TWI711218B - 天線結構及其運作方法 - Google Patents

Abstract

一種天線結構包含曲面基座與複數個多輸入多輸出(Multi-input Multi-output , MIMO)天線模組。曲面基座具有凸曲面。MIMO天線模組均勻且可移動地設置於該凸曲面上。每一個MIMO天線模組都具有複數個接收單元以及複數個傳輸單元。

Description

天線結構及其運作方法

本揭露有關於一種天線結構與天線結構的運作方法，特別是應用於毫米波訊號。

目前第五代行動通訊協定(5G)的毫米波(mm wave )天線是採用多輸入多輸出(Multi Input Multi Output, MIMO)傳輸方式，主要係以具備多重傳輸通道的MIMO天線模組加以實現。

MIMO天線主要都是設置在單一平面的印刷電路板上，透過線路形成多通道的天線架構。然而，這樣的存在一個問題，那就是波峰束訊號(Beam forming)具有指向性，也就是波峰束訊號在一特定方向上具有最佳的訊號傳輸率，而偏離最佳訊號傳輸方向時，接收到的訊號傳輸率會明顯下降。若設置MIMO天線之印刷電路板未能面向最佳的傳輸方向，則必須將整片印刷電路板都轉向，對應到所有的通道都轉向，而無法對應各別的通道做轉向。

有鑑於此，本揭露的一些實施例揭露一種天線結構，能夠以多個方向上接收波峰束訊號。

為了達到上述目的，依據本揭露之一實施方式，一種天線結構係用以接收毫米波(mm wave)訊號。天線結構包含曲面基座與複數個多輸入多輸出(Multi-input Multi-output , MIMO)天線模組。曲面基座具有凸曲面。MIMO天線模組均勻且可移動地設置於該凸曲面上。每一個MIMO天線模組都具有複數個接收單元以及複數個傳輸單元，以獨立地接收毫米波訊號。

於本揭露的一或多個實施方式中，上述天線結構的凸曲面包括球面或是半圓弧球面。

於本揭露的一或多個實施方式中，上述天線結構更包含複數個連桿。這些連桿中的每一個都連接對應的MIMO天線至曲面基座的凸曲面上。每一個連桿都包含伸縮桿。伸縮桿連接至凸曲面，以調整對應之MIMO天線模組與毫米波訊號來源的距離。於本揭露的一或多個實施方式中，每一個連桿都更包含活動關節。對應之MIMO天線通過活動關節連接至伸縮桿。活動關節用以調整對應之MIMO天線與毫米波訊號來源的角度。

於本揭露的一或多個實施方式中，上述天線結構之MIMO天線模組是蜂巢狀。

於本揭露的一或多個實施方式中，上述天線結構之曲面基座的凸曲面上具有複數個容置槽。這些容置槽配置以容納MIMO天線模組。於本揭露的一或多個實施方式中，這些容置槽的形狀是蜂巢狀。

於本揭露的一或多個實施方式中，上述天線結構更包含連接MIMO天線模組的處理器。處理器係用以分析毫米波訊號的定位性，以選定該些MIMO天線模組其中之一來傳輸回饋訊號。

依據本揭露之另一實施方式，提供一種天線結構的運作方法，包含提供天線結構。天線結構包括具有凸曲面之曲面基座以及可移動地設置於凸曲面上之複數個MIMO天線模組。天線結構接收訊號傳輸要求。偵測訊號傳輸要求的定位性。自天線結構選定與訊號傳輸要求的來源具較佳定位性的一MIMO天線模組。選定之MIMO天線模組向訊號傳輸要求的來源傳輸回饋訊號。復原選定之MIMO天線模組至原始位置。

於本揭露的一或多個實施方式中，上述天線結構的運作方法更包含根據訊號傳輸要求的定位性調整選定之MIMO天線模組的位置以及傳輸功率。

綜上所述，本揭露之天線結構具有多個設置於凸曲面上的MIMO天線模組，有利於接收不同指向性的波峰束訊號。而天線結構上多個獨立的MIMO天線模組，更有利於分析訊號來源並設定最佳傳輸條件。

以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本揭露之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

下文係舉實施例配合所附圖式進行詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。

另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞，將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

隨著第五代行動通訊協定(5G)使用的到來，5G所使用的頻段例如是28 GHz，對應到的即是毫米波(mm Wave)的訊號。而傳輸毫米波訊號係使用採用多輸入多輸出(Multi Input Multi Output, MIMO)傳輸方式。然而，毫米波的波峰束(beamforming, 或稱波束賦形、波束成形)訊號具有指向性，若非以適當的方向接收，則訊號傳輸率會明顯受到影響。

請參照第1A圖。第1A圖根據本揭露之一實施方式繪示一天線結構100的示意圖。如第1A圖所示，天線結構100包含曲面基座110，以及設置於其上的MIMO天線模組130。

曲面基座110具有凸曲面，而如第1A圖所示，天線結構100之曲面基座110的凸曲面為球面115。而在球面115上，具有複數個容置槽120。容置槽120係用以容置MIMO天線模組130。每一組MIMO天線模組130，都能夠單獨地完成獨立收發訊號的功能。通過將MIMO天線模組130設置於球面115之上，便能夠對應不同的角度接收訊號。如此一來，即使毫米波的波峰束訊號具有指向性，由於球面115在不同的角度方向上都具有MIMO天線模組130，則勢必會有一個合適的MIMO天線模組130，能夠以較佳的傳輸功率接收毫米波的波峰束訊號。

在第1A圖中，部分的容置槽120係為蜂巢狀的形狀，以儘可能地於球面115上設置MIMO天線模組130。如第1A圖所示，蜂巢狀的容置槽120能夠於球面115的局部形成密集的推積，局部地增加設置於球面115上MIMO天線模組130的密度。而應理解到，第1A圖僅繪示球面115的局部，在球面115的其他位置，也可以是其他形狀不是蜂巢狀的容置槽，以多個不同形狀容置槽的組合使MIMO天線模組130最大密度地設置於球面上。

在天線結構100中，還具有其他使MIMO天線模組130運作的工作線路與電源。而如第1A圖所示，在本實施方式中，天線結構100還具有處理器190。處理器190通過天線結構100內的線路，而與多個MIMO天線模組130連接。處理器190的功能，請見如後之討論。

在本實施方式中，部分的MIMO天線模組130的形狀亦設計為蜂巢狀，以設置於容置槽120內。MIMO天線模組130的形狀可視容置槽120的形狀而定。而在一些實施方式中，天線結構的曲面基座也可以不具備容置槽，而蜂巢狀的MIMO天線模組直接設置於曲面基座的曲面上，則由於MIMO天線模組的蜂巢形狀，亦可於球面上局部地達成高密度MIMO天線模組的設置。

請參照第1B圖。第1B圖繪示第1A圖之天線結構100上之一MIMO天線模組。如前所述，每一個MIMO天線模組130都可以發輝獨立收發波峰束訊號的功能。而如第1B圖所示，容置於容置槽120内的MIMO天線模組130是2*2通道(channel)，即具有四個通道，包括二個接收單元135以及二個傳輸單元140。MIMO天線模組130的通道數量，係取決於MIMO天線模組130所使用的晶片。MIMO天線模組130所使用的晶片可以設置於如前所述天線結構100的線路中，為了簡單說明的目的而未繪示於圖上。而在一些實施方式中，MIMO天線模組可以具有其他的通道數量，例如4*4通道、8*8通道的MIMO天線模組。

請參照第2圖。第2圖根據本揭露之另一實施方式繪示天線結構100’的示意圖。在第2圖中，天線結構100’的曲面基座110’具有半圓弧球面115’，相似地，MIMO天線模組130容置於容置槽120内。相較於第1A圖之天線結構100，第2圖之天線結構100’涵蓋較小角度的範圍，而仍然於較小角度的範圍下發揮接收不同方向訊號的功能。而在一些實施方式中，曲面基座也可以具有其他類型的凸曲面，以便於接收來自不同方向、具指向性的波峰束訊號。

請參照第3圖。第3圖繪示本揭露之天線結構100的MIMO天線模組130調整距離與角度的示意圖。如第3圖所繪示，在一些實施方式中，天線結構100還具有連桿150，而MIMO天線模組130係通過連桿150而與球面115可移動地連接。而當天線結構100自外部接收波峰束訊號，若欲傳輸回饋訊號時，則連桿150便能夠發揮功用。

在外部接收波峰束訊號舉例來說，在5G的時代下，手機200發送訊號300，要求天線結構100傳輸回饋訊號。更具體的說，天線結構100可以是網路基地台的一部分，而手機200要求回饋網路資訊。

在一些實施方式中，連桿150具有伸縮桿155。伸縮桿155的功用，在於調整MIMO天線模組130與訊號來源的距離。而如第3圖所示，通過伸縮桿155，MIMO天線模組130能夠自容置槽120移動出來，並沿方向D1微調距離。

而在一些實施方式中，連桿150還具有活動關節160，MIMO天線模組130通過活動關節160而與伸縮桿155連接。活動關節160舉例來說，如第3圖所示，為一個樞軸，使得MIMO天線模組130能夠在方向D2具有180度的樞轉自由度。

而在一些實施方式中，如在本實施方式中，天線結構100更包括處理器190(請參照第1A圖)。如前所述，處理器190通過線路連接天線結構100上的多個MIMO天線模組130。在天線結構100上的多個MIMO天線模組130接收訊號300後，處理器190能夠分析訊號300的定位性。定位性包括訊號300的來源，以及其波峰束訊號的指向性。如此一來，處理器190便能選定其中之一個MIMO天線模組130來傳輸回饋訊號。

進一步地，處理器190可以進一步與連桿150做連接，以進一步控制MIMO天線模組130與訊號來源(例如手機200)之間的角度與距離。連桿150例如可以包括由處理器控制調整的機械結構。機械結構例如是馬達。

為具體說明第3圖之天線結構100如何接收並回饋波峰束訊號，第4圖根據本揭露之一實施方式繪示天線結構100的運作方法400的流程圖。請同時參照第3圖與第4圖，以進一步說明本揭露一實施方式之天線結構100的運作。

請參照第4圖。在流程405中，天線結構100接收來自外部的波峰束資訊傳輸要求。舉例來說，如第3圖所示，外部的手機200向天線結構100傳送訊號300，要求傳輸波峰束資訊。而應理解到，在後續5G的時代，當大眾使用5G的通訊裝置，則訊號300應也是毫米波的波峰束訊號，也具有指向性。而由於天線結構100具有均勻設置於球面115上之多個MIMO天線模組，即使波峰束資訊傳輸要求可能具有指向性，也不需額外移動天線結構100就可接收到訊號，利於後續資訊傳輸要求的定位性分析。

延續流程405，流程410偵測資訊傳輸要求的定位性。天線結構100上的多個MIMO天線模組130會接收到訊號300，但由於訊號300具有指向性，球面115上不同位置的MIMO天線模組130會收到不同強度的訊號300。如此一來，連接MIMO天線模組130的處理器190將可以依此偵測並分析訊號300的定位性。延續流程410，在流程415中，通過偵測並分析資訊傳輸要求(即訊號300)的定位性結果，將可確認與資訊傳輸要求具較佳定位性的MIMO天線模組130。

在流程415舉例來說，通過分析訊號300的定位性，可以獲得訊號300之來源(即手機200)的位置。

延續流程415，流程420通知選定之MIMO天線模組130的機械結構，依照處理器190所分析得出之最佳波峰束資訊傳輸角度，調整角度與延伸長度，以達到最佳定位。具體而言，即通過天線結構100之連桿150，進一步調整MIMO天線模組130的位置。如第3圖所示，通過調整伸縮桿155，調整MIMO天線模組130與訊號300之來源(即手機200)之距離，並通過活動關節160調整MIMO天線模組130面向的角度。

延續流程420，流程425分析與訊號300之來源具最佳定位性之MIMO天線模組130的波峰束資料傳輸率，藉以調整波峰束訊號的傳輸功率。具體而言，如第3圖所示之情況，在MIMO天線模組130完成定位與面向角度後，處理器190將可調整MIMO天線模組130對手機200之最佳傳輸功率，隨後向手機200傳輸回饋信號。在一些實施方式中，MIMO天線模組還可以動態地調整傳輸功率。

在流程430中，天線結構100可以進一步結合網路加速卡、網路切片技術來暫存或是接受訊號資訊，以利同時多筆MIMO資料傳送需求。如此一來，將有利多使用者同時間進行多筆毫米波MIMO資訊傳遞時之即時資料暫存，加速訊號傳輸速度。

流程435確認波峰束資料的傳輸是否完成。若否，則回到前一流程430，繼續資料的傳輸。若以完成資料傳書，則進行至流程440，復原進行波峰束資料傳輸之MIMO天線模組130至球面115上的原始位置。

綜上所述，本揭露之天線結構具有凸曲面，凸曲面例如是球面。通過將多個獨立的MIMO天線模組設置於凸曲面上，天線結構將可接收不同指向性的毫米波波峰束訊號。當接收之訊號為要求傳輸資料的要求，天線結構並可通過整合並分析不同MIMO天線模組的訊號接收結果，選定一適當的MIMO天線模組，向傳輸資料要求的來源以一最合適之傳輸條件與傳輸功率，傳輸回饋訊息。如此一來，本揭露之天線結構將有利於優化傳輸效率至最佳化，以利使用者資料傳輸速度加速，縮短傳輸時間，優化整體傳輸效率，改善指向性不好之資料傳輸率不佳、下降問題。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、100’:天線結構

110、110’:曲面基座

115:球面

115’:半圓弧球面

120:容置槽

130:MIMO天線模組

135:接收單元

140:傳輸單元

150:連桿

155:伸縮桿

160:活動關節

190:處理器

200:手機

300:訊號

400:方法

405~440:流程

D1、D2:方向

本揭露的優點與圖式，應由接下來列舉的實施方式，並參考附圖，以獲得更好的理解。這些圖式的說明僅僅是列舉的實施方式，因此不該認為是限制了個別實施方式，或是限制了發明申請專利範圍的範圍。 第1A圖根據本揭露之一實施方式繪示一天線結構的一示意圖； 第1B圖繪示第1A圖之天線結構上之一MIMO天線模組之一示意圖； 第2圖根據本揭露之另一實施方式繪示一天線結構的一示意圖； 第3圖繪示本揭露之一天線結構的MIMO天線模組調整距離與角度的示意圖；以及 第4圖根據本揭露之一實施方式繪示一天線結構之運作方法的一流程圖。

100:天線結構

115:球面

120:容置槽

130:MIMO天線模組

150:連桿

155:伸縮桿

160:活動關節

200:手機

300:訊號

D1、D2:方向

Claims (9)

1. 一種天線結構，用以接收一毫米波訊號，該天線結構包含：一曲面基座，具有一凸曲面；複數個多輸入多輸出(MIMO)天線模組，均勻且可移動地設置於該凸曲面上，其中每一該些MIMO天線模組都具有複數個接收單元線與傳輸單元，以獨立地接收該毫米波訊號；以及複數個連桿，其中每一該些連桿連接對應的該MIMO天線至該曲面基座的該凸曲面，每一該些連桿都包含連接至該凸曲面的一伸縮桿，以調整對應之該MIMO天線模組與該毫米波訊號之來源的距離。
2. 如請求項1所述之天線結構，其中該曲面基座的該凸曲面包含一球面或是一半圓弧球面。
3. 如請求項1所述之天線結構，其中每一該些連桿都更包含：一活動關節，其中對應之該MIMO天線模組通過該活動關節連接至該伸縮桿，以調整對應之該MIMO天線模組與該毫米波訊號之來源的角度。
4. 如請求項1所述之天線結構，其中該些MIMO天線模組的形狀是蜂巢狀。
5. 如請求項1所述之天線結構，其中該凸曲面上具有複數個容置槽，該些容置槽係配置以容納該些MIMO天線模組。
6. 如請求項5所述之天線結構，其中該些容置槽的形狀是蜂巢狀。
7. 如請求項1所述之天線結構，更包含連接該些MIMO天線模組之一處理器，該處理器用以分析該毫米波訊號的定位性，以選定該些MIMO天線模組其中之一來傳輸一回饋訊號。
8. 一種天線結構的運作方法，包含：提供一天線結構，該天線結構包括具有一凸曲面之一曲面基座以及可移動地設置於該凸曲面上之複數個多輸入多輸出(MIMO)天線模組；該天線結構接收一訊號傳輸要求；偵測該訊號傳輸要求的定位性；自該些MIMO天線模組中選定與該訊號傳輸要求的來源具較佳定位性之一MIMO天線模組；選定之該MIMO天線模組向該訊號傳輸要求的來源傳輸一回饋訊號；以及復原選定之該MIMO天線模組至原始位置。
9. 如請求項8所述之天線結構的運作方法，更 包含：根據該訊號傳輸要求的定位性調整選定之該MIMO天線模組的位置以及傳輸功率。

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