CN110350952A - 通讯装置、电子装置及其天线调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种通讯装置、电子装置及其天线调整方法。通讯装置包括天线系统、调整部及开关电路。天线系统具有至少二天线单元。调整部设于至少二天线单元之间，且包括至少二支路单元。开关电路耦接调整部。开关电路依据切换信号将支路单元中的第一者的导通切换成支路单元中的第二者的导通。此切换信号相关于天线系统的效能。藉此，可提供动态且弹性的调整，从而提升传输速度，进而改善使用者的体验。

Description

通讯装置、电子装置及其天线调整方法
技术领域
本发明涉及一种多天线技术，尤其涉及一种具有多天线的通讯装置、电子装置及其天线调整方法。
背景技术
随着无线通讯世代不断演进与第五代(Fifth Generation，5G)商用服务即将到来，操作频带已越来越多，为了提升使用者网络的传输速度，多天线已成为必然的趋势。然而，多天线系统伴随而生的挑战是其隔离度(isolation)问题。此问题代表了多天线之间的互扰情况，且可能进一步影响整体辐射特性与系统通讯质量。甚至，接收信号不良的严重程度还可能导致产品出现客诉，进而影响商誉。
现有天线隔离度设计，并无调整机制，且仅限在固定单频操作。
此外，使用者可能携带诸如笔记本电脑或手机等移动通讯装置而在各种环境下移动。然而，不同操作环境具有差异，因环境变化将影响使用者的上网体验。由此可知，有需要为现今多天线系统提出改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种通讯装置、电子装置及其天线调整方法，在通讯装置的天线系统中设计可适时动态切换的不同支路，从而因应于环境变动的需求。
本发明实施例的通讯装置包括天线系统、调整部及开关电路。天线系统具有至少二天线单元。调整部设于至少二天线单元之间，且包括至少两个支路单元。开关电路耦接调整部。开关电路依据切换信号将支路单元中的第一者的导通切换成支路单元中的第二者的导通。此切换信号相关于天线系统的效能。
在本发明的一实施例中，上述天线系统的效能系反应于执行周期的到达而进行评估。
本发明实施例的电子装置包括通讯装置、无线通讯控制器及处理模块。通讯装置包括天线系统、调整部及开关电路。天线系统具有至少二天线单元。调整部设于至少二天线单元之间，且包括至少两个支路单元。开关电路耦接调整部。此切换信号相关于天线系统的效能。无线通讯控制器耦接天线系统的至少二天线单元。处理模块耦接无线通讯控制器及开关电路，并依据天线系统的效能产生切换信号。开关电路依据切换信号将支路单元中的第一者的导通切换成支路单元中的第二者的导通。
在本发明的一实施例中，上述那些支路单元的长度可以不同，以符合多频带的操作需求。
在本发明的一实施例中，上述的开关电路包括射频开关(RF Switch)或开关二极管(Switch Diode)中的一者。
在本发明的一实施例中，上述各调整部的支路单元通过开关电路连接而接地。
在本发明的一实施例中，上述的第二者对应的天线系统的效能高于第一者对应的天线系统的效能。
在本发明的一实施例中，上述的处理模块反应于执行周期的到达而评估天线系统的效能。
在本发明的一实施例中，上述的处理模块依序使二支路单元中的一者导通，以通过无线通讯控制器取得所有支路单元对应的天线系统的效能。
在本发明的一实施例中，反应于效能高于门槛值，上述的开关电路对当前导通的支路单元维持导通。
本发明实施例的天线调整方法，其适用于具有至少二天线单元的天线系统。天线调整方法包括下列步骤：提供至少二支路单元，且那些支路单元设于至少二天线单元之间。依据天线系统的效能产生切换信号。依据切换信号将至少二支路单元中的第一者的导通切换成至少二支路单元中的第二者的导通。
在本发明的一实施例中，上述天线系统的效能包括隔离度、辐射场型、及信号强度中的一者。
在本发明的一实施例中，上述依据天线系统的效能产生切换信号包括下列步骤：反应于执行周期的到达而评估天线系统的效能。
在本发明的一实施例中，上述依据天线系统的效能产生切换信号之前，还包括下列步骤：依序使至少二支路单元中的一者导通，以取得所有支路单元对应的天线系统的效能。
在本发明的一实施例中，还包括下列步骤：反应于效能高于门槛值，维持对当前连接的支路单元的导通。
基于上述，本发明实施例的通讯装置、电子装置及其天线调整方法，在天线系统的多天线单元之间设有调整部，且调整部包括二个或更多个支路单元。本发明实施例可依据天线系统的效能(例如，信号强度、隔离度、辐射场型等)适时地切换对不同支路单元的导通，使导通的支路单元可优化当前环境下整体系统的效能(例如，传输速度/流通量(throughput))。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依据本发明一实施例的电子装置的元件方块图。
图2A及2B是依据本发明一实施例的调整部与开关电路的示意图。
图3是依据本发明一实施例的天线调整方法的流程图。
图4是依据本发明一实施例基于信号强度的天线调整方法的流程图。
图5是依据本发明一实施例的通讯装置的示意图。
图6A～图6C是图5的散射参数(S-parameter)图。
图7是依据本发明一实施例的传输速度量测图。
【符号说明】
100：电子装置
11：通讯装置
110：天线系统
111、112：天线单元
113、113A：调整部
114、114A、114B：开关电路
115、GND：接地面
120：无线通讯控制器
130：控制器
140：存储器
141：控制程序
143：作业系统
150：处理模块
B1～B4：支路单元
D：二极管
S310～S330、S401～S409：步骤
601～603、611～613、621～623、711～712：曲线
具体实施方式
图1是依据本发明一实施例的电子装置100的元件方块图。请参照图1，电子装置100可以是笔记本电脑、智能手机、平板电脑、掌上型游戏机等装置。电子装置100可包括但不仅限于通讯装置11、无线通讯控制器120、控制器130、存储器140及处理模块150。
通讯装置11包括天线系统110、调整部113及开关电路114。天线系统110包括天线单元111,112，天线单元111,112至少包括辐射体及馈入端(图未示)。需说明的是，本发明实施例不限制天线单元111,112的外形或种类，并可依据实际需求而设计成支持任何通讯系统(例如，无线区域网络(Wireless Local Area Network，WLAN)、无线广域网络(WirelessWide Area Network，WWAN)等)。需说明的是，天线单元111,112的数量不限于两个，于其他实施例中，天线系统110中可能有更多天线单元。
调整部113设于天线单元111,112之间。调整部113包括两个或更多个支路单元(例如，支路单元B1,B2)。这些支路单元B1,B2可以是长度不同。在一实施例中，这些支路单元B1,B2的长度大致为天线单元111,112支持频段对应的四分之一波长。例如，频段2.4GHz对应的波长大概是125毫米(mm)，则支路单元B1的长度大致为31.25毫米；频段5GHz对应的波长大概是60毫米，则支路单元B2的长度大致为15毫米。藉此，可改善两天线单元111,112之间的隔离度、辐射场型、接收信号强度与通讯装置11的传输速度/流通量。
图2A及图2B是依据本发明一实施例的调整部113与开关电路114的示意图。请参照图2A，于本实施例中，调整部113A包括四支路单元B1,B2,B3,B4，各支路单元B1～B4包括两开路端(一开路端供开关电路114A选择性连接而接地)。支路单元B3的长度例如是频段2.4GHz对应波长的四分之一；支路单元B4的长度例如是频段3.5GHz对应波长的四分之一。另一方面，请参照图2B，依据不同设计需求，各支路单元B1～B4包括两开路端(一开路端供开关电路114B选择性连接而接地)。
需说明的是，支路单元B1～B4的数量、外形及种类不以图2A及图2B的实施例为限，应用者可依据实际需求而自行变更，从而应用于各种频段或环境中。此外，在一些实施例中，部分支路单元B1～B4可能还设有被动元件。而针对具有大于两个天线单元的天线系统110，调整部113中的支路单元B1,B2可能设于任两相邻天线单元之间。
开关电路114耦接调整部113。开关电路114可以是射频开关(RF Switch)或开关二极管(Switch Diode)。请参照图2A，开关电路114A为射频开关，开关电路114A可选择性地连接支路单元B1～B4中的一者的开路端(如图所示开关电路114A连接支路单元B4)，使连接的支路单元B1,B2,B3或B4经导通(即，其开路端与开关电路114A连接)而接地(例如，连接到接地面GND)。
另一方面，请参照图2B，开关电路114B为开关二极管，包括四个接地的二极管D，其分别连接支路单元B1～B4。这些二极管D中的一者导通后，其连接的支路单元B1,B2,B3或B4也据以导通而接地。
无线通讯控制器120耦接天线单元111,112。无线通讯控制器120可以是无线通讯模块(module)、系统构装(Systemin package，SiP)。于本实施例中，无线通讯控制器120可能整合放大器、数字-模拟转换器、混波器等电路，以产生射频信号，并通过天线单元111,112发射或接收射频信号，从而与存取点(Access Point，AP)、基地台或其他装置相互通讯。
控制器130可以是基本输入输出系统(Basic Input Output System，BIOS)或嵌入式控制器(Embedded Controller，EC)等相关控制电路。于本实施例中，控制器130用于建立对调整部113中各支路单元B1,B2的导通。例如，以逻辑门的设置来决定导通与否；以高低两种电平的电压以决定导通情况。
存储器140可以是传统硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)或类似元件的存储器。于本实施例中，存储器140包含应用程序(例如，控制程序141等)、作业系统(Operating System，OS)143、效能参数、门槛值等数据或文件，且其详细内容待后续实施例详述。
处理模块150与通讯装置11、无线通讯控制器120、控制器130及存储器140耦接。处理模块150可以是中央处理单元(CPU)、系统单芯片(System on a Chip，SoC)、芯片组或其他类似元件。于本发明实施例中，处理模块150可载入并执行存储器140所记录的控制程序141、作业系统143、文件及数据。处理模块150具有无线通讯控制器120的驱动程序，并可通过快速周边组件互连(Peripheral Component Interconnect Express，PCIE)、整合连接(Integrated Connectivity，CNVi)、通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)等传输接口与无线通讯控制器120连接。此外，处理模块150可通过通用输入输出(General PurposeInput Output，GPIO)或其他信号传输接口与开关电路114连接，从而控制开关电路114的运作(例如，发送切换信号以导通支路单元B1或B2)。
需说明的是，在一些实施例中，控制器130及处理模块150的功能可整合在单一芯片或电路中。
为了方便理解本发明实施例的操作流程，以下将举诸多实施例详细说明本发明实施例中电子装置100的运作流程。下文中，将搭配电子装置100中的各项装置及元件说明本发明实施例所述的方法。本方法的各个流程可依照实施情形而随之调整，且并不仅限于此。
图3是依据本发明一实施例的天线调整方法的流程图。请参照图3，处理模块150依据天线系统110的效能产生切换信号(步骤S310)。具体而言，为了因应环境及支持频段的变化，本发明实施例提供两种以上支路单元B1,B2(即，多重选择)，并经自动或手动而触发对于当前天线系统110的效能评估作业，再据以挑选出合适的支路单元B1或B2，即可让天线系统效能受优化而适用当前环境或操作频段。前述自动评估作业可能是处理模块150反应于执行周期(例如，10秒、30秒、一分钟等)的到达、控制程序141的开启、或作业系统143的启动而触发；手动评估作业可能是处理模块150反应于使用者对电子装置100的输入装置(例如，按键、按钮、开关等)的操作(例如，按压、点选、拨动等)而触发。
在一实施例中，处理模块150可依序使支路单元B1,B2中的一者导通，以通过无线通讯控制器120取得所有支路单元B1,B2对应的天线系统110的效能。例如，当仅导通支路单元B1时，处理模块150取得天线系统110当前的效能；接着，开关电路114仅导通支路单元B2，且处理模块150取得天线系统110当前的效能，即可得到两支路单元B1,B2对应的天线系统110的效能。处理模块150可比较这些支路单元B1,B2对应的天线系统110的效能(通过诸如气泡排序(bubble sort)、选择排序(selection sort)、插入排序(insertion sort)、希尔排序(shell sort)、合并排序(merge sort)、快速排序(quick sort)、堆积排序(heapsort)、基数排序(radix sort)等算法排序)，并挑选最佳效能所对应的支路单元B1,B2。若当前导通的支路单元B1或B2受挑选，则表示维持当前支路单元B1或B2的导通可使效能最佳化，且处理模块150禁能或不产生切换信号。若当前导通的支路单元B1或B2未受挑选，则表示维持当前支路单元B1或B2的导通无法使整体效能最佳化，且处理模块150会产生对应于受挑选支路单元B1或B2的切换信号。此切换信号即是相关于对受挑选支路单元B1或B2的导通，并对当前导通的支路单元B1或B2不导通。
在另一实施例中，处理模块150可先判断当前导通支路单元B1或B2对应的天线系统110的效能是否大于特定门槛值。例如，无线通讯控制器120量测的接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)大于-60分贝毫瓦(dBm)。若当前导通支路单元B1或B2对应的天线系统110的效能大于门槛值，则处理模块150禁能或不产生切换信号，以使当前导通的支路单元B1或B2维持导通，且无须判断及比较其他未导通支路单元B1或B2对应的效能。另一方面，若当前导通支路单元B1或B2对应的效能未大于门槛值，则处理模块150判断及比较其他未导通支路单元B1或B2对应的效能，再决定是否产生切换信号。
在一实施例中，处理模块150可从无线通讯控制器120取得天线系统110的隔离度、信号强度、辐射场型等效能，以评估当前环境。例如，无线通讯控制器120可量测RSSI，以作为处理模块150评估当前环境的参考。值得注意的是，基于实验数据，较高信号强度将可有效提升传输速度，进而提升使用者的上网体验。在另一实施例中，处理模块150亦可能通过控制程序141执行传输速度测试，并取得所有支路单元B1,B2对应的传输速度。
接着，反应于切换信号的产生，处理模块150可依据切换信号使那些支路单元B1,B2中的第一者(即，当前导通的支路单元)的导通切换成使那些支路单元B1,B2中的第二者(即，切换信号对应的支路单元)的导通(步骤S330)。也就是说，第二者对应的效能高于第一者对应的效能，且第二者的导通将更适于当前环境。控制器130可依据切换信号对应的支路单元B1或B2建立对应逻辑门设定或电压电平，以控制开关电路114仅使切换信号对应的支路单元B1或B2进行导通。接着，切换信号对应的支路单元B1或B2的导通将维持一段时间，且前述效能评估作业可能会定时(例如，执行周期到达)或不定时被触发，处理模块150再决定是否切换支路单元B1或B2。需说明的是，前述效能评估作业中对于不同支路单元B1或B2的导通行为也可基于切换信号来进行。
为了帮助读者理解本发明实施例的精神，以下将举一应用情境说明。图4是依据本发明一实施例基于信号强度的天线调整方法的流程图。请参照图4，本实施例是将信号强度作为效能优劣评估的参考，并以图2A的调整部113A及开关电路114A为例来说明。控制程序141的启动或使用者手动操作可使流程触发(步骤S401)。控制程序141可通过视窗管理规范(Windows Management Instrumentation，WMI)的应用程序接口(ApplicationProgramming Interface，API)通知控制器130建立控制开关电路114A对应的逻辑门，以对支路单元B1,B2,B3或B4进行导通(步骤S402)。例如，支路单元B1对应为“00”，支路单元B2对应于“01”，支路单元B3对应于“10”，支路单元B4对应于“11”。假设当前已使支路单元B1导通或首先使支路单元B1导通。控制程序141通过处理模块150下达指令以取得当前RSSI(步骤S403)，并判断RSSI是否大于门槛值(例如，-50、-60、或-70dBm等)(步骤S404)。若RSSI大于门槛值，则处理模块150使当前导通支路单元B1维持导通，且不产生切换信号。而若RSSI未大于门槛值，则控制程序141将评估其他支路单元B2～B4的RSSI。
控制程序141判断是否取得所有支路单元B1～B4对应的RSSI(步骤S405)。若尚未取得所有支路单元B1～B4对应的RSSI，则处理模块150选择导通尚未取得的另一个支路单元B2～B4的RSSI(步骤S406)，并仅使选择的支路单元B2～B4导通，直到取得所有支路单元B1～B4对应的RSSI。接着，控制程序141通过排序算法而依据RSSI对所有支路单元B1～B4进行排序(步骤S407)，选择具有最高RSSI所对应的支路单元(假设是支路单元B4)作为将导通的支路单元，并据以产生对应的切换信号且设定对应逻辑门(步骤S408)。接着，每当执行周期到达时，重新评估是否切换当前导通的支路单元B4。
需说明的是，产生切换信号的决策条件可能有其他变化。例如，只要当前导通的支路单元对应效能小于所有支路单元对应效能的平均值即产生；或者，只要当前导通的支路单元B1,B2,B3或B4对应效能低于下一个评估的支路单元B1,B2,B3或B4对应效能即产生。其他变化可视应用者的需求而自行调整，本发明实施例不加以局限。
关于本发明实施例的成效，图5是依据本发明一实施例的通讯装置11的示意图。请参照图5，天线单元111,112之间设有两个支路单元B1,B2。需说明的是，支路单元B1,B2与接地面115之间还设有开关电路114(图未示)。图6A～图6C是图5的散射参数图。请先参照图6A，当开关电路114不使支路单元B1,B2两者导通时，在模拟环境下，天线单元111,112对应的反射系数分别如曲线601与602所示，且两天线单元111,112之间的隔离度如曲线603所示。
请参照图6B，假设当前操作频段为2.4GHz，且支路单元B1的长度大致为2.4GHz对应波长的四分之一。开关电路114仅使支路单元B1导通并使其接地，则天线单元111,112对应的反射系数分别如曲线611与612所示，且两天线单元111,112之间的隔离度如曲线613所示。与图6A比较，图6B在2.4GHz附近对应的隔离度及两天线单元111,112的效能更好。
请参照图6C，假设当前操作频段为5GHz，且支路单元B2的长度大致为5GHz对应波长的四分之一。开关电路114仅对支路单元B2导通并使其接地，则天线单元111,112对应的反射系数分别如曲线621与622所示，且两天线单元111,112之间的隔离度如曲线623所示。与图6A比较，图6C在5GHz附近的隔离度及两天线单元111,112的效能更好。
图7是依据本发明一实施例的传输速度量测图。请参照图7，图中所示为经实验所量测到不同衰减的传输速度，其代表使用者的电子装置100与存取点(AP)之间不同距离所对应的流通量(Throughput)。其中，曲线711是两天线单元111,112的隔离度为20dB且接收信号强度(RSSI)为-55dBm所量测到的传输速度；曲线712是两天线单元111,112的隔离度为14dB且接收信号强度(RSSI)为-70dBm所量测到的传输速度。比较曲线711与曲线712可以得知，较佳的效能(例如，隔离度、接收信号强度)将使电子装置100具有较好的传输速度，尤其以高衰减时(即较远操作距离)更甚明显。由此可验证，本发明实施例所用将天线系统110调整至具有较好效能的设定，可进一步改善传输速度/流通量。
综上所述，本发明实施例的通讯装置、电子装置及其天线调整方法，在天线系统的多天线单元之间设有两个以上的支路单元。这些支路单元将设计成可减低多天线单元之间隔离度的长度，并可对应于特定频段。反应于环境或支持频段变化，通讯装置可切换使不同支路单元的导通，以提供更加适合当前环境或频段的调整配置。藉此，本发明实施例的通讯装置不仅能提供弹性化的调整，对优化后的系统能有效提升传输速度/流通量，进而改善使用者的上网体验。
虽然本发明已以实施例示露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (19)

1.一种通讯装置，包括：
天线系统，具有至少二天线单元；
调整部，设于所述至少二天线单元之间，并包括至少二支路单元；以及
开关电路，耦接所述调整部，且依据切换信号将所述至少二支路单元中的第一者的导通切换成所述至少二支路单元中的第二者的导通，其中所述切换信号相关于所述天线系统的效能。
2.根据权利要求1所述的通讯装置，其中所述开关电路包括射频开关或开关二极管中的一者。
3.根据权利要求1所述的通讯装置，其中所述调整部的支路单元通过所述开关电路连接而接地。
4.根据权利要求1所述的通讯装置，其中所述第二者对应的所述天线系统的所述效能高于所述第一者对应的所述天线系统的所述效能。
5.根据权利要求4所述的通讯装置，其中所述天线系统的效能包括隔离度、辐射场型、及信号强度中的一者。
6.根据权利要求1所述的通讯装置，其中所述天线系统的效能反应于执行周期的到达而进行评估。
7.一种电子装置，包括：
通讯装置，包括：
天线系统，具有至少二天线单元；
调整部，设于所述至少二天线单元之间，并包括
至少二支路单元；以及
开关电路，耦接所述调整部；
无线通讯控制器，耦接所述天线系统的所述至少二天线单元；以及
处理模块，耦接所述无线通讯控制器及所述开关电路，并依据所述天线系统的效能产生切换信号，其中，
所述开关电路依据所述切换信号将所述至少二支路单元中的第一者的导通切换成所述至少二支路单元中的第二者的导通。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其中所述开关电路包括射频开关或开关二极管中的一者。
9.根据权利要求7所述的电子装置，其中所述调整部的支路单元通过所述开关电路连接而接地。
10.根据权利要求7所述的电子装置，其中所述第二者对应的所述天线系统的所述效能高于所述第一者对应的所述天线系统的所述效能。
11.根据权利要求10所述的电子装置，其中所述天线系统的效能包括隔离度、辐射场型、及信号强度中的一者。
12.根据权利要求7所述的电子装置，其中所述处理模块反应于执行周期的到达而评估所述天线系统的效能。
13.根据权利要求7所述的电子装置，其中所述处理模块依序使所述至少二支路单元中的一者导通，以通过所述无线通讯控制器取得所有所述支路单元对应的所述天线系统的所述效能。
14.根据权利要求7所述的电子装置，其中反应于所述效能高于门槛值，所述开关电路对当前导通的所述支路单元维持导通。
15.一种天线调整方法，适用于具有至少二天线单元的天线系统，所述天线调整方法包括：
提供至少二支路单元，其中所述至少二支路单元设于所述至少二天线单元之间；
依据所述天线系统的效能产生切换信号；以及
依据所述切换信号将所述至少二支路单元中的第一者的导通切换成所述至少二支路单元中的第二者的导通。
16.根据权利要求15所述的天线调整方法，其中所述天线系统的效能包括隔离度、辐射场型、及信号强度中的一者。
17.根据权利要求15所述的天线调整方法，其中依据所述天线系统的效能产生所述切换信号的步骤包括：
反应于执行周期的到达而评估所述天线系统的效能。
18.根据权利要求15所述的天线调整方法，其中依据所述天线系统的效能产生所述切换信号的步骤之前，还包括：
依序使所述至少二支路单元中的一者导通，以取得所有所述支路单元对应的所述天线系统之所述效能。
19.根据权利要求15所述的天线调整方法，还包括：
反应于所述效能高于门槛值，维持对当前连接的所述支路单元的导通。
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