TWI577082B - 通訊裝置 - Google Patents

Description

通訊裝置

本發明係關於一種通訊裝置，特別係關於一種具有金屬外殼之平板通訊裝置及其天線元件。前述平板通訊裝置可包括智慧型手機或是平板電腦等等。

隨著行動通訊技術的快速發展，各種通訊產品不斷出現，其中，以行動通訊裝置，例如：智慧型手機及平板電腦等最為熱門。對於這些行動通訊裝置而言，外型輕薄已成為一項流行趨勢，且裝置之外型美觀、裝置之堅固性也越來越受到消費者重視。因此，如何設計出具有金屬外殼且輕薄之行動通訊裝置，以及適用於此類通訊裝置之天線元件，已成為現今天線設計者之一大挑戰。

大致而言，傳統技術所欲克服之問題主要在於：如何使通訊裝置之金屬外殼上不需安置非金屬之天線窗。無天線窗之設計可令通訊裝置具有較美化之外型。

本發明的目的在於設計出一種具有金屬外殼之通訊裝置(例如：智慧型手機，或是平板電腦等等)及其天線元件，並提供良好之通訊品質。

在較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包 括：一外殼，包括一金屬面，其中金屬面係位於外殼之一背面表面上，而金屬面之一邊緣係對齊於背面表面之一邊緣；一系統電路板，包括一接地面；以及一天線元件，包括：一金屬片，係位於該外殼之一側邊表面上，與金屬面分隔開，並沿著金屬面之邊緣作延伸，其中金屬片與金屬面之邊緣係由一非導電區間所分隔開；以及一印刷電路板，包括一電路，其中印刷電路板具有一第一連接點及一第二連接點，第一連接點係耦接至一訊號源，第二連接點係耦接至金屬片並作為天線元件之一第一饋入點，印刷電路板於金屬面上具有一垂直投影，而垂直投影係完全位於金屬面之內部。

本發明之天線元件係由金屬片及印刷電路板所形成，其中金屬片為一輻射元件，而印刷電路板包括一電路(例如：一調整電路或一匹配電路)。在一些實施例中，印刷電路板之電路包括至少一被動電路元件，其中被動電路元件係用於調整天線元件之阻抗匹配，以增加天線元件之操作頻寬。在一些實施例中，若使用被動電路元件來調整阻抗匹配，則天線元件可涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶。在一些實施例中，前述第一頻帶係介於824MHz至960MHz之間，以適合涵蓋GSM(Global System for Mobile Communications)850、GSM900頻帶以及LTE(Long Term Evolution)Band 5及Band 8頻帶；而前述第二頻帶係介於1710MHz至2690MHz之間，以涵蓋LTE及WWAN(Wireless Wide Area Network)之相關頻帶操作。

在一些實施例中，前述電路更包括一主動電路元件(例如：一切換電路)。例如，主動電路元件可於不同電感元 件之間作切換，以改變電路之總電感值。此種設計可以在不改變金屬片整體尺寸之情況下，調整天線元件之共振頻率及操作頻帶，使得天線元件可涵蓋更廣之操作頻寬。舉例而言，若使用主動電路元件，則天線元件之第一頻帶更可增加涵蓋700MHz至824MHz之頻帶區間，以更涵蓋LTE700頻帶。若同時使用主動電路元件及被動電路元件來調整阻抗匹配，則天線元件將能涵蓋介於700MHz至960MHz之間之第一頻帶，以及涵蓋介於1710MHz至2690MHz之間之第二頻帶。換言之，本發明之天線元件將可同時支援LTE及WWAN之高低頻操作。

在一些實施例中，天線元件之金屬片係形成外殼之一邊框之一部分，而邊框為一矩形形狀。在一些實施例中，金屬片與金屬面之邊緣之間距係介於0.5mm至3.0mm之間。詳細而言，前述間距至少為0.5mm，以使金屬片與金屬面兩者能作有效分隔；而前述間距至多為3.0mm，以限制非導電區間之最大寬度，從而維持具有金屬外殼之通訊裝置之美觀外型。

在一些實施例中，金屬片係垂直於金屬面，且金屬面之邊緣係對齊於外殼之邊緣。在此設計下，天線元件於金屬面上不需任何淨空區間。亦即，通訊裝置之金屬外殼上無須設置任何非金屬之天線窗，且通訊裝置之金屬面上亦無須植入任何槽縫來形成如槽孔天線之結構。在本發明之較佳實施例中，通訊裝置之外殼可擁有完整之一金屬背蓋，以維持通訊裝置之美觀外形。必須注意的是，根據實際量測結果，前述設計亦能降低使用者手握對通訊裝置之負面影響。

在一些實施例中，印刷電路板為一柔性印刷電路 板。藉由使用柔性印刷電路板，天線元件將不會佔用系統電路板及金屬外殼之任何區間，此使得通訊裝置內之配置更具有設計彈性。在一些實施例中，印刷電路板更具有一第三連接點，其中第三連接點係耦接至金屬片並作為天線元件之一第二饋入點。在一些實施例中，印刷電路板更具有一接地點，其中接地點係耦接至接地面。前述第三連接點、接地點之加入更可增加天線元件之饋入設計彈性。

在一些實施例中，前述之耦接(Coupling)機制包括直接連接(Direct Connection)、電容耦合連接(Capacitively-coupling Connection)，或電感耦合連接(Inductively-coupling Connection)。亦即，任二元件之間可直接相連，或是經由一電容器或一電感器作相連。

在一些實施例中，金屬片之長度為95mm，寬度為5mm。金屬片可以配置於一平板裝置之外殼之側邊表面上。金屬片搭配印刷電路板形成天線元件，其可涵蓋LTE/WWAN之高低頻操作頻帶(例如：低頻頻帶可介於824MHz至960MHz之間或是介於698MHz至960MHz之間，高頻頻帶可介於1710MHz至2690MHz之間)。由於天線元件不須設置於金屬面上之任何淨空區間，且其印刷電路板亦不須設置於金屬面上或系統電路板上之任何區間，本發明之天線元件將可適用於具有金屬外殼各種行動通訊裝置(特別是平板通訊裝置)，其能兼得小尺寸、寬頻帶之雙重優勢。

100‧‧‧通訊裝置

11‧‧‧外殼

110‧‧‧外殼之背面表面

111‧‧‧金屬面

112‧‧‧金屬面之邊緣

113‧‧‧邊框

114‧‧‧外殼之側邊表面

12‧‧‧系統電路板

121‧‧‧接地面

13‧‧‧金屬片

131、132‧‧‧間隙

14‧‧‧非導電區間

15、35‧‧‧印刷電路板

150、350‧‧‧電路

151、351‧‧‧第一連接點

152、352‧‧‧第二連接點

153、353‧‧‧接地點

16‧‧‧訊號源

17‧‧‧垂直投影

354‧‧‧第三連接點

355‧‧‧被動電路元件

356‧‧‧主動電路元件

401、402、601、602、603、604‧‧‧返回損失曲線

41‧‧‧第一頻帶

42‧‧‧第二頻帶

51、52‧‧‧天線效率曲線

61‧‧‧主動電路元件調整之操作頻帶

t‧‧‧間距

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之示意圖。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之金屬片、印刷電路板，以及金屬面之之放大圖。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之印刷電路板之放大圖。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之天線元件之返回損失圖。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之天線元件之天線效率圖。

第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之通訊裝置之天線元件之返回損失圖。

為讓本發明之上述目的、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。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置100之示意圖。通訊裝置100可以是一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1圖所示，通訊裝置100包括一外殼11、一系統電路板12，以及一天線元件。外殼11包括一金屬面111，其中金屬面111係位於外殼11之一背面表面110上，而金屬面111之一邊緣112係對齊於背面表面110之一邊緣。系統電路板12包括一接地面121。接地面121可為一矩形。天線元件包 括一金屬片13及一印刷電路板15。金屬片13係位於該外殼之一側邊表面114上，與金屬面111完全分隔開，並沿著金屬面111之邊緣112作延伸。其中金屬片13與金屬面111之邊緣112係由一非導電區間14所分隔開。印刷電路板15具有一第一連接點151和一第二連接點152，其中第一連接點151係耦接至一訊號源16，而第二連接點152係耦接至金屬片13並作為天線元件之一第一饋入點。印刷電路板15更可具有一接地點153，其中接地點153係耦接至接地面121，以調整天線元件之阻抗匹配。必須注意的是，本說明書所稱之耦接(Coupling)機制包括直接連接(Direct Connection)、電容耦合連接(Capacitively-coupling Connection)，或電感耦合連接(Inductively-coupling Connection)。亦即，任二元件之間可直接相連，或是經由一電容器或一電感器作相連。金屬片13可形成外殼11之一邊框113之一部分，而邊框113為一矩形形狀。非導電區間14係用於完全分離金屬片13和金屬面111，而至少二間隙131及132係用於完全分離金屬片13與邊框113之其餘部分。必須注意的是，通訊裝置100更可包括其他元件，例如：一觸控面板、一處理器、一揚聲器、一電池，以及一外殼(未顯示)。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之金屬片13、印刷電路板15，以及金屬面111之之放大圖。如前所述，通訊裝置100之天線元件包括金屬片13和印刷電路板15，其中金屬片13與金屬面111之邊緣112之間具有一間距t，此間距t可介於0.5mm至3.0mm之間。印刷電路板15更包括一電路150(例如：一調整電路或一匹配電路)，用於調整天線元件之共振頻 率和操作頻寬。印刷電路板15在金屬面111上具有一垂直投影17，其中垂直投影17係完全位於金屬面111之內部。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之印刷電路板35之放大圖。印刷電路板35可套用至前述之通訊裝置100當中。如第3圖所示，印刷電路板35包括一電路350，且印刷電路板35具有一第一連接點351、一第二連接點352、一接地點353，以及一第三連接點354，其中第一連接點351係耦接至一訊號源，第二連接點352係耦接至金屬片13並作為一天線元件之一第一饋入點，接地點353係耦接至一接地面，而第三連接點354耦接至金屬片13並作為天線元件之一第二饋入點。詳細而言，第一連接點351係位於印刷電路板35之一第一邊緣，第二連接點352和第三連接點354係位於印刷電路板35之一第二邊緣，而接地點353係位於印刷電路板35之一第三邊緣，其中第一邊緣和第二邊緣係彼此相對，而第三邊緣係垂直於第一邊緣和第二邊緣。前述雙饋入點之設計方式可增加天線元件之饋入設計彈性，並調整天線元件之阻抗匹配。電路350包括一或複數個被動電路元件355，其可用於增加天線元件之操作頻寬。此外，電路350更包括一主動電路元件356，其可用於改變天線元件之共振頻率，從而調整天線元件之操作頻帶。印刷電路板35可為一柔性印刷電路板，使得天線元件在通訊裝置內之配置方式更具有彈性。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置100之天線元件之返回損失(Return Loss)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。在一些實施例中， 金屬面111之長度為200mm，寬度為150mm，而金屬片13之長度為95mm，寬度為5mm。如第4圖所示，通訊裝置100之天線元件可以操作於一第一頻帶41(如一第一返回損失曲線401所示)，以及操作於一第二頻帶42(如一第二返回損失曲線402所示)。詳細而言，第一頻帶41可以涵蓋GSM850/900頻帶以及LTE Band 5、Band 8頻帶(約介於824MHz至960MHz之間)，而第二頻帶42可以涵蓋LTE/WWAN之相關頻帶(約介於1710MHz至2690MHz之間)。換言之，通訊裝置100之天線元件可同時支援LTE及WWAN之高低頻操作。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置100之天線元件之天線效率(Antenna Efficiency)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表天線效率(%)。如第5圖所示，一第一天線效率曲線51代表天線元件於第一頻帶41(約介於824MHz至960MHz之間)中之天線效率，其約介於52%至63%之間；而一第二天線效率曲線52代表天線元件於第二頻帶42中之天線效率，其約為60%至83%之間。由前述量測結果可知，本發明之天線效率已可滿足行動通訊裝置之實際應用需求。

第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之通訊裝置100之天線元件之返回損失圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。在第6圖之實施例中，係將第3圖所示之印刷電路板35套用至通訊裝置100當中。如前所述，印刷電路板35之電路350包括一或複數個被動電路元件355以及一主動電路元件356，其中被動電路元件355可使得天線元件操作於第一頻帶41(如第一返回損失曲線401所示)，而主動電路 元件356可用於改變天線元件之共振頻率，從而調整天線元件之操作頻帶(如不同返回損失曲線601、602、603及604所示)。舉例而言，藉由將主動電路元件356(例如：一切換元件)於各種電感器之間作切換，其可提供不同電感值給天線元件，使得天線元件能增加涵蓋700MHz至824MHz之操作頻率區間(如多出來之操作頻帶61)。因此，若同時使用被動電路元件及主動電路元件，天線元件之低頻頻寬可以有效增加(可介於700MHz至960MHz)，更多涵蓋LTE700頻帶。

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。本發明之通訊裝置及天線元件並不僅限於第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通訊裝置及天線元件當中。

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‧‧‧通訊裝置

11‧‧‧外殼

110‧‧‧外殼之背面表面

111‧‧‧金屬面

112‧‧‧金屬面之邊緣

113‧‧‧邊框

114‧‧‧外殼之側邊表面

12‧‧‧系統電路板

121‧‧‧接地面

13‧‧‧金屬片

131、132‧‧‧間隙

14‧‧‧非導電區間

15‧‧‧印刷電路板

151‧‧‧第一連接點

152‧‧‧第二連接點

153‧‧‧接地點

16‧‧‧訊號源

Claims (10)

1. 一種通訊裝置，包括：一外殼，包括一金屬面，其中該金屬面係位於該外殼之一背面表面上，而該金屬面之一邊緣係對齊於該背面表面之一邊緣；一系統電路板，包括一接地面；以及一天線元件，包括：一金屬片，位於該外殼之一側邊表面上，與該金屬面分隔開，並沿著該金屬面之該邊緣作延伸，其中該金屬片與該金屬面之該邊緣係由一非導電區間所分隔開；以及一印刷電路板，包括一電路，其中該印刷電路板具有一第一連接點及一第二連接點，該第一連接點係耦接至一訊號源，該第二連接點係耦接至該金屬片並作為該天線元件之一第一饋入點，該印刷電路板於該金屬面上具有一垂直投影，而該垂直投影係完全位於該金屬面之內部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬片形成該外殼之一邊框之一部分，而該邊框為一矩形形狀。
3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該金屬片與該金屬面之該邊緣之一間距係介於0.5mm至3.0mm之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該印刷電路板為一柔性印刷電路板。
5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該電路包括至少一被動電路元件，而該被動電路元件係用於增加該天線元件之一操作頻寬。
6. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該電路更包括一主動電路元件，而該主動電路元件係用於改變該天線元件之一共振頻率，從而調整該天線元件之一操作頻帶。
7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該印刷電路板更具有一第三連接點，而該第三連接點係耦接至該金屬片並作為該天線元件之一第二饋入點。
8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該印刷電路板更具有一接地點，而該接地點係耦接至該接地面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該天線元件係操作於一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶係介於824MHz至960MHz之間，而該第二頻帶係介於1710MHz至2690MHz之間。
10. 如申請專利範圍第1、7、8任一項所述之通訊裝置，其中前述耦接包括直接連接、電容耦合連接，或電感耦合連接。