TWI731789B

TWI731789B - 行動裝置

Info

Publication number: TWI731789B
Application number: TW109131470A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛; 林敬基
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2021-06-21
Also published as: TW202211544A

Abstract

一種行動裝置，包括：一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第四輻射部、一第五輻射部、一第六輻射部，以及一介質基板。第一輻射部和第六輻射部皆耦接至一信號源。第二輻射部係耦接至一接地電位。第三輻射部係耦接至第二輻射部，其中第三輻射部係鄰近於第一輻射部。第四輻射部係耦接至第二輻射部和第三輻射部，其中第四輻射部係與第三輻射部大致朝相反方向作延伸。第五輻射部係屬於浮接狀態並鄰近於第一輻射部。第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部、第四輻射部、第五輻射部、第六輻射部，以及介質基板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，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，本發明提出一種行動裝置，包括：一第一輻射部，耦接至一信號源；一第二輻射部，耦接至一接地電位；一第三輻射部，耦接至該第二輻射部，其中該第三輻射部係鄰近於該第一輻射部；一第四輻射部，耦接至該第二輻射部和該第三輻射部，其中該第四輻射部係與該第三輻射部大致朝相反方向作延伸；一第五輻射部，其中該第五輻射部屬於浮接狀態並鄰近於該第一輻射部；一第六輻射部，耦接至該信號源；以及一介質基板，其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部、該第五輻射部，以及該第六輻射部皆設置於該介質基板上；其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部、該第五輻射部、該第六輻射部，以及該介質基板共同形成一天線結構。

在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一L字形，而該第五輻射部係呈現一Z字形。

在一些實施例中，該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部之組合係呈現一T字形。

在一些實施例中，該天線結構之總高度係小於或等於6mm。

在一些實施例中，該天線結構涵蓋一第一頻帶、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3000MHz至4000MHz之間，而該第四頻帶係介於4000MHz至5000MHz之間。

在一些實施例中，該第一輻射部之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，該第二輻射部和該第三輻射部之總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，該第三輻射部和該第四輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。

在一些實施例中，該第五輻射部之長度係大於或等於該第四頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第六輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之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之示意圖。行動裝置100可以是一智慧型手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。如第1圖所示，行動裝置100包括：一第一輻射部(Radiation Element)110、一第二輻射部120、一第三輻射部130、一第四輻射部140、一第五輻射部150、一第六輻射部160，以及一介質基板(Dielectric Substrate)170，其中第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140、第五輻射部150，以及第六輻射部160皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。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：一處理器、一觸控面板、一揚聲器、一電池模組，以及一外殼。

行動裝置100之一接地電位VSS可由一接地元件(Ground Element)所提供(未顯示)。例如，前述之接地元件可由一接地銅箔(Ground Copper Foil)來實施，其更可耦接至行動裝置100之一系統接地面(System Ground Plane)(未顯示)。

第一輻射部110可以大致呈現一L字形。詳細而言，第一輻射部110具有一第一端111和一第二端112，其中第一輻射部110之第一端111係耦接至一信號源(Signal Source)190，而第一輻射部110之第二端112為一開路端(Open End)。例如，信號源190可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組。

第二輻射部120可以大致呈現一直條形。詳細而言，第二輻射部120具有一第一端121和一第二端122，其中第二輻射部120之第一端121係耦接至接地電位VSS。

第三輻射部130可以大致呈現一直條形，其可與第二輻射部120大致互相垂直。詳細而言，第三輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第三輻射部130之第一端131係耦接至第二輻射部120之第二端122，而第三輻射部130之第二端132為一開路端。第三輻射部130係鄰近於第一輻射部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)，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)。例如，第三輻射部130之第二端132與第一輻射部110之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。

第四輻射部140可以大致呈現一直條形，其可與第二輻射部120大致互相垂直。詳細而言，第四輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第四輻射部140之第一端141係耦接至第二輻射部120之第二端122和第三輻射部130之第一端131，而第四輻射部140之第二端142為一開路端。第四輻射部140之第二端142可與第三輻射部130之第二端132大致朝相反且互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，第二輻射部120、第三輻射部130，以及第四輻射部140之組合大致呈現一T字形。

第五輻射部150可以大致呈現一Z字形。詳細而言，第五輻射部150具有一第一端151和一第二端152，並包括一第一部份154、一第二部份155，以及一第三部份156，其中第一部份154係鄰近於第五輻射部150之第一端151，第二部份155係耦接於第一部份154和第三部份156之間，而第三部份156係鄰近於第五輻射部150之第二端152。由於第五輻射部150屬於浮接狀態(Floating)，故第五輻射部150之第一端151和第二端152皆為開路端，其未與任何輻射部作直接接觸。在第五輻射部150中，第三部份156可與第一部份154大致互相平行，而第二部份155則可與第一部份154和第三部份156皆大致互相垂直。第五輻射部150係鄰近於第一輻射部110。例如，第五輻射部150之第三部份156與第一輻射部110之間可形成一第二耦合間隙GC2。

第六輻射部160可以大致呈現一直條形或一L字形，其可至少部份由第一輻射部110、第二輻射部120，以及第三輻射部130所共同包圍。詳細而言，第六輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第六輻射部160之第一端161係耦接至信號源190，而第六輻射部160之第二端162為一開路端並鄰近於第二輻射部120。在一些實施例中，第六輻射部160為一不等寬結構並包括一較窄部份164和一較寬部份165，其中較窄部份164係鄰近於第六輻射部160之第一端161，而較寬部份165係鄰近於第六輻射部160之第二端162。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，第六輻射部160亦可改為一等寬結構。

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)。第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140、第五輻射部150，以及第六輻射部160皆可設置於介質基板170之同一表面上。在較佳實施例中，第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140、第五輻射部150、第六輻射部160，以及介質基板170係共同形成平面式之一天線結構(Antenna Structure)。

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FB1、一第二頻帶FB2、一第三頻帶FB3，以及一第四頻帶FB4。例如，第一頻帶FB1可介於1710MHz至2170MHz之間，第二頻帶FB2可介於2300MHz至2700MHz之間，第三頻帶FB3可介於3000MHz至4000MHz之間，而第四頻帶FB4可介於4000MHz至5000MHz之間。因此，行動裝置100之天線結構將至少可支援新世代5G通訊系統(5th Generation Wireless Systems)之寬頻操作。

在天線原理方面，第一輻射部110可激發產生前述之第三頻帶FB3。第二輻射部120和第三輻射部130可共同激發產生前述之第一頻帶FB1。第四輻射部140可用於微調前述之第一頻帶FB1之阻抗匹配(Impedance Matching)。第五輻射部150可由第一輻射部110所耦合激發，以產生前述之第四頻帶FB4。第五輻射部150更可用於微調前述之第三頻帶FB3和第四頻帶FB4之阻抗匹配。第六輻射部160可激發產生前述之第二頻帶FB2。第六輻射部160更可用於微調前述之第一頻帶FB1和第二頻帶FB2之阻抗匹配。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線結構之輻射增益(Radiation Gain)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表輻射增益(dB)。根據第3圖之量測結果，行動裝置100之天線結構於第一頻帶FB1、第二頻帶FB2、第三頻帶FB3，以及第四頻帶FB4中之輻射增益皆可達-3dB或更高，此已可滿足新世代5G通訊系統之實際應用需求。

在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。第一輻射部110之長度L1可以大致等於行動裝置100之天線結構之第三頻帶FB3之0.25倍波長(λ/4)。第二輻射部120和第三輻射部130之總長度L2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)。第三輻射部130和第四輻射部140之總長度L3可以大致等於行動裝置100之天線結構之第一頻帶FB1之0.5倍波長(λ/2)。第五輻射部150之長度L4可以大於或等於行動裝置100之天線結構之第四頻帶FB4之0.25倍波長(λ/4)。第六輻射部160之長度L5可以大致等於行動裝置100之天線結構之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。在第六輻射部160中，較寬部份165之寬度W2至少可為較窄部份164之寬度W1之3倍以上。第一耦合間隙GC1之寬度可以小於或等於1mm。第二耦合間隙GC2之寬度可以小於或等於1mm。行動裝置100之天線結構之總高度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(Operation Bandwidth)和阻抗匹配。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之筆記型電腦400之示意圖。在第4圖之實施例中，前述之天線結構可應用於筆記型電腦400當中，其中筆記型電腦400包括一上蓋外殼(Upper Cover Housing)410、一顯示器邊框(Display Frame)420、一鍵盤邊框(Keyboard Frame)430，以及一底座外殼(Base Housing)440。必須理解的是，上蓋外殼410、顯示器邊框420、鍵盤邊框430，以及底座外殼440即分別等同於筆記型電腦領域中俗稱之「A件」、「B件」、「C件」，以及「D件」。前述之天線結構可設置於筆記型電腦400之一第一位置451或(且)一第二位置452處，並可由非導體之顯示器邊框420所覆蓋。根據實際量測結果，由於本發明之總天線高度極小(較傳統天線高度可微縮達約25%)，故所提之設計可應用於各種窄邊框(Narrow Border)之行動裝置當中，同時維持良好之通訊品質與操作頻寬。在另一些實施例中，前述之天線結構亦可改設置於筆記型電腦400之一第三位置453或(且)一第四位置454處，並可由非導體之鍵盤邊框430所覆蓋。

本發明提出一種新穎之行動裝置和天線結構，相較於傳統設計，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶，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。

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1-4圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-4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:行動裝置

110:第一輻射部

111:第一輻射部之第一端

112:第一輻射部之第二端

120:第二輻射部

121:第二輻射部之第一端

122:第二輻射部之第二端

130:第三輻射部

131:第三輻射部之第一端

132:第三輻射部之第二端

140:第四輻射部

141:第四輻射部之第一端

142:第四輻射部之第二端

150:第五輻射部

151:第五輻射部之第一端

152:第五輻射部之第二端

154:第五輻射部之第一部份

155:第五輻射部之第二部份

156:第五輻射部之第三部份

160:第六輻射部

161:第六輻射部之第一端

162:第六輻射部之第二端

164:第六輻射部之較窄部份

165:第六輻射部之較寬部份

170:介質基板

190:信號源

400:筆記型電腦

410:上蓋外殼

420:顯示器邊框

430:鍵盤邊框

440:底座外殼

451:第一位置

452:第二位置

453:第三位置

454:第四位置

FB1:第一頻帶

FB2:第二頻帶

FB3:第三頻帶

FB4:第四頻帶

GC1:第一耦合間隙

GC2:第二耦合間隙

H1:總高度

L1,L2,L3,L4,L5:長度

VSS:接地電位

W1,W2: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示意圖。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輻射增益圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之筆記型電腦之示意圖。