CN107305974B - 天线系统 - Google Patents
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Abstract
一种天线系统，包含第一框架、第二框架、多个第一天线元件、多个第二天线元件以及多个第三天线元件。第一框架及第二框架各自包含四个边缘，且任两个相邻边缘互为垂直，第二框架环绕设置于第一框架的外侧区域。第一天线元件部分设置于第一框架的其中一对称的边缘上，部分设置于第二框架的其中一对称的边缘上。第二天线元件，部分设置于第一框架的其中另一对称的边缘上，部分设置于第二框架的其中另一对称的边缘上。第三天线元件分散设置于第二框架的四个边缘上。本发明以特定配置方式将天线元件整合于框架上，并通过传输品质参数来控制开关的切换，使得每一开关所对应的输入输出天线能够有较多的选择性分集(selective diversity)而取得最佳的传输品质。
Description
技术领域
本发明是关于一种天线系统，特别是关于一种提升传输效率的天线系统。
背景技术
随着网络连线技术的快速演进，多样化的网络服务应运而生，造就人们对于能连线上网的通讯电子装置的需求。各家制造厂商也不断通过改进自家通讯电子装置的效能与外观设计，冀望能提升产品竞争力。一般而言，制造厂商通常会通过对天线系统的改进，以达到提升产品效能与缩小产品体积的目的。然而，对于天线系统的改进不仅得考虑其于运作频率的调整与控制，还得评估制造生产上所需消耗的人力成本。
因此，在兼顾天线系统正常运作与提升传输效率的前提下，进行天线系统的设计，是一大挑战。
发明内容
本发明的一方面是在提供一种天线系统。天线系统包含第一框架、第二框架、多个第一天线元件、多个第二天线元件以及多个第三天线元件。第一框架以及第二框架各自包含四个边缘环绕连接，且任两个相邻边缘互为垂直，使第一框架以及第二框架呈中空的方形形状，且第二框架环绕设置于第一框架的外侧区域。第一天线元件部分设置于第一框架的其中一对称的两个边缘上，部分设置于第二框架的其中一对称的两个边缘上。第二天线元件，部分设置于第一框架的其中另一对称的两个边缘上，部分设置于第二框架的其中另一对称的两个边缘上。第三天线元件分散设置于第二框架的四个边缘上。
综上所述，本发明以特定配置方式将天线元件整合于框架上，不仅易于整合设置于相关产品上，且通过开关的使用以及根据传输品质参数来控制开关的切换，使得在4x4、2x2的多输入多输出天线架构下，每一开关所对应的输入输出天线能够有较多的选择性分集(selective diversity)而取得最佳的传输品质。
附图说明
图1A是根据本发明的一实施例所绘示的一种天线系统的示意图；
图1B是根据本发明的另一实施例所绘示的一种天线系统的示意图；
图1C是图1B天线系统中天线元件的布局示意图；
图2是根据本发明的一实施例所绘示的一种天线系统的示意图；
图3A是根据本发明的一实施例所绘示的一种天线系统的示意图；
图3B是图3A中第一开关对应不同的第一天线元件与第二天线元件配置的示意图；以及
图3C是图3A中第二开关对应不同的第三天线元件配置的示意图。
具体实施方式
下文是举实施例配合所附附图作详细说明，以更好地理解本发明的实施方式，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，附图仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。
在全篇说明书与权利要求书所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本发明揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本发明揭露的描述上额外的引导。
此外，在本发明中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指“包含但不限于”。此外，本发明中所使用的“及/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。
于本发明中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本发明中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。
请参阅图1A，图1A是根据本发明的一实施例所绘示的一种天线系统100的示意图。如图1A所示，天线系统100包含第一框架101、第二框架102、第一天线元件111～114、第二天线元件121～124以及第三天线元件131～134。在此实施例中，天线系统100包含两个框架以及四个第一天线元件、第二天线元件以及第三天线元件，然而上述框架的数目以及天线元件的数目，可因实际应用的需求而调整，本发明并不以此为限。
第一框架101以及第二框架102各自包含四个边缘，且任两个相邻边缘互为垂直，第二框架102环绕设置于第一框架101的外侧区域。举例而言，第一框架101以及第二框架102的形状可为方形，且第一框架101的边缘的长度约为110毫米至120毫米，第二框架102的边缘的长度约为175毫米至195毫米，但本发明的实施并不以此为限。值得说明的是，本发明的第一框架101与第二框架102为了设置安装等的考量，其外形未必完整，可能有曲折或缺口以绕开其他元件，或者是可能有穿孔以利螺丝等固设元件安装；且第一框架101与第二框架102的组成也不限定是单一成形，可能是数段拼接，或者也可能是不同材质组成，本发明并不以此为限。
在另一实施例中，如图1B所示的天线系统100’，还可包含一第四天线元件141设置于第一框架101所包围的内侧区域。此外，第一天线元件111～114、第二天线元件121～124、第三天线元件131～134以及第四天线元件141的天线类型实施方式如图1C所示，可一并参阅图1B天线系统100’，但相同的天线类型亦可用于图1A的天线系统100中。于此实施例，第一天线元件111～114是以∏型天线(Pi type antenna)的方式实施，第二天线元件121～124、第三天线元件131～134与第四天线元件141均以倒F型天线(inverted-F typeantenna)的方式实施，但本发明的实施并不以这些天线类型为限。
此外，各天线元件的布置，是于第一框架101的其中一对称的边缘上分别对应设置第一天线元件111、112，于另一对称的两边缘上则分别对应设置第二天线元件121、122。并于第二框架102的其中一对称的两边缘上设置第一天线元件113、114，于另一对称的两边缘上则设置第二天线元件123、124。而第三天线元件131～134则分散设置于第二框架102的边缘上。在一较佳实施例中，第三天线元件131～134和第一天线元件113、114和第二天线元件123、124是以交错间隔方式设置于第二框架102的边缘上。因此，如图1C所示，第一框架101包括四个边缘101A～101D，第二框架102包括四个边缘102A～102D，则第一天线元件111、112是分别设置于对称或是不相邻的两边缘101A、101C上，第一天线元件113、114是分别设置于对称的两边缘102A、102C上。第二天线元件121、122是分别设置于对称的两边缘101B、101D上，第二天线元件123、124是分别设置于对称的两边缘102B、102D上。第三天线元件131～134是分散设置边缘102A～102D上，且和第一天线元件113、114和第二天线元件123、124间隔设置，即第三天线元件会在第二框架102的边缘上交错地设置于第一天线元件跟第二天线元件之间。
在一实施例中，第一天线元件111～114皆沿第一方向设置，第二天线元件121～124皆沿第二方向设置，而第三天线元件131～134中，和第一天线元件113、114共同设置于同一边缘的两个第三天线元件沿第一方向设置，和第二天线元件123、124共同设置于同一边缘的另两个第三天线元件则沿第二方向设置，例如，第三天线元件131、133沿第一方向设置，第三天线元件132、134沿第二方向设置。第一方向与第二方向垂直。如图1A所示，第一方向可以例如为x(或-x)方向，第二方向可以例如为y(或-y)方向，或者是沿着其所设置的第一框架101或第二框架102的边缘的延伸方向。第四天线元件141可以沿第一方向、第二方向或任意方向设置，本发明并不以此为限。且，设置于第一框架101上的每一第一天线元件111、112与第二天线元件121、122的间距皆为第一距离D1。类似地，设置于第二框架102上的每一第一天线元件113、114与第二天线元件123、124的间距皆为第二距离D2。于一些实施例中，第一距离D1约为100毫米，第二距离D2约为130毫米。
在一实施例中，第一天线元件111～114以及第三天线元件131～134具有第一极化方向(例如垂直)，第二天线元件121～124具有第二极化方向(例如水平)，第四天线元件141可以具有第一极化方向、第二极化方向或任意极化方向。第一极化方向与第二极化方向正交。举例而言，第一极化方向可以例如为z(及-z)方向，第二极化方向可以例如为y(及-y)方向，抑或x(及-x)方向。应了解到，上述关于天线元件的设置方向与极化方向仅用以示范，并非用以限制本发明的实施方式。此外，第一天线元件111～114的运作频段与第二天线元件121～124的运作频段相同，第一天线元件111～114与第二天线元件121～124的运作频段与第三天线元件131～134的运作频段不同。举例而言，第一天线元件111～114以及第二天线元件121～124对应的运作频段可为无线频段5GHz，第三天线元件131～134对应的运作频段可为无线保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)所支援的无线频段2.4GHz，但本发明的实施并不以此为限。须补充的是，于一些实施例中，第三天线元件131～134的运作频段与第四天线元件141的运作频段相同。
在一实施例中，上述的天线系统100、100’可以应用于多输入多输出(Multi inputmulti output,MIMO)的天线技术中，后续将以应用于4x4以及2x2的多输入多输出天线技术作说明。图2是根据本发明的一实施例所绘示的一种天线系统200的示意图。天线系统200相较于天线系统100’还包含第一开关A1～A4、第一收发单元210、第二收发单元220、第三收发单元230以及控制单元240，第一收发单元210电性耦接第一开关A1～A4，第二收发单元220电性耦接第三天线元件131～134，第三收发单元230电性耦接第四天线元件141，控制单元240电性耦接第一收发单元210、第二收发单元220以及第三收发单元230。在此实施例中，第一收发单元210和第二收发单元220是分别耦接4组输入输出来接收/发送无线信号，因此可应用于4x4的多输入多输出天线。
其中，每一第一开关A1～A4选择性地耦接至第一天线元件111～114其中至少一者和第二天线元件121～124其中至少一者来接收/发送无线信号。进一步来说，每一第一开关A1～A4分别对应其中一个第一天线元件以及其中一个第二天线元件配置，如第一开关A1对应第一天线元件111以及第二天线元件123配置，而可通过第一天线元件111接收/发送无线信号或是通过第二天线元件123接收/发送无线信号。类似地，第一开关A2对应第一天线元件112以及第二天线元件124配置，第一开关A3对应第一天线元件113以及第二天线元件122配置，第一开关A4对应第一天线元件114以及第二天线元件121配置，因此每一第一开关A1～A4可选择性地通过各自对应配置的第一天线元件、第二天线元件接收/发送无线信号。
此外，如同先前所述的第一天线元件111～114以及第二天线元件121～124对应的运作频段可为无线频段5GHz，而第三天线元件131～134对应的运作频段可为无线频段2.4GHz，因此对于不同频段的无线信号，天线系统200皆具有4组输入输出来接收/发送无线信号，故天线系统200可以应用于5GHz以及2.4GHz的4x4的多输入多输出天线技术。在实际应用中，第一天线元件111～114、第二天线元件121～124以及第三天线元件131～134可用于一般通讯传输使用，而第四天线元件141可以用于其他频段或无线信号的收发，例如卫星定位的辅助性功能。
第一收发单元210产生对应第一开关A1～A4所接收/发送的无线信号的传输品质参数。进一步来说，由于第一天线元件111～114与第二天线元件121～124不仅设置在天线系统100、100’的不同位置，且具有不同的设置方向、极化方向，因此当第一开关A1～A4通过各自对应配置的第一天线元件、第二天线元件接收/发送无线信号时会有不同的传输品质。例如以接收无线信号为例，当第一开关A1通过第一天线元件111接收无线信号时，产生具有功率P111的信号至第一收发单元210，而当第一开关A1通过第二天线元件123接收无线信号时，产生具有功率P123的信号至第一收发单元210，此时第一收发单元210会分别产生对应功率P111、P123的传输品质参数。于一实施例中，传输品质参数可以是接收信号强度指标(Received Signal Strength Indicator,RSSI)，但本发明不以此为限，较高功率的信号其对应的传输品质参数亦较高，假设上述的功率P111大于功率P123，则第一收发单元210所产生对应功率P111的传输品质参数亦大于功率P123的传输品质参数。
控制单元240再根据第一收发单元210产生的传输品质参数产生控制信号V1～V4至第一开关A1～A4。其中每一第一开关A1～A4根据控制信号V1～V4进行切换，以和对应配置的第一天线元件或第二天线元件其中至少一者耦接。举例来说，对于第一开关A1而言，若是通过第一天线元件111接收/发送无线信号具有较高的传输品质参数，则控制单元240所产生的控制信号V1会切换第一开关A1来和第一天线元件111耦接，借以通过第一天线元件111接收/发送无线信号。类似地，其他的控制信号V2～V4亦会切换对应的第一开关A2～A4来和具有较高传输品质参数的天线元件耦接，以通过具有较高的传输品质参数的天线元件接收/发送无线信号。借此，本发明以特定配置方式将天线元件整合于框架上，且通过开关的使用以及根据传输品质参数来控制开关的切换，使得在4x4的多输入多输出天线架构下，每一开关所对应的输入输出能够有较多的选择性分集(selective diversity)而取得最佳的传输品质。
需补充的是，上述图2中的天线系统200第一开关A1～A4所对应配置的第一天线元件以及第二天线元件并非唯一实施方式，可以在第一天线元件111～114与第二天线元件121～124中任意选取两个对应每一第一开关配置，或视不同的应用情况来变化第一开关A1～A4与第一天线元件以及第二天线元件的对应关系。例如选取第一天线元件111与第二天线元件124对应第一开关A1配置，或选取第一天线元件111与第一天线元件114对应第一开关配置，亦或是选取第二天线元件123与第二天线元件124对应第一开关A1配置，本发明并不以此为限。
请参阅图3A，图3A是根据本发明的一实施例所绘示的一种天线系统300的示意图。天线系统300与天线系统200差异在于，在此实施例中，天线系统300的第一收发单元210和第二收发单元220是分别耦接2组输入输出来接收/发送无线信号，，亦即天线系统300可以例如应用于5GHz以及2.4GHz的2x2的多输入多输出天线技术。天线系统300包含第一开关A1’、A2’，第二开关B1、B2、第一收发单元210、第二收发单元220、第三收发单元230以及控制单元240。其中，第一收发单元210电性耦接第一开关A1’、A2’，第二收发单元220电性耦接第二开关B1、B2，第三收发单元230电性耦接第四天线元件141，控制单元240电性耦接第一收发单元210、第二收发单元220以及第三收发单元230。类似地，第一开关A1’、A2’与第二开关B1、B2可以分别耦接不同的天线元件进行对应切换，其可能的部分配置实施方式绘示于图3B以及图3C中。其中，图3B是图3A中第一开关A1’、A2’和不同的第一天线元件111～114与第二天线元件121～124配置的示意图。图3C是图3A中第二开关B1、B2和不同的第三天线元件131～134配置的示意图。
如图3B所示，分别以组态311～313绘示第一开关A1’、A2’和不同的第一天线元件111～114与第二天线元件121～124配置的实施情况。在组态311中，第一开关A1’对应第一天线元件111、112以及第二天线元件121、122配置，而可通过上述四个天线元件其中任一来接收/发送无线信号。第一开关A2’对应第一天线元件113、114以及第二天线元件123、124配置，而可通过上述四个天线元件其中任一来接收/发送无线信号。在组态312中，第一开关A1’对应第一天线元件111、113以及第二天线元件122、123配置，而可通过上述四个天线元件其中任一来接收/发送无线信号。第一开关A2’对应第一天线元件112、114以及第二天线元件121、124配置，而可通过上述四个天线元件其中任一来接收/发送无线信号。在组态313中，第一开关A1’对应第一天线元件111、114以及第二天线元件121、123配置，而可通过上述四个天线元件其中任一来接收/发送无线信号。第一开关A2’对应第一天线元件112、113以及第二天线元件122、124配置，而可通过上述四个天线元件其中任一来接收/发送无线信号。
通过上述的配置方式，由于第一天线元件111～114与第二天线元件121～124不仅设置在天线系统100、100’的不同位置，且具有不同的设置方向、极化方向，因此如图3A所示，当第一开关A1’、A2’通过各自对应配置的第一天线元件或第二天线元件接收/发送无线信号时，第一收发单元210根据第一开关A1’、A2’所接收/发送的无线信号产生对应的传输品质参数，控制单元240再根据传输品质参数产生控制信号V1’、V2’至第一开关A1’、A2’。其中每一第一开关A1’、A2’根据控制信号V1’、V2’进行切换来和配置的第一天线元件或第二天线元件其中至少一者耦接。借此，控制第一开关A1’、A2’可通过具有较高的传输品质参数的天线元件接收/发送无线信号。
如图3C所示，分别以组态321、322绘示第二开关B1、B2和不同的第三天线元件131～134配置的实施情况。在组态321中，第二开关B1对应第三天线元件131、132配置，而可通过上述两个天线元件其中任一来接收/发送无线信号。第二开关B2对应第一天线元件133、134配置，而可通过上述两个天线元件其中任一来接收/发送无线信号。在组态322中，第二开关B1对应第三天线元件132、133配置，而可通过上述两个天线元件其中任一来接收/发送无线信号。第二开关B2对应第一天线元件131、134配置，而可通过上述两个天线元件其中任一来接收/发送无线信号。
通过上述的配置方式，由于第三天线元件131～134设置在天线系统100、100’的不同位置，且具有不同的设置方向，因此如图3A所示，当第二开关B1、B2通过各自对应配置的第三天线元件131～134接收/发送无线信号时，第二收发单元220根据第二开关B1、B2所接收/发送的无线信号产生对应的传输品质参数，控制单元240再根据传输品质参数产生控制信号S1、S2至第二开关B1、B2。其中每一第二开关B1、B2根据控制信号S1、S2进行切换来和配置的第三天线元件其中至少一者耦接。借此，控制第二开关B1、B2可通过具有较高的传输品质参数的天线元件接收/发送无线信号。
综上所述，本发明以特定配置方式将天线元件整合于框架上，且通过开关的使用以及根据传输品质参数来控制开关的切换，使得在4x4、2x2的多输入多输出天线架构下，每一开关所对应的输入输出能够有较多的选择性分集(selective diversity)而取得最佳的传输品质。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种天线系统，其特征在于，包含：
一第一框架；
一第二框架，其中该第一框架以及该第二框架各自包含四个边缘环绕连接组成，该第二框架环绕设置于该第一框架的外侧区域；
多个第一天线元件，部分设置于该第一框架的其中一对称的两个边缘上，部分设置于该第二框架的其中一对称的两个边缘上；
多个第二天线元件，部分设置于该第一框架的其中另一对称的两个边缘上，部分设置于该第二框架的其中另一对称的两个边缘上；以及
多个第三天线元件，分散设置于该第二框架的该四个边缘上，其中，所述第一天线元件的运作频段与所述第二天线元件的运作频段相同，所述第一天线元件的运作频段与所述第三天线元件的运作频段不同。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线元件具有一第一极化方向，所述第二天线元件以及所述第三天线元件具有一第二极化方向，该第一极化方向与该第二极化方向垂直。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，还包含：
多个第一开关，每一所述第一开关选择性地耦接至所述第一天线元件其中至少一者或所述第二天线元件其中至少一者来接收/发送无线信号；
一第一收发单元，电性耦接所述第一开关，该第一收发单元依据所述第一开关的无线信号产生多个传输品质参数；以及
一控制单元，电性耦接该第一收发单元，该控制单元根据所述传输品质参数产生多个控制信号至所述第一开关，其中每一所述第一开关根据所述控制信号切换耦接至任一所述第一天线元件其中至少一者或所述第二天线元件其中至少一者。
4.根据权利要求3所述的天线系统，其特征在于，当每一所述第一开关所选择的所述第一天线元件其中至少一者设置在该第一框架时，所述第二天线元件其中至少一者是设置在该第二框架上；以及当每一所述第一开关所选择的所述第一天线组件其中至少一者设置在该第二框架时，所述第二天线组件其中至少一者是设置在该第一框架上。
5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，还包含：
多个第一开关，每一所述第一开关选择性地配置有所述第一天线元件其中至少两者和所述第二天线元件其中至少两者来接收/发送无线信号；
一第一收发单元，电性耦接所述第一开关，该第一收发单元依据所述第一开关的无线信号产生多个传输品质参数；以及
一控制单元，电性耦接该第一收发单元，该控制单元根据所述传输品质参数产生多个控制信号至所述第一开关，其中每一所述第一开关根据所述控制信号切换耦接至所配置的所述第一天线元件和所述第二天线元件其中至少一者。
6.根据权利要求5所述的天线系统，其特征在于，每一所述第一开关所选择的所述第一天线元件其中至少两者以及所述第二天线元件其中至少两者是共同设置在该第一框架上或该第二框架上。
7.根据权利要求5所述的天线系统，其特征在于，还包含：
多个第二开关，每一所述第二开关选择性地耦接至所述第三天线元件其中至少两者来接收/发送无线信号；
一第二收发单元，电性耦接所述第二开关，该第二收发单元依据所述第二开关的无线信号产生多个传输品质参数，其中该控制单元电性耦接该第二收发单元，该控制单元根据所述传输品质参数产生多个控制信号至所述第二开关，其中每一所述第二开关根据所述控制信号切换耦接至任一所述第三天线元件其中至少两者。
8.根据权利要求7所述的天线系统，其特征在于，每一所述第二开关所选择的所述第三天线元件其中至少两者是分别设置于该第二框架的相邻边缘上。
9.根据权利要求7所述的天线系统，其特征在于，每一所述第二开关所选择的所述第三天线元件其中至少两者是分别设置于该第二框架的对称边缘上。
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