CN110165424B - 高频天线装置及其天线数组 - Google Patents

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Abstract

本发明一种高频天线装置及其天线数组。所述天线数组包含间隔设置且排列布局皆相同的多个子数组，每个子数组包含有排成多列的多个天线。任一个子数组中的任两个相邻天线的中心点间隔第一间距，相邻但分属不同子数组的两个天线的中心点间隔有相等于第一间距的第二间距。天线数组能以多个运作模式的至少其中之一运作。多个运作模式包含有第一模式：任一个子数组与相距第一距离内的外部电子装置进行无线信号传输；及第二模式：至少两个相邻子数组彼此配合来共同与相距第二距离内的外部电子装置进行无线信号传输，所述第一距离小于第二距离。

Description

高频天线装置及其天线数组
技术领域
本发明涉及一种高频天线，尤其涉及适用于20GHz～45GHz的一种高频天线装置及其天线数组。
背景技术
现有的高频天线是应用在第四代行动通讯系统(4G)标准，所以现有高频天线的结构设计仅适用在非毫米波频段(如：2.6GHz)，因而使得现有高频天线难以被应用在更高的频段(如：20GHz～45GHz)或毫米波频段。然而，操作频率的提升已成为未来的通讯趋势，所以如何改良现有高频天线或架构出全新的高频天线，使其能够符合设计需求，已然为本领域中需要面对的技术问题。
于是，本发明人认为上述缺陷可改善，乃特潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。
发明内容
本发明实施例在于提供一种高频天线装置及其天线数组，能有效地改善现有高频天线所可能产生的缺陷。
本发明实施例公开一种高频天线装置，适用在介于20GHz～45GHz的一操作频段，所述高频天线装置包括：一基板，包含有位于相反两侧的一第一板面与一第二板面；一天线数组，设置于所述基板的所述第一板面，并且所述天线数组包含有间隔设置的多个子数组；其中，每个子数组包含有排成多列的多个天线，并且多个所述子数组的排列布局皆相同；其中，任一个所述子数组中的任两个相邻所述天线的中心点间隔有一第一间距，并且相邻但分属不同子数组的两个所述天线的中心点间隔有相等于所述第一间距的一第二间距；以及多个处理芯片，安装于所述基板的所述第二板面，并且多个所述处理芯片分别电性耦接于多个所述子数组，以使每个所述处理芯片电性耦接于相对应所述子数组的多个所述天线；其中，所述天线数组包含有多个运作模式，并且所述天线数组能以多个所述运作模式的至少其中之一进行运作，所述多个运作模式包含有：一第一模式：任一个所述子数组与相距一第一距离内的一个外部电子装置进行无线信号传输；及一第二模式：两个相邻所述子数组彼此配合来共同与相距一第二距离内的一个外部电子装置进行无线信号传输；其中，所述第一距离小于所述第二距离。
本发明实施例也公开一种高频天线装置的天线数组，适用在介于20GHz～45GHz的一操作频段，所述天线数组包括：多个子数组，其呈间隔设置，每个所述子数组包含有排成多列的多个天线，并且多个所述子数组的排列布局皆相同；其中，任一个所述子数组中的任两个相邻所述天线的中心点间隔有一第一间距，并且相邻但分属不同子数组的两个所述天线的中心点间隔有相等于所述第一间距的一第二间距；其中，所述天线数组包含有多个运作模式，并且所述天线数组能以多个所述运作模式的至少其中之一进行运作，所述多个运作模式包含有：一第一模式：任一个所述子数组与相距一第一距离内的一个外部电子装置进行无线信号传输；及一第二模式：至少两个相邻所述子数组彼此配合来共同与相距一第二距离内的一个外部电子装置进行无线信号传输；其中，所述第一距离小于所述第二距离。
综上所述，本发明实施例所公开的高频天线装置及其天线数组，包含有多个运作模式，并且天线数组能以上述多个运作模式的至少其中之一进行运作，以使所述高频天线装置的天线数组能够依据外部电子装置的位置与数量来选择执行上述多个运作模式的至少其中之一，进而令上述高频天线装置能够有效地达到较佳的运行效率。
为能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的高频天线装置的功能方块示意图。
图2为本发明实施例一的高频天线装置的立体示意图。
图3为本发明实施例一的高频天线装置的另一视角立体示意图。
图4为图1的高频天线装置在天线数组为直线排列时的立体示意图。
图5为图1的高频天线装置在天线数组为交错排列时的立体示意图。
图6为图1的高频天线装置在天线为矩形态样时的立体示意图。
图7为图1的高频天线装置在天线为圆形态样时的立体示意图。
图8为图2的高频天线装置的天线数组于第一模式运作的示意图。
图9为图2的高频天线装置的天线数组于第一模式及第二模式运作的示意图。
图10为图2的高频天线装置的天线数组于第三模式运作的示意图。
图11为本发明实施例二的高频天线装置的功能方块示意图。
图12为本发明实施例二的高频天线装置的立体示意图。
图13为本发明实施例三的高频天线装置的功能方块示意图。
图14为本发明实施例三的高频天线装置的立体示意图。
100：高频天线装置
1：基板
11：第一板面
12：第二板面
2：天线数组
20：子数组
21：天线
211：中心点
212：水平极化馈入点
213：垂直极化馈入点
3：处理芯片
4：连接器
5：降频芯片
S1：第一间距
S2：第二间距
D1：第一距离
D2：第二距离
D3：第三距离
200、200a、200b：外部电子装置(如：移动电话)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图14所示，其为本发明的实施例，需先说明的是，本实施例对应附图所提及的相关数量与外型，仅用来具体地说明本发明的实施方式，以便于了解本发明的内容，而非用来局限本发明的保护范围。
[实施例一]
如图1至图10所示，其为本发明的实施例一。本实施例为一种高频天线装置100，其适用在介于20GHz～45GHz的一操作频段。也就是说，本实施例的高频天线装置100是排除非应用于20GHz～45GHz的任何天线装置。其中，所述操作频段于本实施例中进一步限定为介于24GHz～26.5GHz、26.5GHz～28.5GHz、37GHz～40GHz、及40GHz～43.5GHz的其中一个频段，但本发明不受限于此。
如图1所示，所述高频天线装置100包含有一基板1、设置于所述基板1相反两侧的一天线数组2与多个处理芯片3、及安装于所述基板1的多个连接器4。其中，所述天线数组2于本实施例中是以搭配上述构件来说明，但本发明不受限于此。举例来说，在于本发明未绘示的其他实施例中，所述天线数组2也可以单独地应用或搭配其他构件使用。
所述基板1包含有位于相反两侧的一第一板面11与一第二板面12，并且所述基板1于本实施例中是以矩形的一印刷电路板来说明，但本发明不受限于此。
如图2和图3所示，所述天线数组2设置于上述基板1的第一板面11，并且所述天线数组2于本实施例中是用来传输毫米波信号。其中，所述天线数组2包含有间隔设置的多个子数组20，每个子数组20包含有排成多列的多个天线21，并且上述多个子数组20的排列布局皆相同。
需说明的是，所述子数组20的数量于本实施例的图2中是以四个来说明，但本发明不受限于此。例如：在本发明未绘示的其他实施例中，所述天线数组2的多个子数组20的数量可以是两个或三个以上。
再者，所述天线数组2的多个子数组20排成方式可以依据设计需求而加以调整变化。举例来说：如图4所示，所述多个子数组20可以排成一列；或是，如图2和图5所示，所述多个子数组20可以构成一矩阵状排列。
其中，如图2所示，所述天线数组2的多个天线21排成M列及N行，并且M与N皆为大于1的正整数，以使多个天线21构成一矩阵状排列。或者，如图5所示，所述天线数组2的多个天线21排成M列，M为大于1的正整数，并且每列的多个天线21是与相邻另一列的多个天线21呈交错排列设置。
更详细地说，所述天线数组2的天线21数目于图2中是以16个来说明，但上述天线21数目也可依据设计需求而加以调整变化。再者，上述多个天线21的外型皆大致相同，并且每个天线21的外型可以是一正方形(如：图2)、一矩形(如：图6)、或一圆形(如：图7)，但本发明不以此为限。再者，上述每个天线21于本实施例中是以能够水平极化或垂直极化的一单极化金属片来说明，但本发明不受限于此。
其中，如图2所示，任一个子数组20中的任两个相邻天线21的中心点211间隔有一第一间距S1，并且相邻但分属不同子数组20的两个天线21的中心点211间隔有相等于上述第一间距S1的一第二间距S2，藉以利于所述天线数组2于以下说明中的第二模式与第三模式之运作。需说明的是，上述中心点211于本实施例中相当于图2中的天线21之两条对角线的交点。
另，所述操作频段的一中心频率对应于一波长；也就是说，波长相当于上述中心频率的倒数。上述第一间距S1(或第二间距S2)于本实施例中为介于0.25～0.75倍波长。其中，所述第一间距S1(或第二间距S2)较佳是介于0.35～0.65倍波长(如：0.5倍波长)，但本发明不受限于此。
如图2和图3所示，多个处理芯片3安装于上述基板1的第二板面12，并且多个处理芯片3分别电性耦接于多个子数组20，以使每个处理芯片3电性耦接于相对应子数组20的多个天线21。再者，所述多个处理芯片3的数量于本实施例中是等同于上述多个子数组20的数量，以使每个子数组20能够独立被相对应的一个处理芯片3所控制，但本发明不以此为限。
换个角度来说，本实施例的处理芯片3是焊接于基板1、并通过形成于基板1的导电线路(图中未示出)而电性连接于相对应子数组20的多个天线21。据此，所述每个处理芯片3能对上述相对应子数组20所传送或接收的信号进行相位与振幅的控制。
所述多个连接器4安装于上述基板1，并且上述每个连接器4于本实施例中是安装于基板1的周缘部位。其中，所述多个连接器4分别电性耦接于多个处理芯片3。再者，由于本实施例子数组20中的每个天线21为单极化运作，所以多个连接器4的数量于本实施例中是等同于上述多个子数组20的数量。换个角度来说，本实施例的多个连接器4是通过形成于基板1的导电线路而性连接于上述多个处理芯片3，并且上述每个连接器4通过相对应的处理芯片3而电性耦接于每个天线21。
依上所述，所述天线数组2于本实施例之高频天线装置100的架构中包含有多个运作模式，并且上述多个运作模式于本实施例中包含一第一模式、一第二模式、及一第三模式，但本发明不受限于此。其中，所述天线数组2能以上述多个运作模式的至少其中之一进行运作；也就是说，所述天线数组2也可以同步执行两种不同的运作模式(如图9中的天线数组2同步执行第一模式与第二模式)。
所述第一模式：如图8所示，任一个子数组20与相距一第一距离D1内的一个外部电子装置200(如：移动电话)进行无线信号传输。也就是说，当所述天线数组2的所有子数组20分别和多个外部电子装置200进行无线信号传输时，所述高频天线装置100则可以同步和等同子数组20数量的多个外部电子装置200进行无线信号传输。
所述第二模式：如图9所示，至少两个相邻子数组20(如：图9中的上方两个子数组20)彼此配合来共同与相距一第二距离D2内的一个外部电子装置200a(如：移动电话)进行无线信号传输，所述第一距离D1小于第二距离D2。也就是说，当所述外部电子装置200a与高频天线装置100的距离介于第一距离D1与第二距离D2时，上述天线数组2能够以至少两个相邻子数组20彼此配合来共同与该外部电子装置200a进行无线信号传输。
所述第三模式：如图10所示，所述全部子数组20彼此配合来共同与相距一第三距离D3内的一个外部电子装置200b进行无线信号传输，所述第二距离D2小于第三距离D3。也就是说，当所述外部电子装置200b与高频天线装置100的距离介于第二距离D2与第三距离D3时，上述天线数组2能够以全部的子数组20相互配合来共同与该外部电子装置200b进行无线信号传输。
依上所述，本实施例高频天线装置100的天线数组2能够依据外部电子装置200、200a、200b的位置与数量来选择执行上述多个运作模式的至少其中之一，以使上述高频天线装置100能够有效地达到较佳的运行效率。
[实施例二]
如图11和图12所示，其为本发明的实施例二，本实施例类似于上述实施例一，所以两个实施例的相同处则不再加以赘述，而两个实施例的差异处大致说明如下：
于本实施例中，每个天线21为能够水平极化与垂直极化的一双极化金属片。其中，每个天线21较佳是定义有一水平极化馈入点212与一垂直极化馈入点213。而于每个天线21中，所述水平极化馈入点212与所述垂直极化馈入点213相对于所述中心点211构成一直角。
再者，由于本实施例中的子数组20之每个天线21为双极化运作，所以上述多个连接器4的数量于本实施例中是上述多个子数组20数量的两倍，并且每个处理芯片3电性耦接于两个所述连接器4。
[实施例三]
如图13及图14所示，其为本发明的实施例三，本实施例类似于上述实施例二，所以两个实施例的相同处则不再加以赘述，而两个实施例的差异处大致说明如下：
于本实施例中，所述高频天线装置100进一步包含有多个降频芯片5，并且由于本实施例中的子数组20之每个天线21为双极化运作，所以所述多个降频芯片5的数量为多个子数组20数量的两倍。
其中，任两个降频芯片5通过一个处理芯片3而电性耦接于相对应的子数组20、并分别电性耦接于两个所述连接器4。也就是说，上述多个降频芯片5是安装于将上述多个连接器4电性连接至多个处理芯片3的导电线路上，据以使得在每个连接器4与处理芯片3之间传输的信号皆须经过一个相对应降频芯片5的降频处理。换言之，一个所述处理芯片3通过相对应的两个降频芯片5而电性耦接于两个连接器4。
再者，任两个所述降频芯片5分别于电性上与相对应所述子数组20的每个所述天线21的所述水平极化与所述垂直极化相互对应。
更详细地说，每个所述降频芯片5能使来自相对应处理芯片3且介于20GHz～45GHz的一高频信号降频为介于2GHz～6GHz的一降频信号，并且每个连接器4用于传输来自相对应所述降频芯片5的降频信号。据此，本实施例高频天线装置100可以采用规格要求较低的连接器4(如：运用于第四代行动通讯系统标准的连接器4)，藉以有效地降低生产成本，进而利于推广上述高频天线装置100。
[本发明实施例的技术效果]
综上所述，本发明实施例所公开的高频天线装置及其天线数组，包含有多个运作模式，并且天线数组能以上述多个运作模式的至少其中之一进行运作，以使所述高频天线装置的天线数组能够依据外部电子装置的位置与数量来选择执行上述多个运作模式的至少其中之一，进而令上述高频天线装置能够有效地达到较佳的运行效率。
再者，本发明实施例所公开的高频天线装置及其天线数组，通过多个天线的排布与设计(如：每个天线能够水平极化与垂直极化、及任两个相邻天线的中心点间隔有特定数值的间距)，据以能够被应用在20GHz～45GHz的操作频段(或毫米波频段)、并具备有较佳的传输效能。
另，本发明实施例所公开的高频天线装置，其设有降频芯片，并且每个连接器需通过相对应的降频芯片而电性耦接于处理芯片，以使每个连接器能够用来传输来自相对应降频芯片的降频信号。据此，所述高频天线装置能够采用规格要求较低的连接器，以有效地降低生产成本，进而利于推广上述高频天线装置。
以上所述仅为本发明的优选可行实施例，并非用来局限本发明的保护范围，凡依本发明专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种高频天线装置，适用在介于20GHz～45GHz的一操作频段，所述高频天线装置包括：
一基板，包含有位于相反两侧的一第一板面与一第二板面；
一天线数组，设置于所述基板的所述第一板面，并且所述天线数组包含有间隔设置的多个子数组；其中，每个子数组包含有排成多列的多个天线，并且多个所述子数组的排列布局皆相同；其中，任一个所述子数组中的任两个相邻所述天线的中心点间隔有一第一间距，并且相邻但分属不同子数组的两个所述天线的中心点间隔有相等于所述第一间距的一第二间距；以及
多个处理芯片，安装于所述基板的所述第二板面，并且多个所述处理芯片分别电性耦接于多个所述子数组，以使每个所述处理芯片电性耦接于相对应所述子数组的多个所述天线；
其中，所述天线数组包含有多个运作模式，并且所述天线数组能以多个所述运作模式的至少其中之一进行运作，所述多个运作模式包含有：
一第一模式：任一个所述子数组与相距一第一距离内的一个外部电子装置进行无线信号传输；及
一第二模式：两个相邻所述子数组彼此配合来共同与相距一第二距离内的一个外部电子装置进行无线信号传输；其中，所述第一距离小于所述第二距离；
所述操作频段的一中心频率对应于一波长，所述第一间距或所述第二间距为介于0.25～0.75倍波长。
2.如请求项1所述的高频天线装置，其中，所述天线数组的多个所述子数组排成一列或是构成一矩阵状排列。
3.如请求项1所述的高频天线装置，其中，所述天线数组的多个所述子数组的数量为三个以上，并且所述多个运作模式进一步包含有一第三模式：全部所述子数组彼此配合来共同与相距一第三距离内的一个外部电子装置进行无线信号传输，所述第二距离小于所述第三距离。
4.如请求项1所述的高频天线装置，其中，每个所述天线为能够水平极化与垂直极化的一双极化金属片。
5.如请求项4所述的高频天线装置，其中，每个所述天线定义有一水平极化馈入点与一垂直极化馈入点；于每个所述天线中，所述水平极化馈入点与所述垂直极化馈入点相对于所述中心点构成一直角。
6.如请求项4所述的高频天线装置，其中，所述天线数组的多个所述天线排成M列及N行，并且M与N皆为大于1的正整数，以使多个所述天线构成一矩阵状排列。
7.如请求项4所述的高频天线装置，其中，所述天线数组的多个所述天线排成M列，M为大于1的正整数，并且每列的多个所述天线是与相邻另一列的多个所述天线呈交错排列设置。
8.如请求项4所述的高频天线装置，其中，多个所述处理芯片的数量等同于多个所述子数组的数量，所述高频天线装置包含有多个降频芯片，并且多个所述降频芯片的数量为多个所述子数组数量的两倍；其中，任两个所述降频芯片通过一个所述处理芯片而电性耦接于相对应的所述子数组，并且任两个所述降频芯片分别于电性上与相对应所述子数组的每个所述天线的所述水平极化与所述垂直极化相互对应，而每个所述降频芯片能使来自相对应所述处理芯片且介于20GHz～45GHz的一高频信号降频为介于2GHz～6GHz的一降频信号。
9.一种高频天线装置的天线数组，适用在介于20GHz～45GHz的一操作频段，所述天线数组包括：多个子数组，其呈间隔设置，每个所述子数组包含有排成多列的多个天线，并且多个所述子数组的排列布局皆相同；其中，任一个所述子数组中的任两个相邻所述天线的中心点间隔有一第一间距，并且相邻但分属不同子数组的两个所述天线的中心点间隔有相等于所述第一间距的一第二间距；其中，所述天线数组包含有多个运作模式，并且所述天线数组能以多个所述运作模式的至少其中之一进行运作，所述多个运作模式包含有：
一第二模式：至少两个相邻所述子数组彼此配合来共同与相距一第二距离内的一个外部电子装置进行无线信号传输；其中，所述第一距离小于所述第二距离。
10.如请求项9所述的高频天线装置的天线数组，其中，所述天线数组的多个所述子数组的数量为三个以上，并且所述多个运作模式进一步包含有一第三模式：全部所述子数组彼此配合来共同与相距一第三距离内的一个外部电子装置进行无线信号传输，所述第二距离小于所述第三距离。
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