TWI879151B

TWI879151B - 支援寬頻操作之行動裝置

Info

Publication number: TWI879151B
Application number: TW112139511A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛; 林敬基; 王傳駿
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2023-10-17
Filing date: 2023-10-17
Publication date: 2025-04-01
Also published as: TW202518768A; US20250125515A1

Abstract

一種支援寬頻操作之行動裝置，包括：第一金屬機構件、介質基板、第一饋入輻射部、第二饋入輻射部、接地元件，以及第二金屬機構件。第一金屬機構件包括主要部份和側壁部份。第一金屬機構件之側壁部份具有一第一槽孔。介質基板係鄰近於第一金屬機構件之側壁部份。第一饋入輻射部和第二饋入輻射部皆可延伸跨越第一金屬機構件之第一槽孔。第一金屬機構件之第一槽孔、介質基板、第一饋入輻射部、第二饋入輻射部，以及接地元件可共同形成一天線結構。第二金屬機構件係相對於第一金屬機構件之主要部份而設置。第二金屬機構件具有一第二槽孔。

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，本發明提出一種支援寬頻操作之行動裝置，包括：一第一金屬機構件，包括一主要部份和一側壁部份，其中該側壁部份具有一第一槽孔；一介質基板，鄰近於該第一金屬機構件之該側壁部份；一第一饋入輻射部，耦接至一饋入點，並延伸跨越該第一金屬機構件之該第一槽孔；一第二饋入輻射部，耦接至該饋入點，並延伸跨越該第一金屬機構件之該第一槽孔，其中該第一饋入輻射部和該第二饋入輻射部皆設置於該介質基板上；一接地元件，耦接至該第一金屬機構件之該主要部份，其中該第一金屬機構件之該第一槽孔、該介質基板、該第一饋入輻射部、該第二饋入輻射部，以及該接地元件係共同形成一天線結構；以及一第二金屬機構件，相對於該第一金屬機構件之該主要部份而設置，其中該第二金屬機構件具有一第二槽孔。

在一些實施例中，該第一金屬機構件之該第一槽孔為一第一閉口槽孔，該第二金屬機構件之該第二槽孔為一第二閉口槽孔，而該第一閉口槽孔和該第二閉口槽孔係大致互相平行。

在一些實施例中，該第一饋入輻射部和該第二饋入輻射部之間形成一夾角，而該夾角係介於30度至90度之間。

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，該第一金屬機構件之該第一槽孔之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，該第二金屬機構件之該第二槽孔之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，該第一饋入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，該第二饋入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，該行動裝置更包括：一非導體支撐元件，填充於該第一金屬機構件之該第一槽孔內，其中該非導體支撐元件係用於承載該介質基板。

在一些實施例中，該第二金屬機構件更具有一內削式設計，並與該第一金屬機構件之該主要部份不互相平行。

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之剖面圖。例如，行動裝置100可為一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1圖所示，行動裝置100包括：一第一金屬機構件(Metal Mechanism Element)110、一介質基板(Dielectric Substrate)150、一第一饋入輻射部(Feeding Radiation Element)160、一第二饋入輻射部165、一接地元件(Ground Element)170，以及一第二金屬機構件180，其中第一饋入輻射部160、第二饋入輻射部165，以及接地元件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)。

第一金屬機構件110包括一主要部份120和一側壁部份130，其中主要部份120和側壁部份130可以大致互相垂直。第一金屬機構件110之側壁部份130具有一第一槽孔(Slot)140。必須注意的是，第一金屬機構件110和第二金屬機構件180皆屬於行動裝置100之外觀元件(Appearance Element)，亦即，使用者之眼睛可直接觀察到之元件。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之部份視圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之另一部份視圖。請一併參考第1、2、3圖。第一金屬機構件110之第一槽孔140可為一第一閉口槽孔(Closed Slot)，其可具有互相遠離之一第一閉口端(Closed End)141和一第二閉口端142。另外，第一金屬機構件110之第一槽孔140可以大致呈現一直條形。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，第一金屬機構件110之第一槽孔140亦可大致呈現一蜿蜒形狀(Meandering Shape)，例如：一L字形、一W字形，或是一N字形。

例如，介質基板150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)。介質基板150可具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中介質基板150之第一表面E1可鄰近於第一金屬機構件110之側壁部份130，而第一饋入輻射部160和第二饋入輻射部165皆可設置於介質基板150之第二表面E2上。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，介質基板150之第一表面E1係與第一金屬機構件110之側壁部份130直接互相貼合，使得介質基板150可至少部份覆蓋住第一金屬機構件110之第一槽孔140。

第一饋入輻射部160可以大致呈現一L字形。詳細而言，第一饋入輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第一饋入輻射部160之第一端161係耦接至一饋入點(Feeding Point)FP，而第一饋入輻射部160之第二端162為一開路端(Open End)。饋入點FP更可耦接至一信號源(Signal Source)199。例如，信號源199可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組。在一些實施例中，第一饋入輻射部160可延伸跨越第一金屬機構件120之第一槽孔140。亦即，第一饋入輻射部160於第一金屬機構件110之側壁部份130上可具有一第一垂直投影(Vertical Projection)，其中此第一垂直投影可與第一金屬機構件120之第一槽孔140至少部份重疊。

第二饋入輻射部165可以大致呈現一倒L字形。詳細而言，第二饋入輻射部165具有一第一端166和一第二端167，其中第二饋入輻射部165之第一端166係耦接至饋入點FP，而第二饋入輻射部165之第二端167為一開路端。例如，第二饋入輻射部165之第二端167與第一饋入輻射部160之第二端162兩者可以大致朝相反且互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，第二饋入輻射部165亦可延伸跨越第一金屬機構件120之第一槽孔140。亦即，第二饋入輻射部165於第一金屬機構件110之側壁部份130上可具有一第二垂直投影，其中此第二垂直投影可與第一金屬機構件120之第一槽孔140至少部份重疊。另外，第一饋入輻射部160和第二饋入輻射部165兩者之間還可形成一夾角θ。例如，前述之夾角θ可為一銳角，但亦不僅限於此。

接地元件170係耦接至第一金屬機構件110之主要部份120。例如，接地元件170可由一接地銅箔(Ground Copper Foil)來實施。在較佳實施例中，第一金屬機構件110之第一槽孔140、介質基板150、第一饋入輻射部160、第二饋入輻射部165，以及接地元件170可共同形成行動裝置100之一天線結構(Antenna Structure)。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之立體圖。請一併參考第1、4圖。第二金屬機構件180可相對於第一金屬機構件110之主要部份120而設置。在一些實施例中，若行動裝置100為一筆記型電腦，則第一金屬機構件110可為一鍵盤邊框(Keyboard Frame)，而第二金屬機構件180可為一底座外殼(Base Housing)。必須理解的是，前述之鍵盤邊框和底座外殼可等同於筆記型電腦領域中俗稱之「C件」和「D件」。

第二金屬機構件180具有一第二槽孔190。第二金屬機構件180之第二槽孔190可為一第二閉口槽孔，其可具有互相遠離之一第一閉口端191和一第二閉口端192。另外，第二金屬機構件180之第二槽孔190可以大致呈現另一直條形，其可與第一金屬機構件110之第一槽孔140大致互相平行。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，第二金屬機構件180之第二槽孔190亦可大致呈現另一蜿蜒形狀，例如：另一L字形、另一W字形，或是另一N字形。必須注意的是，第二金屬機構件180之第二槽孔190可對應於第一金屬機構件110之第一槽孔140。因此，行動裝置100之天線結構將可透過第二金屬機構件180之第二槽孔190來接收或傳送一無線信號。相較於傳統之天線窗(Antenna Window)，本發明所提之行動裝置100不僅可維持天線結構之良好通訊品質，其還能大幅強化第二金屬機構件180之結構剛性(Structural Rigidity)。

在一些實施例中，行動裝置100之天線結構可涵蓋一第一頻帶(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，行動裝置100將至少可支援WLAN(Wireless Local Area Network)、Wi-Fi 6E，以及Wi-Fi 7之寬頻操作。

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。第一金屬機構件110之第一槽孔140可激發產生一基頻共振模態(Fundamental Resonant Mode)，以形成前述之第一頻帶。第一金屬機構件110之第一槽孔140更可激發產生一第一高階共振模態(Higher-Order Resonant Mode)，以形成前述之第二頻帶。第一金屬機構件110之第一槽孔140更可激發產生一第二高階共振模態，以形成前述之第三頻帶。根據實際量測結果，第一饋入輻射部160和第二饋入輻射部165更可用於微調前述之第三頻帶之阻抗匹配(Impedance Matching)，從而可有效增加其操作頻寬(Operational Bandwidth)。

第5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5圖之量測結果，行動裝置100之天線結構於前述之第一頻帶和第二頻帶內之輻射效率均可達至少-6dB，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。第一金屬機構件110之第一槽孔140之長度L1可大致等於行動裝置100之天線結構之第一頻帶之0.5倍波長(λ/2)。第一金屬機構件110之第一槽孔140之寬度W1可介於1mm至3mm之間。第一饋入輻射部160之長度L2可大致等於行動裝置100之天線結構之第三頻帶之0.25倍波長(λ/4)。第一饋入輻射部160之寬度W2可介於0.5mm至1mm之間。第二饋入輻射部165之長度L3可大致等於行動裝置100之天線結構之第三頻帶之0.25倍波長(λ/4)。第二饋入輻射部165之寬度W3可介於0.5mm至1mm之間。第一饋入輻射部160和第二饋入輻射部165之間之夾角θ可介於30度至90度之間，例如：約45度、約60度，或是約75度。第二金屬機構件180之第二槽孔190之長度L4可大致等於行動裝置100之天線結構之第一頻帶之0.5倍波長(λ/2)。第二金屬機構件180之第二槽孔190之寬度W4可介於3mm至5mm之間。第二金屬機構件180之第二槽孔190和第一金屬機構件110之側壁部份130之間距D1可介於4mm至6mm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和阻抗匹配。

以下將介紹行動裝置100之不同組態和細部結構特徵。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置600之剖面圖。第6圖和1圖相似。在第6圖之實施例中，行動裝置600更包括一非導體支撐元件(Nonconductive Support Element)645。非導體支撐元件645可用塑膠材質來製成，其可設置於第一金屬機構件110之側壁部份130和介質基板150之間。非導體支撐元件645可填充於第一金屬機構件110之第一槽孔140內。另外，非導體支撐元件645還可用於承載介質基板150。必須注意的是，非導體支撐元件645之加入有助於降低行動裝置600之一天線結構之製造困難度。另外，行動裝置600之一第二金屬機構件680更可具有一內削式設計(Cutting Retraction Design)685，並可與第一金屬機構件110之主要部份120不互相平行。例如，前述之內削式設計685可鄰近於第二金屬機構件680之一第二槽孔690，以美化行動裝置600之整體裝置外觀。第6圖之行動裝置600之其餘特徵皆與第1圖之行動裝置100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之筆記型電腦700之立體圖。在第7圖之實施例中，前述之天線結構可應用於筆記型電腦700當中，其中筆記型電腦700包括一上蓋外殼(Upper Cover Housing)710、一顯示器邊框(Display Frame)720、一鍵盤邊框730，以及一底座外殼740。必須理解的是，上蓋外殼710、顯示器邊框720、鍵盤邊框730，以及底座外殼740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筆記型電腦700之一第一位置761或一第二位置762處。根據實際量測結果，若前述之天線結構設置於第一位置761或第二位置762，則筆記型電腦700將容易能滿足特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)之一般規範。

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、高結構剛性、低製造成本，以及改良特定吸收率等優勢，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1-7圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-7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。

100,600:行動裝置 110:第一金屬機構件 120:第一金屬機構件之主要部份 130:第一金屬機構件之側壁部份 140:第一金屬機構件之第一槽孔 141:第一槽孔之第一閉口端 142:第一槽孔之第二閉口端 150:介質基板 160:第一饋入輻射部 161:第一饋入輻射部之第一端 162:第一饋入輻射部之第二端 165:第二饋入輻射部 166:第二饋入輻射部之第一端 167:第二饋入輻射部之第二端 170:接地元件 180,680:第二金屬機構件 190,690:第二金屬機構件之第二槽孔 191:第二槽孔之第一閉口端 192:第二槽孔之第二閉口端 199:信號源 645:非導體支撐元件 685:內削式設計 700:筆記型電腦 710:上蓋外殼 720:顯示器邊框 730:鍵盤邊框 740:底座外殼 761:第一位置 762:第二位置 D1:間距 E1:介質基板之第一表面 E2:介質基板之第二表面 FP:饋入點 L1,L2,L3,L4:長度 W1,W2,W3,W4:寬度 θ:夾角

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之剖面圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之部份視圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之另一部份視圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之立體圖。第5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6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之剖面圖。第7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:第一金屬機構件

120:第一金屬機構件之主要部份

130:第一金屬機構件之側壁部份

140:第一金屬機構件之第一槽孔

150:介質基板

160:第一饋入輻射部

165:第二饋入輻射部

170:接地元件

180:第二金屬機構件

190:第二金屬機構件之第二槽孔

D1:間距

E1:介質基板之第一表面

E2:介質基板之第二表面

FP:饋入點

Claims

一種支援寬頻操作之行動裝置，包括：一第一金屬機構件，包括一主要部份和一側壁部份，其中該側壁部份具有一第一槽孔；一介質基板，鄰近於該第一金屬機構件之該側壁部份；一第一饋入輻射部，耦接至一饋入點，並延伸跨越該第一金屬機構件之該第一槽孔；一第二饋入輻射部，耦接至該饋入點，並延伸跨越該第一金屬機構件之該第一槽孔，其中該第一饋入輻射部和該第二饋入輻射部皆設置於該介質基板上；一接地元件，耦接至該第一金屬機構件之該主要部份，其中該第一金屬機構件之該第一槽孔、該介質基板、該第一饋入輻射部、該第二饋入輻射部，以及該接地元件係共同形成一天線結構；以及一第二金屬機構件，相對於該第一金屬機構件之該主要部份而設置，其中該第二金屬機構件具有一第二槽孔；其中該第一饋入輻射部和該第二饋入輻射部之間形成一夾角，而該夾角係介於30度至90度之間。
如請求項1之行動裝置，其中該第一金屬機構件之該第一槽孔為一第一閉口槽孔，該第二金屬機構件之該第二槽孔為一第二閉口槽孔，而該第一閉口槽孔和該第二閉口槽孔係大致互相平行。
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3之行動裝置，其中該第一金屬機構件之該第一槽孔之長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。
如請求項3之行動裝置，其中該第二金屬機構件之該第二槽孔之長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。
如請求項3之行動裝置，其中該第一饋入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3之行動裝置，其中該第二饋入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1之行動裝置，更包括：一非導體支撐元件，填充於該第一金屬機構件之該第一槽孔內，其中該非導體支撐元件係用於承載該介質基板。
如請求項1之行動裝置，其中該第二金屬機構件更具有一內削式設計，並與該第一金屬機構件之該主要部份不互相平行。