CN109216885B - 移动装置 - Google Patents

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Abstract

一种移动装置，包括一音箱元件和一天线元件。音箱元件包括一导体部分和一非导体部分，其中音箱元件的非导体部分具有相对的一第一表面和一第二表面。天线元件邻近于音箱元件的非导体部分。天线元件包括一信号源、一第一辐射部，以及一第二辐射部。信号源耦接至一馈入点。第一辐射部耦接至馈入点，其中第一辐射部由非导体部分的第一表面上延伸至非导体部分的第二表面上。第二辐射部耦接至馈入点，其中第二辐射部设置于非导体部分的第二表面上。第二辐射部与第一辐射部分离。第一辐射部和第二辐射部之间形成一耦合间隙。

Description

移动装置
技术领域
本发明涉及一种移动装置，特别涉及一种将音箱元件(Speaker Element)和天线元件(Antenna Element)两者整合在一起的移动装置。
背景技术
随着移动通信技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式计算机、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求，移动装置通常具有无线通信的功能。有些涵盖长距离的无线通信范围，例如：移动电话使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)***及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的频带进行通信，而有些则涵盖短距离的无线通信范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth***使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通信。
支持无线通信的天线(Antenna)为移动装置中不可或缺的元件。然而，由于移动装置的内部空间通常很狭小，往往不易容纳天线的各个辐射支路。因此，如何设计一种小尺寸、宽频带的天线元件，已成为现今设计者的一大挑战。
发明内容
在优选实施例中，本发明提供一种移动装置，包括：一音箱元件，包括一导体部分和一非导体部分，其中该音箱元件的该非导体部分具有相对的一第一表面和一第二表面；以及一天线元件，邻近于该音箱元件的该非导体部分，其中该天线元件包括：一信号源，耦接至一馈入点；一第一辐射部，耦接至该馈入点，其中该第一辐射部由该非导体部分之该第一表面上延伸至该非导体部分之该第二表面上；以及一第二辐射部，耦接至该馈入点，其中该第二辐射部设置于该非导体部分的该第二表面上；其中该第二辐射部与该第一辐射部分离，而该第一辐射部和该第二辐射部之间形成一耦合间隙。
在一些实施例中，该第一辐射部包括设置于该第一表面上的一第一支路，以及设置于该第二表面上的一第二支路，其中该第一支路呈现一N字形，而该第二支路呈现一U字形。
在一些实施例中，该第二辐射部包括一连接支路、一第三支路、一第四支路，以及一第五支路，其中该第三支路、该第四支路，以及该第五支路的每一个皆经由该连接支路耦接至该馈入点。
在一些实施例中，该第三支路和该第四支路皆耦接至该连接支路的一端，而其中该第三支路和该第四支路朝相反方向延伸，使得该第三支路、该第四支路，以及该连接支路的一组合呈现一T字形。
在一些实施例中，该连接支路包括邻近于该馈入点的一增宽部分。
在一些实施例中，该第五支路耦接至该连接支路的该增宽部分，而其中该第五支路呈现一直条形并平行于该第四支路。
在一些实施例中，该天线元件还包括一调整电路，其包括：一开路元件，耦接至该信号源；一电感器，耦接至该信号源；一电容器，耦接至该信号源；一短路元件，耦接至该信号源；以及一切换器，选择性地将该开路元件、该电感器、该电容器，以及该短路元件之一个耦接至一接地电位。
在一些实施例中，该天线元件还包括一第一匹配电路，而该第一匹配电路串联耦接于该馈入点和该信号源之间。
在一些实施例中，该天线元件还包括一第二匹配电路，而该馈入点经由该第二匹配电路耦接至一接地电位。
在一些实施例中，该天线元件涵盖介于700MHz至960MHz之间的一低频频带，以及介于1710MHz至3000MHz之间的一高频频带。
附图说明
图1A是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的正视图；
图1B是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的背视图；
图2是显示根据本发明一实施例所述的天线元件的部分示意图；
图3是显示根据本发明一实施例所述的调整电路的示意图；
图4是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的天线元件的电压驻波比图；
图5A是显示根据本发明另一实施例所述的天线元件的部分示意图；
图5B是显示根据本发明另一实施例所述的天线元件的部分示意图；
图5C是显示根据本发明另一实施例所述的天线元件的部分示意图；以及
图6是显示根据本发明另一实施例所述的移动装置的示意图。
【符号说明】
100、600～移动装置；
110～音箱元件；
111～音箱元件的导体部分；
112～音箱元件的非导体部分；
115～天线元件；
118～软性印刷电路板；
120～第一辐射部；
130～第一支路；
131～第一支路的第一端；
132～第一支路的第二端；
140～第二支路；
141～第二支路的第一端；
142～第二支路的第二端；
150～第二辐射部；
160～连接支路；
161～连接支路的第一端；
162～连接支路的第二端；
163～连接支路的增宽部分；
170～第三支路；
171～第三支路的第一端；
172～第三支路的第二端；
180～第四支路；
181～第四支路的第一端；
182～第四支路的第二端；
190～第五支路；
191～第五支路的第一端；
192～第五支路的第二端；
199～信号源；
210～调整电路；
210-1～第一调整电路；
210-2～第二调整电路；
210-3～第三调整电路；
211～开路元件；
212～电感器；
213～电容器；
214～短路元件；
215～切换器；
220～第一匹配电路；
230～第二匹配电路；
410～第一共振模态；
420～第二共振模态；
430～第三共振模态；
440～第四共振模态；
601～移动装置的背盖；
602～移动装置的显示器；
603～移动装置之上方侧；
604～移动装置之下方侧；
CC1～第一曲线；
CC2～第二曲线；
CC3～第三曲线；
E1～非导体部分的第一表面；
E2～非导体部分的第二表面；
FP～馈入点；
FB1～低频频带；
FB2～高频频带；
GC1～耦合间隙；
N1～第一端点；
N2～第二端点；
SC～控制信号；
VSS～接地电位。
具体实施方式
为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合附图，作详细说明如下。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”及“包括”一词为开放式的用语，故应解释成“包含但不仅限定于”。“大致”一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，“耦接”一词在本说明书中包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。
图1A是显示根据本发明一实施例所述的移动装置100的正视图。图1B是显示根据本发明一实施例所述的移动装置100的背视图。请一并参考图1A、1B。移动装置100可以是一智能手机(Smart Phone)、一平板计算机(Tablet Computer)，或是一笔记型计算机(Notebook Computer)。如图1A、1B所示，移动装置100至少包括一音箱元件(亦称一扬声器元件，Speaker Element)110和一天线元件(Antenna Element)115，其中天线元件115与音箱元件110互相整合。音箱元件110包括一导体部分111和一非导体部分112。举例而言，音箱元件110的导体部分111内可设置有一音箱控制电路，而音箱元件110的非导体部分112可为一塑胶共振空腔，其中声波能量可于此塑胶共振空腔中发生共振并作进一步增强。音箱元件110的形状与尺寸于本发明中皆不特别作限制，例如，其可为一长方体或一不规则立体形状。天线元件115邻近于音箱元件110的非导体部分112。在一些实施例中，天线元件115的各个辐射部围绕着音箱元件110的非导体部分112，以形成一立体天线结构。必须理解的是，虽然未显示于图1A、1B中，但移动装置100更可包括其他元件，例如：一处理器(Processor)、一触控面板(Touch Control Panel)、一电池模块(Battery Module)，以及一外壳(Housing)。
天线元件115包括一信号源199、一第一辐射部(Radiation Element)120，以及一第二辐射部150，其中第一辐射部120和第二辐射部150皆由金属材质所制成。信号源199可为一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于产生一发射信号或是处理一接收信号。信号源199耦接至一馈入点FP，其中馈入点FP更耦接至第一辐射部120和第二辐射部150，以激发天线元件115。详细而言，音箱元件110的非导体部分112具有相对的一第一表面E1和一第二表面E2，其中第一辐射部120由非导体部分112的第一表面E1上延伸至非导体部分112的第二表面E2上，而第二辐射部150仅设置于非导体部分112的第二表面E2上。第二辐射部150与第一辐射部120完全分离，其中第一辐射部120和第二辐射部150之间形成一耦合间隙(Coupling Gap)GC1。在一些实施例中，天线元件115还包括一软性印刷电路板(FlexiblePrinted Circuit Board，FPCB)118，其中第一辐射部120和第二辐射部150形成于此软性印刷电路板118上，而软性印刷电路板118再贴合于非导体部分112的第一表面E1和第二表面E2上。在另一些实施例中，第一辐射部120和第二辐射部150以雷雕技术(Laser DirectStructuring，LDS)直接形成于非导体部分112的第一表面E1和第二表面E2上，而不使用任何软性印刷电路板118。
必须理解的是，第一辐射部120和第二辐射部150的形状和尺寸可视不同需要进行微调。以下实施例将说明第一辐射部120和第二辐射部150的细部结构特征，然而其仅为举例，非用于限制本发明。
第一辐射部120包括设置于非导体部分112的第一表面E1上的一第一支路130，以及设置于非导体部分112的第二表面E2上的一第二支路140。第一支路130可以呈现一N字形。第一支路130具有一第一端131和一第二端132，其中第一支路130的第一端131耦接至馈入点FP。第二支路140可以呈现一U字形。第二支路140具有一第一端141和一第二端142，其中第二支路140的第一端141耦接第一支路130的第二端132，而第二支路140的第二端142为一开路端(Open End)并延伸至非导体部分112的边缘处。
第二辐射部150包括设置于非导体部分112的第二表面E2上的一连接支路160、一第三支路170、一第四支路180，以及一第五支路190，其中第三支路170、第四支路180，以及第五支路190的每一个皆经由连接支路160耦接至馈入点FP。连接支路160可以呈现一直条形。连接支路160具有一第一端161和一第二端162，其中连接支路160的第一端161耦接至馈入点FP。连接支路160可以包括邻近于馈入点FP的一增宽部分163，其中此增宽部分163可呈现一矩形，使得第一端161的宽度大于第二端162的宽度。例如，第一端161的宽度可为第二端162的宽度的1至2倍，以调整天线元件115的高频阻抗匹配(Impedance Matching)。第三支路170可以呈现一直条形。第三支路170具有一第一端171和一第二端172，其中第三支路170的第一端171耦接至连接支路160的第二端162，而第三支路170的第二端172为一开路端。第四支路180可以呈现一直条形。第四支路180具有一第一端181和一第二端182，其中第四支路180的第一端181耦接至连接支路160的第二端162和第三支路170的第一端171，而第四支路180的第二端182为一开路端。第四支路180的长度略大于第三支路170的长度。第三支路170的第二端172和第四支路180的第二端182可朝相反方向作延伸，使得第三支路170、第四支路180，以及连接支路160之一组合可以呈现一T字形。第五支路190可以呈现一直条形并平行于第四支路180。第五支路190具有一第一端191和一第二端192，其中第五支路190的第一端191耦接至连接支路160的增宽部分163，而第五支路190的第二端为一开路端。第五支路190的长度小于第三支路170的长度或第四支路180的长度。例如，第四支路180的长度可为第五支路190的长度的2至3倍。
图2是显示根据本发明一实施例所述的天线元件115的部分示意图。在图2的实施例中，天线元件115还包括一调整电路(Tuning Circuit)210、一第一匹配电路(MatchingCircuit)220，以及一第二匹配电路230，其中信号源199可经由调整电路210耦接至一接地电位VSS，第一匹配电路220可串联耦接于馈入点FP和信号源199之间，而馈入点FP可经由第二匹配电路230耦接至接地电位VSS。例如，调整电路210可用一可变电容器(VariableCapacitor)或一可变电感器(Variable Inductor)来实施，以提供不同的阻抗值。第一匹配电路220和第二匹配电路230可各自包括一或多个芯片电容器(Chip Capacitor)或(且)芯片电感器(Chip Inductor)，以调整天线元件115的高低频阻抗匹配。在另一些实施例中，第一匹配电路220可用一简单短路元件(Short-Circuited Element)来取代，而第二匹配电路230可用一简单开路元件(Open-Circuited Element)来取代。必须注意的是，前述的调整电路210、第一匹配电路220，以及第二匹配电路230皆为选用元件(Optional Element)，在其他实施例中也可将之移除，使得信号源199直接连接至馈入点FP。
图3是显示根据本发明一实施例所述的调整电路210的示意图。必须理解的是，图3的调整电路210的配置仅为举例，并非用于限制本发明。在图3的实施例中，调整电路210包括一开路元件211、一电感器212、一电容器213、一短路元件214，以及一切换器215。开路元件211、电感器212、电容器213，以及短路元件214皆耦接至调整电路210的一第一端点N1。切换器215耦接至调整电路210的一第二端点N2，其中切换器215可于开路元件211、电感器212、电容器213，以及短路元件214之间作切换。例如，切换器215可根据一控制信号SC来选择性地将开路元件211、电感器212、电容器213，以及短路元件214的一个耦接至调整电路210的第二端点N2。前述的控制信号SC可根据一使用者指令由一处理器来产生。若将图3的调整电路210套用至图2的实施例，则调整电路210的第一端点N1耦接至信号源199，而调整电路210的第二端点N2耦接至接地电位VSS。
图4是显示根据本发明一实施例所述的移动装置100的天线元件115的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表电压驻波比。如图4所示，一第一曲线CC1代表切换器215选择电容器213时天线元件115的操作特性，一第二曲线CC2代表切换器215选择开路元件211时天线元件115的操作特性，而一第三曲线CC3代表切换器215选择电感器212时天线元件115的操作特性。根据图4的测量结果，天线元件115可涵盖介于700MHz至960MHz之间的一低频频带FB1，以及介于1710MHz至3000MHz之间的一高频频带FB2，其中前述的调整电路210主要用于增加低频频带FB1的带宽。在此设计下，移动装置100的天线元件115将至少可支持LTE(Long Term Evolution)的宽频带操作。
请一并参考第1-4图。在天线原理方面，天线元件115的低频频带FB1由第一辐射部120所激发产生，而天线元件115的高频频带FB2由第一辐射部120和第二辐射部150所共同激发产生。在一些实施例中，天线元件115的元件尺寸可如下列所述。
第一辐射部120的第一支路130和第二支路140的总长度(从第一端131起经由第二端132和第一端141再至第二端142的总长度)可大致等于低频频带FB1之中心频率的0.25倍波长(λ/4)。高频频带FB2可包括一第一共振模态410(位于约1710MHz处)、一第二共振模态420(位于约2200MHz处)、一第三共振模态430(位于约2550MHz处)，以及一第四共振模态440(位于约3000MHz处)。第二辐射部150的连接支路160和第三支路170的总长度(从第一端161起经由第二端162和第一端171再至第二端172的总长度)可大致等于高频频带FB2的第二共振模态420的0.25倍波长(λ/4)。第二辐射部150的连接支路160和第四支路180的总长度(从第一端161起经由第二端162和第一端181再至第二端182的总长度)可大致等于高频频带FB2的第一共振模态410的0.25倍波长(λ/4)。第二辐射部150的连接支路160和第五支路190的总长度(从第一端161起经由第一端191再至第二端192的总长度)可大致等于高频频带FB2的第四共振模态440的0.25倍波长(λ/4)。高频频带FB2的第三共振模态430可由第一辐射部120的第一支路130和第二支路140的倍频共振所产生。第一辐射部120和第二辐射部150之间的耦合间隙GC1的宽度可介于1mm至5mm之间，此宽度范围可维持两辐射部间适当的耦合量。以上元件尺寸根据多次实验结果而得出，其有助于最佳化天线元件115的操作频带和阻抗匹配。
图5A是显示根据本发明另一实施例所述的天线元件115的部分示意图。在图5A的实施例中，信号源199经由第一匹配电路220耦接至接地电位VSS，第二匹配电路230串联耦接于馈入点FP和信号源199之间，而馈入点FP经由调整电路210耦接至接地电位VSS。若将图3的调整电路210套用至图5A的实施例，则调整电路210的第一端点N1耦接至馈入点FP，而调整电路210的第二端点N2耦接至接地电位VSS。
图5B是显示根据本发明另一实施例所述的天线元件115的部分示意图。在图5B的实施例中，信号源199经由第一匹配电路220耦接至接地电位VSS，调整电路210串联耦接于馈入点FP和信号源199之间，而馈入点FP经由第二匹配电路230耦接至接地电位VSS。若将图3的调整电路210套用至图5B的实施例，则调整电路210的第一端点N1耦接至信号源199，而调整电路210的第二端点N2耦接至馈入点FP。
图5C是显示根据本发明另一实施例所述的天线元件115的部分示意图。在图5C的实施例中，天线元件115还包括一第一调整电路210-1、一第二调整电路210-2，以及一第三调整电路210-3。信号源199经由第一调整电路210-1耦接至接地电位VSS，第二调整电路210-2串联耦接于馈入点FP和信号源199之间，而馈入点FP经由第三调整电路210-3耦接至接地电位VSS。第一调整电路210-1、第二调整电路210-2，以及第三调整电路210-3的每一个的详细结构皆可如图3的实施例所述，它们一起使用可以提供更宽广的频率调整范围。第5A、5B、5C图的实施例说明了各种馈入电路配置，其可满足不同阻抗匹配及操作频带的需求。
图6是显示根据本发明另一实施例所述的移动装置600的示意图。在图6的实施例中，移动装置600为一平板计算机或一智能手机，而前述的音箱元件110和天线元件115可套用至移动装置600当中。详细而言，音箱元件110的非导体部分112的第一表面E1可面朝向移动装置600的一背盖(Back Cover)601处，而音箱元件110的非导体部分112的第二表面E2可面朝向移动装置600的一显示器(Display Device)602处。在此设计下，由于天线元件115的第二辐射部150邻近于显示器602处而非背盖601处，故天线元件115于高频频带FB2中的特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)将能有效地降低。在一些实施例中，前述的音箱元件110和天线元件115设置于移动装置600的一上方侧603或一下方侧604，或是藉由多输入多输出(Multi-Input and Multi-Output，MIMO)的技术来同时设置于移动装置600的上方侧603和下方侧604。
本发明提出一种新颖的移动装置，藉由将天线元件设计于音箱元件上，天线元件可自然地形成三维立体结构，在整体天线尺寸缩小的前提下，其仍可涵盖LTE频带的宽频操作。根据实际测量结果，第一辐射部和第二辐射部彼此分离且其间形成耦合间隙的设计可明显增加整体天线的操作带宽。综合以上，本发明可兼得小尺寸、宽频带，以及低特定吸收率等优点中的至少一或多项，故其很适合应用于各种各式的移动通信装置当中。
值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状，以及频率范围皆非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的移动装置及天线元件并不仅限于第1-6图所图示的状态。本发明可以仅包括第1-6图的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换句话说，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的移动装置及天线元件当中。
在本说明书以及权利要求书中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。
本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (10)

1.一种移动装置，包括：
音箱元件，包括导体部分和非导体部分，其中该音箱元件的该非导体部分为一塑胶共振空腔，其具有相对的第一表面和第二表面；以及
天线元件，邻近于该音箱元件的该非导体部分，其中该天线元件包括：
信号源，耦接至馈入点；
第一辐射部，耦接至该馈入点，其中该第一辐射部由该非导体部分的该第一表面上延伸至该非导体部分的该第二表面上；以及
第二辐射部，耦接至该馈入点，其中该第二辐射部设置于该非导体部分的该第二表面上；
其中该第一辐射部和该第二辐射部围绕该非导体部分，形成一立体天线结构；
其中该第二辐射部与该第一辐射部分离，而该第一辐射部和该第二辐射部之间形成耦合间隙。
2.如权利要求1所述的移动装置，其中该第一辐射部包括设置于该第一表面上的第一支路，以及设置于该第二表面上的第二支路，其中该第一支路呈现N字形，而该第二支路呈现U字形。
3.如权利要求1所述的移动装置，其中该第二辐射部包括连接支路、第三支路、第四支路，以及第五支路，其中该第三支路、该第四支路，以及该第五支路的每一个皆经由该连接支路耦接至该馈入点。
4.如权利要求3所述的移动装置，其中该第三支路和该第四支路皆耦接至该连接支路的一端，而其中该第三支路和该第四支路朝相反方向延伸，使得该第三支路、该第四支路，以及该连接支路的组合呈现T字形。
5.如权利要求3所述的移动装置，其中该连接支路包括邻近于该馈入点之一增宽部分。
6.如权利要求5所述的移动装置，其中该第五支路耦接至该连接支路的该增宽部分，而其中该第五支路呈现一直条形并平行于该第四支路。
7.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线元件还包括调整电路，其包括：
开路元件，耦接至该信号源；
电感器，耦接至该信号源；
电容器，耦接至该信号源；
短路元件，耦接至该信号源；以及
切换器，选择性地将该开路元件、该电感器、该电容器，以及该短路元件的一个耦接至接地电位。
8.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线元件还包括第一匹配电路，而该第一匹配电路串联耦接于该馈入点和该信号源之间。
9.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线元件还包括第二匹配电路，而该馈入点经由该第二匹配电路耦接至接地电位。
10.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线元件涵盖介于700MHz至960MHz之间的低频频带，以及介于1710MHz至3000MHz之间的高频频带。
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