CN107768836B - 电子装置的天线模块 - Google Patents

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Abstract

一种电子装置的天线模块，包括：至少一可控天线单元，其包括：双频偶极天线，与电子装置的无线芯片连接，具有高、低频偶极辐射体；至少一个双频反射器组，具有高、低频反射器及短路回路，低频反射器具有第一、第二二极管并利用短路回路同向并联一电容；一应用单元，其与无线芯片连接，应用单元具有算法处理程序；及一微处理器，其与应用单元及可控天线单元的双频反射器组连接，并输出一直流控制电压至可控天线单元的双频反射器组，该微处理器受控于应用单元并依据双频偶极天线的接收信号强度指示或接收数据率，控制可控天线单元的辐射场型。达到切换反射效果的目的；电路结构精简；提高具电子装置对于接收无线信号的数据率提升。

Description

电子装置的天线模块
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种电子装置的天线模块。
背景技术
如业界所知，天线的辐射场型依据天线基本工作原理而有所差异，例如偶极天线(dipole antenna)能够产生全向性(omnidirectional)的辐射场型，平板天线(patchantenna)能够产生侧向(broadside)的辐射场型。各种辐射场型有不同的应用，例如，全向性的辐射场型适用于终端装置，以让终端装置接收各方向的无线讯号。相对而言，基地台天线如无线网络接取器(wireless access point)的天线，则可能需要能够产生特定方向的辐射场型，以与位于各种特定位置的终端装置更好地进行无线通讯。传统上，可使用多个天线，且基于波束形成 (Beamforming)技术可实现特定的波束形状，以达到调整辐射场型的目的。然而，由于波束形成 (Beamforming)技术需要复杂的算法及控制电路结构，因而会相对增加产品的成本。故，为了节省成本，可针对基地台(如无线网络接收器)所应用的环境而对应设计具有特定辐射场型的天线。但是，此种针对特定应用环境设计的单一天线并不能用于其它不同需求的使用环境。
发明内容
本发明的任务在于提供一种有助于达到切换反射效果的目的、有利于显著简化控制电路结构和有益于提升接收天线信号的数据率的电子装置的天线模块。
本发明的任务是这样来完成的，一种电子装置的天线模块，包括：
至少一个可控天线单元，该可控天线单元包括：
一双频偶极天线，该双频偶极天线与所述电子装置的一无线芯片连接，并且该双频偶极天线具有一低频偶极辐射体以及一高频偶极辐射体，所述低频偶极辐射体的共振频率低于所述高频偶极辐射体的共振频率；以及
至少一个双频反射器组，该双频反射器组具有一低频反射器、一高频反射器以及一短路回路，所述低频反射器具有一第一二极管，所述高频反射器具有一第二二极管，该第一二极管以及第二二极管利用所述短路回路同向并联一电容；其中，当第一二极管与第二二极管导通时，所述低频反射器以及该高频反射器为半波长反射器；当第一二极管以及第二二极管不导通时，所述短路回路延长低频反射器以及高频反射器的路径而藉以使低频反射器以及高频反射器皆不反射所述低频偶极辐射体以及所述该高频偶极辐射体的电磁波；
一应用单元，该应用单元与所述无线芯片连接，由所述无线芯片接收所述双频偶极天线的接收信号强度指示或接收数据率，所述应用单元具有一算法处理程序；以及
一微处理器，该微处理器与所述应用单元以及可控天线单元的所述双频反射器组连接，并输出一直流控制电压至所述可控天线单元的所述双频反射器组，该微处理器受控于所述应用单元并依据所述双频偶极天线的接收信号强度指示或接收数据率，配合所述算法处理程序，以决定是否以所述直流控制电压导通所述双频反射器组的所述第一二极管以及所述第二二极管而藉以控制所述可控天线单元的辐射场型。
在本发明的一个具体的实施例中，所述高频反射器位于所述双频偶极天线与所述低频反射器之间，所述短路回路位于低频反射器与所述高频反射器之间。
在本发明的另一个具体的实施例中，所述的短路回路还具有一正极线以及一负极线，正极线与所述的直流控制电压连接，负极线与一接地连接，所述电容跨接于正极线与负极线。
在本发明的又一个具体的实施例中，所述正极线的两端分别与所述第一二极管的阳极以及所述第二二极管的阳极连接，所述负极线的两端分别与第一二极管的阴极以及第二二极管的阴极连接。
在本发明的再一个具体的实施例中，所述可控天线单元制作于印刷电路板。
在本发明的还有一个具体的实施例中，所述应用单元的所述算法处理程序为安装于一操作***的一应用程序。
在本发明的更而一个具体的实施例中，所述可控天线单元的数量为复数个，所述应用单元选择复数个可控天线单元的复数个所述双频偶极天线中具有接收信号强度指示最大者或是具有接收数据率最大者为一指定天线而藉以指定所述无线芯片选择所述指定天线作无线传输数据。
在本发明的进而一个具体的实施例中，所述应用单元选择复数个所述双频偶极天线之中具有接收信号强度指示次大者或是具有接收数据率次大者为一待命天线，并且在一传输周期指定所述无线芯片选择所述指定天线作无线传输数据，并且在所述传输周期之中***至少一测试区间段，并在该测试区间段利用所述待命天线作无线传输数据；其中，当所述无线芯片在所述测试区间段所获得的接收数据率大于在所述传输周期的接收数据率时，所述应用单元将所述待命天线指定为更新后的指定天线。
在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述可控天线单元的数量为复数个，每一个可控天线单元还包括一信杂比控制器，该信杂比控制器连接在所述双频偶极天线与所述无线芯片之间，且受控于所述微处理器；其中，当复数个可控天线单元的复数个所述双频偶极天线的接收信号强度指示的差异小于一门坎值时，所述信杂比控制器提高复数个可控天线单元的复数个所述双频偶极天线所接收到的无线信号的信杂比，并选择具有最大值的接收数据率的所述双频偶极天线作为一接收天线。
在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述电子装置为笔记型计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站、无线路由器或智能型手机。
本发明提供的技术方案的技术效果在于：可利用控制二极管的开关的方式实现双频反射器，且在所使用的二极管不导通时让低频反射器与高频反射器共享的电容分别延长低频反射器与高频反射器的路径，以达到切换反射效果的目的；利用短路回路达成的控制电路结构精简，且易于实现，具有很高的产业应用价值；利用在无线芯片外部的应用单元实现多天线***的算法以取代传统上仅靠无线芯片分析讯号强度的方式，有助于显著提高具有天线模块的电子装置对于所接收无线信号的数据率提升。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电子装置的天线模块的方块图。
图2是本发明实施例提供的天线模块的可控天线单元的示意图。
图3是本发明另一实施例提供的电子装置的天线模块的方块图。
具体实施方式
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明之详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。
本发明实施例的具有天线模块的电子装置例如但不限于是笔记型计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站、无线路由器或智能型手机。
请参照图1，该图1实质上是具有天线模块的电子装置的方框图。天线模块包括至少一个可控天线单元1、应用单元2以及微处理器3，在图1中的可控天线单元1的数量是以复数个作为示范。具有天线模块的电子装置也包括有无线芯片4。请一并参照图2，可控天线单元1包括双频偶极天线11与至少一双频反射器组12，在图2中有两个双频反射器组12以做为示范。双频反射器组12具有第一二极管D1与第二二极管D2。应用单元3连接无线芯片4，由电子装置的无线芯片4接收双频偶极天线11的接收信号强度指示(Received SignalStrength Indication，RSSI)或接收数据率(data rate)，应用单元2本身具有算法处理程序。微处理器3连接应用单元2与可控天线单元1，输出直流控制电压DCV至可控天线单元1的第一二极管D1与第二二极管D2。微处理器3受控于应用单元2，依据双频偶极天线11的接收信号强度指示或接收数据率，配合应用单元2的算法处理程序，以决定是否以直流控制电压DCV导通第一二极管D1与第二二极管D2，以控制可控天线单元1的辐射场型。每一个双频反射器组12皆可以被独自地被控制，以各别地影响辐射场型。应用单元的2算法处理程序例如是安装于操作***的一个应用程序。此天线模块的辐射场型控制不需受控于无线芯片4，无线芯片4仅利用可控天线单元1做为无线通信的组件(从可控天线单元1获得无线接收的数据或者利用可控天线单元1无线传送数据给其它的装置)。尤其，当可控天线单元1的数量为复数个时，无线芯片4可以自行选择天线模块之中的哪一个(或哪些个)可控天线单元1作为通信用天线，无线芯片4也可受到应用单元2的通知而使用应用单元2所指派的指定天线作为通信用天线，其它未被选择或未被指定的可控天线单元1可视为是待命天线。实际应用的实施例将于后续再做说明。
接着，请继续参照图2，图2的可控天线单元1包括双频偶极天线11及两个分别位于双频偶极天线11左右两侧的双频反射器组12，但图2的实施例仅作为示范。一些不同于图2的实施例方式是，当可控天线单元1具有三个以上的双频反射器组时，双频反射器组12配置于双频偶极天线11的周围可有多种情况，如环形围绕排列、数组式排列、上下四周配置等多种，不作逐一举例。双频偶极天线11所应用的无线标准的种类例如但不限于是IEEE 802.11标准，或是长期演进技术(LTE)标准，或是未来的第五代行动通讯(5G)标准。图2的双频偶极天线11具有相同极化方向的低频偶极辐射体111与高频偶极辐射体112，低频偶极辐射体111具有低频正极部111a与低频负极部111b，高频偶极辐射体112具有高频正极部112a与高频负极部112b，低频偶极辐射体111的共振频率fL低于高频偶极辐射体112的共振频率fH，例如：低频偶极辐射体111的共振频率fL在2.4GHz的频带，高频偶极辐射体112的共振频率fH在5GHz的频带。
在图2的实施例中，高频偶极辐射体112的高频正极部112a具有两个正极支路，此两个正极支路分别设置于低频偶极辐射体111的低频正极部111a的左右两侧，高频偶极辐射体112的高频负极部112b具有两个负极支路，此两个负极支路分别设置于低频偶极辐射体111的低频负极部111b的左右两侧。本发明并不因此限定低频偶极辐射体111与高频偶极辐射体112其实施方式的结构(或形状)，只要双频偶极天线11为具有双频且极化方向相同的天线性能即可。
继续参照图2，双频偶极天线11的左右两侧分别设置一个双频反射器组12，在图2中这两个双频反射器组12是彼此对称。双频反射器组12平行于双频偶极天线11，具有低频反射器121、高频反射器122与短路回路123。低频反射器121平行于低频偶极辐射体111，高频反射器122平行于高频偶极辐射体112。低频反射器121具有的第一二极管D1与高频反射器122具有的第二二极管D2利用短路回路123同向并联电容C1。针对上述同向并联电容的方式，第一二极管D1与第二二极管D2是以同极性的方向做并联(第一二极管D1的阳极连接第二二极管D2的阳极、第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阴极)。短路回路具有正极线123a、负极线123b与电容C1，正极线123a连接直流控制电压DCV，负极线123b连接至接地G，且电容C1跨接于正极线123a与负极线123b。接地G是可控天线单元1的接地，也是本实施例的电子装置其***本身的接地。上述的双频偶极天线11与双频反射器组12例如是制作于单面或双面印刷电路板，也能制作于可挠式印刷电路板，且上述的第一二极管D1、第二二极管D2与电容C1可以例如利用表面黏着技术装设于印刷电路板。
进一步详细说明，低频反射器121具有正极导体121a与负极导体121b，正极导体121a与负极导体121b利用第一二极管D1的导通而形成半波长的导体结构，是低频偶极辐射体111其共振频率fL的半波长(0.5λL)，在图中的正极导体121a与负极导体121b相较于第一二极管D1的尺寸并未按比例绘制，仅做为示意。高频反射器122具有正极导体122a与负极导体122b，正极导体122a与负极导体122b利用第二二极管D2的导通而形成半波长的导体结构，是高频偶极辐射体112其共振频率fH的半波长(0.5λH)，在图中的正极导体122a与负极导体122b相较于第二二极管D2的尺寸并未按比例绘制，仅做为示意。第一二极管D1与第二二极管D2受控于直流控制电压DCV，且阴极端点连接接地G。当第一二极管D1与第二二极管D2导通时，低频反射器121与高频反射122器各自都是一个半波长反射器。较佳的，低频反射器121与高频反射122器各自形成的半波长反射器皆是大致上平行于双频偶极天线11的极化方向，以发挥较显著的反射效果。当第一二极管D1与第二二极管D2不导通时，短路回路123延长低频反射器121与高频反射器122的路径，使低频反射121器与高频反射器122皆不反射低频偶极辐射体111与高频偶极辐射体112的电磁波，也就是可以使得双频偶极天线11维持原本的辐射场型，例如是维持原本的全向性辐射场型。较佳的，在图2中的短路回路123的正极线123a连接低频反射器121之处是尽可能靠近于第一二极管D1的阳极，正极线123a连接高频反射器122之处是尽可能靠近于第二二极管D2的阳极。并且，负极线123b连接低频反射器121之处是尽可能靠近于第一二极管D1的阴极，负极线123b连接高频反射器122之处是尽可能靠近于第二二极管D2的阴极。一种更佳的实施例是，正极线123a的两端分别直接连接第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阳极，负极线123b的两端分别直接连接第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极。
另一方面，对于每一个双频反射器组12而言，高频反射器122位于低频反射器121与双频偶极天线11之间，但本发明并不因此限定。低频反射器121距离双频偶极天线11的距离较佳是低频偶极辐射体111的操作频率所对应波长的0.15倍至0.5倍。高频反射器122距离双频偶极天线11的距离较佳是高频偶极辐射体112的操作频率所对应波长的0.15倍至0.5倍。并且，短路回路123的较佳配置位置是位于频反射器121与高频反射器122之间。
请参见图3，该图3实质上是具有天线模块的电子装置的另一实施例的方框图，当可控天线单元1的数量为复数个，应用单元2选择可控天线单元1的复数个双频偶极天线11之中具有接收信号强度指示最大者或是具有接收数据率最大者为指定天线，以指定无线芯片4选择此指定天线作无线传输数据。更进一步，应用单元2选择复数个双频偶极天线11之中具有接收信号强度指示次大者或是具有接收数据率次大者为待命天线，并且在一个已设定好的传输周期指定无线芯片4选择(先前已设定好的)指定天线作无线传输数据，并且更在此传输周期之中***至少一个测试区间段，并在此测试区间段利用待命天线作无线传输数据；其中，当无线芯片4在测试区间段所获得的接收数据率大于在传输周期的接收数据率时，应用单元2将待命天线指定为更新后的指定天线。
当可控天线单元1的数量为复数个，每一个可控天线单元1更包括信杂比控制器13（即“信噪比控制器”），连接于双频偶极天线11与无线芯片4之间，且受控于微处理器3；其中，当复数个可控天线单元1的复数个双频偶极天线11的接收信号强度指示的差异小于一个门坎值时，信杂比控制器13提高这些复数个可控天线单元1的复数个双频偶极天线11所接收到的无线信号的信杂比，然后选择具有最大值的接收数据率的双频偶极天线1作为接收天线。相对的，当复数个可控天线单元1的复数个双频偶极天线11的接收信号强度指示的差异大于或等于上述门坎值时，应用单元2直接选择具有最大的接收信号强度指示的双频偶极天线1作为接收天线，并通知无线芯片4使用这个接收天线作无线数据的接收。
综上所述，本发明实施例所提供的电子装置的天线模块，可利用控制二极管的开关的方式实现双频反射器，且在所使用的二极管不导通时让低频反射器与高频反射器共享的电容分别延长低频反射器与高频反射器的路径，以达到切换反射效果的目的。利用短路回路达成的控制电路结构精简，且易于实现，具有很高的产业应用价值。并且，当使用多个可控天线单元时，配合应用单元的控制，使用诸如待命天线或信杂比提高的工作机制，藉由在无线芯片外部的应用单元实现多天线***的算法以取代传统上仅靠无线芯片分析讯号强度的方式，大幅地提高了具有天线模块的电子装置对于所接收无线信号的数据率提升的帮助。
以上所述仅为本发明之实施例，其并非用以局限本发明之专利范围。

Claims (10)

1.一种电子装置的天线模块，其特征在于包括：
至少一个可控天线单元，该可控天线单元包括：
一双频偶极天线，该双频偶极天线与所述电子装置的一无线芯片连接，并且该双频偶极天线具有一低频偶极辐射体以及一高频偶极辐射体，所述低频偶极辐射体的共振频率低于所述高频偶极辐射体的共振频率；以及
至少一个双频反射器组，该双频反射器组具有一低频反射器、一高频反射器以及一短路回路，所述低频反射器具有一第一二极管，所述高频反射器具有一第二二极管，该第一二极管以及第二二极管利用所述短路回路同向并联一电容；其中，当第一二极管与第二二极管导通时，所述低频反射器以及该高频反射器为半波长反射器；当第一二极管以及第二二极管不导通时，所述短路回路延长低频反射器以及高频反射器的路径而藉以使低频反射器以及高频反射器皆不反射所述低频偶极辐射体以及所述该高频偶极辐射体的电磁波；
一应用单元，该应用单元与所述无线芯片连接，由所述无线芯片接收所述双频偶极天线的接收信号强度指示或接收数据率，所述应用单元具有一算法处理程序；以及
一微处理器，该微处理器与所述应用单元以及可控天线单元的所述双频反射器组连接，并输出一直流控制电压至所述可控天线单元的所述双频反射器组，该微处理器受控于所述应用单元并依据所述双频偶极天线的接收信号强度指示或接收数据率，配合所述算法处理程序，以决定是否以所述直流控制电压导通所述双频反射器组的所述第一二极管以及所述第二二极管而藉以控制所述可控天线单元的辐射场型。
2.根据权利要求1所述的电子装置的天线模块，其特征在于所述高频反射器位于所述双频偶极天线与所述低频反射器之间，所述短路回路位于低频反射器与所述高频反射器之间。
3.根据权利要求1所述的电子装置的天线模块，其特征在于所述的短路回路还具有一正极线以及一负极线，正极线与所述的直流控制电压连接，负极线与一接地连接，所述电容跨接于正极线与负极线。
4.根据权利要求3所述的电子装置的天线模块，其特征在于所述正极线的两端分别与所述第一二极管的阳极以及所述第二二极管的阳极连接，所述负极线的两端分别与第一二极管的阴极以及第二二极管的阴极连接。
5.根据权利要求1所述的电子装置的天线模块，其特征在于所述可控天线单元制作于印刷电路板。
6.根据权利要求1所述的电子装置的天线模块，其特征在于所述应用单元的所述算法处理程序为安装于一操作***的一应用程序。
7.根据权利要求6所述的电子装置的天线模块，其特征在于所述可控天线单元的数量为复数个，所述应用单元选择复数个可控天线单元的复数个所述双频偶极天线中具有接收信号强度指示最大者或是具有接收数据率最大者为一指定天线而藉以指定所述无线芯片选择所述指定天线作无线传输数据。
8.根据权利要求7所述的电子装置的天线模块，其特征在于所述应用单元选择复数个所述双频偶极天线之中具有接收信号强度指示次大者或是具有接收数据率次大者为一待命天线，并且在一传输周期指定所述无线芯片选择所述指定天线作无线传输数据，并且在所述传输周期之中***至少一测试区间段，并在该测试区间段利用所述待命天线作无线传输数据；其中，当所述无线芯片在所述测试区间段所获得的接收数据率大于在所述传输周期的接收数据率时，所述应用单元将所述待命天线指定为更新后的指定天线。
9.根据权利要求1所述的电子装置的天线模块，其特征在于所述可控天线单元的数量为复数个，每一个可控天线单元还包括一信杂比控制器，该信杂比控制器连接在所述双频偶极天线与所述无线芯片之间，且受控于所述微处理器；其中，当复数个可控天线单元的复数个所述双频偶极天线的接收信号强度指示的差异小于一门坎值时，所述信杂比控制器提高复数个可控天线单元的复数个所述双频偶极天线所接收到的无线信号的信杂比，并选择具有最大值的接收数据率的所述双频偶极天线作为一接收天线。
10.根据权利要求1所述的电子装置的天线模块，其特征在于所述电子装置为笔记型计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站、无线路由器或智能型手机。
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