TWI823635B - 天線裝置 - Google Patents

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Abstract

一種天線裝置，包括一機體以及至少一外接天線。機體包括一處理器及電性連接於處理器的一感測器，處理器用以接收感測器的一感測訊號。外接天線可調整角度地外接於機體，且包括一第一天線、一第二天線及一開關，開關電性連接於處理器，且可切換地電性連接於第一天線與第二天線。當感測器感測外接天線相對於機體位於一第一角度時，處理器依據感測訊號將開關切換至第一天線，使外接天線具有第一輻射場型。當感測器感測外接天線相對於機體位於一第二角度時，處理器依據感測訊號將開關切換至第二天線，使外接天線具有第二輻射場型。

Description

天線裝置
本發明是有關於一種天線裝置，且特別是有關於一種可提供較佳的收訊的天線裝置。
4G/5G/WiFi分享器目前為家庭必備通訊網路設備，使用者會去調整分享器的外接天線的角度去避開收訊死角，達到寛廣的覆蓋收訊品質。然而，當使用者調整外接天線角度時，某些空間收訊品質變好，某些空間的收訊品質變差，原因是傳統外接天線內只設計一組天線，產生一組輻射場型，該輻射場型因物理限制某個輻射場型角度會有凹陷，進而產生收訊死角。
本發明提供一種天線裝置，其可提供較佳的收訊。
本發明的一種天線裝置，包括一機體以及至少一外接天線。機體包括一處理器及電性連接於處理器的一感測器，處理器用以接收感測器的一感測訊號。外接天線可調整角度地外接於機體，且包括一第一天線、一第二天線及一開關，開關電性連接於處理器，且可切換地電性連接於第一天線與第二天線。第一天線具有一第一輻射場型，第二天線具有一第二輻射場型。當感測器感測外接天線相對於機體位於一第一角度時，處理器依據感測訊號將開關切換至第一天線，使外接天線具有第一輻射場型。當感測器感測外接天線相對於機體位於一第二角度時，處理器依據感測訊號將開關切換至第二天線，使外接天線具有第二輻射場型。
基於上述，本發明的天線裝置的外接天線可調整角度地外接於機體。機體包括一處理器及電性連接於處理器的一感測器，處理器用以接收感測器的一感測訊號。外接天線包括第一天線、第二天線及開關，開關電性連接處理器且可切換地電性連接於第一天線與第二天線。第一天線具有一第一輻射場型，第二天線具有一第二輻射場型。當感測器感測外接天線相對於機體位於一第一角度時，處理器依據感測訊號將開關切換至第一天線，使外接天線具有第一輻射場型。當感測器感測外接天線相對於機體位於一第二角度時，處理器依據感測訊號將開關切換至第二天線，使外接天線具有第二輻射場型。由於本發明的天線裝置的外接天線會隨著相對於機體的位置切換到不同天線，以提供不同的輻射場型，可有效降低收訊死角的機率，而提供較佳的收訊效果。
圖1與圖2是依照本發明的一實施例的一種天線裝置的外接天線分別在第一角度和第二角度的示意圖。請參閱圖1與圖2，本實施例的天線裝置100包括一機體110以及至少一外接天線130。在本實施例中，外接天線130例如是兩個，但外接天線130的數量不以此為限制，在其他實施例中，外接天線130也可以只有一個或三個以上。外接天線130可以配置在機體110的同側或不同側。機體110的外殼例如是塑膠殼或其他絕緣額體，以避免影響天線效能。
在本實施例中，天線裝置100的機體110可選擇地安裝在天花板(未繪示)上，機體110的底面112例如是平行於天花板。由圖1與圖2可見，各外接天線130可調整角度地外接於機體110。如圖1所示，外接天線130可相對於機體110位於一第一角度θ1，第一角度θ1例如為外接天線130垂直於機體110的底面112時的角度。舉例來說，第一角度θ1是90度，在此狀態下，外接天線130沿著一重力方向D1(也就是圖1的X、Y、Z軸中的-Z方向)延伸，但外接天線130的第一角度θ1不以此為限制。
如圖2所示，外接天線130也可相對於機體110位於一第二角度θ2，第二角度θ2例如為外接天線130平行於機體110的底面112時的角度。舉例來說，第二角度θ2是180度，在此狀態下，外接天線130沿著垂直於重力方向D1的一水平方向D2(也就是圖1的X、Y、Z軸中的-X方向)延伸，但外接天線130的第二角度θ2不以此為限制。
此外，在圖1與圖2中，兩外接天線130的角度相同，但在其他實施例中，兩外接天線130的角度也可以不同。 圖3是圖1的外接天線在第一角度時與感測接墊的位置示意圖。圖4是圖2的外接天線在第二角度時與感測接墊的位置示意圖。要說明的是，圖3與圖4是從圖1與圖2的左方往右看的視角。
請參閱圖3與圖4，在本實施例中，機體110包括一處理器120及電性連接於處理器120的一感測器122，感測器122感測對應的外接天線130相對於機體110的位置，並將感測結果傳遞至處理器120，處理器120便能判斷出外接天線130相對於機體110的角度。
在本實施例中，感測器122為一電容式近接感測器122。機體110還包括靠近至少一外接天線130的至少一感測接墊124，各感測接墊124電性連接於近接感測器122，感測接墊124和感測器122(電容式近接感測器)用以取得外接天線130的電容訊號。在本實施例中，感測接墊124的數量為兩個，兩感測接墊124分別對應於兩外接天線130，以感測外接天線130相對於機體110的擺放角度。值得注意的是，第一角度θ1不以90度為限，只要是透過感測接墊124感測外接天線130的擺放角度皆為本發明欲保護的範疇。
具體地說，如圖1和圖3所示，當兩外接天線130相對於機體110位於第一角度θ1時，例如第一角度θ1為90度，兩外接天線130與兩感測接墊124之間的間隙會產生對應的電容訊號，間隙越小電容值越高，此電容訊號被傳遞至感測器122(例如是電容式接近感測電路)，再傳遞至與處理器120。因此，處理器120便能判斷出外接天線130相對於機體110位於第一角度θ1。
如圖2和圖4所示，當兩外接天線130相對於機體110位於第二角度θ2時，例如第二角度θ2為180度，兩外接天線130因無靠近兩感測接墊124，因此感測器122感測的電容訊號為零。因此，處理器120便能依據電容訊號來判斷出外接天線130相對於機體110位於第二角度θ2。值得注意的是，第二角度θ2不以180度為限，只要是透過感測接墊124感測外接天線130的擺放角度皆為本發明欲保護的範疇。
圖5是圖1的外接天線的內部示意圖。請參閱圖5，在本實施例中，各外接天線130包括一第一天線140、一第二天線150及一開關160。外接天線130還包括一基板132，基板132設置於外接天線130內且基板132用以設置第一天線140、第二天線150和開關160。
在本實施例中，第一天線140例如為一偶極天線，第二天線150例如為一槽縫天線。當然，第一天線140與第二天線150的種類不以上述為限制。在其他實施例中，第一天線140與第二天線150可以是PIFA天線、槽縫天線、貼片天線、偶極天線與單極天線的其中兩者。
在本實施例中，第一天線140與第二天線150的種類不同，但激發出同一頻段。此頻段例如是介於3.3GHz至3.8GHz之間，但頻段不以此為限制。
開關160可切換地電性連接於第一天線140與第二天線150。在本實施例中，開關160包括第一埠161、第二埠162及第三埠163，第一埠161電性連接於一訊號源170，第二埠162電性連接於第一天線140，第二埠162電性連接於第二天線150，以可選擇地將訊號饋入至第一天線140或是第二天線150。此外，機體110的處理器120電性連接於開關160，因此，處理器120可依據外接天線130相對於機體110的擺放角度，指示開關160切換至第一天線140或第二天線150，以使第一天線140或第二天線150分別產生第一輻射場型或第二輻射場型。
具體地說，當外接天線130相對於機體110位於第一角度θ1(如圖1)時，處理器120指示開關160切換，而使第一埠161連接於第二埠162，而連接至第一天線140，以使第一天線140電性連接至機體110中的訊號源170。當外接天線130相對於機體110位於第二角度θ2(如圖2)時，處理器120指示開關160切換，而使第一埠161連接於第三埠163，而連接至第二天線150，以使第二天線150電性連接至機體110中的訊號源170。
由於第一天線140與第二天線150的種類不同，第一天線的第一輻射場型不同於第二天線的第二輻射場型，處理器120可視外接天線130相對於機體110的角度，判斷要切換至第一天線140或第二天線150，以為此角度的外接天線130提供適當的輻射場型，藉此降低收訊死角的機率。
更具體地說，若天線裝置100是安裝在天花板，主要收訊位置會是在天線裝置100的下方，設計者將外接天線130相對於機體110為第一角度θ1時，對機體110下方具有良好輻射場型的天線作為第一天線140，且將外接天線130相對於機體110為第二角度θ2時，對機體110下方具有良好輻射場型的天線作為第二天線150，而可確保機體110下方具有良好的收訊效果，且可對透過不同的天線對其他不同位置提供良好的收訊效果。
在本實施例中，第一天線140包括一第一輻射體141、一第二輻射體145及一第一接地面146。第一接地面146包括一邊緣147及凹陷於邊緣147的一凹口148。第一輻射體141包括一第一段142及一第二段144，第一段142位於凹口148內且包括一第一饋入端143。第一饋入端143電性連接於開關160的第二埠162。第二輻射體145連接於第一接地面146的邊緣147，第二段144與第二輻射體145之間的夾角θ3介於30度至60度之間，例如是45度。也就是說，第一天線140為一45度開角偶極天線。
此外，第二天線150包括非共面的一第三輻射體151及一第二接地面153，第三輻射體151例如位於基板132的上表面，第二接地面153例如位於基板132的下表面。第二接地面153包括一內部孔洞154，第三輻射體151包括一第二饋入端152，第二饋入端152電性連接於開關160的第三埠163。第三輻射體151對第二接地面153的所在平面的投影從第二接地面153橫跨至內部孔洞154。當然，第一天線140與第二天線150的天線圖騰不以此為限制。
圖6是外接天線於第一角度時的頻率-返回損失的關係圖。請參閱圖6，當外接天線130相對於機體110位於第一角度θ1時，例如第一角度θ1為90度，開關160切換至第一天線140，以輸入阻抗頻寬以VSWR 2：1或-10dB的返射損失為標準，第一天線140在操作頻率的阻抗頻寬有涵蓋5G n78系統通訊頻段(3300~3800MHz)所要求的頻寛，而具有良好的表現。此外，經量測，第一天線140在5G n78系統通訊頻段(3300~3800MHz)的中心頻率3550 MHz的天線效率為66%，而具有良好的表現。
當外接天線130相對於機體110位於第二角度θ2時，例如第二夾角θ2為180度，開關160切換至第二天線150，以輸入阻抗頻寬以VSWR 2：1或-10dB的返射損失為標準，第二天線150在操作頻率的阻抗頻寬有涵蓋5G n78系統的通訊頻段(3300~3800MHz)所要求的頻寛，而具有良好的表現。此外，經量測，第二天線150在5G n78系統通訊頻段(3300~3800MHz)的中心頻率3550 MHz的天線效率為78%，而具有良好的表現。
圖7A至圖7C是圖5的第一天線在不同平面的輻射的場型圖。請參閱圖7A至圖7C，在圖7B的ZY平面二維輻射場型中，輻射能量EФ +Eθ 是朝向90度至270度輻射。在圖7C的ZX平面二維輻射場型，輻射能量EФ +Eθ 是朝向90度至270度輻射。因此，當天線裝置100設置於天花板時，使用者在天花板下方可獲很良好的通訊品質。
圖8A至圖8C是圖5的第二天線在不同平面的輻射的場型圖。請參閱圖8A至圖8C，在圖8B的ZY平面二維輻射場型，輻射能量EФ +Eθ 是朝向180度輻射。在圖8C的ZX平面二維輻射場型，輻射能量EФ +Eθ 是朝向180度輻射。因此，當天線裝置100設置於天花板時，使用者在天花板下方可獲很良好的通訊品質。
換句話說，無論外接天線130的角度調整為第一角度θ1或第二角度θ2，開關160會切換至第一天線140或第二天線150，以提供適當的輻射場型，而能提供良好的通訊品質。此外，由圖7A至圖8C可見，第一天線140與第二天線150也提供不同的輻射場型，而能供使用者視需求調整外接天線130的角度，以取得所需位置上良好的收訊效果。
綜上所述，本發明的天線裝置的外接天線可調整角度地外接於機體。機體包括一處理器及電性連接於處理器的一感測器，處理器用以接收感測器的一感測訊號。外接天線包括第一天線、第二天線及開關，開關可切換地電性連接於第一天線與第二天線。第一天線具有一第一輻射場型，第二天線具有一第二輻射場型。當感測器感測外接天線相對於機體位於一第一角度時，處理器依據感測訊號將開關切換至第一天線，使外接天線具有第一輻射場型。當感測器感測外接天線相對於機體位於一第二角度時，處理器依據感測訊號將開關切換至第二天線，使外接天線具有第二輻射場型。由於本發明的天線裝置的外接天線會隨著相對於機體的位置切換到不同天線，以提供不同的輻射場型，可有效降低收訊死角的機率，而提供較佳的收訊效果。
D1:重力方向
D2:水平方向
θ1:第一角度
θ2:第二角度
θ3:夾角
100:天線裝置
110:機體
112:底面
120:處理器
122:感測器
124:感測接墊
130:外接天線
132:基板
140:第一天線
141:第一輻射體
142:第一段
143:第一饋入端
144:第二段
145:第二輻射體
146:第一接地面
147:邊緣
148:凹口
150:第二天線
151:第三輻射體
152:第二饋入端
153:第二接地面
154:內部孔洞
160:開關
161:第一埠
162:第二埠
163:第三埠
170:訊號源
圖1是依照本發明的一實施例的一種天線裝置的外接天線在第一角度的示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的一種天線裝置的外接天線在第二角度的示意圖。 圖3是圖1的外接天線在第一角度時與感測接墊的位置示意圖。 圖4是圖2的外接天線在第二角度時與感測接墊的位置示意圖。 圖5是外接天線的內部示意圖。 圖6是外接天線在第一角度時的頻率-返回損失的關係圖。 圖7A至圖7C是圖5的第一天線的在不同平面的輻射場型圖。 圖8A至圖8C是圖5的第二天線的在不同平面的輻射場型圖。
130:外接天線
132:基板
140:第一天線
141:第一輻射體
142:第一段
143:第一饋入端
144:第二段
145:第二輻射體
146:第一接地面
147:邊緣
148:凹口
150:第二天線
151:第三輻射體
152:第二饋入端
153:第二接地面
154:內部孔洞
160:開關
161:第一埠
162:第二埠
163:第三埠
170:訊號源

Claims (9)

  1. 一種天線裝置，包括：一機體，包括一處理器及電性連接於該處理器的一感測器，該處理器用以接收該感測器的一感測訊號；以及至少一外接天線，可調整角度地外接於該機體，且各該外接天線包括一第一天線、一第二天線及一開關，該開關電性連接該處理器且可切換地電性連接於該第一天線與該第二天線，該第一天線具有一第一輻射場型，該第二天線具有一第二輻射場型，其中當該感測器感測該外接天線相對於該機體位於一第一角度時，該處理器依據該感測訊號將該開關切換至該第一天線，使該外接天線具有該第一輻射場型；當該感測器感測該外接天線相對於該機體位於一第二角度時，該處理器依據該感測訊號將該開關切換至該第二天線，使該外接天線具有該第二輻射場型，其中該機體還包括靠近該外接天線的一感測接墊，該感測接墊電性連接於該感測器，該感測器為一電容式近接感測器，該感測接墊和該電容式近接感測器用以取得該外接天線的電容訊號。
  2. 如請求項1所述的天線裝置，其中該外接天線的數量為兩個，該感測接墊的數量為兩個，兩個該感測接墊分別對應於兩個該外接天線，以分別感測兩個該外接天線相對於該機體的擺放角度。
  3. 如請求項1所述的天線裝置，其中該天線裝置適於設置在一天花板，該第一角度為該外接天線垂直於該機體的一底面時的角度，該第二角度為該外接天線平行於該機體的該底面時的角度。
  4. 如請求項1所述的天線裝置，其中當該外接天線相對於該機體位於該第一角度時，該外接天線沿著一重力方向延伸，當該外接天線相對於該機體位於該第二角度時，該外接天線沿著垂直於該重力方向的一水平方向延伸。
  5. 如請求項1所述的天線裝置，其中該外接天線包括一基板，該基板設置於該外接天線內且該基板用以設置該第一天線、該第二天線和該開關，該第一天線為一偶極天線，該第二天線為一槽縫天線，該第一天線的該第一輻射場型不同於該第二天線的該第二輻射場型。
  6. 如請求項1所述的天線裝置，其中該第一天線包括一第一輻射體、一第二輻射體及一第一接地面，該第一接地面包括一邊緣及凹陷於該邊緣的一凹口，該第一輻射體包括一第一段及一第二段，該第一段位於該凹口內且包括一第一饋入端，該第二輻射體連接於該第一接地面的該邊緣，該第二段與該第二輻射體之間的夾角介於30度至60度之間，該第一饋入端電性連接於該開關。
  7. 如請求項6所述的天線裝置，其中該第二段與該第二輻射體之間的夾角為45度，該第一天線為一45度開角偶極天線。
  8. 如請求項1所述的天線裝置，其中該第二天線包括非共面的一第三輻射體及一第二接地面，該第二接地面包括一內部孔洞，該第三輻射體包括一第二饋入端，該第三輻射體對該第二接地面的所在平面的投影從該第二接地面橫跨至該內部孔洞，該第二饋入端電性連接於該開關。
  9. 如請求項1所述的天線裝置，其中該第一天線激發出一頻段，且該第二天線激發出該頻段，該頻段介於3.3GHz至3.8GHz。
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