈入连接部130、第二辐射部150、金属边框120(特别指金属边框120介于第一连接点CP1和第三连接点CP3之间的部分)、第二短路部170，以及接地元件110的一第二边缘112(介于第二接地点GP2和负馈入点FN之间)共同形成一第二回圈共振路径430，而此第二回圈共振路径430可激发产生前述的第三频带FB3。另外，在第三频带FB3中，电容元件157也可视为一短路路径。
在一些实施例中，移动装置100的元件尺寸可如下列所述。馈入连接部130和第一辐射部140的总长度(亦即，由第一端131起，经由第二端132和第一端141，再至第二端142的总长度)可大致等于第一频带FB1的中心频率的0.25倍波长(λ/4)。第一回圈共振路径420的总长度可大致等于第二频带FB2的中心频率的0.5倍波长(λ/2)。第二回圈共振路径430的总长度可大致等于第三频带FB3的中心频率的0.5倍波长(λ/2)。以上元件尺寸范围是根据多次实验结果而求出，其有助于最佳化移动装置100的天线结构的操作频带及阻抗匹配(Impedance Matching)。
本发明提出一种新颖的天线结构，当此天线结构应用于具有一金属边框的移动装置时，由于金属边框可视为天线结构的一延伸部分，故能有效避免其对移动装置的通讯品质产生负面影响。此金属边框作为一等效辐射部还具有缩小整体天线尺寸、增加天线操作频宽的功能。另需注意的是，本发明可在不用开挖任何天线窗(Antenna Window)的情况下，更进一步改良移动装置的外观设计。总而言之，本发明能兼得小尺寸、宽频带，以及美化装置外型的优势，故其很适合应用于各种各式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天线结构并不仅限于图1～图4C所图示的状态。本发明可以仅包括图1～图4C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结构当中。
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，其特征在于，包括：
接地元件；
金属边框；
馈入连接部，耦接至一正馈入点；
第一辐射部，耦接至该馈入连接部；
第二辐射部，包括第一部分和第二部分，其中该馈入连接部经由该第二辐射部耦接至该金属边框上的第一连接点；
电容元件，耦接于该第一部分和该第二部分之间；
第一短路部，其中该金属边框上的第二连接点经由该第一短路部耦接至该接地元件上的第一接地点；
第二短路部，其中该金属边框上的第三连接点经由该第二短路部耦接至该接地元件上的第二接地点；以及
第三短路部，其中该金属边框上的一第四连接点经由该第三短路部耦接至该接地元件上的第三接地点；
其中该接地元件、该金属边框、该馈入连接部、该第一辐射部、该第二辐射部、该电容元件、该第一短路部，以及该第二短路部共同形成一天线结构；
其中一信号源的正极耦接至该正馈入点，而该信号源的负极耦接至该接地元件上的负馈入点，以激发该天线结构。
2.如权利要求1所述的移动装置，其中该金属边框至少部分地呈现一L字形。
3.如权利要求1所述的移动装置，其中该第一辐射部呈现一直条形。
4.如权利要求1所述的移动装置，其中该第二辐射部呈现一L字形。
5.如权利要求1所述的移动装置，还包括：
寄生部，耦接至该接地元件上的第四接地点，其中该寄生部邻近于该第一辐射部。
6.如权利要求5所述的移动装置，其中该寄生部呈现一L字形。
7.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带，以及一第三频带，该第一频带为1575MHz，该第二频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该第三频带介于5100MHz至5850MHz之间。
8.如权利要求7所述的移动装置，其中该馈入连接部、该第一辐射部、该第二辐射部、该电容元件、该金属边框，以及该第二短路部共同形成一倒F字形共振路径，而其中该倒F字形共振路径激发产生该第一频带。
9.如权利要求7所述的移动装置，其中该馈入连接部、该第二辐射部、该金属边框、该第一短路部，以及该接地元件共同形成一第一回圈共振路径，而其中该第一回圈共振路径激发产生该第二频带。
10.如权利要求7所述的移动装置，其中该馈入连接部、该第二辐射部、该金属边框、该第二短路部，以及该接地元件共同形成一第二回圈共振路径，而其中该第二回圈共振路径激发产生该第三频带。
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