TWI711215B

TWI711215B - 電子裝置

Info

Publication number: TWI711215B
Application number: TW108132544A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛; 林敬基
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2020-11-21
Also published as: US11121449B2; US20210075085A1; EP3793024A1; EP3793024B1; TW202111997A

Abstract

一種電子裝置，包括：一鄰近感測器、一天線結構，以及一感測板。天線結構包括彼此分離且相鄰之一第一輻射部和一第二輻射部，其中第一輻射部具有一饋入點，而第二輻射部係耦接至一接地電位。感測板係鄰近於天線結構。感測板包括一主要支路、一第一支路，以及一第二支路，其中主要支路係耦接至鄰近感測器，第一支路係耦接至主要支路上之一第一連接點，而第二支路係耦接至主要支路上之一第二連接點。第二支路具有一蜿蜒形狀。天線結構可涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，其中感測板之一共振頻率既未落入第一頻帶內亦未落入第二頻帶內。

Description

電子裝置

本發明係關於一種電子裝置，特別係關於一種可整合感測板和天線結構之電子裝置。

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、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。

天線元件為具有無線通訊功能之行動裝置之必要組成。為了符合政府對於特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)之規範，設計者通常會在行動裝置中加入鄰近感測器(Proximity Sensor，P-sensor)來控制關於天線元件之射頻功率。然而，若鄰近感測器之感測板(Sensing Pad)之共振頻率與天線元件之操作頻率相接近，則感測板和天線元件兩者之間容易產生嚴重之互相干擾。有鑑於此，勢必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之問題。

在較佳實施例中，本發明提出一種電子裝置，包括：一鄰近感測器；一天線結構，包括彼此分離且相鄰之一第一輻射部和一第二輻射部，其中該第一輻射部具有一饋入點，而該第二輻射部係耦接至一接地電位；以及一感測板，鄰近於該天線結構，並包括一主要支路、一第一支路，以及一第二支路，其中該主要支路係耦接至該鄰近感測器，該第一支路係耦接至該主要支路上之一第一連接點，該第二支路係耦接至該主要支路上之一第二連接點，而該第二支路具有一蜿蜒形狀；其中該天線結構涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，而該感測板之一共振頻率既未落入該第一頻帶內亦未落入該第二頻帶內。

在一些實施例中，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。

在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一較短L字形，而該第一輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第二輻射部係呈現一較長L字形，而該第二輻射部之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該感測板之該共振頻率係位於一第三頻帶或一第四頻帶內，該第三頻帶係介於3000MHz至4500MHz之間，而該第四頻帶係高於6000MHz。

在一些實施例中，該感測板之該主要支路係呈現一直條形，而該第一支路係與該主要支路大致互相垂直。

在一些實施例中，該感測板之該第二支路係呈現一J字形。

在一些實施例中，該主要支路和該第一支路之總長度係大致等於該第四頻帶之0.5倍波長。

在一些實施例中，該主要支路和該第二支路之總長度係大致等於該第三頻帶之0.5倍波長。

在一些實施例中，該感測板更包括耦接至該主要支路之一增寬支路，而該主要支路和該增寬支路之一組合係呈現一矩形。

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電子裝置100之俯視圖。電子裝置100可應用於一行動裝置當中，例如：一智慧型手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。如第1圖所示，電子裝置100包括一鄰近感測器(Proximity Sensor，P-sensor)110、一天線結構(Antenna Structure)120，以及一感測板(Sensing Pad)150，其中天線結構120和感測板150皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。在一些實施例中，天線結構120和感測板150可設置於一介質基板(Dielectric Substrate)上，例如：一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板，或是一軟性電路板。

天線結構120包括一第一輻射部(Radiation Element)130和一第二輻射部140，其係彼此分離且互相鄰近。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：10mm或更短)，但通常不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)。

第一輻射部130可以大致呈現一較短L字形。詳細而言，第一輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於第一輻射部130之第一端131，而第一輻射部130之第二端132為一開路端(Open End)。饋入點FP可耦接至一信號源(Signal Source)199。例如，信號源199可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構120。

第二輻射部140可以大致呈現一較長L字形。詳細而言，第二輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第二輻射部140之第一端141係耦接至一接地電位(Ground Voltage)VSS，而第二輻射部140之第二端142為一開路端。第二輻射部140之第二端142和第一輻射部130之第二端132可大致朝相同方向作延伸。第二輻射部140和第一輻射部130之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1，使得第二輻射部140可由第一輻射部130所耦合激發。

感測板150係鄰近於天線結構120。詳細而言，感測板150包括一主要支路(Branch)160、一第一支路170，以及一第二支路180，其中第二支路180具有一蜿蜒形狀(Meandering Shape)。感測板150可具有一不等寬結構。例如，主要支路160之寬度W1可大於第一支路170之寬度W2，並可大於第二支路180之寬度W3。

主要支路160可大致呈現一較寬直條形。詳細而言，主要支路160具有一第一端161和一第二端162，其中主要支路160之第一端161係耦接至鄰近感測器110。一第一連接點(Connection Point)CP1和一第二連接點CP2皆位於主要支路160上，其中第二連接點CP2係較第一連接點CP1更靠近於主要支路160之第二端162。

第一支路170可大致呈現一較窄直條形，其可與主要支路160大致互相垂直。詳細而言，第一支路170具有一第一端171和一第二端172，其中第一支路170之第一端171係係耦接至主要支路160上之第一連接點CP1，而第一支路170之第二端172為一開路端。第一支路170和第二輻射部140之間可形成一第二耦合間隙GC2。

第二支路180可大致呈現一較窄J字形，其包括一U字形彎折部份。詳細而言，第二支路180具有一第一端181和一第二端182，其中第二支路180之第一端181係係耦接至主要支路160上之第二連接點CP2，而第二支路180之第二端182為一開路端。第二支路180和第二輻射部140之間可形成一第三耦合間隙GC3。第二支路180之第二端182和第一支路170之第二端172係朝相反且互相靠近之方向作延伸，但兩者之間並未直接接觸。在第1圖之實施例中，第二支路180之第二端182係介於第二支路180之本體(Body，或其最長之直線部份)和第二輻射部140之間，但本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，第二支路180之第二端182之延伸方向可根據不同需求進行調整。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置100之天線結構120之返回損失(Return Loss)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。根據第2圖之量測結果，天線結構120可涵蓋一第一頻帶FB1和一第二頻帶FB2，其中第一頻帶FB1可介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶FB2可介於5150MHz至5850MHz之間。因此，天線結構120將至少可支援WLAN(Wireless Local Area Networks) 2.4GHz/5GHz之雙頻帶操作。

必須注意的是，感測板150之一共振頻率(Resonant Frequency)既未落入第一頻帶FB1內亦未落入第二頻帶FB2內。因此，即使電子裝置100中之感測板150係與天線結構120互相整合，感測板150仍然不會對天線結構120之輻射效能造成負面影響，且感測板150自身亦能維持足夠長之可偵測距離。在一些實施例中，感測板150之共振頻率係位於一第三頻帶或一第四頻帶內，其中前述第三頻帶可介於3000MHz至4500MHz之間，而前述第四頻帶可高於6000MHz(例如：可介於6000MHz至8000MHz之間)。

在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。第一輻射部130之長度(亦即，由第一端131至第二端132之長度)可以大致等於第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第二輻射部140之長度(亦即，由第一端141至第二端142之長度)可以大致等於第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。主要支路160和第一支路170之總長度(亦即，由第一端161起經過第一連接點CP1再至第二端172之總長度)可以大致等於前述第四頻帶之0.5倍波長(λ/2)。主要支路160和第二支路180之總長度(亦即，由第一端161起經過第二連接點CP2再至第二端182之總長度)可以大致等於前述第三頻帶之0.5倍波長(λ/2)。主要支路160之寬度W1可至少為第一支路170之寬度W2之3倍以上。第二支路180之寬度W3可大致等於第一支路170之寬度W2。第一耦合間隙GC1、第二耦合間隙GC2，以及第三耦合間隙GC3之每一者之寬度可皆小於2mm。第一輻射部130和第二輻射部140之間距D1可大於或等於10mm。第二輻射部140和主要支路160之間距D2可大於或等於1mm。以上尺寸範圍係根據多次實驗結果而求出，其有助於最佳化天線結構130之操作頻寬(Operation Bandwidth)和阻抗匹配(Impedance Matching)，同時又能最大化感測板150之可偵測距離。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電子裝置300之俯視圖。第3圖和第1圖相似。在第3圖之實施例中，電子裝置300之一感測板350之一第二支路380具有一第一端381和一第二端382，其中第二支路380之本體係介於第二支路380之第二端382和第二輻射部140之間。根據實際量測結果，此種省略第三耦合間隙GC3之設計不太會影響天線結構120之輻射性能，其可增加電子裝置300之設計彈性。第3圖之電子裝置300之其餘特徵皆與第1圖之電子裝置100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電子裝置400之俯視圖。第4圖和第1圖相似。在第4圖之實施例中，電子裝置400之一感測板450更包括耦接至主要支路160之一增寬支路490，其中主要支路160和增寬支路490之一組合係呈現一矩形或一正方形。例如，主要支路160和增寬支路490之總長度LT可小於或等於8mm，而主要支路160和增寬支路490之總寬度WT可大於或等於3mm。根據實際量測結果，增寬支路490之加入可進一步增長感測板450之可偵測距離。第4圖之電子裝置400之其餘特徵皆與第1圖之電子裝置100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電子裝置400之天線結構120之輻射效率(Radiation Efficiency)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表輻射效率(dB)。根據第5圖之量測結果可知，電子裝置400之天線結構120於第一頻帶FB1和第二頻帶FB2內之輻射效率均可達-4dB或更高，同時，感測板450之可偵測距離則能達至少20mm，此已可滿足一般行動通訊之實際應用需求。

第6A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置600之示意圖。第6B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置600之示意圖。行動裝置600為一可翻轉筆記型電腦，其包括一上蓋外殼610、一螢幕邊框620、一鍵盤邊框630、一底座外殼640，以及一轉軸元件650。行動裝置600之上蓋外殼610、螢幕邊框620、鍵盤邊框630，以及底座外殼640即分別等同於筆記型電腦領域中俗稱之「A件」、「B件」、「C件」，以及「D件」。藉由使用轉軸元件650，行動裝置600可操作於一筆記本模式(如第6A圖所示)或是一平板模式(如第6B圖所示)。當針對行動裝置600執行一特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)測試程序時，其探針之測試方向可如第6A、6B圖中之箭號所示。前述之電子裝置100(或300、400)可設置於鍵盤邊框630和底座外殼640之間之一特定位置670，其可緊貼在鍵盤邊框630上。根據實際量測結果，此種整合設計方式可動態地調整天線結構120之輸出功率，從而可大幅提升行動裝置600通過特定吸收率測試之機率(特別是平板模式)。

本發明提出一種新穎之電子裝置，其可有效地整合天線結構和感測板。大致而言，本發明至少具有提高輻射效率、增加可偵測距離、微縮整體尺寸，以及降低整體製造成本等多重優勢，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。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之電子裝置並不僅限於第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電子裝置當中。

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、300、400:電子裝置

110:鄰近感測器

120:天線結構

130:第一輻射部

131:第一輻射部之第一端

132:第一輻射部之第二端

140:第二輻射部

141:第二輻射部之第一端

142:第二輻射部之第二端

150、350、450:感測板

160:主要支路

161:主要支路之第一端

162:主要支路之第二端

170:第一支路

171:第一支路之第一端

172:第一支路之第二端

180、380:第二支路

181、381:第二支路之第一端

182、382:第二支路之第二端

199:信號源

490:增寬支路

600:行動裝置

610:上蓋外殼

620:螢幕邊框

630:鍵盤邊框

640:底座外殼

650:轉軸元件

670:特定位置

CP1:第一連接點

CP2:第二連接點

D1、D2:間距

FB1:第一頻帶

FB2:第二頻帶

FP:饋入點

GC1:第一耦合間隙

GC2:第二耦合間隙

GC3:第三耦合間隙

LT:總長度

VSS:接地電位

W1、W2、W3:寬度

WT:總寬度

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之俯視圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之天線結構之返回損失圖。第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電子裝置之俯視圖。第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電子裝置之俯視圖。第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電子裝置之天線結構之輻射效率圖。第6A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖。第6B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖。

100:電子裝置