TWI826078B - 具有照明功能之天線組和通訊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種具有照明功能之天線組，包括：一韋瓦第天線、複數個第一發光二極體，以及複數個第二發光二極體。韋瓦第天線包括一第一輻射部和一第二輻射部，其中第一輻射部和第二輻射部可共同界定出一缺口區域。該等第一發光二極體係設置於缺口區域以內，其中該等第一發光二極體皆作為韋瓦第天線之匹配元件來使用。該等第二發光二極體皆設置於缺口區域以外，其中該等第二發光二極體皆作為韋瓦第天線之導向器來使用。

Description

具有照明功能之天線組和通訊裝置
本發明係關於一種天線組，特別係關於一種支援寬頻操作之天線組。
隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850 MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
無線網路基地台(Wireless Access Point)是使行動裝置於室內能高速上網之必要元件。然而，由於室內環境充滿了信號反射和多重路徑衰減(Multipath Fading)，無線網路基地台必須能同時處理來自各方向之信號。因此，如何於無線網路基地台之有限空間中設計出一種寬頻帶(Wideband)、全向性(Omnidirectional)之天線組，已成為現今設計者之一大挑戰。
在較佳實施例中，本發明提出一種具有照明功能之天線組，包括：一韋瓦第天線(Vivaldi Antenna)，包括一第一輻射部和一第二輻射部，其中該第一輻射部和該第二輻射部共同界定出一缺口區域；複數個第一發光二極體(Light Emitting Diodes，LEDs)，設置於該缺口區域以內，其中該等第一發光二極體皆作為該韋瓦第天線之匹配元件(Matching Elements)來使用；以及複數個第二發光二極體，設置於該缺口區域以外，其中該等第二發光二極體皆作為該韋瓦第天線之導向器(Directors)來使用。
在一些實施例中，該天線組更包括：一介質基板，具有相對之一第一表面和一第二表面，其中該第一輻射部係設置於該介質基板之該第一表面，而該第二輻射部係設置於該介質基板之該第二表面。
在一些實施例中，該等第一發光二極體和該等第二發光二極體皆設置於該介質基板之該第一表面。
在一些實施例中，該缺口區域係大致呈現一錐形(Tapered Shape)。
在一些實施例中，該天線組能涵蓋介於600MHz至7125MHz之間之一操作頻帶。
在一些實施例中，該缺口區域與該等第二發光二極體之每一者之間距皆小於或等於該操作頻帶之1倍波長。
在另一較佳實施例中，本發明提出一種具有照明功能之通訊裝置，包括：複數個天線組，其中該等天線組之每一者包括：一韋瓦第天線，包括一第一輻射部和一第二輻射部，其中該第一輻射部和該第二輻射部共同界定出一缺口區域；複數個第一發光二極體，設置於該缺口區域以內，其中該等第一發光二極體皆作為該韋瓦第天線之匹配元件來使用；以及複數個第二發光二極體，設置於該缺口區域以外，其中該等第二發光二極體皆作為該韋瓦第天線之導向器來使用；一饋電網路，耦接至該等天線組；以及複數個射頻切換器，設置於該饋電網路之內，其中藉由使用該等射頻切換器，該等天線組之一部份或全部將會選擇性地被致能或禁能。
在一些實施例中，該通訊裝置更包括：一多層電路板，其中該饋電網路和該等射頻切換器皆與該多層電路板互相整合。
在一些實施例中，該通訊裝置能提供近似全向性之一輻射場型。
在一些實施例中，該等天線組係共同形成一花瓣式天線陣列。
在一些實施例中，該通訊裝置操作於一第一模式、一第二模式，或是一第三模式。
在一些實施例中，在該第一模式中，該等天線組係全部被致能。
在一些實施例中，在該第二模式中，該等天線組之僅一者被致能。
在一些實施例中，在該第三模式中，該等天線組係部份地被致能。
在一些實施例中，該通訊裝置係實施於一吸頂燈。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號或(且)標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例或(且)結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」 及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線組(Antenna Assembly)100之俯視圖。天線組100可應用於一通訊裝置當中，例如：一無線分享器(Wireless Access Point)，但亦不僅限於此。在第1圖之實施例中，天線組100包括：一韋瓦第天線(Vivaldi Antenna)110、複數個第一發光二極體(Light Emitting Diodes，LEDs)151、152、153，以及複數個第二發光二極體161、162、163。必須理解的是，雖然未顯示於第1圖中，但天線組100更可包括其他元件，例如：一外殼(Housing)、一處理器(Processor)，或(且)一供電模組(Power Supply Module)。
韋瓦第天線110包括一第一輻射部(Radiation Element)120和一第二輻射部130，其中第一輻射部120和第二輻射部130皆可用金屬材質所製成。例如，第一輻射部120和第二輻射部130可設置於相同或不同平面上。第一輻射部120和第二輻射部130可共同界定出一缺口區域(Notch Region)140。在一些實施例中，缺口區域140可大致呈現一錐形(Tapered Shape)，其可大致介於第一輻射部120和第二輻射部130兩者之間。另外，缺口區域140還可具有一邊緣線(Edge Line)145，其可視為缺口區域140之一虛擬邊界。在另一些實施例中，缺口區域140亦可大致呈現一倒三角形。
在一些實施例中，天線組100能涵蓋介於600MHz至7125MHz之間之一操作頻帶(Operational Frequency Band)。因此，天線組100至少可支援新世代5G通訊系統(5th Generation Wireless System)和Wi-Fi 6E之寬頻操作。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，天線組100亦可涵蓋毫米波(Millimeter Wave，mmWave)之寬頻操作。
該等第一發光二極體151、152、153皆設置於缺口區域140以內。換言之，該等第一發光二極體151、152、153皆可位於第一輻射部120、第二輻射部130，以及缺口區域140之邊緣線145三者所共同包圍之一內部空間當中。該等第一發光二極體151、152、153皆可作為韋瓦第天線110之匹配元件(Matching Elements)來使用。亦即，因為該等第一發光二極體151、152、153相對較鄰近韋瓦第天線110，所以該等第一發光二極體151、152、153皆可用於微調韋瓦第天線110之阻抗匹配(Impedance Matching)。必須理解的是，前述之第一發光二極體之總數量在本發明中並不特別作限制。在另一些實施例中，天線組100還可根據不同需求而包括更多個或更少個第一發光二極體。
該等第二發光二極體161、162、163皆設置於缺口區域140以外。換言之，該等第二發光二極體161、162、163皆可位於缺口區域140之邊緣線145上方之一外部空間當中。該等第二發光二極體161、162、163皆可作為韋瓦第天線110之導向器(Directors)來使用。亦即，因為該等第二發光二極體161、162、163相對較遠離韋瓦第天線110，所以該等第二發光二極體161、162、163皆可用於引導及增強來自於韋瓦第天線110之電磁波(Electromagnetic Waves)。必須理解的是，前述之第二發光二極體之總數量在本發明中並不特別作限制。在另一些實施例中，天線組100還可根據不同需求而包括更多個或更少個第二發光二極體。
在一些實施例中，缺口區域140(或其邊緣線145)與該等第二發光二極體161、162、163之每一者之間距皆小於或等於天線組100之操作頻帶之1倍波長(1λ)。詳細而言，第二發光二極體161與邊緣線145之間距D1、第二發光二極體162與邊緣線145之間距D2，以及第二發光二極體163與邊緣線145之間距D3皆可小於或等於天線組100之操作頻帶之1倍波長(1λ)。前述之間距範圍有助於最佳化該等第二發光二極體161、162、163之導向功能。
根據實際量測結果，該等第一發光二極體151、152、153之加入可增加韋瓦第天線110之操作頻寬(Operational Bandwidth)，而該等第二發光二極體161、162、163之加入則可強化韋瓦第天線110之輻射增益(Radiation Gain)。在本發明之設計下，所提之天線組100不僅可具備照明功能，其更能提供良好之通訊品質。
在一些實施例中，天線組100更可包括複數個金屬腳位貼片(Metal Pin Pad)。舉例而言，第一發光二極體151即可耦接於一第一金屬腳位貼片154和一第二金屬腳位貼片155之間，以形成一電流路徑(Current Path)。另外，其餘每一發光二極體亦可用相似之方式作配置。必須注意的，前述之金屬腳位貼片僅為選用元件(Optional Elements)，在其他實施例中亦可移除之。
以下實施例將介紹天線組100各種不同組態及應用方式。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明。
第2圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線組200之剖面圖。第2圖和第1圖相似。在第2圖之實施例中，天線組200更包括一介質基板(Dielectric Substrate)170和一信號源(Signal Source)190。例如，介質基板170可為一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。介質基板170具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中第一輻射部120係設置於介質基板170之第一表面E1，而第二輻射部130則設置於介質基板170之第二表面E2。另外，該等第一發光二極體151、152、153和該等第二發光二極體161、162、163皆可設置於介質基板170之第一表面E1。信號源190可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組。例如，信號源190具有一正極(Positive Electrode)和一負極(Negative Electrode)，其中信號源190之正極可耦接至第一輻射部120，而信號源190之負極可耦接至第二輻射部130，但亦不僅限於此。第2圖之天線組200之其餘特徵皆與第1圖之天線組100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置300之俯視圖。在第3圖之實施例中，通訊裝置300包括複數個天線組310、320、330、340、350、360、370、380、複數個射頻切換器(RF Switches)391、392、393、394，以及一饋電網路(Feeding Network)395。
該等天線組310、320、330、340、350、360、370、380係朝向不同方向而設置。例如，該等天線組310、320、330、340、350、360、370、380可共同形成一花瓣式天線陣列(Petal-type Antenna Array)390。在此設計下，該通訊裝置300將能提供近似全向性(Omnidirectional)之一輻射場型(Radiation Pattern)。根據實際量測結果，該等天線組310、320、330、340、350、360、370、380之間之互相干擾亦能被最小化。該等天線組310、320、330、340、350、360、370、380之每一者之內部結構皆已如第1圖之實施例所述，在此不再重複說明。必須理解的是，前述之天線組之總數量在本發明中並不特別作限制。在另一些實施例中，通訊裝置300還可根據不同需求而包括更多個或更少個天線組。
饋電網路395係耦接至該等天線組310、320、330、340、350、360、370、380。在一些實施例中，饋電網路395之中心點更可耦接至一信號源(未顯示)，以激發這些天線組310、320、330、340、350、360、370、380。該等射頻切換器391、392、393、394皆設置於饋電網路395之內，其中藉由使用該等射頻切換器391、392、393、394，該等天線組310、320、330、340、350、360、370、380之一部份或全部將會選擇性地被致能(Enabled)或禁能(Disabled)。必須理解的是，前述之射頻切換器之總數量在本發明中並不特別作限制。在另一些實施例中，通訊裝置300還可根據不同需求而包括更多個或更少個射頻切換器。
第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之通訊裝置400之剖面圖。在第4圖之實施例中，通訊裝置400包括一多層電路板(Multilayer Circuit Board)410、複數個射頻切換器491、492、493，以及一饋電網路495。如第4圖所示，饋電網路495和該等射頻切換器491、492、493皆可與多層電路板410互相整合，使得通訊裝置400之整體尺寸還可以進一步微縮。另外，前述之各個天線組亦可設置於多層電路板410之不同表面上，以增加整體之設計自由度。必須理解的是，饋電網路495和該等射頻切換器491、492、493之配置方式僅為舉例，在其他實施例中亦可適當作調整。
請再次參考第3圖。在一些實施例中，通訊裝置300可操作於一第一模式、一第二模式，或是一第三模式，其將可分別如下列所述。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置300操作於第一模式之輻射場型圖。根據第5A圖之量測結果，在前述之第一模式中，該等天線組310、320、330、340、350、360、370、380係全部被致能。因此，通訊裝置300將可提供近似全向性之輻射場型。
第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置300操作於第二模式之輻射場型圖。根據第5B圖之量測結果，在前述之第二模式中，該等天線組310、320、330、340、350、360、370、380之僅一者被致能，而其餘之天線組則被禁能。因此，通訊裝置300將可提供具有高指向性(High Directivity)之輻射場型。
第5C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置300操作於第三模式之輻射場型圖。根據第5C圖之量測結果，在前述之第三模式中，該等天線組310、320、330、340、350、360、370、380係部份地被致能，而其餘之天線組則被禁能。因此，通訊裝置300將可根據不同需求而提供各種各式之輻射場型。
第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之吸頂燈(Ceiling Lamp)600之立體圖。在第6圖之實施例中，前述之通訊裝置300係實施於吸頂燈600，其中吸頂燈600更可包括一非導體燈罩(Nonconductive Lampshade)620，以覆蓋住前述之通訊裝置300。必須注意的是，非導體燈罩620可使得所有發光二極體之光線皆能通過，但卻不會阻擋住來自通訊裝置300之電磁波。在此設計下，吸頂燈600可作為一智慧型家庭中之一無線分享器，其將能提供物聯網(Internet of Things，IOT)之單元間所必要之無線通訊功能。另外，包括通訊裝置300之吸頂燈600更可同時作為一室內裝飾元件。第6圖之吸頂燈600之其餘特徵皆與第3圖之通訊裝置300類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
本發明提出一種新穎之天線組及通訊裝置。與傳統設計相比，本發明至少具有提供照明功能、增加操作頻寬、產生高增益或全向性之輻射場型，以及美化裝置外觀等優勢，故其很適合應用於各種各式之裝置當中。
值得注意的是，以上所述之元件參數並非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之天線組及通訊裝置並不僅限於第1-6圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-6圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之天線組及通訊裝置當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
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。
100,200,310,320,330,340,350,360,370,380:天線組 110:韋瓦第天線 120:第一輻射部 130:第二輻射部 140:缺口區域 145:邊緣線 151,152,153:第一發光二極體 154:第一金屬腳位貼片 155:第二金屬腳位貼片 161,162,163:第二發光二極體 170:介質基板 190:信號源 300,400:通訊裝置 390:花瓣式天線陣列 391,392,393,394,491,492,493:射頻切換器 395,495:饋電網路 600:吸頂燈 620:非導體燈罩 D1,D2,D3:間距 E1:第一表面 E2:第二表面
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線組之俯視圖。 第2圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線組之剖面圖。 第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之俯視圖。 第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之通訊裝置之剖面圖。 第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置操作於第一模式之輻射場型圖。 第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置操作於第二模式之輻射場型圖。 第5C圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置操作於第三模式之輻射場型圖。 第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之吸頂燈之立體圖。
100:天線組
110:韋瓦第天線
120:第一輻射部
130:第二輻射部
140:缺口區域
145:邊緣線
151,152,153:第一發光二極體
154:第一金屬腳位貼片
155:第二金屬腳位貼片
161,162,163:第二發光二極體
D1,D2,D3:間距

Claims (20)

  1. 一種具有照明功能之天線組，包括： 一韋瓦第天線，包括一第一輻射部和一第二輻射部，其中該第一輻射部和該第二輻射部共同界定出一缺口區域； 複數個第一發光二極體，設置於該缺口區域以內，其中該等第一發光二極體皆作為該韋瓦第天線之匹配元件來使用；以及 複數個第二發光二極體，設置於該缺口區域以外，其中該等第二發光二極體皆作為該韋瓦第天線之導向器來使用。
  2. 如請求項1所述之天線組，更包括： 一介質基板，具有相對之一第一表面和一第二表面，其中該第一輻射部係設置於該介質基板之該第一表面，而該第二輻射部係設置於該介質基板之該第二表面。
  3. 如請求項2所述之天線組，其中該等第一發光二極體和該等第二發光二極體皆設置於該介質基板之該第一表面。
  4. 如請求項1所述之天線組，其中該缺口區域係大致呈現一錐形。
  5. 如請求項1所述之天線組，其中該天線組能涵蓋介於600MHz至7125MHz之間之一操作頻帶。
  6. 如請求項5所述之天線組，其中該缺口區域與該等第二發光二極體之每一者之間距皆小於或等於該操作頻帶之1倍波長。
  7. 一種具有照明功能之通訊裝置，包括： 複數個天線組，其中該等天線組之每一者包括： 一韋瓦第天線，包括一第一輻射部和一第二輻射部，其中該第一輻射部和該第二輻射部共同界定出一缺口區域； 複數個第一發光二極體，設置於該缺口區域以內，其中該等第一發光二極體皆作為該韋瓦第天線之匹配元件來使用；以及 複數個第二發光二極體，設置於該缺口區域以外，其中該等第二發光二極體皆作為該韋瓦第天線之導向器來使用； 一饋電網路，耦接至該等天線組；以及 複數個射頻切換器，設置於該饋電網路之內，其中藉由使用該等射頻切換器，該等天線組之一部份或全部將會選擇性地被致能或禁能。
  8. 如請求項7所述之通訊裝置，其中該等天線組之每一者更包括： 一介質基板，具有相對之一第一表面和一第二表面，其中該第一輻射部係設置於該介質基板之該第一表面，而該第二輻射部係設置於該介質基板之該第二表面。
  9. 如請求項8所述之通訊裝置，其中該等第一發光二極體和該等第二發光二極體皆設置於該介質基板之該第一表面。
  10. 如請求項7所述之通訊裝置，其中該缺口區域係大致呈現一錐形。
  11. 如請求項7所述之通訊裝置，其中該等天線組皆能涵蓋介於600MHz至7125MHz之間之一操作頻帶。
  12. 如請求項11所述之通訊裝置，其中該缺口區域與該等第二發光二極體之每一者之間距皆小於或等於該操作頻帶之1倍波長。
  13. 如請求項7所述之通訊裝置，更包括： 一多層電路板，其中該饋電網路和該等射頻切換器皆與該多層電路板互相整合。
  14. 如請求項7所述之通訊裝置，其中該通訊裝置能提供近似全向性之一輻射場型。
  15. 如請求項7所述之通訊裝置，其中該等天線組係共同形成一花瓣式天線陣列。
  16. 如請求項7所述之通訊裝置，其中該通訊裝置操作於一第一模式、一第二模式，或是一第三模式。
  17. 如請求項16所述之通訊裝置，其中在該第一模式中，該等天線組係全部被致能。
  18. 如請求項16所述之通訊裝置，其中在該第二模式中，該等天線組之僅一者被致能。
  19. 如請求項16所述之通訊裝置，其中在該第三模式中，該等天線組係部份地被致能。
  20. 如請求項7所述之通訊裝置，其中該通訊裝置係實施於一吸頂燈。
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