TWI599098B

TWI599098B - 行動裝置

Info

Publication number: TWI599098B
Application number: TW104118459A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛; 林敬基
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2017-09-11
Also published as: US20160359227A1; TW201644099A

Description

行動裝置

本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種可節省傳輸線之數量之行動裝置。

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。

為了使行動裝置能涵蓋各種頻帶，可調天線元件成為現今天線設計者常用之解決方案。然而，可調天線元件本身就需要一條獨立之控制信號線，若再加上其他電源信號線、射頻信號線之配置，將導致過多傳輸線無法同時容納於行動裝置之狹小內部空間中，從而衍生出許多設計問題。

為了克服先前技術所面臨之問題，在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括：一天線結構；一可調電路元件，內嵌於該天線結構中；一T型偏壓器(Bias Tee)，其中該T型偏壓器之一第一輸入端係用於接收一電源信號，該T型偏壓器之一第二輸入端係用於接收一射頻信號，而該T型偏壓器之一輸出端係用於輸出一混合信號；一電感元件，用於濾除該電源信號之高頻雜訊；以及一電容元件，用於濾除該射頻信號之低頻雜訊；其中該T型偏壓器之該輸出端係耦接至該天線結構上之一饋入點，該天線結構係由該混合信號所激發，而該可調電路元件係根據該混合信號來產生不同阻抗值。

在一些實施例中，該電感元件和該電容元件皆為該T型偏壓器之內部元件，該電感元件係耦接於該T型偏壓器之該第一輸入端和該輸出端之間，而該電容元件係耦接於該T型偏壓器之該第二輸入端和該輸出端之間。

在一些實施例中，該可調電路元件為一正本負二極體(PIN Diode)。

在一些實施例中，當該電源信號為一低電位時，該可調電路元件係斷開且該天線結構係操作於一低頻頻帶，而當該電源信號為一高電位時，該可調電路元件係導通且該天線結構係操作於一高頻頻帶。

在一些實施例中，該低頻頻帶係介於704MHz至894MHz之間，而該高頻頻帶係介於790MHz至960MHz之間。

在一些實施例中，該天線結構包括：一饋入部，其中該饋入點係位於該饋入部之一第一端上；一主輻射部，其中該饋入部之一第二端係耦接至該主輻射部上之一第一連接點；以及一短路部，其中該短路部之一第一端係耦接至一接地電位，而該短路部之一第二端係耦接至該主輻射部上之一第二連接點，而該可調電路元件係內嵌於該短路部之一中間部份。

在一些實施例中，該可調電路元件為一鈦酸鍶鋇 (Barium Strontium Titanate，BST)可調電容器。

在一些實施例中，當該電源信號之電位上升時，該可調電路元件之一電容值將下降且該天線結構之一操作頻率將上升，而當該電源信號之電位下降時，該可調電路元件之該電容值將上升且該天線結構之該操作頻率將下降。

在一些實施例中，該天線結構包括：一饋入部，其中該饋入點係位於該饋入部之一第一端上，該饋入部之一第二端係耦接至該可調電路元件；一主輻射部，其中該可調電路元件係內嵌於該主輻射部之一中間部份；一電容器；一連接部，其中該饋入部之一第三端係經由該電容器耦接至該連接部之一第一端，而該連接部之一第二端係耦接至該主輻射部上之一連接點；以及一短路部，其中該短路部之一第一端係耦接至一接地電位，而該短路部之一第二端係耦接至該連接部之該第一端。

100‧‧‧行動裝置

110、200、400‧‧‧天線結構

120、280、480‧‧‧可調電路元件

130‧‧‧T型偏壓器

131‧‧‧T型偏壓器之第一輸入端

132‧‧‧T型偏壓器之第二輸入端

133‧‧‧T型偏壓器之輸出端

140‧‧‧電容元件

150‧‧‧電感元件

210、410‧‧‧饋入部

211、411‧‧‧饋入部之第一端

212、412‧‧‧饋入部之第二端

220、420‧‧‧主輻射部

221、421‧‧‧主輻射部之第一端

222、422‧‧‧主輻射部之第二端

223‧‧‧第一連接點

224‧‧‧第二連接點

230、450‧‧‧短路部

231、451‧‧‧短路部之第一端

232、452‧‧‧短路部之第二端

413‧‧‧饋入部之第三端

423‧‧‧連接點

430‧‧‧電容器

440‧‧‧連接部

441‧‧‧連接部之第一端

442‧‧‧連接部之第二端

481‧‧‧可調電路元件之第一端

482‧‧‧可調電路元件之第二端

483‧‧‧可調電路元件之控制端

CC1‧‧‧第一曲線

CC2‧‧‧第二曲線

CC3‧‧‧第三曲線

CC4‧‧‧第四曲線

CC5‧‧‧第五曲線

FP‧‧‧饋入點

S1‧‧‧電源信號

S2‧‧‧射頻信號

S3‧‧‧混合信號

VSS‧‧‧接地電位

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天線結構之示意圖；第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之返回損失圖；第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖；以及第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之返回損失圖。

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包括：一天線結構110、一可調電路元件(Tunable Circuit Element)120、一T型偏壓器(Bias Tee)130、一電感元件140，以及一電容元件150。必須理解的是，雖然未顯示於第1圖中，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、一揚聲器，以及一外殼。

天線結構110可以用導體材料製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。天線結構110可設置於一介質基板(Dielectric Substrate)上，例如：一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)或是一FR4(Flame Retardant 4)基板。天線結構110之種類和形狀在本發明中並不特別限制。舉例而言，天線結構 110可以是一單極天線(Monopole Antenna)、一偶極天線(Dipole Antenna)、一迴圈天線(Loop Antenna)、一補釘天線(Patch Antenna)，或是一螺旋天線(Helical Antenna)。可調電路元件120係內嵌於天線結構110中，並用於提供不同阻抗值。T型偏壓器130具有一第一輸入端131、一第二輸入端132，以及一輸出端133，其中T型偏壓器130之第一輸入端131係用於接收一電源信號(Power Signal)S1，T型偏壓器130之第二輸入端132係用於接收一射頻信號(Radio Frequency Signal)S2，而T型偏壓器130之輸出端133係用於輸出一混合信號(Mixed Signal)S3。大致而言，電源信號S1為一低頻信號，射頻信號S2為一高頻信號，而混合信號S3則為電源信號S1和射頻信號S2二者單純作線性疊加之結果。T型偏壓器130之輸出端133係耦接至天線結構110上之一饋入點FP。天線結構110係由混合信號S3(特別是射頻信號S2)所激發。可調電路元件120係根據混合信號S3(特別是電源信號S1)來產生不同阻抗值。電感元件140可以是一繞線式電感器(Coil Inductor)或是一晶片電感器(Chip Inductor)。電感元件140係用於濾除電源信號S1之高頻雜訊。電容元件150可以是一平行板電容器(Parallel-plate Capacitor)或是一晶片電容器(Chip Capacitor)。電容元件150係用於濾除射頻信號S2之低頻雜訊。在第1圖之實施例中，電感元件140和電容元件150皆為T型偏壓器130之內部元件，其中電感元件140係耦接於T型偏壓器130之第一輸入端131和輸出端133之間，而電容元件150係耦接於T型偏壓器130之第二輸入端132和輸出端133之間。在其他實施例中，電感元件140和電容元件150亦可改為獨立於T型偏壓器 130之外部之元件。

在行動裝置100之前述設計中，藉由使用T型偏壓器130，低頻之電源信號S1係與高頻之射頻信號S2二者互相結合，形成單一混合信號S3，因此，僅需要單一條傳輸導線來傳送此混合信號S3，即可同時達成激發天線結構110和控制可調電路元件120之阻抗值之雙重效果。天線結構110更可根據可調電路元件120之不同阻抗值來操作於多重頻帶。本發明可避免傳統可調天線元件中導線數量過多之問題，並可減少行動裝置100內有限設計空間之浪費，是以其很適合應用於各種小型化之行動通訊裝置當中。

以下實施例係用於說明天線結構110及可調電路元件120二者搭配之各種實際案例。必須理解的是，這些實施例僅為舉例說明本發明之細部特徵，而非用於限制本發明之專利範圍。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構200之示意圖。天線結構200可套用於第1圖之行動裝置100。在第2圖之實施例中，一可調電路元件280為一正本負二極體(PIN Diode)。天線結構200包括：一饋入部210、一主輻射部220，以及一短路部230。饋入部210、主輻射部220，短路部230皆可用金屬材料製成，且皆設置於一介質基板205上。主輻射部220大致為一倒U字形。主輻射部220具有一第一端221和一第二端222，其皆為開路端(Open End)。主輻射部220上更有一第一連接點223和一第二連接點224，其係位於不同位置。饋入部210大致為一直條形。饋入部210大致垂直於主輻射部220。饋入部 210具有一第一端211和一第二端212，其中天線結構200之一饋入點FP係位於饋入部210之第一端211上，而饋入部210之第二端212係耦接至主輻射部220上之第一連接點223。天線結構200之饋入點FP更可連接至一T型偏壓器之一輸出端，以接收一混合信號，如第1圖之實施例所述。短路部230大致為一N字形。短路部230具有一第一端231和一第二端232，其中短路部230之第一端231係耦接至一接地電位VSS，而短路部230之第二端232係耦接至主輻射部220上之第二連接點224。可調電路元件280係內嵌於短路部230之一中間部份。詳細而言，可調電路元件280(正本負二極體)之一陽極係經由短路部230之上半部耦接至第二連接點224，而可調電路元件280之一陰極係經由短路部230之下半部耦接至接地電位VSS。可調電路元件280係根據混合信號(特別是電源信號S1)選擇性地導通或斷開，以提供不同阻抗值，使得天線結構200可操作於多重頻帶。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構200之返回損失(Return Loss)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，縱軸代表返回損失(dB)。請一併參考第2、3圖。當混合信號中之電源信號為一低電位(例如，低於0.7V)時，可調電路元件280係斷開且天線結構200係操作於一低頻頻帶，如一第一曲線CC1所示。反之，當混合信號中之電源信號為一高電位(例如，高於0.7V)時，可調電路元件280係導通且天線結構200係操作於一高頻頻帶，如一第二曲線CC1所示。在一些實施例中，前述低頻頻帶係介於704MHz至894MHz之間(美國標準)，而前述高頻頻帶係介於790MHz至960MHz之間(歐盟標準)。因此，藉由調整混合信號中之電源信號，天線結構200可以在不改變天線尺寸之情況下，同時能涵蓋美規和歐規之LTE(Long Term Evolution)頻帶。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構300之示意圖。天線結構400可套用於第1圖之行動裝置100。在第4圖之實施例中，一可調電路元件480為一鈦酸鍶鋇(Barium Strontium Titanate，BST)可調電容器。天線結構400包括：一饋入部410、一主輻射部420、一電容器430、一連接部440，以及一短路部450。饋入部410、主輻射部420、連接部440，以及短路部450皆可用金屬材料製成，且皆設置於一介質基板405上。主輻射部420大致為一倒U字形。主輻射部420具有一第一端421和一第二端422，其皆為開路端(Open End)。主輻射部420上更有一連接點423。可調電路元件480係內嵌於主輻射部420之一中間部份。饋入部410大致為一N字形。饋入410具有一第一端411、一第二端412，以及一第三端413，其中天線結構400之一饋入點FP係位於饋入部410之第一端411上，饋入部410之一第二端412係耦接至可調電路元件480。天線結構400之饋入點FP更可連接至一T型偏壓器之一輸出端，以接收一混合信號，如第1圖之實施例所述。混合信號中之電源信號可經由饋入部410之第二端412傳送至可調電路元件480，以控制可調電路元件480之阻抗值。詳細而言，可調電路元件480為一三埠元件(Three-port Element)，並具有一第一端481、一第二端482，以及一控制端483，其中可調電路元件480之一第一端481和一第二端482皆耦接至主輻射部420(類似一可變電容器之二端)，而可調電路元件480之控制端483係耦接至饋入部410之第二端412，以接收混合信號中之電源信號。舉例而言，可調電路元件480可根據電源信號來提供不同之電容值，使得天線結構400可操作於多重頻帶。電容器430則具有一固定電容值，其係作為饋入部410之一直流阻斷器。連接部440大致為一直條形。連接部440係大致垂直於主輻射部320。連接部440具有一第一端441和一第二端442，其中饋入部410之第三端413係經由電容器430耦接至連接部440之第一端441，而連接部440之第二端442係耦接至主輻射部420上之連接點423。短路部450大致為一L字形。短路部450具有一第一端451和一第二端452，其中短路部450之第一端451係耦接至一接地電位VSS，而短路部450之第二端452係耦接至連接部440之第一端441。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構500之返回損失(Return Loss)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，縱軸代表返回損失(dB)。請一併參考第4、5圖。一第三曲線CC1可代表電源信號之電位為0V時天線結構400之操作特性，此時可調電路元件480之一電容值約為8pF。一第四曲線CC4可代表電源信號之電位為10V時天線結構400之操作特性，此時可調電路元件480之電容值約為5pF。一第五曲線CC5可代表電源信號之電位為18V時天線結構400之操作特性，此時可調電路元件480之電容值約為2pF。亦即，當混合信號中之電源信號之電位上升時，可調電路元件480之電容值將下降且天線結構400之操作頻率將上升；而當混合信號中之電源信號之電位下降時，可調電路元件480之電容值將上升且天線結構400之操作頻率將下降。因此，藉由調整混合信號中之電源信號，天線結構400可以在不改變天線尺寸之情況下，同時能涵蓋高低頻之操作頻帶，例如：美規和歐規之LTE頻帶。

本發明提供一種新穎之行動裝置和天線結構。和傳統可調天線元件相比，本發明至少有以下優勢：(1)減少傳輸線之數量；(2)減少天線結構之整體面積；(3)增加天線結構之操作頻寬；(4)簡化天線之複雜度；以及(5)降低製造成本。因此，本發明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結構並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5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結構當中。

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。