TWI629833B - 具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置 - Google Patents

Abstract

一種具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置，包括接地部、輻射體、第一電容器電極以及第二電容器電極。輻射體具有饋入部、低頻輻射路徑與高頻輻射支路，其中低頻輻射路徑具有第一耦合部，饋入部設置於第一耦合部與接地部之間，高頻輻射支路作為第二耦合部。第一電容器電極具有第一短路部與第一電極部，且藉由第一短路部連接接地部，第一電極部耦合第一耦合部以產生第一耦合共振模態。第二電容器電極具有第二短路部與第二電極部，且藉由第二短路部連接接地部，第二電極部耦合高頻輻射支路以產生第二耦合共振模態。

Description

具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置

本發明係關於一種具有天線的終端裝置，且特別是一種具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置。

對於在使用過程中會接觸人體(如手或頭)的終端裝置而言，安全規範要求了電磁波影響人體的程度。然而，具有無線通信功能的終端裝置被要求有良好的無線通信能力。如此，人體安全與無線通信能力的需求必需被一併考慮。

一般而言，近接感測裝置是被考慮作為以上議題的解決方案。近接感測裝置被設計成為能夠感應人體是否靠近，以產生對應的感測信息。因此，當近接感測裝置反映人體部位的靠近(或接觸)情況，則控制電路可以因而改變無線單元的工作模式，藉此改變電磁波的輻射情況，以滿足安規需求。當人體不靠近(或接觸)終端裝置時，則可以切換為對無線通信最有利的工作模式。

本發明之目的在於提供一種具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置，其混合天線同時提供近接感測功能與天線功能。

為達上述目的，本發明提供一種具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置，包括：一接地部；一輻射體，其具有一饋入部、一低頻輻射路徑與一高頻輻射支路，其中該低頻輻射路徑具有一第一耦合部，該饋入部設置於該第一耦合部與該接地部之間，該高頻輻射支路用以作為一第二耦合部；一第一電容器電極，其具有一第一短路部與一第一電極部，且藉由該第一短路部連接該接地部，該第一電極部耦合該低頻輻射路徑的該第一耦合部以產生一第一耦合共振模態；以及一第二電容器電極，其具有一第二短路部與一第二電極部，且藉由該第二短路部連接該接地部，該第二電極部耦合該高頻輻射支路以產生一第二耦合共振模態。

於本發明之一實施例中，其中該終端裝置係智慧型手機、筆記型電腦或平板電腦。

於本發明之一實施例中，其中該第一電容器電極與該第二電容器電極分別設置於該輻射體的相對兩側。

於本發明之一實施例中，其中該第一電容器電極係設置於該接地部的一第一側，該第二電容器電極係設置於該接地部的一第二側。

於本發明之一實施例中，其中該輻射體的該低頻輻射路徑用以產生一低頻共振模態，該輻射體的該高頻輻射支路用以產生一高頻共振模態，該低頻共振模態的頻率低於該高頻共振模態的頻率。

於本發明之一實施例中，其中該第一耦合共振模態的頻率高於該第二耦合共振模態的頻率。

於本發明之一實施例中，其中該低頻共振模態與該第二耦合共振模態所構成的頻帶涵蓋824MHz至960MHz的頻率範圍，其中該高頻共振模態、該 第一耦合共振模態與一輔助共振模態所構成的頻帶涵蓋1710MHz至2170MHz的頻率範圍，該輔助共振模態至少包括該第二耦合共振模態的第一高階模態與該低頻共振模態的第一高階模態兩者的其中之一。

於本發明之一實施例中，其中該輻射體、該第一電容器電極與該第二電容器電極形成於一微波基板。

於本發明之一實施例中，其中該第一耦合部與該第一電容式電極的該第一電極部皆設置於該微波基板的一上表面，作為該第二耦合部的該第二高頻支路與該第二電容式電極的該第二電極部皆設置於該微波基板的該上表面，其中該第一短路部與第二短路部皆設置於該微波基板的一下表面，該第一短路部利用一第一貫孔連接該第一電極部，該第二短路部利用一第二貫孔連接該第二電極部。

於本發明之一實施例中，其中該輻射體的該低頻輻射路徑更具有一共用路徑與一低頻輻射支路，該低頻輻射路徑的該第一耦合部、該共用路徑與該高頻輻射支路係圍繞該低頻輻射支路，且使該低頻輻射支路位於該第一耦合部、該共用路徑、該高頻輻射支路與該接地部所圍繞的一區域。

綜上所述，本發明係提供一種具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置，如此可以在終端裝置的不同位置實現近接感測，以增加感測的範圍(或精準度)，同時也利用電容器電極形成混合天線以應用於多頻操作。

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‧‧‧輻射體

11‧‧‧饋入部

12‧‧‧低頻輻射路徑

121‧‧‧第一耦合部

13‧‧‧高頻輻射支路

2‧‧‧接地部

3‧‧‧第一電容器電極

31‧‧‧第一短路部

32‧‧‧第一電極部

4‧‧‧第二電容器電極

41‧‧‧第二短路部

42‧‧‧第二電極部

100‧‧‧微波基板

122‧‧‧共用路徑

123‧‧‧低頻輻射支路

f1‧‧‧低頻共振模態

f2‧‧‧高頻共振模態

f3‧‧‧第一耦合共振模態

f4‧‧‧第二耦合共振模態

f5‧‧‧輔助共振模態

5‧‧‧第三電容器電極

6‧‧‧第四電容器電極

〔圖1〕係為本發明之一實施例提供的具有整合電容式近接感測器的混合天線的 概念示意圖。

〔圖2A〕係為本發明之一實施例提供的設置於終端裝置的接地部一側的具有整 合電容式近接感測器的混合天線的正面透視圖。

〔圖2B〕係為圖2A之具有整合電容式近接感測器的混合天線的背面透視圖。

〔圖2C〕係為圖2A之具有整合電容式近接感測器的混合天線的返回損失圖。

〔圖2D〕係為本發明之另一實施例提供的具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置的示意圖。

〔圖3〕係為本發明之又一實施例提供的具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置的示意圖。

〔圖4〕係為本發明之再一實施例提供的具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置的示意圖。

本發明之終端裝置可為智慧型手機、筆記型電腦或平板電腦，或是其他需要使用者近接感測的終端裝置，但本發明並不因此限定。本發明之近接感測功能是使用電容式近接感測技術，可以感測外部物體(例如人體)的接近狀態，以做對應的天線輻射狀態的切換，藉此可減少對於人體的影響。具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置包括接地部與具有整合電容式近接感測器的混合天線(以下簡稱混合天線)。混合天線包括輻射體、第一電容器電極以及 第二電容器電極。輻射體、第一電容器電極與第二電容器電極通常是金屬材料(例如銅)製成，接地部例如是終端裝置的系統接地，例如是內部電路板的接地面，但本發明並不因此限定。

請參照圖1，圖1是本發明之一實施例的應用於具有近接感測功能的終端裝置的混合天線的概念示意圖。為了簡化說明，在圖1中的接地部以接地的慣用符號表示。

輻射體1具有饋入部11、低頻輻射路徑12以及高頻輻射支路13。饋入部11用以提供射頻信號給低頻輻射路徑12與高頻輻射支路13。低頻輻射路徑12具有第一耦合部121，饋入部11設置於第一耦合部121與接地部2之間。高頻輻射支路13用以作為第二耦合部。第一電容器電極3具有第一短路部31與第一電極部32，且藉由第一短路部31連接接地部2，第一電極部32耦合低頻輻射路徑12的第一耦合部121以產生第一耦合共振模態。第二電容器電極4具有第二短路部41與第二電極部42，且藉由第二短路部41連接接地部2，第二電極部42耦合高頻輻射支路13以產生第二耦合共振模態。另外，雖然在本實施例中的饋入部11、第一短路部31與第二短路部41皆連接至接地部2，但饋入部11、第一短路部31與第二短路部41所連接接地部2的位置並不相同。位於相對於接地部2而言不同位置的第一電容器電極3與第二電容器電極4分別利用第一電極部32與第二電極部42提供相異位置的近接感測功能，相對於傳統上使用單一個近接感測器的技術，本實施例可提供更廣的近接感測範圍，也就可以提高感測的精準度。並且，本發明並不限於使用兩個電容器電極，當改變低頻輻射路徑12與高頻輻射支路13的彎折路徑，則能增加提供能量耦合的區域(或位置)，以適當增加第三個(或更多)的電容器電極，藉此提供多種(包括兩個以上、三個或多個)電容式近接感測區域(或 位置)。也因為不同位置的電容器電極各自可提供相異的電容感測數據(或參數)，使得具有兩個或兩個以上的電容式近接感測器的終端裝置能夠適應多種(兩種或兩種以上)的近接感測模式的操控。電容式近接感測器的電容值(及電容值變化趨勢)因在其結構設計方面的差異而有所不同，且參數與控制設定也是所屬領域的通常知識者能夠依據實際需要而修改的，在此不做贅述。需要注意的是，因為第一電容器電極3與第二電容器電極4皆耦合射頻信號，使得連接第一電容器電極3與第二電容器電極4的感測電路一般而言需要濾除射頻信號，以避免干擾。

接著，請同時參照圖2A與圖2B，圖2A是本發明之一實施例提供的設置於終端裝置的接地部一側的混合天線的正面透視圖，圖2B是圖2A的混合天線的背面透視圖。此混合天線設置於接地部2的一側，此混合天線包括輻射體1、第一電容器電極3以及第二電容器電極4，輻射體1、第一電容器電極3與第二電容器電極4皆形成於微波基板100的正反兩面(上表面與下表面)，例如以雙面印刷電路技術實現，藉此可縮小混合天線在終端裝置中所佔用的空間。然而，本發明並不限定實施混合天線的方式，混合天線也可例如以雷射雕刻或其他製程製作其結構，以符合產品需求。第一電容器電極3與第二電容器電極4分別設置於輻射體1的相對兩側，在圖2A中第一電容器電極3設置於輻射體1的左側，且第二電容器電極4設置於輻射體1的右側。輻射體1的饋入部11設置於微波基板100的上表面(正面)用以通過連接傳輸線(微帶線或同軸線)連接射頻信號源，低頻輻射路徑12設置於微波基板100的正反兩面，而高頻輻射支路13設置於微波基板100的上表面(正面)。輻射體1的低頻輻射路徑12用以產生低頻共振模態，輻射體1的高頻輻射支路13用以產生高頻共振模態，所述低頻共振模態的頻率低於所述高頻共振模態的頻率。就圖2A(與圖2B)所示的結構而言，低頻輻射路徑12的第一耦合 部121設置於微波基板100的上表面(正面)，且低頻輻射路徑12更具有共用路徑122與低頻輻射支路123，共用路徑122設置於微波基板100的上表面(正面)。低頻輻射支路123有一部分設置於微波基板100的上表面(正面)，低頻輻射支路123也有一部分設置於微波基板100的下表面(反面)，微波基板100的正反兩面之間也設有多個導電貫孔以實現低頻輻射支路123在圖2A(與圖2B)中的螺線結構。低頻輻射支路123除了以螺線結構實施，也可以例如是蜿蜒路徑，但本發明並不因此限定低頻輻射支路123的構成形狀。作為第二耦合部的高頻輻射支路13設置於微波基板100的上表面(正面)，且高頻輻射支路13連接低頻輻射路徑12的共用路徑122。在圖2A的實施例中，低頻輻射路徑12的第一耦合部121、共用路徑122與高頻輻射支路13圍繞低頻輻射支路123，且使低頻輻射支路123位於第一耦合部121、共用路徑122、高頻輻射支路13與接地部2所圍繞的一區域，但本發明並不因此限定。

再參照圖2A與圖2B，第一電容器電極3的第一電極部32設置於微波基板100的上表面(正面)，第一電容器電極3的第一短路部31設置於微波基板100的下表面(反面)，且第一短路部31利用貫孔連接第一電極部32。第一短路部31連接接地部2，第一電極部32耦合低頻輻射路徑12的第一耦合部121以產生第一耦合共振模態，其中第一電極部32與第一耦合部121的結構形狀以及兩者之間的距離決定能量耦合的程度，且第一電極部32與第一短路部31共同決定第一耦合共振模態的共振頻率。類似於第一電容器電極3。第二電容器電極4的第二電極部42設置於微波基板100的上表面(正面)，第二短路部41設置於微波基板100的下表面(反面)，且第二短路部41利用貫孔連接第二電極部42。第二短路部41連接接地部2，第二電極部42耦合高頻輻射支路13以產生第二耦合共振模態，其中第二 電極部42與高頻輻射支路13(第二耦合部)的結構形狀以及兩者之間的距離決定能量耦合的程度，且第二電極部42與第二短路部41共同決定第二耦合共振模態的共振頻率。圖2A的結構僅是用以舉例說明混合天線的結構，圖2A所示的結構並非用以限定本發明。再者，第一電容器電極3與第二電容器電極4不必要設置於接地部2的同一側，第一電容器電極3與第二電容器電極4可設置於接地部2的相異兩側。

接著，請同時參照圖2A與圖2C，圖2C是圖2A的混合天線的返回損失圖。輻射體1的低頻輻射路徑12用以產生低頻共振模態f1，輻射體1的高頻輻射支路13用以產生高頻共振模態f2，低頻共振模態f1的頻率低於高頻共振模態f2的頻率。第一耦合共振模態f3的頻率高於第二耦合共振模態f4的頻率。頻率範圍介於高頻共振模態f2與第一耦合共振模態f3的輔助共振模態f5例如是第二耦合共振模態f4的第一高階模態或者是低頻共振模態f1的第一高階模態，也可包括以上兩者以作為輔助共振模態，藉此幫助增加高頻共振模態f2與第一耦合共振模態f3所共同涵蓋的操作頻率範圍。低頻共振模態f1與第二耦合共振模態f4的所構成的頻帶例如涵蓋824MHz至960MHz的頻率範圍。高頻共振模態f2、第一耦合共振模態f3與輔助共振模態所構成的頻帶涵蓋1710MHz至2170MHz的頻率範圍。所述輔助共振模態至少包括第二耦合共振模態f4的第一高階模態與低頻共振模態f1的第一高階模態兩者的其中之一。上述共振模態的頻率範圍僅是用以舉例，並非用以限定本發明。

接著，請參照圖2D，圖2D是本發明之一實施例提供的混合天線的終端裝置的示意圖。此終端裝置例如是手持裝置，常見的是智慧型手機。接地部2例如是手持裝置的內部電路板的接地面，第一電容器電極3設置於靠近手持 裝置的接地部2的左側，第二電容器電極42設置於靠近手持裝置的接地部2的右側，如此第一電容器電極3與第二電容器電極4分別負責手持裝置的不同部位(左側與右側)的近接感測功能，同時第一電容器電極3與第二電容器電極42也各自提供一個耦合共振模態給予混合天線以增加操作頻率的涵蓋範圍。在另一實施例中，第一電容器電極設置於接地部的第一側，第二電容器電極設置於接地部的第二側，所述接地部的第一側與第二側可以是彼此相鄰的接地面側邊或彼此遠離的接地面側邊。

接著，請參照圖3，輻射體1、第一電容器電極3與第二電容器電極4裝設於手持裝置(終端裝置)的機殼內，第一電容器電極3與第二電容器電極4皆設置於手持裝置(終端裝置)的頂部位置，作為接地部的電路板一般而言是大致上平行於手持裝置的螢幕，第一電容器電極3位於頂部的左半部，第二電容器電極4位於頂部的右半部，第一電容器電極3與第二電容器電極4之間則是輻射體1。再參照圖4，在圖4的實施例中，第一電容器電極3例如設置於手持裝置的正面(具有螢幕的一面)，而第二電容器電極4例如設置於手持裝置的背面，使得第一電容器電極3與第二電容器電極4的近接感測範圍可以互補，也可提供兩種以上的感測模式。再者，也可以新增第三電容器電極5、第四電容器電極6，分別設置於手持裝置的左側面與右側面，以增加更多的感測範圍。第三電容器電極5、第四電容器電極6的原理是與第一電容器電極3與第二電容器電極4的原理類似，請參照前面的敘述，簡單的說，第三電容器電極5、第四電容器電極6能夠靠近輻射體其低頻輻射路徑的耦合部(例如第一耦合部)或高頻輻射支路以耦合能量，藉此激發耦合共振模態。

綜上所述，本發明之實施例所提供的具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置可以在終端裝置的不同位置實現近接感測，提升感測的範圍(或精準度)，且兩個或兩個以上的電容器電極能夠提供多樣性的近接感測參數。同時，也利用兩個或兩個以上的電容器電極形成混合天線以應用於多頻操作。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種具有整合電容式近接感測器的混合天線的終端裝置，包括：一接地部；一輻射體，其具有一饋入部、一低頻輻射路徑與一高頻輻射支路，其中該低頻輻射路徑具有一第一耦合部，該饋入部設置於該第一耦合部與該接地部之間，該高頻輻射支路用以作為一第二耦合部；一第一電容器電極，其具有一第一短路部與一第一電極部，且藉由該第一短路部連接該接地部，該第一電極部耦合該低頻輻射路徑的該第一耦合部以產生一第一耦合共振模態；以及一第二電容器電極，其具有一第二短路部與一第二電極部，且藉由該第二短路部連接該接地部，該第二電極部耦合該高頻輻射支路以產生一第二耦合共振模態；其中該輻射體的該低頻輻射路徑更具有一共用路徑與一低頻輻射支路，該低頻輻射路徑的該第一耦合部、該共用路徑與該高頻輻射支路係圍繞該低頻輻射支路，且使該低頻輻射支路位於該第一耦合部、該共用路徑、該高頻輻射支路與該接地部所圍繞的一區域。
2. 如請求項1所述之終端裝置，其中該終端裝置係智慧型手機、筆記型電腦或平板電腦。
3. 如請求項1所述之終端裝置，其中該第一電容器電極與該第二電容器電極分別設置於該輻射體的相對兩側。
4. 如請求項1所述之終端裝置，其中該第一電容器電極係設置於該接地部的一第一側，該第二電容器電極係設置於該接地部的一第二側。
5. 如請求項1所述之終端裝置，其中該輻射體的該低頻輻射路徑用以產生一低頻共振模態，該輻射體的該高頻輻射支路用以產生一高頻共振模態，該低頻共振模態的頻率低於該高頻共振模態的頻率。
6. 如請求項5所述之終端裝置，其中該第一耦合共振模態的頻率高於該第二耦合共振模態的頻率。
7. 如請求項6所述之終端裝置，其中該低頻共振模態與該第二耦合共振模態所構成的頻帶涵蓋824MHz至960MHz的頻率範圍，其中該高頻共振模態、該第一耦合共振模態與一輔助共振模態所構成的頻帶涵蓋1710MHz至2170MHz的頻率範圍，該輔助共振模態至少包括該第二耦合共振模態的第一高階模態與該低頻共振模態的第一高階模態兩者的其中之一。
8. 如請求項1所述之終端裝置，其中該輻射體、該第一電容器電極與該第二電容器電極形成於一微波基板。
9. 如請求項8所述之終端裝置，其中該第一耦合部與該第一電容式電極的該第一電極部皆設置於該微波基板的一上表面，作為該第二耦合部的該第二高頻支路與該第二電容式電極的該第二電極部皆設置於該微波基板的該上表面，其中該第一短路部與第二短路部皆設置於該微波基板的一下表面，該第一短路部利用一第一貫孔 連接該第一電極部，該第二短路部利用一第二貫孔連接該第二電極部。