TWI523319B - 行動裝置 - Google Patents

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TWI523319B TW102126052A TW102126052A TWI523319B TW I523319 B TWI523319 B TW I523319B TW 102126052 A TW102126052 A TW 102126052A TW 102126052 A TW102126052 A TW 102126052A TW I523319 B TWI523319 B TW I523319B
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    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/06—Details
    • H01Q9/14—Length of element or elements adjustable
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Description

行動裝置
本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種包括多頻帶天線結構(Multi-band Antenna Structure)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、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。
在傳統技術中，常以固定尺寸之一金屬件作為行動裝置之天線主體，該金屬件的長度須等於所需頻帶對應之二分之一波長或四分之一波長。傳統天線設計通常僅能涵蓋單一頻帶，但無法涵蓋多重頻帶。
為了解決前述問題，本發明提供一種行動裝置， 包括：一介質基板；一接地面，設置於該介質基板上，其中該介質基板更具有一淨空區；一射頻模組；一天線結構，設置於該淨空區內，其中該天線結構包括一第一輻射部和一第二輻射部，該第一輻射部之一第一端係連接至該射頻模組，該第一輻射部之一第二端為一開路端，該第二輻射部係與該第一輻射部分離，而該第二輻射部之一第一端為一開路端並鄰近於該第一輻射部；一旁路電感器，其中該第二輻射部之一第二端係經由該旁路電感器連接至該接地面；複數匹配電路，具有不同之阻抗匹配值；以及一切換電路，根據一控制信號選擇該等匹配電路之一者，其中該第二輻射部之該第二端更經由選擇之該匹配電路連接至該接地面，使得該天線結構能操作於多重頻帶。
100、200、300、400‧‧‧行動裝置
110‧‧‧介質基板
120‧‧‧接地面
130、330‧‧‧淨空區
140‧‧‧射頻模組
150、250、350、450‧‧‧天線結構
160、260、360、460‧‧‧第一輻射部
161‧‧‧第一輻射部之第一端
162‧‧‧第一輻射部之第二端
170、270、370、470‧‧‧第二輻射部
171‧‧‧第二輻射部之第一端
172‧‧‧第二輻射部之第二端
173、473‧‧‧第二輻射部之耦合部份
174、274‧‧‧第二輻射部之蜿蜒部份
180-1、180-2、..…、180-N‧‧‧匹配電路
182‧‧‧旁路電感器
190‧‧‧切換電路
263‧‧‧第一輻射部之U字形部份
264‧‧‧第一輻射部之L字形部份
363‧‧‧第一輻射部之第一L字形部份
364‧‧‧第一輻射部之第二L字形部份
380‧‧‧第三輻射部
381‧‧‧第三輻射部之第一端
382‧‧‧第三輻射部之第二端
CC1、CC2、CC3、CC4、CC5、CC6、CC7、CC8‧‧‧曲線
G1‧‧‧耦合間隙
SC‧‧‧控制信號
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2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3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4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5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；以及第6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。
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)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1圖所示，行動裝置100至少包括：一介質基板110、一接地面120、一射頻(Radio Frequency，RF)模組140、一天線結構150、複數個匹配電路180-1、180-2、…、180-N(N為大於或等於2之一正整數，例如：2、3、4、5，或6)、一旁路電感器(Bypass Inductor)182，以及一切換電路190。介質基板110可以是一系統電路板或一FR4(玻璃纖維板Flame Retardant 4)基板。接地面120和天線結構150可以用金屬製成，例如：銀、銅、鋁，或是鐵。天線結構150可以大致為一平面結構，並設置於介質基板110上。射頻模組140可以作為一信號源，其用於激發天線結構150。必須注意的是，行動裝置100更可包括其他元件，例如：一處理器、一觸控面板、一觸控模組、一揚聲器、一電池，以及一外殼(未顯示)。
接地面120係設置於介質基板110上。介質基板110更具有一淨空區130。在一些實施例中，淨空區130係鄰近於介質基板110之一角落處，而淨空區130大致為一L字形或是一矩形。天線結構150係設置於淨空區130內。天線結構150包括一 第一輻射部160和一第二輻射部170。第一輻射部160之一第一端161係連接至射頻模組140，而第一輻射部160之一第二端162為一開路端(Open End)。在一些實施例中，行動裝置100更可包括一饋入匹配電路(未顯示)，其包括一或複數個電容器或(且)電感器，例如：晶片電容器或(且)晶片電感器。該饋入匹配電路係連接於射頻模組140和第一輻射部160之第一端161之間，並係用於調整天線結構150之阻抗匹配。第二輻射部170係與第一輻射部160分離，並與第一輻射部160相互耦合。第二輻射部170之一第一端171為一開路端並鄰近於第一輻射部160，而第二輻射部170之一第二端172係經由旁路電感器182連接至接地面120。更詳細地說，第二輻射部170包括一耦合部份173，而耦合部份173包括第二輻射部170之第一端171。耦合部份173和第一輻射部160之間形成一耦合間隙G1。在一些實施例中，耦合部份173之長度係大於2mm，而耦合間隙G1係小於2mm。第二輻射部170更可包括一蜿蜒部份174。在一些實施例中，蜿蜒部份174大致為一U字形。在其他實施例中，蜿蜒部份174亦可大致為互相連接之複數個U字形之一組合。必須注意的是，第一輻射部160和第二輻射部170之形狀並非為本發明之限制條件。例如，第一輻射部160和第二輻射部170之任一者亦可大致為一直條形、一U字形、一L字形、一S字形、一M字形，或是一V字形。在一些實施例中，第一輻射部160和第二輻射部170之長度皆約為天線結構150之一中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。
每一該等匹配電路180-1、180-2、…、180-N可以包括一或複數個電容器或(且)電感器，例如：晶片電容器或(且) 晶片電感器。該等匹配電路180-1、180-2、…、180-N可以具有不同之阻抗匹配值。切換電路190可以根據一控制信號SC選擇該等匹配電路180-1、180-2、…、180-N之一者。在一些實施例中，控制信號SC係由一處理器(未顯示)所產生，或係根據一使用者輸入信號而產生。第二輻射部170之第二端172更經由選擇之匹配電路連接至接地面120。由於該等匹配電路180-1、180-2、…、180-N可以提供不同之等效共振長度給天線結構150，故天線結構150將可以夠操作於多重頻帶。旁路電感器182可用於避免切換電路190對於天線結構150之輻射效率造成負面影響。在一些實施例中，旁路電感器182之一電感值約介於5nH至10nH之間。
本發明之天線結構150大致為一平面結構。天線結構150和其他電子電路元件均可藉由印刷電路版(Printed Circuit Board，PCB)技術及表面黏著技術(Surface Mount Technology，SMT)而直接形成於一系統主板(亦即，介質基板110)上，因此不會產生額外之天線製造費用，亦不需要額外之立體空間來放置天線元件。藉由適當地於該等匹配電路180-1、180-2、…、180-N之間進行切換，本發明之天線結構150可以在其整體尺寸不變之情況下仍能涵蓋多重頻帶。簡而言之，本發明至少具有降低成本、節省空間，以及增加天線頻寬之優勢，非常適合應用於各種小型化之行動裝置。
第2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。第2圖和第1圖相似。在第2圖之實施例中，一天線結構250之一第一輻射部260包括互相連接之一U字形部份 263和一L字形部份264，而天線結構250之一第二輻射部270之一蜿蜒部份274大致為互相連接之一U字形和一N字形之一組合。第一輻射部260和第二輻射部270之形狀可以根據不同需要進行調整，以縮小天線結構250之整體尺寸。第2圖之行動裝置200之其餘特徵皆與第1圖之行動裝置100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第3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。第3圖和第1圖相似。在第3圖之實施例中，一天線結構350之一第一輻射部360包括互相連接之一第一L字形部份363和一第二L字形部份364，天線結構350之一第二輻射部370大致為一直條形，而天線結構350更包括一第三輻射部380。第三輻射部380大致為一L字形。第三輻射部380之一第一端381係連接至第二輻射部370，而第三輻射部380之一第二端382為一開路端並鄰近於切換電路190。和第1圖相比，第3圖之第二輻射部370不具有任何蜿蜒部份，而第三輻射部380更被加入天線結構350以補償去除蜿蜒部份所造成之升頻效應。在此設計下，天線結構350之整體尺寸可以更加縮小，使得切換電路190和天線結構350可以皆設置於介質基板110之一淨空區330內，其中淨空區330大致為一矩形，並小於第1圖所示之淨空區130。如前所述，第一輻射部360和第二輻射部370之形狀可以根據不同需要進行調整。第3圖之行動裝置300之其餘特徵皆與第1圖之行動裝置100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝 置400之示意圖。第4圖和第1圖相似。在第4圖之實施例中，一天線結構450之一第一輻射部460大致為一直條形，而天線結構450之一第二輻射部470亦大致為一直條形，其中第二輻射部470之長度係大於第一輻射部460之長度。和第1圖相比，第4圖之第一輻射部460和第二輻射部470皆不具有任何蜿蜒部份，而第二輻射部470之一耦合部份473之長度係明顯地增加，以補償去除蜿蜒部份所造成之升頻效應。在此設計下，天線結構450之整體尺寸可以更加縮小，使得切換電路190和天線結構450可以皆設置於介質基板110之一淨空區330內，其中淨空區330大致為一矩形，並小於第1圖所示之淨空區130。如前所述，第一輻射部460和第二輻射部470之形狀可以根據不同需要進行調整。第4圖之行動裝置400之其餘特徵皆與第1圖之行動裝置100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第5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150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)。在第5圖之實施例中，該等匹配電路180-1、180-2、…、180-N之數量為4(亦即，N=4)，而天線結構150係選擇性地操作於一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶，或是一第四頻帶。更詳細地說，當切換電路190選擇一第一匹配電路時，一曲線CC1係顯示天線結構150之返回損失對操作頻率之關係，而天線結構150係涵蓋該第一頻帶；當切換電路190選擇一第二匹配電路時，一曲線CC2係顯示天線結構150之返回損失對操作頻率之關係，而天線結構150係涵蓋該第二頻帶；當切換電路190選擇一第三匹配電路時， 一曲線CC3係顯示天線結構150之返回損失對操作頻率之關係，而天線結構150係涵蓋該第三頻帶；而當切換電路190選擇一第四匹配電路時，一曲線CC4係顯示天線結構150之返回損失對操作頻率之關係，而天線結構150係涵蓋該第四頻帶。在較佳實施例中，該第一頻帶約介於704MHz至746MHz之間，該第二頻帶約介於746MHz至787MHz之間，該第三頻帶約介於824MHz至894MHz之間，而該第四頻帶約介於880MHz至960MHz之間。在一些實施例中，除了由704MHz至960MHz之一低頻頻帶以外，天線結構150更可涵蓋由1710MHz至2170MHz之一高頻頻帶(無論選擇那一匹配電路)。該低頻頻帶係由第一輻射部160、第二輻射部170，以及選擇之匹配電路三者所共同形成之一第一共振路徑所產生。該高頻頻帶係由第一輻射部160所形成之一第二共振路徑所產生。因此，本發明之天線結構至少可涵蓋LTE(Long Term Evolution)Band 17、LTE Band 13、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)Band 8、WCDMA Band 5等等頻帶，從而達成LTE/WWAN(Long Term Evolution/Wireless Wide Area Network)之多重頻帶操作。
第6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150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)。請一併參考第5、6圖。在第6圖之實施例中，一曲線CC5係顯示天線結構150操作於該第一頻帶時其天線效率對操作頻率之關係；一曲線CC6係顯示天線結構150操作於該第二頻帶時其天線效率對操作頻率之關係；一曲線CC7係顯示天線結構150操作於該第 三頻帶時其天線效率對操作頻率之關係；而一曲線CC8係顯示天線結構150操作於該第四頻帶時其天線效率對操作頻率之關係。如第6圖所示，天線結構150於該第一頻帶、該第二頻帶該第三頻帶，以及該第四頻帶中之天線效率均大於-4dB，可符合實際應用需要。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件參數、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。另外，本發明之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天線結構中。
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‧‧‧介質基板
120‧‧‧接地面
130‧‧‧淨空區
140‧‧‧射頻模組
150‧‧‧天線結構
160‧‧‧第一輻射部
161‧‧‧第一輻射部之第一端
162‧‧‧第一輻射部之第二端
170‧‧‧第二輻射部
171‧‧‧第二輻射部之第一端
172‧‧‧第二輻射部之第二端
173‧‧‧第二輻射部之耦合部份
174‧‧‧第二輻射部之蜿蜒部份
180-1、180-2、…、180-N‧‧‧匹配電路
182‧‧‧旁路電感器
190‧‧‧切換電路
G1‧‧‧耦合間隙
SC‧‧‧控制信號

Claims (10)

  1. 一種行動裝置，包括：一介質基板；一接地面，設置於該介質基板上，其中該介質基板更具有一淨空區；一射頻模組；一天線結構，設置於該淨空區內，其中該天線結構包括一第一輻射部和一第二輻射部，該第一輻射部之一第一端係連接至該射頻模組，該第一輻射部之一第二端為一開路端，該第二輻射部係與該第一輻射部分離，而該第二輻射部之一第一端為一開路端並鄰近於該第一輻射部；一旁路電感器，其中該第二輻射部之一第二端係經由該旁路電感器連接至該接地面；複數匹配電路，具有不同之阻抗匹配值；以及一切換電路，根據一控制信號選擇該等匹配電路之一者，其中該第二輻射部之該第二端更經由選擇之該匹配電路連接至該接地面，使得該天線結構能操作於多重頻帶。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該淨空區係鄰近於該介質基板之一角落處，而該淨空區大致為一L字形或一矩形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該旁路電感器之一電感值約介於5nH至10nH之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第二輻射部包括一耦合部份，該耦合部份包括該第二輻射部之該第 一端，而該耦合部份和該第一輻射部之間形成一耦合間隙。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第一輻射部包括互相連接之一U字形部份和一L字形部份。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第一輻射部包括互相連接之一第一L字形部份和一第二L字形部份。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該天線結構更包括一第三輻射部，該第三輻射部之一第一端係連接至該第二輻射部，而該第三輻射部之一第二端為一開路端並鄰近於該切換電路。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第一輻射部大致為一直條形。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第二輻射部大致為一直條形，而該第二輻射部之長度係大於該第一輻射部之長度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該等匹配電路之數量為4，而其中該天線結構係選擇性地操作於一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶，或是一第四頻帶；且該第一頻帶約介於704MHz至746MHz之間，該第二頻帶約介於746MHz至787MHz之間，該第三頻帶約介於824MHz至894MHz之間，而該第四頻帶約介於880MHz至960MHz之間。
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