TWI704720B

TWI704720B - 行動裝置

Info

Publication number: TWI704720B
Application number: TW108117306A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛; 林敬基
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-09-11
Also published as: TW202044667A

Abstract

一種行動裝置，包括：一金屬機構件、一邊框、一饋入輻射部、一第一輻射部、一第二輻射部、一寄生輻射部、一第一輔助輻射部，以及一介質基板。金屬機構件具有一槽孔。第一輻射部和第二輻射部皆耦接至饋入輻射部。第一輔助輻射部係耦接至一接地電位。第一輔助輻射部係設置於金屬機構件和邊框之間。第一輔助輻射部和第一輻射部之間形成一耦合間隙。第一輔助輻射部包括一高架部份，其中此高架部份並未直接接觸介質基板。饋入輻射部、第一輻射部、第二輻射部、寄生輻射部、第一輔助輻射部，以及金屬機構件之槽孔係共同形成一天線結構。

Description

行動裝置

本發明係關於一種行動裝置(Mobile Device)，特別係關於一種行動裝置及其天線結構(Antenna Structure)。

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、850 MHz、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，本發明提出一種行動裝置，包括：一金屬機構件，具有一槽孔；一邊框，相對於該金屬機構件而設置；一饋入輻射部，具有一饋入點，並延伸跨越該槽孔；一第一輻射部，耦接至該饋入輻射部；一第二輻射部，耦接至該饋入輻射部，並延伸跨越該槽孔；一寄生輻射部，耦接至一接地電位，並延伸跨越該槽孔；一第一輔助輻射部，耦接至該接地電位，並設置於該金屬機構件和該邊框之間，其中該第一輔助輻射部和該第一輻射部之間形成一耦合間隙；以及一介質基板，鄰近於該金屬機構件，其中該饋入輻射部、該第一輻射部、該第二輻射部、該寄生輻射部，以及該第一輔助輻射部皆設置於該介質基板上；其中該饋入輻射部、該第一輻射部、該第二輻射部、該寄生輻射部、該第一輔助輻射部，以及該金屬機構件之該槽孔係共同形成一天線結構；其中該第一輔助輻射部包括一高架部份，而該高架部份未直接接觸該介質基板。

在一些實施例中，該天線結構涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，該第二頻帶之一低頻部份係介於5150MHz至5600MHz之間，而該第二頻帶之一高頻部份係介於5600MHz至5850MHz之間。

在一些實施例中，該第一輔助輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之該低頻部份或該高頻部份之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第一輔助輻射部係呈現一拱橋形，而該高架部份係呈現一直條形。

在一些實施例中，該第一輔助輻射部具有一第一端和一第二端，該第一輔助輻射部之該第一端係耦接至該接地電位，而該第一輔助輻射部之該第二端為一開路端並直接接觸該介質基板上之一非金屬區域。

在一些實施例中，該高架部份係介於該第一輔助輻射部之該第一端和該第二端之間，而該高架部份係大致平行於該介質基板。

在一些實施例中，該饋入輻射部和該第二輻射部之組合係呈現一倒U字形，而該寄生輻射部係延伸進入該倒U字形之一缺口內。

在一些實施例中，該行動裝置更包括：一第二輔助輻射部，呈現浮接狀態，並設置於該金屬機構件和該邊框之間，其中該第二輔助輻射部於該介質基板上具有一垂直投影，而該垂直投影係與該饋入輻射部、該第一輻射部、該第二輻射部，或(且)該寄生輻射部至少部份重疊。

在一些實施例中，該第二輔助輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之該低頻部份或該高頻部份之0.5倍波長。

在一些實施例中，該第二輔助輻射部係呈現一直條形並大致平行於該介質基板。

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1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2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可為一智慧型手機(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1、2圖。如第1、2圖所示，行動裝置100包括：一金屬機構件(Metal Mechanism Element)110、一邊框(Bezel/Frame)115、一饋入輻射部(Feeding Radiation Element)130、一第一輻射部(Radiation Element)140、一第二輻射部150、一寄生輻射部(Parasitic Radiation Element)160、一介質基板(Dielectric Substrate)170，以及一第一輔助輻射部(Auxiliary Radiation Element)180，其中饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150、寄生輻射部160，以及第一輔助輻射部180皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。為了避免視覺遮蔽並使讀者易於理解本發明，第1圖中之邊框115被省略且介質基板170被顯示成一透明元件(以虛線框表示)，而第2圖中則未顯示出饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150，以及寄生輻射部160。必須注意的是，雖然未顯示於第1、2圖中，但行動裝置100更可包括一觸控面板(Touch Control Panel)、一顯示器(Display Device)、一揚聲器(Speaker)、一電池模組(Battery Module)，或(且)一外殼(Housing)。

金屬機構件110可以是行動裝置100之一金屬外殼。在一些實施例中，金屬機構件110為一筆記型電腦之一金屬上蓋，或為一平板電腦之一金屬背蓋，但亦不僅限於此。舉例而言，若行動裝置100為一筆記型電腦，則金屬機構件110可為筆記型電腦領域中俗稱之「A件」。金屬機構件110具有一槽孔120，其中金屬機構件110之槽孔120可大致呈現一直條形。詳細而言，槽孔120可為一開口槽孔(Open Slot)並具有互相遠離之一開口端(Open End)121和一閉口端(Closed End)122。行動裝置100亦可包括一非導體材質，其係填充於金屬機構件110之槽孔120中，以達成防水或防塵之功能。

邊框115可以是行動裝置100之一螢幕邊框(Display Bezel/Frame)。在一些實施例中，邊框115為一筆記型電腦之一螢幕邊框，或為一平板電腦之一螢幕邊框，但亦不僅限於此。舉例而言，若行動裝置100為一筆記型電腦，則邊框115可為筆記型電腦領域中俗稱之「B件」，而一顯示器可內嵌於邊框115之中。邊框115係以非導體材質製成，例如：塑膠材質。邊框115係相對於金屬機構件110而設置，此二者可大致互相平行。詳細而言，金屬機構件110和邊框115之間具有一內部空間，其中饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150、寄生輻射部160、介質基板170，以及第一輔助輻射部180可皆設置於行動裝置100之前述內部空間之中。

介質基板170可以是一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性電路板(Flexible Circuit Board，FCB)。介質基板170具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150、寄生輻射部160，以及第一輔助輻射部180皆設置於介質基板170之第一表面E1上，而介質基板170之第二表面E2係鄰近於金屬機構件110之槽孔120。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：5mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。在一些實施例中，介質基板170之第二表面E2係與金屬機構件110直接互相貼合，使得介質基板170至少部份覆蓋住金屬機構件110之槽孔120。

饋入輻射部130可以大致呈現一直條形。饋入輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於饋入輻射部130之第一端131處，而饋入輻射部130之第二端132係延伸跨越金屬機構件110之槽孔120。饋入點FP更可耦接至一信號源(Signal Source)(未顯示)。例如，前述信號源可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發行動裝置100之一天線結構(Antenna Structure)。

第一輻射部140可以大致呈現一矩形或一直條形，其可大致垂直於饋入輻射部130。第一輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第一輻射部140之第一端141係耦接至饋入輻射部130之第二端132，而第一輻射部140之第二端142為一開路端(Open End)。

第二輻射部150可以大致呈現一L字形，其可至少部份垂直於饋入輻射部130。第二輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第二輻射部150之第一端151係耦接至饋入輻射部130之第二端132和第一輻射部140之第一端141，而第二輻射部150之第二端152為一開路端並延伸跨越金屬機構件110之槽孔120。

寄生輻射部160可以大致呈現一直條形，其可大致平行於饋入輻射部130。寄生輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中寄生輻射部160之第一端161係耦接至一接地電位(Ground Voltage)VSS(例如：0V)，而寄生輻射部160之第二端162係延伸跨越金屬機構件110之槽孔120。例如，接地電位VSS可由行動裝置100之一接地元件(Ground Element)所提供(未顯示)。詳細而言，饋入輻射部130和第二輻射部150之組合可以大致呈現一倒U字形，其中寄生輻射部160之第二端162可延伸進入此倒U字形之一缺口157內。在一些實施例中，寄生輻射部160之第二端162係與饋入輻射部130之第二端132大致朝相同方向作延伸，而寄生輻射部160之第二端162係與第二輻射部150之第二端152大致朝相反方向作延伸。

如第2圖所示，第一輔助輻射部180可以大致呈現一拱橋形(Arch-Shape)。詳細而言，第一輔助輻射部180具有一第一端181和一第二端182並包括一高架部份(Elevated Portion)185。第一輔助輻射部180之高架部份185可以大致呈現一直條形，其可介於第一輔助輻射部180之第一端181和第二端182之間。第一輔助輻射部180之第一端181係耦接至接地電位VSS。第一輔助輻射部180之第二端182為一開路端並可直接接觸介質基板170之第一表面E1上之一非金屬區域(Non-metal Region)177。雖然第一輔助輻射部180之第二端182未直接耦接至接地電位VSS，但其於介質基板170上之彎折設計可強化第一輔助輻射部180之結構穩定度(Structural Stability)。第一輔助輻射部180之高架部份185係未直接接觸介質基板170之第一表面E1。例如，第一輔助輻射部180之高架部份185可與介質基板170分離且大致互相平行。第一輔助輻射部180之第二端182和第一輻射部140之第二端142之間可形成一耦合間隙(Coupling Gap)，使得第一輔助輻射部180可由第一輻射部140和饋入輻射部130所耦合激發。在較佳實施例中，饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150、寄生輻射部160、第一輔助輻射部180，以及金屬機構件110之槽孔120係共同形成行動裝置100之天線結構。另外，槽孔120之閉口端122可位於饋入輻射部130和第一輔助輻射部180之間，以微調此天線結構之阻抗匹配(Impedance Matching)。

在一些實施例中，行動裝置100之天線結構可以涵蓋一第一頻帶(Frequency Band)和一第二頻帶，其中前述之第一頻帶可約介於2400MHz至2500MHz之間，前述之第二頻帶之一低頻部份可約介於5150MHz至5600MHz之間，而前述之第二頻帶之一高頻部份可約介於5600MHz至5850MHz之間。因此，行動裝置100之天線結構至少可支援WLAN(Wireless Local Area Networks) 2.4GHz/5GHz之雙頻操作。

在天線原理方面，前述之第一頻帶可由饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150、寄生輻射部160，以及金屬機構件110之槽孔120所共同激發產生，而前述之第二頻帶之低頻部份或高頻部份可由第一輔助輻射部180所激發產生。必須注意的是，第一輔助輻射部180之高架部份185係相對遠離金屬機構件110，故其輻射場型(Radiation Pattern)較不易受到金屬機構件110之負面影響。若行動裝置100之天線結構具有較大之饋入損耗(例如：耦接至信號源之一電纜線過長)，則第一輔助輻射部180之高架部份185仍可強化天線結構於前述第二頻帶內之輻射效率(Radiation Efficiency)和輻射增益(Radiation Gain)，從而可改善行動裝置100之整體通訊品質。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線結構之輻射增益圖，其中一第一曲線(Curve)CC1係代表行動裝置100未使用第一輔助輻射部180時天線結構之操作特性，而一第二曲線CC2係代表行動裝置100已使用第一輔助輻射部180時天線結構之操作特性。根據第3圖之量測結果，在行動裝置100納入第一輔助輻射部180之後，其天線結構於前述第二頻帶內之輻射增益可上升約2dB，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。金屬機構件110之槽孔120之長度(亦即，由開口端121至閉口端122之長度)可以大致等於行動裝置100之天線結構之第一頻帶之0.25倍波長(λ/4)。饋入輻射部130之長度(亦即，由第一端131至第二端132之長度)可大於或等於寄生輻射部160之長度(亦即，由第一端161至第二端162之長度)。第二輻射部150之長度(亦即，由第一端151至第二端152之長度)可至少為第一輻射部140之長度(亦即，由第一端141至第二端142之長度)之5倍以上。寄生輻射部160之長度可以小於或等於8mm。耦合間隙GC1之寬度可小於或等於1mm。第一輔助輻射部180之長度L1(亦即，由第一端181至第二端182之長度L1)可以大致等於行動裝置100之天線結構之第二頻帶之低頻部份或高頻部份之0.25倍波長(λ/4)。第一輔助輻射部180之寬度W1可介於2mm至3mm之間。第一輔助輻射部180之高架部份185和介質基板170之第一表面E1之間距D1可介於1.5mm至2mm之間。以上元件尺寸之範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化行動裝置100之天線結構之操作頻寬(Operation Bandwidth)和阻抗匹配。

第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置400之俯視圖。第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置400之側視圖。請一併參考第4、5圖。第4、5圖和第1、2圖相似。在第4、5圖之實施例中，行動裝置400之一天線結構更包括一第二輔助輻射部490，其可用金屬材質製成並可設置於金屬機構件110和邊框115之間。為了避免視覺遮蔽並使讀者易於理解本發明，第4圖中之邊框115被省略且介質基板170被顯示成透明元件，而第5圖中則未顯示出饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150、寄生輻射部160，以及第一輔助輻射部180。第二輔助輻射部490可以大致呈現一直條形，其可大致垂直於第一輔助輻射部180之高架部份185。第二輔助輻射部490係呈現浮接狀態(Floating)並具有一第一端491和一第二端492，其可皆為開路端。第二輔助輻射部490係鄰近於介質基板170，但未直接接觸介質基板170之第一表面E1。例如，第二輔助輻射部490可與介質基板170分離且大致互相平行。在一些實施例中，第二輔助輻射部490係設置於邊框115之一內表面上，其中邊框115之內表面係面向介質基板170之第一表面E1。詳細而言，第二輔助輻射部490於介質基板170之第一表面E1上具有一垂直投影(Vertical Projection)，其中第二輔助輻射部490之垂直投影可與饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150，或(且)寄生輻射部160至少部份重疊，使得第二輔助輻射部490能被耦合激發。

在一些實施例中，行動裝置400之天線結構可以涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，其中前述之第一頻帶可約介於2400MHz至2500MHz之間，前述之第二頻帶之一低頻部份可約介於5150MHz至5600MHz之間，而前述之第二頻帶之一高頻部份可約介於5600MHz至5850MHz之間。因此，行動裝置400之天線結構亦可支援WLAN 2.4GHz/5GHz之雙頻操作。

在天線原理方面，前述之第一頻帶可由饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150、寄生輻射部160，以及金屬機構件110之槽孔120所共同激發產生，而前述之第二頻帶之低頻部份和高頻部份可由第一輔助輻射部180和第二輔助輻射部490所共同激發產生。例如，第一輔助輻射部180可對應於第二頻帶之低頻部份且第二輔助輻射部490可對應於第二頻帶之高頻部份；抑或，第一輔助輻射部180可對應於第二頻帶之高頻部份且第二輔助輻射部490可對應於第二頻帶之低頻部份。必須注意的是，第二輔助輻射部490亦相對遠離金屬機構件110，故其輻射場型亦不易受到金屬機構件110之負面影響。換言之，第二輔助輻射部490之加入可進一步強化行動裝置400之天線結構於前述第二頻帶內之輻射效率和輻射增益。

第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置400之天線結構之輻射增益圖，其中第一曲線CC1係代表行動裝置400未使用第一輔助輻射部180和第二輔助輻射部490時天線結構之操作特性，而一第三曲線CC3係代表行動裝置400已使用第一輔助輻射部180和第二輔助輻射部490時天線結構之操作特性。根據第6圖之量測結果，在行動裝置400同時納入第一輔助輻射部180和第二輔助輻射部490之後，其天線結構於前述第二頻帶內之輻射增益可上升約3dB，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

在一些實施例中，行動裝置400之元件尺寸可如下列所述。第二輔助輻射部490之長度L2(亦即，由第一端491至第二端492之長度L2)可以大致等於行動裝置400之天線結構之第二頻帶之低頻部份或高頻部份之0.5倍波長(λ/2)。第二輔助輻射部490之寬度W2可介於2mm至3mm之間。第二輔助輻射部490和介質基板170之第一表面E1之間距D2可介於1mm至1.5mm之間。以上元件尺寸之範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化行動裝置400之天線結構之操作頻寬和阻抗匹配。第4、5圖之行動裝置400之其餘特徵皆與第1、2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。

本發明提出一種新穎之行動裝置和天線結構，其可與一金屬機構件互相整合。由於金屬機構件可以視為天線結構之一延伸部份，其將不會對天線結構之輻射性能造成負面影響。另外，因為有第一輔助輻射部或(且)第二輔助輻射部之加入，本發明之天線結構之輻射效率和輻射增益更可進一步提升。相較於傳統設計，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶、低損耗、高增益，以及美化行動裝置外觀等優勢，故其很適合應用於各種各式之行動通訊裝置當中。

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。

100:行動裝置

110:金屬機構件

120:槽孔

121:槽孔之開口端

122:槽孔之閉口端

130:饋入輻射部

131:饋入輻射部之第一端

132:饋入輻射部之第二端

140:第一輻射部

141:第一輻射部之第一端

142:第一輻射部之第二端

150:第二輻射部

151:第二輻射部之第一端

152:第二輻射部之第二端

157:缺口

160:寄生輻射部

161:寄生輻射部之第一端

162:寄生輻射部之第二端

170:介質基板

177:非金屬區域

180:第一輔助輻射部

181:第一輔助輻射部之第一端

182:第一輔助輻射部之第二端

185:第一輔助輻射部之高架部份

490:第二輔助輻射部

491:第二輔助輻射部之第一端

492:第二輔助輻射部之第二端

CC1:第一曲線

CC2:第二曲線

CC3:第三曲線

D1、D2:間距

E1:介質基板之第一表面

E2:介質基板之第二表面

FP:饋入點

GC1:耦合間隙

L1、L2:長度

VSS:接地電位

W1、W2:寬度

第1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天線結構之輻射增益圖。第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之俯視圖。第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之側視圖。第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之天線結構之輻射增益圖。