TWI704722B - 行動裝置 - Google Patents

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TWI704722B TW108127855A TW108127855A TWI704722B TW I704722 B TWI704722 B TW I704722B TW 108127855 A TW108127855 A TW 108127855A TW 108127855 A TW108127855 A TW 108127855A TW I704722 B TWI704722 B TW I704722B
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張琨盛
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Abstract

一種行動裝置，包括：一共同接地部、一連接部、一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第四輻射部，以及一介質基板。共同接地部係耦接至一接地電位。第一輻射部具有一第一饋入點，其中第一輻射部係經由連接部耦接至共同接地部。第二輻射部係耦接至第一饋入點，其中第二輻射部係至少部份由第一輻射部所包圍。第三輻射部具有一第二饋入點。第四輻射部係鄰近於第三輻射部，其中第四輻射部係耦接至共同接地部。共同接地部、連接部、第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部，以及第四輻射部係共同形成設置於介質基板上之一天線結構。

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。
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頻寬(Bandwidth)不足，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出小尺寸、寬頻帶之天線元件，對天線設計者而言是一項重要課題。
在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括：一共同接地部，耦接至一接地電位；一連接部；一第一輻射部，具有一第一饋入點，其中該第一輻射部係經由該連接部耦接至該共同接地部；一第二輻射部，耦接至該第一饋入點，其中該第二輻射部係至少部份由該第一輻射部所包圍；一第三輻射部，具有一第二饋入點；一第四輻射部，鄰近於該第三輻射部，其中該第四輻射部係耦接至該共同接地部；以及一介質基板；其中該共同接地部、該連接部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部係共同形成一天線結構；其中該天線結構係設置於該介質基板上。
在一些實施例中，該共同接地部係呈現一直條形。
在一些實施例中，該共同接地部具有相對之一第一側和一第二側，該連接部、該第一輻射部，以及該第二輻射部皆設置於該共同接地部之該第一側處，而該第三輻射部和該第四輻射部皆設置於該共同接地部之該第二側處。
在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一倒U字形並界定出一缺口區域，而該第二輻射部係位於該缺口區域之內部。
在一些實施例中，該第四輻射部係與該第三輻射部分離，而該第三輻射部和該第四輻射部之間形成一耦合間隙。
在一些實施例中，該天線結構係涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶，以及一第四頻帶，該第一頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，該第二頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間，該第三頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第四頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。
在一些實施例中，該第一頻帶係由該第一輻射部所激發產生，而該第一輻射部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，該第二頻帶係由該第二輻射部所激發產生，而該第二輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第三頻帶係由該第四輻射部和該共同接地部所激發產生，而該第四輻射部和該共同接地部之總長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第四頻帶係由該第三輻射部所激發產生，而該第三輻射部之長度係大致等於該第四頻帶之0.25倍波長。
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之俯視圖。例如，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至少包括：一共同接地部(Common Ground Element)110、一連接部(Connection Element)120、一第一輻射部(Radiation Element)130、一第二輻射部140、一第三輻射部150、一第四輻射部160，以及一介質基板(Dielectric Substrate)170，其中共同接地部110、連接部120、第一輻射部130、第二輻射部140、第三輻射部150，以及第四輻射部160皆可由金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。介質基板170可以是一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)。必須理解的是，雖然未顯示於第1圖中，但行動裝置100更可包括其他元件，例如：一顯示器(Display Device)、一揚聲器(Speaker)、一觸控模組(Touch Control Module)、一供電模組(Power Supply Module)，以及一外殼(Housing)。
共同接地部110可以大致呈現一直條形。共同接地部110具有一第一端111和一第二端112，其中共同接地部110之第一端111係耦接至一接地電位(Ground 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)。詳細而言，共同接地部110具有彼此相對之一第一側115和一第二側116，其中連接部120、第一輻射部130，以及第二輻射部140皆設置於共同接地部110之第一側115處(例如：左側)，而第三輻射部150和第四輻射部160皆設置於共同接地部110之第二側116處(例如：右側)。必須注意的是，第一輻射部130和第四輻射部160皆可經由共同接地部110耦接至接地電位VSS。
連接部120可以大致呈現一矩形或一正方形。第一輻射部130可以大致呈現一倒U字形並界定出一缺口區域135，此缺口區域135可大致呈現一矩形，其中第二輻射部140可完全位於第一輻射部130之缺口區域135之內部。第一輻射部130具有一第一饋入點(Feeding Point)FP1，而第一饋入點FP1更可耦接至一第一信號源(Signal Source)191。詳細而言，第一輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第一饋入點FP1係位於第一輻射部130之第一端131處，而第一輻射部130之第二端132為一開路端(Open End)。另外，第一輻射部130之一彎折部份136則可經由連接部120耦接至共同接地部110之第二端112。
第二輻射部140可以大致呈現一C字形，其中第二輻射部140係至少部份由第一輻射部130所包圍。詳細而言，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係耦接至第一饋入點FP1和第一輻射部130之第一端131，而第二輻射部140之第二端142為一開路端。另外，第二輻射部140之第二端142係鄰近於第一輻射部130之彎折部份136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：5mm或更短)，但通常不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)。
第三輻射部150可以大致呈現一直條形，其可與共同接地部110大致互相垂直。第三輻射部150具有一第二饋入點FP2，而第二饋入點FP2更可耦接至一第二信號源192。詳細而言，第三輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第二饋入點FP2係位於第三輻射部150之第一端151處，而第三輻射部150之第二端152為一開路端並朝遠離共同接地部110之方向作延伸。
第四輻射部160可以大致呈現一倒C字形，其可至少部份垂直於共同接地部110且至少部份平行於第三輻射部150。第四輻射部160係鄰近於第三輻射部150但與第三輻射部150分離，其中第三輻射部150和第四輻射部160之間形成一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。詳細而言，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係耦接至共同接地部110之第二端112，而第四輻射部160之第二端162為一開路端並朝靠近共同接地部110之方向作延伸。
在一些實施例中，共同接地部110、連接部120、第一輻射部130、第二輻射部140、第三輻射部150，以及第四輻射部160係共同形成一天線結構(Antenna Structure)，而此天線結構為平面式(Planar)並係設置於介質基板170之一表面上。
第2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2圖之量測結果，當由第一信號源191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1710MHz至2170MHz之間，而第二頻帶FB2可介於2300MHz至2700MHz之間。因此，行動裝置100之天線結構將至少可支援WWAN(Wireless Wide Area Network)之MIMO(Multi-Input and Multi-Output)之雙頻帶操作。
第3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3圖之量測結果，當由第二信號源192所激發時，行動裝置100之天線結構可涵蓋一第三頻帶FB3和一第四頻帶FB4，其中第三頻帶FB3可介於2400MHz至2500MHz之間，而第四頻帶FB4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 Local Area Networks) 2.4GHz/5GHz之雙頻帶操作。
在一些實施例中，行動裝置100之天線結構之操作原理可如下列所述。第一頻帶FB1可由第一輻射部130所激發產生。第二頻帶FB2可由第二輻射部140所激發產生。第三頻帶FB3可由第四輻射部160和共同接地部110所激發產生。第四頻帶FB4可由第三輻射部150所激發產生。根據實際量測結果，共同接地部110不僅可作為第三頻帶FB3之一接地共振路徑(Grounding Resonant Path)，其更可用於微調第一頻帶FB1和第二頻帶FB2之阻抗匹配(Impedance Matching)。因此，加入共同接地部110有助於微縮行動裝置100之天線結構之整體尺寸。
第4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4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中之輻射效率可約達-4dB，此已可滿足一般WWAN通訊之實際應用需求。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線結構之輻射效率圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表輻射效率(dB)。根據第5圖之量測結果，行動裝置100之天線結構於前述第三頻帶FB3和第四頻帶FB4中之輻射效率可約達-3.5dB，此已可滿足一般WLAN通訊之實際應用需求。
第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線結構之隔離度(Isolation)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表隔離度(dB)，根據第6圖之量測結果，當由第一信號源191和第二信號源192同時饋入時，行動裝置100之天線結構於前述第一頻帶FB1、第二頻帶FB2、第三頻帶FB3，以及第四頻帶FB4中之隔離度均可達至少8dB，此代表第一信號源191和第二信號源192不易互相干擾，故可改良行動裝置100之天線結構之整體輻射性能。
在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸係如下列所述。第一輻射部130之長度(亦即，由第一端131起再至第二端132之長度)係大致等於行動裝置100之天線結構之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。第二輻射部140之長度(亦即，由第一端141起再至第二端142之長度)係大致等於行動裝置100之天線結構之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第三輻射部150之長度(亦即，由第一端151起再至第二端152之長度)係大致等於行動裝置100之天線結構之第四頻帶FB4之0.25倍波長(λ/4)。第四輻射部160和共同接地部110之總長度(亦即，由第一端111起，經由第二端112和第一端161，再至第二端162之總長度)係大致等於行動裝置100之天線結構之第三頻帶FB3之0.25倍波長(λ/4)。第一輻射部130和共同接地部110之間距D1(或是連接部120之長度)可介於2mm至3mm之間。耦合間隙GC1之寬度(或是第三輻射部150和第四輻射部160之間距)可小於或等於2mm。行動裝置100之天線結構之總長度LT可小於或等於30mm。行動裝置100之天線結構之總寬度WT可小於或等於8mm。以上元件尺寸範圍係根據多次實驗結果而求出，其有助於最佳化行動裝置100之天線結構之操作頻寬(Operation Bandwidth)和阻抗匹配。
第7圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置700之立體圖。在第7圖之實施例中，行動裝置700為一筆記型電腦並包括一上蓋(Upper Cover)710、一底座(Base)720，以及一轉軸元件(Hinge Element)730，其中轉軸元件730係連接於上蓋710和底座720之間，使得筆記型電腦可操作於一開啟模式或一閉合模式。詳細而言，底座720具有一邊緣721，而前述之天線結構可設置於底座720內鄰近於邊緣721之一第一位置751或一第二位置752處。若行動裝置700具有一金屬外殼，則上蓋710和底座720更可開設對應之天線窗(Antenna Window)，以利於前述之天線結構之電磁波(Electromagnetic Wave)進行傳遞。第7圖之行動裝置700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。
本發明提出一種新穎之行動裝置及天線結構，其可同時涵蓋WWAN和WLAN之操作頻帶。藉由加入共同接地部之設計，本發明所提之寬頻天線結構之總面積將可較先前技術大幅微縮達50%以上(傳統涵蓋WWAN和WLAN之整合天線之總長度通常須至少65mm或更長)。總而言之，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶，以及低製造成本等優勢，故其很適合應用於各種窄邊框(Narrow Border)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。本發明之行動裝置及天線結構並不僅限於第1-7圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-7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及天線結構當中。
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、700:行動裝置 110:共同接地部 111:共同接地部之第一端 112:共同接地部之第二端 115:共同接地部之第一側 116:共同接地部之第二側 120:連接部 130:第一輻射部 131:第一輻射部之第一端 132:第一輻射部之第二端 135:缺口區域 136:第一輻射部之彎折部份 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:介質基板 191:第一信號源 192:第二信號源 710:上蓋 720:底座 720:底座之邊緣 730:轉軸元件 751:第一位置 752:第二位置 D1:間距 FB1:第一頻帶 FB2:第二頻帶 FB3:第三頻帶 FB4:第四頻帶 FP1:第一饋入點 FP2:第二饋入點 GC1:耦合間隙 LT:總長度 VSS:接地電位 WT:總寬度
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之俯視圖。 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天線結構之返回損失圖。 第4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。 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輻射效率圖。 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隔離度圖。 第7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。
100:行動裝置
110:共同接地部
111:共同接地部之第一端
112:共同接地部之第二端
115:共同接地部之第一側
116:共同接地部之第二側
120:連接部
130:第一輻射部
131:第一輻射部之第一端
132:第一輻射部之第二端
135:缺口區域
136:第一輻射部之彎折部份
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:介質基板
191:第一信號源
192:第二信號源
D1:間距
FP1:第一饋入點
FP2:第二饋入點
GC1:耦合間隙
LT:總長度
VSS:接地電位
WT:總寬度

Claims (11)

  1. 一種行動裝置，包括：一共同接地部，耦接至一接地電位；一連接部；一第一輻射部，具有一第一饋入點，其中該第一輻射部係經由該連接部耦接至該共同接地部；一第二輻射部，耦接至該第一饋入點，其中該第二輻射部係至少部份由該第一輻射部所包圍；一第三輻射部，具有一第二饋入點；一第四輻射部，鄰近於該第三輻射部，其中該第四輻射部係耦接至該共同接地部；以及一介質基板；其中該共同接地部、該連接部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部係共同形成一天線結構；其中該天線結構係設置於該介質基板上；其中該共同接地部具有相對之一第一側和一第二側，該連接部、該第一輻射部，以及該第二輻射部皆設置於該共同接地部之該第一側處，而該第三輻射部和該第四輻射部皆設置於該共同接地部之該第二側處。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該共同接地部係呈現一直條形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第一 輻射部係呈現一倒U字形並界定出一缺口區域，而該第二輻射部係位於該缺口區域之內部。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第四輻射部係與該第三輻射部分離，而該第三輻射部和該第四輻射部之間形成一耦合間隙。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該天線結構係涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶，以及一第四頻帶，該第一頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，該第二頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間，該第三頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第四頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，其中該第一頻帶係由該第一輻射部所激發產生，而該第一輻射部之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，其中該第二頻帶係由該第二輻射部所激發產生，而該第二輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，其中該第三頻帶係由該第四輻射部和該共同接地部所激發產生，而該第四輻射部和該共同接地部之總長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置，其中該第四頻帶係由該第三輻射部所激發產生，而該第三輻射部之長度係大致等於該第四頻帶之0.25倍波長。
  10. 一種行動裝置，包括：一共同接地部，耦接至一接地電位；一連接部；一第一輻射部，具有一第一饋入點，其中該第一輻射部係經由該連接部耦接至該共同接地部；一第二輻射部，耦接至該第一饋入點，其中該第二輻射部係至少部份由該第一輻射部所包圍；一第三輻射部，具有一第二饋入點；一第四輻射部，鄰近於該第三輻射部，其中該第四輻射部係耦接至該共同接地部；以及一介質基板；其中該共同接地部、該連接部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部係共同形成一天線結構；其中該天線結構係設置於該介質基板上；其中該第一輻射部係呈現一倒U字形並界定出一缺口區域，而該第二輻射部係位於該缺口區域之內部。
  11. 一種行動裝置，包括：一共同接地部，耦接至一接地電位；一連接部；一第一輻射部，具有一第一饋入點，其中該第一輻射部係經由該連接部耦接至該共同接地部；一第二輻射部，耦接至該第一饋入點，其中該第二輻射部係至 少部份由該第一輻射部所包圍；一第三輻射部，具有一第二饋入點；一第四輻射部，鄰近於該第三輻射部，其中該第四輻射部係耦接至該共同接地部；以及一介質基板；其中該共同接地部、該連接部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部係共同形成一天線結構；其中該天線結構係設置於該介質基板上；其中該天線結構係涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶，以及一第四頻帶，該第一頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，該第二頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間，該第三頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第四頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間；其中該第一頻帶係由該第一輻射部所激發產生，而該第一輻射部之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長；或其中該第二頻帶係由該第二輻射部所激發產生，而該第二輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長；或其中該第三頻帶係由該第四輻射部和該共同接地部所激發產生，而該第四輻射部和該共同接地部之總長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長；或其中該第四頻帶係由該第三輻射部所激發產生，而該第三輻射部之長度係大致等於該第四頻帶之0.25倍波長。
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