TWI583052B

TWI583052B - 行動裝置

Info

Publication number: TWI583052B
Application number: TW103135623A
Authority: TW
Inventors: 楊崇文
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2017-05-11
Also published as: US20160111777A1; EP3010081B1; TW201614906A; EP3010081A1

Description

行動裝置

本發明係關於一種行動裝置，特別係關於包括高隔離度天線系統之行動裝置。

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系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

天線系統為支援無線通訊之行動裝置中不可或缺之元件。然而，由於行動裝置內部空間狹小，各個天線之配置往往極為接近，容易互相干擾。因此，有必要設計一種全新的天線系統，以改良傳統天線系統中隔離度不佳之問題。

在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括：一天線系統，包括：一第一天線，由一第一信號源所激發；一第二天線，由一第二信號源所激發；一第一隔離元件，其中該第一隔離元件之一第一端係耦接至一接地區域，而該第一隔離元件之一第二端為一開路端；以及一第二隔離元件，其中該第二隔離元件之一第一端係耦接至該接地區域，而該第二隔離元件之一第二端為一開路端；其中該第一隔離元件和該第二隔離元件皆設置於該第一天線和該第二天線之間。

在一些實施例中，該第一隔離元件和該第二隔離元件皆大致為L字形。在一些實施例中，該第一隔離元件之長度和該第二隔離元件之長度皆約為該天線系統之中心操作頻率之0.25倍波長。在一些實施例中，該第一天線包括一第一饋入部和一第一輻射部，該第一饋入部係耦接至一第一信號源，該第一輻射部之一第一端係耦接至該接地區域，而該第一輻射部之一第二端為一開路端並係鄰近於該第一饋入部，該第二天線包括一第二饋入部和一第二輻射部，該第二饋入部係耦接至一第二信號源，該第二輻射部之一第一端係耦接至該接地區域，而該第二輻射部之一第二端為一開路端並係鄰近於該第二饋入部。在一些實施例中，該第一輻射部和該第二輻射部皆大致為L字形。在一些實施例中，該第一天線更包括一第一調整部，該第一調整部係耦接至該第一輻射部之一轉折處，使得該第一調整部和該第一輻射部之組合大致為T字形，而該第二天線更包括一第二調整部，該第二調整部係耦接至該第二輻射部之一轉折處，使得該第二調整部和該第二輻射部之組合大致為T字形。在一些實施例中，該第一輻射部之該第二端和該第二輻射部之該第二端係朝互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，該天線系統係操作於一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶約介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶約介於5150MHz至5850MHz之間。在一些實施例中，該行動裝置更包括：一顯示器；一系統端，包括一系統端上蓋和一系統端下蓋；以及一轉軸，耦接於該顯示器和該系統端之間；其中該天線系統係鄰近於該轉軸並大致平行於該系統端上蓋。在一些實施例中，該行動裝置更包括：一天線支撐元件，鄰近於該轉軸，其中該天線支撐元件係用於固定該天線系統；以及一轉軸覆蓋元件，覆蓋該天線支撐元件和該天線系統；其中該天線系統係耦接至該系統端上蓋或該系統端下蓋。

100、200、300、600‧‧‧行動裝置

101、201、301、640‧‧‧天線系統

102、110、310‧‧‧第一天線

103、120、320‧‧‧第二天線

104‧‧‧第一隔離元件

105‧‧‧第二隔離元件

106‧‧‧第一隔離元件之第一端

107‧‧‧第一隔離元件之第二端

108‧‧‧第二隔離元件之第一端

109‧‧‧第二隔離元件之第二端

130‧‧‧第一饋入部

140‧‧‧第一輻射部

141‧‧‧第一輻射部之第一端

142‧‧‧第一輻射部之第二端

150‧‧‧第二饋入部

160‧‧‧第二輻射部

161‧‧‧第二輻射部之第一端

162‧‧‧第二輻射部之第二端

180‧‧‧接地區域

191‧‧‧第一信號源

192‧‧‧第二信號源

304‧‧‧第一調整部

305‧‧‧第二調整部

610‧‧‧顯示器

620‧‧‧系統端

621‧‧‧系統端上蓋

622‧‧‧系統端下蓋

630‧‧‧轉軸

650‧‧‧轉軸覆蓋元件

660‧‧‧天線支撐元件

D1‧‧‧第一隔離元件和第二隔離元件之間距

D2‧‧‧第一隔離元件和第一天線之間距

D3‧‧‧第二隔離元件和第二天線之間距

GC1‧‧‧第一耦合間隙

GC2‧‧‧第二耦合間隙

-X‧‧‧負X軸方向

X‧‧‧正X軸方向

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圖係顯示如第6圖實際可變形筆記型電腦根據第2圖之實施例移除第一隔離元件和第二隔離元件時之隔離度；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系統之隔離度之示意圖；第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖；以及第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之剖視圖。

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可以是一平板電腦(Tablet Computer)、一筆記型電腦(Notebook Computer)，或是兩者之一組合。行動裝置100至少包括一天線系統101。天線系統101至少包括一第一天線102、一第二天線103、一第一隔離元件104，以及一第二隔離元件105。第一天線102和第二天線103之種類於本發明中並不特別作限制。舉例而言，第一天線102和第二天線103之任一者可以是一耦合饋入式天線(Coupling-feed Antenna)、一單極天線(Monopole Antenna)、一偶極天線(Dipole Antenna)、一補釘天線(Patch Antenna)、一迴圈天線(Loop Antenna)，或是一螺旋天線(Helical Antenna)。第一天線102可由一第一信號源191所激發，而第二天線103可由一第二信號源192所激發。第一信號源191和第二信號源192可以是行動裝置100之射頻(Radio Frequency，RF)模組。第一隔離元件104和第二隔離元件105係用於增加第一天線102和第二天線103之間之隔離度(S21)，使得第一天線102和第二天線103不致於彼此互相干擾。必須理解的是，行動裝置100更可包括其他元件，例如：一顯示器、一處理器、一電池、一觸控面板、一揚聲器、一系統電路板，以及一外殼(未顯示)。

第一隔離元件104和第二隔離元件105皆設置於第一天線102和第二天線103之間。第一隔離元件104之長度和第二隔離元件105之長度皆約為天線系統101之中心操作頻率(例如：2400MHz)之0.25倍波長(λ/4)。詳細而言，第一隔離元件104之一第一端106係耦接至一接地區域180，第一隔離元件104之一第二端107為一開路端(Open End)；第二隔離元件105之一第一端108係耦接至接地區域180，而第二隔離元件105之一第二端109為一開路端。第一隔離元件104之第二端107和第二隔離元件105之第二端109係朝相反且互相遠離之方向作延伸。接地區域180可以是行動裝置100之一接地金屬面，其並可提供一接地電位。在一些實施例中，第一隔離元件104和第二隔離元件105皆大致為L字形。舉例而言，第一隔離元件104可以包括與接地區域180之一邊緣垂直之一第一部份，以及與接地區域180之邊緣平行之一第二部份，其中前述第二部份之長度係較前述第一部份之長度更長。第二隔離元件105可以包括與接地區域180之邊緣垂直之一第一部份，以及與接地區域180之邊緣平行之一第二部份，其中前述第二部份之長度亦較前述第一部份之長度更長。第一隔離元件104和第二隔離元件105之一間距D1可以大於10mm，第一隔離元件104和第一天線102之一間距D2可以大於10mm，而第二隔離元件105和第二天線103之一間距D3亦可大於10mm。在將第一隔離元件104和第二隔離元件105加入天線系統101之後，其可直接減少第一天線102和第二天線103之間之電磁干擾現象，因此能有效地改良第一天線102和第二天線103之間之隔離度。與傳統技術相比，其天線系統通常是藉由加大天線間距來維持隔離度，本發明使用第一隔離元件104和第二隔離元件105來取代傳統設計，不僅能維持天線系統101之良好性能，亦可一併達成節省行動裝置100之內部設計空間之效果。

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，行動裝置200至少包括一天線系統201，其中天線系統201至少包括一第一天線110、一第二天線120、一第一隔離元件104，以及一第二隔離元件105。第一隔離元件104和第二隔離元件105之功能和結構已如第1圖之實施例所述。第一天線110包括一第一饋入部130和一第一輻射部140，其中第一饋入部130係耦接至一第一信號源191。第一饋入部130可以大致為一矩形或一正方形。第一信號源191係用於激發第一天線110。第一輻射部140可以大致為一L字形。第一輻射部140之一第一端141係耦接至一接地區域180，而第一輻射部140之一第二端142為一開路端並係鄰近於第一饋入部130。第一輻射部140之第二端142和第一饋入部130之間可以形成一第一耦合間隙GC1，其中第一耦合間隙GC1之寬度係小於2mm。第二天線120包括一第二饋入部150和一第二輻射部160，其中第二饋入部150係耦接至一第二信號源192。第二饋入部150可以大致為一矩形或一正方形。第二信號源192係用於激發第二天線120。第二輻射部160可以大致為一L字形。第二輻射部160之一第一端161係耦接至接地區域180，而第二輻射部160之一第二端162為一開路端並係鄰近於第二饋入部150。第二輻射部160之第二端162和第二饋入部150之間可以形成一第二耦合間隙GC2，其中第二耦合間隙GC2之寬度係小於2mm。第一輻射部140之第二端142和第二輻射部160之第二端162可以朝互相遠離之方向作延伸。例如，第一輻射部140之第二端142可以朝-X軸方向延伸，而第二輻射部160之第二端162可以朝+X軸方向延伸，使其兩者互相遠離。天線系統201之第一天線110和第二天線120皆為耦合饋入式天線(Coupling-feed Antenna)，其中第一輻射部140係由第一饋入部130所耦合激發，而第二輻射部160係由第二饋入部150所耦合激發。前述耦合饋入式天線之設計可同時改良天線系統101之隔離度和特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)。詳細而言，第一天線110和第二天線120皆可操作於一低頻頻帶和一高頻頻帶。在第一天線110中，高頻頻帶係由第一饋入部130所激發產生，低頻頻帶係由第一饋入部130和第一輻射部140所共同激發產生；而在第二天線120中，高頻頻帶係由第二饋入部150所激發產生，低頻頻帶係由第二饋入部150和第二輻射部160所共同激發產生。以傳統雙頻2.4GHz/5GHz平面倒F形天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)而言，因低頻頻帶之共振路徑會產生高階共振模態，貢獻高頻電流，故常有高頻頻帶(5GHz)之特定吸收率無法符合法定規範之問題。在第2圖之實施例中，由於第一饋入部130和第一輻射部140係彼此分離，且第二饋入部150和第二輻射部160亦彼此分離，在此設計下，低頻頻帶之共振路徑將不易直接產生影響高頻頻帶之高階共振模態，因此可以大幅降低天線系統201之高頻特定吸收率。另一方面，第一天線110和第二天線120係朝向相反方向作延伸，其開路端互相遠離，此更有助於改善天線系統201之隔離度。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相似，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2圖相似。在第3圖之實施例中，行動裝置300至少包括一天線系統301，其中天線系統301之一第一天線310更包括一第一調整部304，而天線系統301之一第二天線320更包括一第二調整部305。在第一天線310中，第一調整部304係耦接至一第一輻射部140之一轉折處，使得第一調整部304和第一輻射部140之組合大致為T字形。第一調整部304之長度係遠小於第一輻射部140之長度。在第二天線320中，第二調整部305係耦接至一第二輻射部160之一轉折處，使得第二調整部305和第二輻射部160之組合亦大致為T字形。第二調整部305之長度係遠小於第二輻射部160之長度。第一調整部304和第二調整部305可分別用於調整第一天線310和第二天線320之阻抗匹配。第3圖之行動裝置300之其餘特徵皆與第2圖之行動裝置200相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第4圖係顯示如第6圖一實際可變形筆記型電腦根據第2圖之實施例移除第一隔離元件104和第二隔離元件105時之隔離度，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線之間之隔離度(S21)(dB)。根據第4圖之量測結果，對於不具有任何隔離元件的天線系統，其隔離度於低頻頻帶中可能僅有-7dB，此代表天線之間之互相干擾相對嚴重，將降低整體之通訊品質。

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系統(如第6圖一實際可變形筆記型電腦根據第2圖之實施例)之隔離度之示意圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線之間之隔離度(S21)(dB)。在本發明之天線系統中，第一天線、第二天線、第一隔離元件，以及第二隔離元件皆操作於一第一頻帶和一第二頻帶，其中第一頻帶可約介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶可約介於5150MHz至5850MHz之間。換言之，本發明至少可支援Wi-Fi、Bluetooth等行動通訊頻帶。根據第5圖之量測結果，當天線系統採用第1-3圖實施例中所述之隔離元件時，其天線之間之隔離度於第一頻帶和第二頻帶中皆可達-15dB或更佳，已能符合一般行動通訊之規格標準。另一方面，耦合饋入式天線之設計更可壓抑低頻共振路徑之高階共振模態，是以本發明之天線系統亦能輕易符合各頻帶之特定吸收率標準，如下列表一所示。

表一為實際量測之特定吸收率之比較表。根據量測結果可知，與傳統平面倒F形天線相比，在同樣天線增益之情況(例如：同為-2.95dBi)下，且射頻輸出功率同為16dBm，本發明無論是從上方、下方所測得之特定吸收率皆可顯著地降低，特別是下方特定吸收率可達傳統設計之一半以下，因此，本發明之天線系統將更容易符合法定之特定吸收率規範。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置600之示意圖。在第6圖之實施例中，行動裝置600可以是一普通筆記型電腦或是一可變形筆記型電腦，其中可變形筆記型電腦可操作於一筆電模式或一平板模式。行動裝置600至少包括一顯示器610、一系統端620，以及一轉軸630。顯示器610可以是一液晶螢幕。系統端620包括一系統端上蓋621、一系統端下蓋622，以及介於其間之一主機電路板(未顯示)，其中系統端上蓋621和系統端下蓋622可以用金屬材質製成，它們並大致互相平行。轉軸630係耦接於顯示器610和系統端620之間，使得行動裝置600可透過轉軸630而選擇性地操作於一開啟狀態(例如：顯示器610和系統端620之間之一夾角約為110度)或是一閉合狀態(例如：顯示器610和系統端620之間之一夾角約為5度以下)。如第1-3圖實施例所述之一天線系統640係鄰近於轉軸630處而設置，其並可由一轉軸覆蓋元件650所包覆。轉軸覆蓋元件650可由非導體材質所製成(例如：塑膠)，以避免屏蔽天線系統640之輻射場型。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置600沿一剖面線LL1之剖視圖。如第7圖所示，行動裝置600更可包括一天線支撐元件660，其中天線支撐元件660係鄰近於轉軸630處而設置，並係用於固定住天線系統640。舉例而言，天線支撐元件660可大致為一不規則塑膠圓柱體，而天線系統640係固定於天線支撐元件660之一內部平坦處之下方。轉軸覆蓋元件650則整個覆蓋住天線支撐元件660和天線系統640，以維持行動裝置600之整體外觀一致性。有了天線支撐元件660，天線系統640可以大致平行於系統端上蓋621而設置，而天線系統640更可耦接至系統端上蓋621或系統端下蓋622，使之作為天線系統640之一接地區域之一延伸部份。藉由將天線系統640平行於系統端上蓋621且鄰近於轉軸630處而設置，其可確保行動裝置600無論於開啟狀態或閉合狀態皆能維持良好之通訊品質，且有助於讓行動裝置600可符合特定吸收率之法定標準。因此，本發明之天線系統將很容易於與一般筆記型電腦或是可變形筆記型電腦互相作結合，並使其行動通訊之效能可以大幅度地獲得改善。

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。本發明之行動裝置和天線系統並不僅限於第1-7圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-7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和天線系統當中。

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

101‧‧‧天線系統

102‧‧‧第一天線

103‧‧‧第二天線