TWI539664B - 電子裝置 - Google Patents

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TWI539664B TW103125085A TW103125085A TWI539664B TW I539664 B TWI539664 B TW I539664B TW 103125085 A TW103125085 A TW 103125085A TW 103125085 A TW103125085 A TW 103125085A TW I539664 B TWI539664 B TW I539664B
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張琨盛
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Description

電子裝置
本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種具有金屬外框的電子裝置。
隨著科技的日新月異，智慧型手機以及平板電腦等行動電子裝置更被廣泛的運用於人們的生活中。而行動電子裝置除了攜帶需求而日漸朝著輕薄短小的趨勢設計外，質感亦為使用者所重視的部份。因此，越來越多設計者使用了金屬材質作為行動電子裝置的外殼設計。然而，當行動電子裝置的外殼設計使用了金屬材質時，天線的收發性能則很難不被受到影響，例如外殼平面可能造成的屏蔽效應，或是當金屬外殼作為天線的一部分時，由人體觸碰而造成天線能量的衰減等。因此，要如何在提昇電子裝置的外觀質感下，兼顧天線的收發性能，成為本領域不可忽視的問題之一。
本發明提供一種電子裝置，將部份的金屬外框融入天線 的設計之中。
本發明的電子裝置，包括：一輻射部以及一金屬外框。 輻射部為L形，包括一饋入支路以及一開路支路，其中饋路支路具有一饋入端以及開路支路具有一開路端。金屬外框包括第一金屬部以及一第二金屬部。第一金屬部為L形，包括一第一邊以及一第二邊，第一邊具有開路端以及第二邊具有連接一系統接地面的一接地端，其中第一金屬部的第一邊鄰近輻射部的開路支路以及第一金屬部的第一邊與輻射部的開路支路之間具有一第一間距。第二金屬部為L形，包括一第一邊以及一第二邊，第一邊具有一開路端以及第二邊具有連接系統接地面的一接地端，其中第二金屬部的第一邊的開路端對齊第一金屬部的第一邊的開路端，以及第二金屬部的第一邊的開路端與第一金屬部的第一邊之間具有一第二間距。輻射部以及金屬外框形成一天線，用以收發多個射頻信號。
基於上述，本發明提供一種電子裝置，可利用輻射部和金屬外框的組合，而收發位於不同頻帶的多種射頻信號。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10‧‧‧天線
20‧‧‧電子裝置
110、210‧‧‧輻射部
211‧‧‧輻射部的饋入支路
212‧‧‧輻射部的開路支路
220‧‧‧第一金屬部
221‧‧‧第一金屬部的第一邊
222‧‧‧第一金屬部的第二邊
230‧‧‧第二金屬部
231‧‧‧第二金屬部的第一邊
232‧‧‧第二金屬部的第二邊
120、240、250‧‧‧寄生部
241‧‧‧寄生部的第一支路
242‧‧‧寄生部的第二支路
FP‧‧‧饋入點
EP‧‧‧延伸部
OP1、OP2、OP3‧‧‧開路端
GP1、GP20‧‧‧接地端
GND‧‧‧系統接地面
G1、G2‧‧‧間距
W1、W2‧‧‧寬度
圖1為具有單極天線耦合結構的天線之示意圖。
圖2為根據發明一實施例所繪示電子裝置的示意圖。
圖3為圖1所示天線以及圖2中輻射部以及金屬邊框所形成之天線的頻率響應圖。
圖4、5、6所繪示為根據本發明一實施例電子裝置的示意圖。
圖1為具有單極天線(monopole antenna)耦合結構的天線之示意圖。請參照圖1，天線10包括了一L形的輻射部110以及L形的寄生部120。在此，天線10可被用來收發一第一射頻信號以及一第二射頻信號，輻射部110的長度則可被設置為接近於第一射頻信號四分之一波長，而寄生部120的長度可被設置為接近第二射頻信號四分之一波長。
輻射部110可以以單極天線的作動原理產生一模態來收發第一射頻信號(例如第一射頻信號透過饋入點FP被饋入輻射部110，或第一射頻信號透過輻射部110被傳送至饋入點FP)。而天線10亦可透過輻射部110耦合寄生部120的方式共振產生出另一模態來收發第二射頻信號。藉由這樣的設置，設置此天線10的電子裝置便可藉由天線10來收發上述的第一射頻信號以及第二射頻信號。就一般的設置而言，寄生部120可設置的長度將長於輻射部110的長度，因此，第一射頻信號可被設置為一高頻信號，而第二射頻信號則可被設置為一低頻信號。
圖2為根據發明一實施例所繪示電子裝置的示意圖。請 參照圖2，電子裝置20包括：輻射部210以及金屬外框。輻射部為L形，包括饋入支路211以及開路支路212，其中饋入支路211具有饋入端FP以及開路支路212具有開路端OP1。
金屬外框包括第一金屬部220以及第二金屬部230。第一金屬部220為L形，包括第一邊221以及第二邊222，第一邊221具有開路端OP2以及第二邊222具有連接系統接地面GND的接地端GP1。其中，第一金屬部220的第一邊221鄰近輻射部210的開路支路212。以及，第一金屬部220的第一邊221與輻射部210的開路支路212之間具有第一間距G1。
第二金屬部230為L形，包括第一邊231以及第二邊232。第二金屬部230的第一邊231具有開路端OP3以及第二金屬部230的第二邊232具有連接系統接地面GND的接地端GP2。其中，第二金屬部230的第一邊231的開路端OP3對齊第一金屬部220的第一邊221的開路端OP2，以及第二金屬部230的第一邊231的開路端OP3與第一金屬部220的第一邊221的開路端OP2之間具有第二間距G2。
在本實施例中，輻射部211以及金屬外框(即，第一金屬部220以及第二金屬部230)形成一天線，用以收發位於不同頻帶的多個射頻信號。事實上，與上述圖1所示實施例中的天線相似，輻射部210可以以單極天線的作動原理，產生一第一模態來收發第一射頻信號(從饋入端FP到開路端OP1的長度為第一射頻信號的四分之一波長)。就結構而言，第一金屬部220等同於從系 統接地面GND延伸之寄生部(相似於圖1所示寄生部120)，電子裝置10亦可透過輻射部110耦合寄生部120的方式共振產生出一第二模態來收發第二射頻信號(即，從開路端OP2到接地端GP1的長度為第二射頻信號的四分之一波長)。
上述的第一射頻信號或第二射頻信號可由電子裝置的一 信號處理單元(未繪示)而被傳送至饋入點FP，或者上述的信號處理單元由上述的饋入點FP接收第一射頻信號或第二射頻信號。上述電子裝置20的信號處理單元可透過同軸線的內緣連接至饋入點FP，而外緣則連接系統接地面GND，但本發明並不限定於上述的實施方式。
而圖2所示實施例不同於圖1所示實施例的部份在於， 在本實施例中，圖2所示實施例更包括了第二金屬部230，就結構而言，亦等同於從系統接地面延伸之寄生部。第二金屬部230的長度(即開路端OP3到接地端GP2的長度)可設置為接近一第三射頻信號的四分之一波長，當第三射頻信號透過饋入端FP傳送或是接收時，第二金屬部230將經由系統接地面GND所回流的一回流電流而共振產生一第三模態。電子裝置20即可藉由此第三模態而收發上述的第三射頻信號。
由於第二金屬部230與第一金屬部220同為電子裝置20 的金屬外框，第二金屬部230的長度將接近於第一金屬部220。因此，第三射頻信號可為中心頻率接近於第二射頻信號的中心頻率的低頻信號。就收發低頻信號而言，從系統接地面GND回流的回 流電流之能量較收發高頻信號時的回流電流之能量強，因此如第二金屬部230這樣由回流電流所共振產生的第三模態，基本上亦具有良好的收發性能。
在本實施例中，第一金屬部220以及第二金屬部230可為電子裝置20的金屬外殼的一部分，例如為電子裝置20的下緣，或為電子裝置20的金屬飾條。其中，第一金屬部220以及第二金屬部230之間斷開並且不導電，第一金屬部220以及第二金屬部230兩者中間的間距G2可利用例如FR4等不導電材質支撐。若間距G2的寬度加大則可能使得第二模態以及第三模態的操作頻率上升，反之則下降，電子裝置20的設置者則可根據需求而調整。為了考量外觀的美觀程度，間距G2不宜過大。在本發明一實際實施狀態中，約設置間距G2為1.5mm，但本發明並不限定於此設置。
圖3為圖1所示天線10以及圖2中輻射部210以及金屬邊框所形成之天線的頻率響應圖。在此實施例中，圖1中的輻射部110以及圖2中的輻射部210的長度被設置接近於第一射頻信號的四分之一波長，圖1所示寄生部120與圖2所示第一金屬部220的長度被設置接近於第二射頻信號的四分之一波長，而圖2所示第二金屬部230的長度被設置接近於第二射頻信號的四分之一波長。在圖3所示的實施方式中，第一射頻信號、第二射頻信號以即第三射頻信號的中心頻率則分別約為1940MHz、704MHz以及892MHz。
由圖3所示則可知，在圖2所示實施例由輻射部210以 及金屬邊框所形成之天線的頻率響應(實線所示)相較於圖1所示天線10的頻率響應(虛線所示)增加了介於824~960MHz間的模態(即，第三模態)。並且相較於由圖2所示輻射部210產生的第一模態以及圖2所示輻射部210以及第一金屬部220所共振產生的第二模態，第三模態具有可與上述兩者相差不遠的性能，甚至好過於第二模態之性能。
如上所述，金屬邊框(第一金屬部220以及第二金屬部 230)為電子裝置20的長度將對應於電子裝置20的大小，但電子裝置20的大小具有許多考量因素，並不一定可對應於欲收發的射頻信號之波長長度。在本發明中，電子裝置的設置者則可透過改變於第一金屬部220以及第二金屬部230上的電流路徑長度而調整其操作頻率。較佳的情況即為，第一金屬部220以及第二金屬部230所可產生之模態的操作頻率與第二射頻信號以及第三射頻信號的中心頻率十分接近。
圖4所繪示為根據本發明一實施例電子裝置的示意圖。 請參照圖4，在本實施例中，第一金屬部220的第二邊222以及第二金屬部230的第二邊232的寬度(即寬度W1、W2)被加寬。 由於在天線的收發過程中，收發射頻信號所產生的電流以及能量將沿著最短的路徑(即，以貼著第一金屬部220的第二邊222以及第二金屬部230的第二邊232的內側)而傳遞，第一金屬部220以及第二金屬部230上的電流路徑長度即可因為這樣的設置而被縮短。電子裝置的設置者便可透過調整寬度W1、W2使得路徑長 度CP1、CP2分別接近於第二射頻信號以及第三射頻信號的四分之一波長。
而當電子裝置的設置者欲增加第一金屬部220的第二邊222以及第二金屬部230的第二邊232的寬度(即寬度W1、W2)時，並不需要實質上的增加第一金屬部220的第二邊222以及第二金屬部230的第二邊232的金屬厚度，而僅需於第一金屬部220的第二邊222以及第二金屬部230的第二邊232與輻射部210之間的基板(例如不導電的FR4材質)上鋪設與第一金屬部220的第二邊222以及第二金屬部230的第二邊232相連的導電金屬層即可。
另一方面，如圖2所示，由於輻射部210的開路支路212與第一金屬部221平行且間距G1狹小，這樣的結構則可能造成輻射部210與第一金屬部221之間的耦合能量過大，使得運用輻射部210收發第一射頻信號時的操作頻率有頻偏的情況(即操作頻率降低而不符合第一射頻信號的中心頻率)，或甚至造成天線效率低落的問題。針對於這樣的問題，可透過調整輻射部210的長度來改善頻偏的情況，而耦合能量過強的部份則可透過調整間距G1來減少耦合能量過高的問題。
圖5為根據本發明一實施例所繪示電子裝置的示意圖。其中，與圖2所示實施例不同的是，在此實施例中，輻射部210的開路支路212並不平行於第一金屬部220的第一邊221。在本實施例中，輻射部210的饋入支路211與開路支路212的夾角被設 置以小於90度，使得間距G1的寬度從輻射部210的連接點CP(即，饋入支路211以及開路支路212相接之處)至開路端OP1逐漸加寬。
由於間距G1的寬度的改變，輻射部210與第一金屬部 221之間的耦合能量便可藉此而降低，使得電子裝置20於收發第一射頻信號時仍維持良好的天線效率。
在本發明中，輻射部210的周圍亦可設置其他的寄生元 件，使得能夠運用相同的結構(例如圖2、3、5所示由輻射部與金屬邊框所形成的天線結構)收發更多不同頻帶的射頻信號。圖6為根據本發明一實施例所繪示電子裝置的示意圖。請參照圖6，相較於圖5所示實施例，圖6所示電子裝置20則更包括了寄生部240、250以及延伸部EP。寄生部240近似L形，具有第一邊241以及第二邊242，其中寄生部240的第一支路241鄰近並平行於輻射部210的開路支路212。寄生部240的第二支路242鄰近輻射部210的饋入支路211。其中，寄生部240的第一支路241亦可不平行於輻射部210的開路支路212，可視實際實施時耦合能量是否影響天線效率的情況而調整。子延伸部EP從輻射部210的饋入支路211朝向相反於輻射部211的開路端OP1的方向延伸。其中，子延伸部EP的長度遠短於輻射部210的開路支路212。寄生部250亦為L形，從系統接地面GND延伸，具有開路端OP4，其中開路端OP4接近輻射部210的饋入支路211以及子延伸部EP。
在本實施例中，寄生部240、250的長度分別被設置為近 似第四射頻信號以及第五射頻信號的四分之一波長。而藉由設置寄生部240、250，電子裝置20便可分別透過輻射部210耦合寄生部240、250產生第四模態以及第五模態，以收發第四射頻信號以及第五射頻信號。其中，由電子裝置20目前的結構可知，寄生部240、250的長度短於輻射部210的長度。因此，第四射頻信號以及第五射頻信號皆為中心頻率高於第一射頻訊號的高頻信號。
例如，在本發明一實施方式中，第四射頻信號以及第五 射頻信號的中心頻率分別為2.17GHz以及2.6GHz，配合如圖3所示實施例之設置(即，第一射頻信號、第二射頻信號以即第三射頻信號的中心頻率則分別約為1940MHz、704MHz以及892MHz)，電子裝置20便可透過輻射部、金屬邊框(第一金屬部220以及第二金屬部230)以及寄生部240、250所產生的多個模態，收發涵蓋第二代行動通訊、第三代行動通訊以及第四代行動通訊之頻帶的射頻信號，例如全球移動通信系統(Global System for Mobile Communication,GSM)的850MHz、900MHz、1800MHz以及1900MHz頻帶、寬頻碼分多址協議(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA)的第一頻帶以及長期演進技術協議(Long Term Evolution,LTE)中的B7、B13、B17以及B20之頻帶。
綜上所述，本發明提供一種電子裝置，運用輻射部結合 電子裝置的金屬邊框形成天線，並可透過此天線達成第二代行動通訊、第三代行動通訊以及第四代行動通訊全頻帶的操作。並且， 經實驗證明，由本發明所揭露以輻射部結合金屬邊框所形成天線之天線亦有優良的手握天線效能，即使金屬邊框遭到使用者的碰觸，其天線效率仍可維持於良好的效能狀態。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
20‧‧‧電子裝置
210‧‧‧輻射部
211‧‧‧輻射部的饋入支路
212‧‧‧輻射部的開路支路
220‧‧‧第一金屬部
221‧‧‧第一金屬部的第一邊
222‧‧‧第一金屬部的第二邊
230‧‧‧第二金屬部
231‧‧‧第二金屬部的第一邊
232‧‧‧第二金屬部的第二邊
FP‧‧‧饋入點
OP1、OP2、OP3‧‧‧開路端
GP1、GP2‧‧‧接地端
GND‧‧‧系統接地面
G1、G2‧‧‧間距

Claims (6)

  1. 一種電子裝置，包括：一輻射部，為L形，包括一饋入支路以及一開路支路，其中該饋入支路具有一饋入端以及該開路支路具有一開路端；以及一金屬外框，包括：一第一金屬部，為L形，包括一第一邊以及一第二邊，該第一邊具有一開路端以及該第二邊具有連接一系統接地面的一接地端，其中該第一邊鄰近該輻射部的該開路支路以及該第一邊與該輻射部的該開路支路之間具有一第一間距；以及一第二金屬部，為L形，包括一第一邊以及一第二邊，該第一邊具有一開路端以及該第二邊具有連接該系統接地面的一接地端，其中該第二金屬部的該第一邊的該開路端對齊該第一金屬部的該第一邊的該開路端，以及該第二金屬部的該第一邊的該開路端與該第一金屬部的該第一邊之間具有一第二間距，其中該輻射部以及該金屬外框形成一天線，用以收發多個射頻信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中：該些射頻信號包括一第一射頻信號、一第二射頻信號以及一第三射頻信號，其中該第一射頻信號、該第二射頻信號以及該第三射頻信號的一中心頻率分別位於一第一高頻頻率、一第一低頻率以及一第二低頻頻率；該輻射部的該饋入端到該開路端的長度為該第一射頻信號的 四分之一波長；該第一金屬部的該開路端至該接地端的長度接近該第二射頻信號的四分之一波長；以及該第二金屬部的該開路端至該接地端的長度接近該第三射頻信號的四分之一波長。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電子裝置，其中：該第一金屬部的該第一邊的寬度大於該第二邊的寬度，以及該第一金屬部的該開路端至該系統接地面的一最短距離接近該第二射頻信號的四分之一波長；以及該第二金屬部的該第一邊的寬度大於該第二邊的寬度，以及該第二金屬部的該開路端至該系統接地面的該最短距離接近該第三射頻信號的四分之一波長。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中：該輻射部的該饋入支路與該開路支路連接於一連接點；以及該輻射部的該連接點與該第一金屬部的該第一邊之間的該第一間距的寬度跟該輻射部的該開路端與該第一金屬部的該第一邊之間的該第一間距的寬度不同。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中：該些射頻信號更包括一第四射頻信號，其中該第四射頻信號的該中心頻率位於一第二高頻頻率；以及該電子裝置更包括：一第一寄生部，為L形，具有一第一支路以及一第二支 路，其中該第一寄生部的該第一支路鄰近並平行於該輻射部的該開路支路，該第一寄生部的該第二支路鄰近該輻射部的該饋入支路，以及該第一寄生部的長度為該第四射頻信號的四分之一波長。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中：該些射頻信號更包括一第五射頻信號，其中該第五射頻信號的該中心頻率位於一第三高頻頻率；以及該電子裝置更包括：一子延伸部，從該輻射部的該饋入支路朝向相反於該輻射部的該開路端的方向延伸，其中該子延伸部的長度遠短於該輻射部的該開路支路；以及一第二寄生部，為L形，從該系統接地面延伸，具有一開路端，其中該開路端接近該輻射部的該饋入支路以及該子延伸部，以及該第二寄生部的長度為該第五射頻信號的四分之一波長。
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