TWI688159B

TWI688159B - 行動裝置

Info

Publication number: TWI688159B
Application number: TW108101926A
Authority: TW
Inventors: 羅文遠; 田茂良; 饒瑞駿
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-03-11
Also published as: CN111463547A; TW202029569A; CN111463547B; US10542130B1

Abstract

一種行動裝置，包括：一金屬背蓋、一顯示器、一顯示器邊框、一非導體填充元件、一介質基板、一接地元件，以及一輻射體。金屬背蓋具有一槽孔。顯示器和顯示器邊框皆相對於金屬背蓋而設置。非導體填充元件係至少部份地內嵌於槽孔之中。介質基板係設置於非導體填充元件上。接地元件係耦接至金屬背蓋。輻射體係耦接至接地元件，並設置於介質基板上。輻射體和金屬背蓋之槽孔係共同形成一天線結構。槽孔至金屬背蓋之一邊緣之間距係小於10mm。

Description

行動裝置

本發明係關於一種行動裝置，特別係關於一種行動裝置及其天線結構。

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。

為了追求造型美觀，現今設計者常會在行動裝置中加入金屬元件之要素。然而，新增之金屬元件卻容易對於行動裝置中支援無線通訊之天線產生負面影響，進而降低行動裝置之整體通訊品質。因此，有必要提出一種全新之行動裝置和天線結構，以克服傳統技術所面臨之問題。

在較佳實施例中，本發明提供一種行動裝置，包括：一金屬背蓋，具有一槽孔；一顯示器；一顯示器邊框，其中該顯示器和該顯示器邊框皆相對於該金屬背蓋而設置；一非導體填充元件，至少部份地內嵌於該槽孔之中；一介質基板，設置於該非導體填充元件上；一接地元件，耦接至該金屬背蓋；以及一輻射體，耦接至該接地元件，並設置於該介質基板上，其中該輻射體和該金屬背蓋之該槽孔共同形成一天線結構；其中該槽孔至該金屬背蓋之一邊緣之間距係小於10mm。

在一些實施例中，該接地元件為一接地銅箔，並由該金屬背蓋上延伸至該介質基板上。

在一些實施例中，該天線結構係涵蓋介於2400MHz至2500MHz之間之一第一頻帶，以及介於5150MHz至5850MHz之間之一第二頻帶。

在一些實施例中，該輻射體包括：一第一輻射部，具有一第一饋入點，並耦接至該接地元件；以及一第二輻射部，耦接至該接地元件，其中該第一輻射部和該第二輻射部皆延伸跨越該槽孔。

在一些實施例中，該第一輻射部和該第二輻射部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2mm。

在一些實施例中，該行動裝置為一14吋筆記型電腦，而該槽孔至該金屬背蓋之該邊緣之該間距約等於7.5mm。

在一些實施例中，該輻射體包括：一第三輻射部，具有一第二饋入點；一第四輻射部，耦接至該接地元件；以及一第五輻射部，耦接至該接地元件，並延伸至該第三輻射部和該第四輻射部之間。

在一些實施例中，該第三輻射部和該第五輻射部之間形成一第二耦合間隙，該第二耦合間隙之寬度係小於0.5mm，該第四輻射部和該第五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小於0.5mm。

在一些實施例中，該輻射體更包括：一第六輻射部，耦接至該接地元件，其中該第五輻射部係介於該第四輻射部和該第六輻射部之間。

在一些實施例中，該行動裝置為一15吋筆記型電腦，而該槽孔至該金屬背蓋之該邊緣之該間距約等於6.8mm。

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1A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。第1B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(沿第1A圖之一剖面線LC1)。請一併參考第1A、1B圖。在第1A、1B圖之實施例中，行動裝置100為一筆記型電腦(Notebook Computer)，但本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，行動裝置100亦可為一智慧型手機(Smart Phone)或一平板電腦(Tablet Computer)。

如第1A、1B圖所示，行動裝置100至少包括：一金屬背蓋(Metal Back Cover)110、一顯示器(Display Device)130、一顯示器邊框(Display Frame)140、一非導體填充元件(Nonconductive Filling Element)150、一介質基板(Dielectric Substrate)160、一接地元件(Ground Element)170，以及一輻射體(Radiator)180。顯示器邊框140和介質基板160可用非導體材質製成，例如：塑膠材質或介電材質(Dielectric Material)。接地元件170和輻射體180可用導體材質製成，例如：金屬材質。

金屬背蓋110可視為筆記型電腦領域俗稱之「A件」。金屬背蓋110具有一槽孔(Slot)120，其可大致呈現一直條形並大致平行於金屬背蓋110之一(頂部)邊緣111。在一些實施例中，槽孔120為一閉口槽孔(Closed Slot)，並具有互相遠離之一第一閉口端(Closed End)121和一第二閉口端122(可參考後續之圖式)。在另一些實施例中，槽孔120可分割為彼此分離之複數個子槽孔。顯示器130和顯示器邊框140皆相對於金屬背蓋110而設置，其中顯示器130係由顯示器邊框140所包圍。顯示器邊框140可視為筆記型電腦領域俗稱之「B件」。非導體填充元件150係至少部份地內嵌於槽孔120之中。非導體填充元件150可提供防水、防灰塵之功能，其形狀在本發明中並不特別限制。介質基板160係設置於非導體填充元件150上。例如，介質基板160可為一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)或是一軟性電路板(Flexible Circuit Board)。接地元件170可藉由使用雷雕(Laser Direct Structuring，LDS)技術來耦接至金屬背蓋110。例如，接地元件170可為一接地銅箔(Ground Copper Foil)，並可由金屬背蓋110上延伸至介質基板160上。輻射體180係耦接至接地元件170，並設置於介質基板160上。輻射體180可鄰近於金屬背蓋110。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)。另外，介質基板160和其上之輻射體180皆可位於金屬背蓋110和顯示器邊框140之間之所界定之內部空間當中。

在較佳實施例中，輻射體180和金屬背蓋110之槽孔120係共同形成一天線結構(Antenna Structure)，其中槽孔120至金屬背蓋110之邊緣111之間距D1係小於10mm。在此所謂「間距」通常係指二元件之間之最短距離。必須注意的是，若要避免干擾，傳統槽孔天線通常須離金屬背蓋之邊緣達一既定距離以上(例如：15mm或更大)，但此往往會破壞行動裝置之外觀一致性。在本發明之設計下，槽孔120之加入並不會對金屬背蓋110之外型產生負面影響，故可同時美化行動裝置100之整體視覺外觀及提升行動裝置100之整體通訊品質。

以下實施例將詳細介紹行動裝置100之前述天線結構之細部特徵。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例說明，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輻射體280之俯視圖。在第2圖之實施例中，天線結構之輻射體280至少包括一第一輻射部(Radiation Element)210和一第二輻射部220。第一輻射部210和第二輻射部220皆延伸跨越金屬背蓋110之槽孔120。亦即，第一輻射部210於金屬背蓋110上具有一第一垂直投影(Vertical Projection)，而第二輻射部220於金屬背蓋110上具有一第二垂直投影，其中第一垂直投影和第二垂直投影皆與槽孔120至少部份重疊。第一輻射部210可以大致呈現一倒L字形。第一輻射部210具有一第一饋入點(Feeding Point)FP1，其可耦接至一信號源(Signal Source)，例如：一射頻(Radio Frequency，RF)模組。第一輻射部210具有一第一端211和一第二端212，其中第一輻射部210之第一端211係耦接至接地元件170，而第一輻射部210之第二端212為一開路端(Open End)。第一饋入點FP1係介於第一輻射部210之第一端211和第二端212之間，其中第一饋入點FP1相較於第一端211係更靠近第二端212。第二輻射部220可以大致呈現一L字形。第二輻射部220具有一第一端221和一第二端222，其中第二輻射部220之第一端221係耦接至接地元件170，而第二輻射部220之第二端222為一開路端並朝靠近第一輻射部210之第二端212之方向作延伸。第一輻射部210之第二端212和第二輻射部220之第二端222之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。第一輻射部210、第二輻射部220，以及接地元件170可共同包圍住一無金屬區域(Non-metal Region)230，其中此無金屬區域230係與第一耦合間隙GC1互相連通。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之包括輻射體280之天線結構之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，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3圖之量測結果，第2圖之天線結構可涵蓋一第一頻帶(Frequency Band)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，前述天線結構將至少可支援WLAN(Wireless Local Area Networks) 2.4GHz/5GHz之雙頻帶操作。在天線操作原理方面，第一輻射部210和第二輻射部220主要係用於激發產生第一頻帶FB1，而第二輻射部220主要係用於激發產生第二頻帶FB2。根據實際量測結果，包括輻射體280之天線結構於第一頻帶FB1中之輻射效率(Radiation Efficiency)可達約-2.71dB，而於第二頻帶FB2中之輻射效率可達約-3.58dB，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，第一輻射部210更包括一第一加寬部份214和一第二加寬部份215，其中第一加寬部份214係位於第一輻射部210之第一端211處並直接耦接至接地元件170，而第二加寬部份215係位於第一輻射部210之第二端212處。根據實際量測結果，第一加寬部份214和第二加寬部份215可用於增加天線結構之低頻操作頻寬(Operation Bandwidth)。在一些實施例中，第二輻射部220更包括一第三加寬部份224和一第四加寬部份225，其中第三加寬部份224係位於第二輻射部220之第一端221處並直接耦接至接地元件170，而第四加寬部份225係位於第二輻射部220之第二端222處，並鄰近於第一輻射部210之第二加寬部份215。根據實際量測結果，第三加寬部份224和第四加寬部份225可用於增加天線結構之高頻操作頻寬。在一些實施例中，第二輻射部220更包括一附加輻射支路(Additional Radiation Branch)226，其中附加輻射支路226係耦接至第二輻射部220之一直角轉折處，並與第二輻射部220之第二端222大致朝相反方向作延伸。根據實際量測結果，附加輻射支路226可用於微調天線結構之阻抗匹配(Impedance Matching)。必須理解的是，第一加寬部份214、第二加寬部份215、第三加寬部份224、第四加寬部份225，以及附加輻射支路226皆為選用元件(Optional Element)，在其他實施例中亦可省略之。

在一些實施例中，包括輻射體280之行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。行動裝置100可為一14吋筆記型電腦。為了強化元件間耦合效應，第一耦合間隙GC1之寬度須小於2mm。第一輻射部210之長度可以大於或等於第二輻射部220之長度。在此設計下，槽孔120至金屬背蓋110之邊緣111之間距D1可約等於7.5mm。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之天線結構之操作頻寬和阻抗匹配。

第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之輻射體480之俯視圖。在第4圖之實施例中，天線結構之輻射體480至少包括一第三輻射部430、一第四輻射部440，以及一第五輻射部450。第五輻射部450係延伸跨越金屬背蓋110之槽孔120之至少一部份。亦即，第五輻射部450於金屬背蓋110上具有一第三垂直投影，其中第三垂直投影係與槽孔120至少部份重疊。第三輻射部430可以大致呈現一直條形或一倒U字形。第三輻射部430具有一第二饋入點FP2，其可耦接至一信號源。第三輻射部430具有一第一端431和一第二端432，其中第二饋入點FP2係位於第三輻射部430之第一端431處，而第三輻射部430之第二端432為一開路端。第四輻射部440可以大致呈現一矩形。第四輻射部440係耦接至接地元件170。第五輻射部450可以大致呈現一L字形。第五輻射部450具有一第一端451和一第二端452，其中第五輻射部450之第一端451係耦接至接地元件170，而第五輻射部450之第二端452為一開路端並延伸至第三輻射部430和第四輻射部440之間。第三輻射部430之第二端432和第五輻射部450之第二端452之間可形成一第二耦合間隙GC2。第四輻射部440和第五輻射部450之第二端452之間可形成一第三耦合間隙GC3。

第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之包括輻射體480之天線結構之電壓駐波比圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第5圖之量測結果，第4圖之天線結構可涵蓋一第一頻帶FB3和一第二頻帶FB4，其中第一頻帶FB3可介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶FB4可介於5150MHz至5850MHz之間。因此，前述天線結構將至少可支援WLAN 2.4GHz/5GHz之雙頻帶操作。在天線操作原理方面，第三輻射部430和第五輻射部450主要係用於激發產生第一頻帶FB3，而第五輻射部450主要係用於激發產生第二頻帶FB4。根據實際量測結果，包括輻射體480之天線結構於第一頻帶FB3中之輻射效率可達約-3.73dB，而於第二頻帶FB4中之輻射效率可達約-4.19dB，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，第三輻射部430更包括一第五加寬部份434和一第六加寬部份435，其中第五加寬部份434係位於第三輻射部430之第一端431處，而第六加寬部份435係位於第三輻射部430之第二端432處。根據實際量測結果，第五加寬部份434和第六加寬部份435可用於增加天線結構之低頻操作頻寬。在一些實施例中，第五輻射部450更包括一第七加寬部份454，其中第七加寬部份454係位於第五輻射部450之第一端451處並直接耦接至接地元件170。根據實際量測結果，第七加寬部份454可用於增加天線結構之高頻操作頻寬。在一些實施例中，輻射體480更包括一第六輻射部460，其中第六輻射部460係耦接至接地元件170，並朝靠近第三輻射部430之第五加寬部份434之方向作延伸。第六輻射部460可以大致呈現一矩形或一階梯形，其中第五輻射部450可介於第四輻射部440和第六輻射部460之間。根據實際量測結果，第六輻射部460可用於微調天線結構之阻抗匹配。必須理解的是，第五加寬部份434、第六加寬部份435、第七加寬部份454，以及第六輻射部460皆為選用元件，在其他實施例中亦可省略之。

在一些實施例中，包括輻射體480之行動裝置100之元件尺寸可如下列所述。行動裝置100可為一15吋筆記型電腦。為了強化元件間耦合效應，第二耦合間隙GC2之寬度須小於0.5mm，而第三耦合間隙GC3之寬度須小於0.5mm。第三輻射部430之長度可以大於或等於第五輻射部450之長度。第三輻射部430之長度可大致等於第一頻帶FB3之中心頻率之0.25倍波長(λ/4)。在此設計下，槽孔120至金屬背蓋110之邊緣111之間距D1可約等於6.8mm。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之天線結構之操作頻寬和阻抗匹配。

第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之金屬背蓋610之俯視圖。在第6圖之實施例中，行動裝置100之一金屬背蓋610可具有一第一槽孔621和一第二槽孔622，其中第一槽孔621和第二槽孔622皆為閉口槽孔且彼此完全分離。第一槽孔621和第二槽孔622可各自為一直條形，且它們皆排列於同一條直線上。前述之天線結構可基於第一槽孔621、第二槽孔622，或是此二者而形成。例如，第一槽孔621可作為行動裝置100之一主要天線結構(Main Antenna Structure)，而第二槽孔622可作為行動裝置100之一輔助天線結構(Auxiliary Antenna Structure)，但亦不僅限於此。

本發明提出一種新穎之天線結構。當此天線結構應用於具有金屬背蓋之行動裝置時，由於金屬背蓋可視為天線結構之一延伸部份，故能有效避免金屬背蓋對行動裝置之通訊品質產生負面影響。再者，因為金屬背蓋之槽孔至邊緣兩者之間距夠小，所以加入槽孔不會對金屬背蓋之外觀設計造成負面影響。總而言之，本發明能兼得小尺寸、寬頻帶，以及美化裝置外型之優勢，故其很適合應用各種窄邊框(Narrow Border)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。本發明之行動裝置及天線結構並不僅限於第1-6圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-6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、610:金屬背蓋

111:金屬背蓋之邊緣

120:槽孔

121:槽孔之第一閉口端

122:槽孔之第二閉口端

130:顯示器

140:顯示器邊框

150:非導體填充元件

160:介質基板

170:接地元件

180、280、480:輻射體

210:第一輻射部

211:第一輻射部之第一端

212:第一輻射部之第二端

214:第一加寬部份

215:第二加寬部份

220:第二輻射部

221:第二輻射部之第一端

222:第二輻射部之第二端

224:第三加寬部份

225:第四加寬部份

226:附加輻射支路

230:無金屬區域

430:第三輻射部

431:第三輻射部之第一端

432:第三輻射部之第二端

434:第五加寬部份

435:第六加寬部份

440:第四輻射部

450:第五輻射部

451:第五輻射部之第一端

452:第五輻射部之第二端

454:第七加寬部份

460:第六輻射部

621:第一槽孔

622:第二槽孔

D1:間距

FB1、FB3:第一頻帶

FB2、FB4:第二頻帶

FP1:第一饋入點

FP2:第一饋入點

GC1:第一耦合間隙

GC2:第二耦合間隙

GC3:第三耦合間隙

LC1:剖面線

第1A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1B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輻射體之俯視圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之包括輻射體之天線結構之電壓駐波比圖。第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之輻射體之俯視圖。第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之包括輻射體之天線結構之電壓駐波比圖。第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之金屬背蓋之俯視圖。