TWI637561B - 行動裝置 - Google Patents

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TWI637561B
TWI637561B TW105117524A TW105117524A TWI637561B TW I637561 B TWI637561 B TW I637561B TW 105117524 A TW105117524 A TW 105117524A TW 105117524 A TW105117524 A TW 105117524A TW I637561 B TWI637561 B TW I637561B
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蔡調興
邱建評
方俐媛
吳曉薇
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宏達國際電子股份有限公司
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Abstract

一種行動裝置，包括一接地元件和一外殼，其中該外殼之一部份為一輻射部，而該輻射部具有一饋入點、一固定接地點，以及一可切換接地點，以形成一天線結構。

Description

行動裝置
本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種包括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。
在現有的技術中，常以固定尺寸之一金屬部作為行動裝置之天線主體，而此金屬部的長度須等於所需頻帶對應之二分之一波長或四分之一波長。傳統的設計方式限制了金屬部的大小以及形狀，增加了外觀設計的難度，而固定尺寸之金屬部亦無法用於涵蓋多重頻帶。
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；以及一外殼，其中該外殼之一部份為一輻射部，而該輻射部具有一饋入點、一固定接地點，以及一可切換接地點，以形成一天線結構，其中該接地元件位於該外殼內。
在一些實施例中，該行動裝置更包括：一第一短路部，其中該固定接地點係經由該第一短路部耦接至該接地元件。
在一些實施例中，該行動裝置更包括：一切換元件；以及一第二短路部，其中該可切換接地點係經由該第二短路部和該切換元件耦接至該接地元件。
在一些實施例中，該輻射部、該第一短路部、該第二短路部，以及該切換元件可以用金屬製成且共同形成該天線結構。
在一些實施例中，藉由選擇性地導通或斷開該切換元件，能使得該天線結構操作於多重頻帶。
在一些實施例中，該天線結構更包括：一可變電容器，其中一信號源係經由該可變電容器耦接至該饋入點。
在一些實施例中，該行動裝置更包括：一處理器，其係電性連接至該可變電容器，其中藉由該處理器以調整該可變電容器之一電容值，能使得該天線結構操作於多重頻帶。
在一些實施例中，該輻射部具有相對之一第一端和一第二端，該固定接地點較該可切換接地點更靠近該第二端，該可切換接地點較該固定接地點更靠近該第一端，而該饋入點係靠近該固定接地點。
在一些實施例中，當該切換元件斷開且該可變電 容器提供一較大電容值時，由該固定接地點向左延伸至該第一端之間形成一第一共振路徑，而該第一共振路徑係激發產生一第一低頻頻帶。
在一些實施例中，該第一低頻頻帶約介於704MHz至850MHz之間。
在一些實施例中，該較大電容值約為3.3pF。
在一些實施例中，當該切換元件導通且該可變電容器提供一較小電容值時，由該可切換接地點向右延伸至該第二端之間形成一第二共振路徑，而該第二共振路徑係激發產生一第二低頻頻帶。
在一些實施例中，該第二低頻頻帶約介於850MHz至960MHz之間。
在一些實施例中，該較小電容值約為0.8pF。
在一些實施例中，該第一共振路徑之長度約為該第二共振路徑之長度之1.1倍至1.5倍。
在一些實施例中，該第一共振路徑與該第二共振路徑係至少部分重疊，且該等共振路徑之延伸方向亦為反向。
在一些實施例中，當該切換元件斷開且該可變電容器提供一較大電容值時，由該固定接地點至該第二端之間形成一第三共振路徑，而該第三共振路徑係激發產生一高頻頻帶。
在一些實施例中，該高頻頻帶約介於1710MHz至2170MHz之間，以及約介於2300MHz至2700MHz之間。
在一些實施例中，當該切換元件導通且該可變電 容器提供一較小電容值時，由該固定接地點至該第二端之間形成一第三共振路徑，而該第三共振路徑係激發產生一高頻頻帶。
在一些實施例中，該高頻頻帶約介於2170MHz至2300MHz之間。
在一些實施例中，該輻射部大致具有一狹長矩形結構。
在一些實施例中，該輻射部大致平行於該接地元件，而該第一短路部和該第二短路部皆大致垂直於該輻射部和該接地元件。
在一些實施例中，該第一短路部和該第二短路部各自為一金屬彈片。
在一些實施例中，該行動裝置，更包括：一或複數電子零件，設置於該天線結構之該輻射部上。
100、200、500‧‧‧行動裝置
110‧‧‧接地元件
112‧‧‧接地元件之突出接地部
120‧‧‧輻射部
121‧‧‧輻射部之第一端
122‧‧‧輻射部之第二端
131‧‧‧饋入點
132‧‧‧固定接地點
133‧‧‧可切換接地點
141‧‧‧第一短路部
142‧‧‧第二短路部
150‧‧‧切換元件
160‧‧‧可變電容器
190‧‧‧信號源
570‧‧‧電子零件
CC1‧‧‧第一曲線
CC2‧‧‧第二曲線
RA1‧‧‧第一共振路徑
RA2‧‧‧第二共振路徑
RA3‧‧‧第三共振路徑
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側視圖；第3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4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操作頻帶圖；第5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6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之製造方法之流程圖。
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。例如，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)。請一併參考第1A、1B圖。在第1A、1B圖之實施例中，行動裝置100至少包括：一接地元件110、一輻射部120、一第一短路部141、一第二短路部142，以及一切換元件150。接地元件110、輻射部120、第一短路部141，以及第二短路部142可以用金屬製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。接地元件110可以是一金屬平面，並設置於一介質基板(Dielectric Substrate)上(未繪示)，例如：一FR4(Flame Retardant 4)基板，或是一系統電路板。輻射部120、第一短路部141、第二短路部142，以及切換元件150係共同形成一天線結構。必須理解的是，除了天線結構以外，行動裝置100更可 包括其他元件，例如：一顯示器、一處理器、一揚聲器、一觸控模組、一供電模組，以及一外殼(未顯示)。
接地元件110可包括一突出接地部112，其中突出接地部112可以大致為一倒L字形。輻射部120可以大致為一狹長矩形平面。輻射部120具有一饋入點131、一固定接地點132，以及一可切換接地點133。更詳細而言，輻射部120具有相對之一第一端121和一第二端122，其中固定接地點132係較可切換接地點133更靠近第二端122，可切換接地點133係較固定接地點132更靠近第一端121，而饋入點131係更靠近固定接地點132。輻射部120亦可具有其他不同形狀，例如：一L字形、一J字形，或是一U字形。饋入點131可以耦接至一信號源190。例如，信號源190可以是一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構。固定接地點132係經由第一短路部141耦接至接地元件110之突出接地部112。可切換接地點133係經由第二短路部142和切換元件150耦接至接地元件110之突出接地部112。
如第1B圖所示，輻射部120可以大致平行於接地元件110，而第一短路部141和第二短路部142可以皆大致垂直於輻射部120和接地元件110。第一短路部141和第二短路部142可以各自為一頂針(Pogo Pin)或是一金屬彈片(Metal Spring)。切換元件150可以是一通道閘(Transmission Gate)、一開關(Switch)或是一金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。切換元件150可根據來自一處理器(未顯示)之一控制信號來選擇性地導通或斷開。前述控 制信號可由一使用者輸入指令決定，或是由一偵測器(未顯示)其偵測附近之電磁波頻率而決定。當切換元件150導通時，輻射部120將同時經由固定接地點132和可切換接地點133來接地，而當切換元件150斷開時，輻射部120將僅經由固定接地點132來接地。此二種切換狀態可提供不同共振路徑和阻抗匹配。因此，藉由選擇性地導通或斷開切換元件150，能使得天線結構操作於多重頻帶，是以本發明可以在不改變天線結構整體尺寸之情況下，達成多頻操作和寬頻操作之效果。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置200之側視圖。第2圖和第1B圖相似，兩者之差異在於，行動裝置200之天線結構更包括一可變電容器160。可變電容器160係耦接於信號源190和饋入點131之間。亦即，信號源190之饋入信號係經由可變電容器160來饋入並激發天線結構。可變電容器160可以是一變容二極體(Varactor Diodes)。可變電容器160可以根據來自一處理器(未顯示)之一控制信號來提供各種不同電容值。舉例而言，可變電容器160之電容值可為0.8pF、1.2pF、1.6pF、3.3pF其中之一者。前述控制信號可由一使用者輸入指令決定，或是由一偵測器(未顯示)其偵測附近之電磁波頻率而決定。可變電容器160可用於改變天線結構之饋入路徑之阻抗值，進而控制天線結構之等效共振長度。藉由調整可變電容器160之電容值，亦能使得天線結構操作於多重頻帶。第2圖之行動裝置200之其餘特徵皆與第1A、1B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。
必須注意的是，第1B、2圖之側視圖係為使讀者能 易於理解其元件之連接關係，實際上，前述之切換元件150、可變電容器160，以及信號源190皆可直接設置於接地元件110之表面上。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置300之俯視圖。在第3圖之實施例中，切換元件150和可變電容器160係合併使用以共同改良天線結構之性能，其天線原理可如下列所述。當切換元件150斷開且可變電容器160提供一較大電容值C1時，由固定接地點132向左延伸至輻射部120之第一端121(即開路端)之間形成一第一共振路徑RA1，而第一共振路徑RA1係用於激發產生一第一低頻頻帶。當切換元件150導通且可變電容器160提供一較小電容值C2時，由可切換接地點133向右延伸至輻射部120之第二端122(即開路端)之間形成一第二共振路徑RA2，而第二共振路徑RA2係用於激發產生一第二低頻頻帶，其中第一共振路徑RA1與第二共振路徑RA2係至少部分重疊，且兩開路端係相對配置。在較佳設計中，第一共振路徑RA1之長度約為第二共振路徑RA2之長度之1.1倍至1.5倍，故本實施例中之該等共振路徑除了有效長度不同外，其共振路徑之延伸方向亦為反向。另外，當切換元件150斷開且可變電容器160提供該較大電容值C1時，由固定接地點132至輻射部120之第二端122之間形成一第三共振路徑RA3，而第三共振路徑RA3可用於激發產生一第一高頻頻帶。再者，當切換元件150導通且可變電容器160提供該較小電容值C2時，由於可變電容器160之電器特性影響，原本由第三共振路徑RA3所激發出之該高頻頻帶會向往更高頻處偏移，而形成一第二高頻頻帶。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置300之天線結構之操作頻帶圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)。第一曲線CC1係代表當切換元件150斷開且可變電容器160提供較大電容值(例如：3.3pF)時天線結構之操作頻率與電壓駐波比之關係。根據第一曲線CC1可知，天線結構之第一低頻頻帶約介於704MHz至850MHz之間，而天線結構之高頻頻帶約介於1710MHz至2170MHz之間，以及約介於2300MHz至2700MHz之間。第二曲線CC2係代表當切換元件150導通且可變電容器160提供較小電容值(例如：0.8pF)時天線結構之操作頻率與電壓駐波比之關係。根據第二曲線CC2可知，天線結構之第二低頻頻帶約介於850MHz至960MHz之間，而天線結構之高頻頻帶約介於2170MHz至2300MHz之間。因此，藉由適當地控制切換開關150和調整可變電容器160之電容值，從操作頻帶圖中可看出在低頻及高頻部分之頻寬都有顯著之增加，故本發明之天線結構將至少可涵蓋LTE B17/B13/B20/GSM 850/900/DCS1800/PCS1900/UMTS2100/LTE B38/B40/B41/B7之多重頻帶操作。
根據實際量測結果，行動裝置200之天線結構於第一低頻頻帶和第二低頻頻帶中之天線效率皆可達44%以上，而於高頻頻帶中之天線效率則可達70.4%以上，其已可符合一般行動通訊裝置之實際應用需求。整體而言，行動裝置200之長度可約為157mm，寬度可約為76mm，高度可約為4mm。另外，天線結構之長度可約為13mm，寬度可約為76mm，高度可約為 0.8mm。本發明之行動裝置及天線結構可在小尺寸之條件下依然能支援寬頻及多頻操作，其很適合應用於各種小型化之無線通訊產品當中。
第5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5圖和第1A圖相似，兩者之差異在於，行動裝置500更包括一或複數個電子零件570，例如：一揚聲器、一相機，或(且)一耳機插孔。這些電子零件570係設置於行動裝置500之天線結構之輻射部120上，並可以視為天線結構之一部份，因此，這些電子零件570不會對天線結構之輻射特性造成太大影響。在第5圖之實施例中，天線結構可承載一或複數個電子零件570並做適切地整合，故可有效地節省行動裝置500內部之設計空間。另外，輻射部120亦可設計為行動裝置500之一外殼之一部份，在此種情況下，由輻射部120所形成之外殼係為金屬材質之天線共振腔，其不僅不會影響天線結構之輻射場型，還可增強天線結構之輻射效率，更可將容易對天線造成不良影響的金屬轉化為天線結構之一部分。第5圖之行動裝置500之其餘特徵皆與第1A、1B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6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之製造方法之流程圖。首先，在步驟S610，提供一接地元件、一輻射部、一第一短路部、一第二短路部，以及一切換元件。在步驟S620，將輻射部之一饋入點耦接至一信號源。在步驟S630，將輻射部之一固定接地點經由第一短路部耦接至接地元件。在步驟S640，將輻射部之一可切換接地點經由第二短路部 和切換元件耦接至接地元件。最後，利用輻射部、第一短路部、第二短路部，以及切換元件形成一天線結構。此製造方法更可包括：將一可變電容器耦接於信號源和饋入點之間，並作為天線結構之一部份。必須理解的是，以上步驟無須依次序執行，且第1-5圖之實施例之任何一或複數項特徵皆可套用至第6圖所示之製造方法。
本發明提供一種新穎之行動裝置，其包括小尺寸及多頻帶之天線結構。藉由控制天線結構中之切換元件或(且)可變電容器，此種天線結構可以在不改變整體尺寸之情況下支援多頻帶寬頻操作，是以本發明可應用於現今具有多功能整合之行動通訊裝置中。
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製造方法並不僅限於第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製造方法當中。
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。

Claims (24)

  1. 一種行動裝置，包括：一接地元件；以及一外殼，其中該外殼之一部份為一輻射部，而該輻射部具有一饋入點、一固定接地點，以及一可切換接地點，以形成一天線結構，其中該接地元件位於該外殼內；其中該饋入點、該固定接地點，以及該可切換接地點為位於該輻射部上之三個不同點；其中該固定接地點係介於該可切換接地點和該饋入點之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，更包括：一第一短路部，其中該固定接地點係經由該第一短路部耦接至該接地元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之行動裝置，更包括：一切換元件；以及一第二短路部，其中該可切換接地點係經由該第二短路部和該切換元件耦接至該接地元件。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，其中該輻射部、該第一短路部、該第二短路部，以及該切換元件可以用金屬製成且共同形成該天線結構。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之行動裝置，其中藉由選擇性地導通或斷開該切換元件，能使得該天線結構操作於多重頻帶。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之行動裝置，其中該天線結構更 包括：一可變電容器，其中一信號源係經由該可變電容器耦接至該饋入點。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之行動裝置，更包括一處理器，其係電性連接至該可變電容器，其中藉由該處理器以調整該可變電容器之一電容值，能使得該天線結構操作於多重頻帶。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之行動裝置，其中該輻射部具有相對之一第一端和一第二端，該固定接地點較該可切換接地點更靠近該第二端，該可切換接地點較該固定接地點更靠近該第一端，而該饋入點係靠近該固定接地點。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之行動裝置，其中當該切換元件斷開且該可變電容器提供一較大電容值時，由該固定接地點向左延伸至該第一端之間形成一第一共振路徑，而該第一共振路徑係激發產生一第一低頻頻帶。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之行動裝置，其中該第一低頻頻帶約介於704MHz至850MHz之間。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之行動裝置，其中該較大電容值約為3.3pF。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之行動裝置，其中當該切換元件導通且該可變電容器提供一較小電容值時，由該可切換接地點向右延伸至該第二端之間形成一第二共振路徑，而該第二共振路徑係激發產生一第二低頻頻帶。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之行動裝置，其中該第二低頻 頻帶約介於850MHz至960MHz之間。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之行動裝置，其中該較小電容值約為0.8pF。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之行動裝置，其中該第一共振路徑之長度約為該第二共振路徑之長度之1.1倍至1.5倍。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之行動裝置，其中該第一共振路徑與該第二共振路徑係至少部分重疊，且該等共振路徑之延伸方向亦為反向。
  17. 如申請專利範圍第8項所述之行動裝置，其中當該切換元件斷開且該可變電容器提供一較大電容值時，由該固定接地點至該第二端之間形成一第三共振路徑，而該第三共振路徑係激發產生一高頻頻帶。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之行動裝置，其中該高頻頻帶約介於1710MHz至2170MHz之間，以及約介於2300MHz至2700MHz之間。
  19. 如申請專利範圍第8項所述之行動裝置，其中當該切換元件導通且該可變電容器提供一較小電容值時，由該固定接地點至該第二端之間形成一第三共振路徑，而該第三共振路徑係激發產生一高頻頻帶。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之行動裝置，其中該高頻頻帶約介於2170MHz至2300MHz之間。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該輻射部大致具有一狹長矩形結構。
  22. 如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，其中該輻射部大致 平行於該接地元件，而該第一短路部和該第二短路部皆大致垂直於該輻射部和該接地元件。
  23. 如申請專利範圍第3項所述之行動裝置，其中該第一短路部和該第二短路部各自為一金屬彈片。
  24. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，更包括：一或複數電子零件，設置於該天線結構之該輻射部上。
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