TW200832819A - Multi-broad band antenna and electronic device thereof - Google Patents

Description

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—*违顧 m · JTW3305PA 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 持式有齡—f乡賴錢天歧助其之手 二：=i特別疋有關於-種在單一導體結構上丘 振^多個寬頻段之多頻段寬頻天線及應用其之手持式電，、 【先前技術】 D•一般f線在操作時’通常利用天線分集（Antenna =响）的架構來解決多重路徑（_卜剛）的干擾 ^射⑽、統採用多頻段操料，大部份的天線皆 :。夕、、’且冑立天線或是複合式天線來達到天線分集的目 ☆但如此-來，將大幅提昇系統複雜性並降低 ，激統的多頻段天線乃是利用共振結構的倍』 …激务夕邱振模態以實現多頻段操作的目的。 然而’上述之設計必須限制在每個共振模態的中心頻 =此間互為倍數關係，且所有頻寬皆屬窄頻，具有頻寬 易拓展的缺點。例如—般無線區域網路（wlan)使用之 頻呢雙頻天線’通常只是將2.4GHz頻段之兩倍 （即4.8GHz)的結構參數猶加調整，便用來收 之電磁波訊號。是故，高頻段的電磁波傳輸效率 = ，大幅影響信號品質。不僅如此，由於每-共振 間存在著倍刻㈣’故而對於wlan 8ma/b/ 給運作的頻率範圍：2.4〜2.4δ35 GHz、4 9〜5 35呢、 200832819

二连編371： · iW3305PA ^ 5· 47〜5· 725 GHz以及5. 725〜5· 825 GHz，此種作法顯然無 法適用。因為在5GHz頻率範圍的每一頻段，彼此間並非 倍頻關係且整體頻寬相當寬闊（接近1GHz)。 而當今之筆記型電腦發展趨勢著重於建置多樣化的 無線通訊功能，尤其是超級行動電腦（Ultra Mobile PC， UMPC)更導入全球定位系統（GPS)。因此，若是要在單一結 構上結合全球行動通訊系統（GSM)之824〜894丽z及 1850〜1990MHz、全球定位系統之1.575GHz以及無線區域 網路之2. 4〜2. 5GHz及4. 9〜5. 875GHz，對於天線之容積效 率及其電氣特性更是一大挑戰。 【發明内容】 本發明係有關於一種多頻段寬頻天線及應用其之手 持式電子裝置，在不需要導入介質的前提之下，利用一體 成型之導體結構創造出結合GPS、GSM及WLAN等多個系統 之多頻段寬頻天線，並使得多頻段寬頻天線之體積最小 化，且兼具良好的高頻特性及高可靠度。 根據本發明，提出一種多頻段寬頻天線，包括第一輻 射主體、第二輻射主體、第三輻射主體、接地平面以及多 個短路元件。第一輻射主體激發第一共振模態，使得多頻 段寬頻天線具有高頻段寬頻頻寬。第二輻射主體激發第二 共振模態，使得多頻段寬頻天線具有中頻段寬頻頻寬。第 三輻射主體激發第三共振模態，使得多頻段寬頻天線具有 低頻段寬頻頻寬。多個短路元件分別將第一輻射主體、第 7 200832819

—* xW3305PA 、二輻社體及第三輻射主體迪至接地平面。 H振模態及第三共振模態之輻射場型係互 根據本發明，提出一種手持式電子裝置，包 屬=多頻段寬頻天線。屏蔽金屬用崎低電磁干擾。多頻 又見頻天線包括第一輻射主體、第二輕射主體、第三㈣ 平:以及多個短路元件。第一輻射主體 /、振彳絲’使得㈣段寬鼓線具有高頻 頻 =頻^頻頻寬。第三輻射主體激發第三共振模態，使 件夕頻&見頻天線具有低頻段寬頻頻寬。多個短路元件分 別將第-輻射主體、第二輻射主體及第三輕射主體輕接至 接地t面。_其中，第一共振模態、第二共振模態及第三共 振模悲之輪射場型係互不干擾。 土—為讓本發明之上述内容能更明顯易懂，下文特舉一較 佳貫施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【貫施方式】 二照第1A圖及第1B圖，第ία圖繪示乃依照本發 明#父佳貫_之多頻段寬頻天線之前視圖，第1β圖纷示 乃本發明較佳實施例之多頻段寬頻天線之上視圖。多 頻段寬^頃天線100包括第一輻射主體110、第二輻射主體 120、第二輻射主體13〇、接地平面14〇以及多個短路元件 151〜153 °其中，第一輻射主體110、第二輻射主體120、

/W3305PA 200832819 第三輻射主體130、接地平面14〇以及多個短路元件 151〜153係採一體成型之設計。 下文中，係以結合全球行動通訊系統（GSM)、全球定 位系統（GPS)及無線區域網路（WUN)之應用為例，說明多 頻段寬頻天線100是如何滿足824〜894MHz、 1850〜1990MHz、1· 575GHz、2· 4〜2· 5GHz 以及 4· 9〜5· 875GHz 等多個不同頻段運作所需的操作頻寬。為方便說明起見， 係將2· 4〜2· 5GHz及4· 9〜5· 875GHz的頻率範圍定義為高頻 段見頻頻寬，將1.575GHz的頻率範圍定義為中頻段寬頻 頻寬，將824〜894MHz及1850〜1990MHz的頻率範圍定義為 低頻段寬頻頻寬，以符合多頻段寬頻之設計需求。 在汛號傳輸方面，第一輻射主體11〇、第二輻射主體 120及第二輻射主體130分別具有一饋入點（未標示於圖） 以饋入訊號。第一輻射主體11〇係用以激發第一共振模 態，使得多頻段寬頻天線100具有高頻段寬頻頻寬 2· 4〜2· 5GHz及4· 9〜5· 875 GHz。其中，由於多頻段寬頻天 線100對高頻段寬頻頻寬的要求極為寬闊，因此本實施例 於實務上係配置τ型對稱結構171於第一輻射主體11〇 使传弟‘射主體11 〇具有二條電流路徑，以聯合實 現高頻段寬賴寬的寬頻要求。換言之，係利用τ型對稱 ，構171使第-輻射主體11G的第—共振模態能令多頻段 寬2天線100滿足高頻段寬頻頻寬的寬頻設計需求，亦即 使得夕頻^又見頻天線能夠接收無線區域網路（Wlan)之 訊號。 9 200832819

—' TW3305PA 第一輪射主體120係用以激發第二共振模態，第二共 振模態能令多頻段寬頻天線100滿足中頻段寬頻頻寬 1.575GHz的設計需求，使得多頻段寬頻天線1〇〇能夠接收 王球疋位系統（GPS)之訊號。第三輻射主體1 go係用以激 發第三共振模態，使得多頻段寬頻天線1〇〇具有低頻段寬 頻頻寬824〜894MHz及1850〜1990MHz。其中，由於低頻段 I頻頻X的要求係為一個不同的低頻頻段，因此第三輻射 主體130包括二個子輻射主體131〜132，使得第三輻射主 體130分別滿足低頻段寬頻頻寬824〜894MHz及 1850〜1990MHz的不同低頻頻段要求。此外，此二個子輻射 主體131〜132更分別配置有τ型對稱結構172及了型^稱 結構173來拓展頻寬，使得第三輻射主體13〇的第三共振 模恶犯令多頻段覓頻天線100滿足低頻段寬 設計需求，亦即使得多頻段寬頻天線刚能夠接 動通訊系統（GSM)之訊號。 此外，觀察第1Α圖及第1Β圖可得知，第一輻射主體 Π0所激發之第-共振模態之輻射場型主要係朝χ方向發 散’第二輻射主體120所激發之第二共振模態之輕射場^ 主要朝ζ方向發散，第三韓射主體13〇所激發之第三丘振 ㈣之輻射場型主要朝-χ方向發散。由於第—共振模態: 第二共振模態及第三共振模態之輻射場型係朝不同^方 向發散，故彼此間的影響可以降到最低。然並不限於χ、y 或z方向，只要三個輻射場型彼此間不互相干擾即可。更 甚或可以依據第一共振模態、第二共振模態及第三丘振模 200832819

一:¾細肌.1W3305PA =之輪射場型對第-輻射主體11G、第二輻射主體12〇及 弟:輻射主體13Q之配置做微調。例如，多頻段寬頻天線 ⑽之某些料並不配射域，而讓第—共振模態、 弟-共振模態及第三共振模態之輕射場型有沒浪的空 間使传訊號傳輸具有更佳的效率。 於多頻段寬頻天線1GG中，短路元件15卜153係分別 將第-輻射域11G、第二輻射域m及第三輻射主體 130耦接至接地平面14〇，使得第—輕射主體ιι〇、第二輕 射主體120及第三輻射主體13〇與接地平自14〇短路，苴 短路效應與平面倒F天線（咖赃F德麵: pifa)的結構相似’故短路元件151〜153的存在有助於多 頻段寬頻天線100尺寸的微小化。此外，τ㈣稱結構 173的配置也有助於縮減多頻段寬頻天線1〇〇尺寸。 而由於第-輻射主體11G、第二輻射主體m及第三輕射 主，130之接地採取分離歧計，故可以降低高頻段寬頻 頻寬、中頻段寬頻頻寬及低頻段寬頻頻寬彼此間的牵動 性，使射頻特性得以最佳化。 一多頻段寬頻天線100之三個饋入點實質上係分別與 三條2軸線（未繪示於圖）耦接，三條同軸線之蕊線分別耦 接至第一輻射主體110、第二輻射主體12〇及第三輻射主 體130，其耦接點即為饋入點。同軸線之外導體則與接地 平面丨40耦接做為訊號接地之用。於多頻段寬頻天線100 中，可分別將第一接地調整器161及第二接地調整器162 與屏敝金屬（未繪示於第1A圖及第1B圖）短路，使得多頻 200832819

；W3305PA 一适/1爾π儿， 段寬頻天線1〇〇之電磁場的切割截面積增加，提升訊號收 發的品質。另一方面，第一接地調整器161及第二接地調 整器162亦可視為接地平面140之延伸，對多頻段寬頻天 線100的阻抗匹配（impedance matching)有所助益，達 到良好的阻抗匹配效果。 請參照第2圖，其繪示乃依照本發明較佳實施例之多 頻段寬頻天線100配置於手持式電子裝置之示意圖。手持 式電子裝置200例如為筆記型電腦或超級行動電腦。手持 式電子裝置200内配置有屏蔽金屬210，用以降低電磁干 擾，提升系統抗輻射干擾的能力。在實務上，可將數個多 頻段寬頻天線100 (第2圖係以2個為例）組成天線分集 架構’並搞接至屏敝金屬210上’利用屏敝金屬210增加 天線表面積，使多頻段寬頻天線100能有更好的訊號接收 或發射效果。 請參考第3A圖，其繪示乃依照本發明較佳實施例之 多頻段寬頻天線100於高頻段寬頻頻寬之駐波比量測結 果。觀察標記1〜標記9可以得知，操作頻率於2. 4〜2. 5GHz 及4. 9〜5. 875GHz之駐波比皆低於2，故本發明實施例所揭 露之多頻段寬頻天線於高頻段寬頻頻寬具有良好的阻抗 匹配特性。請參照第3B〜E圖，其繪示乃依照本發明較佳 實施例之多頻段寬頻天線100於高頻段寬頻頻寬之輻射場 型圖。由第3B〜E圖中可知，本實施例於高頻段寬頻頻寬 時，產生接近於全向性輻射之場型，適合於多頻段寬頻天 線之實際應用。 12 200832819 一^£/|VTO7；/U * ；W3305PA 線於高頻段寬頻頻出2本=明所提出之多頻段寬頻天

=k Gain)可知於2.4〜2.5GHz，多頻段寬頻天線之“ 似均句的圓形，而於4.9〜5.875GHz，多頻段寬頻天 線之輪射場型独橢圓形。此外，高頻段寬麵寬各頻率 的平均增益（Average Gain)亦顯示出本發明之多頻段寬頻 天線於高頻段寬頻頻寬具有良好的輻射效率。 星曼(GHz) 尖峰增益（dBi) 平均增益（dBi) 2^〇 1. 31 -2. 86 2^45 0. 67 -2· 93 2^50 -0·66 -2· 71 4. 90 ~1. 25 - 4· 12 5.15 --- 0. 77 -2· 82 5^25 1. 56 -2· 70 5^35 1. 50 -2· 81 1. 81 -2· 84 5· 60 1—---- 2.49 -2· 71 ^725 2· 33 - 3· 13 5^80 2. 64 -3.44 5^75 2.44 -3· 62 表1 13 200832819

二连*航.iW3305PA 請參考第3F圖，苴^合- 多頻段寬頻天線100於、中曰；；==明較佳實施例之 果。觀察標記！〜標記3、可;^ M頻見之駐波比量測結 之駐波比皆低於2 5，= =_：，操作頻率於⑸佩 頻天線於中頻段寬頻頻宽且 射見 e, .. ,Γ ^ 貝見^有不錯的阻抗匹配特性。請參 α弟3G ® ’鱗示乃依照本發㈣佳實施例 頻天線_於中頻段寬頻頻寬之輕射場型圖。由第3^ 中可知，本貫施例於中頻段寬頻頻寬時，產生接近於全向 !·生幸田^之％型，適合於多頻段寬頻天線之實際應用。 清參考表2,其表列出本發明所提出之多頻段寬頻天 、，泉於中頻4又丸頻頻見（！. 575GHz)之天線增益測量值。由中 f段寬頻頻寬各斜的尖峰增益可知於丨奶呢，多頻段 寬頻天線之輻射場型近似均勻的圓形。此外，中頻段寬頻 頻寬各頻率的平均增益亦顯示出本發明之多頻段寬頻天 線於中頻段寬頻頻寬具有優秀的輻射效率。

請參考第3H圖，其繪示乃依照本發明較佳實施例之 多頻段寬頻天線1〇〇於低頻段寬頻頻寬之駐波比量測結 14

；W3305PA 200832819 果。觀察標記1〜標記4可以得知，操作頻率於犯4〜894MHz 及185(M990MHz之駐波比皆低於2. 8，故本發明實施例所 揭露之多頻段寬頻天線於低頻段寬頻頻寬具有不錯的阻 抗匹配特性。請參照第31〜3J圖，其繪示乃依照本^明較 佳實施例之多頻段寬頻天線100於低頻段寬頻頻寬之輕射 場型圖。由第3I-3J圖中可知，本實施例於低頻段寬頻頻 寬時，產生接近於全向性輻射之場型，適合於多頻段寬頻 天線之實際應用。 請參考表3，其表列出本發明所提出之多頻段寬頻天 線於低頻段寬頻頻寬（824〜894MHz及1850〜199〇ΜΗζ)之天 線增盈測量值。由南頻段寬頻頻寬各頻率的尖峰增益可知 於824〜894MHz及1850〜1990MHz，多頻段寬頻天線之輻射 場型近似均勻的圓形。此外，低頻段寬頻頻寬各頻率的平 均增益亦顯示出本發明之多頻段寬頻天線於低頻段寬頻 頻寬具有不錯的輻射效率。 頻率（GHz) 尖峰增益（dBi) 平均增益（dBi) 0.824 -0· 96 -4· 32 0. 859 -L 27 -3· 24 0. 894 - 0· 18 -3· 39 1.85 -0.44 -2. 95 1· 92 -0· 44 -3.40 1· 99 -0· 43 -3. 82 表3 15 200832819 天線及應用

本發明上述實施例所揭露之多頻段寬頻 其之手持式電子裝置，係利用一 結合GPS、GSM及WLAN等多個系統之多頻段育 矣令 —各 由使得多個系統之輻射場型彼此間之干擾降到最低 藉 得多頻段寬頻天線能夠接收多個系統之訊號’ ^:降^使 產成本且提升射頻系統的可靠度。 低生 此外，多頻段寬頻天線主要係以空氣為介質，而不需 要導入其他的介質如陶瓷等，使得收發訊號之效率提升而 1時=可以縮小共振結構，有效縮小天線體積。例如，本 毛明貝施例所揭露之多頻段寬頻天線1〇〇,即僅具有約MO 之體積，但仍能激發三個不同的共振模態以接收多 個系統之訊號。而以短路元件連接輻射主體及接地平面， 亦可有效縮小天線體積。 配，此外，亦可以更拓展一 線1〇0與屏蔽金屬210電性 具電磁i日令—土曰m . 磁相容之考量以 文拓展一部份之頻寬。而多頻段寬頻天 210電性連接可提昇電磁輻射效率並兼

達$，外，本發明貫施例所提供之多頻段寬頻天線10〇亦 器回阻抗匹配及拓展頻寬的效果。其中，第一接地調整 :⑻及第二接地調整器162可增進高頻模態的阻抗匹 、、;〔，然本發明已以一較佳實施例揭露如上， 以限疋本發明。本發明所屬技術領域中具有通 16 200832819 ^

—· TW3305PA > 常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種 之更動與潤飾。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。 17

：W33〇5PA 200832819 【圖式簡單說明】 第1Δ圖緣示依照本發明較佳實施例之多頻段寬頻 線之前視圖。 、、 第1B圖繪示依照本發明較佳實施例之多頻段寬頻天 線之上視圖。 ' 第2圖繪示依照本發明較佳實施例之多頻段寬頻天 線100配置於手持式電子裝置之示意圖。 第3A圖繪示依照本發明較佳實施例之多頻段寬頻天 線100於高頻段寬頻頻寬之駐波比量測結果。 第3B〜E圖繪示依照本發明較佳實施例之多頻段寬頻 天線100於南頻段寬頻頻寬之輻射場型圖。 第3F圖繪不依照本發明較佳實施例之多頻段寬頻天 線10 0於中頻段寬頻頻寬之駐波比量測結果。 第3G圖繪示依照本發明較佳實施例之多頻段寬頻天 線10 0於中頻段寬頻頻寬之輻射場型圖。 第3H圖繪不依照本發明較佳實施例之多頻段寬頻天 線10 0於低頻段寬頻頻寬之駐波比量測結果。 第31〜3J圖繪示依照本發明較佳實施例之多頻段寬 頻天線100於低頻段寬頻頻寬之輻射場型圖。 18 200832819 ”

—?$：«αζ/[χ · TWjj05PA " 【主要元件符號說明】 100 :多頻段寬頻天線 110 ··第一輻射主體 120 :第二輻射主體 130 :第三輻射主體 131〜132 :子輻射主體 14 0 :接地平面 151〜153 :短路元件 5 161 :第一接地調整器 162 :第二接地調整器 171〜173 ·· Τ型對稱結構 200 :手持式電子裝置 210 ·•屏蔽金屬 %, 19

Claims (1)

1. -W3305PA 200832819 十、申請專利範圍： 1. 一種多頻段寬頻天線，包括： 使得 一第-輻射主體，係用以激發—第—共振模態 该夕頻段寬頻天線具有—高頻段寬頻頻寬. 使得 ★…二：射主體，係用以激發-第二共振模態 口乂夕^員段見V員天線具有一中頻段寬頻頻寬； 物二體，係用以激發—第三共振模態，使得 /夕項奴見^員天線具有一低頻段寬頻頻寬； 一接地平面；以及 、 ’ 稷數個短路元件，係用以分別 第二輻射主^ ^ 早田射主體、该 射主體耦接至該接地平面； 中’该弟一共振模態、兮笛_ # 振模態之輻射場型係互不干擾。及该第三共 範圍第1項所述之多頻段寬頻天線， i之㈣;ΐ:::該第二共振模態及該第三共振模 心之季田射％型係朝不同之方向發散。 3·如申請專利範圍第1 其中，複數個Τ型對稱結_€擇 主體、該第二輻射主體及該第三轄射主體 糾 寬。 灿見頻頻見及該低頻段寬頻頻寬之頻 4·如申請專利範圍第3項 其中，該高紐寬賴寬鋼於2 4〜2ςΗ又域天線’ 4.9〜5.875GHz 頻段。 .4 2.卿及 20 200832819、 —t，剛'j"u - ▲ W3305PA . 5.乂申料利第4項所述之多頻段寬頻天線， 其中，该第一輻射主體配置有該了型對稱結構。 \如申請專利範圍第3項所述之多頻段寬頻天線， 其中，该中頻段寬頻頻寬係屬於1. 575GHz頻段。 7.如申請專利範圍第3項所述之多頻段寬頻天線， 其中，該低頻段寬頻頻寬係屬於824〜894MHz及 1850〜1990MHz 頻段。 8: ^請專利範圍第7項所述之多頻段寬頻天線， 二中"亥第一輻射主體具有一第一子輻射主體及一第二 該第一子輕射主體及該第二子輻射主體分：配 置有該T型對稱結構。 9·=申睛專利範圍第1項所述之多頻段寬頻天線， 體輪射主體、該第二輕射主體、該第三韓射主 體该接地平面及該些短路元件係一體成型。 10.如申請專利範圍第}項所述之多頻段寬頻天 4 ’更包括—第—接地調整器及一第二接地調整器，係用 強#頻段寬駐線㈣高減寬 頻 寬頻頻寬及該侧段寬賴寬樣抗匹配。4私 綠I1由如申請專利範圍第10項所述之多頻段寬頻天 射主體=第—轄射主體、該第二轄射主體、該第三輻 、-Μ接地平面、該些短路元件、該第—接地 及該第二接地調整器係—體成型。 接地縣盗 線，Γ巾Wf專利範圍第1項所述之多頻段寬頻天 ’、Μ接地平面電性連接一屏蔽金屬，用以提昇該 21 200832819 。 —· aWj305PA 多頻段寬頻天線之電磁輻射效率。 13· —種手持式電子裝置，包括： 一屏蔽金屬，係用以降低電磁干擾；以及 一多頻段寬頻天線，包括： 熊，η—射主體，仙以激發—第—共振模 〜 侍頻&見頻天線具有一高頻段寬頻頻寬； & 一第二輻射主體，係用以激發一第二共振槿 態，使得該多頻段寬頻天線具有—中頻段寬頻頻寬；、 頻寬； 一第二輻射主體，係用以激發一第三共振槿 態，使得該多頻段寬頻天線具有—低頻段寬頻、、 一接地平面；以及 面 複數個知·路元件，係用以分別將該第一輻射主 1第二輻射域及料三輕社體_至該接地平 J 六T，该第一共振模態、Ί 振模態之輻射場型係互不干擾 14·如申請專利範圍第13項所述之手持式 :模，^一共振模態、該第二共振模態及該第：共 、、匕之輻射場型係朝不同之方向發散。 置^5·如申請專利範圍第13項所述之手持式電子裝 ㈣/j’複數個了型對稱結構係選擇性地配置於該第一 、轉二輻社體及該第三輻社―拓展該高 、二見人頻見、該中頻段寬頻頻寬及該低頻段寬頻頻寬之 22 rW33〇5PA 200832819 --A^;/|7m3 j/y u 16·如申請專利範圍第15項所述之手持式電子聲 置，其中，該高頻段寬頻頻寬係屬於2·4〜2.5GHz及、 4· 9〜5· 875GHz 頻段。 17·如申請專利範圍第16項所述之手持式電子裝 置，其中，該第一輻射主體配置有該τ型對稱結構。 18·如申請專利範圍第15項所述之手持式電子裝 置，其中，該中頻段寬頻頻寬係屬於h 575GHz頻段, 19·如申請專利範圍第15項所述之手持式電子裝 置，其中，該低頻段寬頻頻寬係屬於824〜894MHz及" 1850〜1990MHz 頻段。 20·如申請專利範圍第19項所述之手持式電子裝 置’其中’該第三輕射主體具有―第—子輕射主體及一第 二子輻射主體，該第一子輻射主體及該第二子輻射主體分 別配置有該T型對稱結構。 21·如申請專利範圍第13項所述之手持式電子裝 i = 該第一輻射主體、該第二輻射主體、該第：輻 、體、该接地平面及該些短路元件係一體成型。 /2.如申請專利範圍第13項所述之手持式電子裝 置Λ夕^貝'^又I頻天線更包括一第一接地調整器及一第二 接地調整ϋ，係用以加強該多頻段寬頻天線於該高頻段寬 頻頻寬、該巾驗寬義寬及該倾«頻職之阻抗匹 電子裝 該第三輻 23.如申睛專利範圍第22項所述之手持式 置’其中’該第—輻射主體、該第二輻射主體、 23 200832819… 二！_肌.iW3305PA ' 射主體、該接地平面、該些短路元件、該第一接地調整器 及該第二接地調整器係一體成型。 24. 如申請專利範圍第13項所述之手持式電子裝 置，該手持式電子裝置為一筆記型電腦。 25. 如申請專利範圍第13項所述之手持式電子裝 置，該手持式電子裝置為一超級行動電腦。 24