TW202406219A - 支援寬頻操作之行動裝置 - Google Patents

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Abstract

一種支援寬頻操作之行動裝置，包括：一接地元件、一第二輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第四輻射部，以及一第五輻射部。第一輻射部具有一饋入點。第二輻射部係耦接至接地元件上之一第一接地點。第三輻射部係耦接至饋入點，其中第一輻射部和第三輻射部皆由第二輻射部所至少部份包圍。第四輻射部係耦接至接地元件上之一第二接地點，其中第四輻射部包括一第一高架部份。第五輻射部係耦接至饋入點，其中第五輻射部包括一第二高架部份。第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部、第四輻射部，以及第五輻射部共同形成一天線結構。

Description

支援寬頻操作之行動裝置
本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種可支援寬頻操作之行動裝置。
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)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(Antenna)為無線通訊領域中不可缺少之元件。倘若用於接收或發射信號之天線其操作頻寬(Operational Bandwidth)過窄，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出一種小尺寸、寬頻帶之天線結構，對設計者而言是一項重要課題。
在較佳實施例中，本發明提出一種支援寬頻操作之行動裝置，包括：一接地元件；一第一輻射部，具有一饋入點；一第二輻射部，耦接至該接地元件上之一第一接地點；一第三輻射部，耦接至該饋入點，其中該第一輻射部和該第三輻射部皆由該第二輻射部所至少部份包圍；一第四輻射部，耦接至該接地元件上之一第二接地點，其中該第四輻射部包括一第一高架部份；以及一第五輻射部，耦接至該饋入點，其中該第五輻射部包括一第二高架部份；其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部共同形成一天線結構。
在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一不等寬U字形，而該第三輻射部係呈現一直條形。
在一些實施例中，該第二輻射部係呈現一不等寬L字形並包括一較寬部份和一較窄部份，而該較窄部份係經由該較寬部份耦接至該第一接地點。
在一些實施例中，該第四輻射部之該第一高架部份係呈現一L字形，而該第一高架部份之一第一垂直投影係與該第一輻射部至少部份重疊。
在一些實施例中，該第五輻射部之該第二高架部份係呈現一倒L字形，而該第二高架部份之一第二垂直投影係與該第一輻射部至少部份重疊。
在一些實施例中，該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶、一第四頻帶、一第五頻帶，以及一第六頻帶，該第一頻帶係介於600MHz至960MHz之間，該第二頻帶係位於1450MHz處，該第三頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，該第四頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間，該第五頻帶係介於3300MHz至3800MHz之間，而該第六頻帶係介於5000MHz至6000MHz之間。
在一些實施例中，該第一輻射部和該第二輻射部之每一者之長度皆大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第三輻射部之長度係大致等於該第五頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第四輻射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，該第五輻射部之長度係大致等於該第三頻帶之0.25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及/或標記。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及/或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1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置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之一部份元件之俯視圖。第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之另一部份元件之俯視圖。第1D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。請一併參考第1A、1B、1C、1D圖。例如，行動裝置100可為一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)、一筆記型電腦(Notebook Computer)。
在第1A、1B、1C、1D圖之實施例中，行動裝置100包括：一接地元件(Ground Element)110、一第一輻射部(Radiation Element)120、一第二輻射部130、一第三輻射部140、一第四輻射部150，以及一第五輻射部160，其中接地元件110、第一輻射部120、第二輻射部130、第三輻射部140、第四輻射部150，以及第五輻射部160皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。必須理解的是，雖然未顯示於第1A、1B、1C、1D圖中，但行動裝置100更可包括其他元件，例如：一處理器(Processor)、一觸控面板(Touch Control Panel)、一揚聲器(Speaker)、一供電模組(Power Supply Module)，或(且)一外殼(Housing)。
接地元件110可由一接地銅箔(Ground Copper Foil)所實施，其可提供一接地電位(Ground Voltage)。在一些實施例中，接地元件110更可耦接至行動裝置100之一系統接地面(System Ground Plane)(未顯示)。
第一輻射部120可以大致呈現一不等寬U字形。詳細而言，第一輻射部120具有一第一端121和一第二端122，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於第一輻射部120之第一端121處，而第一輻射部120之第二端122為一開路端(Open End)。饋入點FP更可耦接至一信號源(Signal Source)(未顯示)。例如，前述之信號源可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，第一輻射部120亦可改為一等寬結構。
第二輻射部130可以大致呈現一不等寬L字形。詳細而言，第二輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第二輻射部130之第一端131係耦接至接地元件110上之一第一接地點(Grounding Point)GP1，而第二輻射部130之第二端132為一開路端。例如，第二輻射部130之第二端132和第一輻射部120之第二端122兩者可大致朝相同方向作延伸。在一些實施例中，第二輻射部130包括鄰近於第一端131之一較寬部份(Wide Portion)134和鄰近於第二端132之一較窄部份(Narrow Portion)135，其中較窄部份135可經由較寬部份134耦接至第一接地點GP1。必須注意的是，本說明書中所謂「靠近」或「鄰近」一詞可指對應之二元件間距小於一臨界距離(例如：10mm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)。在一些實施例中，第二輻射部130係鄰近於第一輻射部120，使得第二輻射部130之較窄部份135和第一輻射部120之間可形成一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。
第三輻射部140可以大致呈現一直條形。詳細而言，第三輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第三輻射部140之第一端141係耦接至饋入點FP，而第三輻射部140之第二端142為一開路端。例如，第三輻射部140之第二端142和第一輻射部120之第二端122兩者可大致朝相同方向作延伸。必須注意的是，第一輻射部120和第三輻射部140皆由第二輻射部130所至少部份包圍。換言之，第二輻射部130和接地元件110可共同界定出一缺口區域(Notch Region)138，而第一輻射部120和第三輻射部140皆可位於此缺口區域138之內。
第四輻射部150可以大致呈現一蜿蜒形狀(Meandering Shape)。詳細而言，第四輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第四輻射部150之第一端151係耦接至接地元件110上之一第二接地點GP2，而第四輻射部150之第二端152為一開路端。例如，第二接地點GP2可異於前述之第一接地點GP1。必須注意的是，第四輻射部150包括一第一高架部份(Elevated Portion)156，其可大致呈現一L字形。
另一方面，第五輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第五輻射部160之第一端161係耦接至饋入點FP，而第五輻射部160之第二端162為一開路端。例如，第五輻射部160之第二端162和第四輻射部150之第二端152兩者可大致朝相反方向作延伸。必須注意的是，第五輻射部160包括一第二高架部份166，其可大致呈現一倒L字形。
詳細而言，若第一輻射部120、第二輻射部130，以及第三輻射部140皆位於一第一平面上，則第四輻射部150之第一高架部份156和第五輻射部160之第二高架部份166皆可位於一第二平面上，其中前述之第二平面可與第一平面大致互相平行。在一些實施例中，第四輻射部150之第一高架部份156於前述之第一平面上具有一第一垂直投影(Vertical Projection)，而此第一垂直投影可與第一輻射部120至少部份重疊。另外，第五輻射部160之第二高架部份166於前述之第一平面上具有一第二垂直投影，而此第二垂直投影亦可與第一輻射部120至少部份重疊。
在較佳實施例中，第一輻射部120、第二輻射部130、第三輻射部140、第四輻射部150，以及第五輻射部160可共同形成行動裝置100之一天線結構(Antenna Structure)。例如，第一輻射部120、第二輻射部130、第三輻射部140可設置於一介質基板(Dielectric Substrate)上(未顯示)，而第四輻射部150和第五輻射部160則可設置於一支撐元件(Support Element)上(未顯示)。前述之介質基板或支撐元件則可藉由一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)、一軟性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，或是一塑膠固定元件來實施之。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線結構之返回損失(Return Loss)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。根據第2圖之量測結果，行動裝置100之天線結構可涵蓋一第一頻帶(Frequency Band)FB1、一第二頻帶FB2、一第三頻帶FB3、一第四頻帶FB4、一第五頻帶FB5，以及一第六頻帶FB6。例如，第一頻帶FB1可介於600MHz至960MHz之間，第二頻帶FB2可位於1450MHz處，第三頻帶FB3可介於1710MHz至2170MHz之間，第四頻帶FB4可介於2300MHz至2700MHz之間，第五頻帶FB5可介於3300MHz至3800MHz之間，而第六頻帶FB6可介於5000MHz至6000MHz之間。因此，行動裝置100將至少可支援新世代5G通訊系統(5th Generation Wireless System)之寬頻操作。
在一些實施例中，行動裝置100之天線結構之操作原理可如下列所述。第一輻射部120可激發產生前述之第一頻帶FB1。第二輻射部130可激發產生一基頻共振模態(Fundamental Resonant Mode)，以增加前述之第一頻帶FB1之操作頻寬。第二輻射部130更可激發產生一高階共振模態(Higher-Order Resonant Mode)，以形成前述之第四頻帶FB4。第三輻射部140可激發產生另一基頻共振模態，以形成前述之第五頻帶FB5。第三輻射部140更可激發產生另一高階共振模態，以形成前述之第六頻帶FB6。第四輻射部150可激發產生前述之第二頻帶FB2。第五輻射部160則可激發產生前述之第三頻帶FB3。由於行動裝置100係使用一立體天線結構，故其整體之天線尺寸將可較傳統之平面式設計大幅度微縮。
在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。第一輻射部120之長度L1可大致等於行動裝置100之天線結構之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。第二輻射部130之長度L2可大致等於行動裝置100之天線結構之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。在第二輻射部130中，較寬部份134之寬度W1可介於5mm至7mm之間，而較窄部份135之寬度W2可介於2mm至3mm之間。第三輻射部140之長度L3可大致等於行動裝置100之天線結構之第五頻帶FB5之0.25倍波長(λ/4)。第四輻射部150之長度L4可大致等於行動裝置100之天線結構之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第四輻射部150之第一高架部份156於第一輻射部120上之高度H1可介於5mm至7mm之間。第五輻射部160之長度L5可大致等於行動裝置100之天線結構之第三頻帶FB3之0.25倍波長(λ/4)。第五輻射部160之第二高架部份166於第一輻射部120上之高度H2可介於5mm至7mm之間。耦合間隙GC1可介於1mm至2mm之間。第五輻射部160和第四輻射部150之最短間距D1可介於5mm至10mm之間。以上尺寸和參數範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化行動裝置100之天線結構之操作頻寬(Operational Bandwidth)和阻抗匹配(Impedance Matching)。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線結構之輻射效率(Radiation Efficiency)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表輻射效率(dB)。根據第3圖之量測結果，行動裝置100之天線結構於所需操作頻帶內之輻射效率皆可達至少-9dB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其立體天線結構。與傳統設計相比，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶、高輻射效率，以及低製造成本等優勢，故其很適合應用於各種各式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:行動裝置 110:接地元件 120:第一輻射部 121:第一輻射部之第一端 122:第一輻射部之第二端 130:第二輻射部 131:第二輻射部之第一端 132:第二輻射部之第二端 134:第二輻射部之較寬部份 135:第二輻射部之較窄部份 138:缺口區域 140:第三輻射部 141:第三輻射部之第一端 142:第三輻射部之第二端 150:第四輻射部 151:第四輻射部之第一端 152:第四輻射部之第二端 156:第四輻射部之第一高架部份 160:第五輻射部 161:第五輻射部之第一端 162:第五輻射部之第二端 166:第五輻射部之第二高架部份 D1:間距 FB1:第一頻帶 FB2:第二頻帶 FB3:第三頻帶 FB4:第四頻帶 FB5:第五頻帶 FB6:第六頻帶 FP:饋入點 GC1:耦合間隙 GP1:第一接地點 GP2:第二接地點 H1,H2:高度 L1,L2,L3,L4,L5:長度 W1,W2:寬度
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一部份元件之俯視圖。 第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之另一部份元件之俯視圖。 第1D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2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返回損失圖。 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輻射效率圖。
100:行動裝置
110:接地元件
120:第一輻射部
130:第二輻射部
140:第三輻射部
150:第四輻射部
160:第五輻射部
H1,H2:高度

Claims (10)

  1. 一種支援寬頻操作之行動裝置，包括： 一接地元件； 一第一輻射部，具有一饋入點； 一第二輻射部，耦接至該接地元件上之一第一接地點； 一第三輻射部，耦接至該饋入點，其中該第一輻射部和該第三輻射部皆由該第二輻射部所至少部份包圍； 一第四輻射部，耦接至該接地元件上之一第二接地點，其中該第四輻射部包括一第一高架部份；以及 一第五輻射部，耦接至該饋入點，其中該第五輻射部包括一第二高架部份； 其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部共同形成一天線結構。
  2. 如請求項1之行動裝置，其中該第一輻射部係呈現一不等寬U字形，而該第三輻射部係呈現一直條形。
  3. 如請求項1之行動裝置，其中該第二輻射部係呈現一不等寬L字形並包括一較寬部份和一較窄部份，而該較窄部份係經由該較寬部份耦接至該第一接地點。
  4. 如請求項1之行動裝置，其中該第四輻射部之該第一高架部份係呈現一L字形，而該第一高架部份之一第一垂直投影係與該第一輻射部至少部份重疊。
  5. 如請求項1之行動裝置，其中該第五輻射部之該第二高架部份係呈現一倒L字形，而該第二高架部份之一第二垂直投影係與該第一輻射部至少部份重疊。
  6. 如請求項1之行動裝置，其中該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶、一第四頻帶、一第五頻帶，以及一第六頻帶，該第一頻帶係介於600MHz至960MHz之間，該第二頻帶係位於1450MHz處，該第三頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，該第四頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間，該第五頻帶係介於3300MHz至3800MHz之間，而該第六頻帶係介於5000MHz至6000MHz之間。
  7. 如請求項6之行動裝置，其中該第一輻射部和該第二輻射部之每一者之長度皆大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
  8. 如請求項6之行動裝置，其中該第三輻射部之長度係大致等於該第五頻帶之0.25倍波長。
  9. 如請求項6之行動裝置，其中該第四輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
  10. 如請求項6之行動裝置，其中該第五輻射部之長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。
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