TWI482360B - 行動裝置 - Google Patents

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TWI482360B
TWI482360B TW101117714A TW101117714A TWI482360B TW I482360 B TWI482360 B TW I482360B TW 101117714 A TW101117714 A TW 101117714A TW 101117714 A TW101117714 A TW 101117714A TW I482360 B TWI482360 B TW I482360B
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Wei Shin Tung
Wan Ming Chen
Hsin Chia Lu
Yi Long Chang
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • HELECTRICITY
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    • H01Q13/10Resonant slot antennas
    • H01Q13/18Resonant slot antennas the slot being backed by, or formed in boundary wall of, a resonant cavity ; Open cavity antennas

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Description

行動裝置
本發明係關於一種行動裝置,特別係關於可改善天線陣列中複數個天線之間的隔離度(Isolation)之行動裝置,同時又可改善行動裝置傳送高解析度之影像/影音資料至其他顯示裝置介面之速度。
隨著行動技術的進步,行動裝置中的相機及錄影機可取得高解析度之影像或影片。一些高階的行動裝置使用高解析多媒體介面(High-Definition Multimedia Interface,HDMI)纜線做為傳送高解析度之影像/影音資料至其他顯示裝置之介面。然而,對於一般大眾而言,無線傳輸更具便利性,特別是60GHz頻帶可提供足夠的頻寬來傳送高品質之影像資料。
在傳統技術中,用於傳送資料的天線陣列(Antenna Array)通常佔用行動裝置許多空間,且多個天線之間的耦合情況非常嚴重,傳輸速度又不佳。這將降低行動裝置之通訊品質。
在一實施例中,本發明提供一種行動裝置,至少包括:一介質基板;一天線陣列,包括:一第一天線;一第二天線;以及一第三天線,位於該第一天線和該第二天線之間, 用以減少該第一天線和該第二天線之間的耦合,其中,該第一天線、該第二天線,以及該第三天線皆內嵌於該介質基板中,並大致排成一直線;以及其中,該第一天線和該第二天線分別為一傳送天線且該第三天線為一接收天線,或者是該第一天線和該第二天線分別為該接收天線且該第三天線為該傳送天線;以及一收發器,耦接至該天線陣列,用以傳送或接收一信號。
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置100之立體圖。行動裝置100可以是智慧型手機、平板電腦,或是筆記型電腦。如第1A圖所示,行動裝置100至少包括:介質基板110、天線陣列130,以及收發機(Transceiver)170。本技術領域人士應能理解,即使未顯示於第1A圖中,行動裝置100更可包括處理器、顯示模組、觸控模組、輸入模組,或是其它電子元件。在一些實施例中,介質基板110可以是一FR4基板或一低溫共燒多層陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC)基板,而收發器170可以是一收發晶片,其設置於介質基板110之上。收發器170係電性耦接至天線陣列130以傳送或接收一信號。
天線陣列130係靠近介質基板110之一側邊緣112處,用以產生端射(End-Fire)輻射,例如:大致朝向第1A圖中的X方向。在一實施例中,收發器170可用以調整天線陣列130之主波束(Main Beam)朝向一特定方向,其中該 特定方向係可為其他顯示裝置(例如顯示器,電視,投影裝置,行動裝置)介面之接收端方向。天線陣列130可包括用於傳送信號之一或複數個傳送天線AT,以及用於接收信號之一或複數個接收天線AR。由於這些傳送天線AT和接收天線AR係交錯地排列(Interleave),將能改善傳送天線AT之間的隔離度或(且)接收天線AR之間的隔離度。另外,天線陣列130的所有傳送天線AT和接收天線AR皆內嵌於介質基板110當中,因此介質基板110的表面具有足夠的空間以容納其他元件,例如:收發晶片。在一實施例中,這些接收天線AR或(且)傳送天線AT可以是槽孔天線(Slot antenna)、單極天線(Monopole Antenna)、偶極天線(Dipole Antenna),或是八木天線(Yagi Antenna)。
第1B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置190之立體圖。如第1B圖所示,行動裝置190更包括另一天線陣列150,其靠近介質基板110之另一側邊緣114處以產生端射輻射,該邊緣114係大致垂直於邊緣112。在本實施例中,天線陣列130之主波束大致朝向X方向,而天線陣列150之主波束大致朝向Y方向。相似地,收發器170可用以依據其他顯示裝置介面之接收端所在方向,分別動態地調整天線陣列130、150之主波束於此特定方向。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線陣列130(或150)之示意圖。如第2圖所示,天線陣列130(或150)至少包括三支天線131、132、133。天線133係位於天線 131、132之間以減少天線131、132之間的耦合。值得注意的是,臨近的二天線必為不同種類的天線以改善隔離度。在一實施例中,天線131、132分別為一傳送天線AT,而天線133為一接收天線AR;在另一實施例中,天線131、132分別為一接收天線AR,而天線133為一傳送天線AT。值得注意的是,由於天線131、132為同種類之天線,故可藉由收發器170本身所具有之切換與調整功能,輔以分別改變天線131、132所輻射之輸入相位或能量,達成波束合成之功效,動態地調整天線陣列130、150之主波束之輻射方向。因此,其他顯示裝置介面可獲得最佳之傳輸接收品質,並提升無線傳輸之效率。在本發明較佳實施例中,天線131、132、133皆內嵌於介質基板110中,並大致排成一直線。天線131和天線132之間的距離D12約為天線陣列130之一中心操作頻率之二分之一波長(λ/2)。在另一實施例中,天線131和天線133之間的距離D13大約等於天線132和天線133之間的距離D23。天線陣列130(或150)亦可包括更多傳送天線AT和接收天線AR,如第1A圖所示。
第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之槽孔天線300之立體圖。第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之槽孔天線300之俯視圖。在較佳實施例中,天線陣列130(或150)中的每一個接收天線AR可以是內嵌於介質基板110之一槽孔天線300。如第3A、3B圖所示,槽孔天線300包括:接地結構310、饋入件320,以及腔室(Cavity)結構 350。接地結構310、饋入件320,以及腔室結構350皆可用金屬製成,例如:鋁或銅。接地結構310本質上為一平面,並具有一槽孔315,其中接地結構310與槽孔315係平行。饋入件320係電性耦接到一信號源390,並延伸跨越接地結構310之槽孔315以激發槽孔天線300。腔室結構350本質上為一中空金屬外殼,並電性耦接至接地結構310,其中腔室結構350之開口側351係朝向接地結構310之槽孔315。腔室結構350係用以反射電磁波並提高槽孔天線300的增益。在其他實施例中,腔室結構350亦可由槽孔天線300中移除。在本發明較佳實施例中,介質基板110為一低溫共燒多層陶瓷基板,其包括複數金屬層(Metal Layer)ML和複數穿透件(Via)VA,而接地結構310和腔室結構350皆由該等金屬層ML和該等穿透件VA之一部分所形成。該等穿透件VA係電性耦接於該等金屬層ML之間。為了避免電磁波外漏(Leakage Wave),兩相鄰之穿透件VA之間距應小於天線陣列130之一中心操作頻率之八分之一波長(λ/8)。饋入件320更可穿過上層金屬層ML之一圓孔MLH而延伸至腔室結構350之內部。在一實施例中,饋入件320包括一微帶線(Microstrip Line)或一帶狀線(Stripline)。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之槽孔天線300之返回損失(Return Loss)圖,其中縱軸代表返回損失(單位:dB),而橫軸代表操作頻率(單位:GHz)。如第4圖所示,槽孔天線300係激發產生一頻帶FB1,其約介於57GHz 和66GHz之間。因此,槽孔天線300可涵蓋60GHz頻帶。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之單極天線500之立體圖。第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之單極天線500之俯視圖。在較佳實施例中,天線陣列130(或150)中的每一個傳送天線AT可以是內嵌於介質基板110之一單極天線500,且傳送天線AT係以垂直於介質基板110之一方向(例如是X方向)延伸。如第5A、5B圖所示,單極天線500包括:接地結構510、主輻射件520、饋入件530,以及反射結構550。接地結構510、主輻射件520、饋入件530,以及反射結構550皆可用金屬製成,例如:鋁或銅。接地結構510本質上為一平面,並具有一小孔515。主輻射件520之一端525垂直地延伸穿過接地結構510之小孔515。在一實施例中,主輻射件520可包括兩個次輻射件:I字形之一次輻射件521,以及J字形之另一次輻射件522,其中I字形之次輻射件521係穿過接地結構510之小孔515,而J字形之次輻射件522係電性耦接至I字形之次輻射件521之一端。在其他實施例中,主輻射件520亦可為其他形狀,例如:I字形、C字形,或是Z字形。饋入件530係電性耦接至主輻射件520之一端525,並電性耦接至一信號源590。在一實施例中,饋入件530包括一方形同軸電纜(Rectangular Coaxial Cable),其大致和接地結構510平行,並大致和主輻射件520垂直。反射結構550本質上為一平面,它電性耦接至接地結構510,並大致和接地結構510垂直。反射結構550係靠近主輻射件520, 用以反射電磁波並調整單極天線500之輻射場型。在其他實施例中,反射結構550亦可由單極天線500中移除。相似地,在本發明較佳實施例中,介質基板110為一低溫共燒多層陶瓷基板,其包括複數金屬層和複數穿透件。雖然未圖示於第5A、5B圖中,接地結構510和反射結構550亦可由該等金屬層和該等穿透件之一部分所形成。值得注意的是,若槽孔天線300和單極天線500相鄰接,第3A圖之接地結構310將電性耦接至第5A圖之接地結構510。
第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之單極天線500之返回損失圖,其中縱軸代表返回損失(單位:dB),而橫軸代表操作頻率(單位:GHz)。如第6圖所示,單極天線500係激發產生一頻帶FB2,其約介於57GHz和66GHz之間。因此,單極天線500可涵蓋60GHz頻帶。根據第4、6圖可知,天線陣列130(或150)可涵蓋一陣列頻帶,其約介於57GHz和66GHz之間。
第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置700之示意圖。如第7圖所示,行動裝置700的收發器170可包括一傳送接收切換器(Transmission and Reception Switch,TR Switch)172和一調整器174。傳送接收切換器172係用以將傳送天線AT和接收天線AR之功能互換。換言之,傳送天線AT可用以接收信號,而接收天線AR可用以傳送信號。調整器174係用以動態地調整天線陣列130之主波束朝向一特定方向(例如其他顯示裝置介面之接收端方向)。傳送接收切換器172和調整器174皆可為一收發 晶片之一部分電路。在其他實施例中,傳送接收切換器172亦可獨立於收發器170之外。
第8圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置800之示意圖。如第8圖所示,行動裝置800更包括另一天線陣列820,其設置於介質基板110之一表面之上,並電性耦接至收發器170。在本實施例中,天線陣列130之主波束大致朝向X方向,而天線陣列820之主波束大致朝向Z方向,其垂直於X方向。相似地,天線陣列820亦可包括一或複數個傳送天線或接收天線,例如:平板天線(Patch Antenna)。
關於元件參數,在本發明一實施例中,介質基板110可為一低溫共燒多層陶瓷基板。介質基板110之厚度約為1.45mm,而介質基板110之介電常數約為7.5。以上參數可根據所需頻帶進行調整。
本發明之行動裝置及其天線陣列有以下優點:(1)天線陣列內嵌於行動裝置之介質基板中,可節省設計空間;(2)天線陣列中接收天線和傳送天線交錯排列,可減少交互耦合並減少天線陣列之總長度;(3)天線陣列靠近於介質基板之邊緣,可產生水平方向之端射輻射;以及(4)天線陣列之主波束方向容易調整。
本發明雖以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明的範圍,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可做些許的更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、190、700、800‧‧‧行動裝置
110‧‧‧介質基板
112、114‧‧‧介質基板之邊緣
130、150、820‧‧‧天線陣列
131、132、133‧‧‧天線
170‧‧‧收發器
172‧‧‧傳送接收切換器
174‧‧‧調整器
300‧‧‧槽孔天線
310、510‧‧‧接地結構
315‧‧‧槽孔
320、530‧‧‧饋入件
350‧‧‧腔室結構
351‧‧‧腔室結構之開口側
390、590‧‧‧信號源
500‧‧‧單極天線
515‧‧‧接地結構之小孔
520‧‧‧主輻射件
521、522‧‧‧次輻射件
525‧‧‧主輻射件之一端
AT‧‧‧傳送天線
AR‧‧‧接收天線
D12、D13、D23‧‧‧距離
FB1、FB2‧‧‧頻帶
ML‧‧‧金屬層
MLH‧‧‧金屬層之圓孔
VA‧‧‧穿透件
X、Y、Z‧‧‧方向
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之立體圖;第1B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之立體圖;第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線陣列之示意圖;第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之槽孔天線之立體圖;第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之槽孔天線之俯視圖;第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之槽孔天線之返回損失圖;第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之單極天線之立體圖;第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之單極天線之俯視圖;第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之單極天線之返回損失圖;第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之示意圖;第8圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置之示意圖。
100‧‧‧行動裝置
110‧‧‧介質基板
112‧‧‧介質基板之邊緣
130‧‧‧天線陣列
170‧‧‧收發器
AT‧‧‧傳送天線
AR‧‧‧接收天線
X、Y、Z‧‧‧方向

Claims (21)

  1. 一種行動裝置,至少包括:一介質基板;一天線陣列,包括:一第一天線;一第二天線;以及一第三天線,位於該第一天線和該第二天線之間,用以減少該第一天線和該第二天線之間的耦合,其中,該第一天線、該第二天線,以及該第三天線皆內嵌於該介質基板中,並大致排成一直線;以及其中,該第一天線和該第二天線分別為一傳送天線且該第三天線為一接收天線,或者是該第一天線和該第二天線分別為該接收天線且該第三天線為該傳送天線;其中,該第一天線和該第二天線用以傳送或接收一相同頻帶信號以形成一合成波束;以及一收發器,耦接至該天線陣列,用以傳送或接收該相同頻帶信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置,其中該介質基板為一低溫共燒多層陶瓷基板或一FR4基板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置,其中該第一天線和該第二天線之間的距離約為該天線陣列之一中心操作頻率之二分之一波長。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置,其中該天線陣列係靠近該介質基板之一側邊緣處,用以產生端射輻射。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置,其中該接收天線為一槽孔天線。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之行動裝置,其中該槽孔天線包括:一第一接地結構,具有一槽孔;以及一第一饋入件,耦接到一信號源,並延伸跨越該第一接地結構之該槽孔。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之行動裝置,其中該槽孔天線更包括:一腔室結構,耦接至該第一接地結構,其中該腔室結構之一開口側係朝向該第一接地結構之該槽孔。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之行動裝置,其中該介質基板包括複數金屬層和複數穿透件,而該第一接地結構和該腔室結構皆由該等金屬層和該等穿透件所形成。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之行動裝置,其中該第一饋入件延伸至該腔室結構之內部。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置,其中該傳送天線為一單極天線。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之行動裝置,其中該單極天線包括:一第二接地結構,具有一小孔; 一主輻射件,其中該主輻射件之一端垂直地延伸穿過該第二接地結構之該小孔;以及一第二饋入件,耦接至該主輻射件之該端,並耦接至一信號源。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之行動裝置,其中該主輻射件包括:一第一次輻射件,穿過該第二接地結構之該小孔;以及一第二次輻射件,耦接至該第一次輻射件。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之行動裝置,其中該單極天線更包括:一反射結構,靠近該主輻射件,並耦接至該第二接地結構,且大致和該第二接地結構垂直。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之行動裝置,其中該介質基板包括複數金屬層和複數穿透件,而該第二接地結構和該反射結構皆由該等金屬層和該等穿透件所形成。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之行動裝置,其中該第二饋入件包括一方形同軸電纜,該方形同軸電纜大致和該第二接地結構平行,並大致和該主輻射件垂直。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置,其中該天線陣列涵蓋一陣列頻帶,該陣列頻帶約介於57GHz和66GHz之間。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置,其中該收發器更用以動態地調整該天線陣列之主波束朝向一特定 方向。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之行動裝置,更包括:一傳送接收切換器,用以將該傳送天線和該接收天線之功能互換。
  19. 如申請專利範圍第4項所述之行動裝置,其中該天線陣列為一第一天線陣列,而該行動裝置更包括:一第二天線陣列,耦接至該收發器,其中該第一天線陣列之主波束大致朝向一第一方向,而該第二天線陣列之主波束大致朝向垂直於該第一方向之一第二方向。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之行動裝置,其中該第二天線陣列係設置於該介質基板之一表面上。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之行動裝置,其中該第二天線陣列係設置於靠近該介質基板之另一側邊緣處,用以產生端射輻射。
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