TWI646729B - 行動裝置 - Google Patents

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Abstract

一種行動裝置，包括：一金屬背蓋、一顯示器框架、一介質基板，以及一天線結構。金屬背蓋具有一第一槽孔。顯示器框架具有一第二槽孔，其中顯示器框架係由金屬材質製成。介質基板係設置於金屬背蓋和顯示器框架之間。天線結構係形成於介質基板上，其中天線結構係鄰近於金屬背蓋之第一槽孔與顯示器框架之第二槽孔。

Description

行動裝置
本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種行動裝置及其天線結構。
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。
為了追求造型美觀，現今設計者常會在行動裝置中加入金屬元件之要素。然而，新增之金屬元件卻容易對於行動裝置中支援無線通訊之天線產生負面影響，進而降低行動裝置之整體通訊品質。因此，有必要提出一種全新之行動裝置和天線結構，以克服傳統技術所面臨之問題。
在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包 括：一金屬背蓋，具有一第一槽孔；一顯示器框架，具有一第二槽孔，其中該顯示器框架係由金屬材質製成；一介質基板，設置於該金屬背蓋和該顯示器框架之間；以及一天線結構，形成於該介質基板上，其中該天線結構係鄰近於該金屬背蓋之該第一槽孔與該顯示器框架之該第二槽孔。
在一些實施例中，該金屬背蓋之該第一槽孔與該顯示器框架之該第二槽孔皆由該天線結構所激發，以增強該天線結構之輻射。
在一些實施例中，該金屬背蓋之該第一槽孔於該顯示器框架上具有一垂直投影，而該垂直投影與該顯示器框架之該第二槽孔係至少部份重疊。
在一些實施例中，該天線結構係涵蓋一低頻頻帶和一高頻頻帶，該低頻頻帶約介於2400MHz至2500MHz之間，而該高頻頻帶約介於5150MHz至5850MHz之間。
在一些實施例中，該金屬背蓋之該第一槽孔具有一開口端和一閉口端，而該第一槽孔之長度約為該低頻頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該金屬背蓋之該第一槽孔大致為一直條形。
在一些實施例中，該顯示器框架之該第二槽孔具有一開口端和一閉口端，而該第二槽孔之長度約為該低頻頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該顯示器框架之該第二槽孔大致為一直條形。
在一些實施例中，該天線結構包括彼此分離之一饋入輻射支路和一寄生輻射支路，該饋入輻射支路係耦接至一信號源，而該寄生輻射支路係耦接至一接地電位並鄰近於該饋入輻射支路，使得該寄生輻射支路係由該饋入輻射支路所激發。
在一些實施例中，該饋入輻射支路之長度約為該低頻頻帶之0.25倍波長，而該寄生輻射支路之長度約為該高頻頻帶之0.25倍波長。
100‧‧‧行動裝置
110‧‧‧金屬背蓋
120‧‧‧第一槽孔
121‧‧‧第一槽孔之開口端
122‧‧‧第一槽孔之閉口端
125‧‧‧第一槽孔之垂直投影
130‧‧‧顯示器框架
140‧‧‧第二槽孔
141‧‧‧第二槽孔之開口端
142‧‧‧第二槽孔之閉口端
150‧‧‧介質基板
160‧‧‧天線結構
161‧‧‧饋入輻射支路
162‧‧‧寄生輻射支路
280‧‧‧顯示器角落處
190‧‧‧信號源
CC1‧‧‧第一曲線
CC2‧‧‧第二曲線
D1、D2‧‧‧間距
GC1‧‧‧耦合間隙
VSS‧‧‧接地電位
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之側剖面圖；第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之金屬背蓋、介質基板，以及天線結構之俯視圖；第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之顯示器框架之俯視圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之筆記型電腦之示意圖；第3A圖係顯示行動裝置之顯示器框架若不具有第二槽孔時天線結構之電壓駐波比圖；第3B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天線效率之比較圖。
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。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之側剖面圖。行動裝置100可以是一筆記型電腦(Notebook Computer)或是一平板電腦(Tablet Computer)。如第1A圖所示，行動裝置100至少包括：一金屬背蓋(Metal Back Cover)110、一顯示器框架(Display Frame)130、一介質基板(Dielectric Substrate)150，以及一天線結構(Antenna Structure)160。必須理解的是，第1A圖僅描繪出行動裝置100 之一部份。雖然未顯示於第1A圖中，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，以及一電池模組。
金屬背蓋110可為行動裝置100之一外殼(Housing)之一主要外觀元件。例如，金屬背蓋110可以是一筆記型電腦之一上蓋外殼，或是一平板電腦之一背蓋外殼。金屬背蓋110具有一第一槽孔120。顯示器框架130可以大致為一空心矩形，並由金屬材質製成，其中一顯示器可嵌入至顯示器框架130之內部。顯示器框架130具有一第二槽孔140。金屬背蓋110之第一槽孔120於顯示器框架130上具有一垂直投影(Vertical Projection)125，其中此垂直投影125與顯示器框架130之第二槽孔140係至少部份重疊。在一些實施例中，第一槽孔120之垂直投影125與第二槽孔140兩者係完全重疊。
介質基板150可以是一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit Board，FPCB)。介質基板150係設置於金屬背蓋110和顯示器框架130之間，其中金屬背蓋110、介質基板150，以及顯示器框架130三者可大致互相平行。在一些實施例中，介質基板150係黏合於金屬背蓋110上，但與顯示器框架130分離。天線結構160係形成於介質基板150上，其中天線結構160係鄰近於金屬背蓋110之第一槽孔120與顯示器框架130之第二槽孔140。天線結構160與顯示器框架130之間距D2係較天線結構160與金屬背蓋110之間距D1更長。為調整阻抗匹配(Impedance Matching)和符合機構設計特性，前述間 距D2和前述間距D1之長度比值可介於20：1至15：1之間。例如，前述間距D2可約為5mm，而前述間距D1可約為0.3mm。金屬背蓋110之第一槽孔120與顯示器框架130之第二槽孔140兩者可同時由天線結構160所激發，以增強天線結構160之輻射。因此，天線結構160將不會受到金屬背蓋110或顯示器框架130所遮蔽(Shield)。天線結構160可以涵蓋一低頻頻帶和一高頻頻帶。例如，前述低頻頻帶可約介於2400MHz至2500MHz之間，而前述高頻頻帶可約介於5150MHz至5850MHz之間，使得天線結構160至少能支援WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz/5GHz之雙頻帶操作。
第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之金屬背蓋110、介質基板150，以及天線結構160之俯視圖。第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之顯示器框架130之俯視圖。請一併參考第1A、1B、1C圖。金屬背蓋110之第一槽孔120可以大致為一直條形。金屬背蓋110之第一槽孔120具有一開口端(Open End)121和一閉口端(Closed End)122，其中第一槽孔120之長度(由開口端121起至閉口端122止)約為前述低頻頻帶之0.25倍波長(λ/4)，而第一槽孔120之寬度係至少為2mm。顯示器框架130之第二槽孔140可以大致為一直條形。顯示器框架130之第二槽孔140具有一開口端141和一閉口端142，其中第二槽孔140之長度(由開口端141起至閉口端142止)約為前述低頻頻帶之0.25倍波長(λ/4)，而第二槽孔140之寬度係至少為2mm。在其他實施例中，第一槽孔120和第二槽孔140之任一者亦可改為其他形狀，例如：一L字形、一U字形，或是一T字形，而不 致影響本發明之效果。
天線結構160之形狀及種類於本發明中並不特別作限制。在一些實施例中，天線結構160包括彼此分離之一饋入輻射支路161和一寄生輻射支路162，其中饋入輻射支路161係耦接至一信號源(Signal Source)190，而寄生輻射支路162係耦接至一接地電位VSS並鄰近於饋入輻射支路161，使得饋入輻射支路161和寄生輻射支路162之間形成一耦合間隙(Coupling Gap)GC1，且寄生輻射支路162係由饋入輻射支路161所耦合激發。饋入輻射支路161之至少一部份可與寄生輻射支路162大致互相平行。詳細而言，饋入輻射支路161可以大致為一L字形，其中饋入輻射支路161之長度可約為前述低頻頻帶之0.25倍波長(λ/4)；而寄生輻射支路162可以大致為一直條形，其中寄生輻射支路162之長度可約為前述高頻頻帶之0.25倍波長(λ/4)。在另一些實施例中，饋入輻射支路161和寄生輻射支路162之任一者亦可改為其他形狀，例如：一直條形、一C字形、一U字形，或是一T字形。寄生輻射支路162為一選用元件(Optional Element)，在其他實施例中其亦可被移除。
在天線原理方面，饋入輻射支路161可延伸跨越金屬背蓋110之第一槽孔120，以形成一第一槽孔天線(Slot Antenna)；而饋入輻射支路161亦可延伸跨越顯示器框架130之第二槽孔140，以形成一第二槽孔天線。前述第一槽孔天線、第二槽孔天線皆可產生側邊輻射，以改善天線結構160之通訊品質。另外，寄生輻射支路162之一垂直投影可以完全位於金屬背蓋110之第一槽孔120之內部，亦可完全位於顯示器框架 130之第二槽孔140之內部；此種設計有助於最佳化前述第一槽孔天線、第二槽孔天線之操作頻帶及阻抗匹配。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之筆記型電腦之示意圖。在第2圖之實施例中，行動裝置100為一筆記型電腦。必須理解的是，前述之金屬背蓋110、顯示器框架130即分別指筆記型電腦中俗稱之「A件」、「B件」。當行動裝置100套用於筆記型電腦時，顯示器框架130之第二槽孔140可大致位於筆記型電腦之一顯示器角落處280(亦即，B件之一角落處)。在其他實施例中，行動裝置100可改為套用至一平板電腦，而顯示器框架130之第二槽孔140亦可改為大致位於平板電腦之一顯示器角落處。由於本發明之設計其槽孔之整體尺寸很小，故不會對筆記型電腦或平板電腦之外觀造成太大影響。
第3A圖係顯示行動裝置100之顯示器框架130若不具有第二槽孔140時天線結構160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。如第3A圖所示，若將第二槽孔140移除且整個顯示器框架130皆由金屬製成，則天線結構160於低頻頻帶(例如：介於2400MHz至2500MHz之間)之共振模態(Resonant Mode)將受到嚴重干擾，甚至完全消失。第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線結構160之電壓駐波比圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。如第3B圖所示，若金屬製成之顯示器框架130已設計有第二槽孔140，則天線結構160於低頻頻帶之操作特性將能明顯改善，且其低頻頻寬亦能大幅增加。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線結構160之天線效率(Antenna Efficiency)之比較圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線效率(dB)。如第4圖所示，一第一曲線CC1表示行動裝置100之顯示器框架130若不具有第二槽孔140時天線結構160之操作特性，而一第二曲線CC2表示行動裝置100之顯示器框架130已設計有第二槽孔140時天線結構160之操作特性。根據第4圖之量測結果可知，因為第二槽孔140之加入能讓天線結構160與顯示器框架130發生共振，故天線結構160於低頻頻帶之輻射效率能提升至少約15dB，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。
傳統上，筆記型電腦之顯示器框架通常以非導體材質製成，以避免對天線結構造成干擾。然而，如今設計趨向追求美化電子產品之外觀，故以金屬材質製成之顯示器框架已逐漸變為可考慮之選項。為解決先前技術所面臨之困境(亦即，天線結構受到金屬干擾而輻射效率降低)，本發明提出了在金屬製之顯示器框架上開挖(第二)槽孔之新穎設計方式，可使得顯示器框架被激發而被視為天線結構之一延伸部份。在此設計下，金屬製之顯示器框架不但不會干擾天線結構，還能因耦合效應而提升天線結構之輻射強度。另須注意的是，傳統設計常須金屬背蓋上開設尺寸較大之天線窗(Antenna Window)以維持天線之通訊品質。與之相比，本發明之顯示器框架之(第二)槽孔尺寸相對較小，其至少具有能美化裝置外觀以及提升裝置結構強度等附加之功效。
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1-4圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-4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。

Claims (8)

  1. 一種行動裝置，包括：一金屬背蓋，具有一第一槽孔；一顯示器框架，具有一第二槽孔，其中該顯示器框架係由金屬材質製成；一介質基板，設置於該金屬背蓋和該顯示器框架之間；以及一天線結構，形成於該介質基板上，其中該天線結構係鄰近於該金屬背蓋之該第一槽孔與該顯示器框架之該第二槽孔；其中該天線結構係涵蓋一低頻頻帶和一高頻頻帶，該低頻頻帶約介於2400MHz至2500MHz之間，而該高頻頻帶約介於5150MHz至5850MHz之間；其中該顯示器框架之該第二槽孔具有一開口端和一閉口端，而該第二槽孔之長度約為該低頻頻帶之0.25倍波長。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該金屬背蓋之該第一槽孔與該顯示器框架之該第二槽孔皆由該天線結構所激發，以增強該天線結構之輻射。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該金屬背蓋之該第一槽孔於該顯示器框架上具有一垂直投影，而該垂直投影與該顯示器框架之該第二槽孔係至少部份重疊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該金屬背蓋之該第一槽孔具有一開口端和一閉口端，而該第一槽孔之長度約為該低頻頻帶之0.25倍波長。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該金屬背蓋之該第一槽孔大致為一直條形。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該顯示器框架之該第二槽孔大致為一直條形。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該天線結構包括彼此分離之一饋入輻射支路和一寄生輻射支路，該饋入輻射支路係耦接至一信號源，而該寄生輻射支路係耦接至一接地電位並鄰近於該饋入輻射支路，使得該寄生輻射支路係由該饋入輻射支路所激發。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之行動裝置，其中該饋入輻射支路之長度約為該低頻頻帶之0.25倍波長，而該寄生輻射支路之長度約為該高頻頻帶之0.25倍波長。
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