TWI539671B - 行動裝置 - Google Patents

Description

行動裝置

本發明係關於一種行動裝置，特別係關於包括金屬邊框(Metal Frame)之行動裝置，此金屬邊框可同時作為天線結構和鄰近感測器(Proximity Sensor，P-sensor)之感測金屬部。

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。

天線元件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，天線設計者通常會在行動裝置中加入鄰近感測器(Proximity Sensor，P-sensor)。然而，行動裝置之內部空間極為有限，往往不足以同時容納天線元件及鄰近感測器之 感測金屬板。

為了解決上述問題，本發明提供一種行動裝置，包括：一鄰近感測器，產生一偵測信號；一控制器，根據該偵測信號產生一控制信號；一射頻模組，產生一射頻饋入信號，並根據該控制信號調整該射頻饋入信號之一射頻功率；以及一金屬邊框，包括一第一部份和一第二部份，其中該第一部份係形成一天線結構，該第一部份和該第二部份係共同形成一感測金屬部，而該感測金屬部係耦接至該鄰近感測器；其中該天線結構係直接地或間接地接收來自該射頻模組之該射頻饋入信號。

100、200‧‧‧行動裝置

105‧‧‧導體

110‧‧‧鄰近感測器

120‧‧‧控制器

130‧‧‧射頻模組

140‧‧‧金屬邊框

141‧‧‧金屬邊框之第一部份

142‧‧‧金屬邊框之第二部份

143‧‧‧金屬邊框之第一端

144‧‧‧金屬邊框之第二端

151‧‧‧第一接地點

152‧‧‧第二接地點

160‧‧‧饋入金屬部

170‧‧‧匹配電路

180‧‧‧系統電路板

181‧‧‧接地面

182‧‧‧非接地區域

C1‧‧‧等效電容器

G1‧‧‧耦合間隙

S1‧‧‧偵測信號

S2‧‧‧控制信號

S3‧‧‧射頻饋入信號

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較佳實施例所述之行動裝置之示意圖；第3A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於低頻頻帶中之天線效率圖；以及第3B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於高頻頻帶中之天線效率圖。

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：一鄰近感測器(Proximity Sensor，P-sensor)110、一控制器120、一射頻(Radio Frequency，RF)模組130，以及一金屬邊框(Metal Frame)140。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、一系統電路板、一揚聲器、一電池模組，以及一外殼(未顯示)。

金屬邊框140可以設置於行動裝置100之一非導體外殼上(未顯示)。例如：該非導體外殼可以包括一碳纖維材質背蓋。金屬邊框140包括一第一部份141和一第二部份142，其中第一部份141和第二部份142係互相耦接。在一些實施例中，金屬邊框140大致為一直條形，或是大致為一倒U字形，以貼附於該非導體外殼之一邊緣。金屬邊框140之第一部份141可以形成一天線結構，而金屬邊框140之第一部份141和第二部份142可以共同形成一感測金屬部。射頻模組130可以視為該天線結構之一信號源，而該天線結構可以直接地或間接地接收來自射頻模組130之一射頻饋入信號S3。該感測金屬部係耦接至鄰近感測器110。鄰近感測器110係使用該感測金屬部來偵測是否有一導體靠近自身，並據以產生一偵測信號S1。在一些實施例中，當一導體(或一人體，例如：手掌)105靠近行動裝置100時，導體105和該感測金屬部之間形成一等效電容器C1，而鄰近感 測器110係用於偵測等效電容器C1之一電容值，並據以產生偵測信號S1。控制器120係根據偵測信號S1產生一控制信號S2。在一些實施例中，控制器120為一嵌入式控制器(Embed Controller，EC)，其用於控制行動裝置100內之各種電子元件。射頻模組130產生射頻饋入信號S3，並根據控制信號S2調整射頻饋入信號S3之一射頻功率(RF Power)，以符合一特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)規範。舉例來說，當導體105靠近行動裝置100時，等效電容器C1之該電容值將會上升，故射頻模組130即降低射頻饋入信號S3之該射頻功率，以減少行動裝置100之一特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)；反之，當導體105遠離行動裝置100時，等效電容器C1之該電容值將會下降，故射頻模組130即提高射頻饋入信號S3之該射頻功率，以維持行動裝置100之良好通訊品質。

在一些實施例中，金屬邊框140具有一第一接地點和151一第二接地點152，其中第一接地點151係與第二接地點152分離。鄰近感測器110可以耦接至第二接地點152。金屬邊框140具有相對之一第一端143和一第二端144。金屬邊框140之第一端143可以直接地或間接地接收射頻饋入信號S3。在一些實施例中，金屬邊框140之第一端143係直接耦接至射頻模組130，以激發該天線結構。在一些實施例中，第一接地點151係介於金屬邊框140之第一部份141和第二部份142之間，而第二接地點152係位於金屬邊框140之第二端144。換言之，金屬邊框140之第一部份141係介於金屬邊框140之第一端143和第一接地點151之間，而金屬邊框140之第二部份142係介於金屬邊 框140之第二端144和第一接地點151之間。

在本發明中，行動裝置100之金屬邊框140係同時作為一天線結構與鄰近感測器110之一感測金屬部。藉由結合此二重要元件，行動裝置100之內部空間可以更有效地被利用。在天線原理方面，金屬邊框140之第一部份141之一端係用於接收射頻饋入信號S3，而另一端係耦接至第一接地點151，因此行動裝置100之該天線結構可視為一迴圈天線(Loop Antenna)。該迴圈天線具有一相對封閉結構，故其輻射效能比較不會受到週遭電子元件所影響。另外，金屬邊框140之第二部份142係耦接於第一接地點151和第二接地點152之間，其主要係作為該感測金屬部之一部份而非該天線結構。由於鄰近感測器110係耦接至金屬邊框140之第二接地點152並遠離該天線結構之一饋入端(亦即，金屬邊框140之第一端143)，鄰近感測器110亦較不會對於該天線結構之輻射效能造成負面影響。由此可知，本發明將能兼得維持良好通訊品質以及縮小行動裝置之整體尺寸之優點，非常適合應用於各種薄型化之行動通訊產品。

第2圖係顯示根據本發明較佳實施例所述之行動裝置200之示意圖。第2圖與第1圖相似。在第2圖之實施例中，行動裝置200更可包括下列元件之一或複數者：一饋入金屬部160、一匹配電路170，以及一系統電路板180。在一些實施例中，行動裝置200之一天線結構包括金屬邊框140之第一部份141和饋入金屬部160，而饋入金屬部160係與金屬邊框140分離。饋入金屬部160係耦接至射頻模組130，並鄰近於金屬邊框 140之第一端143，以藉由互相耦合來激發該天線結構。在天線原理方面，饋入金屬部160可以形成約四分之一波長(λ/4)之一單極天線(Monopole Antenna)，其用於激發產生一高頻頻帶；而饋入金屬部160和金屬邊框140之第一部份141可以共同形成約二分之一波長(λ/2)之一耦合式饋入迴圈天線(Coupled-Fed Loop Antenna)，其用於激發產生一低頻頻帶。在一些實施例中，饋入金屬部160大致為一L字形。在其他實施例中，饋入金屬部160亦可大致為其他形狀，例如：一直條形、一倒U字形、一S字形，或是一W字形。在一些實施例中，饋入金屬部160與金屬邊框140之間之一耦合間隙G1必須小於2mm。匹配電路170可以耦接於射頻模組130和饋入金屬部160之間，並用於調整該天線結構之阻抗匹配(Impedance Matching)。在一些實施例中，匹配電路170包括一或複數個電容器或(且)電感器，例如：串聯耦接或並聯耦接之至少一電容器和至少一電感器。系統電路板180可以是一FR4(Flame Retardant-4)基板。系統電路板180包括一接地面181，並用於承載各種電子元件，例如：鄰近感測器110、控制器120、射頻模組130、饋入金屬部160，以及匹配電路170。金屬邊框140係獨立於系統電路板180之外。金屬邊框140之第一接地點151和第二接地點152係耦接至接地面181。在一些實施例中，第一接地點151和第二接地點152之任一者可以經由一螺絲釘、一頂針(Pogo Pin)，或是一金屬彈片(Metal Spring)(未顯示)耦接至接地面181。系統電路板180更可具有一非接地區域(Non-grounding Region)182，而饋入金屬部160可以是設置於非接地區域182上之一金屬佈線(Metal Trace)。在一些實施例中，非接地區域182大致為一矩形，並形成於系統電路板180之一角落處。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3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100(或200)之該天線結構於低頻頻帶中之天線效率(Antenna Efficiency)圖。第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100(或200)之該天線結構於高頻頻帶中之天線效率圖。請一併參考第3A、3B圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線效率(%)。在較佳實施例中，行動裝置100(或200)之該天線結構係激發產生一第一頻帶和一第二頻帶，其中該第一頻帶約介於704MHz至960MHz之間，而該第二頻帶約介於1710MHz至2170MHz之間。因此，本發明之行動裝置100(或200)至少可操作於LTE(Long Term Evolution)Band 17、LTE Band 13、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)Band 8、DCS(Distributed Control System)、PCS(Personal Communications Service)、WCDMA Band 1、LTE Band 4等多重頻帶。如第3A、3B圖所示，行動裝置100(或200)之該天線結構於該第一頻帶(低頻頻帶)中之天線效率約為40%或以上，而於該第二頻帶(高頻頻帶)中之天線效率約為40%至70%，已可符合實際應用需要。

值得注意的是，以上所述之元件參數、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。

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

105‧‧‧導體

110‧‧‧鄰近感測器

120‧‧‧控制器

130‧‧‧射頻模組

140‧‧‧金屬邊框

141‧‧‧金屬邊框之第一部份

142‧‧‧金屬邊框之第二部份

143‧‧‧金屬邊框之第一端

144‧‧‧金屬邊框之第二端

151‧‧‧第一接地點

152‧‧‧第二接地點

C1‧‧‧等效電容器

S1‧‧‧偵測信號

S2‧‧‧控制信號

S3‧‧‧射頻饋入信號

Claims (12)

1. 一種行動裝置，包括：一鄰近感測器，產生一偵測信號；一控制器，根據該偵測信號產生一控制信號；一射頻模組，產生一射頻饋入信號，並根據該控制信號調整該射頻饋入信號之一射頻功率；以及一金屬邊框，包括一第一部份和一第二部份，其中該第一部份係形成一天線結構，該第一部份和該第二部份係共同形成一感測金屬部，而該感測金屬部係耦接至該鄰近感測器；其中該天線結構係直接地或間接地接收來自該射頻模組之該射頻饋入信號；其中該金屬邊框具有一第一接地點和一第二接地點，而該第一接地點係與該第二接地點分離；其中該鄰近感測器係耦接至該第二接地點。
2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中當一導體靠近該行動裝置時，該導體和該感測金屬部之間形成一等效電容器，而該鄰近感測器係用於偵測該等效電容器之一電容值並據以產生該偵測信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該金屬邊框具有相對之一第一端和一第二端，該第一端係用於接收該射頻饋入信號，該第一接地點係介於該金屬邊框之該第一部份和該第二部份之間，而該第二接地點係位於該第二端。
4. 如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，其中該金屬邊框之該第一端係直接耦接至該射頻模組。
5. 如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，更包括：一饋入金屬部，耦接至該射頻模組，並鄰近於該金屬邊框之該第一端，其中該饋入金屬部係與該金屬邊框分離。
6. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，其中該饋入金屬部大致為一L字形。
7. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，其中該饋入金屬部與該金屬邊框之間之一耦合間隙係小於2mm。
8. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，更包括：一匹配電路，耦接於該射頻模組和該饋入金屬部之間，並用於調整該天線結構之阻抗匹配。
9. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，更包括：一系統電路板，包括一接地面，其中該金屬邊框之該第一接地點和該第二接地點係耦接至該接地面。
10. 如申請專利範圍第9項所述之行動裝置，其中該系統電路板更具有一非接地區域，而該饋入金屬部為設置於該非接地區域上之一金屬佈線。
11. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該金屬邊框係設置於該行動裝置之一非導體外殼上。
12. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該天線結構係激發產生一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶約介於704MHz至960MHz之間，而該第二頻帶約介於1710MHz至2170MHz之間。