TWI713517B

TWI713517B - 天線系統

Info

Publication number: TWI713517B
Application number: TW105112305A
Authority: TW
Inventors: 劉一如; 傅仰德; 劉昌正; 陳奕璋; 魏玉芳
Original assignee: 智邦科技股份有限公司
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2020-12-21
Also published as: US20170310014A1; CN107305974B; US10090591B2; TW201739190A; CN107305974A

Abstract

一種天線系統，包含第一框架、第二框架、複數第一天線元件、複數第二天線元件以及複數第三天線元件。第一框架以及該第二框架各自包含四個邊緣，且任兩個相鄰邊緣互為垂直，第二框架環繞設置於第一框架之外側區域。第一天線元件部分設置於第一框架之其中一對稱的邊緣上，部分設置於第二框架之其中一對稱的邊緣上。第二天線元件，部分設置於第一框架之其中另一對稱的邊緣上，部分設置於第二框架之其中另一對稱的邊緣上。第三天線元件分散設置於第二框架之四個邊緣上。

Description

天線系統

本發明係關於一種天線系統，特別係關於一種提升傳輸效率的天線系統。

隨著網路連線技術的快速演進，多樣化的網路服務應運而生，造就人們對於能連線上網的通訊電子裝置的需求。各家製造廠商也不斷透過改進自家通訊電子裝置的效能與外觀設計，冀望能提升產品競爭力。一般而言，製造廠商通常會透過對天線系統的改進，以達到提升產品效能與縮小產品體積的目的。然而，對於天線系統的改進不僅得考慮其於運作頻率的調整與控制，更得評估製造生產上所需消耗的人力成本。

因此，在兼顧天線系統正常運作與提升傳輸效率的前提下，進行天線系統的設計，是一大挑戰。

本揭示內容之一態樣是在提供一種天線系統。天線系統包含第一框架、第二框架、複數第一天線元件、複數第二天線元件以及複數第三天線元件。第一框架以及第二框架各自包含四個邊緣環繞連接，且任兩個相鄰邊緣互為垂直，使第一框架以及第二框架呈中空的方形形狀，且第二框架環繞設置於第一框架之外側區域。第一天線元件部分設置於第一框架之其中一對稱的兩個邊緣上，部分設置於第二框架之其中一對稱的兩個邊緣上。第二天線元件，部分設置於第一框架之其中另一對稱的兩個邊緣上，部分設置於第二框架之其中另一對稱的兩個邊緣上。第三天線元件分散設置於第二框架之四個邊緣上。

綜上所述，本揭示以特定配置方式將天線元件整合於框架上，不僅易於整合設置於相關產品上，且透過開關的使用以及根據傳輸品質參數來控制開關的切換，使得在4x4、2x2的多輸入多輸出天線架構下，每一開關所對應的輸入輸出天線能夠有較多的選擇性分集(selective diversity)而取得最佳的傳輸品質。

100,100’,200,300‧‧‧天線系統

101‧‧‧第一框架

102‧‧‧第二框架

101A~101D,102A~102D‧‧‧邊緣

111~114‧‧‧第一天線元件

121~124‧‧‧第二天線元件

131~134‧‧‧第三天線元件

141‧‧‧第四天線元件

210‧‧‧第一收發單元

220‧‧‧第二收發單元

230‧‧‧第三收發單元

240‧‧‧控制單元

A1~A4,A1’,A2’‧‧‧第一開關

B1,B2‧‧‧第二開關

V1~V4,V1’,V2’,S1,S2‧‧‧控制訊號

D1‧‧‧第一距離

D2‧‧‧第二距離

x,y‧‧‧方向

第1A圖係根據本揭示內容之一實施例所繪示之一種天線系統的示意圖；第1B圖係根據本揭示內容之另一實施例所繪示之一種天線系統的示意圖；第1C圖係第1B圖天線系統中天線元件的佈局示意圖；第2圖係根據本揭示內容之一實施例所繪示之一種天線系統的示意圖；第3A圖係根據本揭示內容之一實施例所繪示之一種天線系統的示意圖；第3B圖係第3A圖中第一開關對應不同的第一天線元件與第二天線元件配置的示意圖；以及第3C圖係第3A圖中第二開關對應不同的第三天線元件配置的示意圖。

下文是舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本發明的態樣，但所提供的實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構操作的描述非用以限制其執行的順序，任何由元件重新組合的結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。此外，根據業界的標準及慣常做法，圖式僅以輔助說明為目的，並未依照原尺寸作圖，實際上各種特徵的尺寸可任意地增加或減少以便於說明。下述說明中相同元件將以相同的符號標示來進行說明以便於理解。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用的用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露的內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本發明揭露的用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本發明揭露的描述上額外的引導。

此外，在本發明中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。此外，本發明中所使用的『及/或』，包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。

於本發明中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』或『電性耦接』。『連接』或『耦接』亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本發明中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本發明。

請參閱第1A圖，第1A圖係根據本揭示內容之一實施例所繪示之一種天線系統100的示意圖。如第1A圖所示，天線系統100包含第一框架101、第二框架102、第一天線元件111~114、第二天線元件121~124以及第三天線元件131~134。在此實施例中，天線系統100包含兩個框架以及四個第一天線元件、第二天線元件以及第三天線元件，然而上述框架之數目以及天線元件之數目，可因實際應用的需求而調整，本揭示並不以此為限。

第一框架101以及第二框架102各自包含四個邊緣，且任兩個相鄰邊緣互為垂直，第二框架102環繞設置於第一框架101之外側區域。舉例而言，第一框架101以及第二框架102的形狀可為方形，且第一框架101的邊緣的長度約為110毫米至120毫米，第二框架102的邊緣的長度約為175毫米至195毫米，但本發明之實施並不以此為限。值得說明的是，本揭示的第一框架101與第二框架102為了設置安裝等的考量，其外形未必完整，可能有曲折或缺口以繞開其他元件，或者是可能有穿孔以利螺絲等固設元件安裝；且第一框架101與第二框架102的組成也不限定是單一成形，可能是數段拼接，或者也可能是不同材質組成，本發明並不以此為限。

在另一實施例中，如第1B圖所示的天線系統100’，更可包含一第四天線元件141設置於第一框架101所包圍之內側區域。此外，第一天線元件111~114、第二天線元件121~124、第三天線元件131~134以及第四天線元件141的天線類型實施方式如第1C圖所示，可一併參閱第1B圖天線系統100’，但相同的天線類型亦可用於第1A圖的天線系統100中。於此實施例，第一天線元件111~114是以Π型天線(Pi type antenna)的方式實施，第二天線元件121~124、第三天線元件131~134與第四天線元件141均以倒F型天線(inverted-F type antenna)的方式實施，但本發明之實施並不以此等天線類型為限。

此外，各天線元件的佈置，係於第一框架101之其中一對稱的邊緣上分別對應設置第一天線元件111、112，於另一對稱的兩邊緣上則分別對應設置第二天線元件121、122。並於第二框架102之其中一對稱的兩邊緣上設置第一天線元件113、114，於另一對稱的兩邊緣上則設置第二天線元件123、124。而第三天線元件131~134則分散設置於第二框架102之邊緣上。在一較佳實施例中，第三天線元件131~134和第一天線元件113、114和第二天線元件123、124係以交錯間隔方式設置於第二框架102之邊緣上。因此，如第1C圖所示，第一框架101包括四個邊緣101A~101D，第二框架102包括四個邊緣102A~102D，則第一天線元件111、112係分別設置於對稱或是不相鄰的兩邊緣101A、101C上，第一天線元件113、114係分別設置於對稱的兩邊緣102A、102C上。第二天線元件121、122係分別設置於對稱的兩邊緣101B、101D上，第二天線元件123、124係分別設置於對稱的兩邊緣102B、102D上。第三天線元件131~134係分散設置邊緣102A~102D上，且和第一天線元件113、114和第二天線元件123、124間隔設置，即第三天線元件會在第二框架102之邊緣上交錯地設置於第一天線元件跟第二天線元件之間。

在一實施例中，第一天線元件111~114皆延第一方向設置，第二天線元件121~124皆延第二方向設置，而第三天線元件131~134中，和第一天線元件113、114共同設置於同一邊緣的兩個第三天線元件延第一方向設置，和第二天線元件123、124共同設置於同一邊緣的另兩個第三天線元件則延第二方向設置，例如，第三天線元件131、133延第一方向設置，第三天線元件132、134延第二方向設置。第一方向與第二方向垂直。如第1A圖所示，第一方向可以例如為x(或-x)方向，第二方向可以例如為y(或-y)方向，或者是沿著其所設置之第一框架101或第二框架102的邊緣的延伸方向。第四天線元件141可以延第一方向、第二方向或任意方向設置，本揭示並不以此為限。且，設置於第一框架101上之每一第一天線元件111、112與第二天線元件121、122之間距皆為第一距離D1。類似地，設置於第二框架102上之每一第一天線元件113、114與第二天線元件123、124之間距皆為第二距離D2。於一些實施例中，第一距離D1約為100毫米，第二距離D2約為130毫米。

在一實施例中，第一天線元件111~114以及第三天線元件131~134具有第一極化方向(例如垂直)，第二天線元件121~124具有第二極化方向(例如水平)，第四天線元件141可以具有第一極化方向、第二極化方向或任意極化方向。第一極化方向與第二極化方向正交。舉例而言，第一極化方向可以例如為z(及-z)方向，第二極化方向可以例如為y(及-y)方向，抑或x(及-x)方向。應瞭解到，上述關於天線元件的設置方向與極化方向僅用以示範，並非用以限制本發明之實施方式。此外，第一天線元件111~114的運作頻段與第二天線元件121~124的運作頻段相同，第一天線元件111~114與第二天線元件121~124的運作頻段與第三天線元件131~134的運作頻段不同。舉例而言，第一天線元件111~114以及第二天線元件121~124對應的運作頻段可為無線頻段5GHz，第三天線元件131~134對應的運作頻段可為無線保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)所支援的無線頻段2.4GHz，但本發明之實施並不以此為限。須補充的是，於一些實施例中，第三天線元件131~134的運作頻段與第四天線元件141的運作頻段相同。

在一實施例中，上述的天線系統100、100’可以應用於多輸入多輸出(Multi input multi output,MIMO)的天線技術中，後續將以應用於4x4以及2x2的多輸入多輸出天線技術作說明。第2圖係根據本揭示內容之一實施例所繪示之一種天線系統200的示意圖。天線系統200相較於天線系統 100’更包含第一開關A1~A4、第一收發單元210、第二收發單元220、第三收發單元230以及控制單元240，第一收發單元210電性耦接第一開關A1~A4，第二收發單元220電性耦接第三天線元件131~134，第三收發單元230電性耦接第四天線元件141，控制單元240電性耦接第一收發單元210、第二收發單元220以及第三收發單元230。在此實施例中，第一收發單元210和第二收發單元220係分別耦接4組輸入輸出來接收/發送無線訊號，因此可應用於4x4的多輸入多輸出天線。

其中，每一第一開關A1~A4選擇性地耦接至第一天線元件111~114其中至少一者和第二天線元件121~124其中至少一者來接收/發送無線訊號。進一步來說，每一第一開關A1~A4分別對應其中一個第一天線元件以及其中一個第二天線元件配置，如第一開關A1對應第一天線元件111以及第二天線元件123配置，而可透過第一天線元件111接收/發送無線訊號或是透過第二天線元件123接收/發送無線訊號。類似地，第一開關A2對應第一天線元件112以及第二天線元件124配置，第一開關A3對應第一天線元件113以及第二天線元件122配置，第一開關A4對應第一天線元件114以及第二天線元件121配置，因此每一第一開關A1~A4可選擇性地透過各自對應配置的第一天線元件、第二天線元件接收/發送無線訊號。

此外，如同先前所述的第一天線元件111~114以及第二天線元件121~124對應的運作頻段可為無線頻段5GHz，而第三天線元件131~134對應的運作頻段可為無線頻段2.4GHz，因此對於不同頻段的無線訊號，天線系統200皆具有4組輸入輸出來接收/發送無線訊號，故天線系統200可以應用於5GHz以及2.4GHz之4x4的多輸入多輸出天線技術。在實際應用中，第一天線元件111~114、第二天線元件121~124以及第三天線元件131~134可用於一般通訊傳輸使用，而第四天線元件141可以用於其他頻段或無線訊號之收發，例如衛星定位之輔助性功能。

第一收發單元210產生對應第一開關A1~A4所接收/發送的無線訊號之傳輸品質參數。進一步來說，由於第一天線元件111~114與第二天線元件121~124不僅設置在天線系統100、100’的不同位置，且具有不同的設置方向、極化方向，因此當第一開關A1~A4透過各自對應配置的第一天線元件、第二天線元件接收/發送無線訊號時會有不同的傳輸品質。例如以接收無線訊號為例，當第一開關A1透過第一天線元件111接收無線訊號時，產生具有功率P111的訊號至第一收發單元210，而當第一開關A1透過第二天線元件123接收無線訊號時，產生具有功率P123的訊號至第一收發單元210，此時第一收發單元210會分別產生對應功率P111、P123的傳輸品質參數。於一實施例中，傳輸品質參數可以是接收訊號強度指標(Received Signal Strength Indicator,RSSI)，但本發明不以此為限，較高功率的訊號其對應的傳輸品質參數亦較高，假設上述的功率P111大於功率P123，則第一收發單元210所產生對應功率P111的傳輸品質參數亦大於功率P123的傳輸品質參數。

控制單元240再根據第一收發單元210產生之傳輸品質參數產生控制訊號V1~V4至第一開關A1~A4。其中每一第一開關A1~A4根據控制訊號V1~V4進行切換，以和對應配置的第一天線元件或第二天線元件其中至少一者耦接。舉例來說，對於第一開關A1而言，若是透過第一天線元件111接收/發送無線訊號具有較高的傳輸品質參數，則控制單元240所產生的控制訊號V1會切換第一開關A1來和第一天線元件111耦接，藉以透過第一天線元件111接收/發送無線訊號。類似地，其他的控制訊號V2~V4亦會切換對應的第一開關A2~A4來和具有較高傳輸品質參數的天線元件耦接，以透過具有較高的傳輸品質參數之天線元件接收/發送無線訊號。藉此，本揭示以特定配置方式將天線元件整合於框架上，且透過開關的使用以及根據傳輸品質參數來控制開關的切換，使得在4x4的多輸入多輸出天線架構下，每一開關所對應的輸入輸出能夠有較多的選擇性分集(selective diversity)而取得最佳的傳輸品質。

需補充的是，上述第2圖中的天線系統200第一開關A1~A4所對應配置的第一天線元件以及第二天線元件並非唯一實施方式，可以在第一天線元件111~114與第二天線元件121~124中任意選取兩個對應每一第一開關配置，或視不同的應用情況來變化第一開關A1~A4與第一天線元件以及第二天線元件之對應關係。例如選取第一天線元件111與第二天線元件124對應第一開關A1配置，或選取第一天線元件111與第一天線元件114對應第一開關配置，亦或是選取第二天線元件123與第二天線元件124對應第一開關A1配置，本揭示並不以此為限。

請參閱第3A圖，第3A圖係根據本揭示內容之一實施例所繪示之一種天線系統300的示意圖。天線系統300與天線系統200差異在於，在此實施例中，天線系統300的第一收發單元210和第二收發單元220係分別耦接2組輸入輸出來接收/發送無線訊號，，亦即天線系統300可以例如應用於5GHz以及2.4GHz之2x2的多輸入多輸出天線技術。天線系統300包含第一開關A1’、A2’，第二開關B1、B2、第一收發單元210、第二收發單元220、第三收發單元230以及控制單元240。其中，第一收發單元210電性耦接第一開關A1’、A2’，第二收發單元220電性耦接第二開關B1、B2，第三收發單元230電性耦接第四天線元件141，控制單元240電性耦接第一收發單元210、第二收發單元220以及第三收發單元230。類似地，第一開關A1’、A2’與第二開關B1、B2可以分別耦接不同的天線元件進行對應切換，其可能的部分配置實施方式繪示於第3B圖以及第3C圖中。其中，第3B圖係第3A圖中第一開關A1’、A2’和不同的第一天線元件111~114與第二天線元件121~124配置的示意圖。第3C圖係第3A圖中第二開關B1、B2和不同的第三天線元件131~134配置的示意圖。

如第3B圖所示，分別以組態311~313繪示第一開關A1’、A2’和不同的第一天線元件111~114與第二天線元件121~124配置之實施情況。在組態311中，第一開關A1’對應第一天線元件111、112以及第二天線元件121、122配置，而可透過上述四個天線元件其中任一來接收/發送無線訊號。第一開關A2’對應第一天線元件113、114以及第二天線元件 123、124配置，而可透過上述四個天線元件其中任一來接收/發送無線訊號。在組態312中，第一開關A1’對應第一天線元件111、113以及第二天線元件122、123配置，而可透過上述四個天線元件其中任一來接收/發送無線訊號。第一開關A2’對應第一天線元件112、114以及第二天線元件121、124配置，而可透過上述四個天線元件其中任一來接收/發送無線訊號。在組態313中，第一開關A1’對應第一天線元件111、114以及第二天線元件121、123配置，而可透過上述四個天線元件其中任一來接收/發送無線訊號。第一開關A2’對應第一天線元件112、113以及第二天線元件122、124配置，而可透過上述四個天線元件其中任一來接收/發送無線訊號。

藉由上述的配置方式，由於第一天線元件111~114與第二天線元件121~124不僅設置在天線系統100、100’的不同位置，且具有不同的設置方向、極化方向，因此如第3A圖所示，當第一開關A1’、A2’透過各自對應配置的第一天線元件或第二天線元件接收/發送無線訊號時，第一收發單元210根據第一開關A1’、A2’所接收/發送的無線訊號產生對應之傳輸品質參數，控制單元240再根據傳輸品質參數產生控制訊號V1’、V2’至第一開關A1’、A2’。其中每一第一開關A1’、A2’根據控制訊號V1’、V2’進行切換來和配置的第一天線元件或第二天線元件其中至少一者耦接。藉此，控制第一開關A1’、A2’可透過具有較高的傳輸品質參數之天線元件接收/發送無線訊號。

如第3C圖所示，分別以組態321、322繪示第二開關B1、B2和不同的第三天線元件131~134配置之實施情況。在組態321中，第二開關B1對應第三天線元件131、132配置，而可透過上述兩個天線元件其中任一來接收/發送無線訊號。第二開關B2對應第一天線元件133、134配置，而可透過上述兩個天線元件其中任一來接收/發送無線訊號。在組態322中，第二開關B1對應第三天線元件132、133配置，而可透過上述兩個天線元件其中任一來接收/發送無線訊號。第二開關B2對應第一天線元件131、134配置，而可透過上述兩個天線元件其中任一來接收/發送無線訊號。

藉由上述的配置方式，，由於第三天線元件131~134設置在天線系統100、100’的不同位置，且具有不同的設置方向，因此如第3A圖所示，當第二開關B1、B2透過各自對應配置的第三天線元件131~134接收/發送無線訊號時，第二收發單元220根據第二開關B1、B2所接收/發送的無線訊號產生對應的傳輸品質參數，控制單元240再根據傳輸品質參數產生控制訊號S1、S2至第二開關B1、B2。其中每一第二開關B1、B2根據控制訊號S1、S2進行切換來和配置的第三天線元件其中至少一者耦接。藉此，控制第二開關B1、B2可透過具有較高的傳輸品質參數之天線元件接收/發送無線訊號。

綜上所述，本揭示以特定配置方式將天線元件整合於框架上，且透過開關的使用以及根據傳輸品質參數來控制開關的切換，使得在4x4、2x2的多輸入多輸出天線架構下，每一開關所對應的輸入輸出能夠有較多的選擇性分集(selective diversity)而取得最佳的傳輸品質。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧天線系統