本发明涉及一种第五代行动通信的天线技术，具体地，涉及一种第五代行动通信天线控制模块的天线技术。
背景技术：
创造具有高速传输能力的无线网络与行动通信设备是相关产业一直以来的目标，各种无线传输标准的演进一直持续地提高数据传输率(简称数据率、或数据率，datarate)，例如在现今无线局域网络(wlan)的ieee802.11标准中，从早期802.11a标准的最大原始数据传输率为54mbps，演进到目前已广泛被使用的802.11ac标准已将单信道速率提高到至少500mbps。在行动通信方面，未来热门的第五代行通通信系统(5g)其标准更是定义了1gbps的惊人数据传输速率的要求目标。
然而，无线传输标准的制定不但需要具有足够运算处理能力的数字芯片执行信号编码与译码，更需要对应提升的射频电路配合足够带宽与高效率的天线(或天线系统)。实际上，无线产品供货商所能够提供的无线产品的实际数据传输率上限不仅受限于各种射频组件、模拟模块与数字模块各自的效能限制，更有一大部分的原因是受限于所有组件与模块硬件配合于软件算法的整合度。传统上，在无线传输过程中，无线数据传输率的增加或减少主要是由无线芯片(wirelesschip)的控制与通道状态(外在的传输环境)决定，而射频组件与天线组件处于被动的地位，没有任何掌控权。仅由无线芯片的观点寻找提升数据传输率的解决方案仍是有诸多限制的。
技术实现要素：
本发明实施例公开一种天线单元，用以安装于无线装置，此天线单元包括可挠式基板、主天线、第一反射器、第二反射器。可挠式基板其表面具有一弯折线，可挠式基板依据弯折线而弯折后使可挠式基板的表面被区分为半径面与圆周面，圆周面依据半径面所延伸的圆柱轴而绕着半径面环绕弯曲后形成圆柱面。主天线设于半径面。第一反射器设于圆周面。第二反射器设于圆周面。主天线用以产生单一极化方向的辐射场型，所述单一极化方向平行于圆柱轴，第一反射器与第二反射器皆平行于所述单一极化方向。第一反射器具有第一上金属板、第一下金属板、第一电容与第一二极管，其中当第一二极管导通时，第一上金属板、第一下金属板、第一电容与第一二极管构成第一矩形闭槽孔结构，用以作为主天线的反射器，其中当第一二极管不导通时，第一上金属板、第一下金属板与第一电容构成第一矩形开槽孔结构，以不作为主天线的反射器。第二反射器具有第二上金属板、第二下金属板、第二电容与第二二极管，其中当第二二极管导通时，第二上金属板、第二下金属板、第二电容与第二二极管构成第二矩形闭槽孔结构，用以作为主天线的反射器，其中当第二二极管不导通时，第二上金属板、第二下金属板与第二电容构成第二矩形开槽孔结构，以不作为主天线的反射器。
优选地，所述主天线是槽孔天线或是偶极天线。
优选地，所述主天线的操作频率是第五代行动通信规格的3.5ghz频带或6ghz频带。
优选地，所述第一上金属板的下侧具有第一下侧连接端与第二下侧连接端，第一下金属板的上侧具有第一上侧连接端与第二上侧连接端；其中，第一电容具有第一端与第二端，第一电容的第一端连接第一上金属板的第一下侧连接端，第一电容的第二端连接第一下金属板的第一上侧连接端；其中，第一二极管具有阳极端与阴极端，第一二极管的阳极端连接第一上金属板的第二下侧连接端，第一二极管的阴极端连接第一下金属板的第二上侧连接端；其中，第二上金属板的下侧具有第一下侧连接端与第二下侧连接端，第二下金属板的上侧具有第一上侧连接端与第二上侧连接端；其中，第二电容具有第一端与第二端，第二电容的第一端连接第二上金属板的第一下侧连接端，第二电容的第二端连接第二下金属板的第一上侧连接端；其中，第二二极管具有阳极端与阴极端，第二二极管的阳极端连接第二上金属板的第二下侧连接端，第二二极管的阴极端连接第二下金属板的第二上侧连接端。
优选地，所述第一矩形闭槽孔结构的长边垂直于单一极化方向，第一矩形闭槽孔结构的长边的长度是主天线的操作频率所对应波长的二分之一，第一矩形开槽孔结构的长边的长度是主天线的操作频率的二分之一频率所对应的波长的四分之一；其中，第二矩形闭槽孔结构的长边垂直于单一极化方向，第二矩形闭槽孔结构的长边的长度是主天线的操作频率所对应波长的二分之一，第二矩形开槽孔结构的长边的长度是主天线的操作频率的二分之一频率所对应的波长的四分之一。
本发明实施例公开一种自适应天线控制模块，用以安装于具有无线芯片的无线装置，所述自适应天线控制模块包括前述实施例所提供的天线单元、天线控制单元、应用单元以及微处理单元。天线控制单元电性连接天线单元的第一二极管与第二二极管，用以输出第一直流控制电压与第二直流控制电压以分别导通所对应的第一二极管与第二二极管。应用单元由无线芯片接收天线单元的信号强度或对应于天线单元的接收数据率。微处理单元连接天线控制单元，且受控于应用单元，依据天线单元的信号强度或对应于天线单元的接收数据率，配合算法处理程序，以控制天线控制单元是否导通第一二极管与第二二极管两者的至少其中之一，以改变天线单元的辐射场型，借以提升通信效能。
优选地，所述主天线是槽孔天线或是偶极天线，第一上金属板的下侧具有第一下侧连接端与第二下侧连接端，第一下金属板的上侧具有第一上侧连接端与第二上侧连接端；其中，第一电容具有第一端与第二端，第一电容的第一端连接第一上金属板的第一下侧连接端，第一电容的第二端连接第一下金属板的第一上侧连接端；其中，第一二极管具有阳极端与阴极端，第一二极管的阳极端连接第一上金属板的第二下侧连接端，第一二极管的阴极端连接第一下金属板的第二上侧连接端；其中，第二上金属板的下侧具有第一下侧连接端与第二下侧连接端，第二下金属板的上侧具有第一上侧连接端与第二上侧连接端；其中，第二电容具有第一端与第二端，第二电容的第一端连接第二上金属板的第一下侧连接端，第二电容的第二端连接第二下金属板的第一上侧连接端；其中，第二二极管具有阳极端与阴极端，第二二极管的阳极端连接第二上金属板的第二下侧连接端，第一二极管的阴极端连接第二下金属板的第二上侧连接端。
优选地，所述第一矩形闭槽孔结构的长边垂直于所述单一极化方向，第一矩形闭槽孔结构的长边的长度是主天线的操作频率所对应波长的二分之一，第一矩形开槽孔结构的长边的长度是主天线的操作频率的二分之一频率所对应的波长的四分之一；其中，第二矩形闭槽孔结构的长边垂直于所述单一极化方向，第二矩形闭槽孔结构的长边的长度是主天线的操作频率所对应波长的二分之一，第二矩形开槽孔结构的长边的长度是主天线的操作频率的二分之一频率所对应的波长的四分之一。
优选地，所述无线芯片连接天线单元的主天线，获得天线单元的信号强度或对应于天线单元的接收数据率。
优选地，所述无线装置是笔记本计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站或无线路由器。
综上所述，本发明实施例提供一种天线单元及具有天线单元的自适应天线控制模块，其利用一体化的天线单元，低成本、制造简单，且具有辐射场型可控制性，并且使用独立于无线芯片之外的控制模块控制无线芯片所正在使用的天线单元的特性以提升天线操作的效能。借此，在达成了使用一体化的天线单元提升无线装置整体的通信效能的目的时，能够尽可能地避免改变无线芯片(包括版本、规格或无线芯片的性能等)，无线芯片的设计不须顾虑各种应用的天线设计，天线设计也不须迁就于无线芯片的现有功能或算法，使得高昂成本的无线芯片的设计变更是非必要的，可以对更多种的天线装置使用共通的无线芯片，天线设计的弹性与自适应性能也由挂载于无线装置本身的操作系统中的应用程序与能够独立运作的微处理器来实现。也就是，提供了一种应用于无线装置的低成本且保持天线性能多样性的自适应解决方式。
附图说明
图1是本发明实施例提供的天线单元未经过弯折成形前的示意图。
图2a是本发明实施例提供的天线单元经过弯折成形后于视角一的示意图。
图2b是本发明实施例提供的天线单元经过弯折成形后于视角二的示意图。
图3a是本发明实施例提供的天线单元在第一二极管与第二二极管皆不导通时的辐射场型图。
图3b是本发明实施例提供的天线单元在第一二极管导通且第二二极管未导通时的辐射场型图。
图3c是本发明实施例提供的天线单元在第一二极管不导通且第二二极管导通时的辐射场型图。
图4是本发明实施例提供的自适应天线控制模块的功能方块图。
具体实施方式
本发明实施例并不限定具有天线单元的自适应天线控制模块其无线传输所使用无线标准的种类，例如可应用于ieee802.11标准、蓝牙(bluetooth)通信标准，或是长期演进技术标准(lte)，或是未来的第五代行动通信标准(5g)，例如3.5ghz频带、6ghz频带等等。本发明实施例所提及的自适应天线控制模块依据应用情况可以有多种实施态样，自适应天线控制模块所应用的无线装置例如但不限于是笔记本计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站或无线路由器。并且，自适应天线控制模块的天线单元并不限于是外露式或是隐藏式的，外露式天线通常是将天线装设于塑料件套筒之内(塑料件是位于无线装置的机壳本体之外)，隐藏式天线通常是将天线藏于无线装置的机壳本体之内。
请参照图1，图1是本发明实施例提供的天线单元未经过弯折成形的示意图。天线单元用1以安装于无线装置，此天线单元1包括可挠式基板10、主天线11、第一反射器12、第二反射器13。可挠式基板10其表面具有一弯折线101，可挠式基板10依据弯折线而弯折后使可挠式基板10的表面被区分为半径面102与圆周面103。主天线11设于半径面102。第一反射器12设于圆周面103。第二反射器13设于圆周面103。换句话说，本实施例的主天线11、第一反射器12与第二反射器13依序排列地设于可挠式微波基板10的表面，且主天线11与第一反射器12之间具有弯折线101。请一并参照图1与图2a，图2a是本发明实施例提供的天线单元经过弯折成形后于视角一的示意图，圆周面103依据半径面102所延伸的圆柱轴z而绕着半径面102环绕弯曲后形成圆柱面103a。另参照图2b，图2b是本发明实施例提供的天线单元经过弯折成形后于视角二的示意图。
主天线11用以产生单一极化方向的辐射场型，所述单一极化方向平行于圆柱轴z，第一反射器12与第二反射器13皆平行于所述单一极化方向。主天线11是可以是槽孔天线或是偶极天线，在图1中是使用半波长偶极天线，且其正端与负端皆各自有对称的两个分支(如图所示)，射频信号馈入方式可以使用同轴线作馈入。主天线11的操作频率是第五代行动通信规格的3.5ghz频带或6ghz频带，但也可应用于未来第五代行动通信规格尚未制定的其他新的频带(各国制订的频带规格将有所差异)。
继续参照图1，第一反射器12具有第一上金属板121、第一下金属板122、第一电容123与第一二极管124。第一上金属板121与第一下金属板122可以印刷电路技术实现。第一电容123与第一二极管124可用表面黏着技术装设于可挠式基板10，且依后续所述的连接关系连接第一上金属板331与第一下金属板332。第一二极管124通常是射频二极管，如图所示的第一电容123与第一二极管124皆使用印刷式导线以连接第一上金属板121与第一下金属板122。当第一二极管124导通时，第一上金属板121、第一下金属板122、第一电容123与第一二极管124构成第一矩形闭槽孔结构，用以作为主天线的反射器。当第一二极管124不导通时，第一上金属板121、第一下金属板122与第一电容123构成第一矩形开槽孔结构，以不作为主天线的反射器。详细地说，第一上金属板121的下侧具有第一下侧连接端121a与第二下侧连接端121b，第一下金属板122的上侧具有第一上侧连接端122a与第二上侧连接端122b。第一电容123具有第一端与第二端，第一电容123的第一端连接第一上金属板121的第一下侧连接端121a，第一电容123的第二端连接第一下金属板122的第一上侧连接端122a。第一二极管124具有阳极端与阴极端，第一二极管124的阳极端连接第一上金属板121的第二下侧连接端121b，第一二极管124的阴极端连接第一下金属板122的第二上侧连接端122b。更进一步，将可挠式基板10经过弯折、弯曲成型后的第一反射器12与主天线11的距离(即圆柱面的半径)较佳是在主天线11的操作频率所对应波长的0.15倍至0.5倍(即0.15λ至0.5λ)之间，但本发明并不因此限定。再者，在其他实施例中，第一二极管124与第一电容123的位置可以互换。
第二反射器13具有第二上金属板131、第二下金属板132、第二电容133与第二二极管134，其中第二二极管134通常是射频二极管，如图所示的第二电容133与第二二极管134皆使用印刷式导线以连接第二上金属板131与第二下金属板132。当第二二极管134导通时，第二上金属板131、第二下金属板132、第二电容133与第二二极管134构成第二矩形闭槽孔结构，用以作为主天线11的反射器。当第二二极管134不导通时，第二上金属板131、第二下金属板132与第二电容133构成第二矩形开槽孔结构，以不作为主天线11的反射器。详细地说，第二上金属板131的下侧具有第一下侧连接端131a与第二下侧连接端131b，第二下金属板132的上侧具有第一上侧连接端132a与第二上侧连接端132b。第二电容133具有第一端与第二端，第二电容133的第一端连接第二上金属板131的第一下侧连接端131a，第二电容133的第二端连接第二下金属板132的第一上侧连接端132a。第二二极管134具有阳极端与阴极端，第二二极管134的阳极端连接第二上金属板131的第二下侧连接端131b，第二二极管134的阴极端连接第二下金属板132的第二上侧连接端132b。更进一步，将可挠式基板10经过弯折、弯曲成型后的第一反射器13与主天线11的距离(即圆柱面的半径)较佳是在主天线11的操作频率所对应波长的0.15倍至0.5倍(即0.15λ至0.5λ)之间，但本发明并不因此限定。再者，在其他实施例中，第二二极管134与第二电容133的位置可以互换。
更进一步，关于第一反射器12所构成了第一矩形闭槽孔结构或第一矩形开槽孔结构，第二反射器13所构成的第一矩形闭槽孔结构或第一矩形开槽孔结构如下解释说明。以主天线11操作于3.5ghz频带为例，当第一二极管124与第二二极管134皆不导通时，辐射场型如图3a所示，趋向于较为均匀的全向性辐射场型(此时称为模式零)。第一矩形闭槽孔结构的长边(在圆柱面103a)垂直于所述单一极化方向(也就是垂直于z轴)，当第一二极管124导通时，第一矩形闭槽孔结构作为反射器(此时称为模式一)，形成如图3b所示的辐射场型，且较佳的是，第一矩形闭槽孔结构的长边的长度是主天线11的操作频率所对应波长的二分之一。当第一二极管124不导通时，第一矩形开槽孔结构不作为反射器，且较佳的是，第一矩形开槽孔结构的长边的长度是主天线11的操作频率的二分之一频率所对应的波长的四分之一。详细地说，当第一二极管124导通时，第一上金属板121与第一下金属板122之间利用第一二极管124彼此导通，并且第一电容123对主天线11的操作频率而言总是视为导通，使得对于主天线11的操作频率而言，第一上金属板121、第一下金属板122、第一电容123与第一二极管124构成第一矩形闭槽孔结构。基于第一矩形闭槽孔结构的半波长槽孔结构，主天线11会激发第一矩形闭槽孔结构上的电流，使得第一矩形闭槽孔结构成为共振反射体，因此影响整体的辐射场型，让第一反射单元12产生反射的效果。当第一二极管124不导通，对于主天线11的操作频率而言，第一上金属板121与第一下金属板122是利用第一电容123彼此导通，故此时第一上金属板121、第一下金属板122与第一电容123构成第一矩形开槽孔结构，其中第一二极管124的位置是此开槽孔的开口处。主天线11即使激发第一矩形开槽孔结构上的电流，第一矩形开槽孔结构上的电流大致上不影响主天线11的辐射场型。
同理，第二矩形闭槽孔结构的长边(在圆柱面103a)垂直于所述单一极化方向(也就是垂直于z轴)，当第二二极管134导通时，第二矩形闭槽孔结构作为反射器(此时称为模式二)，形成如图3c所示的辐射场型，且较佳的是，第二矩形闭槽孔结构的长边的长度是主天线11的操作频率所对应波长的二分之一。当第二二极管134不导通时，第二矩形开槽孔结构不作为反射器，且较佳的是，第二矩形开槽孔结构的长边的长度是主天线11的操作频率的二分之一频率所对应的波长的四分之一。
接下来说明具有上述天线单元11的自适应天线控制模块的实施例。请参照图4，图4是本发明实施例提供的自适应天线控制模块的功能方块图。自适应天线控制模块用以安装于具有无线芯片5的无线装置。所述自适应天线控制模块包括前述实施例所提供的天线单元1、天线控制单元2、应用单元3以及微处理单元4。无线芯片5连接天线单元1的主天线11，获得天线单元1的信号强度或对应于天线单元1的接收数据率。天线控制单元2电性连接天线单元1其第一反射器12的第一二极管124与第二反射器13第二二极管134，用以输出第一直流控制电压v1与第二直流控制电压v2以分别导通所对应的第一二极管124与第二二极管134，直流控制电压(v1、v2)可以导线直接连接二极管(124、134)的阳极(如图4所示)，对应于图1或图2a，所述导线可以沿着圆周面103或圆柱面103a做走线。应用单元3由无线芯片5接收天线单元1的信号强度或对应于天线单元1的接收数据率。微处理单元4连接天线控制单元2，且受控于应用单元3，依据天线单元1的信号强度或对应于天线单元1的接收数据率，配合算法处理程序，以控制天线控制单元2是否导通第一二极管124与第二二极管134两者的至少其中之一，以改变天线单元1的辐射场型，借以提升通信效能。上述的算法处理程序可以软件方式存在于应用单元3中运作，或者是存入微处理单元4的韧体。应用单元3例如是无线装置本身的操作系统或者是外部监控计算机的操作系统中的一个应用程序。
另外，应用单元3也可以由微处理单元4获得天线控制单元2对于天线单元的控制状况，例如让研发人员或无线装置的用户监看天线的工作模式。应用单元3例如是属于开放式系统互联通信参考模型(osi)的应用层(applicationlayer)的软件，应用单元3的执行可单纯依赖于无线装置本身的操作系统，或者是不仅包括一个执行于无线装置本身的操作系统中的软件，也包括一个外部监控无线装置运作的软件，以网络登录方式对无线装置进行远程设定或监看。换句话说，应用单元3并不限定于只执行于多天线装置本身，也包括由外部与无线装置联机控制的软件程序。
综上所述，本发明实施例所提供的天线单元及具有天线单元的自适应天线控制模块，其利用一体化的天线单元，低成本、制造简单，且具有辐射场型可控制性，并且使用独立于无线芯片之外的控制模块控制无线芯片所正在使用的天线单元的特性以提升天线操作的效能。借此，在达成了使用一体化的天线单元提升无线装置整体的通信效能的目的时，能够尽可能地避免改变无线芯片(包括版本、规格或无线芯片的性能等)，无线芯片的设计不须顾虑各种应用的天线设计，天线设计也不须迁就于无线芯片的现有功能或算法，使得高昂成本的无线芯片的设计变更是非必要的，可以对更多种的天线装置使用共通的无线芯片，天线设计的弹性与自适应性能也由挂载于无线装置本身的操作系统中的应用程序与能够独立运作的微处理器来实现。也就是，提供了一种应用于无线装置的低成本且保持天线性能多样性的自适应解决方式。
以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。
附图标记
1：天线单元
10：基板
101：弯折线
102：半径面
103：圆周面
103a：圆柱面
11：主天线
12：第一反射器
13：第二反射器
121：第一上金属板
122：第一下金属板
123：第一电容
124：第一二极管
121a、131a：第一下侧连接端
121b、131b：第二下侧连接端
122a、132a：第一上侧连接端
122b、132b：第二上侧连接端
x、y、z：轴
2：天线控制单元
3：应用单元
4：微处理单元
5：无线芯片
v1：第一直流控制电压
v2：第二直流控制电压。