TWI550947B

TWI550947B - 具有導電液體天線的行動裝置及與其相關的方法

Info

Publication number: TWI550947B
Application number: TW102119364A
Authority: TW
Inventors: 梁太榮; 威廉海伍德托爾伯特; 高見沢浩一郎
Original assignee: 宏達國際電子股份有限公司
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2016-09-21
Also published as: TWI702756B; CN103840253A; TW201421792A; TW201639232A; US20140145899A1; CN103840253B; US9024825B2

Description

具有導電液體天線的行動裝置及與其相關的方法

本發明是有關於一種行動裝置，且特別是有關於一種具有天線的行動裝置。

因人體靠近而產生的近場效應會影響手持式無線裝置的效能。在一些情況中，行動裝置的無線通訊功能會因為人體吸收能量以及/或是因為嚴重的頻率失調(frequency detuning)而無法運作。因此，許多時間與成本投入在決定行動裝置中的天線種類、天線饋入點(antenna feed)以及天線擺放位置，以避免上述情況發生。然而，使用者有各種不同的方式握持行動裝置，也因此，為了改善使用者經驗而找尋最佳的天線解決方案成了非常具有挑戰性的議題。

可重新組態式天線(reconfigurable antenna)、可調式天線(tunable antenna)以及/或分集天線(diversity antenna)已被提出作為解決上述問題的可能解決方案。然而，一般而言，這些方案需要額外的元件，例如：開關、可變電容器以及/或二極體。這些元件也可能需要額外的高偏壓信號線(high-voltage bias signal line)，進而使得電路板的複雜度增加。再者，這些方案還可能需要演算法以重新組態天線結構以及/或選擇天線。這些方案也還可能需要一個或一個以上的感測器以偵測使用者的行為，如此便可搭配上述演算法以進行天線的重新組態。

本發明是關於一種具有導電液體天線的行動裝置及與其相關的方法。簡單說明如下，本發明之一實施例是關於一種行動裝置，包含第一天線以及第一天線饋入點。第一天線具有第一通道以及第一流體，其中第一通道定義第一內部空間，第一流體具有電傳導性且位於第一通道內，第一流體更具有小於第一內部空間的第一體積。第一天線饋入點的配置是對應於當行動裝置處於第一軸向時，使第一流體與第一天線饋入點電性連接。

本發明之另一實施例是關於一種方法，用於重新組態一個行動裝置，此方法包含以下步驟：利用受重力導引之導電流體的流動，以選擇上述行動裝置的天線。

透過以下圖示以及詳細說明，任何熟習此技藝者可依照本發明之精神推敲得知本發明之其他系統、方法、特徵以及優點。因此，所有由本發明推敲得知的系統、方法、特徵以及優點應包含在本說明書中以及本發明之保護範圍，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、160、220‧‧‧行動裝置

104‧‧‧顯示器

102、226‧‧‧外殼

106~109、262、264‧‧‧周邊側緣

110~113‧‧‧外部角落

120、186、188、190、222、224‧‧‧天線

122、192、214、228、240‧‧‧通道

140、206、232、244‧‧‧天線饋入點

124、218、230、242‧‧‧液體

208、210、212、252、254‧‧‧阻抗匹配單元

132、134、136、194、196、198、234、236、238、246、 248、250‧‧‧分段部

138、202、204、270、272、280‧‧‧末端

266、268‧‧‧液體部份

260‧‧‧手

150‧‧‧步驟

170、172、174、176、178、180‧‧‧裝置

184‧‧‧匯流排

182‧‧‧作業系統

ψ‧‧‧夾角

216‧‧‧開路端

第1圖係繪示依照本發明一實施例之行動裝置的示意圖。

第2A圖係繪示依照本發明第1圖所示之處於第一軸向時的行動裝置的內部示意圖。

第2B圖係繪示依照本發明第1圖所示之處於第二軸向時的行動裝置的內部示意圖。

第3圖係繪示依照本發明一實施例之重新組態行動裝置的方法的流程示意圖。

第4圖係繪示依照本發明另一實施例之行動裝置的示意圖。

第5圖係繪示依照本發明另一實施例之天線的示意圖。

第6圖係繪示依照本發明另一實施例之天線的阻抗匹配單元的配置示意圖。

第7A圖~第7D圖係繪示依照本發明另一實施例之處於各個不同軸向時的行動裝置的示意圖。

為了總結本發明之各種態樣，以下敘述將搭配圖示作更詳盡的說明。儘管本說明書搭配圖示作說明，本發明不限於以下敘述所揭示的實施例。換言之，本發明應涵蓋所有各種包含在本發明之精神以及保護範圍內的變形、改良以及類似的實施例。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。

本發明是關於一種具有導電液體天線的行動裝置及與其相關的方法，其中，受重力導引之導電流體的流動被利用，以選擇上述行動裝置的天線。在一些實施例中，上述導電液體被裝在非導電性的通道內，用以讓上述導電液體在上述通道內流動。天線饋入點配置於上述通道上，使得上述導電液體根據行動裝置的軸向，在至少一個非導電性的通道內與其相連的天線饋入點(一個天線饋入點或複數個天線饋入點)電性連接。因此，本發明實施例所示之行動裝置(在其他可能的元件中)不需要為了在複數個天線中以選擇可電性連接之天線而採用額外的元件來判定行動裝置的軸向以及/或使用者的手握位置。

第1圖係繪示依照本發明一實施例之行動裝置(例如：平板電腦或智慧型手機)的示意圖。如第1圖所示，行動裝置100包含外殼102以及顯示器104。在本實施例中，外殼102具有周邊側緣106、107、108以及109，還具有外部角落110、111、112以及113。值得注意的是，行動裝置100更包含無線通訊元件(第1圖未繪示)，而上述無限通訊元件可用來執行通訊傳輸，且此通訊傳輸採用一個或一個以上的各種無線通訊協定。

第2A圖以及第2B圖係繪示依照本發明第1圖所示之行動裝置的內部示意圖。第2A圖係繪示行動裝置100處於第一軸向，而第2B圖係繪示行動裝置100處於第二軸向。如第2A圖以及第2B圖所示，天線120結合於行動裝置100中，其中天線120包含通道122以及液體124。液體124具有電傳導性，且以氣密方式封在通道122內，使得液體124能對應於加速力(例如：重力)的導引在通道122內流動。為了讓液體124能流動，通道122的內部空間要大於液體124的體積。

本發明實施例所示之導電液體(例如：第2A圖以及第2B圖所示之液體124)可採用各種不同的導電液體。舉例來說，水銀具有相當的流動性以及導電性(雖然還有其他的考量讓水銀成為較不推薦的選項)。此外，在其他可能的導電液體中，鎵銦錫合金(鎵、銦、錫等金屬組成的液態合金Galinstan)亦可被應用於本發明實施例，不論本發明實施例所示之通道內部是否具有塗層(coatings)。

在本實施例中，通道122具有複數個分段部，但不限於此，在其他實施例中，本發明實施例所示之通道可具有其他各種不同的結構。具體的說明，通道122具有分段部132、134以及中間分段部136，其中分段部132、134從中間分段部136向外延伸，分段部132、134透過中間分段部136相互連接。值得注意的是，分段部132、134以及中間分段部136各自平行於外殼102中相應的周邊側緣(例如：分段部132相對應於周邊側緣106，分段部134相對應於周邊側緣109，中間分段部136相對應於外部角落113)且與上述相應的周邊側緣相隔配置。

分段部134(其整體如第2A圖所示)具有末端138，且分段部134由中間分段部136成直線地延伸至末端138。再者，分段部134沿著自身的長度具有一致的截面積(例如：圓形截面)，但不限於此。在其他實施例中，本發明實施例所示之分段部可具有其他各種不同的結構。

天線饋入點140配置於中間分段部136，其中中間分段部136鄰近外部角落113。藉由上述設置，液體124可流動至一位置，而對應於液體124流動至上述位置的情形，液體124與天線饋入點140互相電性連接。在一些實施例中，電性連接可透過液體124與天線饋入點140之間的實體接觸而實現。舉例來說，在一些實施例中，天線饋入點的一部分可延伸入通道中。

如第2A圖所示，在行動裝置100處於第一軸向時，行動裝置100的外部角落113的位置低於外部角落110(如第1圖所示)的位置。而上述情形與第2B圖所示之情形相反，如第2B圖所示，外部角落113的位置高於外部角落110(如第1圖所示)的位置。值得注意的是，行動裝置100處於不同的軸向可影響液體124在通道122內的分布情形。

如第2A圖所示，在行動裝置100處於第一軸向時，液體124流動以填充分段部134以及中間分段部136，以達到液體124與天線饋入點140可互相電性連接的程度。當行動裝置100移動而處於第二軸向時，如第2B圖所示，液體124流入分段部132，因而液體124與天線饋入點140之間的電性不連接。在其他可能的實施例中，若複數個天線皆同時被激發(其中額外的天線饋入點配置在外部角落之間)，處理系統則可具有較佳的增益，其原因在於行動通訊標準中的選擇分集(selection diversity)或是內嵌分集(embedded diversity)之功能。

承上述，第3圖係繪示依照本發明一實施例之重新組態行動裝置的方法的流程示意圖。如第3圖所示，上述方法包含以下步驟：利用受重力導引之導電液體的流動，以選擇上述行動裝置的天線(方塊150)。在一些實施例中，上述行動裝置包含複數個天線，其中上述天線係用以基於行動裝置所處軸向而操作。

第4圖係繪示依照本發明另一實施例之行動裝置的示意圖。如第3圖所示，行動裝置160包含處理裝置170(例如：處理器)、輸入輸出介面172、顯示裝置174、觸控顯示介面176、網路通訊介面178、記憶體180以及作業系統182，且上述裝置係透過本機資料匯流排184通訊。此外，行動裝置160包含天線186、188。

處理裝置170可包含客製化的或市場上可取得的處理器、中央處理單元(central processing unit,CPU)或許多處理器中的輔助處理器、半導體製程的處理器(封裝為微晶片的形式)、一個或一個以上的特定應用積體電路(application specific integrated circuit,ASIC)、複數個經適當設定的數位邏輯閘，以及其他電路架構其包含離散元件同時以個別和不同組合的方式協同整體系統的操作。

記憶體180可包含揮發性記憶體(volatile memory)元件(例如：隨機存取記憶體(randam-access memory,RAM)、動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory,DRAM)、靜態隨機存取記憶體(static random access memory,SRAM))以及非揮發性記憶體(non-volatile memory)元件的一種組合或任意組合。一般而言，記憶體180包含原生(native)的作業系統182、一個或一個以上的原生應用程式、模擬系統(emulated system)、或用於各種作業系統以及/或模擬硬體平台的模擬應用程式、模擬作業系統等。舉例來說，上述應用程式可包含特定應用的軟體(application specific software)，且此特定應用的軟體可包含上述系統的部分或全部的元件。根據上述實施例，上述元件儲存於記憶體180中而由處理裝置170所執行。

觸控顯示介面176用以偵測顯示裝置174的顯示區域內的觸碰，且提供顯示器上的(虛擬)按鍵、選單、鍵盤、軟鍵(soft key)等功能，使得使用者得以藉由觸碰導覽操作使用者介面。

任何熟習此技藝者可理解上述記憶體可包含為了簡潔說明而忽略的其他元件。值得注意的是，在本說明書的敘述中，非暫態電腦可讀取媒體(non-transitory computer-readable medium)儲存一個或一個以上的程式供以由指令執行系統(instruction execution system)、裝置、器件所使用或連結。

繼續參照第4圖，網路通訊介面178可包含各種元件用以從網路環境中傳送或接收資料。舉例來說，上述元件可包含無線通訊介面。當上述元件以應用程式的方式實現時，一個或一個以上的元件可被儲存於非暫態電腦可讀取媒體且由處理裝置170所執行。

天線186、188選擇性地(且在此例中為交替地)與網路通訊介面178電性連接以傳送或接收資料。更具體的說明，每個天線具有一個通道，此通道具有導電液體封裝於其中。在操作上，上述導電液體根據行動裝置的移動以及/或所處軸向而在相應的通道中流動，使得其中一個天線在任意的給定時間點可運作。

第5圖係繪示依照本發明另一實施例之天線的示意圖，其中上述天線可應用於行動裝置。在第5圖所示之實施例中，天線190包含通道192，其中通道192具有以氣密方式封裝於其中的導電液體(第5圖未繪示)。通道192具有延長的分段部194、196，每個延長的分段部從與其相連接的中間分段部198往外延伸至相應的末端202、204。在本實施例中，通道192的末端202、204為弧形。

分段部194、196之間定義夾角ψ(例如，在本實施例中ψ約為九十度)。在一些其他的實施例中，為確保至少一個天線被激發，夾角ψ不必然為九十度。

天線饋入點206配置於中間分段部198。中間分段部198具有球根形狀的部位，此球根形狀的部位將通道192的一部分向外延伸。值得注意的是，上述球根形狀的部位以異於夾角ψ的方位從通道192的一部分向外突出。

複數個阻抗匹配單元208、210沿著分段部194、196分布配置，可適性地改變天線的阻抗，藉以動態地對天線形狀以及/或有效長度的變化提供校正的協助，其中天線形狀以及/或有效長度的變化係由於使用行動裝置時之各種不同使用者行為所產生。更具體的說明，本實施例所示之阻抗匹配單元208、210配置於分段部194、196外部的部位，且幫助天線190調整其阻抗以達到所需操作頻率之阻抗匹配。需要注意的是，在任何給定時間點所致動的阻抗匹配單元的數目係與通道192內的導電液體之分布位置相關，其中阻抗匹配單元與上述導電液體的電性連接有效地致動阻抗匹配單元。因此，當天線190的所處軸向改變時，阻抗匹配單元所被致動的數量也跟著改變。

在一些實施例中，阻抗匹配單元可包含導電材料，其中上述導電材料可由各種不同的結構(例如：導線)所提供。導電材料的形狀可相似於本發明實施例所示之通道的截面形狀，舉例來說，導電材料的結構可依據本發明實施例所示之通道的表面而發展。如上述的實施例可參照第6圖的示意圖，其中第6圖係繪示依照本發明另一實施例之阻抗匹配單元的配置示意圖。

如第6圖所示，阻抗匹配單元212配置於通道214內。阻抗匹配單元212具有導電材料，且此導電材料具有包含開路端216的形狀，而開路端216可短路於信號地(signal ground)，例如：加馬阻抗匹配(gamma impedance matching)或並聯阻抗匹配(shunt impedance matching)，以及/或開路端216透過導電液體(如第6圖的雙箭頭符號218所繪示)連接於另一個阻抗匹配單元(第6圖未繪示)。因此，隨著上述導電液體的位準在通道214內上升或下降，阻抗匹配單元212與上述導電液體之間也相應地電性聯接或電性不聯接。上述導電材料的另一端也可與開路端216類似，舉例來說，上述導電材料的另一端短路於信號地以及/或連接於另一個阻抗匹配單元以作為阻抗匹配網路。

第7A圖~第7D圖係繪示依照本發明實施例之具有複數個天線的行動裝置的示意圖，其中第7A圖~第7D圖分別繪示行動裝置處於各個不同的軸向。更具體的說明，第7A圖所示之行動裝置220包含天線222、224，天線222、224配置在外殼226內。天線222具有通道228、液體230以及天線饋入點232，其中通道228由分段部234、238以及中間分段部236所組成。天線224具有通道240、液體242以及天線饋入點244，其中通道240由分段部250、246以及中間分段部248所組成。行動裝置220還包含複數個阻抗匹配單元(例如：阻抗匹配單元252、254)沿著通道228、240分布配置。

當行動裝置220處於第7A圖所示之軸向時(其中使用者用手260握持行動裝置220)，行動裝置220的周邊側緣262所處位置高於周邊側緣264，使得在所有分段部中，中間分段部236在行動裝置220內處於最高位置。在本實施例中，行動裝置220所處軸向導致液體230分離成兩個液體部分266、268，其中液體部分266鄰近於末端270，液體部分268鄰近於末端272。如此一來，液體230與天線饋入點232之間的電性不連接。因此，天線222不被選擇成為無線通訊操作之天線。

另一方面，行動裝置220所處軸向導致液體242整體維持同一個部位，使得液體242與天線饋入點244之間電性連接。因此，天線224被選擇成為行動裝置220之無線通訊操作之天線。值得注意的是，在通道228、240內的液體230、242之流動導致處於最低位置的天線饋入點(例如：天線饋入點244)其相應天線(例如：天線224)被激發。在本實施例中，處於最低位置的天線(例如：天線224)自然地不位於使用者的手之鄰近處。

為了能涵蓋行動裝置於360度下的使用情形，則與行動裝置的短邊相應的通道可填入足夠的導電液體以激發相應的天線。如果根據一般使用者行為以及/或者特定的系統架構使行動裝置不需要涵蓋360度下的使用情形，舉例來說，填充於通道內的液體量以及通道的細部形狀可依據使用者的使用需求而作改變。

當行動裝置220處於第7B圖所示之軸向時，使用者用手261握持行動裝置220，其中周邊側緣262所處位置高於周邊側緣264。然而，末端272在行動裝置220內處於最高位置。在本實施例中，行動裝置220所處軸向導致液體230遠離天線饋入點232而流動，使得液體230與天線饋入點232之間的電性不連接。因此，天線222不被選擇成為無線通訊操作之天線。具體的說明，液體242與天線饋入點244之間維持電性連接。因此，天線224被選擇成為行動裝置220的無線通訊操作之天線。需要注意的是，考慮在液體242整體維持同一個部份且從分段部250的末端280向上延伸的情形下，在通道240內的液體242的量夠多而足以讓液體242與天線饋入點244之間維持電性連接，然而上述情況不包含分段部250的軸向接近垂直(微傾斜而離垂直大約5度內)的情形。

如第7C圖所示，分段部250所處軸向為垂直，其中液體242與天線饋入點244之間電性不連接。具體的說明，原先分段部250中的液體242的其中一部份液體分散流入分段部246以及中間分段部248中一者或一者以上，且上述流入分段部246以及/或中間分段部248中的液體量，其係多到使分段部250內的液體242無法延伸至天線饋入點244，因而使得液體242與天線饋入點244之間的電性不連接。然而，行動裝置220處於第7C圖所示之軸向可使液體230流往天線饋入點232而與天線饋入點232接觸。因此，天線222被激發。

在第7D圖所示之實施例中，當行動裝置220處於第7D圖所示之垂直軸向時，天線222處於非激發狀態，但天線224被激發。

上述實施例僅為示範可能的實現例子。任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可針對上述實施例作各種之更動與潤飾。舉例來說，上述的系統可以硬體、軟體或軟硬體結合的方式實現。所有相關的更動與改良皆應包含於本發明的保護範圍，且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。

220‧‧‧行動裝置

226‧‧‧外殼

262、264‧‧‧周邊側緣

222、224‧‧‧天線

228、240‧‧‧通道

232、244‧‧‧天線饋入點

230、242‧‧‧液體

252、254‧‧‧阻抗匹配單元

234、236、238、246、248、250‧‧‧分段部

270、272‧‧‧末端

266、268‧‧‧液體部份

260‧‧‧手

Claims

一種行動裝置，包含：一第一天線，具有一第一通道以及一第一流體，其中該第一通道定義一第一內部空間，該第一通道具有一第一分段部、一第二分段部以及一中間分段部，該第一分段部與該第二分段部透過該中間分段部相互連接，該第一分段部與該第二分段部為長條狀且互相垂直，該第一流體具有電傳導性且位於該第一通道內，該第一流體更具有小於該第一內部空間的一第一體積；以及一第一天線饋入點，其中該第一天線讀入點的配置是對應於當該行動裝置處於一第一軸向時，使該第一流體與該第一天線饋入點電性連接。
如請求項1所述之行動裝置，更包含：一第二天線，具有一第二通道以及一第二流體，其中該第二通道定義一第二內部空間，該第二流體具有電傳導性且位於該第二通道內，該第二流體更具有小於該第二內部空間的一第二體積；以及一第二天線饋入點，其中該第二天線饋入點的配置是對應於當該行動裝置處於一第二軸向時，使該第二流體與該第二天線饋入點電性連接，並且使該第一流體與該第一天線饋入點之間的電性不連接。
如請求項2所述之行動裝置，其中於該行動裝置處於該第一軸向時，該第二流體與該第二天線饋入點之間的電性不連接。
如請求項3所述之行動裝置，其中該第一天線饋入點以及該第二天線讀入點分別位於該行動裝置的不同角落；以及於該第一天線饋入點與該第二天線饋入點之間，該行動裝置更包含至少一個天線饋入點，藉以在該行動裝置處於該第一軸向或該第二軸向時激發一個以上的天線。
如請求項2所述之行動裝置，其中該第一通道與該第二通道不具有電傳導性。
如請求項1所述之行動裝置，其中該第一天線饋入點配置於該中間分段部。
如請求項1所述之行動裝置，其中該中間分段部的截面積分別大於該第一分段部以及該第二分段部各自的截面積。
如請求項1所述之行動裝置，其中該第一分段部具有一末端，且該第一分段部由該中間分段部成直線地延伸至該末端。
如請求項1所述之行動裝置，其中該第一分段部沿著自身的一段長度具有一致的截面積。
如請求項1所述之行動裝置，其中該行動裝置具有一外殼，該外殼具有複數個周邊側緣；以及該第一分段部、該第二分段部以及該中間分段部各自平行於該些周邊側緣中相應一者。
如請求項10所述之行動裝置，其中該外殼具有一外部角落；以及該中間分段部鄰近該外部角落。
如請求項1所述之行動裝置，其中該第一分段部短於該第二分段部。
如請求項1所述之行動裝置，其中該第一分段部的內部空間小於該第二分段部的內部空間。
如請求項1所述之行動裝置，更包含：一第一阻抗匹配單元，其係用以操作性地改變該第一天線的一阻抗；其中該第一阻抗匹配單元的定向是對應於當該行動裝置處於該第一軸向時，使該第一流體與該第一阻抗匹配單元電性連接，且亦對應於當該行動裝置處於該第二軸向時，使該第一流體不與該第一阻抗匹配單元電性連接。
如請求項1所述之行動裝置，更包含：複數個阻抗匹配器，其係用以選擇性地與該第一流體電性連接以選擇性地改變該第一天線的一阻抗。