TWI844221B

TWI844221B - 天線結構及具有其之行動裝置

Info

Publication number: TWI844221B
Application number: TW112100291A
Authority: TW
Inventors: 李建德
Original assignee: 啟碁科技股份有限公司
Priority date: 2023-01-05
Filing date: 2023-01-05
Publication date: 2024-06-01
Also published as: TW202429754A; US20240235006A1; US12489196B2

Abstract

本發明公開一種天線結構及具有其之行動裝置。天線結構設置於金屬背蓋上，金屬背蓋具有L型槽孔，且L型槽孔具有沿著第一方向配置的第一分區及沿著第二方向配置的第二分區，第一分區具有開口端，第二分區具有閉口端，且第一方向垂直於第二方向，天線結構包括L型輻射件。L型輻射件與第二分區部分重疊且包括第一輻射部、第二輻射部及接地輻射部。第一輻射部沿著第二方向延伸。第二輻射部沿著第二方向延伸，且其一端連接於第一輻射部。其中，第一輻射部及第二輻射部的連接處設有第一饋入點。接地輻射部沿著第一方向延伸，連接於第二輻射部的另一端且具有第一接地側。其中，第一接地側通過電容元件接地。

Description

天線結構及具有其之行動裝置

本發明涉及一種結構及裝置，特別是涉及一種天線結構及具有其之行動裝置。

隨通訊協定持續演進，部分現有的通訊協定的頻寬已不足以負荷使用，而第五代通訊協定已協議新增頻率範圍1(Frequency Range 1,FR1)及頻率範圍2(Frequency Range 2,FR2)，以因應未來頻帶需求。其中，FR1又稱sub-6G，將LTE-A的頻寬拓寬至410MHz~7125MHz的頻段。然而，由於現有的行動裝置(例如筆記型電腦)已在有限的機構空間內設置全頻寬的天線，因此難以再提供更寬頻的頻帶。

此外，為了改善行動裝置的外觀，設計人員經常將顯示器與機身的比例擴大以獲得更大的螢幕，導致螢幕的邊緣更為狹窄，進而限制了天線的輻射空間並與此類移動設備中的天線產生負面交互，從而導致窄帶寬並降低其整體無線通信質量。

隨著5G通信的到來，sub-6G(410MHz~7125MHz)的頻段越來越多，MIMO技術也導致更多的天線需要組合在單一裝置中，從而進一步壓縮天線尺寸。因此，需要針對行動裝置提供一種能夠涵蓋整個sub-6G頻帶的天線結構及設計。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種天線結構及具有其之行動裝置。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種天線結構，設置於金屬背蓋上，金屬背蓋具有L型槽孔，且L型槽孔具有沿著第一方向配置的第一分區及沿著第二方向配置的第二分區，第一分區具有開口端，第二分區具有閉口端，且第一方向垂直於第二方向，天線結構包括L型輻射件。L型輻射件與第二分區部分重疊且包括第一輻射部、第二輻射部及接地輻射部。第一輻射部沿著第二方向延伸。第二輻射部沿著第二方向延伸，且其一端連接於第一輻射部。其中，第一輻射部及第二輻射部的連接處設有第一饋入點。接地輻射部沿著第一方向延伸，連接於第二輻射部的另一端且具有第一接地側。其中，第一接地側通過電容元件接地。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種行動裝置，包括金屬背蓋及天線結構。金屬背蓋具有L型槽孔，L型槽孔具有沿著第一方向配置的第一分區及沿著第二方向配置的第二分區，第一分區具有開口端，第二分區具有閉口端，且第一方向垂直於第二方向。天線結構設置在金屬背蓋上，且包括L型輻射件、中間輻射件及接地輻射件。L型輻射件與第二分區部分重疊且包括第一輻射部、第二輻射部、接地輻射部。第一輻射部沿著第二方向延伸。第二輻射部沿著第二方向延伸，且其一端連接於第一輻射部。第一輻射部及第二輻射部的連接處設有第一饋入點。接地輻射部沿著第一方向延伸，連接於第二輻射部的另一端且具有第一接地側。第一接地側通過電容元件接地。中間輻射件位於L型槽孔及L型輻射件之間且包括第三輻射部、第四輻射部及饋入部。第三輻射部從L型槽孔的內轉角處沿著第二方向延伸。第四輻射部位於第三輻射部與L型輻射件之間，沿著第二方向延伸，連接且垂直於第三輻射部。饋入部從第三輻射部的分支點沿著第一方向分支形成，且具有與第一饋入點電性連接的第二饋入點。接地輻射件與第三輻射部共平面設置在第三輻射部靠近第二分區的一側，且沿著第二方向延伸。接地輻射件在第一方向上的末端具有接地的第二接地側。中間輻射件與L型槽孔耦合以產生第一頻帶，第三輻射部從分支點朝向內轉角延伸的部分產生第二頻帶，第三輻射部從分支點朝向第二方向延伸的一部分及第一輻射部用於產生一第三頻帶，接地輻射件用於產生第四頻帶，且電容元件用於增加第一頻帶的頻寬。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

D:行動裝置

D00:金屬上蓋

D01:螢幕

D02:鍵盤

D1:第一方向

D2:第二方向

D3:第三方向

S:金屬背蓋

SL:L型槽孔

A:天線結構

SL2:第二分區

SL1:第一分區

SLC1:內轉角

OP:開口端

CL:閉口端

H:載板

H1:上表面

H2:下表面

H3:側表面

AL:L型輻射件

AL1:第一輻射部

AL2:第二輻射部

AL3:接地輻射部

AL31:第一接地側

FD1:第一饋入點

C1:電容

AM:中間輻射件

AM1:第三輻射部

AM11:第一邊緣

AM12:第二邊緣

AM2:第四輻射部

AM21:凹部

AM3:饋入部

FD2:第二饋入點

BP:分支點

AG:接地輻射件

AG1:第二接地側

BG:底部接地件

圖1為本發明實施例的行動裝置與其之天線結構的配置方式的示意圖。

圖2為根據本發明實施例的天線結構的第一俯視示意圖。

圖3為根據本發明實施例的天線結構設置於載板的立體示意圖。

圖4為根據本發明一實施例的天線結構的第二俯視示意圖。

圖5為根據本發明實施例的天線結構的第三俯視示意圖

圖6為根據本發明實施例的天線結構的L型輻射件、中間輻射件及接地輻射件的立體示意圖。

圖7為未採用本發明實施例所述的電容的配置的天線結構A的天線電壓駐波比(VSWR)對頻率之關係曲線圖。

圖8為採用本發明實施例所述的電容的配置的天線結構的 VSWR對頻率之關係曲線圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“天線結構及具有其之行動裝置”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

圖1為本發明實施例的行動裝置與其之天線結構的配置方式的示意圖。參閱圖1所示，本發明實施例提供一種行動裝置D，包括金屬背蓋S及天線結構A。金屬背蓋S可以是用於行動裝置D的金屬外殼，舉例來說，行動裝置D為一筆記型電腦，但本發明不以為限。金屬背蓋S可為筆記型電腦的金屬上蓋D0，天線結構A的擺放位置會設定在螢幕D01的周邊或是鍵盤D02四周，但本發明不限於此，行動裝置D及金屬背蓋S亦可例如為一平板電腦及其之金屬背蓋。

圖2為根據本發明實施例的天線結構的第一俯視示意圖。如圖2所示，從金屬背蓋S的第一側來看，金屬背蓋S具有L型槽孔SL，L型槽孔SL具有沿著一第一方向D1配置的第一分區SL1及沿著第二方向D2配置的第二分區SL2。第一分區SL1具有開口端OP，第二分區SL2具有閉口端CL，且第一方向D1垂直於第二方向D2。在本發明的實施例中，第一分區SL1及第二分區SL2 均為矩形，且第一分區SL1在第一方向D1上的邊長小於第二分區SL2在第二方向D2上的邊長，以形成短邊鄰近開口端OP而長邊鄰近閉口端CL的L型槽孔SL。此外，在一些實施例中，第一分區SL1在第二方向D2上的邊長可大於第二分區SL2在第一方向D1上的邊長。

在可選實施例中，第一分區SL1在第一方向D1上的邊長可在8mm至11mm的範圍內，更佳為在9mm至10mm的範圍內，而第一分區SL1在第二方向D1上的邊長可在3mm至8mm的範圍內，更佳為在4mm至7mm的範圍內。在可選實施例中，第二分區SL2在第一方向D1上的邊長可在1mm至8mm的範圍內，更佳為在2mm至5mm的範圍內，而第二分區SL2在第二方向D2上的邊長可在55mm至60mm的範圍內，更佳為在56mm至59mm的範圍內。此外，在可選實施例中，第二分區SL2與金屬背蓋S最近的邊緣的距離可在4mm至9mm的範圍內，更佳為在5mm至7mm的範圍內。

圖3為根據本發明實施例的天線結構設置於載板的立體示意圖。如圖3所示，天線結構A可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金，且天線結構A可包括設置在L型槽孔SL上的載板H。載板H可例如是立體的塑膠承載件(holder)，具有上表面H1、下表面H2及連接上表面及下表面之間的側表面H3。然而，為了避免視覺遮蔽並使讀者易於理解本發明，在圖3以外的其他圖式中，載板H被顯示成一透明元件，其設置在金屬背蓋S上，而天線結構A所包括的一或多個金屬輻射件可圍繞設置於載板H上。在一些實施例中，天線結構A亦可包括一非導體材質，其用於填充於L型槽孔SL中。

需要說明的是，本發明實施例的天線結構A可採用雷射直接成型(Laser-Direct-structuring,LDS)技術，根據所設計的輻射件圖樣的輪廓控制雷射移動，將雷射投照到模塑成型的立體塑膠承載件上形成金屬天線圖樣。然而，上述所舉的例子只是其中一可行的實施例而並非用以限定本發明。

圖4為根據本發明一實施例的天線結構的第二俯視示意圖。圖4與圖2基本上類似，而僅針對L型輻射件AL的相關部件進行重點標示。如圖4所示，天線結構A包括L型輻射件AL，L型輻射件AL可設置在載板H的上表面H1上，與第二分區SL2部分重疊，且包括第一輻射部AL1、第二輻射部AL2及接地輻射部AL3。

其中，第一輻射部AL1及第二輻射部AL2均沿著第二方向D2延伸，第二輻射部AL2的一端連接於第一輻射部AL1，且第一輻射部AL1及第二輻射部AL2的連接處設有第一饋入點FD1。在可選實施例中，第一輻射部AL1及第二輻射部AL2在第一方向D1上的邊長可在0.5mm至5mm的範圍內，更佳為在1mm至4mm的範圍內，而第一輻射部AL1及第二輻射部AL2在第二方向D2上的總長可在35mm至45mm的範圍內，更佳為在38mm至41mm的範圍內。

另一方面，接地輻射部AL3沿著第一方向D1延伸，連接於第二輻射部AL2的另一端，且具有第一接地側AL31。舉例而言，在一些實施例中，接地輻射部AL3可鄰近閉口端CL設置，且沿著第一方向D1的末端係作為第一接地側AL31，且第一接地側AL31通過電容C1接地。在可選實施例中，接地輻射部AL3在第二方向D2上的邊長可在4mm至8mm的範圍內，更佳為在3mm至5mm的範圍內。

更詳細而言，可參考圖3，第一接地側AL31通過電容C1連接於一底部接地件BG。需說明，在本發明的實施例中，由於電容元件的形貌並非本發明的重點，且可依據需求選擇適當型號的電容，因此，電容元件均以電路符號簡單繪示於圖式中，並以與電容符號連接的線段來簡單表示其在天線結構A中的相對連接關係。

詳細而言，第一饋入點FD1為訊號饋入位置，能量將會從第一饋入點FD1進入，使L型輻射件AL與L型槽孔SL及其他構件耦合可諧振產生所需的頻帶的輻射能量。

圖5為根據本發明實施例的天線結構的第三俯視示意圖，圖6為根據本發明實施例的天線結構的L型輻射件、中間輻射件及接地輻射件的立體示意圖。需說明，圖5基本上與圖2類似，而僅針對中間輻射件及接地輻射件的相關部件進行重點標示，同時將L型輻射件以虛線隱藏。另一方面，圖6是以圖3為基礎，將載板H省略以方便說明本發明的天線結構的L型輻射件、中間輻射件及接地輻射件的相對關係及具體細節。

如圖5及圖6所示，天線結構A還包括中間輻射件AM，位於L型槽孔SL及L型輻射件AL之間，且包括第三輻射部AM1、第四輻射部AM2及饋入部AM3。更精確來說，中間輻射件AM是在第三方向D3上位於L型槽孔SL及L型輻射件AL之間，且第三方向D3垂直於第一方向D1及第二方向D2，如圖6所示。

而從圖5的俯視圖來看，第三輻射部AM1可為一長條形金屬導電件，具有一矩形本體，且從L型槽孔SL的內轉角SLC1處沿著第二方向D2延伸。更詳細而言，在俯視圖中，第三輻射部AM1的矩形本體基本上不與L型槽孔SL重疊，從L型槽孔SL的內側的金屬背蓋S作為起始點，向第二方向D2延伸，直到接近閉口端CL處。因此，在一些實施例中，第三輻射部AM1在第二方向D2上的長度小於第二分區SL2在第二方向D2上的總長。在可選實施例中，第三輻射部AM1在第二方向D2上的總長可在32mm至40mm的範圍內，更佳為在34mm至38mm的範圍內。

從圖6的立體圖來看，第四輻射部AM2可位於第三輻射部AM1與L型輻射件AL之間，沿著第二方向D2延伸，連接且垂直於第三輻射部AM1。類似於第三輻射部AM1的形貌，第四輻射部AM2亦可包括與第三輻射部AM1垂直的矩形本體，且第三輻射部AM1及第四輻射部AM2在第二方向D2上可具有相同的長度，然而，本發明不以此為限。在其他實施例中，第三輻射部AM1及第四輻射部AM2可因應設計需求而在第二方向D2上具有不相同長度。此外，在可選實施例中，在俯視圖中，第三輻射部AM1及第四輻射部AM2不與L型槽孔SL的第二分區SL2重疊，然而，本發明不以此為限。在其他實施例中，從俯視角度來看，第三輻射部AM1及第四輻射部AM2可因應設計需求而與L型槽孔SL的第二分區SL2部分重疊。

此外，為了將中間輻射部AM相對於L型槽孔SL、金屬背蓋S及L型輻射件AL固定設置，可通過將中間輻射部AM固定在載板H上來達成。舉例來說，第四輻射部AM2可配置有一或多個凹部AM21以與載板H卡固，使中間輻射件AM更加穩固的設置於L型槽孔SL及金屬背蓋S上方。然而，本發明不限於此，在具備其他固定手段的前提下，第四輻射部AM2可不具有任何的凹部AM21。

從圖5的俯視圖來看，中間輻射件AM還包括饋入部AM3。饋入部AM3從第三輻射部AM1的分支點BP沿著第一方向D1分支形成，且具有與第一饋入點FD1電性連接的第二饋入點FD2。第一饋入點FD1及第二饋入點FD2通過同時電性連接於L型輻射件AL及饋入部AM3的通孔電性連接。

其中，分支點BP位於第三輻射部AM1的鄰近中央處。更詳細來說，分支點BP在第二方向D2上與第三輻射部AM1的第一邊緣AM11及第二邊緣AM12都至少相距第三輻射部AM1在第二方向D2上的總長的三分之一以上。其中，圖5、6中分支點BP與第一邊緣AM11及第二邊緣AM12的相對關係僅為示意，本發明不以此為限。在可選實施例中，分支點BP與第一邊緣AM11的距離為分支點BP與第二邊緣AM12的距離的1.5倍至2.5倍之間，較佳為1.5倍至2倍之間。

總體來說，本發明實施例針對行動裝置提供一種能夠涵蓋整個 sub-6G頻帶的天線結構A。詳細而言，在本實施例中，中間輻射件AM可與L型槽孔SL耦合以產生第一頻帶。另一方面，第三輻射部AM1可用於產生兩種頻帶。具體來說，第三輻射部AM1從分支點BP朝向內轉角SLC1延伸的一部分(也就是朝向第一邊緣AM11的一部分)可用於產生第二頻帶，而第三輻射部AM1從分支點BP朝向第二方向D2延伸的一部分(也就是朝向第二邊緣AM12的一部分)及L型輻射件AL的一部分可用於產生第三頻帶。其中，L型輻射件AL的一部分特別是指由饋入點朝向開口端OP的第一輻射部AL1可用於產生第三頻帶。

在一些實施例中，第一頻帶、第二頻帶及第三頻帶依序為由低頻至高頻分佈的低頻頻帶、中頻頻帶及3G頻帶。更明確來說，低頻頻帶指的是範圍從617MHz至960MHz的頻帶，中頻頻帶指的是範圍從1710MHZ至2690MHz的頻帶，3G頻帶指的是範圍從3300MHz至4200MHz的頻帶。並且，當將電容C1的電容值設定在預定範圍時，可用於增加第一頻帶(低頻頻帶)的頻寬。在可選實施例中，電容C1的電容值可在0.1pF至10pF的範圍內，較佳可在0.5pF至2pF的範圍內。

然而，為了更完整涵蓋sub-6G頻帶，本發明實施例的天線結構A還包括接地輻射件AG。可參考圖5、6所示，接地輻射件AG可與第三輻射部AM1共平面設置在第三輻射部AM1靠近第二分區SL2的一側，且沿著第二方向D2延伸。如圖5所示，從俯視圖來看，接地輻射件AG也具有矩形本體，且是基本上與第二分區SL2完全重疊，且完全被第二分區SL2涵蓋在內。在一些實施例中，接地輻射件AG在第二方向D2上的長度大於其在第一方向D1上的長度，但小於第三輻射部AM1在第二方向D2上的總長度。在可選實施例中，接地輻射件AG在第一方向D1上的總長可在0.5mm至5mm的範圍內，更佳為在1mm至4mm的範圍內，而接地輻射件AG在第二方向D2上的總長可在3mm至 9mm的範圍內，更佳為在4mm至7mm的範圍內。

如圖5及圖6所示，接地輻射件AG在第一方向D1上的末端具有接地的第二接地側AG1，且接地輻射件AG亦可通過載板H固定設置在金屬背蓋上。

因此，在一些實施例中，L型輻射件AL、第三輻射部AM1、第四輻射部AM2、饋入部AM3及接地輻射件AG的位置關係可以是：L型輻射件AL位於第一平面，第三輻射部AM1、饋入部AM3及接地輻射件AG位於第二平面，第四輻射部AM2位於第三平面，而第一平面平行於第二平面，且第三平面同時與第一平面及第二平面垂直，且可從圖6的立體圖得到上述位置相對關係。此外，底部接地件BG可同時連接於接地輻射件AG及電容C1，且是在第二方向D2上延伸，且底部接地件BG還可通過其他接地件接地，本發明不以圖6顯示的底部接地件BG來限制接地輻射件AG及電容C1接地的方式。

因此，當訊號從第一饋入點FD1及第二饋入點FD2輸入時，接地輻射件AG可耦合產生第四頻帶，而前述的第一頻帶、第二頻帶及第三頻帶與接地輻射件AG產生的第四頻帶可依序為由低頻至高頻分佈的低頻頻帶、中頻頻帶、3G頻帶及5G頻帶。更明確來說，5G頻帶指的是範圍從5150MHz至5925MHz的頻帶。

請一併參閱圖7及圖8，圖7為未採用本發明實施例所述的電容的配置的天線結構A的天線電壓駐波比(VSWR)對頻率之關係曲線圖，圖8為採用本發明實施例所述的電容的配置的天線結構A的VSWR對頻率之關係曲線圖。如圖7及圖8所示，藉由上述電容的配置可以有效地改善天線結構A的低頻共振模態(特別是範圍從617MHz至960MHz的低頻頻帶)的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)。由圖8中的曲線可看出，經過設置電容C1(例如，1pF)後，可在不影響中頻及高頻模態特性的前提下，將低頻頻帶的天線電壓駐波比進行優化，使其均在3以下。顯示出圖8採用了電容的天線結構A與圖7未採用電容的天線結構相比可以達到較佳的天線電壓駐波比。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的天線結構及具有其之行動裝置，除了能夠在有限的機構空間內提供優化後的全頻寬的天線，使天線結構及具有其之行動裝置能夠進一步拓展到sub-6G頻段以外，還能夠通過設置與L型輻射件電性連接的電容，可在不影響中頻及高頻模態特性的前提下，將低頻頻帶的天線電壓駐波比進行優化。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。