TW201834312A - 行動裝置 - Google Patents

Abstract

一種行動裝置，包括：一金屬背蓋、一接地金屬部、一饋入金屬部、一寄生金屬部，以及一介質基板。金屬背蓋具有一開口槽孔。饋入金屬部延伸跨越開口槽孔，其中饋入金屬部之一第一端係耦接至一信號源，而饋入金屬部之一第二端係耦接至接地金屬部。寄生金屬部之一第一端係耦接至接地金屬部，而寄生金屬部之一第二端為一開路端。接地金屬部、饋入金屬部，以及寄生金屬部皆設置於介質基板上。金屬背蓋、饋入金屬部，以及寄生金屬部係共同形成一槽孔天線結構。

Description

行動裝置

本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種行動裝置及其槽孔天線結構。

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)系統及其所使用700MHz、850MHz、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系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

在現有的技術中，常以固定尺寸之一金屬件作為行動裝置之天線主體，而此金屬件的長度係由所需操作頻帶所決定。當所需操作頻帶相對較低頻時，將導致天線之整體尺寸變大，從而使得行動裝置難以容納此天線。因此，如何設計出一種小尺寸、寬頻帶之天線結構，已成為現今天線設計者之一大挑戰。

在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括：一金屬背蓋，具有一開口槽孔；一接地金屬部；一饋入金屬部，具有一第一端和一第二端，並延伸跨越該開口槽孔，其中該饋入金屬部之該第一端係耦接至一信號源，而該饋入金屬部之該第二端係耦接至該接地金屬部；一寄生金屬部，具有一第一端和一第二端，其中該寄生金屬部之該第一端係耦接至該接地金屬部，而該寄生金屬部之該第二端為一開路端；以及一介質基板，其中該接地金屬部、該饋入金屬部，以及該寄生金屬部皆設置於該介質基板上；其中該金屬背蓋、該饋入金屬部，以及該寄生金屬部係共同形成一槽孔天線結構。

在一些實施例中，該饋入金屬部和該接地金屬部形成一迴圈結構，而該寄生金屬部係由該迴圈結構所包圍。

在一些實施例中，該寄生金屬部於該金屬背蓋上具有一垂直投影，而該垂直投影與該開口槽孔至少有部份重疊。

在一些實施例中，該槽孔天線結構係激發產生一低頻頻帶和一高頻頻帶，該低頻頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該高頻頻帶係介於5000MHz至6000MHz之間。

在一些實施例中，該開口槽孔之長度大致等於該低頻頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該饋入金屬部之長度大致等於該低頻頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該寄生金屬部之長度大致等於 該高頻頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該金屬背蓋具有互相垂直之一第一邊緣和一第二邊緣，而該開口槽孔係大致平行並鄰近於該第一邊緣。

在一些實施例中，該開口槽孔和該金屬背蓋之該第一邊緣之間距係小於6mm。

在一些實施例中，該饋入金屬部和該金屬背蓋之該第二邊緣之間距係大於4mm。

100‧‧‧行動裝置

110‧‧‧金屬背蓋

111‧‧‧金屬背蓋之第一邊緣

112‧‧‧金屬背蓋之第二邊緣

120‧‧‧開口槽孔

121‧‧‧開口槽孔之開口端

122‧‧‧開口槽孔之閉口端

130‧‧‧接地金屬部

140‧‧‧饋入金屬部

141‧‧‧饋入金屬部之第一端

142‧‧‧饋入金屬部之第二端

150‧‧‧寄生金屬部

151‧‧‧寄生金屬部之第一端

152‧‧‧寄生金屬部之第二端

160‧‧‧介質基板

170‧‧‧非導電支撐載體

180‧‧‧顯示器上方區域

190‧‧‧信號源

D1、D2、D3、D4‧‧‧間距

L1‧‧‧介質基板之總長度

第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之俯視圖；第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之側視圖；第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置操作於不同模式之示意圖；第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置操作於筆記本模式時之返回損失圖；第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置操作於筆記本模式時之天線效率圖；第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置操作於平板模式時之返回損失圖；以及第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置操作於平板模式時之天線效率圖。

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。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置(Mobile Device)100之俯視圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之側視圖。行動裝置100可以是一筆記型電腦(Notebook Computer)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是兩者之結合。請一併參考第1A、1B圖。在第1A、1B圖之實施例中，行動裝置100包括：一金屬背蓋(Metal Back Cover)110、一接地金屬部(Grounding Metal Element)130、一饋 入金屬部(Feeding Metal Element)140、一寄生金屬部(Parasitic Metal Element)150，以及一介質基板(Dielectric Substrate)160。必須注意的是，雖然未顯示於第1A、1B圖當中，但是行動裝置100更可包括其他元件，例如：一顯示器、一觸控模組、一電池模組、一鍵盤，以及一外殼。

金屬背蓋110可以是一筆記型電腦之一上蓋。金屬背蓋110具有一開口槽孔(Open Slot)120。開口槽孔120具有一開口端(Open End)121和一閉口端(Closed End)122，並可以大致為一直條形。在一些實施例中，開口槽孔120內可填滿非導體材質，例如：一塑膠條。詳細而言，金屬背蓋110具有互相垂直之一第一邊緣111和一第二邊緣112，其中開口槽孔120係大致平行並鄰近於金屬背蓋110之第一邊緣111，而開口槽孔120之開口端121係位於金屬背蓋110之第二邊緣112上。接地金屬部130可以是一接地銅箔，其並可耦接至一系統接地面(未顯示)。饋入金屬部140可以大致為一C字形，並延伸跨越金屬背蓋110之開口槽孔120。詳細而言，饋入金屬部140具有一第一端141和一第二端142，其中饋入金屬部140之第一端141係耦接至一信號源190，而饋入金屬部140之第二端142係耦接至接地金屬部130，使得饋入金屬部140和接地金屬部130共同形成一迴圈結構(Loop Structure)。寄生金屬部150可以大致為一L字形或一J字形。詳細而言，寄生金屬部150具有一第一端151和一第二端152，其中寄生金屬部150之第一端151係耦接至接地金屬部130，而寄生金屬部150之第二端152為一開路端(Open End)。在一些實施例中，寄生金屬部150更包括朝向接地金屬部130延伸 之一末端彎折部份。寄生金屬部150係由饋入金屬部140和接地金屬部130兩者所形成之前述迴圈結構所包圍。寄生金屬部150於金屬背蓋110上具有一垂直投影，其中寄生金屬部150之垂直投影與金屬背蓋110之開口槽孔120至少有部份重疊。相似地，饋入金屬部140於金屬背蓋110上亦具有一垂直投影，其中饋入金屬部140之垂直投影與金屬背蓋110之開口槽孔120亦至少有部份重疊。介質基板160可為一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)或一FR4(Flame Retardant 4)基板。介質基板160係位於金屬背蓋110之上方且鄰近於金屬背蓋110，其中接地金屬部130、饋入金屬部140，以及寄生金屬部150皆設置於介質基板160上。在一些實施例中，行動裝置100更可包括一非導電支撐載體(Nonconductive Supporting Carrier)170，其可位於金屬背蓋110之開口槽孔120和介質基板160之間，並用於承載及固定介質基板160。大致來說，在行動裝置100中，金屬背蓋110(及其開口槽孔120)、饋入金屬部140，以及寄生金屬部150可以共同形成一槽孔天線結構(Slot Antenna Structure)。信號源190可以是一射頻(Radio Frequency，RF)模組，並用於激發此槽孔天線結構。

根據實際量測結果，前述槽孔天線結構可以操作於一低頻頻帶和一高頻頻帶，其中低頻頻帶可介於2400MHz至2500MHz之間，而高頻頻帶可介於5000MHz至6000MHz之間。因此，行動裝置100之槽孔天線結構至少可涵蓋WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz/5GHz之雙頻帶操作。

在天線原理方面，饋入金屬部140和金屬背蓋110 之開口槽孔120可共同激發產生前述低頻頻帶，而饋入金屬部140和寄生金屬部150可共同激發產生前述高頻頻帶。寄生金屬部150具有能增加前述高頻頻帶之頻寬之功效。必須注意的是，由於饋入金屬部140和接地金屬部130能共同形成迴圈結構以激發金屬背蓋110之開口槽孔120，此將更有助於微縮介質基板160之整體尺寸，同時能避免介質基板160上之金屬部受到金屬背蓋110左方之一機構保留區域所干擾。若與傳統單極形狀(Monopole-Shaped)之饋入金屬部相比，本發明之設計可使介質基板160及其上之金屬部之總長度L1由原本之25mm縮短為15mm(改良幅度幾乎達40%)，因此，本發明很適合應用於各種小型化之行動通訊裝置當中。

在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。金屬背蓋110之開口槽孔120之長度(亦即，由開口端121至閉口端122之間之長度)大致等於前述低頻頻帶之0.25倍波長(λ/4)。饋入金屬部140之長度(亦即，由第一端141至第二端142之間之長度)大致等於前述低頻頻帶之0.25倍波長(λ/4)。寄生金屬部150之長度(亦即，由第一端151至第二端152之間之長度)大致等於前述高頻頻帶之0.25倍波長(λ/4)。金屬背蓋110之開口槽孔120和第一邊緣111之間距D1係小於6mm。饋入金屬部140和金屬背蓋110之第二邊緣112之間距D2係大於4mm。饋入金屬部140和開口槽孔120之閉口端122之間距D3係大於0.5mm。接地金屬部130、饋入金屬部140，以及寄生金屬部150之任一者和金屬背蓋110之間距D4(耦合間隙)係小於1mm，以有效激發金屬背蓋110之開口槽孔120。介質基板160之總長度 L1約等於15mm，總寬度約為8.3mm。以上元件尺寸之範圍係根據多次實驗結果而計算得出，其有助於最佳化行動裝置100之槽孔天線結構之阻抗匹配(Impedance Matching)。

第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100操作於不同模式之示意圖。在第1C圖之實施例中，行動裝置100為一可變形筆記型電腦(Convertible Notebook Computer)，其可操作於一筆記本模式(Notebook Mode)或是一平板模式(Tablet Mode)，而其槽孔天線結構係位於一顯示器上方區域180中。

第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100操作於筆記本模式時之返回損失(Return Loss)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。如第2A圖所示，當行動裝置100作為一筆記型電腦使用時，其槽孔天線結構可以激發產生介於2400MHz至2500MHz之間之低頻頻帶，以及介於5000MHz至6000MHz之間高頻頻帶，從而可支援WLAN 2.4GHz/5GHz之雙頻帶操作。

第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100操作於筆記本模式時之天線效率(Antenna Efficiency)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線效率(dB)。如第2B圖所示，當行動裝置100作為一筆記型電腦使用時，其槽孔天線結構之天線效率於低頻頻帶中可達約-3.5dB，而於高頻頻帶中約可達-5dB，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝 置100操作於平板模式時之返回損失圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。如第3A圖所示，當行動裝置100作為一平板電腦使用時，其槽孔天線結構可以激發產生介於2400MHz至2500MHz之間之低頻頻帶，以及介於5000MHz至6000MHz之間高頻頻帶，從而可支援WLAN 2.4GHz/5GHz之雙頻帶操作。

第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100操作於平板模式時之天線效率圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線效率(dB)。如第3B圖所示，當行動裝置100作為一平板電腦使用時，其槽孔天線結構之天線效率於低頻頻帶中可達約-4dB，而於高頻頻帶中可達約-5.5dB，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

根據第2A、2B、3A、3B圖之量測結果可知，在本發明之設計下，無論行動裝置100操作於筆記本模式還是平板模式，均不易對其槽孔天線結構之輻射性能造成負面影響。因此，本發明很適合應用於各種可變形或二合一之行動通訊裝置當中，並能提供良好之天線頻寬及天線輻射效率。

本發明提出一種新穎之行動裝置及其槽孔天線結構，與傳統技術相比，其至少包括下列優勢：(1)可大幅縮短介質基板及其上金屬部之整體長度；(2)可涵蓋寬頻帶及多頻帶操作；以及(3)可於行動裝置之不同使用模式下，均能保持良好之天線輻射性能。

值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據 不同需要調整這些設定值。本發明之行動裝置及槽孔天線結構並不僅限於第1-3圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-3圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之行動裝置及槽孔天線結構當中。

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。

Claims (10)

1. 一種行動裝置，包括：一金屬背蓋，具有一開口槽孔；一接地金屬部；一饋入金屬部，具有一第一端和一第二端，並延伸跨越該開口槽孔，其中該饋入金屬部之該第一端係耦接至一信號源，而該饋入金屬部之該第二端係耦接至該接地金屬部；一寄生金屬部，具有一第一端和一第二端，其中該寄生金屬部之該第一端係耦接至該接地金屬部，而該寄生金屬部之該第二端為一開路端；以及一介質基板，其中該接地金屬部、該饋入金屬部，以及該寄生金屬部皆設置於該介質基板上；其中該金屬背蓋、該饋入金屬部，以及該寄生金屬部係共同形成一槽孔天線結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該饋入金屬部和該接地金屬部形成一迴圈結構，而該寄生金屬部係由該迴圈結構所包圍。
3. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該寄生金屬部於該金屬背蓋上具有一垂直投影，而該垂直投影與該開口槽孔至少有部份重疊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該槽孔天線結構係激發產生一低頻頻帶和一高頻頻帶，該低頻頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該高頻頻帶係介於5000MHz至6000MHz之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之行動裝置，其中該開口槽孔之長度大致等於該低頻頻帶之0.25倍波長。
6. 如申請專利範圍第4項所述之行動裝置，其中該饋入金屬部之長度大致等於該低頻頻帶之0.25倍波長。
7. 如申請專利範圍第4項所述之行動裝置，其中該寄生金屬部之長度大致等於該高頻頻帶之0.25倍波長。
8. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該金屬背蓋具有互相垂直之一第一邊緣和一第二邊緣，而該開口槽孔係大致平行並鄰近於該第一邊緣。
9. 如申請專利範圍第8項所述之行動裝置，其中該開口槽孔和該金屬背蓋之該第一邊緣之間距係小於6mm。
10. 如申請專利範圍第8項所述之行動裝置，其中該饋入金屬部和該金屬背蓋之該第二邊緣之間距係大於4mm。