TWI832108B - 無線通訊裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種天線系統及具有該天線系統之無線通訊裝置。所述天線系統應用於所述無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括背蓋，所述天線系統包括：第一天線，用以與低軌道衛星通訊，所述第一天線設置於所述背蓋表面，所述第一天線包括複數輻射單元，複數所述輻射單元成陣列設置；饋線，所述饋線電連接至所述第一天線，用於為所述第一天線饋入電流；調相單元，所述調相單元電連接至所述饋線，用於調整所述第一天線之相位。
Description
本發明涉及天線領域，尤其涉及一種天線系統及具有該天線系統之無線通訊裝置。
由於衛星與手機之通訊距離較遠，習知之由單一輻射單元構成之天線與衛星通訊時，具有接收訊號能力較差等問題。再者，由於衛星圍繞地球表面運轉，故衛星相對於手機等無線通訊裝置所在之方向變化較大。因此，當手機等無線通訊裝置藉由衛星進行資料傳輸時，容易受到手機天線或衛星天線訊號輻射場型指向性之影響。例如，當手機天線之輻射場型沒有指向衛星所在方向時，那麼通訊時之訊號無疑將降低。
針對無線通訊裝置與衛星通訊時訊號較差之問題，有必要提供一種天線系統及具有該天線系統之無線通訊裝置。
本發明一方面提供一種天線系統，應用於無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括背蓋，所述天線系統包括：第一天線，用以與低軌道衛星通訊，所述第一天線設置於所述背蓋表面，所述第一天線包括複數輻射單元，複數所述輻射單元成陣列設置；饋線，所述饋線電連接至所述第一天線，用於為所述第一天
線饋入電流；調相單元，所述調相單元電連接至所述饋線，用於調整所述第一天線之相位。
本發明另一方面還提供一種無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括背蓋，所述無線通訊裝置還包括如上所述之天線系統。
本發明提供之天線系統，包括第一天線，且所述第一天線為陣列天線，可與低軌道衛星通訊；所述天線系統還藉由設置調相單元以對應調整所述第一天線之相位，使所述第一天線更好地朝向所述低軌道衛星所在之方向。
300:低軌道衛星
200:無線通訊裝置
201:邊框
202:背蓋
203:收容空間
204:顯示幕
100:天線系統
10:第一天線
11:輻射單元
11a:輻射縫隙
20:饋線
30:功分器
40:調相單元
50:波束追蹤/切換模組
60:第二天線
70:多工器
81:第一射頻前端模組
82:第二射頻前端模組
圖1為本申請一實施例提供之無線通訊裝置之立體示意圖。
圖2為一實施例中第一天線設置於圖1所示無線通訊裝置上之示意圖。
圖3為沿圖2所示Ⅱ-Ⅱ線之截面圖。
圖4為另一實施例中第一天線設置於圖1所示無線通訊裝置上之示意圖。
圖5為圖1所示無線通訊裝置與低軌道衛星之通訊示意圖。
圖6為本申請實施例提供之天線系統之功能框圖。
圖7為圖2所示第一天線於YZ平面之輻射場型圖。
圖8為單一輻射單元於YZ平面之輻射場型圖。
圖9為圖2所示第一天線進行波束切換之2D輻射場型圖。
下面將結合本發明實施例中之附圖，對本發明實施例中之技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述之實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部之實施例。基於本發明中之實施例，本領域具有通常技藝者於沒有做出創造性勞動前提下所獲得之所有其他實施例，均屬於本發明保護之範圍。
除非另有定義，本文所使用之所有之技術與科學術語與屬於本發明之技術領域之具有通常技藝者通常理解之含義相同。本文中於本發明之說明書中所使用之術語僅是為描述具體之實施例，不是旨在於限制本發明。本文所使用之術語“及/或”包括一個或多個相關之所列項目的任意與所有之組合。
下面結合附圖，對本發明之一些實施方式作詳細說明。於不衝突之情況下，下述之實施例及實施例中之特徵可相互組合。
請一併參閱圖1與圖6，本發明一實施方式提供一種天線系統100，其可應用於無線通訊裝置200中，用以發射、接收無線電波以傳遞、交換無線訊號。所述無線通訊裝置200可是移動終端、個人數位助理、智慧手錶、電視或智慧汽車等無線通訊裝置。
於本實施例中，所述無線通訊裝置200為一移動終端，包括邊框201、背蓋202及顯示幕204。
所述邊框201可為所述無線通訊裝置200之外邊框。所述邊框201設置於所述背蓋202之邊緣。如此，所述邊框201與所述背蓋202構成所述無線通訊裝置200之外殼，且所述邊框201與所述背蓋202共同形成一具有開口之收容空間203。可理解，所述收容空間203用於收容電子
元件(圖未示)，所述電子元件可為控制晶片、相機模組等。
所述顯示幕204可為觸摸式顯示幕，可用於提供一個交互介面，以實現使用者與所述無線通訊裝置200之交互。所述顯示幕204設置於所述收容空間203內，且所述顯示幕204與所述背蓋202大致平行間隔設置(請參閱圖3)。
請一併參閱圖2至圖4，為於下文中清楚地描述各個方位，於圖2至圖4中建立一座標系對所述無線通訊裝置200之各個方向進行了定義。其中，第一方向Z定義為垂直所述背蓋202之方向，第二方向X定義為所述背蓋202之寬度方向，第三方向Y定義為所述背蓋202之長度方向。
於本實施例中，所述天線系統100包括第一天線10。所述第一天線10設置於所述背蓋202之表面。於本實施例中，所述第一天線10設置於所述背蓋202靠近所述顯示幕204之表面，即所述背蓋202之內側。
可理解，於另一實施例中，所述第一天線10亦可設置於所述背蓋202遠離所述顯示幕204之表面。
於一實施例中，所述第一天線10包括複數輻射單元11，複數所述輻射單元11成陣列設置，以形成天線陣列。如此，可有效提高所述第一天線10與所述低軌道衛星300通訊時之天線增益。於一實施例中，複數所述輻射單元11包括8個輻射單元11。複數所述輻射單元11以2*4之陣列貼設於所述背蓋202之靠近所述顯示幕204之表面。
於一實施例中，所述輻射單元11可為輻射貼片。如此，所述輻射單元11貼設於所述背蓋202靠近所述顯示幕204之表面，且與所述顯示幕204相對間隔設置。
可理解，當所述輻射單元11為輻射貼片時，所述背蓋202之材質優選為絕緣材料，以降低對所述輻射單元11之干擾。例如，所述背蓋202之材質可為玻璃、塑膠或陶瓷等絕緣材料。
可理解，根據所述輻射單元11之形狀設置不同，所述輻射單元11可為對應之偶極子輻射單元、八木輻射單元、環形輻射單元或V型輻射單元等。本發明不對所述輻射單元11進行限制。
請繼續參閱圖4，於一實施例中，所述背蓋202上開設有複數輻射縫隙11a，所述輻射縫隙11a構成輻射單元。可理解，當所述輻射縫隙11a構成所述第一天線10之輻射單元11時，所述背蓋202之材質優選為導電材料。例如，所述背蓋202可為金屬背蓋，如此，當對所述背蓋202饋電時，複數所述輻射縫隙11a可輻射預設頻段之輻射訊號。
可理解，所述輻射縫隙11a之開設方向一致，以集中所述第一天線10之訊號方向。於本實施例中，複數所述輻射縫隙11a包括8個所述輻射縫隙11a。複數所述輻射縫隙11a以2*4之陣列開設於所述背蓋202上。所述輻射縫隙11a沿與所述無線通訊裝置200之短邊平行之方向開設。每一所述輻射縫隙11a大致呈細條狀，且每一所述輻射縫隙11a之大小一致。可理解，於其他實施例中，所述輻射縫隙11a亦可替換為輻射孔、輻射槽等。
可理解，所述天線系統100還包括複數饋線20(請參圖6)。複數所述饋線20一端電連接至所述第一天線10，另一端電連接至功分器30，以形成一饋電網路。可理解，所述功分器30用以將一路輸入訊號能量分成複數路相等或不相等能量，並藉由複數所述饋線20分別饋入至所述第
一天線10中之複數輻射單元11，以激發相應之輻射訊號。
可理解，請參閱圖5，於本實施例中，所述第一天線10可構成一收發高頻段訊號(例如Ku頻段)之陣列天線，用以與低軌道衛星(Low Earth Orbit Sattelite，LEO)300通訊。即設置有所述第一天線10之無線通訊裝置200可用以與所述低軌道衛星300通訊。
可理解，所述低軌道衛星300具有傳輸延時低、路徑損耗小等優點，其運行於距地球表面500-2000公裡之間之軌道上。於地球之複數個軌道平面上佈置多顆所述低軌道衛星300，由通訊鏈路將多個軌道平面上之所述低軌道衛星300聯結起來，以構成一衛星系統。如此，每一所述低軌道衛星300可對應於地球表面形成服務區。所述服務區內之無線通訊裝置200至少被一顆所述低軌道衛星300覆蓋，且所述服務區內之無線通訊裝置200可隨時接入所述衛星系統，進行通訊。然而，由於所述低軌道衛星300圍繞地球運動，故所述低軌道衛星300相對於所述無線通訊裝置200所在之方向變化較大。當所述無線通訊裝置200上之第一天線10之訊號指向與所述低軌道衛星300之方向不匹配時，訊號較不穩定。
請繼續參閱圖6，於本實施例中，為提高所述第一天線10與所述低軌道衛星300通訊時之訊號穩定性，所述天線系統100還包括調相單元40及波束追蹤/切換模組50。可理解，所述波束追蹤/切換模組50用於藉由所述第一天線10追蹤所述低軌道衛星300發送之波束，並根據所述波束追蹤/切換模組50追蹤到之波束確定出最優波束，並將所述第一天線10之發射波束或接收波束調整至所述最優波束之方向，以進行訊號收發。所述波束追蹤/切換模組50還電連接至所述調相單元40，用於根據測算得到
之所述最優波束，輸出控制訊號至所述調相單元40，藉由所述調相單元40調整所述第一天線10之相位以實現波束切換。可理解，所述調相單元40電連接至所述功分器30，用於調整流經所述功分器30之電流之相位，進而調整所述第一天線10上之複數所述輻射單元11輻射之訊號之相位，最終實現波束切換。
請繼續參閱下表。下表為所述第一天線10與單一輻射單元之上下半球輻射效率對比表。
由上表可看出，相比於單一輻射單元，所述第一天線10藉由設置天線陣列，有效地增大了所述第一天線10之天線增益。進一步地，所述天線系統100藉由第一天線10之擺放與設計方式，及設置調相單元40，顯著提高了所述第一天線10於上半球，即Y方向上之天線效率，可有效解決所述無線通訊裝置200與所述低軌道衛星300(參圖5)通訊時之訊號差、訊號不穩定等問題。
請繼續參閱圖7及圖8，圖7為所述第一天線10於YZ平面之輻射場型圖，圖8為單一輻射單元於YZ平面之輻射場型圖。可理解，由於衛星環繞地球運動，故衛星相對位於地球上之通訊裝置之上方。因此，當通訊裝置上之天線之輻射場型較集中於0度至+180度時，可有利於與衛
星通訊。如此，可藉由觀察天線於0度至+180度之上半球(即Y方向)之輻射場型，考量天線與衛星之通訊能力。根據圖7與圖8可看出，圖7中之所述第一天線10之輻射場型主要朝向Y方向，圖8中之單一輻射單元之輻射場型主要朝向Z方向。如此，所述第一天線10有利於與所述低軌道衛星300通訊。
可理解，於一實施例中，所述調相單元40可為調相器或具有調相功能之電路。所述波束追蹤/切換模組50可藉由電腦程式或硬體電路實現。
請繼續參閱圖9，圖9為所述第一天線10進行波束切換之2D輻射場型圖。其中，圖9之多條曲線為所述第一天線10之複數輻射單元11於不同相位下之波束成型(beamforming)後之天線增益曲線。可看出，所述第一天線10藉由調整各個輻射單元11之相位，以調整所述第一天線10之波束方向，從而進行波束切換，且具有較高之天線增益。
請繼續參閱圖6，於一實施例中，所述天線系統100還包括第二天線60。所述第二天線60用於工作於預設頻段，所述預設頻段與所述第一天線10之工作頻段相同或不同。
於一實施例中，所述第二天線60工作之預設頻段與所述第一天線10之工作頻段不同。所述第二天線60可為5G(5th Generation Mobile Communication Technology)天線或4G(4th Generation Mobile Communication Technology)天線。可理解，所述第二天線60可為所述無線通訊裝置200上之邊框天線。所述第二天線60亦可為所述無線通訊裝置200上之封裝天線。
可理解，所述天線系統100還包括多工器70及射頻前端模組。所述多工器70之輸入端電連接至所述射頻前端模組，所述多工器70之輸出端電連接至所述調相單元40及所述第二天線60。於本實施例中，所述射頻前端模組包括第一射頻前端模組81及第二射頻前端模組82。可理解，所述第一射頻前端模組81及所述第二射頻前端模組82可包括低雜訊放大器、濾波器、功率放大器等器件，用以實現模數轉換或調製解調等發射前或接收後之訊號處理功能。其中，所述第一射頻前端模組81用於對藉由所述第一天線10接收或發射之訊號進行訊號處理。所述第二射頻前端模組82用於對藉由所述第二天線60接收或發射之訊號進行訊號處理。所述多工器70用於切換至對應之第一天線10及/或第二天線60，以藉由所述第一天線10激發第一工作模態而產生相應之第一輻射頻段訊號，及/或藉由所述第二天線60激發第二工作模態而產生相應之第二輻射頻段訊號。例如，當應用所述天線系統100之無線通訊裝置200位於低軌道衛星訊號較強之地點(例如海上或山上等)，所述多工器70切換至對應之第一天線10，以激發第一工作模態；當應用所述天線系統100之無線通訊裝置200位於4G或5G訊號較強之地點(例如城市等)，所述多工器70切換至對應之第二天線60，以激發第二工作模態。另外，於某些場景中，所述多工器70亦可同時切換至所述第一天線10及所述第二天線60，以同時激發第一工作模態及第二工作模態，使資料藉由所述第一天線10與低軌道衛星，及所述第二天線60與地面之基站(例如4G基站或5G基站)共同傳輸，從而提升傳輸速率。
於本實施例中，所述第一工作模態為高頻工作模態，所述第一輻射頻段包括10.7GHz-18.1GHz，即第一頻段包括KU頻段，可用於衛星
通訊。可理解，當所述第二天線60為5G天線時，所述第二工作模態為5G之Sub-6(FR1)或毫米波(FR2)模態，如此，所述第二輻射頻段包括30GHz~300GHz。當所述第二天線60為4G天線時，所述第二工作模態為LTE之低中高頻工作模態，如此，所述第二輻射頻段包括低中頻頻段，例如0.6GHz-2.7GHz，及高頻頻段，例如3.3GHz-3.8GHz。
可理解，於一實施例中，所述多工器70、所述第一射頻前端模組81及所述第二射頻前端模組82可集成於一射頻晶片上。
可理解，本申請提供之天線系統100，包括第一天線10，且所述第一天線10為陣列天線，可與低軌道衛星300通訊；所述天線系統100還藉由設置調相單元40以對應調整所述第一天線10之相位，使所述第一天線10之輻射方向更集中地朝向所述低軌道衛星300所在方向。本申請還藉由將所述第一天線10設置於無線通訊裝置200之背蓋202上，以減少所述第一天線10於所述無線通訊裝置200上之佔用空間。
所述天線系統100還包括波束追蹤/切換模組50，用於追蹤所述低軌道衛星300發送之波束，並確定所述波束中之最優波束之方向，以使所述第一天線10與所述低軌道衛星300通訊時之訊號收發更加穩定。
以上實施方式僅用以說明本發明之技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域具有通常技藝者應當理解，可對本發明之技術方案進行修改或等同替換均不應脫離本發明技術方案之精神與範圍。本領域具有通常技藝者還可於本發明精神內做其它變化等用於本發明之設計，僅要其不偏離本發明之技術效果均可。該等依據本發明精神所做之變化，均應包含於本發明所要求保護之範圍之內。
10:第一天線
11:輻射單元
202:背蓋
Claims (5)
- 一種無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括背蓋，其改良在於，所述無線通訊裝置還包括：第一天線，用以與低軌道衛星通訊，所述第一天線設置於所述背蓋表面，所述第一天線包括複數輻射單元，所述複數輻射單元成陣列設置；所述背蓋之材質為導電材料，所述背蓋上開設有複數輻射縫隙，所述複數輻射縫隙構成所述複數輻射單元，所述複數輻射縫隙用於輻射訊號；所述複數輻射縫隙之開設方向一致，以集中所述第一天線之訊號方向；所述複數輻射縫隙沿與所述無線通訊裝置之短邊平行之方向開設，所述複數輻射縫隙均呈細條狀，所述第一天線用於激發第一工作模態，以產生第一輻射頻段，所述第一輻射頻段包括10.7GHz-18.1GHz；饋線，所述饋線電連接至所述第一天線，用於為所述第一天線饋入電流；調相單元，所述調相單元電連接至所述饋線，用於調整所述第一天線之相位；及第二天線，所述第二天線用於工作於預設頻段，所述預設頻段與所述第一天線之工作頻段相同或不同，其中，所述第二天線為所述無線通訊裝置上之邊框天線。
- 如請求項1所述之無線通訊裝置，其中，所述第二天線為4G天線或5G天線。
- 如請求項1所述之無線通訊裝置，其中，所述無線通訊裝置還包括多工器，所述多工器電連接至所述調相單元及所述第二天線，所述多工器用於切換至對應之所述第一天線及/或所述第二天線，以藉由所述第一天線激發所述第一工作模態而產生相應之所述第一輻射頻段訊號，及/ 或藉由所述第二天線激發第二工作模態而產生相應之第二輻射頻段訊號。
- 如請求項1所述之無線通訊裝置，其中，所述無線通訊裝置還包括波束追蹤/切換模組，用於藉由所述第一天線追蹤所述低軌道衛星發送之波束，根據所述波束追蹤/切換模組追蹤到之波束確定出最優波束，並將所述第一天線之發射波束或接收波束調整至所述最優波束之方向，以進行訊號收發。
- 如請求項4所述之無線通訊裝置，其中，所述波束追蹤/切換模組電連接至所述調相單元，用於根據測算得到之所述最優波束，輸出控制訊號至所述調相單元，藉由所述調相單元調整所述第一天線之相位以實現波束切換。
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