TW201436360A - 行動裝置 - Google Patents

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TW201436360A TW102116154A TW102116154A TW201436360A TW 201436360 A TW201436360 A TW 201436360A TW 102116154 A TW102116154 A TW 102116154A TW 102116154 A TW102116154 A TW 102116154A TW 201436360 A TW201436360 A TW 201436360A
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Yu-Che Lin
Chung-Ting Hung
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Abstract

一種行動裝置，包括一主要天線以及一髮夾形部。該髮夾形部係靠近該主要天線，並大致為一U字形。該髮夾形部係用於增加該主要天線之頻寬和天線效率。

Description

行動裝置
本發明係關於一種行動裝置，特別係關於可改善天線頻寬和天線效率之行動裝置。
隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)4G系統及其所使用700MHz、850 MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth、WLAN(Wireless Local Area Network)，以及WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)系統使用2.4GHz、3.5GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
在小型化行動裝置中，由於用以無線通訊之天線和其他金屬元件非常靠近，又複數個天線之間彼此也會產生相互干擾，故往往對天線之效能產生不良影響。
在一實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括： 一主要天線；以及一髮夾形部，靠近該主要天線，並大致為一U字形，其中，該髮夾形部係用於增加該主要天線之頻寬和天線效率。
100、200、250、300、350、500、600‧‧‧行動裝置
110、210‧‧‧主要天線
120、220、320‧‧‧髮夾形部
181、184‧‧‧饋入點
182、183‧‧‧接地點
190、290‧‧‧信號源
214‧‧‧調整部
215‧‧‧開孔
216‧‧‧饋入部
218‧‧‧延伸支路
221、321、322‧‧‧髮夾形部之開路端
222‧‧‧髮夾形部之接地端
510‧‧‧邊框
515‧‧‧背蓋
520‧‧‧殼體
610‧‧‧介質基板
D1‧‧‧主要天線和髮夾形部之間之距離
FB1‧‧‧頻帶
GND‧‧‧接地電位
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖；第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖；第2B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之示意圖；第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖；第3B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之示意圖；第4A圖係顯示主要天線之電壓駐波比圖；第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之主要天線之電壓駐波比圖；第4C圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之主要天線之電壓駐波比圖；第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖；以及第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之示意圖。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之示意圖。行動裝置100可以是一智慧型手機(Smart Phone)或是一平板電腦(Tablet Computer)。如第1圖所示，行動裝置100至少包括一主要天線110和一髮夾形部(Hairpin Element)120。主要天線110之種類並無限制。在一些實施例中，主要天線110可以是一平面倒F形天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)、一單極天線(Monopole Antenna)、一迴圈天線(Loop Antenna)、一補釘天線(Patch Antenna)、一印刷式天線(Printed Antenna)、一晶片天線(Chip Antenna)，或是一雷雕天線(Laser Direct Structuring Antenna)。髮夾形部120可以用一導體材質製成，例如：銀、銅、鐵，或是鋁。
髮夾形部120係靠近主要天線110，並大致為一U字形。主要天線110和髮夾形部120之間之距離D1必須小於10mm。髮夾形部120係用於增加主要天線110之頻寬和天線效率。在一實施例中，髮夾形部120僅為一獨立金屬部。在另一實施例中，髮夾形部120係作為獨立於主要天線110之外之另一天線(例如：一平面倒F形天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)，或是一單極天線(Monopole Antenna)，其可用於接收數位電視(Digital Television，DTV)信號、GPS(Global Positioning System)信號、GSM(Global System for Mobile Communications) 信號、CDMA(Code Division Multiple Access)信號、LTE(Long Term Evolution)信號…等等)。必須了解的是，行動裝置100更可包括其他必要元件，例如：一處理器、一射頻模組、一觸控模組、一顯示模組、一供電模組，以及一外殼(未顯示)。
第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝 置200之示意圖。行動裝置200至少包括一主要天線210和一髮夾形部220。如第2A圖所示，髮夾形部220之一端為一開路端221，而髮夾形部220之另一端為耦接至一接地電位GND之一接地端222，其係為接地型式之一短路金屬部(Shorting Metal Element)。接地電位GND可以由一接地元件所提供，例如：一金屬接地面。髮夾形部220可提供一共振頻率，而主要天線210係操作於一工作頻率。在本實施例中，主要天線210之工作頻率約為髮夾形部220之共振頻率的(2N+1)倍，例如：3倍、5倍、7倍，或是9倍，其中N為一正整數。在較佳實施例中，該工作頻率約為該共振頻率之3倍。在元件尺寸方面，髮夾形部220之長度約為該工作頻率之波長之(2M+1)/4倍，例如：3/4倍、5/4倍、7/4倍，或是9/4倍，其中M為一正整數。在較佳實施例中，髮夾形部220之長度約為該工作頻率之波長之3/4倍。必須注意的是，由於主要天線210係操作於髮夾形部220之一諧振頻率(Harmonic Frequency)，在本發明中，髮夾形部220不僅不會對主要天線210造成負面影響，還可以改善主要天線210之頻寬和天線效率。
請再次參考第2A圖。主要天線210可以包括一調整 部214、一饋入部216，以及一延伸支路218。饋入部216具有耦 接至一信號源190之一饋入點181，以及耦接至接地電位GND之一接地點182。在一些實施例中，饋入點181和接地點182可以大致分別位於饋入部216之相對二角落處。調整部214係耦接至饋入部216，以調整主要天線210之阻抗匹配，其中一開孔215係形成於調整部214內。在一些實施例中，開孔215大致為一矩形。延伸支路218係耦接至調整部214，並大致朝向遠離饋入部216之方向延伸。主要天線210之延伸支路218和髮夾形部220之間之距離D1必須小於10mm。在本實施例中，調整部214大致為一空心矩形，饋入部216大致為一矩形，而延伸支路218大致為一L字形。然而，本發明並不限於此。在其他實施例中，主要天線210亦可用具有不同形狀之其他種類天線實施之，並以髮夾形部220改善其效能。
第2B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動 裝置250之示意圖。第2B圖和第2A圖相似，兩者之差異在於，行動裝置250之髮夾形部220更具有一饋入點184，其係耦接至另一信號源290。另外，饋入點184係鄰近於髮夾形部220之接地端222之一接地點183而設置。在本實施例中，髮夾形部220係作為一平面倒F形天線，其獨立於主要天線210之外。該平面倒F形天線可操作於另一工作頻率，且提供一共振頻率。在一些實施例中，主要天線210可操作於高頻帶之一第一工作頻率，其約介於2300MHz至2900MHz之間(即Bluetooth/Wi-Fi頻帶)，而該平面倒F形天線(即髮夾形部220)可操作於低頻帶之一第二工作頻率，其約介於700MHz至896MHz之間(即LTE與GSM頻帶)。髮夾形部220可提供上述高頻帶之共振頻率，並成為主 要天線210之一分集天線(Diversity Antenna)，藉以改善主要天線210之頻寬和天線效率。
第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝 置300之示意圖。行動裝置300至少包括一主要天線210和一髮夾形部320。第3A圖和第2A圖相似，兩者之差異在於，行動裝置300之髮夾形部320之二端為二開路端321、322，故係為浮接型式之一金屬部(Floating Metal Element)。髮夾形部320可提供一共振頻率，而主要天線210係操作於一工作頻率。在本實施例中，該工作頻率約為該共振頻率之2N倍，例如：2倍、4倍、6倍，或是8倍，其中N為一正整數。在較佳實施例中，該工作頻率約為該共振頻率之2倍。在元件尺寸方面，髮夾形部320之長度約為該工作頻率之波長之M/2倍，例如：1/2倍、1倍、3/2倍，或是2倍，其中M為一正整數。在較佳實施例中，髮夾形部320之長度約為該工作頻率之波長之1倍。相似地，主要天線210之延伸支路218和髮夾形部320之間之距離D1必須小於10mm。必須注意的是，主要天線210係操作於髮夾形部320之一諧振頻率，在本發明中，髮夾形部320甚至可以是同一裝置中另一功能之天線。在依照上述設計方法的條件下，髮夾形部320可能為操作於DTV、GSM、GPS、CDMA或LTE頻帶之天線。此設計不僅不會對主要天線210造成負面影響，還可以改善主要天線210之頻寬和天線效率。
第3B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動 裝置350之示意圖。第3B圖和第3A圖相似，兩者之差異在於，行動裝置350之髮夾形部320在靠近延伸支路218附近更具有一 饋入點184，其係耦接至另一信號源290。在本實施例中，髮夾形部320係作為一單極天線，其獨立於主要天線210之外。該單極天線可操作於另一工作頻率，且提供一共振頻率。在一些實施例中，主要天線210可操作於高頻帶之一第一工作頻率，其約介於2300MHz至2900MHz之間(即Bluetooth/Wi-Fi頻帶)，而該單極天線(即髮夾形部320)可操作於低頻帶之一第二工作頻率，其約介於700MHz至896MHz之間(即LTE與GSM頻帶)。髮夾形部320可提供上述高頻帶之共振頻率，並成為主要天線210之一分集天線(Diversity Antenna)，藉以改善主要天線210之頻寬和天線效率。
第4A圖係顯示主要天線210之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Radio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。在沒有任何髮夾形部之情況下，主要天線210操作之該工作頻率係位於一頻帶FB1內，並約介於2300MHz至2900MHz之間。換言之，主要天線210可用於涵蓋Bluetooth/WLAN/WiMAX/LTE頻帶。
第4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝 置200之主要天線210之電壓駐波比圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。在具有開路端221和接地端222之髮夾形部220加入行動裝置200之後，主要天線210操作之該工作頻率仍約介於2300MHz至2900MHz之間，而髮夾形部220之該共振頻率約介於500MHz至2000MHz之間。和第4A圖相比，行動裝置200之主要天線210之電壓駐波比於頻帶FB1內明顯地下降。由此可知，本發明之髮夾形部220能有效地改善主 要天線210之頻寬和天線效率。
第4C圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動 裝置300之主要天線210之電壓駐波比圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。在具有開路端321、322之髮夾形部320加入行動裝置300之後，主要天線210操作之該工作頻率仍約介於2300MHz至2900MHz之間，而髮夾形部320之該共振頻率約介於500MHz至2000MHz之間。和第4A圖相比，行動裝置300之主要天線210之電壓駐波比於頻帶FB1內明顯地下降。由此可知，本發明之髮夾形部320亦能有效地改善主要天線210之頻寬和天線效率。
從第4B圖與第4C圖可明顯看出，本發明之髮夾形 部可以有效地改善主要天線210之頻寬和天線效率，其原因在於，髮夾形部相對於主要天線210之設計位置，使得傳遞於髮夾形部上的電流，相較於傳遞於主要天線上210的電流，兩者之間具有較多電流同向的重疊路徑，其中，電流路徑的始點是從延伸支路218的開路端及髮夾形部220的開路端221算起，在電流路徑上是以一正弦波形(Sine waveform)來作傳遞。因此，當電流同向的重疊路徑愈多，愈能改善主要天線210的頻寬和天線效率。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝 置500之示意圖。第5圖和第2A、2B圖相似，兩者之差異在於，行動裝置500更包括一殼體520，在一實施例中，殼體520可由非導電性材料所製成，即為一體成型之結構。在另一實施例中，殼體520可包括一邊框510和一背蓋515，其中背蓋515可由 導電或非導電性材料所製成，而邊框510也可由導電或非導電性材料所製成。主要天線210和髮夾形部220可設置於殼體520上，換言之，殼體520即為主要天線210和髮夾形部220之一載體(Carrier)。殼體520可以是一智慧型手機之一外殼，或是一平板電腦之一外殼。在一些實施例中，主要天線210和髮夾形部220可設置於殼體520內之一軟性電路板(未顯示)上，或藉由雷雕(Laser Direct Structuring，LDS)或塗佈(Coating)之方式配置於殼體520之一內表面或一外表面上。須特別注意的是，主要天線210和髮夾形部220可配置於殼體520上之任何位置，只要其載體不為導電性材料即可。另外，第2A、2B、3A、3B圖所示之主要天線210和髮夾形部220、320亦可套用至第5圖所示之實施例中
第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置600之示意圖。第6圖和第2A、2B圖相似，兩者之差異在於，行動裝置600更包括一介質基板610，其中主要天線210和髮夾形部220係設置於介質基板610上。介質基板610可以是行動裝置600之一系統電路板，或是一FR4基板。當介質基板610具有一高介電係數時，主要天線210和髮夾形部220之尺寸可以進一步微縮。必須注意的是，第2A、2B、3A、3B圖所示之主要天線210和髮夾形部220、320亦可套用至第6圖所示之實施例中。
根據一些實施例之量測結果，主要天線210最初之總輻射功率(Total Radiated Power，TRP)約為6.6dBm，而全向靈敏度(Total Isotropic Sensitivity，TIS)約為-76.5dBm。在加 入第2圖所示之髮夾形部220後，主要天線210之總輻射功率上升至13.2dBm，而全向靈敏度下降至-82.7dBm。另一方面，在加入第3圖所示之髮夾形部320後，主要天線210之總輻射功率上升至12.7dBm，而全向靈敏度下降至-82.4dBm。因此，本發明之髮夾形部220、320皆能用於改善主要天線210之輻射效能，且不會因本身作為另一支天線而干擾到主要天線210。由於髮夾形部220、320不須遠離主要天線210，而隔離度之問題亦同時解決，本發明可節省行動裝置內之設計空間，並適用於各種小型化之行動裝置。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧行動裝置
110‧‧‧主要天線
120‧‧‧髮夾形部
D1‧‧‧主要天線和髮夾形部之間之距離

Claims (27)

  1. 一種行動裝置，包括：一主要天線；以及一髮夾形部，靠近該主要天線，並大致為一U字形，其中，該髮夾形部係用於增加該主要天線之頻寬和天線效率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該主要天線和該髮夾形部之間之距離係小於10mm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該髮夾形部之一端為一開路端，而該髮夾形部之另一端為一接地端。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，其中該髮夾形部具有一共振頻率，該主要天線係操作於一工作頻率，而該工作頻率約為該共振頻率之(2N+1)倍，其中N為一正整數。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之行動裝置，其中該工作頻率約為該共振頻率之3倍。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，其中該共振頻率約介於500MHz至2000MHz之間，而該工作頻率約介於2300MHz至2900MHz之間。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之行動裝置，其中該髮夾形部之長度約為該工作頻率之波長之(2M+1)/4倍，其中M為一正整數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之行動裝置，其中該髮夾形部之該長度約為該工作頻率之該波長之3/4倍。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，其中該髮夾形部更 具有耦接至一信號源之一饋入點，而該髮夾形部係作為獨立於該主要天線之外之一平面倒F形天線。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之行動裝置，其中該髮夾形部之該饋入點係鄰近於該髮夾形部之該接地端。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之行動裝置，其中該主要天線係操作於一第一工作頻率，該平面倒F形天線係操作於一第二工作頻率，其中該第一工作頻率約介於2300MHz至2900MHz之間，而該第二工作頻率約介於700MHz至896MHz之間。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該髮夾形部之二端皆為開路端。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之行動裝置，其中該髮夾形部具有一共振頻率，該主要天線係操作於一工作頻率，而該工作頻率約為該共振頻率之2N倍，其中N為一正整數。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之行動裝置，其中該工作頻率約為該共振頻率之2倍。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之行動裝置，其中該共振頻率約介於500MHz至2000MHz之間，而該工作頻率約介於2300MHz至2900MHz之間。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之行動裝置，其中該髮夾形部之長度約為該工作頻率之波長之M/2倍，其中M為一正整數。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之行動裝置，其中該髮夾形部之該長度約為該工作頻率之該波長之1倍。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之行動裝置，其中該髮夾形部更具有耦接至一信號源之一饋入點，而該髮夾形部係作為 獨立於該主要天線之外之一單極天線。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之行動裝置，其中該主要天線係操作於一第一工作頻率，該單極天線係操作於一第二工作頻率，其中該第一工作頻率約介於2300MHz至2900MHz之間，而該第二工作頻率約介於700MHz至896MHz之間。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該主要天線包括：一饋入部，其中該饋入部具有耦接至一信號源之一饋入點，以及耦接至一接地電位之一接地點；一調整部，耦接至該饋入部，其中一開孔係形成於該調整部內；以及一延伸支路，耦接至該調整部，並大致朝向遠離該饋入部之方向延伸。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之行動裝置，其中該饋入部大致為一矩形，而該調整部大致為一空心矩形。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之行動裝置，其中該延伸支路大致為一L字形。
  23. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該髮夾形部係作為獨立於該主要天線之外之另一天線。
  24. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，更包括：一殼體，其中該主要天線和該髮夾形部係設置於該殼體內。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之行動裝置，其中該殼體包括一邊框和一背蓋，而該邊框和該背蓋係由導電或非導電性材料所製成。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之行動裝置，其中該主要天線和該髮夾形部係藉由雷雕或塗佈之方式配置於該殼體之一內表面上。
  27. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，更包括：一介質基板，其中該主要天線和該髮夾形部係設置於該介質基板上。
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