TWI602346B

TWI602346B - 行動裝置

Info

Publication number: TWI602346B
Application number: TW105107161A
Authority: TW
Inventors: 顏銘慶; 張琨盛; 林敬基
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2017-10-11
Also published as: US9923263B2; TW201733204A; US20170264002A1

Description

行動裝置

本發明係關於一種行動裝置，特別係關於包括低姿態(Low-profile)之天線結構之行動裝置。

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。

目前常見的Wi-Fi系統天線，其總高度通常係介於8mm至10mm之間。然而，由於行動裝置內部之空間往往極為狹窄有限，故如何設計出一種低姿態(Low-profile)、小尺寸之天線結構，已成為現今天線設計者之一大挑戰。

在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括：一接地元件；以及一天線結構，包括：一饋入連接部，具有一第一端和一第二端，其中該饋入連接部之該第一端係耦接至一信號源；一第一輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該第一輻射部之該第一端係耦接至該饋入連接部之該第二端，而該第一輻射部之該第二端為一開路端；一第二輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該第二輻射部之該第一端係耦接至該饋入連接部之該第二端，而該第二輻射部之該第二端為一開路端；一短路部，具有一第一端和一第二端，其中該短路部之該第一端係耦接至該饋入連接部之該第一端，而該短路部之該第二端係耦接至該接地元件；以及一寄生輻射部，鄰近於該第二輻射部之該第二端。

在一些實施例中，該寄生輻射部為一浮接狀態，並與該接地元件、該饋入連接部、該第一輻射部、該第二輻射部，以及該短路部皆分離。

在一些實施例中，該寄生輻射部具有至少一直角彎折。

在一些實施例中，該寄生輻射部呈一L字形或一N字形。

在一些實施例中，該饋入連接部之該第一端為一饋入點，該短路部之該第二端為一接地點，而該饋入點和該接地點之間距係介於2mm至5mm之間。

在一些實施例中，該饋入連接部、該第一輻射部，以及該第二輻射部各自呈一直條形，而該短路部呈一L字形。

在一些實施例中，該饋入連接部和該第一輻射部係共同形成一第一共振路徑，該第一共振路徑係激發產生一第一頻帶，而該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間。

在一些實施例中，該饋入連接部、該第二輻射部，以及該寄生輻射部係共同形成一第二共振路徑，該第二共振路徑係激發產生一第二頻帶，而該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。

在一些實施例中，該行動裝置更包括：一金屬背蓋，具有一非導體天線窗，其中該非導體天線窗係至少涵蓋該第一輻射部、該第二輻射部，以及該寄生輻射部之垂直投影。

在一些實施例中，該非導體天線窗之總高度係介於2.5mm至3mm之間，而該天線結構之總高度係介於3mm至5mm之間。

100、200、300、400‧‧‧行動裝置

110‧‧‧接地元件

120、220、320‧‧‧天線結構

130‧‧‧饋入連接部

131‧‧‧饋入連接部之第一端

132‧‧‧饋入連接部之第二端

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‧‧‧第二輻射部

151‧‧‧第二輻射部之第一端

152‧‧‧第二輻射部之第二端

160‧‧‧短路部

161‧‧‧短路部之第一端

162‧‧‧短路部之第二端

170、270、370‧‧‧寄生輻射部

190‧‧‧信號源

480‧‧‧金屬背蓋

490‧‧‧非導體天線窗

D1‧‧‧間距

FP‧‧‧饋入點

GC1‧‧‧第一耦合間隙

GC2‧‧‧第二耦合間隙

GP‧‧‧接地點

H1、H2‧‧‧高度

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圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖；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結構之電壓駐波比圖；以及第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之天線結構之天線效率圖。

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至少包括一接地元件110和一天線結構120。接地元件110可以是一接地金屬面，例如：一接地銅箔。天線結構120可以用導體材料製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。天線結構120可以設置於一介質基板(Dielectric Substrate)上，例如：一FR4(Flame Retardant 4)基板。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、一揚聲器、一觸控面板、一電池，以及一外殼。

天線結構120包括一饋入連接部130、一第一輻射部140、一第二輻射部150、一短路部160，以及一寄生輻射部170。饋入連接部130可以呈一直條形。饋入連接部130具有一第一端131和一第二端132，其中饋入連接部130之第一端131為一饋入點FP並耦接至一信號源190。信號源190可以是一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其係用於激發天線結構120。第一輻射部140可以呈一直條形，並與饋入連接部130互相垂直。第一輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第一輻射部140之第一端141係耦接至饋入連接部130之第二端132，而第一輻射部140之第二端142為一開路端。第二輻射部150可以呈一直條形，並與饋入連接部130互相垂直。第二輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第二輻射部150之第一端151係耦接至饋入連接部130之第二端132，而第二輻射部150之第二端152為一開路端。第一輻射部140之長度係較第二輻射部150之長度更長。例如，第一輻射部140之長度可以是第二輻射部150之長度之2至3倍。第一輻射部140之第二端142與第二輻射部150之第二端152係朝互相遠離之方向延伸。短路部160可以呈一L字形。短路部160具有一第一端161和一第二端162，其中短路部160之第一端161係耦接至饋入連接部130之第一端131，而短路部160之第二端162為一接地點GP並耦接至接地元件110。天線結構120之饋入點FP和接地點GP係互相靠近。舉例而言，饋入點FP和接地點GP之一間距D1可介於2mm至5mm之間。根據實際量測結果，前述間距D1之範圍有助於縮小天線結構120之整體高度。寄生輻射部170可以具有至少一直角彎折。例如：寄生輻射部170可以呈一N字形。寄生輻射部170係鄰近於第二輻射部150之第二端152。寄生輻射部170為一浮接狀態(Float)，並與接地元件110、饋入連接部130、第一輻射部140、第二輻射部150，以及短路部160皆分離。寄生輻射部170與第二輻射部150之第二端152之間形成一第一耦合間隙GC1，其中第一耦合間隙GC1之寬度可介於0.75mm至1.25mm之間。寄生輻射部170與第二輻射部150之一中間部份之間形成一第二耦合間隙GC2，其中第二耦合間隙GC2之寬度可介於0.5mm至 1mm之間。根據實際量測結果，在以上第一耦合間隙GC1、第二耦合間隙GC2之寬度範圍內，其可有效增強寄生輻射部170與第二輻射部150之間之交互耦合作用(Mutual Coupling)。

在一些實施例中，天結結構120之操作原理如下列所述。饋入連接部130和第一輻射部140係共同形成一第一共振路徑，其中第一共振路徑係激發產生一第一頻帶，而第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間。饋入連接部130和第一輻射部140之總長度可約等於第一頻帶之0.25倍波長。另一方面，饋入連接部130、第二輻射部150，以及寄生輻射部170係共同形成一第二共振路徑，其中第二共振路徑係激發產生一第二頻帶，而第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。寄生輻射部170係由第二輻射部150所耦合激發。饋入連接部130和第二輻射部150之總長度可約等於第二頻帶之0.25倍波長。因此，天線結構120可支援WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz/5GHz之雙頻操作。

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之一天線結構220之一寄生輻射部270係呈一L字形。寄生輻射部270係鄰近於第二輻射部150之第二端152。寄生輻射部270為一浮接狀態，並與接地元件110、饋入連接部130、第一輻射部140、第二輻射部150，以及短路部160皆分離。寄生輻射部270與第二輻射部150之第二端152之間形成一第一耦合間隙GC1，其中第一耦合間隙GC1之寬度可介於0.75mm至1.25mm之間。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1圖相似。在第3圖之實施例中，行動裝置300之一天線結構320之一寄生輻射部370係呈一L字形。寄生輻射部370係鄰近於第二輻射部150之一中間部份。寄生輻射部370為一浮接狀態，並與接地元件110、饋入連接部130、第一輻射部140、第二輻射部150，以及短路部160皆分離。寄生輻射部370與第二輻射部150之中間部份之間形成一第二耦合間隙GC2，其中第二耦合間隙GC2之寬度可介於0.5mm至1mm之間。第3圖之行動裝置300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4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置400之示意圖。第4圖和第1圖相似。在第4圖之實施例中，行動裝置400更包括一金屬背蓋480。金屬背蓋480係鄰近於天線結構120，並可位於天線結構120之前方或後方。金屬背蓋480上係開設一非導體天線窗490，其中非導體天線窗490係對齊於天線結構120，使得天線結構120之輻射能量可經由非導體天線窗490進行傳遞。有了非導體天線窗490，天線結構120之輻射場型將不易受鄰近之金屬背蓋480之負面影響。詳細而言，天線結構120於金屬背蓋480上具有垂直投影，其中非導體天線窗490係至少完全涵蓋第一輻射部140、第二輻射部150，以及寄生輻射部170之垂直投影。根據實際量測結果，若非導體天線窗490之總高度H1介於2.5mm至3mm之間且天線結構120之總高度H2介於3mm至5mm之間，則天線結構120即足以於所需頻帶中產生良好之輻射效率。第4圖之行動裝置400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5圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置400之天線結構120之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第5圖之量測結果可知，當天線結構120被激發時，其輻射能量係經由非導體天線窗490進行傳遞，而此時天線結構120至少可涵蓋介於2400MHz至2500MHz之第一頻帶，以及介於5150MHz至5850MHz之間之第二頻帶。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置400之天線結構120之天線效率(Antenna Efficiency)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線效率(dB)。根據第6圖之量測結果可知，當天線結構120被激發時，其於第一頻帶和第二頻帶內之天線效率皆可大於-5dB，此符合行動通訊之實際應用需求。

本發明提出一種新穎之行動裝置及其低姿態之天線結構，其中天線結構之整體高度僅介於3mm至5mm之間。與傳統設計相比，本發明可微縮天線結構之尺寸達50%以上，因此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。本發明之行動裝置及天線結構並不僅限於第1-6圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-6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及天線結構當中。

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。

100‧‧‧行動裝置