TW202315214A

TW202315214A - 混合天線結構

Info

Publication number: TW202315214A
Application number: TW110135497A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛; 林敬基
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2021-09-24
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2023-04-01
Also published as: TWI784726B; US11749901B2; US20230096014A1

Abstract

一種混合天線結構，包括：一第一金屬部、一第二金屬部、一第三金屬部、一電纜線，以及一鄰近感測器。第一金屬部具有一饋入點。第二金屬部係鄰近於第一金屬部，並與第一金屬部分離，其中第二金屬部和第一金屬部之間形成一耦合間隙。第三金屬部係耦接至第二金屬部上之一連接點。鄰近感測器係經由電纜線耦接至第三金屬部。第二金屬部和第三金屬部係同時作為一感測板和一輻射部。

Description

混合天線結構

本發明係關於一種混合天線結構，特別係關於一種可同時具有輻射部(Radiation Element)和感測板(Sensing Pad)之雙重功能之混合天線結構。

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、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系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

天線為具有無線通訊功能之行動裝置之必要組成。為了符合政府對於特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)之規範，設計者通常會在行動裝置中加入鄰近感測器(Proximity Sensor，P-sensor)來控制關於天線之射頻功率。然而，鄰近感測器之感測板卻容易對天線造成干擾，並降低天線之輻射效率。是以，有必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之問題。

在較佳實施例中，本發明提出一種混合天線結構，包括：一第一金屬部，具有一饋入點；一第二金屬部，鄰近於該第一金屬部，並與該第一金屬部分離，其中該第二金屬部和該第一金屬部之間形成一耦合間隙；一第三金屬部，耦接至該第二金屬部上之一連接點；一電纜線；以及一鄰近感測器，經由該電纜線耦接至該第三金屬部；其中該第二金屬部和該第三金屬部係同時作為一感測板和一輻射部。

在一些實施例中，該第一金屬部係呈現一L字形。

在一些實施例中，該第二金屬部和該第三金屬部之一組合係呈現一T字形。

在一些實施例中，該連接點係鄰近於該第二金屬部之一中間部份。

在一些實施例中，該混合天線結構涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。

在一些實施例中，該第一金屬部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第二金屬部之長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。

在一些實施例中，該第三金屬部之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第三金屬部包括一蜿蜒部份和一直條部份。

在一些實施例中，該第三金屬部之該蜿蜒部份之長度係大於或等於該第一頻帶之0.125倍波長。

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。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號或(且)標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例或(且)結構之間有特定的關係。

此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之混合天線結構(Hybrid Antenna Structure)100之示意圖。混合天線結構100可以應用於一行動裝置當中，例如：一智慧型手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。如第1圖所示，混合天線結構100包括：一第一金屬部(Metal Element)110、一第二金屬部120、一第三金屬部130、一電纜線(Cable)140，以及一鄰近感測器(Proximity Sensor，P-sensor)150。例如，前述之每一金屬部可由銅、銀、鋁、鐵，或是其合金所製成，但亦不僅限於此。

第一金屬部110可以大致呈現一L字形。詳細而言，第一金屬部110具有一第一端111和一第二端112，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於第一金屬部110之第一端111處，而第一金屬部110之第二端112為一開路端(Open End)。饋入點FP更可耦接至一信號源(Signal Source)190。例如，信號源190可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發混合天線結構100。

第二金屬部120可以大致呈現一較長直條形。第二金屬部120係鄰近於第一金屬部110，並與第一金屬部110完全分離，其中第二金屬部120和第一金屬部110之間形成一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。詳細而言，第二金屬部120具有一第一端121和一第二端122，其可為互相遠離之二個開路端。例如，第二金屬部120之第一端121和第一金屬部110之第二端112可大致朝相同方向作延伸，而第二金屬部120之第二端122和第一金屬部110之第二端112可大致朝相反方向作延伸。

第三金屬部130可以大致呈現一較短直條形，其可與第二金屬部120大致互相垂直。在一些實施例中，第二金屬部120和第三金屬部130之一組合係大致呈現一T字形。詳細而言，第三金屬部130具有一第一端131和一第二端132，其中第三金屬部130之第一端131係耦接至第二金屬部120上之一連接點(Connection Point)CP。例如，連接點CP可鄰近於第二金屬部120之一中間部份125處；抑或，連接點CP可恰好位於第二金屬部120之一中心點處。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：5mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。

電纜線140可為一同軸電纜線(Coaxial Cable)，其可包括一中心導線(Central Conductive Line)144和一導體外殼(Conductive Housing)145。例如，電纜線140之中心導線144可耦接至第三金屬部130之第二端132，而電纜線140之導體外殼145可耦接至一接地電位。鄰近感測器150係經由電纜線140耦接至第三金屬部130。

必須注意的是，第二金屬部120和第三金屬部130可作為鄰近感測器150之一感測板(Sensing Pad)，同時亦可作為混合天線結構100之一輻射部(Radiation Element)。由於在混合天線結構100中之感測板和輻射部係互相整合，故混合天線結構100之整體尺寸將能大幅微縮。另一方面，第二輻射部120和第一輻射部110之間可形成一等效電容器(Equivalent Capacitor)，是以混合天線結構100無須再使用額外之直流阻斷元件，使得其整體製造成本亦將能有效降低。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之混合天線結構100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2圖所示，混合天線結構100可涵蓋一第一頻帶FB1和一第二頻帶FB2，其中第一頻帶FB1可介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶FB2可介於5150MHz至5850MHz之間。因此，混合天線結構100將至少可支援WLAN(Wireless Local Area Networks) 2.4GHz/5GHz之寬頻操作。

在一些實施例中，混合天線結構100之操作原理可如下列所述。第二金屬部120可由第一金屬部110所耦合激發，以產生前述之第一頻帶FB1。第一金屬部110可單獨激發，以產生前述之第二頻帶FB2。根據實際量測結果，當由信號源190所激發時，混合天線結構100之一電流零點(Current Null)恰好可位於第三金屬部130之第二端132處。因此，即使電纜線140和鄰近感測器150直接耦接至第三金屬部130，其亦不會對混合天線結構100之輻射性能造成負面影響。另外，當一人體接近混合天線結構100時，其與第二金屬部120和第三金屬部130所形成之感測板之間將形成一虛擬電容器(Virtual Capacitor)。藉由分析此虛擬電容器之電容值，鄰近感測器150可用於估測至人體之間距，從而可控制與混合天線結構100相關之射頻功率並降低其特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)。

第3圖係顯示傳統混合天線結構之返回損失圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。根據第2、3圖之比較結果，若加入鄰近感測器及其電纜線，傳統混合天線結構常會面臨低頻共振模態(Low-frequency Resonant Mode)遭受破壞之問題。亦即，傳統混合天線結構可能無法涵蓋前述之第一頻帶FB1。因此，本發明可藉由適當地設計第一輻射部110、第二輻射部120，以及第三輻射部130來克服傳統混合天線結構之重大缺陷。

在一些實施例中，混合天線結構100之元件尺寸可如下列所述。第一金屬部110之長度L1可以大致等於混合天線結構100之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第一金屬部110之寬度W1可以介於1mm至2mm之間。第二金屬部120之長度L2可以大致等於混合天線結構100之第一頻帶FB1之0.5倍波長(λ/2)。第二金屬部120之寬度W2可以介於1mm至2mm之間。第三金屬部130之長度L3可以大致等於混合天線結構100之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。第三金屬部130之寬度W3可以介於1mm至2mm之間。耦合間隙GC1之寬度可介於0.5mm至2mm之間。以上元件尺寸之範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化混合天線結構100之操作頻寬(Operational Bandwidth)和阻抗匹配(Impedance Matching)，並有助於最大化混合天線結構100之感測板之可偵測距離(Detectable Distance)。

第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之混合天線結構400之示意圖。第4圖和第1圖相似。在第4圖之實施例中，混合天線結構400之一第三金屬部430包括互相耦接之一蜿蜒部份(Meandering Portion)434和一直條部份(Straight-line Portion)435。詳細而言，第三金屬部430具有一第一端431和一第二端432，其中蜿蜒部份434係鄰近於第三金屬部430之第一端431，而直條部份435係鄰近於第三金屬部430之第二端432。例如，第三金屬部430之蜿蜒部份434可包括一或複數個互相耦接之U字形或W字形，但亦不僅限於此。另外，在第三金屬部430中，蜿蜒部份434之寬度W4可以小於直條部份435之寬度W5，以微縮混合天線結構400之整體尺寸。

第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之混合天線結構400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5圖所示，混合天線結構400可涵蓋一第一頻帶FB3和一第二頻帶FB4，其中第一頻帶FB3可介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶FB4可介於5150MHz至5850MHz之間。在一些實施例中，第三金屬部430之蜿蜒部份434之長度L4可以大於或等於混合天線結構400之第一頻帶FB3之0.125倍波長(λ/8)。第三金屬部430之蜿蜒部份434之寬度W4可介於0.1mm至1mm之間。第三金屬部430之直條部份435之寬度W5可介於1mm至2mm之間。根據實際量測結果，第三金屬部430之蜿蜒部份434之加入有助於增加第二金屬部120和電纜線140兩者於第一頻帶FB3中之隔離度(Isolation)。第4圖之混合天線結構400之其餘特徵皆與第1圖之混合天線結構100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

本發明提出一種新穎之混合天線結構，其可有效整合感測板和輻射部。根據實際量測結果，本發明可同時改善天線結構之操作性能和提高通過特定吸收率檢測之機率，故其很適合應用於各種小型化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。本發明之混合天線結構並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5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混合天線結構當中。

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。

100,400:混合天線結構 110:第一金屬部 111:第一金屬部之第一端 112:第一金屬部之第二端 120:第二金屬部 121:第二金屬部之第一端 122:第二金屬部之第二端 125:第二金屬部之中間部份 130,430:第三金屬部 131,431:第三金屬部之第一端 132,432:第三金屬部之第二端 140:電纜線 144:中心導線 145:導體外殼 150:鄰近感測器 190:信號源 434:第三金屬部之蜿蜒部份 435:第三金屬部之直條部份 CP:連接點 FB1,FB3:第一頻帶 FB2,FB4:第二頻帶 FP:饋入點 GC1:耦合間隙 L1,L2,L3,L4:長度 W1,W2,W3,W4,W5:寬度

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之混合天線結構之示意圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之混合天線結構之返回損失圖。第3圖係顯示傳統混合天線結構之返回損失圖。第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之混合天線結構之示意圖。第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之混合天線結構之返回損失圖。

100:混合天線結構

110:第一金屬部

111:第一金屬部之第一端

112:第一金屬部之第二端

120:第二金屬部

121:第二金屬部之第一端

122:第二金屬部之第二端

125:第二金屬部之中間部份

130:第三金屬部

131:第三金屬部之第一端

132:第三金屬部之第二端

140:電纜線

144:中心導線

145:導體外殼

150:鄰近感測器

190:信號源

CP:連接點

FP:饋入點

GC1:耦合間隙

L1,L2,L3:長度

W1,W2,W3:寬度

Claims

一種混合天線結構，包括：一第一金屬部，具有一饋入點；一第二金屬部，鄰近於該第一金屬部，並與該第一金屬部分離，其中該第二金屬部和該第一金屬部之間形成一耦合間隙；一第三金屬部，耦接至該第二金屬部上之一連接點；一電纜線；以及一鄰近感測器，經由該電纜線耦接至該第三金屬部；其中該第二金屬部和該第三金屬部係同時作為一感測板和一輻射部。
如請求項1所述之混合天線結構，其中該第一金屬部係呈現一L字形。
如請求項1所述之混合天線結構，其中該第二金屬部和該第三金屬部之一組合係呈現一T字形。
如請求項1所述之混合天線結構，其中該連接點係鄰近於該第二金屬部之一中間部份。
如請求項1所述之混合天線結構，其中該混合天線結構涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。
如請求項5所述之混合天線結構，其中該第一金屬部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
如請求項5所述之混合天線結構，其中該第二金屬部之長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。
如請求項5所述之混合天線結構，其中該第三金屬部之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
如請求項5所述之混合天線結構，其中該第三金屬部包括一蜿蜒部份和一直條部份。
如請求項9所述之混合天線結構，其中該第三金屬部之該蜿蜒部份之長度係大於或等於該第一頻帶之0.125倍波長。