TW201917948A

TW201917948A - 行動裝置

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Publication number: TW201917948A
Application number: TW106137083A
Authority: TW
Inventors: 李冠賢; 洪崇庭; 蔡謹隆; 江經海; 羅中宏; 鄧穎聰; 曾怡菱
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-05-01
Also published as: US20190131693A1; US10559882B2; CN109728439A; CN109728439B; TWI638486B

Abstract

一種行動裝置，包括一非導體機構件和一天線結構。天線結構係形成於非導體機構件上。天線結構包括：一饋入連接部、一第一輻射部、一第二輻射部、一接地連接部，以及一第三輻射部。饋入連接部係耦接至一饋入點。第一輻射部之一第一端係耦接至饋入連接部，而第一輻射部之一第二端為一開路端。第二輻射部之一第一端係耦接至饋入連接部，而第二輻射部之一第二端為一開路端。接地連接部係耦接至一接地點。第三輻射部之一第一端係耦接至接地連接部，而第三輻射部之一第二端為一開路端。第三輻射部係由第一輻射部所耦合激發。

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其及天線結構。

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。

天線為支援無線通訊之行動裝置中不可或缺之元件。然而，由於行動裝置之內部空間十分侷限，往往沒有足夠面積來配置所需之天線，此將導致天線之頻寬不足及行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計一種小尺寸、寬頻帶之全新天線，已成為現今設計者之一大挑戰。

在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括：一非導體機構件；以及一天線結構，形成於該非導體機構件上，其中該天線結構包括：一饋入連接部，耦接至一饋入點；一第一輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該第一輻射部之該第一端係耦接至該饋入連接部，而該第一輻射部之該第二端為一開路端；一第二輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該第二輻射部之該第一端係耦接至該饋入連接部，而該第二輻射部之該第二端為一開路端；一接地連接部，耦接至一接地點；以及一第三輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該第三輻射部之該第一端係耦接至該接地連接部，而該第三輻射部之該第二端為一開路端。

在一些實施例中，該第三輻射部之該第二端係大致由該第一輻射部所包圍，使得該第一輻射部和該第三輻射部之該第二端之間形成一第一耦合間隙和一第二耦合間隙。

在一些實施例中，該非導體機構件大致呈現一長方體，該長方體具有一第一表面、一第二表面、一第三表面，以及一第四表面，其中該第二表面和該第四表面係與該第一表面相鄰且互相垂直，而該第三表面係與該第一表面相對且互相平行。

在一些實施例中，該第一輻射部大致呈現一U字形，而該第一輻射部係由該非導體機構件之該第一表面經由該第二表面延伸至該第三表面上。

在一些實施例中，該第二輻射部大致呈現一直條形，而該第二輻射部係設置於該非導體機構件之該第一表面上。

在一些實施例中，該第三輻射部大致呈現一直條形，而該第三輻射部係設置於該非導體機構件之該第二表面上。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一第四輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該第四輻射部之該第一端係耦接至該接地連接部，而該第四輻射部之該第二端為一開路端。

在一些實施例中，該第四輻射部大致呈現一L字形，而該第四輻射部係由該非導體機構件之該第二表面延伸至該第三表面上。

在一些實施例中，該天線結構係涵蓋介於700MHz至960MHz之間之一第一頻帶、介於1450MHz至2700MHz之間之一第二頻帶，以及介於5150MHz至5850MHz之間之一第三頻帶。

在一些實施例中，該饋入連接部、該第一輻射部、該接地連接部，以及該第三輻射部係激發產生該第一頻帶，其中該饋入連接部、該第二輻射部、該接地連接部，以及該第四輻射部係激發產生該第二頻帶，而其中該第三輻射部係由該第一輻射部所耦合激發以產生該第三頻帶。

100‧‧‧行動裝置

110‧‧‧非導體機構件

115‧‧‧天線結構

120‧‧‧饋入連接部

121‧‧‧饋入連接部之第一端

122‧‧‧饋入連接部之第二端

130‧‧‧第一輻射部

131‧‧‧第一輻射部之第一端

132‧‧‧第一輻射部之第二端

140‧‧‧第二輻射部

141‧‧‧第二輻射部之第一端

142‧‧‧第二輻射部之第二端

145‧‧‧T字形連接部份

150‧‧‧接地連接部

151‧‧‧接地連接部之第一端

152‧‧‧接地連接部之第二端

160‧‧‧第三輻射部

161‧‧‧第三輻射部之第一端

162‧‧‧第三輻射部之第二端

170‧‧‧第四輻射部

171‧‧‧第四輻射部之第一端

172‧‧‧第四輻射部之第二端

175‧‧‧N字形彎折部份

190‧‧‧同軸電纜線

200‧‧‧系統接地面

210‧‧‧系統接地面之接地面區域

220‧‧‧系統接地面之淨空區域

CP1‧‧‧第一連接點

CP2‧‧‧第二連接點

CP3‧‧‧第三連接點

CP4‧‧‧第四連接點

E1‧‧‧非導體機構件之第一表面

E2‧‧‧非導體機構件之第二表面

E3‧‧‧非導體機構件之第三表面

E4‧‧‧非導體機構件之第四表面

FB1‧‧‧第一頻帶

FB2‧‧‧第二頻帶

FB3‧‧‧第三頻帶

FP‧‧‧饋入點

GC1‧‧‧第一耦合間隙

GC2‧‧‧第二耦合間隙

GP‧‧‧接地點

X‧‧‧X軸

Y‧‧‧Y軸

Z‧‧‧Z軸

第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之立體圖。

第1B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之立體圖。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之系統電路板之示意圖。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之天線結構之電壓駐波比圖。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之天線結構之天線增益圖。

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100之立體圖。第1B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置100之立體圖。請一併參考第1A、1B圖，其係用於描繪同一行動裝置100之不同視角。行動裝置100可以是一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1A、1B圖所示，行動裝置100至少包括一非導體機構件(Nonconductive Mechanism Element)110和一天線結構(Antenna Structure)115。非導體機構件110可為一塑膠承載元件(Plastic Carrier Element)，其可用於承載天線結構115。天線結構115可為金屬材質所製成之一立體結構。例如，天線結構115可以藉由一印刷製程(Printing Process)或一雷雕製程(Laser Direct Structuring(LDS)Process)來形成於非導體機構件110上。必須理解的是，雖然未顯示於第1A、1B圖中，行動裝置100更可包括其他元件，例如：一顯示器(Display Device)、一揚聲器(Speaker)、一觸控模組(Touch Control Module)、一電池(Battery)，以及一外殼(Housing)。

非導體機構件110之形狀和種類於本發明中並不特別作限制。在一些實施例中，非導體機構件110大致呈現一長方體。詳細而言，前述之長方體具有一第一表面E1、一第二表面E2、一第三表面E3，以及一第四表面E4，其中第二表面E2和第四表面E4係與第一表面E1相鄰且大致互相垂直，而第三表面E3係與第一表面E1相對且大致互相平行。換言之，第一表面E1、第二表面E2、第三表面E3，以及第四表面E4可互相連接，且其組合可大致呈現一空心四角柱體。在另一些實施例中，非導體機構件110亦可改為大致呈現一圓柱體或一三角柱體。

天線結構115至少包括一饋入連接部(Feeding Connection Element)120、一第一輻射部(Radiation Element)130、一第二輻射部140、一接地連接部(Grounding Connection Element)150，以及一第三輻射部160，其結構和配置方式可如下列所述。

饋入連接部120可大致呈現一矩形(平面矩形)，其中饋入連接部120可設置於非導體機構件110之第一表面E1上。詳細而言，饋入連接部120具有一第一端121和一第二端122，其中饋入連接部120之第一端121係耦接至一饋入點(Feeding Point)FP。饋入點FP更可經由一同軸電纜線(Coaxial Cable)190耦接至一信號源(Signal Source)(未顯示)。例如，前述信號源可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構115。

第一輻射部130可大致呈現一U字形(立體U字形)，其中第一輻射部130可由非導體機構件110之第一表面E1經由第二表面E2延伸至第三表面E3上(亦即，第1B圖之一第二連接點CP2係等同於第1A圖之一第一連接點CP1)。詳細而言，第一輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第一輻射部130之第一端131係耦接至饋入連接部120之第二端122，而第一輻射部130之第二端132為一開路端(Open End)。

第二輻射部140可大致呈現一直條形(平面直條形)，其中第二輻射部140可設置於非導體機構件110之第一表面E1上。詳細而言，第二輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第二輻射部140之第一端141係耦接至饋入連接部120之第二端122，而第二輻射部140之第二端142為一開路端。在一些實施例中，第二輻射部140、第一輻射部130，以及饋入連接部120之一組合可包括一T字形連接部份145。第二輻射部140之第二端142與第一輻射部130之第二端132可以大致朝相同方向作延伸(例如，平行於第1A、1B圖中之+Y軸方向)。第二輻射部140之長度係較第一輻射部130之長度更短。例如，第一輻射部130之長度可為第二輻射部140之長度之2倍至3倍。

接地連接部150可大致呈現一直條形(立體直條形)，其中接地連接部150可由非導體機構件110之第一表面E1延伸至第二表面E2上(亦即，第1B圖之一第四連接點CP4係等同於第1A圖之一第三連接點CP3)。詳細而言，接地連接部150具有一第一端151和一第二端152，其中接地連接部150之第一端151係耦接至一接地點(Grounding Point)GP。接地點GP更可耦接至行動裝置100之一接地面區域，其中此接地面區域可提供一接地電位(Ground Voltage)。

第三輻射部160可大致呈現一直條形(平面直條形)，其中第三輻射部160係設置於非導體機構件110之第二表面E2上。詳細而言，第三輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第三輻射部160之第一端161係耦接至接地連接部150之第二端152，而第三輻射部160之第二端162為一開路端。如前所述，若第一輻射部130大致呈現一U字形(立體U字形)且界定出一缺口，則第三輻射部160之第二端162可延伸進入第一輻射部130之缺口內部。第三輻射部160之第二端162可大致由第一輻射部130所包圍，使得第一輻射部130和第三輻射部160之第二端162之間形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1和一第二耦合間隙GC2。因此，第三輻射部160和第一輻射部130之間可產生交互耦合效應(Mutual Coupling Effect)，使得第三輻射部160能由第一輻射部130所耦合激發。

在一些實施例中，天線結構115更包括一第四輻射部170。第四輻射部170可大致呈現一L字形(立體L字形)，其中第四輻射部170可由非導體機構件110之第二表面E2延伸至第三表面E3上。詳細而言，第四輻射部170具有一第一端171和一第二端172，其中第四輻射部170之第一端171係耦接至接地連接部150之第二端152，而第四輻射部170之第二端172為一開路端。在一些實施例中，第四輻射部170更包括一N字形彎折部份175，其係位於第四輻射部170之第一端171和第二端172之間，以微調天線結構115之阻抗匹配(Impedance Matching)。第四輻射部170之第二端172與第一輻射部130之第二端132可以大致朝相反且互相靠近之方向作延伸(例如，分別平行於第1A、1B圖中之-Y軸方向和+Y軸方向)。第四輻射部170之長度係較第三輻射部160之長度更短。例如，第三輻射部160之長度可為第四輻射部170之長度之2倍至3倍。第四輻射部170為一選用元件(Optional Element)，其係用於增加天線結構115之頻寬，惟在其他實施例中第四輻射部170亦可移除之。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之系統電路板200之示意圖。在第2圖之實施例中，行動裝置100更包括一系統電路板(System Circuit Board)200，其中系統電路板200包括一接地面區域(Ground Plane Region)210和一淨空區域(Clearance Region)220。接地面區域210可提供一接地電位。例如，前述之接地點GP即可耦接至接地面區域210。淨空區域220可為一非金屬區域，其中淨空區域220可大致呈現一矩形，並可位於系統電路板200之四個角落之任意一者處。在一些實施例中，第1A、1B圖之非導體機構件110和天線結構115皆設置於淨空區域220之內部，使得天線結構115不易受到系統電路板200上其他金屬元件或電路元件之負面影響。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線結構115之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第3圖之量測結果，天線結構115可涵蓋一第一頻帶FB1、一第二頻帶，以及一第三頻帶FB1，其中第一頻帶FB1可介於700MHz至960MHz之間，第二頻帶FB2可介於1450MHz至2700MHz之間，而第三頻帶FB3可介於5150MHz至5850MHz之間。因此，行動裝置100之天線結構115至少能支援LTE(Long Term Evolution)3GHz(Band 22/Band 42/Band 43/Band 48)、5GHz(LTE-U)之寬頻操作，其可同時適用於全球各地之LTE通訊裝置。

在一些實施例中，行動裝置100和天線結構115之操作原理可如下列所述。饋入連接部120、第一輻射部130、接地連接部150，以及第三輻射部160可共同激發產生前述之第一頻帶FB1。饋入連接部120、第二輻射部140、接地連接部150，以及第四輻射部170可共同激發產生前述之第二頻帶FB2。第三輻射部160更由第一輻射部130所耦合激發，以產生前述之第三頻帶FB3。第四輻射部170主要貢獻前述之第二頻帶FB2之低頻部份。若第四輻射部170被移除，則第二頻帶FB2將改為介於1700MHz至2700MHz之間(亦即，介於1450MHz至1700MHz之間之共振頻段將會消失)。

在一些實施例中，行動裝置100和天線結構115之元件尺寸可如下列所述。饋入連接部120和第一輻射部130之總長度(亦即，由第一端121起，途經第二端122和第一端131，再至第二端132之總長度)可大致等於前述第一頻帶FB1之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。接地連接部150和第三輻射部160之總長度(亦即，由第一端151起，途經第二端152和第一端161，再至第二端162之總長度)可大致等於前述第一頻帶FB1之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。饋入連接部120和第二輻射部140之總長度(亦即，由第一端121起，途經第二端122和第一端141，再至第二端142之總長度)可大致等於前述第二頻帶FB2之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。接地連接部150和第四輻射部170之總長度(亦即，由第一端151起，途經第二端152和第一端171，再至第二端172之總長度)可大致等於前述第二頻帶FB2之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。為了加強第一輻射部130和第三輻射部160之間之交互耦合效應，介於第一輻射部130之前半段(靠近第一端131)和第三輻射部160之間之第一耦合間隙GC1之寬度可小於1.5mm，而介於第一輻射部130之後半段(靠近第二端132)和第三輻射部160之間之第二耦合間隙GC2之寬度可小於2.5mm。以上之尺寸範圍係根據多次實驗結果而計算得出，其可用於最佳化行動裝置100之天線結構115之操作頻帶和阻抗匹配。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線結構115之天線增益(Antenna Gain)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線增益(dBi)。根據第4圖之量測結果，天線結構115於前述之第一頻帶FB1、第二頻帶FB2，以及第三頻帶FB3內之天線增益幾乎皆可達-3dBi以上，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

本發明提出一種新穎之行動裝置及天線結構，相較於傳統設計其至少具有下列優勢：(1)天線結構之尺寸不大，故可設置於行動裝置內部之有限空間當中；(2)天線結構涵蓋寬頻操作，能支援全球各地之LTE通訊頻帶；以及(3)天線結構之複雜度低，有助於降低整體製造成本。因此，本發明很適合應用於各種小型化、寬頻帶之行動通訊裝置當中。

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天線結構並不僅限於第1-4圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-4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

一種行動裝置，包括：一非導體機構件；以及一天線結構，形成於該非導體機構件上，其中該天線結構包括：一饋入連接部，耦接至一饋入點；一第一輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該第一輻射部之該第一端係耦接至該饋入連接部，而該第一輻射部之該第二端為一開路端；一第二輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該第二輻射部之該第一端係耦接至該饋入連接部，而該第二輻射部之該第二端為一開路端；一接地連接部，耦接至一接地點；以及一第三輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該第三輻射部之該第一端係耦接至該接地連接部，而該第三輻射部之該第二端為一開路端。
如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第三輻射部之該第二端係大致由該第一輻射部所包圍，使得該第一輻射部和該第三輻射部之該第二端之間形成一第一耦合間隙和一第二耦合間隙。
如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該非導體機構件大致呈現一長方體，該長方體具有一第一表面、一第二表面、一第三表面，以及一第四表面，其中該第二表面和該第四表面係與該第一表面相鄰且互相垂直，而該第三表面係與該第一表面相對且互相平行。
如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，其中該第一輻射部大致呈現一U字形，而該第一輻射部係由該非導體機構件之該第一表面經由該第二表面延伸至該第三表面上。
如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，其中該第二輻射部大致呈現一直條形，而該第二輻射部係設置於該非導體機構件之該第一表面上。
如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，其中該第三輻射部大致呈現一直條形，而該第三輻射部係設置於該非導體機構件之該第二表面上。
如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，其中該天線結構更包括：一第四輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該第四輻射部之該第一端係耦接至該接地連接部，而該第四輻射部之該第二端為一開路端。
如申請專利範圍第7項所述之行動裝置，其中該第四輻射部大致呈現一L字形，而該第四輻射部係由該非導體機構件之該第二表面延伸至該第三表面上。
如申請專利範圍第7項所述之行動裝置，其中該天線結構係涵蓋介於700MHz至960MHz之間之一第一頻帶、介於1450MHz至2700MHz之間之一第二頻帶，以及介於5150MHz至5850MHz之間之一第三頻帶。
如申請專利範圍第9項所述之行動裝置，其中該饋入連接部、該第一輻射部、該接地連接部，以及該第三輻射部係激發產生該第一頻帶，其中該饋入連接部、該第二輻射部、該接地連接部，以及該第四輻射部係激發產生該第二頻帶，而其中該第三輻射部係由該第一輻射部所耦合激發以產生該第三頻帶。