TWI685143B - 行動裝置 - Google Patents

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TWI685143B
TWI685143B TW107138356A TW107138356A TWI685143B TW I685143 B TWI685143 B TW I685143B TW 107138356 A TW107138356 A TW 107138356A TW 107138356 A TW107138356 A TW 107138356A TW I685143 B TWI685143 B TW I685143B
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羅中宏
蔡謹隆
江經海
李冠賢
曾怡菱
洪崇庭
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Abstract

一種行動裝置，包括：一主電路板、一印刷電路板、一饋入連接部、一接地連接部、一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第四輻射部，以及一第五輻射部。第一輻射部係耦接至饋入連接部。接地連接部係鄰近於第一輻射部。第二輻射部係耦接至饋入連接部。第三輻射部係耦接至接地連接部。第四輻射部係耦接至第一輻射部。第五輻射部係耦接至饋入連接部。饋入連接部、接地連接部、第一輻射部，以及第二輻射部皆設置於主電路板上。第三輻射部、第四輻射部，以及第五輻射部皆設置於印刷電路板上。

Description

行動裝置
本發明係關於一種行動裝置(Mobile Device)，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、850MHz、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)為支援無線通訊之行動裝置中不可或缺之元件。然而，由於行動裝置之內部空間十分侷限，往往沒有足夠面積來配置所需之天線元件。因此，如何設計一種小尺寸、寬頻帶之全新天線，已成為現今設計者之一大挑戰。
在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括：一主電路板；一印刷電路板；一饋入連接部，具有一饋入 點；一第一輻射部，耦接至該饋入連接部；一接地連接部，具有一接地點，其中該接地連接部係鄰近於該第一輻射部；一第二輻射部，耦接至該饋入連接部；一第三輻射部，耦接至該接地連接部；一第四輻射部，耦接至該第一輻射部；以及一第五輻射部，耦接至該饋入連接部；其中該饋入連接部、該接地連接部、該第一輻射部，以及該第二輻射部皆設置於該主電路板上；其中該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部皆設置於該印刷電路板上；其中該饋入連接部、該接地連接部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部係共同形成一天線結構。
在一些實施例中，該主電路板和該印刷電路板係大致互相垂直。
在一些實施例中，該饋入連接部係介於該第一輻射部和該第二輻射部之間，而該第一輻射部和該第二輻射部係大致朝相反方向作延伸。
在一些實施例中，該第一輻射部和該接地連接部之間形成一第一耦合間隙，而該第一耦合間隙之寬度係小於1mm。
在一些實施例中，該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部皆大致朝相同方向作延伸，而該第四輻射部係至少部份由該第三輻射部和該第五輻射部所包圍。
在一些實施例中，該行動裝置更包括：一金屬部，耦接至該第三輻射部，其中該金屬部係大致垂直於該印刷電路板並大致平行於該主電路板。
在一些實施例中，該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶，以及一第三頻帶，該第一頻帶約介於700MHz至960MHz之間，該第二頻帶約介於1427MHz至1510MHz之間，而該第三頻帶約介於1710MHz至2700MHz之間。
在一些實施例中，該接地連接部、該第三輻射部，以及該金屬部係共同激發產生該第一頻帶。
在一些實施例中，該第一輻射部和該第四輻射部係共同激發產生該第二頻帶。
在一些實施例中，該饋入連接部、該第二輻射部，以及該第五輻射部係共同激發產生該第三頻帶。
100、300、500、510、520‧‧‧行動裝置
102、502‧‧‧主電路板
104、504‧‧‧印刷電路板
106‧‧‧電路元件
110‧‧‧饋入連接部
111‧‧‧饋入連接部之第一端
112‧‧‧饋入連接部之第二端
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
130‧‧‧接地連接部
131‧‧‧接地連接部之第一端
132‧‧‧接地連接部之第二端
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‧‧‧第三輻射部
151‧‧‧第三輻射部之第一端
152‧‧‧第三輻射部之第二端
160‧‧‧第四輻射部
161‧‧‧第四輻射部之第一端
162‧‧‧第四輻射部之第二端
170‧‧‧第五輻射部
171‧‧‧第五輻射部之第一端
172‧‧‧第五輻射部之第二端
181、182、183、184、185‧‧‧印刷電路板之開孔
199‧‧‧信號源
390、591、592、593、594‧‧‧金屬部
391‧‧‧金屬部之短邊
392‧‧‧金屬部之長邊
511‧‧‧第一位置
512‧‧‧第二位置
513‧‧‧第三位置
514‧‧‧第四位置
E1‧‧‧第一表面
E2‧‧‧第二表面
FB1‧‧‧第一頻帶
FB2‧‧‧第二頻帶
FB3‧‧‧第三頻帶
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
GC4‧‧‧第四耦合間隙
GP‧‧‧接地點
VSS‧‧‧接地電位
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之立體圖。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之印刷電路板之俯視圖。
第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之立體圖。
第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之天線結構之電壓駐波比圖。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之立體圖。
第5B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之立體圖。
第5C圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之立體圖。
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(Mobile Device)100之立體圖。行動裝置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，行動裝置100包括：一主電路板(Main Circuit Board)102、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)104、一饋入連接部(Feeding Connection Element)110、一第一輻射部(Radiation Element)120、一接地連接部(Grounding Connection Element)130、一第二輻射部140、一第三輻射部150(請見第2圖)、一第四輻射部160(請見第2圖)，以及一第五輻射部170(請見第2圖)。主電路板102可用於承載一電路元件(Circuit Element)106，其中電路元件106可具有一遮蔽外殼(Shielding Housing)，而內部還可包括各種不同電路，例如：一處理器(Processor)或一微控制器(Microcontroller)。電路元件106之形狀和種類在本發明中均不特別限制。在另一些實施例中，電路元件106亦可由主電路板102上移除。饋入連接部110、第一輻射部120、接地連接部130、第二輻射部140、第三輻射部150、第四輻射部160，以及第五輻射部170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，主電路板102和印刷電路板104係大致鄰近且互相垂直。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：2mm或更短)，亦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)。詳細而言，饋入連接部110、第一輻射部120、接地連接部130，以及第二輻射部140皆設置於主電路板102上，而第三輻射部150、第四輻射部160，以及第五輻射部170皆設置於印刷電路板104上。在較佳實施例中，饋入連接部110、第一輻射部120、接地連接部130、第二輻射部140、第三輻射部150、第四輻射部160，以及第五輻射部170係共同形成一天線結構(Antenna Structure)。亦即，此天線結構可由 主電路板102上延伸至印刷電路板104上，其可被視為一立體天線結構。
主電路板102上之元件配置可如下列所述。饋入連接部110可大致呈現一直條形。饋入連接部110具有一第一端111和一第二端112，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於饋入連接部110之第一端111處。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，其可用於激發行動裝置100之天線結構。第一輻射部120可大致呈現一倒C字形。第一輻射部120具有一第一端121和一第二端122，其中第一輻射部120之第一端121係耦接至饋入連接部110之第一端111(或饋入點FP)。接地連接部130可大致呈現一倒L字形或一J字形。接地連接部130係與第一輻射部120完全分離。第一輻射部120和接地連接部130之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。接地連接部130具有一第一端131和一第二端132，其中接地連接部130之第一端131係鄰近於第一輻射部120之第二端122，而一接地點(Grounding Point)GP係位於接地連接部130之第二端132處。接地點GP可耦接至一接地電位(Grounding Voltage)VSS。例如，接地電位VSS可由行動裝置100之一系統接地面(System Ground Plane)所提供(未顯示)。在一些實施例中，接地連接部130具有一不等寬結構，其中一三角形延伸部份係位於接地連接部130之第二端132處，使得接地連接部130之第二端132之寬度係大於接地連接部130之第一端131之寬度。在另一些實施例中，接地連接部130亦可改為一等寬結構，而前述之三角形延伸部份可被移除。第 二輻射部140可大致呈現一直條形。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係耦接至饋入連接部110之一中間部份(此中間部份係介於饋入連接部110之第一端111和第二端112之間)，而第二輻射部140之第二端142為一開路端(Open End)。詳細而言，饋入連接部110可介於第一輻射部120和第二輻射部140之間，其中第一輻射部120之第二端122和第二輻射部140之第二端142可大致朝相反方向作延伸(例如，第一輻射部120之第二端122可朝+Y軸方向作延伸，而第二輻射部140之第二端142可朝-Y軸方向作延伸)。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之印刷電路板104之俯視圖。請一併參考第1、2圖。印刷電路板104上之元件配置可如下列所述。印刷電路板104具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中印刷電路板104之第一表面E1係直接接觸主電路板102之一邊緣，而第三輻射部150、第四輻射部160，以及第五輻射部170皆位於印刷電路板104之第二表面E2上。第三輻射部150可大致呈現一倒L字形。第三輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第三輻射部150之第一端151係耦接至接地連接部130之第一端131，而第三輻射部150之第二端152為一開路端。第四輻射部160可大致呈現一倒L字形。第四輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第四輻射部160之第一端161係耦接至第一輻射部120之第二端122，而第四輻射部160之第二端162為一開路端。第五輻射部170可大致呈現一倒L字形。第五輻射部170具有一第一端171和一第二端172，其中第五輻射部170之第一端171係耦接至饋入連接部 110之第二端112，而第五輻射部170之第二端172為一開路端。詳細而言，第三輻射部150、第四輻射部160，以及第五輻射部170可皆大致朝相同方向作延伸(例如，第三輻射部150之第二端152、第四輻射部160之第二端162，以及第五輻射部170之第二端172皆可朝-Y軸方向作延伸)，其中第四輻射部160係至少部份由第三輻射部150和第五輻射部170所包圍。第三輻射部150、第四輻射部160，以及第五輻射部170彼此係完全分離，但它們彼此又互相鄰近。第三輻射部150和第四輻射部160之間可形成一第二耦合間隙GC2。第三輻射部150和第五輻射部170之間可形成一第三耦合間隙GC3。第四輻射部160之第二端162和第五輻射部170之一直角轉折部份之間可形成一第四耦合間隙GC4。在一些實施例中，印刷電路板104具有一或複數個開孔(Opening)181、182、183、184、185，而主電路板102之邊緣包括一或複數個突出部份，其中該等突出部份係嵌入至該等開孔中，使得印刷電路板104和主電路板102能彼此固定。前述之開孔和突出部份之數量在本發明中並不特別限制。在另一些實施例中，印刷電路板104和主電路板102亦可藉由不同手段進行固定(例如：鎖螺絲)，而前述之開孔和突出部份則可由印刷電路板104和主電路板102中移除。
第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置300之立體圖。第3圖和第1圖相似。在第3圖之實施例中，行動裝置300之一天線結構更包括一金屬部(Metal Element)390。金屬部390可大致為一矩形金屬片，並具有一短邊391和一長邊392，其中金屬部390之長邊392可以直接耦接至第三輻射部150 之一邊緣處。詳細而言，金屬部390可以大致垂直於印刷電路板104，並可大致平行於主電路板102。金屬部390在主電路板102上具有一垂直投影(Vertical Projection)，其中此垂直投影與饋入連接部110、第一輻射部120、接地連接部130，以及第二輻射部140係至少部份重疊。在一些實施例中，金屬部390之長邊392之長度至少為金屬部390之短邊391之長度之5倍以上。必須注意的是，金屬部390為一選用元件(Optional Element)；在其他實施例中，金屬部390亦可由行動裝置300中移除。第3圖之行動裝置300之其餘特徵皆與第1圖之行動裝置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行動裝置300之天線結構之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第4圖之量測結果可知，行動裝置300之天線結構可涵蓋一第一頻帶(Frequency Band)FB1、一第二頻帶FB2，以及一第三頻帶FB3。例如，第一頻帶FB1可約介於700MHz至960MHz之間，第二頻帶FB2可約介於1427MHz至1510MHz之間，而第三頻帶FB3可約介於1710MHz至2700MHz之間。因此，行動裝置300之天線結構至少可支援LTE(Long Term Evolution)之寬頻操作。
行動裝置300之天線結構之操作原理可如下列所述。接地連接部130可由第一輻射部120所耦合激發，使得接地連接部130、第三輻射部150，以及金屬部390可共同激發產生前述之第一頻帶FB1，其中金屬部390可用於提供額外之電流路 徑(Current Path)，從而增加前述之第一頻帶FB1之頻寬(Bandwidth)。第一輻射部120和第四輻射部160可共同激發產生前述之第二頻帶FB2。另外，饋入連接部110、第二輻射部140，以及第五輻射部170可共同激發產生前述之第三頻帶FB3。
行動裝置300之元件尺寸可如下列所述。第一輻射部120之長度可大於接地連接部130之長度，亦可大於第二輻射部140之長度。第三輻射部150之長度可大於第四輻射部160和第五輻射部170兩者之總長度。第四輻射部160之長度可大致等於第五輻射部170之長度。第一耦合間隙GC1、第二耦合間隙GC2、第三耦合間隙GC3，以及第四耦合間隙GC4之每一者之寬度可皆小於1mm。接地連接部130和第三輻射部150兩者之總長度(亦即，由第二端132起，經由第一端131、第一端151，再至第二端152之總長度)可大致等於前述之第一頻帶FB1之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。第一輻射部120和第四輻射部160兩者之總長度(亦即，由第一端121起，經由第二端122、第一端161，再至第二端162之總長度)可大致等於前述之第二頻帶FB2之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。饋入連接部110和第二輻射部140兩者之總長度(亦即，由第一端111起，經由饋入連接部110和第二輻射部140之交界處，再至第二端142之總長度)可大致等於前述之第三頻帶FB3之最高頻率之0.25倍波長(λ/4)。饋入連接部110和第五輻射部170兩者之總長度(亦即，由第一端111起，經由第二端112、第一端171，再至第二端172之總長度)可大致等於前述之第三頻帶FB3之最低頻率之0.25倍波長(λ/4)。以上尺寸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300之天線結構之操作頻帶和阻抗匹配(Impedance Matching)。
必須注意的是，金屬部390之位置尚可根據不同需求進行調整，而不限於第1-4圖之實施例所述者。第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置500之立體圖。在第5A圖之實施例中，一主電路板502係與一印刷電路板504互相整合，其中金屬部390可連接至印刷電路板504之任一或複數個邊緣處。亦即，金屬部390可位於第5A圖中之一第一位置511、一第二位置512、一第三位置513，以及一第四位置514其中之任一或複數者處。
第5B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置510之立體圖。在第5B圖之實施例中，行動裝置510包括兩個金屬部591、592，其係分別連接至印刷電路板504之上、下側邊處。第5C圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置520之立體圖。在第5C圖之實施例中，行動裝置520包括兩個金屬部593、594，其係分別連接至印刷電路板504之左、右側邊處。為了簡化圖式，天線結構之其餘部份在第5A、5B、5C圖中皆予以省略，但天線結構之詳細圖案可再根據金屬部之不同位置而進行對應之調整。第5A、5B、5C圖之行動裝置500、510、520之其餘特徵皆與第1圖之行動裝置100類似，故這些實施例均可達成相似之操作效果。
本發明提出一種新穎之行動裝置及天線結構，其中天線結構係同時延伸於一主電路板和一印刷電路板上。此種設計可以有效地運用主電路板上之設計空間，並微縮天線結構 之整體尺寸。與先前技術相比，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶、低複雜度，以及低製造成本等等優勢，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。本發明之行動裝置和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和天線結構當中。
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
102‧‧‧主電路板
104‧‧‧印刷電路板
106‧‧‧電路元件
110‧‧‧饋入連接部
111‧‧‧饋入連接部之第一端
112‧‧‧饋入連接部之第二端
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
130‧‧‧接地連接部
131‧‧‧接地連接部之第一端
132‧‧‧接地連接部之第二端
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
199‧‧‧信號源
E1‧‧‧第一表面
E2‧‧‧第二表面
FP‧‧‧饋入點
GC1‧‧‧第一耦合間隙
GP‧‧‧接地點
VSS‧‧‧接地電位
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸

Claims (9)

  1. 一種行動裝置，包括：一主電路板；一印刷電路板；一饋入連接部，具有一饋入點；一第一輻射部，耦接至該饋入連接部；一接地連接部，具有一接地點，其中該接地連接部係鄰近於該第一輻射部；一第二輻射部，耦接至該饋入連接部；一第三輻射部，耦接至該接地連接部；一第四輻射部，耦接至該第一輻射部；以及一第五輻射部，耦接至該饋入連接部；其中該饋入連接部、該接地連接部、該第一輻射部，以及該第二輻射部皆設置於該主電路板上；其中該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部皆設置於該印刷電路板上；其中該饋入連接部、該接地連接部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部係共同形成一天線結構；其中該饋入連接部係介於該第一輻射部和該第二輻射部之間，而該第一輻射部和該第二輻射部係大致朝相反方向作延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該主電路板和該印刷電路板係大致互相垂直。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第一輻射部和該接地連接部之間形成一第一耦合間隙，而該第一耦合間隙之寬度係小於1mm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部皆大致朝相同方向作延伸，而該第四輻射部係至少部份由該第三輻射部和該第五輻射部所包圍。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，更包括：一金屬部，耦接至該第三輻射部，其中該金屬部係大致垂直於該印刷電路板並大致平行於該主電路板。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，其中該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶，以及一第三頻帶，該第一頻帶約介於700MHz至960MHz之間，該第二頻帶約介於1427MHz至1510MHz之間，而該第三頻帶約介於1710MHz至2700MHz之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之行動裝置，其中該接地連接部、該第三輻射部，以及該金屬部係共同激發產生該第一頻帶。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之行動裝置，其中該第一輻射部和該第四輻射部係共同激發產生該第二頻帶。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之行動裝置，其中該饋入連接部、該第二輻射部，以及該第五輻射部係共同激發產生該第三頻帶。
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