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TWI784674B - 強化天線穩定度之行動裝置 - Google Patents

強化天線穩定度之行動裝置 Download PDF

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TWI784674B
TWI784674B TW110130460A TW110130460A TWI784674B TW I784674 B TWI784674 B TW I784674B TW 110130460 A TW110130460 A TW 110130460A TW 110130460 A TW110130460 A TW 110130460A TW I784674 B TWI784674 B TW I784674B
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宏碁股份有限公司
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Abstract

一種強化天線穩定度之行動裝置，包括：一非導體邊框、一背蓋、一平面倒F字形天線，以及一U字形接地部。平面倒F字形天線係設置於非導體邊框和背蓋之間。U字形接地部係耦接至平面倒F字形天線，並至少部份貼附於非導體邊框。平面倒F字形天線之一垂直投影係與U字形接地部至少部份重疊。

Description

強化天線穩定度之行動裝置
本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種可強化天線穩定度之行動裝置。
隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍。行動裝置通常具有無線通訊的功能。
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穩定度(Stability)不足，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出小尺寸、寬頻帶，並且具有較高穩定度之天線元件，對天線設計者而言是一項重要課題。
在較佳實施例中，本發明提出一種強化天線穩定度之行動裝置，包括：一非導體邊框；一背蓋；一平面倒F字形天線，設置於該非導體邊框和該背蓋之間；以及一U字形接地部，耦接至該平面倒F字形天線，並至少部份貼附於該非導體邊框；其中該平面倒F字形天線之一垂直投影係與該U字形接地部至少部份重疊。
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。
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可以是一智慧型手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。如第1圖所示，行動裝置100包括：一非導體邊框(Nonconductive Frame)110、一背蓋(Back Cover)120、一平面倒F字形天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)200，以及一U字形接地部(U-shaped Ground Element)130。背蓋120可用導體材質或非導體材質所製成。平面倒F字形天線200和U字形接地部130皆可用金屬材質所製成，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，但實際上行動裝置100更可包括其他元件，例如：一處理器、一觸控面板、一揚聲器、一電池模組，以及一外殼。
舉例而言，若行動裝置100為一筆記型電腦，則非導體邊框110可為筆記型電腦領域中俗稱之「C件」，而背蓋120可為筆記型電腦領域中俗稱之「D件」。非導體邊框110可連接至背蓋120，使得兩者之間界定出一中空區域。在一些實施例中，非導體邊框110為筆記型電腦之一鍵盤邊框(Keyboard Frame)。另外，背蓋120可具有一內削式設計，因此背蓋120可與非導體邊框110至少部份不平行。
平面倒F字形天線200和U字形接地部130皆設置於非導體邊框110和背蓋120之間之中空區域內。U字形接地部130係耦接至平面倒F字形天線200，並至少部份貼附於非導體邊框110。平面倒F字形天線200於非導體邊框110上具有一垂直投影(Vertical Projection)，而此垂直投影係與U字形接地部130至少部份重疊。在此設計下，由於無須將平面倒F字形天線200耦接至背蓋120，故行動裝置100之天線設計之自由度和穩定度皆可大幅改善。
以下實施例將介紹行動裝置100之細部結構特徵。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之範圍。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之部份立體圖。在第2圖之實施例中，行動裝置100更包括一接地連接部140，其可用金屬材質所製成。接地連接部140可具有一彎折結構(Bending Structure)，並可耦接於平面倒F字形天線200和U字形接地部130之間，使得平面倒F字形天線200和U字形接地部130可大致互相平行。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之平面倒F字形天線200之俯視圖。在第3圖之實施例中，平面倒F字形天線200包括：一饋入輻射部(Feeding Radiation Element)210、一第一輻射部(Radiation Element)220、一第二輻射部230，以及一第三輻射部240。
饋入輻射部210可以大致呈現一不等寬直條形。詳細而言，饋入輻射部210具有一第一端211和一第二端212，其中饋入輻射部210之第一端211係耦接至接地連接部140。在一些實施例中，饋入輻射部210包括鄰近於第一端211之一較窄部份214和鄰近於第二端212之一較寬部份215，其中較寬部份215係經由較窄部份214耦接至接地連接部140。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：5mm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)。一饋入點(Feeding Point)FP係位於饋入輻射部210之較寬部份215之一角落處，其中饋入點FP更可耦接至一信號源(未顯示)。例如，信號源可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發平面倒F字形天線200。
第一輻射部220可以大致呈現一較窄直條形，其可大致垂直於饋入輻射部210。詳細而言，第一輻射部220具有一第一端221和一第二端222，其中第一輻射部220之第一端221係耦接至饋入輻射部210之第二端212，而第一輻射部220之第二端222為一開路端(Open End)。
第二輻射部230可以大致呈現一較寬直條形，其可大致垂直於饋入輻射部210。詳細而言，第二輻射部230具有一第一端231和一第二端232，其中第二輻射部230之第一端231係耦接至饋入輻射部210之第二端212和第一輻射部220之第一端221，而第二輻射部230之第二端232為一開路端。例如，第二輻射部230之第二端232和第一輻射部220之第二端222可以大致朝相反且互相遠離之方向作延伸。
第三輻射部240可以大致呈現一較窄直條形，其可大致垂直於饋入輻射部210。詳細而言，第三輻射部240具有一第一端241和一第二端242，其中第三輻射部240之第一端241係耦接至饋入輻射部210之較寬部份215，而第三輻射部240之第二端242為一開路端。例如，第三輻射部240之第二端242和第一輻射部220之第二端222可以大致朝相同方向作延伸。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之U字形接地部130之俯視圖。在第4圖之實施例中， U字形接地部130具有一第一開路端131和一第二開路端132，其中一缺口區域(Notch Region)135係形成於U字形接地部130之第一開路端131和第二開路端132之間。例如，缺口區域135可以大致呈現一矩形。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之平面倒F字形天線200之返回損失(Return Loss)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。如第5圖所示，平面倒F字形天線200可涵蓋一第一頻帶FB1和一第二頻帶FB2，其中第一頻帶FB1可介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶FB2可介於5150MHz至5850MHz之間。因此，行動裝置100將至少可支援WLAN(Wireless Local Area Networks) 2.4GHz/5GHz之寬頻操作。
在一些實施例中，行動裝置100之操作原理可如下列所述。饋入輻射部210和第一輻射部220可共同激發以產生前述之第一頻帶FB1。饋入輻射部210、第一輻射部220、第二輻射部230，以及第三輻射部240可共同激發以產生前述之第二頻帶FB2。另外，U字形接地部130可用於微調前述之第一頻帶FB1和第二頻帶FB2之阻抗匹配(Impedance Matching)，從而可增加其操作頻寬(Operational Bandwidth)。
第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之平面倒F字形天線200之輻射效率(Radiation Efficiency)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表輻射效率(dB)。根據第6圖之量測結果，行動裝置100之平面倒F字形天線200於前述第一頻帶FB1和第二頻帶FB2中之輻射效率皆可達-6dB或更高，此已可滿足一般行動通訊之實際應用需求。
在一些實施例中，行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。饋入輻射部210和第一輻射部220之總長度L1可大致等於平面倒F字形天線200之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。第一輻射部220之寬度W1可介於2mm至3mm之間。在饋入輻射部210中，較窄部份214之寬度W21可介於1mm至2mm之間，而較寬部份215之寬度W22可介於4mm至5mm之間。第一輻射部220和第二輻射部230之總長度L2可大致等於平面倒F字形天線200之第二頻帶FB2之0.5倍波長(λ/2)。第二輻射部230之長度L3可大致等於平面倒F字形天線200之第二頻帶FB2之0.167倍波長(λ/6)。第二輻射部230之寬度W3可介於4mm至5mm之間。饋入輻射部210和第三輻射部240之總長度L4係大致等於平面倒F字形天線200之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第三輻射部240之寬度W4可介於2mm至3mm之間。第一輻射部220和第三輻射部240之間距D1可介於2mm至3mm之間。第二輻射部230和接地連接部140之間距D2可大於5mm。第三輻射部240和接地連接部140之間距D3可介於1mm至3mm之間。在U字形接地部130中，第一開路端131至該第二開路端132之一路徑長度L5可大致等於平面倒F字形天線200之第一頻帶FB1之0.5倍波長(λ/2)。缺口區域135之長度LN可介於U字形接地部130之整體長度LT之0.33倍至0.5倍之間。缺口區域135之寬度WN可大致等於U字形接地部130之整體寬度WT之0.5倍。平面倒F字形天線200和U字形接地部130之間距DH可介於3mm至4mm之間。以上元件尺寸之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之平面倒F字形天線200之操作頻寬和阻抗匹配。
第7圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置700之剖面圖。在第7圖之實施例中，行動裝置700包括：一非導體邊框110、一背蓋120、一天線710，以及一導電泡棉(Conductive Gasket)720。必須注意的是，若以導電泡棉720支撐天線710，則在導電泡棉720老化或變形時，天線710之穩定度容易受到負面影響。為克服此一問題，本發明第1-6圖之實施例係藉由U字形接地部130來取代導電泡棉720，使得天線之輻射性能和穩定度均能大幅度改善。
本發明提出一種新穎之行動裝置，其包括一U字形接地部。相較於傳統設計，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶、低製造成本，以及高穩定度等優勢，故其很適合應用於各種各式之行動通訊裝置當中。
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。
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。
100,700:行動裝置
110:非導體邊框
120:背蓋
130:U字形接地部
131:U字形接地部之第一開路端
132:U字形接地部之第二開路端
135:U字形接地部之缺口區域
140:接地連接部
200:平面倒F字形天線
210:饋入輻射部
211:饋入輻射部之第一端
212:饋入輻射部之第二端
214:饋入輻射部之較窄部份
215:饋入輻射部之較寬部份
220:第一輻射部
221:第一輻射部之第一端
222:第一輻射部之第二端
230:第二輻射部
231:第二輻射部之第一端
232:第二輻射部之第二端
240:第三輻射部
241:第三輻射部之第一端
242:第三輻射部之第二端
710:天線
720:導電泡棉
D1,D2,D3,DH:間距
FP:饋入點
L1,L2,L3,L4,L5,LN,LT:長度
W1,W21,W22,W3,W4,WN,WT: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立體圖。 第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之平面倒F字形天線之俯視圖。 第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之U字形接地部之俯視圖。 第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之平面倒F字形天線之返回損失圖。 第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之平面倒F字形天線之輻射效率圖。 第7圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之剖面圖。
100:行動裝置
110:非導體邊框
120:背蓋
130:U字形接地部
200:平面倒F字形天線

Claims (8)

  1. 一種強化天線穩定度之行動裝置，包括：一非導體邊框；一背蓋；一平面倒F字形天線，設置於該非導體邊框和該背蓋之間；一U字形接地部，耦接至該平面倒F字形天線，並至少部份貼附於該非導體邊框；以及一接地連接部，耦接於該平面倒F字形天線和該U字形接地部之間，使得該平面倒F字形天線和該U字形接地部大致互相平行；其中該平面倒F字形天線之一垂直投影係與該U字形接地部至少部份重疊；其中該平面倒F字形天線包括：一饋入輻射部，具有一饋入點，並耦接至該接地連接部；一第一輻射部，耦接至該饋入輻射部；一第二輻射部，耦接至該饋入輻射部和該第一輻射部，其中該第二輻射部和該第一輻射部係大致朝相反方向作延伸；以及一第三輻射部，耦接至該饋入輻射部，其中該第三輻射部和該第一輻射部係大致朝相同方向作延伸。
  2. 如請求項1所述之行動裝置，其中該饋入輻射部包括一較窄部份和一較寬部份，該饋入點係位於該較寬部份處，而該較寬部份係經由該較窄部份耦接至該接地連接部。
  3. 如請求項1所述之行動裝置，其中該第一輻射部係呈現一較窄直條形，而該第二輻射部係呈現一較寬直條形。
  4. 如請求項1所述之行動裝置，其中該平面倒F字形天線涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。
  5. 如請求項4所述之行動裝置，其中該饋入輻射部和該第一輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
  6. 如請求項4所述之行動裝置，其中該第一輻射部和該第二輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之0.5倍波長。
  7. 如請求項4所述之行動裝置，其中該饋入輻射部和該第三輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
  8. 如請求項4所述之行動裝置，其中該U字形接地部具有一第一開路端和一第二開路端，而由該第一開路端至該第二開路端之一路徑長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。
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