TWI825585B - 行動裝置 - Google Patents

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TWI825585B TW111105393A TW111105393A TWI825585B TW I825585 B TWI825585 B TW I825585B TW 111105393 A TW111105393 A TW 111105393A TW 111105393 A TW111105393 A TW 111105393A TW I825585 B TWI825585 B TW I825585B
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Abstract

一種行動裝置，包括：一接地元件、一第一輻射部、一第二輻射部，以及一介質基板。第一輻射部具有一饋入點，其中第一輻射部包括一蜿蜒部份。第二輻射部係耦接至饋入點，並係至少部份由第一輻射部所包圍，其中第一輻射部和第二輻射部之間形成一耦合間隙。接地元件、第一輻射部，以及第二輻射部皆設置於介質基板上。第一輻射部和第二輻射部可共同形成一平面化天線結構，其中平面化天線結構可涵蓋一TETRA(Terrestrial Trunked Radio)頻帶和一GPS(Global Positioning System)頻帶。

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(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。
天線(Antenna)為無線通訊領域中不可缺少之元件。倘若用於接收或發射信號之天線其操作頻寬(Operational Bandwidth)過窄，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出一種小尺寸、寬頻帶之天線元件，對設計者而言是一項重要課題。
在較佳實施例中，本發明提出一種行動裝置，包括：一接地元件；一第一輻射部，具有一饋入點，其中該第一輻射部包括一蜿蜒部份；一第二輻射部，耦接至該饋入點，並至少部份由該第一輻射部所包圍，其中該第一輻射部和該第二輻射部之間形成一耦合間隙；以及一介質基板，其中該接地元件、該第一輻射部，以及該第二輻射部皆設置於該介質基板上；其中該第一輻射部和該第二輻射部係共同形成一平面化天線結構；其中該平面化天線結構涵蓋一TETRA(Terrestrial Trunked Radio)頻帶和一GPS(Global Positioning System)頻帶。
在一些實施例中，該行動裝置更包括：一信號源，具有一正極和一負極，其中該信號源之該正極係耦接至該饋入點，而該信號源之該負極係耦接至該接地元件上之一接地點。
在一些實施例中，該TETRA頻帶係介於380MHz至430MHz之間。
在一些實施例中，該GPS頻帶係大致位於1575MHz處。
在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一倒U字形。
在一些實施例中，該第一輻射部之該蜿蜒部份係呈現一倒M字形。
在一些實施例中，該第一輻射部更包括一末端延伸部份。
在一些實施例中，該第二輻射部係呈現一不等寬直條形。
在一些實施例中，該第二輻射部包括一較窄部份和一較寬部份，而該較寬部份係經由該較窄部份耦接至該饋入點。
在一些實施例中，該耦合間隙係形成於該第一輻射部之該末端延伸部份和該第二輻射部之該較寬部份之間。
在一些實施例中，該第二輻射部之較窄部份之寬度係介於1mm至2mm之間。
在一些實施例中，該第二輻射部之較寬部份之寬度係介於3mm至4mm之間。
在一些實施例中，該第一輻射部之長度係小於該TETRA頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第一輻射部之長度係大致等於該TETRA頻帶之0.22倍波長。
在一些實施例中，該第一輻射部之該蜿蜒部份之長度係介於該TETRA頻帶之0.04倍至0.05倍波長之間。
在一些實施例中，該第二輻射部之長度係小於該GPS頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第二輻射部之長度係大致等於該GPS頻帶之0.15倍波長。
在一些實施例中，該耦合間隙之寬度係介於3mm至4mm之間。
在一些實施例中，該第一輻射部之該蜿蜒部份界定出一第一缺口和一第二缺口。
在一些實施例中，該第一缺口和該第二缺口之每一者之寬度皆介於2mm至4mm之間。
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。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」 及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置(Mobile Device)100之俯視圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之剖面圖(沿第1A圖之一剖面線LC1)。請一併參考第1A、1B圖。例如，行動裝置100可為一穿戴式裝置(Wearable Device)、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)。抑或，行動裝置100可為一物聯網(Internet of Things，IOT)中之任一單元。必須理解的是，雖然未顯示於第1A、1B圖當中，但行動裝置100更可包括其他元件，例如：一處理器(Processor)、一觸控面板(Touch Control Panel)、一揚聲器(Speaker)，以及一外殼(Housing)。
如第1A、1B圖所示，行動裝置100至少包括：一接地元件(Ground Element)110、一第一輻射部(Radiation Element)120、一第二輻射部130，以及一介質基板(Dielectric Substrate)170，其中接地元件110、第一輻射部120，以及第二輻射部130皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。
接地元件110可以大致呈現一矩形。例如，接地元件110可用於提供一接地電位(Ground Voltage)。在一些實施例中，接地元件110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120可以大致呈現一倒U字形。詳細而言，第一輻射部120具有一第一端121和一第二端122，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於第一輻射部120之第一端121處，而第一輻射部120之第二端122為一開路端(Open End)。第一輻射部120包括一蜿蜒部份(Meandering Portion)124。例如，第一輻射部120之蜿蜒部份124可以大致呈現一倒M字形。第一輻射部120之蜿蜒部份124可用於界定出彼此分離之一第一缺口(Notch)127和一第二缺口128，其中第一缺口127可大致呈現一矩形，而第二缺口128則可大致呈現另一矩形或一L字形。在一些實施例中，第一輻射部120更包括一末端延伸部份(Terminal Extension Portion)125，其可大致呈現一直條形並鄰近於第一輻射部120之第二端122處。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)，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，行動裝置100更包括一信號源(Signal Source)190。例如，信號源190可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組。詳細而言，信號源190具有一正極(Positive Electrode)和一負極(Negative Electrode)，其中信號源190之正極係耦接至饋入點FP，而信號源190之負極係耦接至接地元件110上之一接地點(Grounding Point)GP。例如，接地點GP可位於接地元件110之任一角落處。在一些實施例中，信號源190可經由一同軸電纜線(Coaxial Cable)(未顯示)耦接至第一輻射部120和接地元件110。
第二輻射部130可以大致呈現一不等寬直條形。詳細而言，第二輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第二輻射部130之第一端131係耦接至饋入點FP，而第二輻射部130之第二端132為一開路端。例如，第一輻射部120之第二端122和第二輻射部130之第二端132可大致朝相反方向作延伸。必須注意的是，第二輻射部130係至少部份由第一輻射部120所包圍。在一些實施例中，第二輻射部130包括鄰近於第一端131之一較窄部份(Narrow Portion)134和鄰近於第二端132之一較寬部份(Wide Portion)135，其中較寬部份135係經由較窄部份134耦接至饋入點FP。例如，第二輻射部130之較窄部份134可大致呈現一L字形，而第二輻射部130之較寬部份135可大致呈現一直條形。在一些實施例中，第一輻射部120之末端延伸部份125和第二輻射部130之較寬部份135之間可形成一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。
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 Printed Circuit，FPC)。詳細而言，介質基板170具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中接地元件110、第一輻射部120，以及第二輻射部130皆可設置於介質基板170之第一表面E1上。在一些實施例中，第一輻射部120可大致沿著介質基板170之第一表面E1之外緣作延伸。
在較佳實施例中，第一輻射部120和第二輻射部130可共同形成行動裝置100之一平面化天線結構(Planar Antenna Structure)，其可具有製作簡單及低複雜度之優勢。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之平面化天線結構之返回損失(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，行動裝置100之平面化天線結構可涵蓋一TETRA(Terrestrial Trunked Radio)頻帶FB1和一GPS(Global Positioning System)頻帶FB2。例如，TETRA頻帶FB1可介於380MHz至430MHz之間，而GPS頻帶FB2可大致位於1575MHz處，但亦不僅限於此。因此，行動裝置100之平面化天線結構將至少可支援TETRA和GPS雙頻帶之寬頻操作。
在天線原理方面，第一輻射部120可用於激發產生前述之TETRA頻帶FB1。另外，第二輻射部130則可用於激發產生前述之GPS頻帶FB2。根據實際量測結果，在加入第一輻射部120之蜿蜒部份124以及第一輻射部120和第二輻射部130之間之耦合間隙GC1之後，行動裝置100之平面化天線結構之整體尺寸將可作進一步微縮。例如，第一輻射部120之長度L1可小於TETRA頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)，而第二輻射部130之長度L3則可小於GPS頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之平面化天線結構之輻射效率(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3圖之量測結果，在前述之TETRA頻帶FB1和GPS頻帶FB2內，行動裝置100之平面化天線結構之輻射效率皆可達至少-4dB，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。第一輻射部120之長度L1可大致等於TETRA頻帶FB1之0.22倍波長(0.22λ)。第一輻射部120之寬度W1可介於1mm至2mm之間。第一輻射部120之蜿蜒部份124之長度L2可介於TETRA頻帶FB1之0.04倍至0.05倍波長之間(0.04λ~0.05λ)。第二輻射部130之長度L3可大致等於GPS頻帶FB2之0.15倍波長(0.15λ)。在第二輻射部130當中，較窄部份134之寬度W2可介於1mm至2mm之間，而較寬部份135之寬度W3可介於3mm至4mm之間。耦合間隙GC1之寬度可介於3mm至4mm之間。在第一輻射部120當中，第一缺口127之寬度W4可介於2mm至4mm之間，而第二缺口128之寬度W5亦可介於2mm至4mm之間。以上尺寸和參數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之平面化天線結構之輻射效率、操作頻寬(Operational Bandwidth)，以及阻抗匹配(Impedance Matching)。
本發明提出一種新穎之行動裝置及其天線結構。與傳統設計相比，本發明至少具有平面化、小尺寸、寬頻帶，以及低製造成本等優勢，故其很適合應用於各種各式之行動通訊裝置或物聯網當中。
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1-3圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-3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:接地元件 120:第一輻射部 121:第一輻射部之第一端 122:第一輻射部之第二端 124:第一輻射部之蜿蜒部份 125:第一輻射部之末端延伸部份 127:第一缺口 128:第二缺口 130:第二輻射部 131:第二輻射部之第一端 132:第二輻射部之第二端 134:第一輻射部之較窄部份 135:第一輻射部之較寬部份 170:介質基板 190:信號源 E1:介質基板之第一表面 E2:介質基板之第二表面 FB1:TETRA頻帶 FB2:GPS頻帶 FP:饋入點 GC1:耦合間隙 GP:接地點 L1,L2,L3:長度 LC1:剖面線 W1,W2,W3,W4,W5:寬度
第1A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1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之剖面圖。 第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之平面化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平面化天線結構之輻射效率圖。
100:行動裝置 110:接地元件 120:第一輻射部 121:第一輻射部之第一端 122:第一輻射部之第二端 124:第一輻射部之蜿蜒部份 125:第一輻射部之末端延伸部份 127:第一缺口 128:第二缺口 130:第二輻射部 131:第二輻射部之第一端 132:第二輻射部之第二端 134:第一輻射部之較窄部份 135:第一輻射部之較寬部份 170:介質基板 190:信號源 FP:饋入點 GC1:耦合間隙 GP:接地點 L1,L2,L3:長度 LC1:剖面線 W1,W2,W3,W4,W5:寬度

Claims (19)

  1. 一種行動裝置，包括：一接地元件；一第一輻射部，具有一饋入點，其中該第一輻射部包括一蜿蜒部份；一第二輻射部，耦接至該饋入點，並至少部份由該第一輻射部所包圍，其中該第一輻射部和該第二輻射部之間形成一耦合間隙；以及一介質基板，其中該接地元件、該第一輻射部，以及該第二輻射部皆設置於該介質基板上；其中該第一輻射部和該第二輻射部係共同形成一平面化天線結構；其中該平面化天線結構涵蓋一TETRA(Terrestrial Trunked Radio)頻帶和一GPS(Global Positioning System)頻帶；其中該第一輻射部之長度係小於該TETRA頻帶之0.25倍波長。
  2. 如請求項1之行動裝置，更包括：一信號源，具有一正極和一負極，其中該信號源之該正極係耦接至該饋入點，而該信號源之該負極係耦接至該接地元件上之一接地點。
  3. 如請求項1之行動裝置，其中該TETRA頻帶係介於380MHz至430MHz之間。
  4. 如請求項1之行動裝置，其中該GPS頻帶係大致位於1575MHz處。
  5. 如請求項1之行動裝置，其中該第一輻射部係呈現一倒U字形。
  6. 如請求項1之行動裝置，其中該第一輻射部之該蜿蜒部份係呈現一倒M字形。
  7. 如請求項1之行動裝置，其中該第一輻射部更包括一末端延伸部份。
  8. 如請求項1之行動裝置，其中該第二輻射部係呈現一不等寬直條形。
  9. 如請求項7之行動裝置，其中該第二輻射部包括一較窄部份和一較寬部份，而該較寬部份係經由該較窄部份耦接至該饋入點。
  10. 如請求項9之行動裝置，其中該耦合間隙係形成於該第一輻射部之該末端延伸部份和該第二輻射部之該較寬部份之間。
  11. 如請求項9之行動裝置，其中該第二輻射部之較窄部份之寬度係介於1mm至2mm之間。
  12. 如請求項9之行動裝置，其中該第二輻射部之較寬部份之寬度係介於3mm至4mm之間。
  13. 如請求項1之行動裝置，其中該第一輻射部之長度係大致等於該TETRA頻帶之0.22倍波長。
  14. 如請求項1之行動裝置，其中該第一輻射部之該蜿蜒部份之長度係介於該TETRA頻帶之0.04倍至0.05倍波長之間。
  15. 如請求項1之行動裝置，其中該第二輻射部之長度係小於該GPS頻帶之0.25倍波長。
  16. 如請求項1之行動裝置，其中該第二輻射部之長度係大致等於該GPS頻帶之0.15倍波長。
  17. 如請求項1之行動裝置，其中該耦合間隙之寬度係介於3mm至4mm之間。
  18. 如請求項1之行動裝置，其中該第一輻射部之該蜿蜒部份界定出一第一缺口和一第二缺口。
  19. 如請求項18之行動裝置，其中該第一缺口和該第二缺口之每一者之寬度皆介於2mm至4mm之間。
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