CN103367877B

CN103367877B - 移动装置

Info

Publication number: CN103367877B
Application number: CN201310110005.5A
Authority: CN
Inventors: 卢毓骏; 林怡成; 饶佩宗; 童维信
Original assignee: High Tech Computer Corp
Current assignee: HTC Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: DE102013205595A1; US8760352B2; CN103367917B; US20130257668A1; CN103367917A; TW201340464A; TWI482360B; DE102013204368A1; CN103367877A; DE102013205595B4; DE102013204368B4; TWI509880B; TW201411934A

Abstract

本发明公开一种移动装置，其至少包括一介质基板、一天线阵列，以及一收发器。该天线阵列至少包括一第一天线和一第二天线。该第一天线和该第二天线内嵌于该介质基板中。该第一天线和该第二天线具有不同的极化方向。该收发器耦接至该天线阵列，用以传送或接收一信号。该天线阵列的极化方向可通过控制该第一天线和该第二天线之间的一相位差来进移动态调整。

Description

移动装置

技术领域

本发明涉及一种移动装置，特别是涉及一天线阵列的移动装置。

背景技术

随着移动技术的进步，移动装置中的相机及录影机可取得高分辨率的影像或影片。一些高阶的移动装置使用高分辨率多媒体界面(High-Definition MultimediaInterface，HDMI)缆线做为传送高分辨率的影像/影音数据至其他显示装置的界面。然而，对于一般大众而言，无线传输更具便利性，特别是60GHz频带可提供足够的频宽来传送高品质的影像数据。

在传统技术中，用于传送数据的天线阵列(Antenna Array)通常占用移动装置许多空间，且当移动装置移动或转动时，天线阵列无法动态地接收和传送不同方向的信号。这将降低移动装置的通讯品质。

发明内容

为解决上述问题，在一实施例中，本发明提供一种移动装置，其至少包括：一介质基板；一天线阵列，至少包括：一第一天线，内嵌于该介质基板中；以及一第二天线，内嵌于该介质基板中，其中该第一天线和该第二天线具有不同的极化方向；以及一收发器，耦接至该天线阵列，用以传送或接收一信号。

附图说明

图1A是本发明一实施例所述的移动装置的立体图；

图1B是本发明另一实施例所述的移动装置的立体图；

图2是本发明一实施例所述的天线阵列的示意图；

图3A是本发明一实施例所述的槽孔天线的立体图；

图3B是本发明一实施例所述的槽孔天线的俯视图；

图4是本发明一实施例所述的槽孔天线的返回损失图；

图5A是本发明一实施例所述的单极天线的立体图；

图5B是本发明一实施例所述的单极天线的俯视图；

图6是本发明一实施例所述的单极天线的返回损失图；

图7是本发明一实施例所述的移动装置的示意图；

图8是本发明另一实施例所述的移动装置的示意图；

图9A是本发明一实施例所述的移动装置的立体图；

图9B是本发明一实施例所述的移动装置的立体图；

图10A是本发明一实施例所述的孔径天线的分解图；

图10B是本发明一实施例所述的孔径天线的立体图；

图10C是本发明一实施例所述的孔径天线的侧视图；

图10D是本发明一实施例所述的孔径天线的俯视图；

图11是本发明一实施例所述的移动装置的示意图。

符号说明

具体实施方式

图1A是显示根据本发明一实施例所述的移动装置100的立体图。移动装置100可以是智慧型手机、平板电脑，或是笔记型电脑。如图1A所示，移动装置100至少包括：介质基板110、天线阵列130，以及收发机(Transceiver)170。本技术领域人士应能理解，即使未显示于图1A中，移动装置100还可包括处理器、显示模块、触控模块、输入模块，或是其它电子元件。在一些实施例中，介质基板110可以是一FR4基板或一低温共烧多层陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramics，LTCC)基板，而收发器170可以是一收发芯片，其可设置于介质基板110的两侧上。收发器170电性耦接至天线阵列130以传送或接收一信号。

天线阵列130是靠近介质基板110的一侧边缘112处，用以产生端射(End-Fire)辐射，例如：大致朝向图1A中的X方向。在一实施例中，收发器170可用以调整天线阵列130的主波束(Main Beam)朝向一特定方向，其中该特定方向可为其他显示装置(例如显示器，电视，投影装置，移动装置)界面的接收端方向。天线阵列130可包括用于传送信号之一或多个传送天线AT，以及用于接收信号之一或多个接收天线AR。由于这些传送天线AT和接收天线AR交错地排列(Interleave)，将能改善传送天线AT之间的隔离度或(且)接收天线AR之间的隔离度。另外，天线阵列130的所有传送天线AT和接收天线AR皆内嵌于介质基板110当中，因此介质基板110的表面具有足够的空间以容纳其他元件，例如：收发芯片。在一实施例中，这些接收天线AR或(且)传送天线AT可以是槽孔天线(Slot antenna)、单极天线(MonopoleAntenna)、偶极天线(Dipole Antenna)，或是八木天线(Yagi Antenna)。

图1B是显示根据本发明另一实施例所述的移动装置190的立体图。如图1B所示，移动装置190还包括另一天线阵列150，其靠近介质基板110的另一侧边缘114处以产生端射辐射，该边缘114大致垂直于边缘112。在本实施例中，天线阵列130的主波束大致朝向X方向，而天线阵列150的主波束大致朝向Y方向。相似地，收发器170可用以依据其他显示装置界面的接收端所在方向，分别动态地调整天线阵列130、150的主波束于此特定方向。

图2是显示根据本发明一实施例所述的天线阵列130(或150)的示意图。如图2所示，天线阵列130(或150)至少包括三支天线131、132、133。天线133位于天线131、132之间以减少天线131、132之间的耦合。值得注意的是，临近的二天线必为不同种类的天线以改善隔离度。在一实施例中，天线131、132分别为一传送天线AT，而天线133为一接收天线AR；在另一实施例中，天线131、132分别为一接收天线AR，而天线133为一传送天线AT。值得注意的是，由于天线131、132为同种类的天线，故可通过收发器170本身所具有的切换与调整功能，辅以分别改变天线131、132所辐射的输入相位或能量，达成波束合成的功效，动态地调整天线阵列130、150的主波束的辐射方向。因此，其他显示装置界面可获得最佳的传输接收品质，并提升无线传输的效率。在本发明较佳实施例中，天线131、132、133皆内嵌于介质基板110中，并大致排成一直线。天线131和天线132之间的距离D12约为天线阵列130的一中心操作频率的二分之一波长(λ/2)。在另一实施例中，天线131和天线133之间的距离D13大约等于天线132和天线133之间的距离D23。天线阵列130(或150)也可包括更多传送天线AT和接收天线AR，如图1A所示。

图3A是显示根据本发明一实施例所述的槽孔天线300的立体图。图3B是显示根据本发明一实施例所述的槽孔天线300的俯视图。在较佳实施例中，天线阵列130(或150)中的每一个接收天线AR可以是内嵌于介质基板110的一槽孔天线300。如图3A、图3B所示，槽孔天线300包括：接地结构310、馈入件320，以及腔室(Cavity)结构350。接地结构310、馈入件320，以及腔室结构350皆可用金属制成，例如：铝或铜。接地结构310本质上为一平面，并具有一槽孔315，其中接地结构310与槽孔315是平行。馈入件320电性耦接到一信号源390，并延伸跨越接地结构310的槽孔315以激发槽孔天线300。腔室结构350本质上为一中空金属外壳，并电性耦接至接地结构310，其中腔室结构350的开口侧351朝向接地结构310的槽孔315。腔室结构350用以反射电磁波并提高槽孔天线300的增益。在其他实施例中，腔室结构350也可由槽孔天线300中移除。在本发明较佳实施例中，介质基板110为一低温共烧多层陶瓷基板，其包括多个金属层(Metal Layer)ML和多个穿透件(Via)VA，而接地结构310和腔室结构350皆由该多个金属层ML和该多个穿透件VA的一部分所形成。该多个穿透件VA电性耦接于该多个金属层ML之间。为了避免电磁波外漏(Leakage Wave)，两相邻的穿透件VA的间距应小于天线阵列130的一中心操作频率的八分之一波长(λ/8)。馈入件320还可穿过上层金属层ML的一圆孔MLH而延伸至腔室结构350的内部。在一实施例中，馈入件320包括一微带线(Microstrip Line)或一带状线(Stripline)。

图4是显示根据本发明一实施例所述的槽孔天线300的返回损失(Return Loss)图，其中纵轴代表返回损失(单位：dB)，而横轴代表操作频率(单位：GHz)。如图4所示，槽孔天线300激发产生一频带FB1，其约介于57GHz和66GHz之间。因此，槽孔天线300可涵盖60GHz频带。

图5A是显示根据本发明一实施例所述的单极天线500的立体图。图5B是显示根据本发明一实施例所述的单极天线500的俯视图。在较佳实施例中，天线阵列130(或150)中的每一个传送天线AT可以是内嵌于介质基板110的一单极天线500，且传送天线AT是以垂直于介质基板110的一方向(例如是X方向)延伸。如图5A、图5B所示，单极天线500包括：接地结构510、主辐射件520、馈入件530，以及反射结构550。接地结构510、主辐射件520、馈入件530，以及反射结构550皆可用金属制成，例如：铝或铜。接地结构510本质上为一平面，并具有一小孔515。主辐射件520的一端525垂直地延伸穿过接地结构510的小孔515。在一实施例中，主辐射件520可包括两个次辐射件：I字形的一次辐射件521，以及J字形的另一次辐射件522，其中I字形的次辐射件521穿过接地结构510的小孔515，而J字形的次辐射件522电性耦接至I字形的次辐射件521的一端。在其他实施例中，主辐射件520也可为其他形状，例如：I字形、C字形，或是Z字形。馈入件530电性耦接至主辐射件520的一端525，并电性耦接至一信号源590。在一实施例中，馈入件530包括一方形同轴电缆(Rectangular Coaxial Cable)，其大致和接地结构510平行，并大致和主辐射件520垂直。反射结构550本质上为一平面，它电性耦接至接地结构510，并大致和接地结构510垂直。反射结构550靠近主辐射件520，用以反射电磁波并调整单极天线500的辐射场型。在其他实施例中，反射结构550也可由单极天线500中移除。相似地，在本发明较佳实施例中，介质基板110为一低温共烧多层陶瓷基板，其包括多个金属层和多个穿透件。虽然未图示于图5A、图5B中，接地结构510和反射结构550也可由该多个金属层和该多个穿透件的一部分所形成。值得注意的是，若槽孔天线300和单极天线500相邻接，图3A的接地结构310将电性耦接至图5A的接地结构510。

图6是显示根据本发明一实施例所述的单极天线500的返回损失图，其中纵轴代表返回损失(单位：dB)，而横轴代表操作频率(单位：GHz)。如图6所示，单极天线500激发产生一频带FB2，其约介于57GHz和66GHz之间。因此，单极天线500可涵盖60GHz频带。根据图4、图6可知，天线阵列130(或150)可涵盖一阵列频带，其约介于57GHz和66GHz之间。

图7是显示根据本发明一实施例所述的移动装置700的示意图。如图7所示，移动装置700的收发器170可包括一传送接收切换器(Transmission and Reception Switch，TRSwitch)172和一调整器174，本实施例中收发器170是以设置于介质基板110的上来作说明，但不以此为限。传送接收切换器172用以将传送天线AT和接收天线AR的功能互换。换言之，传送天线AT可用以接收信号，而接收天线AR可用以传送信号。调整器174用以动态地调整天线阵列130的主波束朝向一特定方向(例如其他显示装置界面的接收端方向)。传送接收切换器172和调整器174皆可为一收发芯片的一部分电路。在其他实施例中，传送接收切换器172也可独立于收发器170之外。

图8是显示根据本发明另一实施例所述的移动装置800的示意图。如图8所示，移动装置800还包括另一天线阵列820，其设置于介质基板110的一表面之上，并电性耦接至收发器170。在本实施例中，天线阵列130的主波束大致朝向X方向，而天线阵列820的主波束大致朝向Z方向，其垂直于X方向。相似地，天线阵列820也可包括一或多个传送天线或接收天线，例如：平板天线(Patch Antenna)。

关于元件参数，在本发明一实施例中，介质基板110可为一低温共烧多层陶瓷基板。介质基板110的厚度约为1.45mm，而介质基板110的介电常数约为7.5。以上参数可根据所需频带进行调整。

图1-图8的实施例有以下优点：(1)天线阵列内嵌于移动装置的介质基板中，可节省设计空间；(2)天线阵列中接收天线和传送天线交错排列，可减少交互耦合并减少天线阵列的总长度；(3)天线阵列靠近于介质基板的边缘，可产生水平方向的端射辐射；以及(4)天线阵列的主波束方向容易调整。

图9A是显示根据本发明一实施例所述的移动装置900的立体图。移动装置900可以是智慧型手机、平板电脑，或是笔记型电脑。如图9A所示，移动装置900至少包括：介质基板110、天线阵列930，以及收发器170。移动装置900还可包括处理器、显示模块、触控模块、输入模块，或是其它电子元件(未显示)。在一些实施例中，介质基板110可以是一FR4基板或一低温共烧多层陶瓷基板，而收发器170可以是一收发芯片，而本实施例中收发器170是以设置于介质基板110之上来作说明，但不以此为限。收发器170电性耦接至天线阵列930以传送或接收一信号。

天线阵列930靠近介质基板110的一侧边缘112处，用以产生端射辐射。天线阵列930至少包括二支天线910、920。天线910、920内嵌于介质基板110中。与图1-图8的实施例不同处在于，天线阵列930的所有天线同时作为传送天线或是接收天线。天线910、920可以具有不同的极化方向。在一些实施例中，天线910大致为水平极化，而天线920大致为垂直极化。在一些实施例中，天线910大致为垂直极化，而天线920大致为水平极化。天线910和天线920之间的距离D1约为天线阵列930的一中心操作频率的二分之一波长(λ/2)。天线阵列930可以涵盖一阵列频带，而该阵列频带约介于57GHz和66GHz之间。因此，移动装置900可以支援IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11ad的无线通讯标准。

在一些实施例中，天线910可以是如图3A、图3B所示的槽孔天线300，而天线920可以是如图5A、图5B所示的单极天线500。必须注意的是，单极天线500还可旋转90度放置，以产生与槽孔天线300大致垂直的极化方向。在其他实施例中，天线910、920的任一者也可为其他种类的天线，例如：孔径天线(Aperture Antenna)、偶极天线，或是八木天线。

图9B是显示根据本发明一实施例所述的移动装置950的立体图。图9B和图9A相似。两者的差异在于，移动装置950的天线阵列940还包括三支以上的天线910、920。任二支相邻天线910、920具有不同的极化方向。在一些实施例中，天线910大致为水平极化，而天线920大致为垂直极化。在一些实施例中，天线910大致为垂直极化，而天线920大致为水平极化。另外，任二支相邻天线910、920之间的距离D1约为天线阵列940的一中心操作频率的二分之一波长(λ/2)。图9B的移动装置950的其余特征皆与图9A的移动装置900相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

图10A是显示根据本发明一实施例所述的孔径天线600的分解图。图10B是显示根据本发明一实施例所述的孔径天线600的立体图。图10C是显示根据本发明一实施例所述的孔径天线600的侧视图。图10D是显示根据本发明一实施例所述的孔径天线600的俯视图。前述实施例中的天线910、920的任一者可以是孔径天线600。请一并参考图10A、图10B、图10C、图10D。孔径天线600包括腔室结构610和馈入件620。腔室结构610和馈入件620皆可用金属制成，例如：铝或铜。在本发明较佳实施例中，介质基板110为一低温共烧多层陶瓷基板，其包括多个金属层和多个穿透件。该多个穿透件电性耦接于该多个金属层之间(类似于图3A、图3B所示的结构)。虽然该多个金属层和该多个穿透件未图示于图10A、图10B、图10C、图10D中，但腔室结构610和馈入件620也可由该多个金属层和该多个穿透件的一部分所形成。为了避免电磁波外漏，两相邻的穿透件的间距应小于天线阵列930的一中心操作频率的八分之一波长(λ/8)。

腔室结构610具有中空部分612、主要孔径614，以及馈入孔616，其中主要孔径614和馈入孔616皆连通至中空部分612。馈入孔616和主要孔径614可以分别形成于腔室结构610的相对二侧壁上或是相邻二侧壁上。腔室结构610的主要孔径614可以大于的腔室结构610的馈入孔616。在一些实施例中，腔室结构610的中空部分612大致为一长方体，腔室结构610的主要孔径614大致为一矩形，而腔室结构610的馈入孔616大致为一较小矩形。在其他实施例中，腔室结构610的中空部分612也可为其他形状，例如：一圆柱体或一正立方体。腔室结构610用以反射电磁波并提高孔径天线600的增益。

馈入件620电性耦接到信号源990，并延伸至腔室结构610的主要孔径614内，以激发孔径天线600。更详细地说，馈入件620包括馈入支路621、622以及连接穿透件(Via)623。馈入支路621、622可以分别大致为一直条形。连接穿透件623电性耦接于馈入支路621的一端和馈入支路622的一端之间。馈入支路621、622可以大致形成一L字形。馈入支路621电性耦接至信号源990，并穿过腔室结构610的馈入孔616延伸进腔室结构610的中空部分612。馈入支路622经由连接穿透件623电性耦接至馈入支路621。在一些实施例中，馈入支路622在一平面(例如：一XY平面)的一法线方向上与主要孔径614至少有部分的面积重叠。换言之，馈入支路622的至少一部分位于腔室结构610的主要孔径614内。在较佳实施例中，馈入支路622完全地位于主要孔径614内。必须了解的是，本发明并不限于此。在其他实施例中，馈入件620也可为一非转折结构(Non-transition Structure)，例如：一直条形，而连接穿透件623也可移除，使得馈入支路621直接电性耦接至馈入支路622。

图11是显示根据本发明一实施例所述的移动装置710的示意图。移动装置710包括介质基板(未显示)、天线阵列930，以及收发器720。相似地，天线阵列930的天线910、920内嵌于该介质基板中，而天线阵列930靠近该介质基板的一侧边缘处，用以产生端射辐射。收发器720至少包括相位移位器(Phase Shifter)730、740、传送接收切换器750、发射模块761、771，以及接收模块762、772。收发器720及其所有元件可根据一处理器控制信号或一使用者输入信号来进行控制。传送接收切换器750用以将传送天线和接收天线的功能互换。举例来说，若传送接收切换器750切换至发射模块761、771，则天线910、920同时作为传送天线；而若传送接收切换器750切换至接收模块762、772，则天线910、920同时作为接收天线。相位移位器730、740可用于控制该多个天线910、920之间的一相位差。举例来说，假设天线910大致为水平极化，而天线920大致为垂直极化。若天线910、920之间的相位差为0度，则天线阵列930将形成+45度线性极化；若天线910、920之间的相位差为180度，则天线阵列930将形成-45度线性极化；若天线910、920之间的相位差为-90度或+90度，则天线阵列930将形成右圆极化(Right Hand Circularly Polarized，RHCP)或左圆极化(Left Hand CircularlyPolarized，LHCP)。另外，若关闭发射模块761和接收模块762，则天线阵列930将形成垂直极化；而若关闭发射模块771和接收模块772，则天线阵列930将形成水平极化。简而言之，天线阵列930的整体极化方向可配合移动装置任意地移动和转动，即时控制天线910、920之间的相位差来进移动态调整，令其可产生水平极化、垂直极化、圆极化或特定角度的极化方向，因此具有天线阵列930的移动装置可轻易地接收或传送不同方向的信号。相对地，因移动装置可动态地产生各种不同的极化方向，故不论接收装置的极化方向为何，装置间的信号传递皆可平顺且不间断。图11的移动装置710的其余特征皆与图9A的移动装置900相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

请再次参考图10A、图10B、图10C、图10D。在一些实施例中，本发明的元件尺寸和元件参数可如下列所述。介质基板110的厚度约为1.45mm，而介质基板110的介电常数约介于7.5至7.8之间。中空部分612的长度L1约介于632μm至948μm之间，较佳为790μm。中空部分612的宽度W1约介于296μm至444μm之间，较佳为370μm。中空部分612的高度H1约介于1027μm至1541μm之间，较佳为1284μm。主要孔径614的长度L2约介于632μm至948μm之间，较佳为790μm。主要孔径614的宽度W2约介于578μm至868μm之间，较佳为723μm。馈入件620的总长度(包括馈入支路621、622以及连接穿透件623)约介于1120μm至1680μm之间，较佳为1400μm。本发明的天线阵列于57GHz和66GHz之间的阵列频带中的整体增益峰值(Peak Gain)约可达8.5dBi，可符合实际应用需求。

图9-图11的实施例有以下优点：(1)天线阵列内嵌于移动装置的介质基板中，可节省设计空间；(2)天线阵列靠近于介质基板的边缘，可产生端射辐射；(3)天线阵列中的孔径天线具有较广的频宽；(4)天线阵列的整体极化方向容易调整，能用于接收及传送不同方向的信号；以及(5)即使任意地移动和转动包括天线阵列的移动装置，其仍能维持良好辐射效能。

以上所述的元件尺寸、元件形状、元件参数，以及频率范围仅为举例，并非用于限制本发明。设计者可根据不同需求调整这些设定值。

在本说明书以及权利要求中的序数，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。

本发明虽以较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种移动装置，至少包括：

介质基板；

天线阵列，至少包括：

第一天线，内嵌于该介质基板中；以及

第二天线，内嵌于该介质基板中，其中该第一天线和该第二天线具有不同的极化方向；以及

收发器，耦接至该天线阵列，用以传送或接收一信号；

其中，该第一天线和该第二天线内嵌于该介质基板的同一侧面，且该第一天线和该第二天线交错地排列，

其中，该第一天线或该第二天线为一孔径天线，且其中，该孔径天线包括：

腔室结构，具有一中空部分、一主要孔径，以及一馈入孔，其中该主要孔径和该馈入孔皆连通至该中空部分；以及

馈入件，耦接到一信号源，并从该馈入孔经由该中空部分延伸至该腔室结构的该主要孔径内。

2.如权利要求1所述的移动装置，其中该介质基板为一低温共烧多层陶瓷基板或一FR4基板。

3.如权利要求1所述的移动装置，其中该第一天线和该第二天线之间的距离约为该天线阵列的一中心操作频率的二分之一波长。

4.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线阵列靠近该介质基板的一侧边缘处，用以产生端射辐射。

5.如权利要求1所述的移动装置，其中该第一天线的极化方向垂直于该第二天线的极化方向。

6.如权利要求1所述的移动装置，其中该馈入件包括：

第一馈入支路，耦接至该信号源，并穿过该腔室结构的该馈入孔延伸进该腔室结构的该中空部分；以及

第二馈入支路，耦接至该第一馈入支路，其中该第二馈入支路的至少一部分位于该腔室结构的该主要孔径内。

7.如权利要求6所述的移动装置，其中该第一馈入支路和该第二馈入支路大致形成一L字形。

8.如权利要求6所述的移动装置，其中该馈入件还包括：

连接穿透件，耦接于该第一馈入支路的一端和该第二馈入支路的一端之间。

9.如权利要求1所述的移动装置，其中该馈入孔和该主要孔径分别形成于该腔室结构的相对二侧壁上。

10.如权利要求1所述的移动装置，其中该腔室结构的该主要孔径大于该腔室结构的该馈入孔。

11.如权利要求1所述的移动装置，其中该腔室结构的该主要孔径大致为一矩形。

12.如权利要求1所述的移动装置，其中该介质基板包括多个金属层和多个穿透件，而该腔室结构由该多个金属层和该多个穿透件所形成。

13.如权利要求1所述的移动装置，其中该天线阵列的整体极化方向是通过控制该第一天线和该第二天线之间的一相位差来进移动态调整。