CN117293566A - 天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种天线装置,其包括衬底和阵列排列的多个天线元件。衬底具有控制电路,控制电路定义更新时间,其中,N表示更新率,N个更新时间为1秒。这些天线元件设置于衬底,并且电连接控制电路;这些天线元件在各更新时间(1/N秒)中共同定义一个成形波束,该成形波束定义信号,该信号包含不小于10GHz的载波频率和与卫星沟通的特征信息;其中,连续M个这些成形波束中,包含两种或两种以上的该特征信息;M为不大于20的整数。

Description

天线装置
技术领域
本发明涉及一种装置,特别涉及一种具有定位更准确、数据传输速率更快优点的天线装置。
背景技术
随着通信科技的精进,通信技术在科技产品的应用上也日益增加,使得相关的通信产品日趋多样化。尤其,近年来消费者对通信产品的功能要求越来越高,所以许多具有不同设计和功能的通信产品不断的被提出,具有无线通信的电子产品更是近来热门的趋势,再加上集成电路的技术日益成熟,使得产品的体积也逐渐倾向轻薄短小。
在通信产品中,具有无线通信的电子设备所使用的天线必须具有体积小、性能佳和成本低等特点,方能得到市场的广泛接受与肯定。在众多天线中,相位阵列天线采用电动转向机制,相较于传统机械转向天线具有诸多优点,例如高度低/体积小、更好的长期可靠性、快速转向、多波束等。凭借这些优势,相位阵列天线已经被军事应用、卫星通信和包括车联网在内的5G电信等应用中得到广泛运用。
相位阵列天线是组装在一起的天线元件的集合,每个天线元件的辐射图均在结构上与相邻天线的辐射图组合形成称为主瓣的有效辐射图。主瓣在期望位置发射辐射能量,而根据设计,天线负责破坏性地干扰无用方向上的信号,形成无效信号和旁瓣。天线阵列设计用于最大化主瓣辐射的能量,同时将旁瓣辐射的能量降低到可接受的水平,而且可以透过改变馈入每个天线元件的信号的相位来操纵辐射方向,以追踪卫星发射或接收信号。
发明内容
本发明的目的为提供一种天线装置,具有定位更准确、数据传输速率更快的优点。
为达上述目的,依据本发明的一种天线装置,其包括衬底和阵列排列的多个天线元件。衬底具有控制电路,控制电路定义更新时间,其中,N表示更新率,N个更新时间为1秒。这些天线元件设置于衬底,并且电连接控制电路;这些天线元件在各更新时间中共同定义一个成形波束,该成形波束定义信号,该信号定义不小于10GHz的载波频率和与卫星沟通的特征信息;其中,连续M个这些成形波束中,包含两种或两种以上的特征信息;M为不大于20的整数。
在一个实施例中,连续M个这些成形波束中,包含多个特征信息;M为小于20的整数。
在一个实施例中,M不大于10。
在一个实施例中,更新率N为30Hz的倍数。
在一个实施例中,载波频率不大于60GHz。
在一个实施例中,载波频率不大于30GHz。
在一个实施例中,天线装置进一步包括多个电路单元,该多个电路单元与这些天线元件呈一对一或一对多的对应关系。
在一个实施例中,各电路单元包括至少一个电路或电子元件,该电路或电子元件至少包括功率放大电路、低噪声放大电路、可变电容、被动元件、高频元件、或其组合。
在一个实施例中,控制电路进一步包括记忆单元,其储存特征信息。
在一个实施例中,这些天线元件为二维阵列排列的相位阵列天线。
在一个实施例中,这些天线元件于各更新时间中所形成的成形波束只与单一个卫星进行通讯。
在一个实施例中,其为主动矩阵式天线装置或被动矩阵式天线装置。
综上所述,在本发明的天线装置中,通过阵列排列的这些天线元件在各更新时间中共同定义一个成形波束;该成形波束定义信号,该信号定义不小于10GHz的载波频率和与卫星沟通的特征信息;以及,连续M个这些成形波束中,包含两种或两种以上的该特征信息;M为不大于20的整数的设计,使本发明的天线装置可以在不同的更新时间中分别追踪不同的卫星,在多个更新时间中追踪多个卫星,因此具有定位更准确、数据传输速率更快的优点。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的天线装置的功能方块示意图。
图2为本发明的一个实施例的天线装置的辐射示意图。
图3A至图3C分别为本发明的一个实施例的天线装置在不同更新时间追踪不同卫星的示意图。
图4为本发明的另一个实施例的天线装置的功能方块示意图。
具体实施方式
以下将参照相关附图,说明根据本发明实施例的天线装置,其中相同的元件将以相同的附图标记加以说明。以下实施例描绘的附图只是示意元件或单元之间的相对关系,不代表元件或单元的真实尺寸或比例。
本发明的天线装置可为主动矩阵式(Active Matrix,AM)或被动矩阵式(PassiveMatrix,PM)天线装置,并不限制。以下实施例的天线装置是以相位阵列天线(Phased ArrayAntenna)装置为例。
图1为本发明的一个实施例的天线装置的功能方块示意图,图2为本发明的一个实施例的天线装置的辐射示意图,图3A至图3B分别为本发明的一个实施例的天线装置在不同更新时间追踪不同卫星的示意图,而图4为本发明的另一个实施例的天线装置的功能方块图。
请先参考图1和图2,本实施例的天线装置1包括衬底11和多个天线元件13。
衬底11定义有第一表面S1和与第一表面S1相反的第二表面S2。衬底11可为单层衬底、多层衬底或多个异质衬底的结合;衬底11可为硬性板(刚性衬底结构)、柔性板(软性衬底)或软硬结合板,例如可为玻璃衬底、聚四氟乙烯(PTFE)衬底、陶瓷衬底、聚酰亚胺(PI)衬底或是至少包括前述材料的复合材质所结合的衬底。在一些实施例中,衬底11可定义厚度,该厚度可大于或等于0.01毫米(mm)且小于或等于1.1mm(0.01mm≤衬底11的厚度≤1.1mm),厚度的选择例如可为0.01mm、0.5mm、1.1mm或其他尺寸。
衬底11具有控制电路12,控制电路12可定义更新时间(1/N秒),其中,N表示更新率(frame rate),N个更新时间为1秒。另外,这些天线元件13阵列排列在衬底11的第一表面S1上,并且电连接控制电路12。在本文中,这些天线元件13例如以二维阵列排列的相位阵列天线为例。具体来说,控制电路12可以在1秒中传送N次的电信号至这些天线元件13(每次的更新时间为1/N秒),而这些天线元件13可根据每一次传送的电信号发射出对应的(射频)信号给卫星,以将数据传至卫星;而由卫星传送的信号也可由这些天线元件13所接收,再回传至控制电路12。在一些实施例中,更新率N为大于0的正整数,并可为30Hz的倍数,例如但不限于为30Hz、60Hz、90Hz、120Hz、180Hz、240Hz、…。举例来说,当更新率N等于60Hz,则控制电路12可以在1秒中传送60次的电信号至这些天线元件13(每次的更新时间为1/60秒),而这些天线元件13可根据该电信号在各1/60秒内发射出对应的射频信号给卫星,以与卫星进行通信。
请参考图2,这些天线元件13可在各更新时间(1/N秒)中共同定义一个成形波束(Beamforming)L,成形波束L可定义信号,该信号包含不小于10GHz的载波频率和与卫星沟通的特征信息;其中,连续M个这些成形波束L中,包含有两种或两种以上的特征信息,由此辨识出不同卫星;在一些实施例中,M为不大于(小于或等于)20的正整数。具体来说,控制电路12在每一个更新时间(1/N秒)中可以控制每一根天线元件13的辐射信号的相位,使得这些天线元件13具有的多个辐射信号在某些方向波幅相长干涉,在另一些方向则形成相消干涉,进而在每一个更新时间(1/N秒)中共同形成指向某一个方向(某一角度)的成形波束L;因此,一个更新时间(1/N秒)中,所有的天线元件13所形成的成形波束L只与其中一颗卫星进行通信。而且,在小于或等于20个连续的成形波束中L(即,在小于或等于20个连续的更新时间(1/N秒)中)可以包含有两种或两种以上的特征信息,通过这两种或两种以上的特征信息可辨识出两个或两个以上的不同卫星。此外,同样连续M个这些成形波束中,可包含多个该特征信息;M也可为小于20的整数。在一些实施例中,M可为不大于10的正整数。在一些实施例中,该载波频率不大于60GHz(也即10GHz≦该载波频率≦60GHz)。在一些实施例中,该载波频率不大于30GHz(也即10GHz≦该载波频率≦30GHz)。在一些实施例中,该载波频率例如但不限于为12GHz或28.8GHz。
为了清楚说明,图3A至图3C的实施例是以3个连续成形波束L1、L2、L包含有三种特征信息,以于不同但连续的更新时间分别追踪3个卫星2a、2b、2c为例。天线装置1的这些天线元件13在第一个更新时间(1/N秒)中可形成例如第一个成形波束L1,这些天线元件13在第二个更新时间(1/N秒)中可形成例如第二个成形波束L2,这些天线元件13在第三个更新时间(1/N秒)中可形成例如第三个成形波束L3,以此类推。各成形波束L1、L2、L3可具有不同的角度,其可包含不同的特征信息以追踪不同的卫星。其中,各成形波束L1、L2、L3所定义的各信号分别为射频信号,该射频信号具有大于或等于10GHz的载波频率(载波信号用以承载要传送的信息)。另外,为了可与特定的卫星进行沟通,每一个卫星2a、2b、2c都具有特定且不同于其他卫星的特征信息,因此,当卫星2a、2b或2c接收到该射频信号时,就可根据该特征信息来区别天线装置1是否要与其通信。
举例来说,卫星2a的特征信息例如为第一特征信息,卫星2b的特征信息例如为第二特征信息,卫星2c的特征信息例如为第三特征信息。在天线装置1对天空所包含的这些卫星2a、2b、2c扫描过一轮后,可辨识出对应这些卫星2a、2b、2c的第一特征信息、第二特征信息、第三特征信息,且这些卫星2a、2b、2c与天线装置1之间可以建立起追踪关系,也即这些卫星2a、2b、2c判断可与天线装置1进行通信;在天线装置1取得第一特征信息、第二特征信息、第三特征信息后,天线装置1可判断这些卫星2a、2b、2c的动作路径,并可计算出这些天线元件13对应下一个或此后多个更新时间的相位信息。由于天线装置1在追踪卫星之前已取得多个卫星的特征信息,因此可省略切换不同卫星之间须重新扫描天空且辨识特定卫星的步骤,而上述被省略的步骤为连续多个更新时间(1/N秒),通常大于20个更新时间(1/N秒);换句话说,天线装置1可以至少在连续M个更新时间(1/N秒)内,对两个或两个以上的卫星进行追踪及切换。可以理解的是,这些卫星2a、2b、2c的动作路径可以是不同的,例如这些卫星2a、2b、2c的移动方向(如图3A中的D1、D2、D3)和路径在笛卡儿座标系中沿着至少一个坐标轴上的动作路径分别彼此不平行。
在一些实施例中,以更新率N等于60Hz为例,天线装置1在第一个1/60秒内可通过例如第一特征信息追踪卫星2a而与其进行通信,天线装置1在第二个1/60秒内可通过例如第二特征信息追踪卫星2b而与其进行通信,天线装置1在第三个1/60秒内可通过例如第三特征信息追踪卫星2c而与其进行通信,天线装置1在第四个1/60秒内可通过例如第一特征信息追踪卫星2a而与其进行通信,天线装置1在第五个1/60秒内可通过例如第二特征信息追踪卫星2b而与其进行通信、…,以此类推。上述是以追踪3个卫星为例,然而并不以此作为限制,在不同的实施例中,天线装置1可以在多个更新时间中,以连续多个成形波束L所包含的多种特征信息来追踪不同的卫星。因此,本实施例的天线装置1可以在不同的更新时间中追踪不同的卫星,在多个更新时间中追踪多个卫星,因此具有定位更准确、数据传输速率更快的优点。
请参考图4,本实施例的天线装置1a与天线装置1主要的不同在于,除了衬底11、控制电路12和天线元件13之外,天线装置1a可进一步包括多个电路单元14,这些电路单元14可设置在衬底11的第一表面S1或第二表面S2上。其中,天线装置1a的这些电路单元14与这些天线元件13可呈一对一或一对多的对应关系。本实施例是以各电路单元14与各天线元件13呈一对一对应设置为例。因此,控制电路12可输出电信号通过各电路单元14驱动对应的各天线元件13发射射频信号。
在一些实施例中,各电路单元14可包括至少一个电子元件,而电子元件可包括功率放大电路(Power Amplifier,PA)、低噪声放大电路(Low Noise Amplifier,LNA)、可变电容(例如varactor)或被动元件或其任意组合。在一些实施例中,一个或多个电子元件可为高频元件。在此,“高频”可定义为3MHz到几百GHz之间的频率范围;在一些实施例中,电子元件可包括但不限于以砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)等材料或其组合所制成的功率放大电路和/或低噪声放大电路;在一些实施例中,一个或多个电子元件可为被动元件,例如可包括电阻-电感-电容(RLC)电路;在一些实施例中,一个或一个以上的电子元件可为覆晶式(Flip chip)元件,即表面贴装元件(SMD);在一些实施例中,一个或一个以上的电子元件可为以薄膜工艺制作的薄膜元件,例如薄膜晶体管(TFT);薄膜工艺可为低温多晶硅(LTPS)、高温多晶硅(HTPS)、低温多晶氧化物(LTPO)或铟镓锌氧化物(IGZO)等半导体工艺;在一些实施例中,一个或一个以上的电子元件可为驱动集成电路(驱动IC),例如包含硅或非硅集成电路,本发明不限制电子元件的类型或种类。
此外,本实例的控制电路12可进一步包括记忆单元,该记忆单元可储存与多个卫星沟通的多个特征信息;其中,这些特征信息中的两种或两种以上可分别由这些成形波束所包含。记忆单元可为非瞬时计算机可读取储存介质(non-transitory computerreadable storage medium),例如可包含至少一个内存、记忆卡、记忆芯片、光盘片、计算机磁带,或其任意组合。在一些实施例中,前述的内存可包含只读存储器(ROM)、快闪(Flash)内存、可程序化逻辑门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或固态硬盘(SolidState Disk,SSD)或其他形式的内存,或其组合。
综上所述,在本发明的天线装置中,通过阵列排列的这些天线元件在各更新时间(1/N秒)中共同定义一个成形波束;该成形波束定义信号,该信号定义不小于10GHz的载波频率和与卫星沟通的特征信息;以及,连续M个这些成形波束中,包含两种或两种以上的该特征信息;M为不大于20的整数的设计,使本发明的天线装置可以在不同的更新时间中分别追踪不同的卫星,在多个更新时间中追踪多个卫星,因此具有定位更准确、数据传输速率更快的优点。
以上所述仅是举例性的,而非限制性的。任何未脱离本发明的精神与范畴,而对其进行的等效修改或变更,均应包含于后附的权利要求中。

Claims (12)

1.一种天线装置,其包括:
衬底,其具有控制电路,所述控制电路定义更新时间,其中,N表示更新率,N个更新时间为1秒;和
阵列排列的多个天线元件,其设置于所述衬底,并且电连接所述控制电路;所述天线元件在各所述更新时间中共同定义一个成形波束;所述成形波束定义信号,所述信号包含不小于10GHz的载波频率和与卫星沟通的特征信息;
其中,连续M个所述成形波束中,包含两种或两种以上的所述特征信息;M为不大于20的整数。
2.根据权利要求1所述的天线装置,其中,连续M个所述成形波束中,包含多个所述特征信息;M为小于20的整数。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置,其中,M不大于10。
4.根据权利要求1所述的天线装置,其中所述更新率N为30Hz的倍数。
5.根据权利要求1所述的天线装置,其中所述载波频率不大于60GHz。
6.根据权利要求1所述的天线装置,其中所述载波频率不大于30GHz。
7.根据权利要求1所述的天线装置,进一步包括:
多个电路单元,其与所述天线元件呈一对一或一对多的对应关系。
8.根据权利要求7所述的天线装置,其中各所述电路单元包括至少一个电路或电子元件,所述电路或电子元件至少包括功率放大电路、低噪声放大电路、可变电容、被动元件、高频元件、或其组合。
9.根据权利要求1所述的天线装置,其中所述控制电路进一步包括:
记忆单元,储存所述特征信息。
10.根据权利要求1所述的天线装置,其中所述多个天线元件为二维阵列排列的相位阵列天线。
11.根据权利要求1所述的天线装置,其中所述多个天线元件于各所述更新时间中所形成的所述成形波束只与单一个卫星进行通讯。
12.根据权利要求1所述的天线装置,其为主动矩阵式天线装置或被动矩阵式天线装置。
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