TWI509879B - 手持式電子裝置與涉及可調式介電材料的天線調整方法 - Google Patents

Description

手持式電子裝置與涉及可調式介電材料的天線調整方法

本發明係關於一種電子裝置，且特別是關於一種手持式電子裝置。

手持式電子裝置，例如智慧型行動電話，包含天線以利於通訊。須注意的是，天線對環境狀況相當敏感，而天線的效率也容易被環境狀況所影響，舉例而言，當一手持式電子裝置由握持於使用者的手上改為置放於桌面時，手持式電子裝置中的天線之反射損耗即隨之改變。

手持式電子裝置與涉及可調式介電材料的天線調整方法在此揭露。簡要地描述，本發明一實施例為手持式電子裝置包括：收發器用以選擇性地傳送或接收訊號；天線組件電性連接於收發器，其中天線組件包括非均向性介電材料，非均向性介電材料用以對應外加電訊號而改變其表現之介電係數；以及，介電調整系統用以自動且選擇性地提供第一訊號至天線組件，以改變非均向性介電材料的介電係數，進而更改天線組件中天線的共振頻率與效率調整操作。

本發明另一實施例為一種手持式電子裝置的天線調整方法，包括：選擇性地改變手持式電子裝置的天線組件中的非均向性介電材料的介電係數，以更改天線組件中天線 的共振頻率與效率調整操作。

透過下述的圖形以及細節描述，可使本發明的其它系統、方法、特徵以及優點更為明顯，而所有在此處所揭露的其它系統、方法、特徵以及優點，將保護於後附之申請專利範圍之中。

以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本揭示內容之精神，其中圖式並不用於限制本揭示內容之實施例範圍，且任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本揭示內容之較佳實施例後，當可由本揭示內容所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本揭示內容之精神與範圍。

第1圖係根據本發明一實施例中的手持式電子裝置所繪示的示意圖，手持式電子裝置舉例而言可為行動電話或平板電腦等。如第1圖所示，手持式電子裝置100包括收發器102、天線組件104以及介電調整系統106。天線組件104電性連接收發器102，且包括非均向性介電材料。在本實施例中，天線組件104具有基板108以及天線110，基板108的至少一部份由非均向性介電材料所形成，舉例來說，天線110可為平面倒F天線(Planar Inverted F Antenna,PIFA)、微帶(patch)天線或單極(monopole)天線，天線110位於基板108旁(例如，天線110可被基板108所支撐或天線110可被設置/塗佈於鄰近於基板108的天線載體之上)。天線110的結構可為任意形式，其中天線110的共振頻率與效率取決於其介電特性(以電場為基礎)，舉例而言，天 線110的共振頻率與效率峰值所在的頻段可藉由更改基板108的介電係數(dielectric constant)來調整。值得注意的是，在本文件中，所謂「位於基板108旁」意指天線載體或天線110本身夠接近基板108，使天線110所表現出的性能特性能隨著基板108中的非均向性介電材料之介電係數之變化而相對應改變。

基板108中的非均向性介電材料對應外加電訊號而改變其表現之介電係數。尤其，在本實施例中，非均向性介電材料的分子方向隨著外加電壓而改變。在一些實施例中，一些材料所能表現的介電係數範圍可能很小，而其它一些材料可能表現較大的介電係數範圍。關於這些材料的更多資訊，可在許多出版品中找到，例如發表於Electronics Letters,vol.44,no.20,pp.1179-1180,September 25 2008，由Liu,L.及Langley,R.J.所著之「Liquid crystal tunable microstrip patch antenna」，發表於Cognitive Radio and Software Defined Radios：Technologies and Techniques,2008 IET Seminar on,vol.,no.,pp.1-5,18-18 Sept.2008，由Lee,H.J.、Liu,L.、Ford,K.L.、以及Langley,R.J.所著之「Reconfigurable antennas and band gap materials」，以及發表於Antennas and Propagation,2009.EuCAP 2009.3rd European Conference,vol.,no.,pp.2761-2765,23-27 March 2009，由Moessinger,A.、Dieter,S.、Jakoby,R.、Menzel,W.以及Mueller,S.所著之「Reconfigurable Lcreflectarray setup and characterisation」。如上資料可做為此處之引入參考。

在操作上，收發器102選擇性地經由天線組件104傳 送與接收訊號，天線組件104表現不同的性能特性(例如，共振頻率與效率調整操作)。介電調整系統106(可用軟體、硬體或軟、硬體之組合所實現)根據一個或一個以上不同的條件準則而選擇性地提供一電壓給天線組件104(例如給基板108)以改變非均向性介電材料的介電係數。藉由改變介電係數，天線110的共振頻率與效率調整操作可被更改而使天線110對其所經驗到的當前環境狀況有更好的反應。當注意到，介電係數的調整操作並不限於使用電壓訊號，舉例而言，在一些實施例中，調整操作可透過改變電流以實現。此外，介電係數被變動的可為天線基板108的特定部份或是整個天線基板108。另外一些調整操作方法可涉及具重新配置功能之天線，此種具重新配置功能之天線可由開關、可調整集總元件及其他必要元件所構成的。

第2A圖及第2B圖為根據第1圖中的天線110之性能特性所繪示的示意圖。第2A圖顯示反射損耗(以dB為單位)與頻率的對應關係，透過在狀態一(例如，沒有外加電壓)與狀態二(例如，任意的外加電壓)下介電係數的改變，會導致反射損耗與頻率的對應關係的平移。另外，第2B圖顯示效率(dB)與頻率的對應關係，改變介電係數同樣會導致效率與頻率的對應關係的平移。值得注意的是，據了解，經由可調式電路對天線進行調整操作僅影響反射損耗，是以，改變天線組件的介電係數可維持天線的性能，藉以在適應環境狀況變化下同時維持天線效率。

第3圖為根據本發明一實施例中手持式電子裝置的天線調整方法所繪示之流程圖。如第3圖所示，天線調整方 法可由流程方塊120開始。在流程方塊120中，提供具有天線組件的手持式電子裝置。在流程方塊122中，選擇性地改變天線組件的非均向性介電材料之介電係數。如同前述，上述之介電係數的改變會更改天線組件的反射損耗與效率調整操作。同樣須注意的是，上述之調整操作可執行於天線組件所表現的介電係數範圍之中。

第4圖為根據本發明另一實施例中手持式電子裝置所繪示的示意圖，其中手持式電子裝置可為一智慧型行動電話或為一平板電腦。如第4圖所示，手持式電子裝置130包括處理裝置(處理器)132、輸入/輸出介面134、顯示器136、觸控螢幕介面138、網路/連接介面140、記憶體142、作業系統144、大量儲存裝置146以及內部資料匯流排148，上述各元件透過內部資料匯流排148彼此溝通。此外，手持式電子裝置130更包含天線組件150、環境監測系統152以及介電調整系統154。值得注意的是，上述系統及元件的位置及設置均可因應不同實施例而做變化。

處理裝置132可能包括任何客製化或商售的處理器，可包括一中央處理器(CPU)或手持式電子裝置130的數個輔助處理器之一，可包括以半導體為基礎的微處理器(以微晶片型態呈現)、巨型處理器、一或多個特殊用途積體電路(ASIC)、複數個恰當設置的數位邏輯閘以及其它包括離散元件的電子設備，其中該些離散元件可個別地，或以各種型態組合地協調系統中的所有操作。

記憶體142可能包括任何揮發性記憶體元件(例如，隨機存取記憶體，如DRAM或SRAM等)以及非揮發性記憶 體元件。一般而言，記憶體142包括原始的作業系統144、一個或多個原始的應用程式、模擬系統、讓多種作業系統及/或模擬的硬體平台所應用的模擬的應用程式、模擬的作業系統、…等。舉例而言，應用程式可包括特定軟體，此些特定軟體可包括部份或全部手持式電子裝置130的元件，而在如此的實施例中，此些元件儲存於記憶體142中並被處理裝置132所執行。

觸控螢幕介面138用以偵測顯示器136上的碰觸，並提供於螢幕上如按鈕、選單、鍵盤、軟鍵…等，以讓使用者以碰觸方式操縱使用者介面。

本領域一般技藝者當可領略，記憶體142可(且通常會)包括其它元件，為求敘述簡潔而加以省略。當注意的是，在本揭露文件中，記憶體142亦可包含一非暫態電腦可讀取媒介(non-transitory computer-readable medium)其儲存一或多個程式以待使用，或以連接指令執行系統、元件或裝置。

再次參照第4圖，網路/連接介面140包括不同的組件用以在網路環境中傳送及/或接收資料。當這些組件以應用程式的形式被實現時，一個或多個組件可能被儲存於非暫態電腦可讀取媒介中，且被處理裝置132所執行。

至於手持式電子裝置130的操作，天線組件150具有非均向性介電材料。介電調整系統154自動且選擇性地提供第一電壓至天線組件150，以將非均向性介電材料的介電係數從第一狀態改變為第二狀態。上述選擇性地提供如本實施例中之電壓至非均向性介電材料可藉由切換控制電 路或其它方式達成。而如同先前所述，如此之操作可變動共振頻率與效率調整操作。值得注意的是，介電係數的改變是相應於環境監測系統152判斷手持式電子裝置130的天線組件150的操作環境是否改變。另一方面，相關於介電調整系統154與環境監測系統152的代表性功能將於第5圖描述，其中，介電調整系統154與環境監測系統152皆可用軟體、硬體或軟、硬體的組合以實現。

若以軟體實現，則應注意在流程圖中描述的每個流程方塊都可代表一個模組、一個組件或一儲存於非暫態電腦可讀取媒介且包含程式指令的部份程式碼，用以實現一個或多個特定的邏輯功能。如此，則程式指令可被具體化成原始碼的形式，其中原始碼包括以程式語言或機械碼所寫的語句，語句包括可被合適的執行系統所識別的多條指令，且機械碼可自原始碼轉化而成。若以硬體實現，若每個流程方塊都可代表一個電路或數個彼此連接的以實現一個或多個特定邏輯功能的電路。此外，雖然流程圖顯示了詳細的執行順序，但應了解到，執行之順序可被調換。

在此，第5圖為根據本發明另一實施例中手持式電子裝置的天線調整方法所繪示之流程圖。如第5圖所示，天線調整方法可由流程方塊160開始，其中手持式電子裝置為第一狀態。在流程方塊162中，監測天線的阻抗，舉例而言，可藉由定期探詢手持式電子裝置的天線。

在本發明一些實施例中，運用天線開關上的耦合器可監測天線的阻抗。舉例而言，藉著儲存與感測輸入阻抗的變化，耦合器可偵測天線的失調或變化。阻抗可從正向能 量(如能量自天線發送)及反向能量(如自天線接收之能量)中計算而得，並可被同向正交(in-phase/quadrature,IQ)解調。阻抗探詢方法可藉由比較天線所正向發送與反向接收的能量以判斷狀態是否改變，而同向正交(IQ)解調可判斷阻抗在史密斯圖中(Smith chart)中的位置並判斷阻抗失配的程度。在其它實施例中，不同的技巧如閉路或開路交替之調諧方法亦可被使用。

在流程方塊164中，判斷天線是否阻抗失配。若根據環境狀況，判斷天線並未阻抗失配(或是阻抗失配的程度少於預設門檻)，則執行程序回到流程方塊162。然而，若基於預設門檻而判斷天線符合阻抗失配，則執行程序可執行流程方塊166，在其中非均向性介電材料的介電係數將被改變，使得天線表現不同的(或交替的)狀態，此時天線的反射損耗與天線效能的調整操作皆被改變。在一些實施例中，所表現的介電係數可在一介電係數範圍內變動，如天線調整操作可對應監測功能所提供的回饋訊號而動態調整。

第6圖為根據本發明另一實施例中手持式電子裝置所繪示的示意圖。在本實施例中，手持式電子裝置180可為包括收發器、天線組件以及介電調整系統的智慧型行動電話，其餘的元件在此不贅述。天線組件電性連接於收發器，並包含非均向性介電材料。值得注意的是，在第6圖中，假設手持式電子裝置180為遠離使用者(例如，置於桌上)，則非均向性介電材料隨著天線當下的環境被決定為表現第一介電係數。

另外，手持式電子裝置180也可包括環境監測系統182，而環境監測系統182具有感測器184。在本實施例中，感測器184為一近接感測器用以判斷使用者與手持式電子裝置180間的接近程度。舉例而言，感測器184可用以感測使用者的臉是否抵在手持式電子裝置180的前方(亦即，具有顯示器的一側)，例如發生在通話時，或是否手持式電子裝置180接近使用者，例如發生在觀看顯示器時。在其它實施例中，其它種類的感測器亦可被使用以感測環境的變化，例如感測手持式電子裝置180是否被使用者所握持。

上述關於使用者接近程度的資訊可被用於影響天線組件之介電係數的設定，舉例而言，如此的資訊可做為環境監測系統182的輸入訊號(例如，單獨地或以一個或其它多個輸入訊號的組合形式)，用以使環境監測系統182判斷是否介電係數需改變及/或介電係數需改變至什麼程度。

第7圖為如第6圖中的手持式電子裝置面臨環境變化所繪示的示意圖。顯然地，此時手持式電子裝置180被使用者所握持。如同先前所述，環境變化會一定程度影響天線的性能特性，故環境監控系統可透過介電調整系統以改變介電係數。

由此之故，當手持式電子裝置180往使用者的面前移動時，近接感測器184可提供給環境監控系統一輸入訊號，以透過介電調整系統改變介電係數。如此一來，即可達成動態地改變天線的性能特性的操作。

應注意的是，使用近接感測器僅為一種偵測天線環境變化的方法，其它替代性的感測技術，例如電容性感測、 光感測、壓力感測及/或溫度感測亦被用以感測人體或環境。再者，感測器184可被設置於手持式電子裝置180上任何的合適位置，以感測環境變化，並相應地變化非均向性介電材料之介電係數。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域具通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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‧‧‧手持式電子裝置

102‧‧‧收發器

104‧‧‧天線組件

106‧‧‧介電調整系統

108‧‧‧基板

110‧‧‧天線

120‧‧‧流程方塊

122‧‧‧流程方塊

130‧‧‧手持式電子裝置

132‧‧‧處理裝置

134‧‧‧輸入/輸出介面

136‧‧‧顯示器

138‧‧‧觸控螢幕介面

140‧‧‧網路/連接介面

142‧‧‧記憶體

144‧‧‧作業系統

146‧‧‧大量儲存裝置

148‧‧‧內部資料匯流排

150‧‧‧天線組件

152‧‧‧環境監測系統

154‧‧‧介電調整系統

160-166‧‧‧流程方塊

180‧‧‧手持式電子裝置

182‧‧‧環境監測系統

184‧‧‧感測器

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係根據本發明一實施例中的手持式電子裝置所繪示的示意圖。

第2A圖及第2B圖為根據第1圖中的天線之性能特性所繪示的示意圖。

第3圖為根據本發明一實施例中手持式電子裝置的天線調整方法所繪示的流程圖。

第4圖為根據本發明另一實施例中手持式電子裝置所繪示的示意圖，第5圖為根據本發明另一實施例中手持式電子裝置的天線調整方法所繪示的流程圖。

第6圖為根據本發明另一實施例中手持式電子裝置所繪示的示意圖。

第7圖為如第6圖中的手持式電子裝置面臨環境變化 所繪示的示意圖。

100‧‧‧手持式電子裝置

102‧‧‧收發器

104‧‧‧天線組件

106‧‧‧介電調整系統

108‧‧‧基板

110‧‧‧天線

Claims (15)

1. 一種手持式電子裝置包括：一收發器，用以選擇性地傳送與接收訊號；一天線組件，電性連接於該收發器，其中該天線組件包括一基板及一天線，其中該基板的至少一部分由一非均向性介電材料所形成，該非均向性介電材料用以對應一外加電訊號而改變其表現之一介電係數；以及一介電調整系統，用以自動且選擇性地提供一第一訊號至該天線組件之該基板，以改變該非均向性介電材料的該介電係數，進而更改該天線組件中一天線的一共振頻率與效率調整操作。
2. 如請求項1所述的手持式電子裝置，其中：該手持式電子裝置更包括一環境監測系統，用以判斷該天線組件所處的操作環境是否改變，並當操作環境改變時，提供相應的一輸出訊號；以及該介電調整系統用以根據該輸出訊號以進一步提供該第一訊號至該天線組件。
3. 如請求項2所述的手持式電子裝置，其中在判斷該天線組件所處的操作環境是否改變中，該環境監測系統測定該天線的阻抗，並探詢該天線，進而辨認該天線的複數個阻抗失配變化。
4. 如請求項2所述的手持式電子裝置，其中該環境監測系統更包括：一近接感測器，用以判斷一使用者與該手持式電子裝置間的接近程度，其中該環境監測系統根據接近程度之判斷提供一輸出訊號對應操作環境之預設改變。
5. 如請求項1所述的手持式電子裝置，其中：該天線組件具有一基板，該基板位於該天線旁，且該基板的至少一部份由該非均向性介電材料所形成；以及該介電調整系統用以提供該第一訊號至該基板。
6. 如請求項1所述的手持式電子裝置，其中該介電調整系統包含複數個執行指令，該些執行指令由一處理裝置所執行用以致能該第一訊號的提供。
7. 如請求項1所述的手持式電子裝置，其中該非均向性介電材料用以交替地表現兩種介電係數，當該第一訊號被提供給該非均向性介電材上時，該非均向性介電材表現第一種介電係數，當該第一訊號並未被提供給該非均向性介電材上時，該非均向性介電材表現第二種介電係數。
8. 如請求項1所述的手持式電子裝置，其中該非均向性介電材料根據外加的一電壓相對應地表現一介電係數範圍內的各種介電係數。
9. 一種手持式電子裝置的天線調整方法，包括：選擇性地改變一手持式電子裝置的一天線組件中的一基板的一非均向性介電材料的一介電係數，以更改該天線組件中一天線的一共振頻率與效率調整操作；其中選擇性地改變該該介電係數包括：提供一訊號至該基板的該非均向性介電材料。
10. 如請求項9所述的天線調整方法，其中：該天線位於一基板旁，該基板的至少一部份由該非均向性介電材料所形成；以及選擇性地提供該訊號包括：選擇性地提供一電壓至該基板。
11. 如請求項9所述的天線調整方法，其中：天線調整方法更包括監測該天線組件的一操作環境；以及選擇性地改變該非均向性介電材料的該介電係數係根據該操作環境是否改變的判斷，而該操作環境是否改變的判斷係根據一預設門檻。
12. 如請求項11所述的天線調整方法，其中監測該操作環境包括測定該天線的阻抗，並探詢該天線，以辨認該天線的複數個阻抗失配變化。
13. 如請求項9所述的天線調整方法，其中選擇性地改變該介電係數包括：判定該手持式電子裝置的一使用者正握持該手持式電子裝置；以及選擇性地改變該介電係數，以適應性調節因該手持式電子裝置被握持所造成的阻抗失配。
14. 如請求項9所述的天線調整方法，其中選擇性地改變該介電係數包括：判定該手持式電子裝置的一使用者並未握住該手持式電子裝置；以及選擇性地改變該介電係數，以適應性調節因該手持式電子裝置未被握住所造成的阻抗失配。
15. 如請求項9所述的天線調整方法，其中選擇性地改變該介電係數包括：隨著所監測到的該手持式電子裝置所處操作環境變化，而動態地改變該介電係數。