TWI844358B

TWI844358B - 支援寬頻操作之行動裝置

Info

Publication number: TWI844358B
Application number: TW112117456A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛; 林敬基
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Filing date: 2023-05-11
Publication date: 2024-06-01

Abstract

一種行動裝置包括：接地元件、第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部、延伸接地部、第四輻射部，以及第五輻射部。接地元件具有缺口區域。第一輻射部具有饋入點。第二輻射部係耦接至第一輻射部。第一輻射部經由第三輻射部耦接至接地元件。延伸接地部係耦接至接地元件。第四輻射部係耦接至延伸接地部。第四輻射部和第一輻射部之間形成第一耦合間隙。第五輻射部係耦接至延伸接地部。第五輻射部和第一輻射部之間形成第二耦合間隙。接地元件、第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部、延伸接地部、第四輻射部，以及第五輻射部共同形成天線結構。

Description

支援寬頻操作之行動裝置

本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種可支援寬頻操作之行動裝置。

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輻射增益(Radiation Gain)不足，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出一種小尺寸、高輻射增益之天線結構，對設計者而言是一項重要課題。

在較佳實施例中，本發明提出一種支援寬頻操作之行動裝置，包括：一接地元件，具有一缺口區域；一第一輻射部，具有一饋入點；一第二輻射部，耦接至該第一輻射部；一第三輻射部，其中該第一輻射部係經由該第三輻射部耦接至該接地元件；一延伸接地部，耦接至該接地元件；一第四輻射部，耦接至該延伸接地部，其中該第四輻射部和該第一輻射部之間形成一第一耦合間隙；以及一第五輻射部，耦接至該延伸接地部，其中該第五輻射部和該第一輻射部之間形成一第二耦合間隙；其中該接地元件、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該延伸接地部、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，該行動裝置更包括：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、該延伸接地部、該第四輻射部，以及該第五輻射部皆設置於該介質基板上。

在一些實施例中，該接地元件包括一第一主要部份、一第二主要部份，以及一連接部份，該缺口區域係介於該第一主要部份和該第二主要部份之間，而該饋入點係鄰近於該第一主要部份。

在一些實施例中，該第一輻射部、該第二輻射部，以及該第三輻射部之組合係大致呈現一T字形。

在一些實施例中，該延伸接地部、該第四輻射部，以及該第五輻射部之組合係大致呈現一L字形。

在一些實施例中，該第四輻射部和該接地元件之間形成一第三耦合間隙，而該第三耦合間隙之寬度係介於0.5mm至1mm之間。

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，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間，而該第三頻帶係介於5925MHz至7125MHz之間。

在一些實施例中，該第一輻射部和該第二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，該第一輻射部和該第三輻射部之總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，該第四輻射部和該第五輻射部之每一者之長度係大致等於該第三頻帶之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。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。

此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。

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可為一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)、一筆記型電腦(Notebook Computer)，但亦不僅限於此。在第1圖之實施例中，行動裝置100至少包括：一接地元件(Ground Element)110、一第一輻射部(Radiation Element)120、一第二輻射部130、一第三輻射部140、一延伸接地部(Extension Ground Element)150、一第四輻射部160，以及一第五輻射部170，其中接地元件110、第一輻射部120、第二輻射部130、第三輻射部140、延伸接地部150、第四輻射部160，以及第五輻射部170皆可由金屬材質所製成，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(Processor)、一觸控面板(Touch Control Panel)、一揚聲器(Speaker)、一供電模組(Power Supply Module)，或(且)一外殼(Housing)。

接地元件110具有一缺口區域(Notch Region)118。例如，接地元件110可以大致呈現一倒U字形，而缺口區域118可以大致呈現一矩形，但亦不僅限於此。詳細而言，接地元件110包括一第一主要部份114、一第二主要部份115，以及一連接部份116，其中連接部份116係耦接於第一主要部份114和第二主要部份115之間。另外，缺口區域118則可介於接地元件110之第一主要部份114和第二主要部份115之間。例如，在接地元件110當中，第一主要部份114之面積可以大於第二主要部份115之面積，而第二主要部份115之面積又可大於連接部份116之面積。在一些實施例中，接地元件110可藉由一接地銅箔(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120可以大致呈現一較寬直條形(相較於第二輻射部130來說)。詳細而言，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為一開路端(Open End)，而一饋入點(Feeding Point)FP係鄰近於第一輻射部120之第一端121處。饋入點FP更可耦接至一信號源(Signal Source)190。例如，信號源190可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組。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：10mm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，饋入點FP係相對鄰近於接地元件110之第一主要部份114而設置，其中饋入點FP係相對遠離接地元件110之缺口區域118。

第二輻射部130可以大致呈現一直條形。詳細而言，第二輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第二輻射部130之第一端131係耦接至第一輻射部120之第二端122，而第三輻射部130之第二端132為一開路端。例如，第三輻射部130之第二端132和第一輻射部120之第一端121兩者可大致朝相反且互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，相較於前述之第一輻射部120，第二輻射部130更可向上偏移一段既定距離D1，但亦不僅限於此。

例如，第一輻射部120、第二輻射部130，以及第三輻射部140之組合可以大致呈現一T字形。詳細而言，第三輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第三輻射部140之第一端141係耦接至接地元件110之連接部份116，而第三輻射部140之第二端142係耦接至第一輻射部120之第二端122。是以，第一輻射部120將可經由第三輻射部140耦接至接地元件110。

延伸接地部150具有一第一端151、一第二端152，以及一側邊153，其中延伸接地部150之側邊153係耦接至接地元件110之第一主要部份114。例如，信號源190之一正極(Positive Electrode)可耦接至饋入點FP，而信號源190之一負極(Negative Electrode)則可耦接至延伸接地部150，但亦不僅限於此。

第四輻射部160可以大致呈現一較窄直條形(相較於第五輻射部170來說)。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係耦接至延伸接地部150之第一端151，而第四輻射部160之第二端162為一開路端。例如，第四輻射部160之第二端162和第二輻射部130之第二端132兩者可大致朝相同方向作延伸。在一些實施例中，第四輻射部160和第一輻射部120之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。

例如，延伸接地部150、第四輻射部160，以及第五輻射部170之組合可以大致呈現一L字形，其可與前述之T字形彼此分離。第五輻射部170可以大致呈現另一直條形，其可與第延伸接地部150和第四輻射部160皆大致互相垂直。詳細而言，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係耦接至延伸接地部150之第二端152和接地元件110之第一主要部份114，而第五輻射部170之第二端172為一開路端。在一些實施例中，第五輻射部170和第一輻射部120之間可形成一第二耦合間隙GC2，而第四輻射部160和接地元件110之間更可再形成一第三耦合間隙GC3。

在較佳實施例中，接地元件110、第一輻射部120、第二輻射部130、第三輻射部140、延伸接地部150、第四輻射部160，以及第五輻射部170可共同形成行動裝置100之一天線結構(Antenna Structure)。例如，前述之天線結構可為一平面化天線結構。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，行動裝置100之天線結構亦可改為一立體天線結構。

在一些實施例中，行動裝置100更包括一介質基板(Dielectric Substrate)180。介質基板180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 Printed Circuit，FPC)。例如，第一輻射部120、第二輻射部130、第三輻射部140、延伸接地部150、第四輻射部160，以及第五輻射部170皆可設置於介質基板180之同一表面上。

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(dBi)。根據第2圖之量測結果，行動裝置100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可介於2400MHz至2500MHz之間，第二頻帶FB2可介於5150MHz至5850MHz之間，第三頻帶FB3可介於5925MHz至 7125MHz之間。因此，行動裝置100將至少可支援傳統WLAN(Wireless Local Area Network)和新世代Wi-Fi 6E之寬頻操作。必須注意的是，即使接地元件110並非一完整形狀，使用本發明之設計之行動裝置100仍可於前述之第一頻帶FB1、第二頻帶FB2，以及第三頻帶FB3內提供相對較高之輻射增益。

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。第一輻射部120和第二輻射部130可共同激發產生前述之第一頻帶FB1。第一輻射部120和第三輻射部140可共同激發產生前述之第二頻帶FB2。第四輻射部160和第五輻射部170可共同激發產生前述之第三頻帶FB3。根據實際量測結果，若將第二輻射部130向上偏移既定距離D1，則可微調前述之第一頻帶FB1之阻抗匹配(Impedance Matching)。另外，若於第四輻射部160和接地元件110之間加入第三耦合間隙GC3，則可微調前述之第三頻帶FB3之阻抗匹配。

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120和第二輻射部130之總長度L1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)。第一輻射部120之寬度W1可介於3mm至5mm之間。第二輻射部130之寬度W2可介於2mm至4mm之間。第一輻射部120和第三輻射部140之總長度L2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)。既定距離D1可介於1mm至1.5mm之間。第四輻射部160之長度L3可大致等於行動裝置100之天線結構之第三頻帶FB3之0.25倍波長(λ/4)。第四輻射部160之寬度W3可介於1mm至2mm之間。第五輻射部170之長度L4可大致等於行動裝置100之天線結構之第三頻帶FB3之0.25倍波長(λ/4)。第五輻射部170之寬度W4可介於2mm至3mm之間。第一耦合間隙GC1之寬度可介於1mm至2mm之間。第二耦合間隙GC2之寬度可介於1mm至2mm之間。第三耦合間隙GC3之寬度可介於0.5mm至1mm之間。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100之天線結構之操作頻寬(Operational Bandwidth)和阻抗匹配。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之筆記型電腦300之立體圖。在第3圖之實施例中，前述之天線結構可應用於筆記型電腦300當中，其中筆記型電腦300包括一上蓋外殼(Upper Cover Housing)310、一顯示器邊框(Display Frame)320、一鍵盤邊框(Keyboard Frame)330，以及一底座外殼(Base Housing)340。必須理解的是，上蓋外殼310、顯示器邊框320、鍵盤邊框330，以及底座外殼340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」。例如，前述之天線結構可設置於鍵盤邊框330和底座外殼340之間，其更可鄰近於筆記型電腦300之一第一位置361或一第二位置362處。根據實際量測結果，若鍵盤邊框330由金屬材質所製成且底座外殼340上開設有一天線窗(Antenna Window)，則筆記型電腦300之天線結構將可提供良好之通訊品質。

本發明提出一種新穎之行動裝置及其天線結構。與傳統設計相比，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶，高輻射增益，以及低製造成本等優勢，故其很適合應用於各種各式之通訊裝置當中。

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。本發明之行動裝置並不僅限於第1-3圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-3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:接地元件 114:接地元件之第一主要部份 115:接地元件之第二主要部份 116:接地元件之連接部份 118:缺口區域 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:第二輻射部 131:第二輻射部之第一端 132:第二輻射部之第二端 140:第三輻射部 141:第三輻射部之第一端 142:第三輻射部之第二端 150:延伸接地部 151:延伸接地部之第一端 152:延伸接地部之第二端 153:延伸接地部之側邊 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 180:介質基板 190:信號源 300:筆記型電腦 310:上蓋外殼 320:顯示器邊框 330:鍵盤邊框 340:底座外殼 361:第一位置 362:第二位置 D1:既定距離 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 L1,L2,L3,L4:長度 W1,W2,W3,W4: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輻射增益圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之筆記型電腦之立體圖。

100:行動裝置

110:接地元件

114:接地元件之第一主要部份

115:接地元件之第二主要部份

116:接地元件之連接部份

118:缺口區域

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:第二輻射部

131:第二輻射部之第一端

132:第二輻射部之第二端

140:第三輻射部

141:第三輻射部之第一端

142:第三輻射部之第二端

150:延伸接地部

151:延伸接地部之第一端

152:延伸接地部之第二端

153:延伸接地部之側邊

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

180:介質基板

190:信號源

D1:既定距離

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

L1,L2,L3,L4:長度

W1,W2,W3,W4:寬度

Claims

一種支援寬頻操作之行動裝置，包括：一接地元件，具有一缺口區域；一第一輻射部，具有一饋入點；一第二輻射部，耦接至該第一輻射部；一第三輻射部，其中該第一輻射部係經由該第三輻射部耦接至該接地元件；一延伸接地部，耦接至該接地元件；一第四輻射部，耦接至該延伸接地部，其中該第四輻射部和該第一輻射部之間形成一第一耦合間隙；以及一第五輻射部，耦接至該延伸接地部，其中該第五輻射部和該第一輻射部之間形成一第二耦合間隙；其中該接地元件、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該延伸接地部、該第四輻射部，以及該第五輻射部係共同形成一天線結構。
如請求項1之行動裝置，更包括：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、該延伸接地部、該第四輻射部，以及該第五輻射部皆設置於該介質基板上。
如請求項1之行動裝置，其中該接地元件包括一第一主要部份、一第二主要部份，以及一連接部份，該缺口區域係介於該第一主要部份和該第二主要部份之間，而該饋入點係鄰近於該第一主要部份。
如請求項1之行動裝置，其中該第一輻射部、該第二輻射部，以及該第三輻射部之組合係大致呈現一T字形。
如請求項1之行動裝置，其中該延伸接地部、該第四輻射部，以及該第五輻射部之組合係大致呈現一L字形。
如請求項1之行動裝置，其中該第四輻射部和該接地元件之間形成一第三耦合間隙，而該第三耦合間隙之寬度係介於0.5mm至1mm之間。
如請求項1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，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間，而該第三頻帶係介於5925MHz至7125MHz之間。
如請求項7之行動裝置，其中該第一輻射部和該第二輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。
如請求項7之行動裝置，其中該第一輻射部和該第三輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
如請求項7之行動裝置，其中該第四輻射部和該第五輻射部之每一者之長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。