TWI731788B

TWI731788B - 行動裝置

Info

Publication number: TWI731788B
Application number: TW109131252A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛; 林敬基
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2021-06-21
Also published as: US20220085483A1; TW202211541A; CN114171904A; US11380977B2; CN114171904B

Abstract

一種行動裝置，包括：一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第四輻射部、一第五輻射部，以及一介質基板。第一輻射部和第三輻射部皆耦接至一信號源。第二輻射部係耦接至一接地電位，而第二輻射部係鄰近於第一輻射部。第一輻射部、第二輻射部，以及第三輻射部皆大致朝相同方向作延伸。第四輻射部係耦接至接地電位，而第四輻射部係設置於第一輻射部和第二輻射部之間。第五輻射部係耦接至接地電位，而第五輻射部係鄰近於第二輻射部。第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部、第四輻射部、第五輻射部，以及介質基板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，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、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。

天線為支援無線通訊之行動裝置中不可或缺之元件。然而，天線很容易受到鄰近金屬元件所影響，此常造成天線元件受到干擾且整體通訊品質下滑。有鑑於此，勢必須提出一種全新解決方案，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：一第一輻射部，耦接至一信號源；一第二輻射部，耦接至一接地電位，其中該第二輻射部係鄰近於該第一輻射部；一第三輻射部，耦接至該信號源，其中該第一輻射部、該第二輻射部，以及該第三輻射部皆大致朝相同方向作延伸；一第四輻射部，耦接至該接地電位，其中該第四輻射部係設置於該第一輻射部和該第二輻射部之間；一第五輻射部，耦接至該接地電位，其中該第五輻射部係鄰近於該第二輻射部；以及一介質基板，其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部皆設置於該介質基板上；其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部、該第五輻射部，以及該介質基板共同形成一天線結構。

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之示意圖。行動裝置100可以是一智慧型手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。如第1圖所示，行動裝置100包括：一第一輻射部(Radiation Element)110、一第二輻射部120、一第三輻射部130、一第四輻射部140、一第五輻射部150，以及一介質基板(Dielectric Substrate)170，其中第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140，以及第五輻射部150皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。必須理解的是，雖然未顯示於第1圖中，但行動裝置100更可包括其他元件，例如：一處理器、一觸控面板、一揚聲器、一電池模組，以及一外殼。

行動裝置100之一接地電位VSS可由一接地元件(Ground Element)所提供(未顯示)。例如，前述之接地元件可由一接地銅箔(Ground Copper Foil)來實施，其更可耦接至行動裝置100之一系統接地面(System Ground Plane)(未顯示)。

第一輻射部110可以大致呈現一等寬L字形。詳細而言，第一輻射部110具有一第一端111和一第二端112，其中第一輻射部110之第一端111係耦接至一信號源(Signal Source)190，而第一輻射部110之第二端112為一開路端(Open End)。例如，信號源190可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組。

第二輻射部120可以大致呈現一不等寬L字形。詳細而言，第二輻射部120具有一第一端121和一第二端122，其中第二輻射部120之第一端121係耦接至接地電位VSS，而第二輻射部120之第二端122為一開路端。第二輻射部120之第二端122和第一輻射部110之第二端112可以大致朝相同方向作延伸。在一些實施例中，第二輻射部120包括一較寬部份124和一較窄部份125，其中較寬部份124係鄰近於第二輻射部120之第一端121，而較窄部份125係鄰近於第二輻射部120之第二端122。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)。亦即，第二輻射部120之較寬部份124可耦接至接地電位VSS。第二輻射部120係鄰近於第一輻射部110，使得第二輻射部120之較窄部份125與第一輻射部110之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。

第三輻射部130可以大致呈現一直條形，其可與第一輻射部110至少部份平行。詳細而言，第三輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第三輻射部130之第一端131係耦接至信號源190，而第三輻射部130之第二端132為一開路端。第三輻射部130之第二端132和第一輻射部110之第二端112可以大致朝相同方向作延伸。

第四輻射部140可以大致呈現一矩形，其可設置於第一輻射部110和第二輻射部120之間。詳細而言，第四輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第四輻射部140之第一端141係耦接至接地電位VSS，而第四輻射部140之第二端142為一開路端並朝靠近第二輻射部120之較窄部份125之方向作延伸。第四輻射部140和第一輻射部110之間可形成一第二耦合間隙GC2，而第四輻射部140和第二輻射部120之較寬部份124之間可形成一第三耦合間隙GC3。

第五輻射部150可以大致呈現等寬或不等寬之一L字形。詳細而言，第五輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第五輻射部150之第一端151係耦接至接地電位VSS，而第五輻射部150之第二端152為一開路端。第五輻射部150之第二端152和第二輻射部120之第二端122可以大致朝相反且互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，第五輻射部150包括一第一部份154和一第二部份155，其中第一部份154係鄰近於第五輻射部150之第一端151，而第二部份155係鄰近於第五輻射部150之第二端152。第五輻射部150係鄰近於第二輻射部120，使得第五輻射部150之第一部份154和第二輻射部120之較寬部份124之間可形成一第四耦合間隙GC4。

介質基板170可為一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)。第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140，以及第五輻射部150皆可設置於介質基板170之同一表面上。在較佳實施例中，第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140、第五輻射部150，以及介質基板170係共同形成平面式之一天線結構180(Antenna Structure)。

第2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180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，當由信號源190所激發時，行動裝置100之天線結構180可涵蓋一第一頻帶FB1、一第二頻帶FB2，以及一第三頻帶FB3。例如，第一頻帶FB1可介於2400MHz至2500MHz之間，第二頻帶FB2可介於5150MHz至5850MHz之間，而第三頻帶FB3可介於5925MHz至7125MHz之間。因此，行動裝置100之天線結構180將至少可支援傳統WLAN(Wireless Wide Area Network) 2.4GHz/5GHz以及新世代Wi-Fi 6e之寬頻操作。

在天線原理方面，第一輻射部110可激發產生前述之第二頻帶FB2。第二輻射部120可由第一輻射部110所耦合激發，以產生前述之第一頻帶FB1。第三輻射部130可激發產生前述之第三頻帶FB3。第四輻射部140可用於微調前述之第二頻帶FB2和第三頻帶FB3之阻抗匹配(Impedance Matching)。第五輻射部150則可用於微調前述之第一頻帶FB1之阻抗匹配。

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180之輻射增益(Radiation Gain)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表輻射增益(dB)。根據第3圖之量測結果，行動裝置100之天線結構180於第一頻帶FB1、第二頻帶FB2，以及第三頻帶FB3中之輻射增益皆可達-6dB或更高，此已可滿足新世代Wi-Fi通訊系統之實際應用需求。

在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。第一輻射部110之長度L1可以大致等於行動裝置100之天線結構180之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第二輻射部120之長度L2可以大致等於行動裝置100之天線結構180之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。在第二輻射部120中，較寬部份124之寬度W21可以大於或等於8mm，而較窄部份125之寬度W22可介於2mm至3mm之間。第三輻射部130之長度L3可以大致等於行動裝置100之天線結構180之第三頻帶FB3之0.25倍波長(λ/4)。第四輻射部140之長度L4可介於4mm至5mm之間。第四輻射部140之寬度W4可介於2mm至3mm之間。第五輻射部150之長度L5可以大於或等於10mm。在第五輻射部150中，第一部份154之寬度W51可介於2mm至4mm之間，而第二部份155之寬度W52可介於1mm至3mm之間。第一耦合間隙GC1之寬度可以小於或等於1mm。第二耦合間隙GC2之寬度可以小於或等於1mm。第三耦合間隙GC3之寬度可以小於或等於1mm。第四耦合間隙GC4之寬度可以小於或等於1mm。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180之操作頻寬(Operation Bandwidth)和阻抗匹配。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之筆記型電腦400之示意圖。在第4圖之實施例中，前述之天線結構180可應用於筆記型電腦400當中，其中筆記型電腦400包括一上蓋外殼(Upper Cover Housing)410、一顯示器邊框(Display Frame)420、一鍵盤邊框(Keyboard Frame)430，以及一底座外殼(Base Housing)440。必須理解的是，上蓋外殼410、顯示器邊框420、鍵盤邊框430，以及底座外殼440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」。前述之天線結構180可設置於筆記型電腦400之一第一位置451、一第二位置452，或(且)一第三位置453處，並可由非導體之鍵盤邊框430所覆蓋。鍵盤邊框430可視為筆記型電腦400之一天線窗(Antenna Window)，其中前述之天線結構180之電磁波(Electromagnetic Wave)可透過鍵盤邊框430進行傳遞。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之筆記型電腦400之部份剖面圖。在第5圖之實施例中，底座外殼440包括一平行區域(Parallel Region)445和一削型區域(Cutting Retraction Region)446，其中平行區域445可與鍵盤邊框430大致互相平行，削型區域446之一側可連接至平行區域445，而削型區域446之另一側可連接至鍵盤邊框430之邊緣處。詳細而言，底座外殼440具有一結構轉折處447，其中結構轉折處447係位於平行區域445和削型區域446之間，使得平行區域445和削型區域446兩者之延伸平面不同。鍵盤邊框430和平行區域445之間具有一第一平均距離(Average Distance)DA1，而鍵盤邊框430和削型區域446之間具有一第二平均距離DA2，其中第二平均距離DA2係小於第一平均距離DA1。例如，第二平均距離DA2可大致等於第一平均距離DA1之一半。在一些實施例中，鍵盤邊框430係位於一第一平面E1上，而底座外殼440之平行區域445係位於與第一平面E1平行之一第二平面E2上。

必須注意的是，前述之天線結構180可設置於鍵盤邊框430和底座外殼440之間。天線結構180於底座外殼440上具有一垂直投影(Vertical Projection)T1，而此垂直投影T1係至少部份位於底座外殼440之削型區域446內。根據實際量測結果，若將第二輻射部120之較寬部份124之寬度W21設計為8mm以上，則天線結構180之輻射效率將不致受到底座外殼440之削型區域446之鄰近設計所影響。因此，本發明之天線結構180將可在底座外殼440由全金屬材質所製成之前提下仍可保持良好之通訊品質。

本發明提出一種新穎之行動裝置和天線結構，相較於傳統設計，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶，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。本發明之行動裝置及天線結構並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5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。

100:行動裝置

110:第一輻射部

111:第一輻射部之第一端

112:第一輻射部之第二端

120:第二輻射部

121:第二輻射部之第一端

122:第二輻射部之第二端

124:第二輻射部之較寬部份

125:第二輻射部之較窄部份

130:第三輻射部

131:第三輻射部之第一端

132:第三輻射部之第二端

140:第四輻射部

141:第四輻射部之第一端

142:第四輻射部之第二端

150:第五輻射部

151:第五輻射部之第一端

152:第五輻射部之第二端

154:第五輻射部之第一部份

155:第五輻射部之第二部份

170:介質基板

180:天線結構

190:信號源

400:筆記型電腦

410:上蓋外殼

420:顯示器邊框

430:鍵盤邊框

440:底座外殼

445:底座外殼之平行區域

446:底座外殼之削型區域

447:底座外殼之結構轉折處

451:第一位置

452:第二位置

453:第三位置

DA1:第一平均距離

DA2:第二平均距離

E1:第一平面

E2:第二平面

FB1:第一頻帶

FB2:第二頻帶

FB3:第三頻帶

GC1:第一耦合間隙

GC2:第二耦合間隙

GC3:第三耦合間隙

GC4:第二耦合間隙

L1,L2,L3,L4,L5:長度

T1:垂直投影

VSS:接地電位

W21,W22,W4,W51,W52: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示意圖。第2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返回損失圖。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一實施例所述之筆記型電腦之示意圖。第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之筆記型電腦之部份剖面圖。