TWI879235B - 支援寬頻操作之行動裝置 - Google Patents

Abstract

一種支援寬頻操作之行動裝置，包括：一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第四輻射部、一介質基板，以及一環狀金屬部。第一輻射部係耦接至一接地電位。第二輻射部具有一饋入點，其中第二輻射部係耦接至第一輻射部上之一第一連接點。第三輻射部係耦接至接地電位，其中第三輻射部係鄰近於第二輻射部。第四輻射部係耦接至第三輻射部上之一第二連接點。第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部、第四輻射部，以及介質基板係共同形成一天線結構。環狀金屬部係鄰近於天線結構，其中環狀金屬部為浮接狀態。

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：一第一輻射部，耦接至一接地電位；一第二輻射部，具有一饋入點，其中該第二輻射部係耦接至該第一輻射部上之一第一連接點；一第三輻射部，耦接至該接地電位，其中該第三輻射部係鄰近於該第二輻射部；一第四輻射部，耦接至該第三輻射部上之一第二連接點；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，以及該第四輻射部皆設置於該介質基板上，而其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該介質基板係共同形成一天線結構；以及一環狀金屬部，鄰近於該天線結構，其中該環狀金屬部為浮接狀態。

在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一L字形，而該第二輻射部係呈現一矩形。

在一些實施例中，該第一輻射部包括一較寬部份和一較窄部份，該較窄部份係經由該較寬部份耦接至該接地電位，而該第一連接點係位於該較寬部份上。

在一些實施例中，該第三輻射部係呈現一直條形，該第四輻射部係呈現另一直條形，而該第四輻射部係與該第三輻射部大致互相垂直。

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耦合間隙，而該耦合間隙之寬度係介於1mm至1.5mm之間。

在一些實施例中，一槽孔區域係形成於該環狀金屬部之內，該環狀金屬部係呈現一較大矩形，而該槽孔區域係呈現一較小矩形。

在一些實施例中，該環狀金屬部和該天線結構之間形成一銳夾角。

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5925至7125MHz之間。

在一些實施例中，該第一輻射部之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長，該第二輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長，而該第三輻射部和該第四輻射部之每一者之長度皆大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該環狀金屬部之長度係大致等於該第一頻帶之1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之整體視圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之一部份元件之視圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之另一部份元件之視圖。請一併參考第1、2、3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)。在第1、2、3圖之實施例中，行動裝置100包括：一第一輻射部(Radiation Element)110、一第二輻射部120、一第三輻射部130、一第四輻射部140、一介質基板(Dielectric Substrate)150，以及一環狀金屬部(Loop Metal Element)170，其中第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130，以及第四輻射部140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、2、3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)、一供電模組(Power Supply Module)，或(且)一外殼(Housing)。

第一輻射部110可以大致呈現一不等寬L字形。詳細而言，第一輻射部110具有一第一端111和一第二端112，其中第一輻射部110之第一端111係耦接至一接地電位(Ground Voltage)VSS，而第一輻射部110之第二端112為一開路端(Open End)。例如，接地電位VSS可由行動裝置100之一系統接地面(System Ground Plane)所提供(未顯示)，但亦不僅限於此。在一些實施例中，第一輻射部110包括鄰近於第一端111處之一較寬部份(Wide Portion)114和鄰近於第二端112處之一較窄部份(Narrow Portion)115，其中較窄部份115可經由較寬部份114耦接至接地電位VSS。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，第一輻射部110還可至少部份包圍住第二輻射部120、第三輻射部130，以及第四輻射部140。

第二輻射部120可以大致呈現一矩形。詳細而言，第二輻射部120具有一第一端121和一第二端122，其中第二輻射部120之第一端121係耦接至第一輻射部110之較寬部份114上之一第一連接點(Connection Point)CP1，而第二輻射部120之第二端122為一開路端。例如，第二輻射部120之第二端122和第一輻射部110之第二端112兩者可大致朝相同方向作延伸。另外，一饋入點(Feeding Point)FP係位於第二輻射部120之第一端121處，其中饋入點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。

第三輻射部130可以大致呈現一直條形。詳細而言，第三輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第三輻射部130之第一端131係耦接至接地電位VSS，而第三輻射部130之第二端132為一開路端並可朝靠近第一輻射部110之較窄部份115之方向作延伸。在一些實施例中，第三輻射部130係鄰近於第二輻射部120之第二端122，使得第三輻射部130和第二輻射部120之間可形成一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。

第四輻射部140可以大致呈現另一直條形，其可與第三輻射部130大致互相垂直，並可與第一輻射部110之較窄部份115大致互相平行。詳細而言，第四輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第四輻射部140之第一端141係耦接至第三輻射部130上之一第二連接點CP2，而第四輻射部140之第二端142為一開路端。例如，第四輻射部140之第二端142和第一輻射部110之第二端112兩者可大致朝相同方向作延伸。

例如，介質基板150可以是一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)。第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130，以及第四輻射部140皆可設置於介質基板150之同一表面上。

在較佳實施例中，第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140，以及介質基板150可共同形成行動裝置100之一天線結構(Antenna Structure)160。必須注意的是，由於前述之天線結構160為一平面化天線結構，故其整體製造成本還可進一步降低。

環狀金屬部170係鄰近於天線結構160，其中一槽孔區域(Slot Region)180可形成於環狀金屬部170之內。必須注意的是，環狀金屬部170為浮接狀態(Floating)，其係與天線結構160完全分離。在一些實施例中，環狀金屬部170可以大致呈現一較大矩形，而其槽孔區域180則可大致呈現一較小矩形，但亦不僅限於此。

在一些實施例中，行動裝置100之天線結構160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160之操作原理可如下列所述。第一輻射部110可激發產生前述之第一頻帶。第二輻射部120可激發產生前述之第二頻帶。第三輻射部130和第四輻射部140皆可激發產生前述之第三頻帶。另外，第一輻射部110之不等寬設計可增加前述之第一頻帶之頻寬(Bandwidth)，而第二輻射部120之增寬設計則可增加前述之第二頻帶之頻寬。根據實際量測結果，環狀金屬部170可與天線結構160之間誘發一耦合效應(Coupling Effect)，從而能同時改善天線結構160之輻射增益(Radiation Gain)和特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)。

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110之長度L1可以大致等於行動裝置100之天線結構160之第一頻帶之0.25倍波長(λ/4)。在第一輻射部110當中，其較寬部份114之寬度W1可介於4mm至5mm之間，而其較窄部份115之寬度W2可介於1mm至2mm之間。第二輻射部120之長度L2可以大致等於行動裝置100之天線結構160之第二頻帶之0.25倍波長(λ/4)。第三輻射部130之長度L3可以大致等於行動裝置100之天線結構160之第三頻帶之0.25倍波長(λ/4)。第四輻射部140之長度L4可以大致等於行動裝置100之天線結構160之第三頻帶之0.25倍波長(λ/4)。另外，在第一輻射部110當中，其較寬部份114之寬度W1和其較窄部份115之長度兩者之總長度L5還可大致等於行動裝置100之天線結構160之第二頻帶之0.5倍波長(λ/2)。環狀金屬部170之長度L6可以大致等於行動裝置100之天線結構160之第一頻帶之1倍波長(1λ)。環狀金屬部170之槽孔區域180之週圍長度L7可以大致等於行動裝置100之天線結構160之第二頻帶之2倍波長(2λ)。環狀金屬部170之邊寬(Border-Width)WB可介於2mm至4mm之間。耦合間隙GC1之寬度可介於1mm至1.5mm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160之輻射增益、特定吸收率、操作頻寬(Operational Bandwidth)，以及阻抗匹配(Impedance Matching)。

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4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置400之剖面圖。第4圖和第1、2、3圖相似。在第4圖之實施例中，行動裝置400為一筆記型電腦，並更包括：一鍵盤邊框(Keyboard Frame)410、一底座外殼(Base Housing)420，以及一接地及側壁元件(Ground and Sidewall Element)430，其中鍵盤邊框410可由一金屬材質所製成，而底座外殼420則可由一非導體材質所製成。必須理解的是，前述之鍵盤邊框410和底座外殼420即可分別等同於筆記型電腦領域中俗稱之「C件」和「D件」。

前述之天線結構160可設置於鍵盤邊框410、底座外殼420，以及接地及側壁元件430三者所共同界定出之一空間之內。前述之環狀金屬部170可與底座外殼420互相整合。例如，環狀金屬部170可貼附於底座外殼420之內側或外側上。必須注意的是，環狀金屬部170和天線結構160之間可形成一銳夾角(Acute Angle)θ。在一些實施例中，此銳夾角θ可介於10度至60度之間(例如：約30度、約40度，或約50度)，而環狀金屬部170和天線結構160兩者之一平均間距D1則可介於2mm至3mm之間，以最佳化彼此之耦合效應。

根據實際量測結果，在使用環狀金屬部170之後，所提之天線結構160於前述之第一頻帶內之特定吸收率可降低約達50%，而所提之天線結構160於前述之第二頻帶內之特定吸收率則可降低約達70%，但亦不僅限於此。第4圖之行動裝置400之其餘特徵皆與第1、2、3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5圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置300之天線結構160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)。如第5圖所示，一第一曲線CC1代表天線結構160尚未使用環狀金屬部170時之輻射特性，而一第二曲線CC2則代表天線結構160已經使用環狀金屬部170時之輻射特性。根據第5圖之比較結果，環狀金屬部170之加入可於前述之第一頻帶和第二頻帶內提高天線結構160之輻射增益達約1dBi，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

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、高輻射效率、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1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5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。

100,400:行動裝置 110:第一輻射部 111:第一輻射部之第一端 112:第一輻射部之第二端 114:第一輻射部之較寬部份 115:第一輻射部之較窄部份 120:第二輻射部 121:第二輻射部之第一端 122:第二輻射部之第二端 130:第三輻射部 131:第三輻射部之第一端 132:第三輻射部之第二端 140:第四輻射部 141:第四輻射部之第一端 142:第四輻射部之第二端 150:介質基板 160:天線結構 170:環狀金屬部 180:槽孔區域 190:信號源 410:鍵盤邊框 420:底座外殼 430:接地及側壁元件 CC1:第一曲線 CC2:第二曲線 CP1:第一連接點 CP2:第二連接點 D1:間距 FP:饋入點 GC1:耦合間隙 L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7:長度 W1,W2:寬度 WB:邊寬 VSS:接地電位 θ:銳夾角

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之整體視圖。 第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之一部份元件之視圖。 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元件之視圖。 第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之剖面圖。 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。

100:行動裝置

110:第一輻射部

120:第二輻射部

130:第三輻射部

140:第四輻射部

150:介質基板

160:天線結構

170:環狀金屬部

190:信號源

FP:饋入點

VSS:接地電位

Claims (9)

1. 一種支援寬頻操作之行動裝置，包括： 一第一輻射部，耦接至一接地電位； 一第二輻射部，具有一饋入點，其中該第二輻射部係耦接至該第一輻射部上之一第一連接點； 一第三輻射部，耦接至該接地電位，其中該第三輻射部係鄰近於該第二輻射部； 一第四輻射部，耦接至該第三輻射部上之一第二連接點； 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，以及該第四輻射部皆設置於該介質基板上，而其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該介質基板係共同形成一天線結構；以及 一環狀金屬部，鄰近於該天線結構，其中該環狀金屬部為浮接狀態； 其中該第一輻射部包括一較寬部份和一較窄部份，該較窄部份係經由該較寬部份耦接至該接地電位，而該第一連接點係位於該較寬部份上。
2. 如請求項1所述之行動裝置，其中該第一輻射部係呈現一L字形，而該第二輻射部係呈現一矩形。
3. 如請求項1所述之行動裝置，其中該第三輻射部係呈現一直條形，該第四輻射部係呈現另一直條形，而該第四輻射部係與該第三輻射部大致互相垂直。
4. 如請求項1所述之行動裝置，其中該第三輻射部和該第二輻射部之間形成一耦合間隙，而該耦合間隙之寬度係介於1mm至1.5mm之間。
5. 如請求項1所述之行動裝置，其中一槽孔區域係形成於該環狀金屬部之內，該環狀金屬部係呈現一較大矩形，而該槽孔區域係呈現一較小矩形。
6. 如請求項1所述之行動裝置，其中該環狀金屬部和該天線結構之間形成一銳夾角。
7. 如請求項1所述之行動裝置，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5925至7125MHz之間。
8. 如請求項7所述之行動裝置，其中該第一輻射部之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長，該第二輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長，而該第三輻射部和該第四輻射部之每一者之長度皆大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。
9. 如請求項7所述之行動裝置，其中該環狀金屬部之長度係大致等於該第一頻帶之1倍波長。

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