移動裝置的制作方法

本發明涉及一種移動裝置，特別是涉及一天線陣列的移動裝置。

背景技術：
隨著移動技術的進步，移動裝置中的相機及錄影機可取得高分辨率的影像或影片。一些高階的移動裝置使用高分辨率多媒體界面(High-DefinitionMultimediaInterface，HDMI)纜線做為傳送高分辨率的影像/影音數據至其他顯示裝置的界面。然而，對于一般大眾而言，無線傳輸更具便利性，特別是60GHz頻帶可提供足夠的頻寬來傳送高品質的影像數據。在傳統技術中，用于傳送數據的天線陣列(AntennaArray)通常占用移動裝置許多空間，且當移動裝置移動或轉動時，天線陣列無法動態地接收和傳送不同方向的信號。這將降低移動裝置的通訊品質。

技術實現要素：
為解決上述問題，在一實施例中，本發明提供一種移動裝置，其至少包括：一介質基板；一天線陣列，至少包括：一第一天線，內嵌于該介質基板中；以及一第二天線，內嵌于該介質基板中，其中該第一天線和該第二天線具有不同的極化方向；以及一收發器，耦接至該天線陣列，用以傳送或接收一信號。附圖說明圖1A是本發明一實施例所述的移動裝置的立體圖；圖1B是本發明另一實施例所述的移動裝置的立體圖；圖2是本發明一實施例所述的天線陣列的示意圖；圖3A是本發明一實施例所述的槽孔天線的立體圖；圖3B是本發明一實施例所述的槽孔天線的俯視圖；圖4是本發明一實施例所述的槽孔天線的返回損失圖；圖5A是本發明一實施例所述的單極天線的立體圖；圖5B是本發明一實施例所述的單極天線的俯視圖；圖6是本發明一實施例所述的單極天線的返回損失圖；圖7是本發明一實施例所述的移動裝置的示意圖；圖8是本發明另一實施例所述的移動裝置的示意圖；圖9A是本發明一實施例所述的移動裝置的立體圖；圖9B是本發明一實施例所述的移動裝置的立體圖；圖10A是本發明一實施例所述的孔徑天線的分解圖；圖10B是本發明一實施例所述的孔徑天線的立體圖；圖10C是本發明一實施例所述的孔徑天線的側視圖；圖10D是本發明一實施例所述的孔徑天線的俯視圖；圖11是本發明一實施例所述的移動裝置的示意圖。符號說明具體實施方式圖1A是顯示根據本發明一實施例所述的移動裝置100的立體圖。移動裝置100可以是智慧型手機、平板電腦，或是筆記型電腦。如圖1A所示，移動裝置100至少包括：介質基板110、天線陣列130，以及收發機(Transceiver)170。本技術領域人士應能理解，即使未顯示于圖1A中，移動裝置100還可包括處理器、顯示模塊、觸控模塊、輸入模塊，或是其它電子元件。在一些實施例中，介質基板110可以是一FR4基板或一低溫共燒多層陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramics，LTCC)基板，而收發器170可以是一收發芯片，其可設置于介質基板110的兩側上。收發器170電性耦接至天線陣列130以傳送或接收一信號。天線陣列130是靠近介質基板110的一側邊緣112處，用以產生端射(End-Fire)輻射，例如：大致朝向圖1A中的X方向。在一實施例中，收發器170可用以調整天線陣列130的主波束(MainBeam)朝向一特定方向，其中該特定方向可為其他顯示裝置(例如顯示器，電視，投影裝置，移動裝置)界面的接收端方向。天線陣列130可包括用于傳送信號之一或多個傳送天線AT，以及用于接收信號之一或多個接收天線AR。由于這些傳送天線AT和接收天線AR交錯地排列(Interleave)，將能改善傳送天線AT之間的隔離度或(且)接收天線AR之間的隔離度。另外，天線陣列130的所有傳送天線AT和接收天線AR皆內嵌于介質基板110當中，因此介質基板110的表面具有足夠的空間以容納其他元件，例如：收發芯片。在一實施例中，這些接收天線AR或(且)傳送天線AT可以是槽孔天線(Slotantenna)、單極天線(MonopoleAntenna)、偶極天線(DipoleAntenna)，或是八木天線(YagiAntenna)。圖1B是顯示根據本發明另一實施例所述的移動裝置190的立體圖。如圖1B所示，移動裝置190還包括另一天線陣列150，其靠近介質基板110的另一側邊緣114處以產生端射輻射，該邊緣114大致垂直于邊緣112。在本實施例中，天線陣列130的主波束大致朝向X方向，而天線陣列150的主波束大致朝向Y方向。相似地，收發器170可用以依據其他顯示裝置界面的接收端所在方向，分別動態地調整天線陣列130、150的主波束于此特定方向。圖2是顯示根據本發明一實施例所述的天線陣列130(或150)的示意圖。如圖2所示，天線陣列130(或150)至少包括三支天線131、132、133。天線133位于天線131、132之間以減少天線131、132之間的耦合。值得注意的是，臨近的二天線必為不同種類的天線以改善隔離度。在一實施例中，天線131、132分別為一傳送天線AT，而天線133為一接收天線AR；在另一實施例中，天線131、132分別為一接收天線AR，而天線133為一傳送天線AT。值得注意的是，由于天線131、132為同種類的天線，故可通過收發器170本身所具有的切換與調整功能，輔以分別改變天線131、132所輻射的輸入相位或能量，達成波束合成的功效，動態地調整天線陣列130、150的主波束的輻射方向。因此，其他顯示裝置界面可獲得最佳的傳輸接收品質，并提升無線傳輸的效率。在本發明較佳實施例中，天線131、132、133皆內嵌于介質基板110中，并大致排成一直線。天線131和天線132之間的距離D12約為天線陣列130的一中心操作頻率的二分之一波長(λ/2)。在另一實施例中，天線131和天線133之間的距離D13大約等于天線132和天線133之間的距離D23。天線陣列130(或150)也可包括更多傳送天線AT和接收天線AR，如圖1A所示。圖3A是顯示根據本發明一實施例所述的槽孔天線300的立體圖。圖3B是顯示根據本發明一實施例所述的槽孔天線300的俯視圖。在較佳實施例中，天線陣列130(或150)中的每一個接收天線AR可以是內嵌于介質基板110的一槽孔天線300。如圖3A、圖3B所示，槽孔天線300包括：接地結構310、饋入件320，以及腔室(Cavity)結構350。接地結構310、饋入件320，以及腔室結構350皆可用金屬制成，例如：鋁或銅。接地結構310本質上為一平面，并具有一槽孔315，其中接地結構310與槽孔315是平行。饋入件320電性耦接到一信號源390，并延伸跨越接地結構310的槽孔315以激發槽孔天線300。腔室結構350本質上為一中空金屬外殼，并電性耦接至接地結構310，其中腔室結構350的開口側351朝向接地結構310的槽孔315。腔室結構350用以反射電磁波并提高槽孔天線300的增益。在其他實施例中，腔室結構350也可由槽孔天線300中移除。在本發明較佳實施例中，介質基板110為一低溫共燒多層陶瓷基板，其包括多個金屬層(MetalLayer)ML和多個穿透件(Via)VA，而接地結構310和腔室結構350皆由該多個金屬層ML和該多個穿透件VA的一部分所形成。該多個穿透件VA電性耦接于該多個金屬層ML之間。為了避免電磁波外漏(LeakageWave)，兩相鄰的穿透件VA的間距應小于天線陣列130的一中心操作頻率的八分之一波長(λ/8)。饋入件320還可穿過上層金屬層ML的一圓孔MLH而延伸至腔室結構350的內部。在一實施例中，饋入件320包括一微帶線(MicrostripLine)或一帶狀線(Stripline)。圖4是顯示根據本發明一實施例所述的槽孔天線300的返回損失(ReturnLoss)圖，其中縱軸代表返回損失(單位：dB)，而橫軸代表操作頻率(單位：GHz)。如圖4所示，槽孔天線300激發產生一頻帶FB1，其約介于57GHz和66GHz之間。因此，槽孔天線300可涵蓋60GHz頻帶。圖5A是顯示根據本發明一實施例所述的單極天線500的立體圖。圖5B是顯示根據本發明一實施例所述的單極天線500的俯視圖。在較佳實施例中，天線陣列130(或150)中的每一個傳送天線AT可以是內嵌于介質基板110的一單極天線500，且傳送天線AT是以垂直于介質基板110的一方向(例如是X方向)延伸。如圖5A、圖5B所示，單極天線500包括：接地結構510、主輻射件520、饋入件530，以及反射結構550。接地結構510、主輻射件520、饋入件530，以及反射結構550皆可用金屬制成，例如：鋁或銅。接地結構510本質上為一平面，并具有一小孔515。主輻射件520的一端525垂直地延伸穿過接地結構510的小孔515。在一實施例中，主輻射件520可包括兩個次輻射件：I字形的一次輻射件521，以及J字形的另一次輻射件522，其中I字形的次輻射件521穿過接地結構510的小孔515，而J字形的次輻射件522電性耦接至I字形的次輻射件521的一端。在其他實施例中，主輻射件520也可為其他形狀，例如：I字形、C字形，或是Z字形。饋入件530電性耦接至主輻射件520的一端525，并電性耦接至一信號源590。在一實施例中，饋入件530包括一方形同軸電纜(RectangularCoaxialCable)，其大致和接地結構510平行，并大致和主輻射件520垂直。反射結構550本質上為一平面，它電性耦接至接地結構510，并大致和接地結構510垂直。反射結構550靠近主輻射件520，用以反射電磁波并調整單極天線500的輻射場型。在其他實施例中，反射結構550也可由單極天線500中移除。相似地，在本發明較佳實施例中，介質基板110為一低溫共燒多層陶瓷基板，其包括多個金屬層和多個穿透件。雖然未圖示于圖5A、圖5B中，接地結構510和反射結構550也可由該多個金屬層和該多個穿透件的一部分所形成。值得注意的是，若槽孔天線300和單極天線500相鄰接，圖3A的接地結構310將電性耦接至圖5A的接地結構510。圖6是顯示根據本發明一實施例所述的單極天線500的返回損失圖，其中縱軸代表返回損失(單位：dB)，而橫軸代表操作頻率(單位：GHz)。如圖6所示，單極天線500激發產生一頻帶FB2，其約介于57GHz和66GHz之間。因此，單極天線500可涵蓋60GHz頻帶。根據圖4、圖6可知，天線陣列130(或150)可涵蓋一陣列頻帶，其約介于57GHz和66GHz之間。圖7是顯示根據本發明一實施例所述的移動裝置700的示意圖。如圖7所示，移動裝置700的收發器170可包括一傳送接收切換器(TransmissionandReceptionSwitch，TRSwitch)172和一調整器174，本實施例中收發器170是以設置于介質基板110的上來作說明，但不以此為限。傳送接收切換器172用以將傳送天線AT和接收天線AR的功能互換。換言之，傳送天線AT可用以接收信號，而接收天線AR可用以傳送信號。調整器174用以動態地調整天線陣列130的主波束朝向一特定方向(例如其他顯示裝置界面的接收端方向)。傳送接收切換器172和調整器174皆可為一收發芯片的一部分電路。在其他實施例中，傳送接收切換器172也可獨立于收發器170之外。圖8是顯示根據本發明另一實施例所述的移動裝置800的示意圖。如圖8所示，移動裝置800還包括另一天線陣列820，其設置于介質基板110的一表面之上，并電性耦接至收發器170。在本實施例中，天線陣列130的主波束大致朝向X方向，而天線陣列820的主波束大致朝向Z方向，其垂直于X方向。相似地，天線陣列820也可包括一或多個傳送天線或接收天線，例如：平板天線(PatchAntenna)。關于元件參數，在本發明一實施例中，介質基板110可為一低溫共燒多層陶瓷基板。介質基板110的厚度約為1.45mm，而介質基板110的介電常數約為7.5。以上參數可根據所需頻帶進行調整。圖1-圖8的實施例有以下優點：(1)天線陣列內嵌于移動裝置的介質基板中，可節省設計空間；(2)天線陣列中接收天線和傳送天線交錯排列，可減少交互耦合并減少天線陣列的總長度；(3)天線陣列靠近于介質基板的邊緣，可產生水平方向的端射輻射；以及(4)天線陣列的主波束方向容易調整。圖9A是顯示根據本發明一實施例所述的移動裝置900的立體圖。移動裝置900可以是智慧型手機、平板電腦，或是筆記型電腦。如圖9A所示，移動裝置900至少包括：介質基板110、天線陣列930，以及收發器170。移動裝置900還可包括處理器、顯示模塊、觸控模塊、輸入模塊，或是其它電子元件(未顯示)。在一些實施例中，介質基板110可以是一FR4基板或一低溫共燒多層陶瓷基板，而收發器170可以是一收發芯片，而本實施例中收發器170是以設置于介質基板110之上來作說明，但不以此為限。收發器170電性耦接至天線陣列930以傳送或接收一信號。天線陣列930靠近介質基板110的一側邊緣112處，用以產生端射輻射。天線陣列930至少包括二支天線910、920。天線910、920內嵌于介質基板110中。與圖1-圖8的實施例不同處在于，天線陣列930的所有天線同時作為傳送天線或是接收天線。天線910、920可以具有不同的極化方向。在一些實施例中，天線910大致為水平極化，而天線920大致為垂直極化。在一些實施例中，天線910大致為垂直極化，而天線920大致為水平極化。天線910和天線920之間的距離D1約為天線陣列930的一中心操作頻率的二分之一波長(λ/2)。天線陣列930可以涵蓋一陣列頻帶，而該陣列頻帶約介于57GHz和66GHz之間。因此，移動裝置900可以支援IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)802.11ad的無線通訊標準。在一些實施例中，天線910可以是如圖3A、圖3B所示的槽孔天線300，而天線920可以是如圖5A、圖5B所示的單極天線500。必須注意的是，單極天線500還可旋轉90度放置，以產生與槽孔天線300大致垂直的極化方向。在其他實施例中，天線910、920的任一者也可為其他種類的天線，例如：孔徑天線(ApertureAntenna)、偶極天線，或是八木天線。圖9B是顯示根據本發明一實施例所述的移動裝置950的立體圖。圖9B和圖9A相似。兩者的差異在于，移動裝置950的天線陣列940還包括三支以上的天線910、920。任二支相鄰天線910、920具有不同的極化方向。在一些實施例中，天線910大致為水平極化，而天線920大致為垂直極化。在一些實施例中，天線910大致為垂直極化，而天線920大致為水平極化。另外，任二支相鄰天線910、920之間的距離D1約為天線陣列940的一中心操作頻率的二分之一波長(λ/2)。圖9B的移動裝置950的其余特征皆與圖9A的移動裝置900相似，故此二實施例均可達成相似的操作效果。圖10A是顯示根據本發明一實施例所述的孔徑天線600的分解圖。圖10B是顯示根據本發明一實施例所述的孔徑天線600的立體圖。圖10C是顯示根據本發明一實施例所述的孔徑天線600的側視圖。圖10D是顯示根據本發明一實施例所述的孔徑天線600的俯視圖。前述實施例中的天線910、920的任一者可以是孔徑天線600。請一并參考圖10A、圖10B、圖10C、圖10D。孔徑天線600包括腔室結構610和饋入件620。腔室結構610和饋入件620皆可用金屬制成，例如：鋁或銅。在本發明較佳實施例中，介質基板110為一低溫共燒多層陶瓷基板，其包括多個金屬層和多個穿透件。該多個穿透件電性耦接于該多個金屬層之間(類似于圖3A、圖3B所示的結構)。雖然該多個金屬層和該多個穿透件未圖示于圖10A、圖10B、圖10C、圖10D中，但腔室結構610和饋入件620也可由該多個金屬層和該多個穿透件的一部分所形成。為了避免電磁波外漏，兩相鄰的穿透件的間距應小于天線陣列930的一中心操作頻率的八分之一波長(λ/8)。腔室結構610具有中空部分612、主要孔徑614，以及饋入孔616，其中主要孔徑614和饋入孔616皆連通至中空部分612。饋入孔616和主要孔徑614可以分別形成于腔室結構610的相對二側壁上或是相鄰二側壁上。腔室結構610的主要孔徑614可以大于的腔室結構610的饋入孔616。在一些實施例中，腔室結構610的中空部分612大致為一長方體，腔室結構610的主要孔徑614大致為一矩形，而腔室結構610的饋入孔616大致為一較小矩形。在其他實施例中，腔室結構610的中空部分612也可為其他形狀，例如：一圓柱體或一正立方體。腔室結構610用以反射電磁波并提高孔徑天線600的增益。饋入件620電性耦接到信號源990，并延伸至腔室結構610的主要孔徑614內，以激發孔徑天線600。更詳細地說，饋入件620包括饋入支路621、622以及連接穿透件(Via)623。饋入支路621、622可以分別大致為一直條形。連接穿透件623電性耦接于饋入支路621的一端和饋入支路622的一端之間。饋入支路621、622可以大致形成一L字形。饋入支路621電性耦接至信號源990，并穿過腔室結構610的饋入孔616延伸進腔室結構610的中空部分612。饋入支路622經由連接穿透件623電性耦接至饋入支路621。在一些實施例中，饋入支路622在一平面(例如：一XY平面)的一法線方向上與主要孔徑614至少有部分的面積重疊。換言之，饋入支路622的至少一部分位于腔室結構610的主要孔徑614內。在較佳實施例中，饋入支路622完全地位于主要孔徑614內。必須了解的是，本發明并不限于此。在其他實施例中，饋入件620也可為一非轉折結構(Non-transitionStructure)，例如：一直條形，而連接穿透件623也可移除，使得饋入支路621直接電性耦接至饋入支路622。圖11是顯示根據本發明一實施例所述的移動裝置710的示意圖。移動裝置710包括介質基板(未顯示)、天線陣列930，以及收發器720。相似地，天線陣列930的天線910、920內嵌于該介質基板中，而天線陣列930靠近該介質基板的一側邊緣處，用以產生端射輻射。收發器720至少包括相位移位器(PhaseShifter)730、740、傳送接收切換器750、發射模塊761、771，以及接收模塊762、772。收發器720及其所有元件可根據一處理器控制信號或一使用者輸入信號來進行控制。傳送接收切換器750用以將傳送天線和接收天線的功能互換。舉例來說，若傳送接收切換器750切換至發射模塊761、771，則天線910、920同時作為傳送天線；而若傳送接收切換器750切換至接收模塊762、772，則天線910、920同時作為接收天線。相位移位器730、740可用于控制該多個天線910、920之間的一相位差。舉例來說，假設天線910大致為水平極化，而天線920大致為垂直極化。若天線910、920之間的相位差為0度，則天線陣列930將形成+45度線性極化；若天線910、920之間的相位差為180度，則天線陣列930將形成-45度線性極化；若天線910、920之間的相位差為-90度或+90度，則天線陣列930將形成右圓極化(RightHandCircularlyPolarized，RHCP)或左圓極化(LeftHandCircularlyPolarized，LHCP)。另外，若關閉發射模塊761和接收模塊762，則天線陣列930將形成垂直極化；而若關閉發射模塊771和接收模塊772，則天線陣列930將形成水平極化。簡而言之，天線陣列930的整體極化方向可配合移動裝置任意地移動和轉動，即時控制天線910、920之間的相位差來進移動態調整，令其可產生水平極化、垂直極化、圓極化或特定角度的極化方向，因此具有天線陣列930的移動裝置可輕易地接收或傳送不同方向的信號。相對地，因移動裝置可動態地產生各種不同的極化方向，故不論接收裝置的極化方向為何，裝置間的信號傳遞皆可平順且不間斷。圖11的移動裝置710的其余特征皆與圖9A的移動裝置900相似，故此二實施例均可達成相似的操作效果。請再次參考圖10A、圖10B、圖10C、圖10D。在一些實施例中，本發明的元件尺寸和元件參數可如下列所述。介質基板110的厚度約為1.45mm，而介質基板110的介電常數約介于7.5至7.8之間。中空部分612的長度L1約介于632μm至948μm之間，較佳為790μm。中空部分612的寬度W1約介于296μm至444μm之間，較佳為370μm。中空部分612的高度H1約介于1027μm至1541μm之間，較佳為1284μm。主要孔徑614的長度L2約介于632μm至948μm之間，較佳為790μm。主要孔徑614的寬度W2約介于578μm至868μm之間，較佳為723μm。饋入件620的總長度(包括饋入支路621、622以及連接穿透件623)約介于1120μm至1680μm之間，較佳為1400μm。本發明的天線陣列于57GHz和66GHz之間的陣列頻帶中的整體增益峰值(PeakGain)約可達8.5dBi，可符合實際應用需求。圖9-圖11的實施例有以下優點：(1)天線陣列內嵌于移動裝置的介質基板中，可節省設計空間；(2)天線陣列靠近于介質基板的邊緣，可產生端射輻射；(3)天線陣列中的孔徑天線具有較廣的頻寬；(4)天線陣列的整體極化方向容易調整，能用于接收及傳送不同方向的信號；以及(5)即使任意地移動和轉動包括天線陣列的移動裝置，其仍能維持良好輻射效能。以上所述的元件尺寸、元件形狀、元件參數，以及頻率范圍僅為舉例，并非用于限制本發明。設計者可根據不同需求調整這些設定值。在本說明書以及權利要求中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間并沒有順序上的先后關系，其僅用于標示區分兩個具有相同名字的不同元件。本發明雖以較佳實施例公開如上，然而其并非用以限定本發明的范圍，任何熟悉此技術者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍應以附上的權利要求所界定的為準。