TWI587574B - 行動裝置 - Google Patents

Description

行動裝置

本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種行動裝置及其天線元件。

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。

全球定位系統(Global Positioning System，GPS)是現今無線通訊中一種重要的定位技術，幾乎已成為所有行動裝置之標準配備。然而，由於行動裝置之內部空間狹小，常常無法令全球定位系統天線之最大增益方向能完全指向天頂，因此造就許多定位不精準之問題。

在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包 括：一接地面，具有一第一區域和一第二區域；一天線元件，設置於該第一區域；以及一第一延伸部，具有一開路端和一連接端，其中該第一延伸部之該連接端係耦接至該第二區域之一第一側。

在一些實施例中，該行動裝置更包括：一第二延伸部，具有一開路端和一連接端，其中該第二延伸部之該連接端係耦接至該第二區域之一第二側。

在一些實施例中，該第一延伸部之長度和該第二延伸部之長度皆等於該天線元件之一中心操作頻率之四分之一波長。

在一些實施例中，該天線元件為一全球定位系統天線，並朝向一天頂方向。

在一些實施例中，該第一延伸部和該第二延伸部係用於增強該天線元件於該天頂方向之輻射增益。

在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括：一接地面，具有一第一區域和一第二區域；以及一天線元件，設置於該第一區域；其中一第一槽孔係形成於該接地面之該第二區域上，該第一槽孔具有一開口端和一閉口端，而該第一槽孔之該開口端係位於該第二區域之一第一側。

在一些實施例中，一第二槽孔更形成於該接地面之該第二區域上，該第二槽孔具有一開口端和一閉口端，而該第二槽孔之該開口端係位於該第二區域之一第二側。

在一些實施例中，該第一槽孔之長度和該第二槽孔之長度皆等於該天線元件之一中心操作頻率之四分之一波 長。

在一些實施例中，該天線元件為一全球定位系統天線，並朝向一天頂方向。

在一些實施例中，該第一槽孔和該第二槽孔係用於增強該天線元件於該天頂方向之輻射增益。

100、500‧‧‧行動裝置

110、510‧‧‧接地面

111、511‧‧‧接地面之第一區域

112、512‧‧‧接地面之第二區域

113、513‧‧‧第一區域之第一側

114、514‧‧‧第一區域之第二側

115、515‧‧‧第二區域之第一側

116、516‧‧‧第二區域之第二側

120、520‧‧‧天線元件

130‧‧‧第一延伸部

131‧‧‧第一延伸部之開路端

132‧‧‧第一延伸部之連接端

140‧‧‧第二延伸部

141‧‧‧第二延伸部之開路端

142‧‧‧第二延伸部之連接端

190、590‧‧‧信號源

530‧‧‧第一槽孔

531‧‧‧第一槽孔之開口端

532‧‧‧第一槽孔之閉口端

540‧‧‧第二槽孔

541‧‧‧第二槽孔之開口端

542‧‧‧第二槽孔之閉口端

CC1‧‧‧第一曲線

CC2‧‧‧第二曲線

CC3‧‧‧第三曲線

CC4‧‧‧第四曲線

D1‧‧‧天線元件和第一延伸部之開路端之間距

D3‧‧‧天線元件和第一槽孔之開口端之間距

L1‧‧‧第一延伸部之長度

L2‧‧‧第二延伸部之長度

L3‧‧‧第一槽孔之長度

L4‧‧‧第二槽孔之長度

W1‧‧‧第一延伸部之寬度

W2‧‧‧第二延伸部之寬度

W3‧‧‧第一槽孔之寬度

W4‧‧‧第二槽孔之寬度

X‧‧‧座標X軸

Y‧‧‧座標Y軸

Z‧‧‧座標Z軸

第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之俯視圖；第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之側視圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之天線元件之返回損失圖；第3圖係顯示行動裝置不具任何延伸部時天線元件之三維增益圖；第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置具有第一延伸部和第二延伸部時天線元件之三維增益圖；第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之俯視圖；第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之側視圖；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元件之返回損失圖；以及第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置具有第 一槽孔和第二槽孔時天線元件之三維增益圖。

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1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之俯視圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之側視圖。請一併參考第1A、1B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1A、1B圖所示，行動裝置100包括：一接地面110、一天線元件120，一第一延伸部130，以及一第二延伸部140。接地面110、天線元件120，第一延伸部130、以及第二延伸部140皆可用導體材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。必須理解的是，行動裝置100更可包括其他元件，例如：一處理器、一顯示器、一觸控模組、一電池，以及一外殼(未顯示)。

接地面110大致為一矩形，並具有一第一區域111和一第二區域112，其中第一區域111係位於接地面110之上半部並朝向一天頂方向(例如：圖中+Z軸方向)，而第二區域112係位於接地面110之下半部並朝向一地面方向(例如：圖中-Z軸方向)。天線元件120係設置於接地面110之第一區域111。天線元件120之形狀、種類在本發明中並不特別做限制。例如，天線元件120可以是一單極天線(Monopole Antenna)、一偶極天線(Dipole Antenna)、一迴圈天線(Loop Antenna)、一螺旋天線 (Helical Antenna)、一平面倒F字形天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)，或是一晶片天線(Chip Antenna)。第一延伸部130和第二延伸部140皆鄰近於接地面110之第二區域112。在另一些實施例中，行動裝置100亦可僅包括第一延伸部130或第二延伸部140二者擇一。第一延伸部130和第二延伸部140可與接地面110作整合，它們可以共同印刷於一介質基板(Dielectric Substrate)之平面上。

在第1A、1B圖之實施例中，行動裝置100內之元件配置可如下列所述。必須理解的是，這些內容僅為舉例說明，使讀者易於理解，並非用於限制本發明之專利範圍。

天線元件120為一全球定位系統(Global Positioning System，GPS)天線。例如，天線元件120可以是一平面倒F字形天線，並由一信號源190所激發。天線元件120係設置於第一區域112之一第一側113，以形成一不對稱分布，並朝向天頂方向(圖中+Z軸方向)。在另一些實施例中，天線元件120亦可設置於第一區域112之一第二側114。

第一延伸部130大致為一L字形。第一延伸部130具有一開路端131和一連接端132，其中第一延伸部130之連接端132係耦接至第二區域112之一第一側115，而第一延伸部130之開路端131係朝靠近天線元件120之方向作延伸。第二延伸部140亦大致為一L字形。第二延伸部140具有一開路端141和一連接端142，其中第二延伸部140之連接端142係耦接至第二區域112之一第二側116，而第二延伸部140之開路端141係朝靠近天線元件120之方向作延伸。第二區域112之第一側115和第二側 116係彼此相對。詳細而言，第一延伸部130之長度L1和第二延伸部140之長度L2皆等於天線元件120之一中心操作頻率之四分之一波長(λ/4)，而第一延伸部130之寬度W1亦等於第二延伸部140之寬度W2。換言之，第一延伸部130和第二延伸部140係沿著第二區域112之一中心線150呈現線對稱分布。在此設計下，天線元件120、第一延伸部130，以及第二延伸部140皆共振於一全球定位系統頻帶，其中第一延伸部130和第二延伸部140皆可用於增強天線元件120於天頂方向之輻射增益。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線元件120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)。第一曲線CC1代表行動裝置100未加入任何延伸部時天線元件120之操作特性，其共振頻率約介於1520MHz至1610MHz之間。第二曲線CC2代表行動裝置100加入第一延伸部130和第二延伸部140後天線元件120之操作特性，其共振頻率約介於1510MHz至1630MHz之間。根據第2圖之量測結果可知，在加入第一延伸部130和第二延伸部140之後，天線元件120之頻寬約較原始頻寬增加約2.1%，因此，第一延伸部130和第二延伸部140有助於改善天線元件120之阻抗匹配。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100不具任何延伸部時天線元件120之三維增益圖，此時天線元件120於天頂方向(圖中+Z軸方向)之天線增益約為-0.81dBi。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100具有第一延伸部130和第二延伸部140時天線元件120之三維增益圖， 此時天線元件120於天頂方向(圖中+Z軸方向)之天線增益約為3.56dBi。根據第3、4圖之量測結果可知，在行動裝置100加入第一延伸部130和第二延伸部140之後，天線元件120於天頂方向之輻射增益可顯著上升4.37dBi，此有助於改善所對應之全球定位系統之性能。

在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。請再次參考第1A、1B圖。第一延伸部130之長度L1約介於40mm和44mm之間，較佳為42mm。第一延伸部130之寬度W1約介於1mm和3mm之間，較佳為2mm。第二延伸部140之長度L2約介於40mm和44mm之間，較佳為42mm。第二延伸部140之寬度W2約介於1mm和3mm之間，較佳為2mm。第一延伸部130之開路端131(或第二延伸部140之開路端141)與天線元件120之間距D1約介於8mm至12mm之間，較佳為10mm。

第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置500之俯視圖。第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置500之側視圖。請一併參考第5A、5B圖。行動裝置500可以是一智慧型手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。如第5A、5B圖所示，行動裝置500包括：一接地面510，以及一天線元件520。接地面510和天線元件520皆可用導體材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。必須理解的是，行動裝置500更可包括其他元件，例如：一處理器、一顯示器、一觸控模組、一電池，以及一外殼(未顯示)。

接地面510大致為一矩形，並具有一第一區域511和一第二區域512，其中第一區域511係位於接地面510之上半 部並朝向一天頂方向(例如：圖中+Z軸方向)，而第二區域512係位於接地面510之下半部並朝向一地面方向(例如：圖中-Z軸方向)。天線元件520係設置於接地面510之第一區域511。天線元件520之形狀、種類在本發明中並不特別做限制。例如，天線元件520可以是一單極天線、一偶極天線、一迴圈天線、一螺旋天線、一平面倒F字形天線，或是一晶片天線。一第一槽孔530和一第二槽孔540皆形成於接地面510之第二區域512。在另一些實施例中，接地面510之第二區域512亦可僅具有第一槽孔530或第二槽孔540二者擇一。第一槽孔530和第二槽孔540可與接地面510作整合，它們可以共同印刷於一介質基板之平面上。

在第5A、5B圖之實施例中，行動裝置500內之元件配置可如下列所述。必須理解的是，這些內容僅為舉例說明，使讀者易於理解，並非用於限制本發明之專利範圍。

天線元件520為一全球定位系統天線。例如，天線元件520可以是一平面倒F字形天線，並由一信號源590所激發。天線元件520係設置於第一區域511之一第一側513，以形成一不對稱分布，並朝向天頂方向(圖中+Z軸方向)。在另一些實施例中，天線元件520亦可設置於第一區域511之一第二側514。

第一槽孔530大致為一L字形。第一槽孔530具有一開口端531和一閉口端532，其中第一槽孔530之開口端531係位於第二區域512之一第一側515，而第一槽孔530之閉口端532係朝遠離天線元件520之方向作延伸。第二槽孔540亦大致為一L字形。第二槽孔540具有一開口端541和一閉口端542，其中第 二槽孔540之開口端541係位於第二區域512之一第二側516，而第二槽孔540之閉口端542係朝遠離天線元件520之方向作延伸。第二區域512之第一側515和第二側516係彼此相對。詳細而言，第一槽孔530之長度L3和第二槽孔540之長度L4皆等於天線元件520之一中心操作頻率之四分之一波長(λ/4)，而第一槽孔530之寬度W3亦等於第二槽孔540之寬度W4。換言之，第一槽孔530和第二槽孔540係沿著第二區域512之一中心線550呈現線對稱分布。在此設計下，天線元件520、第一槽孔530，以及第二槽孔540皆共振於一全球定位系統頻帶，其中第一槽孔530和第二槽孔540皆可用於增強天線元件520於天頂方向之輻射增益。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置500之天線元件520之返回損失圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。第三曲線CC3代表行動裝置500未加入任何槽孔時天線元件520之操作特性，其共振頻率約介於1520MHz至1610MHz之間。第四曲線CC4代表行動裝置500加入第一槽孔530和第二槽孔540後天線元件520之操作特性，其共振頻率約介於1510MHz至1630MHz之間。根據第6圖之量測結果可知，在加入第一槽孔530和第二槽孔540之後，天線元件520之頻寬約較原始頻寬增加約2.1%，因此，第一槽孔530和第二槽孔540有助於改善天線元件520之阻抗匹配。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置500具有第一槽孔530和第二槽孔540時天線元件520之三維增益圖，此時天線元件520於天頂方向(圖中+Z軸方向)之天線增益約為2.95dBi。根據第3、7圖之量測結果可知，在行動裝置 500加入第一槽孔530和第二槽孔540之後，天線元件520於天頂方向之輻射增益可顯著上升3.76dBi，此有助於改善所對應之全球定位系統之性能。

在一些實施例中，行動裝置500之元件尺寸可如下列所述。請再次參考第5A、5B圖。第一槽孔530之長度L3約介於40mm和44mm之間，較佳為42mm。第一槽孔530之寬度W3約介於1mm和3mm之間，較佳為2mm。第二槽孔540之長度L4約介於40mm和44mm之間，較佳為42mm。第二槽孔540之寬度W4約介於1mm和3mm之間，較佳為2mm。第一槽孔530之開口端531(或第二槽孔540之開口端541)與天線元件520之間距D3約介於8mm至12mm之間，較佳為10mm。

本發明提供一種結合天線元件和接地面之延伸部或槽孔之行動裝置，其中接地面之延伸部或槽孔和天線元件可共振於相同頻率，在此設計下，延伸部或槽孔可用於改變接地面上之表面電流分布，並修正天線元件之輻射場型，進而使得天線元件之最高增益處能有效地指向天頂方向。根據以上實施例之實測結果可知，延伸部和槽孔對於天線元件之影響效果是相當近似的。與傳統技術相比，本發明至少具有提高天頂方向之天線增益、改善全球定位系統之性能、降低成本，以及簡化天線結構等優點，其很適合應用於各種小型化之行動通訊裝置當中。

值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀、以及頻率範圍均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，本發明之行動裝置並不僅限 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

110‧‧‧接地面

111‧‧‧接地面之第一區域

112‧‧‧接地面之第二區域

113‧‧‧第一區域之第一側

114‧‧‧第一區域之第二側

115‧‧‧第二區域之第一側

116‧‧‧第二區域之第二側

120‧‧‧天線元件

130‧‧‧第一延伸部

131‧‧‧第一延伸部之開路端

132‧‧‧第一延伸部之連接端

140‧‧‧第二延伸部

141‧‧‧第二延伸部之開路端

142‧‧‧第二延伸部之連接端

L1‧‧‧第一延伸部之長度

L2‧‧‧第二延伸部之長度

W1‧‧‧第一延伸部之寬度

W2‧‧‧第二延伸部之寬度

D1‧‧‧天線元件和第一延伸部之開路端之間距

X‧‧‧座標X軸

Y‧‧‧座標Y軸

Z‧‧‧座標Z軸

Claims (8)

1. 一種行動裝置，包括：一接地面，具有一第一區域和一第二區域；一天線元件，設置於該第一區域；以及一第一延伸部，具有一開路端和一連接端，其中該第一延伸部之該連接端係耦接至該第二區域之一第一側，其中該第一延伸部之該開路端係朝靠近該天線元件之方向作延伸；其中該天線元件為一全球定位系統天線，並朝向一天頂方向；其中該天線元件為一平面倒F字形天線，且大致與該接地面互相垂直。
2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，更包括：一第二延伸部，具有一開路端和一連接端，其中該第二延伸部之該連接端係耦接至該第二區域之一第二側。
3. 如申請專利範圍第2項所述之行動裝置，其中該第一延伸部之長度和該第二延伸部之長度皆等於該天線元件之一中心操作頻率之四分之一波長。
4. 如申請專利範圍第2項所述之行動裝置，其中該第一延伸部和該第二延伸部係用於增強該天線元件於該天頂方向之輻射增益。
5. 一種行動裝置，包括：一接地面，具有一第一區域和一第二區域；以及一天線元件，設置於該第一區域；其中一第一槽孔係形成於該接地面之該第二區域上，該第 一槽孔具有一開口端和一閉口端，而該第一槽孔之該開口端係位於該第二區域之一第一側，其中該第一槽孔之該閉口端係朝遠離該天線元件之方向作延伸；其中該天線元件為一全球定位系統天線，並朝向一天頂方向；其中該天線元件為一平面倒F字形天線，且大致與該接地面互相垂直。
6. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，其中一第二槽孔更形成於該接地面之該第二區域上，該第二槽孔具有一開口端和一閉口端，而該第二槽孔之該開口端係位於該第二區域之一第二側。
7. 如申請專利範圍第6項所述之行動裝置，其中該第一槽孔之長度和該第二槽孔之長度皆等於該天線元件之一中心操作頻率之四分之一波長。
8. 如申請專利範圍第6項所述之行動裝置，其中該第一槽孔和該第二槽孔係用於增強該天線元件於該天頂方向之輻射增益。