CN103066387A - 可切换波束的智能型天线装置与相关的无线通信电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可切换波束的智能型天线装置与相关的无线通信电路，所公开的可切换波束的智能型天线装置之一，包含有第一、第二、第三、以及第四波束调整元件，分别与基板实质上垂直；辐射条，位于第一至第四波束调整元件所围成的区域中，并与基板实质上垂直；第一波束控制模块，设置于第一波束调整元件与基板之间；第二波束控制模块，设置于第二波束调整元件与基板之间；第三波束控制模块，设置于第三波束调整元件与基板之间；以及第四波束控制模块，设置于第四波束调整元件与基板之间；其中当第一波束控制模块开启第一波束调整元件时，第二至第四波束控制模块中的至少其一会关闭相对应的波束调整元件。

Description

可切换波束的智能型天线装置与相关的无线通信电路

技术领域

本发明是有关无线通信技术，尤指一种可切换波束的高增益智能型天线和相关的无线通信电路。

背景技术

天线是无线通信设备中重要的元件之一，但物理上的限制使得天线经常是电路模块中面积、尺寸最大的元件之一。现今无线通信相关产品愈来愈强调实用性与技术性，固定天线场型的天线设计已经渐渐不能满足高阶产品的需求。

为了获得更好的信号传输质量或更远的传输距离，使无线通信装置能在运作的过程中弹性改变天线辐射能量的场型，将天线的辐射能量集中到想要的方向，以增加信号的传送距离和质量，一直是天线设计上最重要也最复杂之处。

发明内容

有鉴于此，如何增加天线辐射场型的变化自由度，并简化天线的设计，实为业界有待解决的问题。

本说明书提供了一种可切换波束的智能型天线装置的实施例，其包含有：一第一波束调整元件、一第二波束调整元件、一第三波束调整元件、以及一第四波束调整元件，分别与一基板实质上垂直；一辐射条，位于该第一波束调整元件至第四波束调整元件所围成的一区域中，并与该基板实质上垂直；一第一波束控制模块，设置于该第一波束调整元件与该基板之间；一第二波束控制模块，设置于该第二波束调整元件与该基板之间；一第三波束控制模块，设置于该第三波束调整元件与该基板之间；以及一第四波束控制模块，设置于该第四波束调整元件与该基板之间；其中当该第一波束控制模块开启该第一波束调整元件时，该第二波束控制模块至第四波束控制模块中的至少其一会关闭相对应的波束调整元件。

另一种可切换波束的智能型天线装置的实施例包含有：多个波束调整元件，分别与一基板实质上垂直；多个波束控制模块，每一波束控制模块设置于该多个波束调整元件的其中之一与该基板之间；一辐射条，位于该多个波束调整元件所定义的一区域中，并与该基板实质上垂直；以及其中当该多个波束控制模块中的一波束控制模块开启相对应的波束调整元件时，其它波束控制模块中的至少其一会关闭相对应的波束调整元件。

本说明书还提供了一种无线通信电路，用来通过一可切换波束的智能型天线装置接收信号，该智能型天线装置包含有分别与一基板实质上垂直的多个波束调整元件；多个波束控制模块，设置于该基板上，分别用来开启或关闭该多个波束调整元件；位于该多个波束调整元件所定义的一区域中且与该基板实质上垂直的一辐射条；该无线通信电路包含有：一信号处理电路，用以处理该智能型天线装置所接收到的信号；以及一控制电路，耦接于该信号处理电路，用于控制该多个波束控制模块的运作；其中当该控制电路控制该多个波束控制模块中的至少其一开启相对应的波束调整元件时，该控制电路会控制其它波束控制模块中的至少其一关闭相对应的波束调整元件。

附图说明

图1为本发明的无线通信装置的一实施例简化后的立体示意图。

图2为图1中的无线通信装置的俯视图。

图3至图6为图1中的智能型天线装置的不同辐射场型态样简化后的示意图。

图7为本发明的无线通信装置的另一实施例简化后的示意图。

图8为图7中的无线通信装置的俯视图。

图9为本发明的无线通信装置的另一实施例简化后的立体示意图。

主要元件符号说明

100、700、900    无线通信装置

102    基板

110、710    智能型天线装置

120    无线通信电路

122    信号处理电路

124    控制电路

131、132、133、134、731、732、733、734    波束调整元件

141、142、143、144    波束控制模块

151    辐射条

具体实施方式

以下将配合相关图式来说明本发明的实施例。在这些图式中，相同的标号表示相同或类似的元件或流程步骤。

在说明书及后续的权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。本说明书及后续的权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的基准。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于...」。另外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接(包含通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式)连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电性或信号连接至该第二装置。

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项目的任意组合。另外，除非本说明书中有特别指明，否则任何单数个的用语都同时包含复数个的涵义。

在通篇说明书及后续的权利要求当中，若描述第一元件位于第二元件上、在第二元件上方、连接、接合、耦接于第二元件或与第二元件相接，则可表示第一元件直接位于第二元件上、直接连接、直接接合、直接耦接于第二元件，亦可表示第一元件与第二元件间有其它中介元件存在。相对之下，若描述第一元件直接位在第二元件上、直接连接、直接接合、直接耦接、或直接相接于第二元件，则代表第一元件与第二元件间没有其它中介元件存在。

请参考图1与图2，图1为本发明一实施例的无线通信装置100简化后的立体示意图，图2为无线通信装置100的俯视图。无线通信装置100包含有设置在基板102上的可切换波束(switched beam)的高增益智能型天线装置110和无线通信电路120。在本实施例中，智能型天线装置110包含有四个波束调整元件(beam adjusting element)131、132、133和134、四个波束控制模块(beam control module)141、142、143和144，以及用以构成一单极天线的辐射条(radiation strip)151。如图1所示，波束调整元件131～134和辐射条151皆与基板102实质上垂直，且辐射条151位于波束调整元件131～134所围成的一区域中。其中，基板102具有金属层，以供设置这些波束调整元件131～134和波束控制模块141～144。

波束控制模块141～144分别设置于波束调整元件131～134和基板102的连接处，用来开启或关闭所耦接的相应波束调整元件，换言之，控制模块141～144分别为波束调整元件131～134与基板102的桥接元件。实作上，波束控制模块141～144可以是用二极管、晶体管、或是微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)来实现的开关电路。

无线通信电路120包含信号处理电路122和控制电路124。信号处理电路122耦接于智能型天线装置110，用以处理智能型天线装置110所接收到的信号。控制电路124耦接于智能型天线装置110，用于控制智能型天线装置110中的波束控制模块141～144的运作方式。

当波束控制模块141～144设置在基板102上时，控制电路124与波束控制模块141～144间的控制信号线可直接布线在基板102上，而无须延伸至波束调整元件131～134的主体上。因此，波束调整元件131～134内不须设置用来搭载控制信号线的电路板，也无需在波束调整元件131～134的主体上设置开关电路，故可有效简化波束调整元件131～134的结构和电路控制上的复杂度。实作上，各波束调整元件131～134和辐射条151可以用截面为圆形、四边形或多边形的单一金属柱来实现。在图1与图2的实施例中，各波束调整元件131～134和辐射条151是用直条状的单一金属片来实现，这样的结构更便于制造及节省所需的材料量。在其它实施例中，各波束调整元件131～134及/或辐射条151也可以用蜿蜒状的单一金属片或螺旋状的单一金属条来实现。

为简洁起见，图1和图2中将无线通信装置100中的其它元件以及无线通信电路120与智能型天线装置110间的控制信号线路省略。

在智能型天线装置110中，波束调整元件131～134各自的等效电流路径长度大于或等于辐射条151的等效电流路径长度。

在图1的实施例中，辐射条151至波束调整元件131的间距D1和辐射条151至波束调整元件133的间距D3约略相等。此外，辐射条151至波束调整元件132的间距D2也和辐射条151至波束调整元件134的间距D4约略相等。

较佳者，在一操作频段在2.4GHz～2.5GHz的实施例中，将间距D1、D2、D3和D4设置为介于10毫米～25毫米之间，以获得较佳的天线增益。

在运作时，控制电路124控制波束控制模块141～144的切换运作，来切换与辐射条151搭配的波束调整元件，以改变辐射条151的辐射能量集中方向。例如，图3是控制电路124使波束控制模块141和142分别开启波束调整元件131和132，并使波束控制模块143和144分别关闭波束调整元件133和134时，智能型天线装置110的辐射场型态样简化后的示意图。

图4为控制电路124使波束控制模块142和143分别开启波束调整元件132和133，并使波束控制模块141和144分别关闭波束调整元件131和134时，智能型天线装置110的辐射场型态样简化后的示意图。

图5为控制电路124使波束控制模块143和144分别开启波束调整元件133和134，并使波束控制模块141和142分别关闭波束调整元件131和132时，智能型天线装置110的辐射场型态样简化后的示意图。

图6为控制电路124使波束控制模块141和144分别开启波束调整元件131和134，并使波束控制模块142和143分别关闭波束调整元件132和133时，智能型天线装置110的辐射场型态样简化后的示意图。

另外，控制电路124也可以在使波束控制模块141～144的其中之一开启对应的波束调整元件的同时，控制其它三个波束控制模块关闭对应的波束调整元件。或者，控制电路124也可以使波束控制模块141～144的其中之一关闭对应的波束调整元件，同时控制其它三个波束控制模块开启对应的波束调整元件。在这两种情况下，智能型天线装置110的辐射场型会有些许不同。

由前述说明可知，控制电路124可藉由控制波束控制模块141～144的切换运作，来改变智能型天线装置110的辐射场型和辐射能量的集中方向，因而扩大智能型天线装置110的天线辐射能量可涵盖的区域范围，增加无线通信装置100的收发距离。或者，无线通信装置100也可利用前述方式，在多路径反射区域内选择最佳的信号信道，进而大幅改善信号传输的质量。

请参考图7和图8。图7示出的是本发明另一实施例的无线通信装置700简化后的立体示意图。图8为无线通信装置700的俯视图。无线通信装置700中的可切换束波的高增益智能型天线装置710的架构，与前述的智能型天线装置110类似，但智能型天线装置710还包含有四个外圈波束调整元件(outer beam adjusting element)731、732、733和734，设置于波束调整元件131～134的外围，并分别与基板102实质上垂直。外圈波束调整元件731～734各自的等效电流路径长度会小于辐射条151的等效电流路径长度，也会小于波束调整元件131～134各自的等效电流路径长度。

在图7的实施例中，辐射条151与外圈波束调整元件731间的间距D5和辐射条151与外圈波束调整元件733间的间距D7约略相等。另外，辐射条151与外圈波束调整元件732的间距D6也会和辐射条151与外圈波束调整元件734的间距D8约略相等。

以操作频段在2.4GHz～2.5GHz的实施例而言，可将前述的D5、D6、D7和D8设置为介于55毫米～65毫米之间，以获得较佳的天线增益。

实作上，各外圈波束调整元件731～734可以用截面为圆形、四边形或多边形的单一金属柱来实现，也可以用直条状的单一金属片来实现(如图7和图8所示出)，以便于制造及节省所需的材料量。在其它实施例中，各外圈波束调整元件731～734也可以设计为蜿蜒状的单一金属片或螺旋状的单一金属条。

外圈波束调整元件731～734的存在，可使辐射条151的辐射能量进一步集中。例如，当波束控制模块141和142开启波束调整元件131和132且波束控制模块143和144关闭波束调整元件133和134时，外圈波束调整元件731和732的存在，使得辐射条151的辐射场型比图3的辐射场型态样更集中。

又例如，当波束控制模块142和143开启波束调整元件132和133且波束控制模块141和144关闭波束调整元件131和134时，外圈波束调整元件732和733的存在，可使辐射条151的辐射场型比图4的实施例态样更集中。因而进一步加强智能型天线装置710的辐射能量集中效果。如此一来，便可更扩大智能型天线装置710的天线辐射能量可涵盖的区域范围，增加无线通信装置700的收发距离，和改善信号传输的质量。

实作上，智能型天线装置中的辐射条、波束调整元件和波束控制模块的数量和位置，并不局限于前述实施例中的态样。例如可增加波束调整元件和波束控制模块的个数，以增加智能型天线装置的天线辐射场型的变化方式；也可以将具有前述架构的两个智能型天线装置，以背对背的方式组合使用，以增加无线通信装置的天线辐射场型的可变化组合。例如图9示出了两个智能型天线装置710以背对背方式组合，且其中之一旋转45度配置的实施例。实作上，两个智能型天线装置间的旋转角度也可以视电路设计上的需要而调整，并不局限于图9的实施例。此外，也可以将两组智能型天线装置同时设置在同一个基板的不同平面上，以节省材料的使用。

前述的可切换波束的智能型天线装置可应用在各种无线通信装置中，例如无线网络卡、无线基地台(AP)和各种支持无线通信功能的家电产品(如TV或DVD)等等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (19)

1.一种可切换波束的智能型天线装置，其包含有：

一第一波束调整元件、一第二波束调整元件、一第三波束调整元件、以及一第四波束调整元件，分别与一基板实质上垂直；

一辐射条，位于所述第一波束调整元件至所述第四波束调整元件所围成的一区域中，并与所述基板实质上垂直；

一第一波束控制模块，设置于所述第一波束调整元件与所述基板之间；

一第二波束控制模块，设置于所述第二波束调整元件与所述基板之间；

一第三波束控制模块，设置于所述第三波束调整元件与所述基板之间；以及

一第四波束控制模块，设置于所述第四波束调整元件与所述基板之间；

其中当所述第一波束控制模块开启所述第一波束调整元件时，所述第二波束控制模块至所述第四波束控制模块中的至少其一会关闭相对应的波束调整元件。

2.根据权利要求1所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，当所述第一波束控制模块开启所述第一波束调整元件且所述第二波束控制模块开启所述第二波束调整元件时，所述第三波束控制模块会关闭所述第三波束调整元件。

3.根据权利要求1或2所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述第一波束调整元件的等效电流路径长度大于或等于所述辐射条的等效电流路径长度。

4.根据权利要求3所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述辐射条设置于所述第一波束调整元件和所述第三波束调整元件之间，且所述辐射条和所述第一波束调整元件的间距与所述辐射条和所述第三波束调整元件的间距实质上相等。

5.根据权利要求4所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述辐射条设置于所述第二波束调整元件和所述第四波束调整元件之间，且所述辐射条和所述第二波束调整元件的间距与所述辐射条和所述第四波束调整元件的间距实质上相等；

其中所述辐射条与所述第一波束调整元件的间距介于10毫米～25毫米之间，且所述辐射条与所述第二波束调整元件的间距介于10毫米～25毫米之间。

6.根据权利要求5所述的可切换波束的智能型天线装置，还包含有：

一第一外圈波束调整元件、一第二外圈波束调整元件、一第三外圈波束调整元件以及一第四外圈波束调整元件，设置于所述第一波束调整元件至所述第四波束调整元件的外围；

其中所述第一外圈波束调整元件至所述第四外圈波束调整元件各自的等效电流路径长度小于所述辐射条的等效电流路径长度。

7.根据权利要求6所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述第一外圈波束调整元件至所述第四外圈波束调整元件分别为一金属片，且所述辐射条与所述第一外圈波束调整元件的间距介于55毫米～65毫米之间。

8.根据权利要求1所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述辐射条及所述第一波束调整元件至所述第四波束调整元件分别为单一金属片、金属柱/或金属条。

9.根据权利要求8所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述第一波束控制模块至所述第四波束控制模块设置在所述基板上。

10.一种可切换波束的智能型天线装置，其包含有：

多个波束调整元件，分别与一基板实质上垂直；

多个波束控制模块，每一波束控制模块设置于所述多个波束调整元件的其中之一与所述基板之间；

一辐射条，位于所述多个波束调整元件所围成的一区域中，并与所述基板实质上垂直；以及

其中当所述多个波束控制模块中的一波束控制模块开启相对应的波束调整元件时，其它波束控制模块中的至少其一会关闭相对应的波束调整元件。

11.根据权利要求10所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述多个波束控制模块中会同时有两个波束控制模块开启相对应的波束调整元件。

12.根据权利要求10或11所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述多个波束调整元件的至少其中之一的等效电流路径长度大于或等于所述辐射条的等效电流路径长度。

13.根据权利要求12所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述辐射条设置于所述多个波束调整元件所围成的区域的中央，且所述辐射条与所述多个波束调整元件的其中之一的间距介于10毫米～25毫米之间。

14.根据权利要求12所述的可切换波束的智能型天线装置，还包含有：多个外圈波束调整元件，设置于所述多个波束调整元件的外围；

其中所述多个外圈波束调整元件中的一第一外圈波束调整元件的等效电流路径长度小于所述辐射条的等效电流路径长度。

15.根据权利要求14所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述多个外圈波束调整元件分别为一金属片，且所述辐射条与所述多个外圈波束调整元件的其中之一的间距介于55毫米～65毫米之间。

16.根据权利要求10所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述辐射条及所述多个波束调整元件分别为单一金属片、金属柱或金属条。

17.根据权利要求16所述的可切换波束的智能型天线装置，其中，所述多个波束控制模块设置在所述基板上。

18.一种无线通信电路，用来通过一可切换波束的智能型天线装置接收信号，所述智能型天线装置包含有分别与一基板实质上垂直的多个波束调整元件；多个波束控制模块，设置于所述基板上，分别用来开启或关闭所述多个波束调整元件；位于所述多个波束调整元件所围成的一区域中且与所述基板实质上垂直的一辐射条；所述无线通信电路包含有：

一信号处理电路，用以处理所述智能型天线装置所接收到的信号；以及

一控制电路，耦接于所述信号处理电路，用于控制所述多个波束控制模块的运作；

其中当所述控制电路控制所述多个波束控制模块中的至少其一开启相对应的波束调整元件时，所述控制电路会控制其它波束控制模块中的至少其一关闭相对应的波束调整元件。

19.根据权利要求18所述的无线通信电路，其中，所述控制电路会同时控制两个波束控制模块开启相对应的波束调整元件。

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