TWI612720B - 具有天線的電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種具有天線的電子裝置，包括第一金屬殼體、第二金屬殼體、轉軸本體、同軸電纜線、饋入單元以及金屬罩體。第一金屬樞轉部與第二金屬樞轉部位於轉軸本體的同一側。設置於轉軸本體的饋入單元的饋入部導電連接同軸電纜線的中心導體，饋入單元的接地部導電連接第一金屬樞轉部、第二金屬樞轉部與同軸電纜線的外層導體。金屬罩體套設於轉軸本體之外，且覆蓋饋入單元，金屬罩體導電連接饋入部，金屬罩體通過饋入單元的開關連接接地部。金屬罩體、第一凹槽部與第二凹槽部作為天線結構的輻射體。藉此，可將天線整合於具有金屬外殼的電子裝置的轉軸。

Description

具有天線的電子裝置

本發明有關於一種電子裝置，且特別是一種在轉軸具有天線的電子裝置。

具有無線通訊能力或無線連網能力的電子裝置以攜帶方便為重要考量，如筆記型電腦是一種攜帶方便的電腦設備。請參照圖1，筆記型電腦的外觀型態主要區分為三個部分，分別是具有螢幕的上蓋1、轉軸2與下蓋3，轉軸2用以連接上蓋1與下蓋3。因為無線網路的發達，使得現有的筆記型電腦已必備無線網路功能，且常使用內藏式天線以保持外觀簡約，但大多仍考慮到多個通訊頻帶的應用，例如同時具有操作在2.4GHz頻帶的IEEE 802.11b/g規格，以及5GHz頻帶的IEEE 802.11a/n/ac規格的無線區域網路(WLAN)功能。甚至，有些新穎的筆記型電腦也被要求須支援無線廣域網路(WWAN)的應用，例如須符合長期演進技術(LTE)的無線連網功能，使得筆記型電腦裝置所能使用的無線通訊頻帶與頻寬越益增大。

常見的筆記型電腦的隱藏式設計的天線通常設置於上蓋1的部分。然而，現行筆記型電腦為了更強調外觀美感，製造商往往將上蓋1的螢幕邊框大幅縮減，使得天線擺放的位置大幅限縮，甚至，產品使用全金屬外殼的設計。因此，在相同無線通訊 品質甚至要求更高的無線傳輸效能的條件下，對應用於筆記型電腦的天線設計技術人員而言是嚴格的挑戰。

本發明實施例提供一種具有天線的電子裝置，提供應用於電子裝置(如筆記型電腦)的轉軸的天線結構，適用於具有金屬外殼的電子裝置。

本發明實施例提供一種具有天線的電子裝置，包括第一金屬殼體、第二金屬殼體、轉軸本體、同軸電纜線、饋入單元以及金屬罩體。第一金屬殼體具有第一凹槽部。第二金屬殼體具有第二凹槽部。轉軸本體具有第一金屬樞轉部與第二金屬樞轉部，第一金屬樞轉部與第二金屬樞轉部位於轉軸本體的同一側，其中第一金屬樞轉部樞接第一金屬殼體的第一凹槽部，使第一金屬殼體與轉軸本體能夠依據第一軸而相對轉動，第二金屬樞轉部樞接第二金屬殼體的第二凹槽部，使第二金屬殼體與轉軸本體能夠依據第二軸而相對轉動，其中第一軸與第二軸是彼此平行。同軸電纜線具有中心導體與外層導體。饋入單元具有饋入部、接地部與開關，饋入單元設置於轉軸本體，饋入單元的饋入部導電連接同軸電纜線的中心導體，饋入單元的接地部導電連接第一金屬樞轉部、第二金屬樞轉部與同軸電纜線的外層導體，第一金屬樞轉部藉由第一金屬殼體的第一凹槽部導電連接第一金屬殼體，第二金屬樞轉部由第二金屬殼體的第二凹槽部導電連接第二金屬殼體。金屬罩體套設於轉軸本體之外，且覆蓋饋入單元，金屬罩體導電連接饋入單元的饋入部，金屬罩體通過饋入單元的開關連接饋入單元的接地部，其中金屬罩體、第一凹槽部與第二凹槽部作 為輻射體。

綜上所述，本發明實施例提供一種具有天線的電子裝置，天線可利用電子裝置的兩個金屬殼體的凹槽部與轉軸實現。藉此，可將天線整合於電子裝置的轉軸，尤其是應用於具有金屬外殼的電子裝置。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧上蓋

2‧‧‧轉軸

3‧‧‧下蓋

4‧‧‧第一金屬殼體

41‧‧‧第一側面

411‧‧‧第一凹槽部

49‧‧‧螢幕

5‧‧‧轉軸

6‧‧‧第二金屬殼體

61‧‧‧第二側面

611‧‧‧第二凹槽部

θ‧‧‧角度

50‧‧‧轉軸本體

51‧‧‧第一金屬樞轉部

52‧‧‧第二金屬樞轉部

X1‧‧‧第一軸

X2‧‧‧第二軸

53‧‧‧金屬罩體

54‧‧‧饋入單元

55‧‧‧同軸電纜線

541‧‧‧饋入部

542‧‧‧接地部

S‧‧‧開關

55‧‧‧同軸電纜線

551‧‧‧中心導體

552‧‧‧外層導體

L‧‧‧長邊

D‧‧‧深度

T‧‧‧厚度

W‧‧‧長度

d‧‧‧間距

M‧‧‧微帶線

L1‧‧‧第一電感

L2‧‧‧第二電感

C1‧‧‧第一電容

RLa、RLb‧‧‧返回損失曲線

圖1是傳統的筆記型電腦的示意圖。

圖2A是本發明實施例提供的具有天線的電子裝置使用在筆電模式的示意圖。

圖2B是本發明實施例提供的具有天線的電子裝置使用在平板模式的示意圖。

圖3A是本發明實施例提供的具有天線的電子裝置的轉軸部分的爆炸圖。

圖3B是本發明實施例提供的具有天線的電子裝置的轉軸部分的組裝圖。

圖3C是本發明另一實施例提供的具有天線的電子裝置僅具有一個轉軸的示意圖。

圖4是本發明實施例提供的具有天線的電子裝置的返回損失圖。

圖5是本發明另一實施例所提供的具有天線的電子裝置其饋入單元所具有的匹配電路的示意圖。

圖6是本發明另一實施例所提供的具有天線的電子裝置使用

圖5的饋入單元所得到的返回損失圖。

本發明實施例中的電子裝置以筆記型電腦作為舉例，但本發明並不因此限定，只要是具有兩個金屬殼體以及連接兩者的轉軸的電子裝置就適用本發明實施例的天線設計。在本發明實施例中，利用在筆記型電腦的機體的轉軸以實現雙頻，甚至多頻天線設計。例如可用於無線廣域廣域網路(WWAN)、長期演進技術(LTE)頻段，以及無線區域網路(WLAN)或WiFi(包含2.4GHz及5GHz)的應用。

請參照圖2A，圖2A是本發明實施例提供的筆記型電腦的使用在筆電模式的示意圖。本發明實施例的筆記型電腦的上蓋與下蓋分別是第一金屬殼體與第二金屬殼體，使得筆記型電腦為金屬機殼構成。圖2A中省略了鍵盤、觸控板等配置，藉以凸顯本實施例主要元件。就筆記型電腦的主體結構而言，筆記型電腦的主體結構包括具有螢幕49的第一金屬殼體4(上蓋)、轉軸5、與第二金屬殼體6(下蓋)。在圖2A中，轉軸5的數量為兩個，但本發明並不因此限定。第一金屬殼體4具有第一凹槽部411，其是對第一側面41進行挖槽而產生的。第二金屬殼體6具有第二凹槽部611，其是對第二側面61進行挖槽而產生的。第一凹槽部411對應於第二凹槽部611，且每一個轉軸5對應一個第一凹槽部411與一個第二凹 槽部611。圖中的轉軸5的形狀僅用以示意，本發明並不限定所使用的轉軸的形狀。

本發明實施例的天線結構的實現是利用轉軸5與第一凹槽部411和第二凹槽部611之間的空間配合轉軸5實現，能夠大幅減少天線在整個機體所占用的空間。本發明實施例的筆記型電腦可以有兩種以上操作模式，至少包括筆電模式與平板模式。第一金屬殼體4與第二金屬殼體6彼此的角度θ大於或等於90度且小於180度時為筆電模式，參照圖2A，例如使用者使用筆電模式時一般使第一金屬殼體4與第二金屬殼體6彼此的角度θ約為110度，但本發明並不因此限定。當第一金屬殼體4與第二金屬殼體6彼此的角度θ為360度時，使第一金屬殼體4的螢幕49外露，而成為平板模式，參照圖2B，只要作為上蓋的第一金屬殼體4的螢幕49是觸控螢幕，即可讓使用者利用觸控模式操作(不需使用鍵盤或滑鼠)。

轉軸5用以連接第一金屬殼體4與第二金屬殼體6，以讓第一金屬殼體4與第二金屬殼體6能夠相對轉動。並且每一個轉軸5可以與對應的第一金屬殼體4的第一凹槽部411與第二金屬殼體6的第二凹槽部611共同構成天線結構。關於轉軸5的細部說明，請一併參照圖2A與圖3A，本發明實施例的筆記型電腦的轉軸5包括轉軸本體50、金屬罩體53、饋入單元54以及同軸電纜線55。轉軸本體50具有第一金屬樞轉部51與第二金屬樞轉部52，第一金屬樞轉部51與第二金屬樞轉部52位於轉軸本體50的同一側，例如在圖中是轉軸本體50的左側。第一金屬樞轉部51樞接第一金屬殼體4的第一凹槽部411，使第一金屬殼體4與轉軸本體50能夠依據第一軸X1而相對轉動。第二金屬樞轉部52樞接第二金屬殼體6的第二凹 槽部611，使第二金屬殼體6與轉軸本體50能夠依據第二軸X2而相對轉動，其中第一軸X1與第二軸X2是彼此平行。金屬罩體53套設於轉軸本體50之外，且覆蓋饋入單元54。在實際應用時，第一金屬樞轉部51的一端外露於金屬罩體53之外，以樞接第一金屬殼體4的第一凹槽部411。同理，第二金屬樞轉部52的一端外露於金屬罩體53之外，以樞接第二金屬殼體6的第二凹槽部611。在圖3A中，代表第一凹槽部411與第二凹槽部611的線條僅是用以示意，第一凹槽部411與第二凹槽部611的實施細節將於後續的圖3B進一步說明。另外，金屬罩體53可具有如圖3A所示的開口531以用於方便組裝，讓金屬罩體53可以方便地套設於轉軸本體50與饋入單元54之外，或者說，讓轉軸本體50與饋入單元54通過開口531而容置於金屬罩體53內，但本發明並不因此限定。

再參照圖3A，饋入單元54具有饋入部541、接地部542與開關S，饋入單元54設置於轉軸本體50。饋入單元54的饋入部541用以將同軸電纜線55的訊號饋入。饋入單元54的饋入部541導電連接同軸電纜線55的中心導體551，饋入單元54的接地部542導電連接第一金屬樞轉部51、第二金屬樞轉部52與同軸電纜線55的外層導體552。饋入部541例如使用微帶線實現，此時的接地部542是包括微帶線的接地面。在圖3A中，接地部542包括了微帶線的接地面以及連接微帶線的接地面的金屬元件，以讓同軸電纜線55的外層導體552容易與接地部542錫接在一起，可方便製造程序，但本發明並不限定接地部542的實施方式。第一金屬樞轉部51藉由第一金屬殼體4的第一凹槽部411導電連接第一金屬殼體4，第二金屬樞轉部52藉由第二金屬殼體6的第二凹槽部611導電連接第二金屬殼體 6。金屬罩體53套設於轉軸本體50之外，且覆蓋饋入單元54。金屬罩體53導電連接饋入單元54的饋入部541，使同軸電纜線55的能量可以通過饋入部541傳送至金屬罩體53，在實際實施時，可例如利用金屬元件以機械式卡接或錫接方式導電連接金屬罩體53與饋入部541，但本發明並不因此限定，且本發明實施例的圖式僅是用以示意。另外，金屬罩體53也通過開關S連接饋入單元54的接地部542，在開關S導通時，金屬罩體53也電性連接至接地部542，在開關S不導通時，金屬罩體53則並未接地。開關S與金屬罩體53的連接方式參照圖3A所示，開關S例如為設置在微波基板的表面黏著元件(SMD)，開關S的一端利用金屬線路導電連接接地部542，開關的另一端導電連接金屬線路，並利用機械結構卡接或錫接的方式導電連接金屬罩體53，但本發明並不限定開關S與金屬罩體53兩者彼此的組裝方式，只要可實現導電連接即可。開關S具有兩種狀態，分別是導通與不導通，且僅在導通狀態時將金屬罩體53與接地部542彼此導通。由以上可知，金屬罩體53、第一凹槽部411與第二凹槽部611是主要共同構成本發明實施例的天線結構的輻射體。金屬罩體53內的饋入單元54、轉軸本體50與同軸電纜線55主要是用於訊號饋入與接地。

本發明實施例的第一金屬樞轉部51與第二金屬樞轉部52除了提供機械結構方面的可轉動連接，也用於與第一金屬殼體4和第二金屬殼體6彼此導電連接，且就天線設計的觀點而言，第一金屬樞轉部51、第二金屬樞轉部52、第一金屬殼體4與第二金屬殼體6都視為接地(接連接至電子裝置的系統電路的接地)。

再者，參照圖3B，本發明實施例的第一凹槽部411 與第二凹槽部611的形狀相同，金屬罩體53激發第一凹槽部411的邊緣的電流與第二凹槽部611的邊緣的電流而產生低頻模態與高階模態，高階模態的頻率高於低頻模態的頻率。基於第一凹槽部411與第二凹槽部611的形狀相同的情況，金屬罩體53激發第一凹槽部411的邊緣的電流大致相同於金屬罩體53激發第二凹槽部611的邊緣的電流，也就是說，金屬罩體53激發第一凹槽部411的邊緣的電流而產生低頻模態與高階模態，並且金屬罩體53激發第二凹槽部611的邊緣的電流也產生低頻模態與高階模態。參照圖4的返回損失圖，中心頻率約為2.4GHz的模態是所述低頻模態，中心頻率約為5.5GHz的模態是所述高階模態。本實施例的第一凹槽部411與第二凹槽部611基本上相同，故在此僅說明第一凹槽部411。第一凹槽部411的邊緣可由以下敘述所定義，第一凹槽部411具有長邊L、深度D與厚度T，長邊L是第一凹槽部411在第一金屬殼體4的第一側面41所挖空的長度，深度D是第一凹槽部411由第一金屬殼體4的第一側面41向第一金屬殼體4內部凹陷的程度，厚度T是第一金屬殼體4的厚度。再者，在天線設計原理上，低頻模態的頻率由第一凹槽部411的長邊L與深度D的總長度(L+D)決定，經由電腦模擬計算之後可發現金屬罩體53對於第一金屬殼體4所激發的電流主要分布在第一凹槽部411的邊緣，且在第一金屬殼體4上遠離第一凹槽部411的距離大於天線操作頻率所對應一個波長處的電流已經十分微小。因此，使得圖2A(或圖2B)中的另一個轉軸5，或是距離第一凹槽部411大於一個波長的其他金屬元件基本上並不影響低頻模態的頻率，因此可例如使用圖3C的實施方式，僅使用一個轉軸5可實現相同的天線特性。另一方面，高階模態的頻率主要 由第一凹槽部411的長邊L與金屬罩體53之間的間距d決定。詳細的說，間距d可調整高階模態與低頻模態的頻率比。

在第一凹槽部411與第二凹槽部611的形狀相同的情況，當應用於無線區域網路的2.4GHz頻帶與5GHz頻帶時，第一凹槽部411的長邊L與深度D分別是26毫米(mm)與10毫米(mm)，金屬罩體53的長度W略短於長邊L，例如是22毫米，此時低頻模態的頻率可涵蓋2.4GHz的頻帶。並且，第一凹槽部411的長邊L與金屬罩體53之間的間距d是2毫米(mm)，可使高階模態的頻率涵蓋5GHz的頻帶，請參照圖4的返回損失圖。另一方面，在第一凹槽部411與第二凹槽部611的形狀與尺寸不相同的情況，金屬罩體53與第一凹槽部411激發的低頻模態與高階模態則不相同於金屬罩體53與第二凹槽部611激發的低頻模態與高階模態，也就是說天線結構可以產生兩個不同頻率的低頻模態以及兩個不同頻率的高階模態，如此也可能增加可使用的頻寬與應用頻帶。然而，本發明並不限定第一凹槽部411與第二凹槽部611是否相同。

再者，饋入單元54的饋入部541可以具有匹配電路，以讓本發明實施例提供的天線結構可以在筆記型電腦的不同使用模式實現良好的無線通訊。請參照圖5，饋入單元54的饋入部541包括微帶線M、第一電感L1、第一電容C1與第二電感L2，其中第一電感L1與第一電容C1串聯微帶線M，第二電感L2連接於微帶線M與接地部542之間，在圖5中設置在微波基板上的第二電感L2利用微波基板的貫孔導電連接微波基板背面的接地面(是接地部542的一部份)。為了達到較佳的阻抗匹配，本發明實施例的第一電感L1的電感值選定為4.2nH為較佳，第一電容C1的電容值選定為 5.8pF為較佳，且第二電感L2的電感值選定為27nH為較佳，但本發明並不因此限定。另一方面，饋入單元54的開關S連接於接地部542與金屬罩體53之間，開關S受控於筆記型電腦(電子裝置)的系統電路的控制訊號而導通或不導通，在圖中省略了開關S的控制線路，控制訊號的觸發或設定(例如是電壓值大小)可以依據系統電路的設計而決定，但本發明並不限制控制開關S導通與否的方式。參照圖6的返回損失圖，返回損失曲線RLa、RLb分別是筆記型電腦使用在筆電模式與平板模式的返回損失曲線。當在平板模式時，開關S受控於控制訊號而導通，使接地部542通過開關S導電連接金屬罩體53，此時金屬罩體53除了導電連接饋入部541也連接至接地部542。當在筆電模式時，開關S受控於控制訊號而不導通(開路)，使接地部542與金屬罩體53彼此不導通(開路)。換句話說，當在筆電模式，金屬罩體53並未接地；當在平板模式，金屬罩體53利用導通的開關S而接地。

再者，在本發明實施例中，低頻模態的頻率除了可以是對應於2.4GHz的無線網路應用頻段，也可以是對應於LTE 700(698MHz-787MHz)的頻帶，或者是GSM 850、GSM 900的頻帶(其頻率範圍分別是824-960MHz與880-960MHz)。可替換的，低頻模態的頻率例如也可以是對應於GSM 1800/1900/UMTS(1710-2170MHz)頻帶，或是LTE 2300/2500(2300-2690MHz)的頻帶。高階模態的頻率例如為5GHz的無線網路應用頻段。然而，上述頻帶僅是用以舉例，本發明並不因此限定低頻模態與高階模態的應用頻帶。

綜上所述，本發明實施例所提供的具有天線的電子裝置，適用於具有金屬外殼的電子裝置，其天線是用轉軸及轉軸 附近的凹槽部實現，可以使同一個天線結構使用在筆電模式與平板模式。藉此，可將天線整合於電子裝置的轉軸。並且，依據本發明實施例所述，本發明實施例所提供的天線設計可以應用於無線廣域網路(WWAN)的LTE 700(698MHz-787MHz)、GSM 850(824-960MHz)、GSM 900(880-960MHz)、GSM 1800/1900/UMTS(1710-2170MHz)、LTE 2300/2500(2300-2690MHz)、2.4GHz無線區域網路(WLAN)以及5GHz的WiFi無線區域網路等應用。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

4‧‧‧第一金屬殼體

411‧‧‧第一凹槽部

611‧‧‧第二凹槽部

50‧‧‧轉軸本體

51‧‧‧第一金屬樞轉部

52‧‧‧第二金屬樞轉部

X1‧‧‧第一軸

X2‧‧‧第二軸

53‧‧‧金屬罩體

54‧‧‧饋入單元

55‧‧‧同軸電纜線

541‧‧‧饋入部

542‧‧‧接地部

S‧‧‧開關

55‧‧‧同軸電纜線

551‧‧‧中心導體

552‧‧‧外層導體

Claims (10)

1. 一種具有天線的電子裝置，包括：一第一金屬殼體，具有一第一凹槽部；一第二金屬殼體，具有一第二凹槽部；一轉軸本體，具有一第一金屬樞轉部與一第二金屬樞轉部，該第一金屬樞轉部與該第二金屬樞轉部位於該轉軸本體的同一側，其中該第一金屬樞轉部樞接該第一金屬殼體的該第一凹槽部，使該第一金屬殼體與該轉軸本體能夠依據一第一軸而相對轉動，該第二金屬樞轉部樞接該第二金屬殼體的該第二凹槽部，使該第二金屬殼體與該轉軸本體能夠依據一第二軸而相對轉動，其中該第一軸與該第二軸是彼此平行；一同軸電纜線，具有一中心導體與一外層導體；一饋入單元，具有一饋入部、一接地部與一開關，該饋入單元設置於該轉軸本體，該體入單元的該饋入部導電連接該同軸電纜線的該中心導體，該饋入單元的該接地部導電連接該第一金屬樞轉部、該第二金屬樞轉部與該同軸電纜線的該外層導體，該第一金屬樞轉部藉由該第一金屬殼體的該第一凹槽部導電連接該第一金屬殼體，該第二金屬樞轉部藉由該第二金屬殼體的該第二凹槽部導電連接該第二金屬殼體；以及一金屬罩體，套設於該轉軸本體之外，且覆蓋該饋入單元，該金屬罩體導電連接該饋入單元的該饋入部，該金屬罩體通過該饋入單元的該開關連接該饋入單元的該接地部，其中該金屬罩體、該第一凹槽部與該第二凹槽部作為輻射體。
2. 根據請求項第1項所述之具有天線的電子裝置，其中該具有天 線的電子裝置是筆記型電腦。
3. 根據請求項第1項所述之具有天線的電子裝置，其中該金屬罩體具有一開口，該轉軸本體與該體入單元通過該開口而容置於該金屬罩體內。
4. 根據請求項第1項所述之具有天線的電子裝置，其中該饋入單元的該饋入部包括一微帶線、一第一電感、一第一電容與一第二電感，其中該第一電感與該第一電容串聯該微帶線，該第二電感連接於該微帶線與該接地部之間。
5. 根據請求項第1項所述之具有天線的電子裝置，其中該電子裝置具有一筆電模式與一平板模式，當該第一金屬殼體與該第二金屬殼體彼此的角度大於或等於90度且小於180度時為該筆電模式，當該第一金屬殼體與該第二金屬殼體彼此的角度為360度時為該平板模式。
6. 根據請求項第5項所述之具有天線的電子裝置，其中當該電子裝置在該平板模式時，該開關受控於一控制訊號而使該接地部通過該開關導電連接該金屬罩體，其中當該電子裝置在該筆電模式時，該開關受控於該控制訊號而使該接地部與該金屬罩體彼此不導通。
7. 根據請求項第1項所述之具有天線的電子裝置，其中該第一凹槽部與該第二凹槽部的形狀相同，該金屬罩體激發該第一凹槽部的邊緣的電流與該第二凹槽部的邊緣的電流而產生一低頻模態與一高階模態，該高階模態的頻率高於該低頻模態的頻率。
8. 根據請求項第7項所述之具有天線的電子裝置，其中該第一凹槽部具有一長邊、一深度與一厚度，該長邊是該第一凹槽部在該 第一金屬殼體的一第一側面所挖空的長度，該深度是該第一凹槽部由該第一金屬殼體的該第一側面向該第一金屬殼體內部凹陷的程度，該厚度是該第一金屬殼體的厚度，該低頻模態的頻率由該第一凹槽部的該長邊與該深度的總長度決定。
9. 根據請求項第8項所述之具有天線的電子裝置，其中該高階模態的頻率由該第一凹槽部的該長邊與該金屬罩體之間的間距決定。
10. 根據請求項第9項所述之具有天線的電子裝置，其中該第一凹槽部的該長邊與該深度分別是26毫米與10毫米，該金屬罩體的長度短於該第一凹槽部的該長邊，該低頻模態的頻率涵蓋2.4GHz的頻帶，該第一凹槽部的該長邊與該金屬罩體之間的間距是2毫米，該高階模態的頻率涵蓋5GHz的頻帶。