TWI644481B - 具有混合模式天線的電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種具有混合模式天線的電子裝置，包括第一殼體、第二殼體、轉軸結構、金屬耦合元件以及饋入單元。轉軸結構連接於第一殼體的第一側與第二殼體的第二側之間，且使第一殼體與第二殼體彼此相對轉動，轉軸結構的金屬槽孔部內設有金屬寄生元件。金屬耦合元件設置於金屬槽孔部之內。金屬槽孔部、金屬寄生元件、金屬耦合元件與饋入單元共同構成混合模式天線。在開啟模式，金屬槽孔部利用金屬耦合元件的耦合式激發以提供第一共振模態與第二共振模態的操作。在平板模式，金屬耦合元件與金屬寄生元件共同構成耦合迴圈天線，以提供第三共振模態與第四共振模態的操作。

Description

具有混合模式天線的電子裝置

本發明有關於一種天線，且特別是一種具有混合模式天線的電子裝置，混合模式天線應用於電子裝置的轉軸。

筆記型電腦(Notebook)或膝上型電腦(Tablet)是一種攜帶方便的電腦設備，此種電子裝置具有螢幕部份、輸入部份與連接兩個部份的轉軸。請參照圖1，此種電子裝置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與具有輸入部(如鍵盤)的下蓋3，轉軸2用以連接上蓋1與下蓋3。因為無線網路的發達，使得此類型的電子裝置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，但須要符合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，也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。

筆記型電腦或膝上型電腦的隱藏式設計的天線通常可設置於上蓋1的部分。然而，現行筆記型電腦或膝上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。在要求無線通訊品質甚至更高的無線傳輸效能的條件下，對於此種電子裝置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混合模式天線的電子裝置，提供隱藏於電子裝置轉軸的混合模式天線，可實現雙頻甚至多頻操作的天線應用。

本發明實施例提供一種具有混合模式天線的電子裝置，一種具有混合模式天線的電子裝置，包括第一殼體、第二殼體、轉軸結構、金屬耦合元件以及饋入單元。第一殼體具有第一側。第二殼體具有第二側。轉軸結構連接於第一殼體的第一側與第二殼體的第二側之間，轉軸結構使第一殼體與第二殼體彼此相對轉動，轉軸結構具有金屬槽孔部，金屬槽孔部內設有與金屬槽孔部連接的金屬寄生元件。當第一殼體與第二殼體彼此相對旋轉角度大於零度且小於360度時形成開啟模式。當第一殼體與第二殼體彼此以相對旋轉角度為360度而疊合時形成平板模式。金屬耦合元件設置於金屬槽孔部之內。饋入單元具有射頻信號饋入端與接地端，射頻信號饋入端耦接金屬耦合元件，接地端耦接金屬槽孔部。金屬槽孔部、金屬寄生元件、金屬耦合元件與饋入單元共同構成混合模式天線。在開啟模式，金屬槽孔部利用金屬耦合元件的耦合式激發以提供第一共振模態與第二共振模態的操作，第一共振模態的中心頻率低於第二共振模態的中心頻率。在平板模式，金屬耦合元件與金屬寄生元件共同構成耦合迴圈天線，耦合迴圈天線提供第三共振模態與第四共振模態的操作，第三共振模態的中心頻率低於第四共振模態的中心頻率。

綜上所述，本發明實施例提供一種具有混合模式天 線的電子裝置，天線的位置是設置於連接電子裝置的兩個殼體的轉軸，可實現結構件與天線元件一體化結構的簡潔設計。並且，不論在電子裝置的開啟模式或平板模式都可以提供雙頻甚至多頻操作的混合模式天線應用。

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‧‧‧第一殼體

5‧‧‧轉軸結構

6‧‧‧第二殼體

7‧‧‧金屬耦合元件

8‧‧‧饋入單元

401‧‧‧第一側

601‧‧‧第二側

51‧‧‧金屬槽孔部

511‧‧‧金屬寄生元件

81‧‧‧射頻信號饋入端

82‧‧‧接地端

X、Y‧‧‧軸

A1‧‧‧第一共振模態

A2‧‧‧第二共振模態

B1‧‧‧第三共振模態

B2‧‧‧第四共振模態

51a‧‧‧第一長邊

51b‧‧‧第二長邊

51c‧‧‧第一短邊

51d‧‧‧第二短邊

9‧‧‧微波基板

71‧‧‧第一區段

72‧‧‧第二區段

73‧‧‧彎折部

L1‧‧‧長度

5’‧‧‧轉軸結構

51’‧‧‧金屬槽孔部

511’‧‧‧金屬寄生元件

7’‧‧‧金屬耦合元件

519a、519b、519c、519d、519e、519f、519g、519h‧‧‧轉軸元件

圖1是傳統的具有轉軸的電子裝置的示意圖。

圖2A是本發明實施例提供的具有混合模式天線的電子裝置的示意圖。

圖2B是圖2A中的混合模式天線的放大圖。

圖3是本發明實施例提供的具有混合模式天線的電子裝置用於平板模式的示意圖。

圖4是本發明實施例的混合模式天線在電子裝置為開啟模式與平板模式的混合模式天線的駐波比(SWR)示意圖。

圖5A是本發明另一實施例提供的混合模式天線的示意圖。

圖5B是本發明另一實施例提供的混合模式天線的示意圖。

圖5C是本發明另一實施例提供的混合模式天線的示意圖。

圖6是本發明另一實施例提供的混合模式天線的示意圖。

本發明實施例的具有混合模式天線的的電子裝置例如是筆記型電腦或膝上型電腦，但本發明並不因此限定，只要是具有兩個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。本發明實施例是在電子裝置的機體的轉軸實現雙頻甚至多頻天線設計，可例如用於無線區域網路(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具有混合模式天線的電子裝置的示意圖。本發明實施例的電子裝置的上蓋與下蓋分別是第一殼體4與第二殼體6。第一殼體4與第二殼體6可以是金屬殼體或非金屬殼體，本發明並不限定。圖2A中省略了第二殼體6的鍵盤等輸入配置，藉以凸顯本實施例主要元件。圖2A的轉軸結構5是一個，但轉軸結構5的數目也可以是如圖1的兩個，甚至多個，本發明並不限定轉軸結構5的數目與形狀外觀。轉軸結構5可以是由金屬所製成或者是部分為金屬，本發明並不因此限定。本發明實施例的電子裝置及其具有的混合模式天線的細節將於以下說明。

請一併參照圖2A與圖2B，圖2是圖2A中的混合模式天線的放大示意圖。具有混合模式天線的電子裝置包括第一殼體4、第二殼體6、轉軸結構5、金屬耦合元件7以及饋入單元8。第一殼體4具有第一側401。第二殼體6具有第二側601。轉軸結構5連接於第一殼體4的第一側401與第二殼體6的第二側601之間，轉軸結構使第一殼體4與第二殼體6彼此相對轉動，轉軸結構5具有金屬槽孔部51，金屬槽孔部51內設有與金屬槽孔部51連接的金屬寄生元件511。金屬寄生元件511與金屬槽孔部51可以是一體成型製作，使金屬寄生元件511是金屬槽孔部51的一部份，以減少組裝成本， 但本發明並不因此限定。在另一實施例中，金屬寄生元件511也可以鎖固方式固定於金屬槽孔部51。金屬耦合元件7設置於金屬槽孔部51之內。饋入單元8具有射頻信號饋入端81與接地端82，射頻信號饋入端81耦接金屬耦合元件7，接地端82耦接金屬槽孔部51。饋入單元8例如是同軸電纜線，射頻信號饋入端81是同軸電纜線的中心導體，接地端82是同軸電纜線的外層導體，因此金屬槽孔部51是電性連接電子裝置本身的系統接地。金屬槽孔部51、金屬寄生元件511、金屬耦合元件7與饋入單元8共同構成本實施例的混合模式天線。

本實施例的轉軸結構5可使第一殼體4與第二殼體6彼此相對旋轉角度介於零度與360度之間，但本發明並不限定達成此種旋轉功能的轉軸結構5的實施方式，在機械結構的原理方面可有多種實施態樣，在此不做贅述。當第一殼體4與第二殼體6彼此相對旋轉角度大於零度且小於360度時電子裝置形成開啟模式(Open Mode)，所謂開啟模式例如是一般的筆記型電腦或膝上型電腦的傳統型操作模式，如圖2A所示的型態。當第一殼體4與第二殼體6彼此以相對旋轉角度為360度而疊合時電子裝置則形成平板模式(PAD Mode)，所謂的平板模式例如是在當螢幕為觸控螢幕時，此電子裝置可以當做觸控式平板電腦使用，如圖3所示的型態。在圖3中並未繪出饋入單元8，一般而言，饋入單元8是內藏於轉軸結構5與整個機殼結構之中。

請參照圖4，圖4的縱軸與橫軸分別是混合模式天線的駐波比(SWR)與頻率(GHz)，當電子裝置在開啟模式時，金屬槽孔部51利用金屬耦合元件7的耦合式激發以提供第一共振模態A1 與第二共振模態A2的操作，第一共振模態A1的中心頻率低於第二共振模態A2的中心頻率。本發明實施例的第一共振模態A1與第二共振模態A2可視為由金屬槽孔部51激發的槽孔天線所提供，第二共振模態A2是第一共振模態A1的高階模態。金屬耦合元件7的第一區段與第二區段的長度用以調整在開啟模式時的第二共振模態的中心頻率，或者稱為調整第二共振模態A2與第一共振模態A1的頻率比。

再參照圖4，當電子裝置在平板模式時，金屬耦合元件7與金屬寄生元件511共同構成耦合迴圈天線，所述耦合迴圈天線提供第三共振模態B1與第四共振模態B2的操作，第三共振模態B1的中心頻率低於第四共振模態B2的中心頻率。第三共振模態B1與第四共振模態B2可視為由金屬耦合元件7與金屬寄生元件511共同構成的耦合迴圈天線所激發的模態，第四共振模態B2是第三共振模態B1的高階模態。金屬耦合元件7的第一區段與第二區段的長度用以調整在平板模式時的第四共振模態B2的中心頻率，或者稱為調整第四共振模態B2與第三共振模態B1的頻率比。參照圖4，第一共振模態A1與第三共振模態B1的中心頻率相近且涵蓋2.4GHz的頻帶，用以讓天線不論在開啟模式或平板模式都能接收或發送2.4GHz頻帶的信號。第二共振模態A2與第四共振模態B2的中心頻率則涵蓋5GHz頻帶(5150MHz至5875MHz)，以適用於5GHz頻帶的無線網路應用，依據實際應用時的頻帶範圍，也可設定適當的金屬耦合元件7與金屬寄生元件511的尺寸與相對位置(或距離)以使阻抗頻寬符合產品規格。

接著，請參照圖5A，圖5A是本發明另一實施例中的 混合模式天線的細部構造圖，當金屬槽孔部51是由平面金屬所製成，金屬寄生元件511則是與金屬槽孔部51共平面。金屬耦合元件7設置於金屬槽孔部51之內且是與金屬槽孔部51共平面。金屬槽孔部51可以內藏於轉軸結構5之內，圖5A所繪示的金屬槽孔部51僅是用以幫助理解，本發明並不限定金屬槽孔部51是否要內藏於轉軸結構5之內或外露於轉軸結構5的表面。對於圖5A的實施例，金屬槽孔部51構成一個大致為矩形的槽孔，所述矩形的槽孔具有兩個槽孔長邊與兩個槽孔短邊，所述兩個槽孔長邊分別是第一長邊51a與第二長邊51b，所述兩個槽孔短邊分別是第一短邊51c與第二短邊51d，但本發明並不因此限定。例如，金屬槽孔部51也可以構成梯形槽孔或不規則狀槽孔，但其設計原理與圖5A實施例的原理相同。金屬耦合元件7可設置於微波基板9之上，以方便將金屬耦合元件7組裝與定位。所述微波基板9可例如利用鎖固方式組裝於金屬槽孔部51的對應位置。或者，所述微波基板9更可具有接地金屬，微波基板9利用其接地金屬與金屬槽孔部51彼此焊接在一起，但本發明並不限定將具有金屬耦合元件7的微波基板9的組裝方式。在圖5A中，金屬耦合元件7具有第一區段71、彎折部73與第二區段72。第一區段71連接射頻信號饋入端81，射頻信號饋入端81由金屬槽孔部51的第一長邊51a饋入。彎折部72連接於第一區段71與第二區段72之間，其中第二區段72的至少一部份平行於金屬槽孔部51的第二長邊51b(即槽孔長邊)，用以耦合能量至此槽孔結構(金屬槽孔部51)。第一區段71的至少一部份平行於金屬槽孔部51的槽孔短邊(第一短邊51c或第二短邊51d)。金屬寄生元件511連接金屬槽孔部51的第一短邊51c，且金屬寄生元件511的至少一部份 平行於金屬耦合元件7的第二區段72，且使金屬耦合元件7的第二區段72與金屬寄生元件511彼此相向延伸。基於圖5A的實施例，再一併參照圖4，金屬耦合元件7的第一區段71與第二區段72的長度可用以調整在開啟模式時的第二共振模態A2的中心頻率，當第一區段71或第二區段72的長度增加時，第二共振模態A2的中心頻率隨之降低。並且，金屬耦合元件7的第一區段71與第二區段72的長度也用以調整在平板模式時的第四共振模態B2的中心頻率，當第一區段71或第二區段72的長度增加時，第四共振模態B2的中心頻率隨之降低。再者，金屬寄生元件511的長度可調整在開啟模式時的第一共振模態A1的中心頻率(甚至是阻抗匹配)。當金屬寄生元件511朝向金屬耦合元件7的第二區段72延伸的長度L1增加時，第一共振模態A1的中心頻率降低，藉此可以微調第一共振模態A1的中心頻率。另外，圖5A的實施例中的混合模式天線的結構也可以X軸做鏡射的對稱結構，如圖5B所示，在金屬槽孔部51的金屬部份(電性連接接地)面積(或體積)夠大的情況，圖5B的混合模式天線的共振模態與圖5A的混合模式天線的共振模態並沒有明顯不同。

在另一實施例中，圖5A的設計可以用圖5C實施例替代，圖5A的金屬耦合元件7比金屬寄生元件511更靠近第二長邊51b，而圖5C的金屬耦合元件7比金屬寄生元件511更遠離第二長邊51b，圖5C實施例與圖5A實施例的設計原理與圖5A實施例的設計原理大致相同，僅是將金屬耦合元件7與金屬寄生元件511相對於第二長邊51b的距離做互換。然而，以上的圖5A與圖5C實施例僅是用以舉例，並非用以限定本發明。

在另一實施例中，請參照圖6，圖6實施例的轉軸結 構為錶鏈式結構，圖6實施例的錶鏈式結構是實現電子裝置能夠實現開啟模式與平板模式的一種轉軸結構，但本發明的轉軸結構的形狀並不因此限定。所屬技術領域具有通常知識者也可以具有類似功能的其他轉軸結構替代，不做贅述。轉軸結構5’的實線部份是用以構成金屬槽孔部51’的金屬部份，在金屬槽孔部51’內部的其他元件(虛線部分)除了金屬耦合元件7’與金屬寄生元件511’之外則以非導體構成，也就是圖6中的轉軸元件519a、519b、519c、519d是非導體元件以避免影響天線特性。另外，在金屬槽孔部外部的其他轉軸元件(如轉軸元件519e、519f、519g、519h)則不限定製作材料，例如可以全部是金屬或部份是金屬。

綜上所述，本發明實施例所提供的具有混合模式天線的電子裝置其混合模式天線的位置是設置於連接電子裝置的兩個殼體的轉軸，可實現結構件與天線元件一體化結構的簡潔設計。並且，不論在電子裝置的開啟模式或平板模式都可以提供雙頻甚至多頻操作的混合模式天線應用。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2.4GHz藍芽技術、2.4GHz及5GHz無線區域網路(WLAN)(如WiFi)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。

Claims (10)

1. 一種具有混合模式天線的電子裝置，包括：一第一殼體，具有一第一側；一第二殼體，具有一第二側；一轉軸結構，連接於該第一殼體的該第一側與該第二殼體的該第二側之間，該轉軸結構使該第一殼體與該第二殼體彼此相對轉動，該轉軸結構具有一金屬槽孔部，該金屬槽孔部內設有與該金屬槽孔部連接的一金屬寄生元件，其中當該第一殼體與該第二殼體彼此相對旋轉角度大於零度且小於360度時形成一開啟模式，其中當該第一殼體與該第二殼體彼此以相對旋轉角度為360度而疊合時形成一平板模式；一金屬耦合元件，設置於該金屬槽孔部之內；以及一饋入單元，具有一射頻信號饋入端與一接地端，該射頻信號饋入端耦接該金屬耦合元件，該接地端耦接該金屬槽孔部；其中，該金屬槽孔部、該金屬寄生元件、該金屬耦合元件與該饋入單元共同構成一混合模式天線，其中在該開啟模式，該金屬槽孔部利用該金屬耦合元件的耦合式激發以提供一第一共振模態與一第二共振模態的操作，該第二共振模態是該第一共振模態的高階模態，其中在該平板模式時，該金屬耦合元件與該金屬寄生元件共同構成一耦合迴圈天線，該耦合迴圈天線提供一第三共振模態與一第四共振模態的操作，該第四共振模態是該第三共振模態的高階模態。
2. 根據請求項第1項所述之具有混合模式天線的電子裝置，其中該饋入單元是一同軸電纜線，該射頻信號饋入端是該同軸電纜線 的中心導體，該接地端是該同軸電纜線的外層導體。
3. 根據請求項第1項所述之具有混合模式天線的電子裝置，其中該金屬耦合元件設置於一微波基板。
4. 根據請求項第1項所述之具有混合模式天線的電子裝置，其中該金屬耦合元件具有一第一區段、一彎折部與一第二區段，該第一區段連接該射頻信號饋入端，該彎折部連接於該第一區段與該第二區段之間，其中該第二區段的至少一部份平行於該金屬槽孔部的一槽孔長邊，該第一區段的至少一部份平行於該金屬槽孔部的一槽孔短邊。
5. 根據請求項第4項所述之具有混合模式天線的電子裝置，其中該金屬寄生元件連接該金屬槽孔部的該槽孔短邊，且該金屬寄生元件的至少一部份平行於該金屬耦合元件的該第二區段。
6. 根據請求項第5項所述之具有混合模式天線的電子裝置，其中該金屬耦合元件的該第二區段與該金屬寄生元件彼此相向延伸。
7. 根據請求項第4項所述之具有混合模式天線的電子裝置，其中該金屬耦合元件的該第一區段與該第二區段的長度用以調整在該開啟模式時的該第二共振模態的中心頻率。
8. 根據請求項第4項所述之具有混合模式天線的電子裝置，其中該金屬耦合元件的該第一區段與該第二區段的長度用以調整在該平板模式時的該第四共振模態的中心頻率。
9. 根據請求項第5項所述之具有混合模式天線的電子裝置，其中該金屬寄生元件的長度用以調整在該開啟模式時的該第一共振模態的中心頻率，其中當該金屬寄生元件朝向該金屬耦合元件的該第二區段延伸的長度增加時，該第一共振模態的中心頻率降低。
10. 根據請求項第1項所述之具有混合模式天線的電子裝置，其中該轉軸結構是由金屬所製成。