TWI853463B

TWI853463B - 天線結構與行動裝置

Info

Publication number: TWI853463B
Application number: TW112106584A
Authority: TW
Inventors: 李岳展; 楊政達; 李冠宏
Original assignee: 啓碁科技股份有限公司
Priority date: 2023-02-23
Filing date: 2023-02-23
Publication date: 2024-08-21
Also published as: TW202435506A; US20240291150A1; US12394899B2

Abstract

一種天線結構，包括：一第一接地元件、一第二接地元件、一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第一電容器，以及一第二電容器。第一接地元件包括一第一邊緣區段、一第一突出區段，以及一第二突出區段。第二接地元件包括一第二邊緣區段、一第三突出區段，以及一第四突出區段。第一電容器係耦接於第一突出區段和第三突出區段之間。第二電容器係耦接於第二突出區段和第四突出區段之間。第一輻射部具有一饋入點，其中第一輻射部係經由第二輻射部耦接至第一邊緣區段。

Description

天線結構與行動裝置

本發明係關於一種天線結構，特別係關於一種寬頻帶(Wideband)之天線結構。

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操作頻寬(Operational Bandwidth)過窄，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、寬頻帶之天線結構，對設計者而言是一項重要課題。

在較佳實施例中，本發明提出一種天線結構，包括：一第一接地元件，包括一第一邊緣區段、一第一突出區段，以及一第二突出區段；一第二接地元件，包括一第二邊緣區段、一第三突出區段，以及一第四突出區段；一第一電容器，耦接於該第一突出區段和該第三突出區段之間；一第二電容器，耦接於該第二突出區段和該第四突出區段之間；一第一輻射部，具有一饋入點，其中該第一輻射部係鄰近於該第二邊緣區段；一第二輻射部，其中該第一輻射部係經由該第二輻射部耦接至該第一邊緣區段；以及一第三輻射部，耦接至該第二邊緣區段，其中該第三輻射部係鄰近於該第二輻射部。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一金屬腔體，耦接至該第一邊緣區段和該第二邊緣區段。

在一些實施例中，該第一突出區段之寬度係大於該第二突出區段之寬度，而該第三突出區段之寬度係大於該第四突出區段之寬度。

在一些實施例中，該第一電容器之電容值係介於0.2pF至0.7pF之間。

在一些實施例中，該第二電容器之電容值係介於0.2pF至0.7pF之間。

在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一不等寬N字形。

在一些實施例中，該第二輻射部係呈現一不等寬L字形。

在一些實施例中，該第二輻射部具有一第一角落缺口和一第二角落缺口。

在一些實施例中，該第三輻射部係呈現一直條形。

在一些實施例中，該第三輻射部係至少部份延伸進入該第二輻射部之該第二角落缺口。

在一些實施例中，該第一輻射部和該第二邊緣區段之間形成一第一耦合間隙，而該第一耦合間隙之寬度係小於或等於1mm。

在一些實施例中，該第三輻射部和該第二輻射部之間形成一第二耦合間隙，而該第二耦合間隙之寬度係小於或等於0.5mm。

在一些實施例中，該第二輻射部和該第一輻射部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1.5mm之間。

在一些實施例中，該第一輻射部、該第二輻射部，以及該第三輻射部皆大致由該第一接地元件和該第二接地元件所共同包圍。

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。

在一些實施例中，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，該第一輻射部之長度係小於該第一頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第二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，該金屬腔體係呈現一無蓋空心長方體。

在另一較佳實施例中，本發明提出一種行動裝置，包括：一鍵盤邊框；一底座外殼；一轉軸元件；以及如前所述之天線結構；其中該天線結構係設置於該鍵盤邊框和該底座外殼之間；其中該天線結構係鄰近於該轉軸元件。

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天線結構(Antenna Structure)100之俯視圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之剖面圖(沿第1圖之一剖面線LC1)。請一併參考第1、2圖。天線結構100可應用於一行動裝置(Mobile Device)當中，例如：一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)、一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1、2圖所示，天線結構100可包括：一第一接地元件(Ground Element)110、一第二接地元件120、一第一輻射部(Radiation Element)130、一第二輻射部140、一第三輻射部150、一金屬腔體(Metal Cavity)160、一第一電容器(Capacitor)C1，以及一第二電容器C2，其中第一接地元件110、第二接地元件120、第一輻射部130、第二輻射部140，以及第三輻射部150皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。

第一接地元件110包括一第一邊緣區段(Edge Segment)114、一第一突出區段(Protruding Segment)115，以及一第二突出區段116，其中第一邊緣區段114係耦接於第一突出區段115和第二突出區段116之間。例如，第一邊緣區段114可大致呈現一直條形，而第一突出區段115之寬度W1可大於第二突出區段116之寬度W2。

第二接地元件120包括一第二邊緣區段124、一第三突出區段125，以及一第四突出區段126，其中第二邊緣區段124係耦接於第三突出區段125和第四突出區段126之間。例如，第二邊緣區段124可大致呈現另一直條形，其可與前述之第一邊緣區段114大致互相平行，而第三突出區段125之寬度W3可大於第四突出區段126之寬度W4。

第三突出區段125係相對於第一突出區段115而設置，其中第一電容器C1係耦接於第一突出區段115和第三突出區段125之間。另外，第四突出區段126係相對於第二突出區段116而設置，其中第二電容器C2係耦接於第二突出區段116和第四突出區段126之間。

在一些實施例中，第一邊緣區段114、第一突出區段115、第二突出區段116、第二邊緣區段124、第三突出區段125，以及第四突出區段126可共同包圍住一槽孔區域(Slot Region)128，其中第一輻射部130、第二輻射部140，以及第三輻射部150皆設置於此槽孔區域128當中。換言之，第一輻射部130、第二輻射部140，以及第三輻射部150皆可大致由第一接地元件110和第二接地元件120所共同包圍。

第一輻射部130可大致呈現一不等寬N字形。詳細而言，第一輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中一饋入點(Feeding Point)FP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)。饋入點FP更可耦接至一信號源(Signal Source)190。例如，前述之信號源190可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構100。在一些實施例中，第一輻射部130之第二端132係鄰近於第二邊緣區段124，其中第一輻射部130和第二邊緣區段124之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。必須注意的是，本說明書中所謂「靠近」或「鄰近」一詞可指對應之二元件間距小於一臨界距離(例如：10mm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)。

第二輻射部140可大致呈現一不等寬L字形。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係耦接至第一邊緣區段114，而第二輻射部140之第二端142係耦接至第一輻射部130上之一連接點(Connection Point)CP。例如，連接點CP可鄰近於前述之饋入點FP。換言之，第一輻射部130可經由第二輻射部140耦接至第一邊緣區段114。在一些實施例中，第二輻射部140具有位於其第二端142處之一第一角落缺口(Corner Notch)147，以及位於其轉折部份處之一第二角落缺口148。例如，第一角落缺口147可呈現一較大矩形，而第二角落缺口148可呈現一較小矩形，但亦不僅限於此。

第三輻射部150可大致呈現一直條形。詳細而言，第三輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第三輻射部150之第一端151係耦接至第二邊緣區段124，而第三輻射部150之第二端152為一開路端。在一些實施例中，第三輻射部150之第二端152係鄰近於第二輻射部140，其中第三輻射部150和第二輻射部140之間可形成一第二耦合間隙GC2。在一些實施例中，第三輻射部150之第二端152係至少部份延伸進入第二輻射部140之第二角落缺口148。在一些實施例中，第二輻射部140和第一輻射部130之間更可形成一第三耦合間隙GC3。

金屬腔體160可大致呈現一無蓋空心長方體。金屬腔體160之相對兩側壁(Sidewall)161、162係分別耦接至第一邊緣區段114和第二邊緣區段124。必須理解的是，金屬腔體160僅屬於一選用元件(Optional Element)，在其他實施例中亦可移除之。在一些實施例中，天線結構100更包括一介質基板(Dielectric Substrate)170，其中介質基板170可位於金屬腔體160之內，而第一輻射部130、第二輻射部140，以及第三輻射部150皆可設置於介質基板170之同一表面上。例如，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 Printed Circuit，FPC)。在一些實施例中，第一接地元件110和第二接地元件120亦可延伸至介質基板170之前述表面之上。

在一些實施例中，天線結構100可操作於一第一頻帶(Frequency Band)、一第二頻帶，以及一第三頻帶。例如，前述之第一頻帶可介於2400MHz至2500MHz之間，前述之第二頻帶可介於5150MHz至5850MHz之間，而前述之第三頻帶可介於5925MHz至7125MHz之間。因此，天線結構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。

在一些實施例中，天線結構100之操作原理可如下列所述。第二邊緣區段124可由第一輻射部130所耦合激發，以產生前述之第一頻帶。因為有倍頻效應(Frequency Doubling Effect)，故第一輻射部130亦可單獨激發產生前述之第二頻帶。第二輻射部140和第一邊緣區段114兩者可形成一迴圈路徑(Loop Path)，其可激發產生前述之第三頻帶。第三輻射部150可用於微調前述之第二頻帶之阻抗匹配(Impedance Matching)。根據實際量測結果，第一突出區段115、第三突出區段125，以及其間之第一電容器C1之加入可用於增加前述之第三頻帶之操作頻寬(Operational Bandwidth)。第二突出區段116、第四突出區段126，以及其間之第二電容器C2之加入則可用於增加前述之第一頻帶之操作頻寬。另外，第二輻射部140之不等寬設計還有助於增加前述之第二頻帶之操作頻寬。

在一些實施例中，天線結構100之元件尺寸和元件參數可如下列所述。第一突出區段115之寬度W1可至少為第二突出區段116之寬度W2之2倍以上。例如，第一突出區段115之寬度W1可介於8mm至10mm之間，而第二突出區段116之寬度W2可介於3mm至4mm之間。第三突出區段125之寬度W3可至少為第四突出區段126之寬度W4之2倍以上。例如，第三突出區段125之寬度W3可介於8mm至10mm之間，而第四突出區段126之寬度W4可介於3mm至4mm之間。第一輻射部130之長度L1可小於天線結構100之第一頻帶之0.25倍波長(λ/4)。第二輻射部140之長度L2可大致等於天線結構100之第三頻帶之0.25倍波長(λ/4)。第一耦合間隙GC1之寬度可小於或等於1mm。第二耦合間隙GC2之寬度係小於或等於0.5mm。第三耦合間隙GC3之寬度可介於0.5mm至1.5mm之間。第一電容器C1之電容值(Capacitance)可介於0.2pF至0.7pF之間。第二電容器C2之電容值可介於0.2pF至0.7pF之間。金屬腔體160之中空部份之高度H1可介於4mm至8mm之間。以上元件尺寸和元件參數範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化天線結構100之操作頻寬和阻抗匹配。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置300之立體圖。在第3圖之實施例中，前述之天線結構100可應用於行動裝置300當中，而行動裝置300可為一筆記型電腦，其可包括一上蓋外殼(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即分別等同於行動裝置領域中俗稱之「A件」、「B件」、「C件」，以及「D件」。另外，行動裝置300還可包括一轉軸元件(Hinge Element)350、一顯示器(Display Device)360、一鍵盤(Keyboard)370，以及一觸控板(Touch Control Panel)380。前述之天線結構100可設置於行動裝置300之一第一位置391或(且)一第二位置392處，並可介於鍵盤邊框330和底座外殼340之間。另外，前述之第一位置391和第二位置392皆可鄰近於行動裝置300之轉軸元件350處。根據實際量測結果，由於第一位置391和第二位置392處之雜訊(Noise)通常相對較大，故金屬腔體160之加入可避免天線結構100之輻射性能受到負面影響。另外，若行動裝置300改為一外接式鍵盤，則上蓋外殼310、顯示器邊框320、轉軸元件350，以及顯示器360亦可省略之。

本發明提出一種新穎之天線結構及對應之行動裝置。與傳統設計相比，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶、高通訊品質，以及可操作於不同環境等優勢，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、元件參數，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。本發明之天線結構和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天線結構和行動裝置當中。

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:天線結構 110:第一接地元件 114:第一邊緣區段 115:第一突出區段 116:第二突出區段 120:第二接地元件 124:第二邊緣區段 125:第三突出區段 126:第四突出區段 128:槽孔區域 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 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 147:第一角落缺口 148:第二角落缺口 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:金屬腔體 161,162:金屬腔體之側壁 170:介質基板 190:信號源 300:行動裝置 310:上蓋外殼 320:顯示器邊框 330:鍵盤邊框 340:底座外殼 350:轉軸元件 360:顯示器 370:鍵盤 380:觸控板 391:第一位置 392:第二位置 C1:第一電容器 C2:第二電容器 CP:連接點 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:長度 LC1:剖面線 W1,W2,W3,W4:寬度

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之俯視圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之剖面圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之立體圖。

100:天線結構

110:第一接地元件

114:第一邊緣區段

115:第一突出區段

116:第二突出區段

120:第二接地元件

124:第二邊緣區段

125:第三突出區段

126:第四突出區段

128:槽孔區域

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

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

147:第一角落缺口

148:第二角落缺口

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

170:介質基板

190:信號源

C1:第一電容器

C2:第二電容器

CP:連接點

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:長度

LC1:剖面線

W1,W2,W3,W4:寬度

Claims

一種天線結構，包括：一第一接地元件，包括一第一邊緣區段、一第一突出區段，以及一第二突出區段；一第二接地元件，包括一第二邊緣區段、一第三突出區段，以及一第四突出區段；一第一電容器，耦接於該第一突出區段和該第三突出區段之間；一第二電容器，耦接於該第二突出區段和該第四突出區段之間；一第一輻射部，具有一饋入點，其中該第一輻射部係鄰近於該第二邊緣區段；一第二輻射部，其中該第一輻射部係經由該第二輻射部耦接至該第一邊緣區段；以及一第三輻射部，耦接至該第二邊緣區段，其中該第三輻射部係鄰近於該第二輻射部；其中該第一突出區段之寬度係大於該第二突出區段之寬度。
如請求項1所述之天線結構，更包括：一金屬腔體，耦接至該第一邊緣區段和該第二邊緣區段。
如請求項1所述之天線結構，其中該第三突出區段之寬度係大於該第四突出區段之寬度。
如請求項1所述之天線結構，其中該第一電容器之電容值係介於0.2pF至0.7pF之間。
如請求項1所述之天線結構，其中該第二電容器之電容值係介於0.2pF至0.7pF之間。
如請求項1所述之天線結構，其中該第一輻射部係呈現一不等寬N字形。
如請求項1所述之天線結構，其中該第二輻射部係呈現一不等寬L字形。
如請求項1所述之天線結構，其中該第二輻射部具有一第一角落缺口和一第二角落缺口。
如請求項1所述之天線結構，其中該第三輻射部係呈現一直條形。
如請求項8所述之天線結構，其中該第三輻射部係至少部份延伸進入該第二輻射部之該第二角落缺口。
如請求項1所述之天線結構，其中該第一輻射部和該第二邊緣區段之間形成一第一耦合間隙，而該第一耦合間隙之寬度係小於或等於1mm。
如請求項1所述之天線結構，其中該第三輻射部和該第二輻射部之間形成一第二耦合間隙，而該第二耦合間隙之寬度係小於或等於0.5mm。
如請求項1所述之天線結構，其中該第二輻射部和該第一輻射部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1.5mm之間。
如請求項1所述之天線結構，其中該第一輻射部、該第二輻射部，以及該第三輻射部皆大致由該第一接地元件和該第二接地元件所共同包圍。
如請求項1所述之天線結構，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。
如請求項15所述之天線結構，其中該第一頻帶係介於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15所述之天線結構，其中該第一輻射部之長度係小於該第一頻帶之0.25倍波長。
如請求項15所述之天線結構，其中該第二輻射部之長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。
如請求項2所述之天線結構，其中該金屬腔體係呈現一無蓋空心長方體。
一種行動裝置，包括：一鍵盤邊框；一底座外殼；一轉軸元件；以及如請求項1所述之天線結構；其中該天線結構係設置於該鍵盤邊框和該底座外殼之間；其中該天線結構係鄰近於該轉軸元件。
一種天線結構，包括：一第一接地元件，包括一第一邊緣區段、一第一突出區段，以及一第二突出區段；一第二接地元件，包括一第二邊緣區段、一第三突出區段，以及一第四突出區段；一第一電容器，耦接於該第一突出區段和該第三突出區段之間；一第二電容器，耦接於該第二突出區段和該第四突出區段之間；一第一輻射部，具有一饋入點，其中該第一輻射部係鄰近於該第二邊緣區段；一第二輻射部，其中該第一輻射部係經由該第二輻射部耦接至該第一邊緣區段；以及一第三輻射部，耦接至該第二邊緣區段，其中該第三輻射部係鄰近於該第二輻射部；其中該第二輻射部具有一第一角落缺口和一第二角落缺口。