TWI533505B - 行動裝置及其製造方法 - Google Patents

Description

行動裝置及其製造方法

本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種具有多頻天線結構(Multi-band Antenna Structure)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、850MHz、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以及WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)系統使用2.4GHz、3.5GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

天線為具有無線通訊功能之行動裝置中不可或缺之元件。由於近年來行動裝置之設計趨勢皆朝向輕薄化發展，如何將可支援多頻操作之天線妥善地設計於行動裝置之有限內部空間中，已成為現今天線設計者之一大挑戰。

在一示範實施例中，本發明提供一種行動裝置， 包括：一接地面；一接地支路，耦接至該接地面，其中該接地支路和該接地面大致包圍一第一開口槽孔；一連接部；一第一輻射支路，經由該連接部耦接至該接地支路，其中該第一輻射支路和該接地支路大致包圍一第二開口槽孔；以及一第二輻射支路，設置於該第二開口槽孔內，並耦接至該接地支路；其中該接地支路、該連接部、該第一輻射支路，以及該第二輻射支路係共同形成一多頻天線結構。

在另一示範實施例中，本發明提供一種行動裝置之製造方法，包括下列步驟：提供一接地面；將一接地支路耦接至該接地面，其中該接地支路和該接地面大致包圍一第一開口槽孔；將一第一輻射支路經由一連接部耦接至該接地支路，其中該第一輻射支路和該接地支路大致包圍一第二開口槽孔；於該第二開口槽孔內設置一第二輻射支路，並將該第二輻射支路耦接至該接地支路；以及利用該接地支路、該連接部、該第一輻射支路，以及該第二輻射支路來形成一多頻天線結構。

100、400、500、600‧‧‧行動裝置

110‧‧‧接地面

120‧‧‧接地支路

130‧‧‧連接部

140‧‧‧第一輻射支路

141‧‧‧第一輻射支路之彎折末端

150‧‧‧第二輻射支路

160‧‧‧第一開口槽孔

170‧‧‧第二開口槽孔

181‧‧‧第一同軸電纜線

182‧‧‧第二同軸電纜線

191‧‧‧第一信號源

192‧‧‧第二信號源

451‧‧‧短路部

452‧‧‧封閉開孔

510‧‧‧外殼

511‧‧‧外殼之狹長間隙

520‧‧‧外觀金屬部

530‧‧‧顯示模組

540‧‧‧觸控模組

550‧‧‧電源鍵

560‧‧‧耳機插孔

570‧‧‧麥克風收音孔

630‧‧‧電子零件

650‧‧‧佈線區域

A、B、C、D、E、G、H、I‧‧‧共振路徑上之點

F1‧‧‧第一饋入點

F2‧‧‧第二饋入點

FB1‧‧‧行動通訊頻帶

FB2‧‧‧全球衛星定位系統頻帶

GC1、GC2‧‧‧第二輻射支路和第一輻射支路之間距

W1‧‧‧第一開口槽孔之寬度

W2‧‧‧第二開口槽孔之寬度

W3‧‧‧第一輻射支路之寬度

W4‧‧‧第二輻射支路之寬度

W5‧‧‧連接部之寬度

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖；第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之多頻天線結構經由第一饋入點所饋入時之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Radio，VSWR)圖；第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之多頻 天線結構經由第二饋入點所饋入時之電壓駐波比圖；第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之天線原理之示意圖；第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖；第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之頂部視圖；第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之正面視圖；第5C圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之背面視圖；第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖；第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之製造方法之流程圖。

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。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之示意圖，特別是行動裝置100之天線結構之平面展開示意圖。舉例來說，行動裝置100可以是一智慧型手機(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至少包括： 一接地面110、一接地支路120、一連接部130、一第一輻射支路140，以及一第二輻射支路150。行動裝置100之前述元件可用導體材料製成，例如：銀、銅、鋁、鐵，或是其合金。行動裝置100之前述元件或部分元件更可設置於一介質基板(Dielectric Substrate)上，例如：一FR4(Flame Retardant 4)基板、一系統電路板，或是一軟硬複合板。接地支路120係耦接至接地面110，其中接地支路120和接地面110大致包圍一第一開口槽孔(Open Slot)160。第一輻射支路140係經由連接部130電性耦接至接地支路120，其中第一輻射支路140和接地支路120大致包圍一第二開口槽孔170。第二輻射支路150係設置於第二開口槽孔170內，並係耦接至接地支路120。在較佳實施例中，接地支路120、連接部130、第一輻射支路140，以及第二輻射支路150係共同形成一多頻天線結構(Multi-band Antenna Structure)。行動裝置100更可包括其他必要元件，例如：一觸控輸入模組、一顯示模組、一處理器模組、一控制模組，以及一供電模組等等(未顯示)。必須理解的是，雖然第1圖係顯示平面化之一多頻天線結構，但在其他實施例中，該多頻天線結構亦可改為一立體結構，而其內之各元件更可分別設置或形成於不同的載體上，例如：分別設置於一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)、一軟性電路板(Flexible Printed Circuit Board，FPCB)上，以及一殼體上(未顯示)。

前述之多頻天線結構具有一第一饋入點F1和一第二饋入點F2。在一些實施例中，第一饋入點F1係位於接地支路120上(例如：可大致位於接地支路120之中央處)，而第二饋入 點F2係位於第二輻射支路150上(例如：可大致位於第二輻射支路150之中央處)。第一饋入點F1可經由一第一同軸電纜線(Coaxial Cable)181耦接至一第一信號源191，而第二饋入點F2可經由一第二同軸電纜線182耦接至一第二信號源192。第一信號源191和第二信號源192可以是相異之二射頻(Radio Frequency)模組，其可分別用於產生不同頻率之饋入信號，以激發前述之多頻天線結構。

在一些實施例中，第一開口槽孔160和第二開口槽孔170分別大致為一直條形。第一開口槽孔160可以大致平行於第二開口槽孔170，而第一開口槽孔160和第二開口槽孔170之二開口端可以大致朝向相反方向。第二開口槽孔170之寬度W2可以遠大於第一開口槽孔160之寬度W1。在一些實施例中，接地支路120、連接部130，以及第一輻射支路140所形成之一組合大致為一倒U字形。在一些實施例中，第一輻射支路140更具有一彎折末端141，其中彎折末端141係朝向第二開口槽孔170之一開口端作延伸，使得第二開口槽孔170具有一不等寬結構。在其他實施例中，第一輻射支路140亦可改為不具有任何彎折末端且大致為一直條形，使得第二開口槽孔170具有一等寬結構(未顯示)。在一些實施例中，第二輻射支路150大致為一倒L字形。第二輻射支路150之寬度W4可以遠小於第一輻射支路140之寬度W3。

第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之該多頻天線結構經由第一饋入點F1所饋入時之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Radio，VSWR)圖，其中橫軸代表 操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第2A圖之量測結果，當該多頻天線結構係由第一信號源191所激發時，該多頻天線結構將涵蓋一行動通訊頻帶FB1。在一些實施例中，行動通訊頻帶FB1之低頻部份約介於791MHz至960MHz之間，而行動通訊頻帶FB1之高頻部份約介於1710MHz至2170MHz之間。

第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之該多頻天線結構經由第二饋入點F2所饋入時之電壓駐波比圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第2B圖之量測結果，當該多頻天線結構係由第二信號源192所激發時，該多頻天線結構將涵蓋一定位系統頻帶FB2。舉例來說，前述之定位系統可以是一全球衛星定位系統(Global Positioning System，GPS)、一全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)、一北斗衛星導航系統(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)，或是一伽利略定位系統(Galileo Positioning System)。以下之實施例係以全球衛星定位系統來做說明。在一些實施例中，前述之定位系統頻帶FB2約介於1560MHz至1615MHz之間。因此，本發明之該多頻天線結構至少可支援LTE Band 20/GSM850/GSM900/GPS/DCS1800/PCS1900/UMTS之多頻帶操作。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之天線原理之平面展開示意圖。請一併參考第2A、2B、3圖。當該多頻天線結構經由第一饋入點F1所饋入時，從點A 經過點B、C、D至點E之一第一共振路徑可以激發產生行動通訊頻帶FB1之低頻部份，而從第一饋入點F1至點B之一第二共振路徑可以激發產生行動通訊頻帶FB1之高頻部份(其中點A為接地點)。天線設計者可用下列方式微調行動通訊頻帶FB1：藉由改變該第一共振路徑和該第二共振路徑之長度可以調整行動通訊頻帶FB1之共振頻率；藉由改變第一開口槽孔160之寬度W1可以調整行動通訊頻帶FB1之頻寬和效率；藉由增加第一輻射支路140之寬度W3可使得行動通訊頻帶FB1之共振頻率往低頻偏移；以及藉由改變連接部130之寬度W5可以調整行動通訊頻帶FB1之低頻部份。另一方面，當該多頻天線結構經由第二饋入點F2所饋入時，從點G經過點H至點I之一第三共振路徑可以激發產生全球衛星定位系統頻帶FB2。天線設計者可用下列方式微調全球衛星定位系統頻帶FB2：藉由改變該第三共振路徑之長度可以調整全球衛星定位系統頻帶FB2之共振頻率；以及藉由改變第二輻射支路150之連接點之位置(亦即，點G，其為接地點)可以調整全球衛星定位系統頻帶FB2之共振頻率。另外，第二輻射支路150和第一輻射支路140之二間距GC1、GC2皆應設計為大於0.5mm，如此可降低第二輻射支路150和第一輻射支路140之間之互相耦合效應，從而可維持該多頻天線結構之良好天線效率。

在一些實施例中，該多頻天線結構之總長度約為67mm，總寬度約為11mm，總高度約為9mm。根據一些量測結果，該多頻天線結構於行動通訊頻帶FB1中之天線效率皆大於49.6%，而該多頻天線結構於全球衛星定位系統頻帶FB2中之天 線效率皆大於37.1%，其已可符合實際應用需要。本發明將雙饋入部和雙輻射體同時整合入單一天線結構中以涵蓋雙寬頻操作，如此天線結構將具有小尺寸和多功能之特色。和傳統設計方式相比，本發明至少具有下列優點：(1)節省行動裝置之內部設計空間；(2)可省去濾波元件；(3)減少元件損耗；以及(4)降低製造成本及系統複雜度，故本發明非常適合應用於各種小型化之行動通訊裝置。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置400之示意圖。第4圖基本上與第1圖相似，同樣是天線結構之平面展開示意圖，然兩者之差異在於，第4圖之行動裝置400更包括一短路部451。短路部451可用導體材料製成，例如：銀、銅、鋁、鐵，或是其合金。在第4圖之行動裝置400中，第二輻射支路150更經由短路部451電性耦接至連接部130，使得第二輻射支路150、短路部451、連接部130，以及接地支路120之間形成一封閉開孔452。封閉開孔452可以大致為一矩形或一圓形。封閉開孔452可用於容納一些外觀元件之設計或電子零件之配置。在其他實施例中，封閉開孔452亦可改由導體材料所填滿。第4圖之行動裝置400之其餘特徵皆與第1圖之行動裝置100相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置500之頂部視圖。第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置500之正面視圖。第5C圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置500之背面視圖。請一併參考第5A、5B、5C圖。第5A、5B、5C圖基本上與第1圖相似，兩者之差異在於，第5A、 5B、5C圖係用於說明第1圖之立體天線結構，其中行動裝置500更包括一外殼510、一外觀金屬部520、一顯示模組530，以及一觸控模組540。外殼510可以包括行動裝置500之背蓋及邊框部分，並可用導體材料或是非導體材料製成。行動裝置500之接地面110、接地支路120，以及連接部130皆設置於外殼510之內部(未顯示)。外殼510更可具有一狹長間隙511，其中狹長間隙511可以大致對齊於接地支路120和接地面110之間之第一開口槽孔160。外殼510之狹長間隙511更可由非導體材料所填滿，例如：塑膠。外觀金屬部520係設置於外殼510之一外表面上(例如：頂部表面)，其中行動裝置500之第一輻射支路140和第二輻射支路150皆屬於外觀金屬部520之一部份。連接部130可以是一金屬彈片(Metal Spring)或一頂針(Pogo Pin)，其可用於電性耦接一介質基板上之接地支路120(未顯示)至外殼510上之第一輻射支路140和第二輻射支路150。在一些實施例中，第一輻射支路140係由行動裝置500之頂部延伸至行動裝置500之背部，並係配置於外殼510上。在另一些實施例中，當外殼510由導體材料所製成時，第一輻射支路140係與外殼510作結合，或是形成外殼510之一部分。另外，第二輻射支路150亦可與導體材料所製成之外殼510作結合，或是形成外殼510之另一部分。換言之，外殼510亦可與外觀金屬部520整合為單一元件。第二輻射支路150較佳係位於行動裝置500之頂部並朝向天空方向，因此行動裝置500之一多頻天線結構將可更容易接收及傳送全球衛星定位系統頻帶FB2之信號。另外，由於外觀金屬部520係整合於該多頻天線結構之中，故外觀金屬部520將不會 對於該多頻天線結構之輻射性能造成負面影響。第5A、5B、5C圖之行動裝置500之其餘特徵皆與第1圖之行動裝置100相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。必須注意的是，如第5A圖所示，外觀金屬部520所形成之區域內仍有一些非金屬區域，而這些非金屬區域內可配置其它電子零件，例如：一電源鍵550、一耳機插孔560、一麥克風收音孔570、一插槽，或是一連接構件等等(未顯示)，其可依不同之設計做調整。在另一些實施例中，該多頻天線結構亦可配置於行動裝置500之底部，其詳細之元件配置與設計則不再贅述。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置600之平面展開示意圖。第6圖基本上與第1圖相似，同樣是天線結構之平面展開示意圖，然兩者之差異在於，第6圖之行動裝置600更包括一或複數電子零件630，其中該等電子零件630係設置於行動裝置600之接地支路120或(且)接地面110上。例如，該等電子零件630可以包括一揚聲器(Speaker)、一相機(Camera)，或(且)一耳機插孔(Audio Jack)。該等電子零件630可視為行動裝置600之一多頻天線結構之一部份，因此它們將不會對於該多頻天線結構之輻射性能造成負面影響。由於該多頻天線結構可承載該等電子零件630並做適切地整合，此設計方式將可有效地節省行動裝置600之內部設計空間。該等電子零件630更可經由接地面110上之一佈線區域650耦接至一處理器模組與一控制模組(未顯示)。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相似，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行動裝置之製造方法之流程圖。該製造方法包括下列步驟。在步驟S710，提供一接地面。在步驟S720，將一接地支路耦接至該接地面，其中該接地支路和該接地面大致包圍一第一開口槽孔。在步驟S730，將一第一輻射支路經由一連接部電性耦接至該接地支路，其中該第一輻射支路和該接地支路大致包圍一第二開口槽孔。在步驟S740，於該第二開口槽孔內設置一第二輻射支路，並將該第二輻射支路耦接至該接地支路。在步驟S750，利用該接地支路、該連接部、該第一輻射支路，以及該第二輻射支路來形成一多頻天線結構。必須理解的是，以上步驟無須依次序執行，而第1-6圖之實施例之每一裝置特徵均可套用至第7圖所述之行動裝置之製造方法。

值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀、以及頻率範圍均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。另外，本發明之通訊裝置及天線結構並不僅限於第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通訊裝置及天線結構當中。

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‧‧‧行動裝置

110‧‧‧接地面

120‧‧‧接地支路

130‧‧‧連接部

140‧‧‧第一輻射支路

141‧‧‧第一輻射支路之彎折末端

150‧‧‧第二輻射支路

160‧‧‧第一開口槽孔

170‧‧‧第二開口槽孔

181‧‧‧第一同軸電纜線

182‧‧‧第二同軸電纜線

191‧‧‧第一信號源

192‧‧‧第二信號源

F1‧‧‧第一饋入點

F2‧‧‧第二饋入點

W1‧‧‧第一開口槽孔之寬度

W2‧‧‧第二開口槽孔之寬度

W3‧‧‧第一輻射支路之寬度

W4‧‧‧第二輻射支路之寬度

Claims (22)

1. 一種行動裝置，包括：一接地面；一接地支路，耦接至該接地面，其中該接地支路和該接地面包圍一第一開口槽孔；一連接部；一第一輻射支路，經由該連接部耦接至該接地支路，其中該第一輻射支路和該接地支路包圍一第二開口槽孔；以及一第二輻射支路，設置於該第二開口槽孔內，並耦接至該接地支路；其中該接地支路、該連接部、該第一輻射支路，以及該第二輻射支路係共同形成一多頻天線結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該多頻天線結構具有一第一饋入點和一第二饋入點，該第一饋入點係耦接至一第一信號源，而該第二饋入點係耦接至一第二信號源。
3. 如申請專利範圍第2項所述之行動裝置，其中該第一饋入點係位於該接地支路上，而該第二饋入點係位於該第二輻射支路上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第一開口槽孔為一直條形。
5. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第二開口槽孔為一直條形。
6. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第一開口槽 孔平行於該第二開口槽孔，而該第一開口槽孔和該第二開口槽孔之二開口端係朝向相反方向。
7. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該接地支路、該連接部，以及該第一輻射支路所形成之一組合為一倒U字形。
8. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第一輻射支路具有一彎折末端，而該彎折末端係朝向該第二開口槽孔之一開口端作延伸，使得該第二開口槽孔具有一不等寬結構。
9. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第二輻射支路為一倒L字形。
10. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，其中該第二輻射支路和該第一輻射支路之最小間距係大於0.5mm。
11. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，更包括：一短路部，其中該第二輻射支路更經由該短路部耦接至該連接部，使得該第二輻射支路、該短路部、該連接部，以及該接地支路之間形成一封閉開孔。
12. 如申請專利範圍第11項所述之行動裝置，其中該封閉開孔為一矩形。
13. 如申請專利範圍第2項所述之行動裝置，其中當該多頻天線結構係由該第一信號源所激發時，該多頻天線結構將涵蓋一行動通訊頻帶，而當該多頻天線結構係由該第二信號源所激發時，該多頻天線結構將涵蓋一定位系統頻帶。
14. 如申請專利範圍第13項所述之行動裝置，其中該行動通訊 頻帶約介於791MHz至960MHz之間並約介於1710MHz至2170MHz之間，而該定位系統頻帶約介於1560MHz至1615MHz之間。
15. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，更包括：一外殼，其中該接地面、該接地支路，以及該連接部皆設置於該外殼之內部；以及一外觀金屬部，設置於該外殼之一外表面上，其中該第一輻射支路和該第二輻射支路皆屬於該外觀金屬部之一部份。
16. 如申請專利範圍第15項所述之行動裝置，其中該第一輻射支路係由該行動裝置之頂部延伸至該行動裝置之背部。
17. 如申請專利範圍第15項所述之行動裝置，當該外殼由一導體材料製成時，該第一輻射支路係由該行動裝置之頂部延伸至該行動裝置之背部，而該第一輻射支路及該第二輻射支路皆與該外殼作結合。
18. 如申請專利範圍第15項所述之行動裝置，其中該連接部為一金屬彈片或一頂針。
19. 如申請專利範圍第15項所述之行動裝置，其中該外殼具有一狹長間隙，而該狹長間隙對齊於該第一開口槽孔。
20. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置，更包括：一或複數電子零件，設置於該多頻天線結構之該接地支路上。
21. 如申請專利範圍第20項所述之行動裝置，其中該等電子零件包括一揚聲器、一相機，或(且)一耳機插孔。
22. 一種行動裝置之製造方法，包括下列步驟：提供一接地面；將一接地支路耦接至該接地面，其中該接地支路和該接地面包圍一第一開口槽孔；將一第一輻射支路經由一連接部耦接至該接地支路，其中該第一輻射支路和該接地支路包圍一第二開口槽孔；於該第二開口槽孔內設置一第二輻射支路，並將該第二輻射支路耦接至該接地支路；以及利用該接地支路、該連接部、該第一輻射支路，以及該第二輻射支路來形成一多頻天線結構。