CN112490690B - 天线结构及其运作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种天线结构及其运行方式。所述天线机构包含曲面基座与复数个多输入多输出(Multi‑input Multi‑output,MIMO)天线模组。曲面基座具有凸曲面。MIMO天线模组均匀且可移动地设置于所述凸曲面上。每一个MIMO天线模组都具有复数个接收单元以及复数个传输单元。

Description

天线结构及其运作方法
技术领域
本发明涉及一种天线结构与天线结构的运作方法，特别是应用于毫米波信号。
背景技术
目前第五代行动通讯协定(5G)的毫米波(mm wave)天线是采用多输入多输出(Multi Input Multi Output,MIMO)传输方式，主要系以具备多重传输通道的MIMO天线模组加以实现。
MIMO天线主要都是设置在单一平面的印刷电路板上，透过线路形成多通道的天线架构。然而，这样的存在一个问题，那就是波峰束信号(Beam forming)具有指向性，也就是波峰束信号在一特定方向上具有最佳的信号传输率，而偏离最佳信号传输方向时，接收到的信号传输率会明显下降。若设置MIMO天线的印刷电路板未能面向最佳的传输方向，则必须将整片印刷电路板都转向，对应到所有的通道都转向，而无法对应各别的通道做转向。
发明内容
有鉴于此，本申请的一些实施例公开一种天线结构，能够以多个方向上接收波峰束信号。
为了达到上述目的，依据本申请的一实施方式，一种天线结构是用以接收毫米波(mm wave)信号。天线结构包含曲面基座与复数个多输入多输出(Multi-input Multi-output,MIMO)天线模组。曲面基座具有凸曲面。MIMO天线模组均匀且可移动地设置于所述凸曲面上。每一个MIMO天线模组都具有复数个接收单元以及复数个传输单元，以独立地接收毫米波信号。
于本申请的一或多个实施方式中，上述天线结构的凸曲面包括球面或是半圆弧球面。
于本申请的一或多个实施方式中，上述天线结构更包含复数个连杆。这些连杆中的每一个都连接对应的MIMO天线至曲面基座的凸曲面上。每一个连杆都包含伸缩杆。伸缩杆连接至凸曲面，以调整对应的MIMO天线模组与毫米波信号来源的距离。于本申请的一或多个实施方式中，每一个连杆都更包含活动关节。对应的MIMO天线通过活动关节连接至伸缩杆。活动关节用以调整对应的MIMO天线与毫米波信号来源的角度。
于本申请的一或多个实施方式中，上述天线结构的MIMO天线模组是蜂巢状。
于本申请的一或多个实施方式中，上述天线结构的曲面基座的凸曲面上具有复数个容置槽。这些容置槽配置以容纳MIMO天线模组。于本申请的一或多个实施方式中，这些容置槽的形状是蜂巢状。
于本申请的一或多个实施方式中，上述天线结构更包含连接MIMO天线模组的处理器。处理器系用以分析毫米波信号的定位性，以选定所述复数个MIMO天线模组其中之一来传输回馈信号。
依据本申请的另一实施方式，提供一种天线结构的运作方法，包含提供天线结构。天线结构包括具有凸曲面的曲面基座以及可移动地设置于凸曲面上的复数个MIMO天线模组。天线结构接收信号传输要求。侦测信号传输要求的定位性。自天线结构选定与信号传输要求的来源具较佳定位性的一MIMO天线模组。选定的MIMO天线模组向信号传输要求的来源传输回馈信号。复原选定的MIMO天线模组至原始位置。
于本申请的一或多个实施方式中，上述天线结构的运作方法更包含根据信号传输要求的定位性调整选定的MIMO天线模组的位置以及传输功率。
综上所述，本申请的天线结构具有多个设置于凸曲面上的MIMO天线模组，有利于接收不同指向性的波峰束信号。而天线结构上多个独立的MIMO天线模组，更有利于分析信号来源并设定最佳传输条件。
以上所述仅是用以阐述本申请所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本申请的具体细节将在下文的实施方式及相关图式中详细介绍。
附图说明
本申请的优点与图式，应由接下来列举的实施方式，并参考附图，以获得更好的理解。这些图式的说明仅仅是列举的实施方式，因此不所述认为是限制了个别实施方式，或是限制了发明权利要求书的范围。
图1A根据本申请的一实施方式绘示一天线结构的一示意图；
图1B绘示图1A的天线结构上的一MIMO天线模组的一示意图；
图2根据本申请的另一实施方式绘示一天线结构的一示意图；
图3绘示本申请的一天线结构的MIMO天线模组调整距离与角度的示意图；以及
图4根据本申请的一实施方式绘示一天线结构的运作方法的一流程图。
100、100’：天线结构
110、110’：曲面基座
115：球面
115’：半圆弧球面
120：容置槽
130：MIMO天线模组
135：接收单元
140：传输单元
150：连杆
155：伸缩杆
160：活动关节
190：处理器
200：手机
300：信号
400：方法
405～440：流程
D1、D2：方向
具体实施方式
下文系举实施例配合所附图式进行详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本申请所涵盖的范围，而结构运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，皆为本申请所涵盖的范围。另外，图式仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为便于理解，下述说明中相同元件或相似元件将以相同的符号标示来说明。
另外，在全篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此申请的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本申请的用词，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申请的描述上额外的引导。
随着第五代行动通讯协定(5G)使用的到来，5G所使用的频段例如是28GHz，对应到的即是毫米波(mm Wave)的信号。而传输毫米波信号是使用采用多输入多输出(MultiInput Multi Output,MIMO)传输方式。然而，毫米波的波峰束(beamforming,或称波束赋形、波束成形)信号具有指向性，若非以适当的方向接收，则信号传输率会明显受到影响。
请参照图1A。图1A根据本申请的一实施方式绘示一天线结构100的示意图。如图1A所示，天线结构100包含曲面基座110，以及设置于其上的MIMO天线模组130。
曲面基座110具有凸曲面，而如图1A所示，天线结构100的曲面基座110的凸曲面为球面115。而在球面115上，具有复数个容置槽120。容置槽120是用以容置MIMO天线模组130。每一组MIMO天线模组130，都能够单独地完成独立收发信号的功能。通过将MIMO天线模组130设置于球面115之上，便能够对应不同的角度接收信号。如此一来，即使毫米波的波峰束信号具有指向性，由于球面115在不同的角度方向上都具有MIMO天线模组130，则势必会有一个合适的MIMO天线模组130，能够以较佳的传输功率接收毫米波的波峰束信号。
在图1A中，部分的容置槽120为蜂巢状的形状，以尽可能地于球面115上设置MIMO天线模组130。如图1A所示，蜂巢状的容置槽120能够于球面115的局部形成密集的推积，局部地增加设置于球面115上MIMO天线模组130的密度。而应理解到，图1A仅绘示球面115的局部，在球面115的其他位置，也可以是其他形状不是蜂巢状的容置槽，以多个不同形状容置槽的组合使MIMO天线模组130最大密度地设置于球面上。
在天线结构100中，还具有其他使MIMO天线模组130运作的工作线路与电源。而如图1A所示，在本实施方式中，天线结构100还具有处理器190。处理器190通过天线结构100内的线路，而与多个MIMO天线模组130连接。处理器190的功能，请见如后的讨论。
在本实施方式中，部分的MIMO天线模组130的形状亦设计为蜂巢状，以设置于容置槽120内。MIMO天线模组130的形状可视容置槽120的形状而定。而在一些实施方式中，天线结构的曲面基座也可以不具备容置槽，而蜂巢状的MIMO天线模组直接设置于曲面基座的曲面上，则由于MIMO天线模组的蜂巢形状，亦可于球面上局部地达成高密度MIMO天线模组的设置。
请参照图1B。图1B绘示图1A的天线结构100上的一MIMO天线模组。如前所述，每一个MIMO天线模组130都可以发辉独立收发波峰束信号的功能。而如图1B所示，容置于容置槽120内的MIMO天线模组130是2*2通道(channel)，即具有四个通道，包括二个接收单元135以及二个传输单元140。MIMO天线模组130的通道数量，系取决于MIMO天线模组130所使用的晶片。MIMO天线模组130所使用的晶片可以设置于如前所述天线结构100的线路中，为了简单说明的目的而未绘示于图上。而在一些实施方式中，MIMO天线模组可以具有其他的通道数量，例如4*4通道、8*8通道的MIMO天线模组。
请参照图2。图2根据本申请的另一实施方式绘示天线结构100’的示意图。在图2中，天线结构100’的曲面基座110’具有半圆弧球面115’，相似地，MIMO天线模组130容置于容置槽120内。相较于图1A的天线结构100，图2的天线结构100’涵盖较小角度的范围，而仍然于较小角度的范围下发挥接收不同方向信号的功能。而在一些实施方式中，曲面基座也可以具有其他类型的凸曲面，以便于接收来自不同方向、具指向性的波峰束信号。
请参照图3。图3绘示本申请的天线结构100的MIMO天线模组130调整距离与角度的示意图。如图3所绘示，在一些实施方式中，天线结构100还具有连杆150，而MIMO天线模组130系通过连杆150而与球面115可移动地连接。而当天线结构100自外部接收波峰束信号，若欲传输回馈信号时，则连杆150便能够发挥功用。
在外部接收波峰束信号举例来说，在5G的时代下，手机200发送信号300，要求天线结构100传输回馈信号。更具体的说，天线结构100可以是网路基地台的一部分，而手机200要求回馈网路资讯。
在一些实施方式中，连杆150具有伸缩杆155。伸缩杆155的功用，在于调整MIMO天线模组130与信号来源的距离。而如图3所示，通过伸缩杆155，MIMO天线模组130能够自容置槽120移动出来，并沿方向D1微调距离。
而在一些实施方式中，连杆150还具有活动关节160，MIMO天线模组130通过活动关节160而与伸缩杆155连接。活动关节160举例来说，如图3所示，为一个枢轴，使得MIMO天线模组130能够在方向D2具有180度的枢转自由度。
而在一些实施方式中，如在本实施方式中，天线结构100更包括处理器190(请参照图1A)。如前所述，处理器190通过线路连接天线结构100上的多个MIMO天线模组130。在天线结构100上的多个MIMO天线模组130接收信号300后，处理器190能够分析信号300的定位性。定位性包括信号300的来源，以及其波峰束信号的指向性。如此一来，处理器190便能选定其中的一个MIMO天线模组130来传输回馈信号。
进一步地，处理器190可以进一步与连杆150做连接，以进一步控制MIMO天线模组130与信号来源(例如手机200)之间的角度与距离。连杆150例如可以包括由处理器控制调整的机械结构。机械结构例如是马达。
为具体说明图3之天线结构100如何接收并回馈波峰束信号，图4根据本申请的一实施方式绘示天线结构100的运作方法400的流程图。请同时参照图3与图4，以进一步说明本申请一实施方式的天线结构100的运作。
请参照图4。在流程405中，天线结构100接收来自外部的波峰束资讯传输要求。举例来说，如图3所示，外部的手机200向天线结构100传送信号300，要求传输波峰束资讯。而应理解到，在后续5G的时代，当大众使用5G的通讯装置，则信号300应也是毫米波的波峰束信号，也具有指向性。而由于天线结构100具有均匀设置于球面115上的多个MIMO天线模组，即使波峰束资讯传输要求可能具有指向性，也不需额外移动天线结构100就可接收到信号，利于后续资讯传输要求的定位性分析。
延续流程405，流程410侦测资讯传输要求的定位性。天线结构100上的多个MIMO天线模组130会接收到信号300，但由于信号300具有指向性，球面115上不同位置的MIMO天线模组130会收到不同强度的信号300。如此一来，连接MIMO天线模组130的处理器190将可以依此侦测并分析信号300的定位性。延续流程410，在流程415中，通过侦测并分析资讯传输要求(即信号300)的定位性结果，将可确认与资讯传输要求具较佳定位性的MIMO天线模组130。
在流程415举例来说，通过分析信号300的定位性，可以获得信号300的来源(即手机200)的位置。
延续流程415，流程420通知选定的MIMO天线模组130的机械结构，依照处理器190所分析得出的最佳波峰束资讯传输角度，调整角度与延伸长度，以达到最佳定位。具体而言，即通过天线结构100的连杆150，进一步调整MIMO天线模组130的位置。如图3所示，通过调整伸缩杆155，调整MIMO天线模组130与信号300的来源(即手机200)的距离，并通过活动关节160调整MIMO天线模组130面向的角度。
延续流程420，流程425分析与信号300的来源具最佳定位性的MIMO天线模组130的波峰束资料传输率，藉以调整波峰束信号的传输功率。具体而言，如图3所示的情况，在MIMO天线模组130完成定位与面向角度后，处理器190将可调整MIMO天线模组130对手机200的最佳传输功率，随后向手机200传输回馈信号。在一些实施方式中，MIMO天线模组还可以动态地调整传输功率。
在流程430中，天线结构100可以进一步结合网路加速卡、网路切片技术来暂存或是接受信号资讯，以利同时多笔MIMO资料传送需求。如此一来，将有利多使用者同时间进行多笔毫米波MIMO资讯传递时的即时资料暂存，加速信号传输速度。
流程435确认波峰束资料的传输是否完成。若否，则回到前一流程430，继续资料的传输。若以完成资料传书，则进行至流程440，复原进行波峰束资料传输的MIMO天线模组130至球面115上的原始位置。
综上所述，本申请的天线结构具有凸曲面，凸曲面例如是球面。通过将多个独立的MIMO天线模组设置于凸曲面上，天线结构将可接收不同指向性的毫米波波峰束信号。当接收的信号为要求传输资料的要求，天线结构并可通过整合并分析不同MIMO天线模组的信号接收结果，选定一适当的MIMO天线模组，向传输资料要求的来源以一最合适的传输条件与传输功率，传输回馈讯息。如此一来，本申请的天线结构将有利于优化传输效率至最佳化，以利使用者资料传输速度加速，缩短传输时间，优化整体传输效率，改善指向性不好的资料传输率不佳、下降问题。
虽然本申请已以实施方式申请如上，然其并非用以限定本申请，任何本领域具通常知识者，在不脱离本申请的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本申请的保护范围当视后附的权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种天线结构，用以接收一毫米波信号，其特征在于，所述天线结构包含：
一曲面基座，具有一凸曲面；以及
复数个多输入多输出MIMO天线模组，均匀且可移动地设置于所述凸曲面上，其中每一所述复数个MIMO天线模组都具有复数个接收单元线与传输单元，以独立地接收所述毫米波信号；以及
复数个连杆，其中每一所述复数个连杆连接对应的所述MIMO天线至所述曲面基座的所述凸曲面，每一所述复数个连杆都包含连接至所述凸曲面的一伸缩杆，以调整对应的所述MIMO天线模组与所述毫米波信号的来源的距离。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，其中所述曲面基座的所述凸曲面包含一球面或是一半圆弧球面。
3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，其中每一所述复数个连杆都更包含：
一活动关节，其中对应的所述MIMO天线模组通过所述活动关节连接至所述伸缩杆，以调整对应的所述MIMO天线模组与所述毫米波信号的来源的角度。
4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，其中所述复数个MIMO天线模组的形状是蜂巢状。
5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，其中所述凸曲面上具有复数个容置槽，所述复数个容置槽是配置以容纳所述复数个MIMO天线模组。
6.如权利要求5所述的天线结构，其特征在于，其中所述复数个容置槽的形状是蜂巢状。
7.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，更包含连接所述复数个MIMO天线模组的一处理器，所述处理器用以分析所述毫米波信号的定位性，以选定所述复数个MIMO天线模组其中之一来传输一回馈信号。
8.一种天线结构的运作方法，其特征在于，包含：
提供一天线结构，所述天线结构包括具有一凸曲面的一曲面基座以及可移动地设置于所述凸曲面上的复数个多输入多输出MIMO天线模组；
所述天线结构接收一信号传输要求；
侦测所述信号传输要求的定位性；
自所述复数个MIMO天线模组中选定与所述信号传输要求的来源具较佳定位性的一MIMO天线模组；
选定的所述MIMO天线模组向所述信号传输要求的来源传输一回馈信号；以及
复原选定的所述MIMO天线模组至原始位置。
9.如权利要求8所述的天线结构的运作方法，其特征在于，更包含：
根据所述信号传输要求的定位性调整选定的所述MIMO天线模组的位置以及传输功率。
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