CN112398510A - 无线通信装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线通信装置及方法被提出。无线通信装置包含本体、转动模块及天线模块，本体包含壳体、且容置于壳体内的射频信号模块；转动模块容置于壳体内、位于射频信号模块的一侧，且包含转子马达及转轴，转子马达连接转轴，用以使转轴旋转；天线模块容置于壳体内及设置于转轴上，且与射频信号模块电性连接。无线信号通信方法则包括：使天线模块旋转，判断天线模块所接收到的射频信号的强度，以及使天线模块停止旋转。借此，天线模块能动态地调整其方位，以接收到足够强度的射频信号。

Description

无线通信装置及方法
【技术领域】
本发明是关于一种无线通信装置及方法，尤其是指一种具有可旋转天线的无线通信装置及方法。
【背景技术】
随着无线通信产业的蓬勃发展，人们对于无线传输数据量的需求与日俱增。为满足使用者的需求，快速的无线传输速度是必需的。因此，能享用到更高的频宽、更低的传输延迟的第五代移动通信***(5G)为目前无线通信装置的开发重点。
目前第五代移动通信***所使用的频段大致包含两种：不大于6Hz的频段及不小于24GHz的频段，其中不小于24GHz的频段又称为毫米波(mmWave)频段。相较于较低频的频段，毫米波频段具有传输信号快速的优势，然而亦具有绕射能力差使信号于传输过程大量衰减的劣势。为了改善信号衰减的问题，毫米波的传输需应用大规模多输入多输出(massive MIMO)、波束成型(beam forming)等天线技术。然而，波束成型将使得毫米波的传输具有高指向性，一旦毫米波束无法于特定方向被天线发送/接收，将使得无线通信失败。
因此，无线通信装置不能仅有一个天线来收发毫米波，而是需要多个天线，才能涵盖多个发送/接收方位。然而，为了有足够的空间供多个天线容置及运作，无线通信装置的尺寸(例如宽度)可能需增加，或者减少无线通信装置内其他元件的尺寸(例如减少电池的尺寸，致使电量减少)。此外，即使无线通信装置放置了多个天线，仍可能难以接收到基站的信号，导致使用者需改变无线通信装置的方位。
综上，无线通信装置及方法有至少上述方面可改善。
【发明内容】
本发明的一目的在于提供一种无线通信装置及方法，其可动态地调整天线模块收发无线信号的方位，以使天线能有效地收发无线信号，达到较佳的通信品质。并且，在减少天线模块的数量的同时又能保持同样的覆盖率，以节省无线通信装置内部的使用空间。
为达上述目的，本发明所提供的无线通信装置包含一本体、一转动模块及一天线模块。本体包含一壳体及容置于该壳体内的一射频信号模块；转动模块容置于该壳体内、位于该射频信号模块的一侧，且包含一转子马达及一转轴，该转子马达连接该转轴，用以使该转轴旋转；天线模块容置于该壳体内及设置于该转轴上，且与该射频信号模块电性连接。
在一实施例中，该天线模块包含一天线阵列，用以收发毫米波射频信号。
在一实施例中，该天线模块的一宽度介于5mm～8mm之间。
在一实施例中，该转轴直接地连接该转子马达。
在一实施例中，该转动模块更包含一传动机构，该转轴通过该传动机构连接该转子马达。
在一实施例中，该转轴的转动角度不大于360度。
在一实施例中，该无线通信装置更包含另一天线模块，该另一天线模块容置于该壳体内、且位于该射频信号模块的另一侧。
本发明提供的无线信号通信方法包括：使一无线通信装置内的一天线模块旋转；判断该天线模块所接收到的射频信号的强度；以及使该天线模块停止旋转。
在一实施例中，无线信号通信方法更包含，判断该天线模块所接收到的该射频信号的强度高于一设定值时，使该天线模块停止旋转。
在一实施例中，无线信号通信方法更包含，判断该天线模块所接收到的该射频信号的强度低于一设定值时，使该天线模块旋转至另一方位。
在一实施例中，无线信号通信方法更包含，使该天线模块旋转一圈，以建立该天线模块的旋转角度与该射频信号的强度的关系。
在一实施例中，无线信号通信方法中的该天线模块的旋转角度不大于360度。
为使上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文是以较佳的实施例配合所附图式进行详细说明。
【附图说明】
图1是为依据本发明的第一较佳实施例的无线通信装置的立体图(壳体的一部分是剖开显示)；
图2是为图1所示的无线通信装置的前视图(壳体的一部分是剖开显示)；
图3是为本发明的较佳实施例的无线通信装置之内部构造省略后的后视图(壳体的一部分是剖开显示)；
图4是为本发明的较佳实施例的天线模块及转动模块的示意图；
图5A至图5D是为图1所示的无线通信装置的天线模块的旋转式意图；
图6是为依据本发明的第二较佳实施例的无线通信装置的后视图；
图7是为依据本发明的第三较佳实施例的无线通信装置的前视图；以及
图8是为根据本发明的第四较佳实施例的无线通信方法的流程图。
【符号说明】
1～3 无线通信装置
10 本体
20 无线通信方法
100 壳体
110 电路板
111 处理器
120 电池
200 射频信号模块
210、210’ 天线模块
211 天线阵列
220 转动模块
220A 转子马达
220B 转轴
220C 传动机构
S201～S203 步骤
WS 射频信号
【具体实施方式】
以下将具体地描述根据本发明的具体实施例；惟，在不背离本发明的精神下，本发明尚可以多种不同形式的实施例来实践，不应将本发明尚保护范围解释为限于说明书所陈述者。
除非上下文中清楚地另外指明，否则本文所用的单数形式「一」亦包含多个形式，而用语「第一」、「第二」等在本文中是用以阐述各元件或组件，而非该多个元件或组件具备必要顺序或优先性。此外，所述的方位(如前、后、上、下、两侧、内、外等)是为相对方位，可依据无线通信装置的使用状态而定义，并非指示或暗示无线通信装置需有特定方向的构造或操作，亦不能理解为对本发明的限制。
本发明的无线通信装置可为移动电话、平板电脑、虚拟实境装置、笔记型电脑、网络分享器或集线器等可执行无线通信的电子产品，以下将以移动电话为范例，说明各组件的技术内容，但不以此作为限制。此外，无线通信装置可为能收发毫米波、适用第五代移动通信***者。
请参阅图1至3所示，其为根据本发明的第一较佳实施例的无线通信装置1的立体图、前视图及后视图。无线通信装置1可包含一本体10、一天线模块210、一转动模块220等，各组件的技术内容将依序说明如下。
本体10可包含一壳体100及一射频信号模块200，壳体100又可包含显示部(例如移动电话的显示屏幕及其边框)及背部(例如移动电话的背盖)等结构，壳体100内有容置空间，可容纳射频信号模块200等其他元件，如电路板110(其上设置有微处理器111等电子元件)、电池120等。射频信号模块(或称射频控制模块)200可设置于电路板110上，并电性连接处理器111等其他元件。射频信号模块200主要用以处理后述的天线模块210所收发的无线射频信号(下称射频信号)，例如射频信号与数字信号的转换、功率放大等。射频信号模块200可包含一或多个芯片，亦可包含一阻抗匹配电路，更可与其他功能关连的电子元件相整合于一芯片；举例而言，射频信号模块200可为高通(Qualcomm)的Snapdragon X50等商用可取得的芯片。另，射频信号模块200与后述的天线模块210可封装为一体，作为天线***封装(Antenna in Package)，图未示。
转动模块220可容置于本体10的壳体100内，且可固定于电路板110上、位于该射频信号模块200的一侧等；转动模块220可包含一转子马达220A及一转轴220B，该转子马达220A连接该转轴220B，用以使该转轴220B旋转。转子马达220可为一步进马达，能控制马达轴的转动角度，且马达轴不需高转速。较佳地，转轴220B是直接地连接该转子马达220A，即转轴220B直接套设于转子马达220的马达轴上而固定，减少转动模块220所占据的空间。除此之外，若有转轴220B难以直接连接转子马达220A的情况时，转动模块220亦可包含一传动机构220C(如图4所示)，使得转轴220B通过传动机构220C间接地连接转子马达220A，该传动机构220C可为皮带、齿轮或其他可连动于转子马达220A与转轴220B的元件。
天线模块210亦容置于壳体100内、且固定地设置于转轴220B上，因此转子马达220A旋转该转轴220B时，天线模块210可随的旋转至各角度，以朝不同方位来收发毫米波射频信号。另外，天线模块210还与电路板110上的射频信号模块200电性连接(例如通过一可饶的导线、排线或电路板相电性连接)，以将接收到的射频信号传递给射频信号模块200，或着反之发送出去。较佳地，为了避免使用者握持无线通信装置1时遮档到天线模块210，或是避免天线模块210与其他电子元件太近，天线模块210较佳地可位于壳体100的角落处。天线模块210的宽度可介于5mm～8mm之间(不以此为限)，小于壳体100的厚度，且天线模块210旋转时不会撞击到壳体100或其他周围的零件。
此外，天线模块210至少可包含一天线阵列211，用以收发毫米波射频信号，其包含多个天线单元，在一维或二维方向上排列于天线模块210的一电路板上；天线阵列211具备波束成型功能，能将射频信号集中于一特定方向，以增加天线增益。如图5C或图5D所示，天线阵列211能动态地调整射频信号(毫米波)WS的集中方向(即波束追踪，beam tracking)，以匹配基站所发射出的射频信号(图未示)的方向，获得较佳的无线传输品质；例如，集中的射频信号WS与天线阵列210的表面能相垂直、或呈30度或60度的倾斜。
接着请参阅图5A至5D，其为图1所示的天线模块210与转动模块220的作动示意图。如图5A所示，天线模块210于初始状态可朝向前方或后方，转动模块220的转轴220B位于0度的位置；开始运作后，转子马达220A使转轴220B及天线模块210沿着顺时针或逆时针方向，旋转至各角度(如图5B至5D所示的90、180、270度)，以使天线模块210朝向不同方位来收发射频信号。较佳地，转轴220B的转动角度不大于360度，以避免天线模块210与射频信号模块200之间的传输线过度卷绕而断裂或损坏；换言之，转轴220B不会沿着同个方向(顺时针方向或逆时针方向)持续转动，而是来回转动。于其他实施例中，若天线模块210通过集电环(slip ring)等方式来与射频信号模块200电性连接，则转轴220B的旋转角度亦可大于360度，没有传输线断裂或损坏的问题。
借此，无线通信装置1可让天线模块210转动至不同方位来收发射频信号，并且让天线模块210维持朝向能接收到较强无线信号的方位，使得无线通信装置1与基站(图未示)之间有较佳的通信品质。因此，无线通信装置1不需包含多个分别朝向不同方位的固定式天线模块，以减少壳体100内容用以容置天线模块的空间，进而使得壳体100的宽度或厚度能够缩减。
接着，请参阅图6所示，其为依据本发明的第二较佳实施例的无线通信装置2的后视图。与无线通信装置1不同的是，无线通信装置2除了包含了可转动的天线模块210，更包含另一天线模块210’(下称天线模块210’)，而天线模块210’容置于该壳体100内、位于该射频信号模块200的另一侧(即位于壳体100的另一角落)，并且与射频信号模块200电性连接。更具体地说明，两天线模块210及210’是位于壳体100内的不同处，且较佳地两者相远离，以加强无线通信装置2的射频信号的接收范围。也就是，若是基站是朝无线通信装置2的下侧发射射频信号，则射频信号可能会被使用者的手掌遮蔽而无法被天线模块210接收，但能够被天线模块210’接收。
天线模块210及210’可同时运作，或者当天线模块210无法有效接收射频信号时，再启动天线模块210’。另外，于本实施例中，天线模块210’为固定、不会转动，但无线通信装置2亦可包含另一转动模块(图未示)，连接天线模块210’，使天线模块210’能转动，从而接收各方位的无线信号。
请接着参阅图7所示，其为依据本发明的第三较佳实施例的无线通信装置3的前视图。与无线通信装置1、2不同的是，无线通信装置3为一虚拟实境装置，其本体10内的转动模块220可使天线模块210旋转。无线通信装置3可通过天线模块210与一电脑主机(hostcomputer，图未示)或基站等进行无线通信。当使用者配戴无线通信装置3进行虚拟实境体验时，会不时移动无线通信装置3；此过程中，无线通信装置3可使天线模块210旋转至朝向电脑主机所在方位，以使得天线模块21与电脑主机之间维持较佳的通信品质。
以上为依据本发明较佳实施例的无线通信装置的技术内容说明，接着将说明依据本发明其他较佳实施例的无线通信方法。该方法可利用上述无线通信装置(其内的微处理器)来执行，故可视为是无线通信装置的一种运作方式。因此，无线信号通信方法的技术内容可参照无线通信装置的技术内容(两者技术内容应可互相应用)，故说明上较为简洁。
请参阅图8所示的无线通信方法的步骤流程图，并配合参阅图5A至图5D所示，当无线通信装置1欲进行无线通信时，天线模块210会尝试寻找一基站，微处理器111将会驱动转动模块220使天线模块210旋转，使得天线模块210朝向一方位(步骤S201)；接着微处理器111判断天线模块210所接收到的射频信号的强度(步骤S202)；若判断强度高于一设定值，微处理器111会使该天线模块210停止旋转，天线模块210将于此方位与基站建立连结，以进行无线通信(步骤S203)；若判断强度低于一设定值时，微处理器111会使天线模块210再度旋转，以使天线模块朝向另一方位(步骤S201)。上述步骤S201及S202可能重复进行数次，直到微处理器111判断天线模块210有接收到足够强度的射频信号。
微处理器111亦可使天线模块210旋转一圈(360度)，并且储存天线模块210于不同旋转角度(如0、30、60、90、120、150、180、210、240、270、300及360)下所接收到射频信号强度，以建立出目前天线模块210的旋转角度与该射频信号的强度的关系。之后，微处理器111能使天线模块210旋转至接收到最大强度的射频信号。若天线模块210旋转一圈、于多个旋转角度下都接收不到足够的射频信号时，则微处理器111可启动另一天线模块210’(如图5所示)，以增加射频信号的接收范围；或者，可通过显示器来提示使用者目前天线模块210接收不到足够的射频信号，俾以使用者将无线通信装置1移动至他处。
另一方面，当无线通信装置1被使用者移动至他处，造成天线模块210与基站之间的连结中断，则上述步骤将会再执行，以重新建立连结。
综合上述，本发明的无线通信装置及方法能旋转天线模块至朝向不同方位来收发射频信号，无须使用到多个天线模块，故能节省无线通信装置内部的使用空间。此外，因应基站的位置，可动态地调整天线模块无线信号收发的方位，使天线模块与基站之间维持较佳的通信品质。
上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以申请专利范围为准。

Claims (12)

1.一种无线通信装置，其特征在于，包含：
一本体，包含一壳体、且容置于该壳体内的一射频信号模块；
一转动模块，容置于该壳体内、位于该射频信号模块的一侧，且包含一转子马达及一转轴，该转子马达连接该转轴，用以使该转轴旋转；以及
一天线模块，容置于该壳体内及设置于该转轴上，且与该射频信号模块电性连接。
2.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，该天线模块至少包含一天线阵列，用以收发毫米波射频信号。
3.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，该天线模块的一宽度介于5mm～8mm之间。
4.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，该转轴直接地连接该转子马达。
5.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，该转动模块更包含一传动机构，该转轴通过该传动机构连接该转子马达。
6.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，该转轴的转动角度不大于360度。
7.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，更包含另一天线模块，该另一天线模块容置于该壳体内、且位于该射频信号模块的另一侧。
8.一种无线信号通信方法，其特征在于，包括：
使一无线通信装置内的一天线模块旋转；
判断该天线模块所接收到的射频信号的强度；以及
使该天线模块停止旋转。
9.如权利要求8所述的无线通信方法，其特征在于，更包含，判断该天线模块所接收到的该射频信号的强度高于一设定值时，使该天线模块停止旋转。
10.如权利要求8所述的无线通信方法，其特征在于，更包含，判断该天线模块所接收到的该射频信号的强度低于一设定值时，使该天线模块旋转至另一方位。
11.如权利要求8所述的无线通信方法，其特征在于，更包含，使该天线模块旋转一圈，以建立该天线模块的旋转角度与该射频信号的强度的关系。
12.如权利要求8所述的无线通信方法，其特征在于，该天线模块的旋转角度不大于360度。
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