TWI704716B

TWI704716B - 行動裝置

Info

Publication number: TWI704716B
Application number: TW108123737A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛; 林敬基
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2020-09-11
Also published as: US10910696B2; TW202103368A; US20210005952A1

Abstract

一種行動裝置，包括：一金屬機構件、一饋入輻射部、一第一輻射部、一第二輻射部，以及一介質基板。金屬機構件具有一槽孔，其中槽孔具有一開口端和一閉口端。饋入輻射部具有一饋入點。第一輻射部係延伸跨越金屬機構件之槽孔，其中饋入輻射部係經由第一輻射部耦接至一接地電位。第二輻射部係耦接至饋入輻射部。介質基板係鄰近於金屬機構件，其中饋入輻射部、第一輻射部，以及第二輻射部皆設置於介質基板上。饋入輻射部、第一輻射部、第二輻射部，以及金屬機構件之槽孔係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(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、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。

為了追求造型美觀，現今設計者常會在行動裝置中加入金屬元件之要素。然而，新增之金屬元件卻容易對於行動裝置中支援無線通訊之天線產生負面影響，進而降低行動裝置之整體通訊品質。因此，有必要提出一種全新之行動裝置和天線結構，以克服傳統技術所面臨之問題。

在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括：一金屬機構件，具有一槽孔，其中該槽孔具有一開口端和一閉口端；一饋入輻射部，具有一饋入點；一第一輻射部，延伸跨越該金屬機構件之該槽孔，其中該饋入輻射部係經由該第一輻射部耦接至一接地電位；一第二輻射部，耦接至該饋入輻射部；以及一介質基板，鄰近於該金屬機構件，其中該饋入輻射部、該第一輻射部，以及該第二輻射部皆設置於該介質基板上；其中該饋入輻射部、該第一輻射部、該第二輻射部，以及該金屬機構件之該槽孔係共同形成一天線結構。

在一些實施例中，該饋入輻射部係呈現一直條形。

在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一L字形。

在一些實施例中，該第二輻射部係呈現一直條形。

在一些實施例中，該饋入輻射部具有一第一端和一第二端，其中該饋入點係位於該饋入輻射部之該第一端處。

在一些實施例中，該第一輻射部具有一第一端和一第二端，其中該第一輻射部之該第一端係耦接至該接地電位，而該第一輻射部之該第二端係耦接至該饋入輻射部之該第二端。

在一些實施例中，該第二輻射部具有一第一端和一第二端，其中該第二輻射部之該第一端係耦接至該饋入輻射部之該第二端，而該第二輻射部之該第二端為一開路端。

在一些實施例中，該天線結構涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。

在一些實施例中，該槽孔之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該天線結構之高度係小於或等於6mm。

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之透視圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之下層部份之示意圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之上層部份之示意圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之側視圖。請一併參考第1、2、3、4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)。在第1、2、3、4圖之實施例中，行動裝置100包括：一金屬機構件(Metal Mechanism Element)110、一饋入輻射部(Feeding Radiation Element)130、一第一輻射部(Radiation Element)140、一第二輻射部150，以及一介質基板(Dielectric Substrate)170。必須理解的是，雖然未顯示於第1、2、3、4圖中，但實際上行動裝置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)、一電池模組(Battery Module)，以及一外殼(Housing)。

金屬機構件110可以是行動裝置100之一外觀元件(Appearance Element)。必須注意的是，本說明書中所謂「外觀元件」係指行動裝置100中使用者眼睛可直接觀察到之部份。在一些實施例中，金屬機構件110為一筆記型電腦之一金屬上蓋，或為一平板電腦之一金屬背蓋，但亦不僅限於此。舉例而言，若行動裝置100為一筆記型電腦，則金屬機構件110可為筆記型電腦領域中俗稱之「A件」。金屬機構件110具有一槽孔120，其中金屬機構件110之槽孔120可大致呈現一直條形。槽孔120和金屬機構件110之一邊緣111可以大致互相平行。詳細而言，槽孔120可為一開口槽孔(Open Slot)並具有互相遠離之一開口端(Open End)121和一閉口端(Closed End)122。行動裝置100亦可包括一非導體材質，其係填充於金屬機構件110之槽孔120中，以達成防水或防塵之功能。

饋入輻射部130、第一輻射部140，以及第二輻射部150皆由金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。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)。介質基板170可具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中饋入輻射部130、第一輻射部140，以及第二輻射部150皆設置於介質基板170之第一表面E1上，而介質基板170之第二表面E2可鄰近於金屬機構件110。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)。在一些實施例中，介質基板170之第二表面E2係與金屬機構件110直接互相貼合，使得介質基板170至少部份覆蓋住金屬機構件110之槽孔120。

行動裝置100之一接地電位(Ground Voltage)VSS可由一接地元件(Ground Element)所提供(未顯示)，其中此接地元件可耦接至金屬機構件110。例如，接地元件可為一接地銅箔(Ground Copper Foil)，其可由介質基板170上延伸至金屬機構件110上。

饋入輻射部130可以大致呈現一直條形。饋入輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於饋入輻射部130之第一端131處，而饋入點FP更可耦接至一信號源(Signal Source)190。例如，信號源190可以是一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發行動裝置100之一天線結構(Antenna Structure)。在一些實施例中，饋入輻射部130於金屬機構件110上具有一垂直投影(Vertical Projection)，其中饋入輻射部130之垂直投影係鄰近於槽孔120之閉口端122。在另一些實施例中，饋入輻射部130之垂直投影亦可覆蓋住槽孔120之閉口端122。

第一輻射部140可以大致呈現一L字形，其可部份平行於饋入輻射部130且部份垂直於饋入輻射部130。第一輻射部140係延伸跨越金屬機構件110之槽孔120。亦即，第一輻射部140於金屬機構件110上具有一垂直投影，其中第一輻射部140之垂直投影可與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。詳細而言，第一輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第一輻射部140之第一端141係耦接至接地電位VSS，而第一輻射部140之第二端142係耦接至饋入輻射部130之第二端132，使得饋入輻射部130可經由第一輻射部140耦接至接地電位VSS。

第二輻射部150可以大致呈現一直條形或一矩形，其可大致垂直於饋入輻射部130。詳細而言，第二輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第二輻射部150之第一端151係耦接至饋入輻射部130之第二端132，而第二輻射部150之第二端152為一開路端(Open End)並朝遠離饋入輻射部130和第一輻射部140之方向作延伸。

在較佳實施例中，饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150，以及金屬機構件110之槽孔120係共同形成行動裝置100之天線結構，其中金屬機構件110之槽孔120係由饋入輻射部130和第一輻射部140所耦合激發。

第5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5圖之量測結果，當由信號源190所激發時，行動裝置100之天線結構可涵蓋一第一頻帶(Frequency Band)FB1和一第二頻帶FB2，其中第一頻帶FB1可介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶FB2可介於5150MHz至5850MHz之間。因此，行動裝置100之天線結構將至少可支援WLAN(Wireless Wide Area Network) 2.4GHz/5GHz之寬頻操作。

在天線原理方面，饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150，以及金屬機構件110之槽孔120可共同激發產生一基頻共振模態(Fundamental Resonant Mode)，以形成前述之第一頻帶FB1。另外，饋入輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150，以及金屬機構件110之槽孔120更可共同激發產生一高階共振模態(Higher-Order Resonant Mode)(倍頻效應)，以形成前述之第二頻帶FB2，其中第二輻射部150可用於調整第二頻帶FB2之阻抗匹配(Impedance Matching)並增加第二頻帶FB2之操作頻寬(Operation Bandwidth)。

第6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6圖之量測結果，行動裝置100之天線結構於前述第一頻帶FB1和第二頻帶FB2中之輻射效率皆可達-4dB或更高，此已可滿足一般WLAN通訊之實際應用需求。

在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。金屬機構件110之槽孔120之長度LS(亦即，由開口端121至閉口端122之長度)可以大致等於行動裝置100之天線結構之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。金屬機構件110之槽孔120之寬度WS可介於2mm至3mm之間。饋入輻射部130和第一輻射部140兩者之總長度(亦即，由第一端131經第二端142再至第一端141之總長度)可介於8mm至12mm之間，例如：10mm。第二輻射部150之長度(亦即，由第一端151至第二端152之長度)可介於2mm至4mm之間，例如：3mm。由第一輻射部140至槽孔120之開口端121定義為一第一間距D1，而由第一輻射部140至槽孔120之閉口端122定義為一第二間距D2，其中第二間距D2和第一間距D1之比值(D2/D1)可介於3至4之間。第一間距D1可介於4mm至6mm之間，例如：5mm。行動裝置100之天線結構之高度H1可小於或等於6mm。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之天線結構之操作頻寬和阻抗匹配。

本發明提出一種新穎之行動裝置和天線結構，其可與一金屬機構件互相整合。由於金屬機構件可以視為天線結構之一延伸部份，其將不會對天線結構之輻射性能造成負面影響。根據實際量測結果，藉由類似迴圈之饋入機制來激發金屬機構件之槽孔，其可提高天線結構之電容性並進一步微縮天線結構之高度。相較於傳統設計，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶、低姿勢，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(特別是窄邊框之行動裝置)。

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1-6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:金屬機構件

111:金屬機構件之邊緣

120:槽孔

121:槽孔之開口端

122:槽孔之閉口端

130:饋入輻射部

131:饋入輻射部之第一端

132:饋入輻射部之第二端

140:第一輻射部

141:第一輻射部之第一端

142:第一輻射部之第二端

150:第二輻射部

151:第二輻射部之第一端

152:第二輻射部之第二端

170:介質基板

190:信號源

D1:第一間距

D2:第二間距

E1:第一表面

E2:第二表面

FB1:第一頻帶

FB2:第二頻帶

FP:饋入點

H1:高度

LS:長度

VSS:接地電位

WS: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透視圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之下層部份之示意圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之上層部份之示意圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之側視圖。第5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6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效率圖。