液晶天线装置的制作方法

本发明是有关于天线装置，特别是有关于一种液晶天线装置。

背景技术：

在5g通讯的时代，必须让天线具有指向性，使得信号能量可集中在特定的方向，一方面减少了对其它无线装置的干扰，另一方面也减小了信号能量的浪费从而提高通讯品质。除了指向性，天线还必须能具有快速追踪无线装置的能力，才能因应5g通讯所需要的通讯品质。

技术实现要素：

本发明的一个方面提出一种液晶天线装置，包括一液晶天线单元，包含多个微波元件，其中各微波元件包括一第一电极、与该第一电极相对设置的一第二电极以及位于该第一电极及该第二电极之间的一液晶单元，其中该液晶天线单元接收一无线信号；以及一控制单元，电性连接至该液晶天线单元，该控制单元是控制该液晶天线单元形成一第一波束，该第一波束具有一第一方向，其中该控制单元是依据该液晶天线单元所接收的该无线信号决定该无线信号的一来源方位，并控制该第一波束的该第一方向朝向该来源方位。

本发明的另一个方面提出一种液晶天线装置，包括一液晶天线单元，包含多个微波元件，其中各微波元件包括一第一电极、与该第一电极相对设置的一第二电极以及位于该第一电极及该第二电极之间的一液晶单元，其中该液晶天线单元接收一无线信号；以及一控制单元，电性连接至该液晶天线单元，该控制单元控制该液晶天线单元形成一第一波束，且该第一波束具有一第一方向，其中在一第一时间区间，该控制单元控制该液晶天线单元以改变该第一波束的该第一方向，并依据该液晶天线单元所接收的该无线信号决定该无线信号的一来源方位。其中在该第一时间区间后的一第二时间区间中，该控制单元控制该液晶天线单元，使得该第一波束的该第一方向朝向该来源方位。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1a是显示依据本发明一实施例中的液晶天线装置的功能方块图。

图1b是显示依据本发明一实施例中的微波元件的示意图。

图2a～2c是显示依据本发明一实施例中利用分时多工以启动追踪部件的示意图。

图3a～3b是显示依据本发明另一实施例中划分不同的追踪部件的示意图。

图4a～4c是显示依据本发明又一实施例中划分不同的追踪部件的示意图。

图5a～5d是显示依据本发明一实施例中分时多工以启动追踪部件的示意图。

图6a～6b是显示依据本发明另一实施例中的追踪部件的排列方式的示意图。

图7是显示依据本发明一实施例中利用液晶天线装置追踪无线装置的方法的流程图。

图8是显示依据本发明另一实施例中利用有源扫描决定无线信号的来源方位的流程图。

图9a为本发明一实施例中的液晶天线单元可运作的一预定空间的示意图。

图9b为本发明图9a的实施例中的液晶天线单元110的上视图。

图9c为本发明图9a的实施例中的液晶天线单元110的侧视图。

图中元件标号说明：

100～液晶天线装置；

110～液晶天线单元；

111～微波元件；

120～控制单元；

131～第一电极；

132～第二电极；

133～液晶单元；

134～第一基板；

135～第二基板；

111a、111b～微波元件；

1110～追踪部件；

1111～区域；

s710－s740、s810－s820～步骤。

具体实施方式

图1a是显示依据本发明一实施例中的液晶天线装置的功能方块图。如图1a所示，液晶天线装置100包括：多个微波元件(microwaveelement)111及一控制单元120。在一实施例中，微波元件是用以接收或发送无线信号，控制单元120是用以控制微波元件111发射波束(beam)及接收无线信号。控制单元120例如可为一通用处理器(general-purposeprocessor)、一数字信号处理器(digitalsignalprocesor，dsp)、或是一微控制单元(microcontroller)，但本发明并不限于此。在一实施例中，微波元件111例如可划分为一或多个液晶天线单元110。为了便于说明，图1a中是以一个液晶天线单元110为例。

图1b是显示依据本发明一实施例中的微波元件的示意图。举例来说，各微波元件111包括第一基板134、位于该第一基板134上的第一电极131、第二基板135，位于该第二基板135上的第二电极132、及一液晶单元(liquidcrystalcell)133，且第一电极131及第二电极132是设置于液晶单元133的相对两侧，如图1b所示。控制单元120例如可发送一控制信号(例如一偏压信号)至各微波元件111的第一电极131及/或第二电极132以调整液晶单元133的转动方向。详细而言，控制单元120可控制各个微波元件111形成波束的方向，或是以分区的方式分别控制各区域内的微波元件111以在各区域形成波束的方向。

图2a～2c是显示依据本发明一实施例中利用分时多工以启动追踪部件的示意图。

在一实施例中，在液晶天线单元110中的全部的微波元件111是划分为一或多个追踪部件(trackingsection)1110，例如图2b及图2c所示，且控制单元120是利用分时多工的方式以启动或关闭追踪部件。

举例来说，如图2a所示，在时间＝tn时，控制单元120是关闭追踪部件，且控制单元120是依据微波元件111所接收的无线信号以决定无线信号的来源方位。

如图2b所示，在时间＝tn+1，控制单元120是启动追踪部件1110，且在各追踪部件1110中的微波元件111可称为追踪微波元件111b。

图2c是绘示另一种划分微波元件111为追踪部件的方式，例如在图2c中的各追踪部件1110所包括的追踪微波元件111b的数量较图2b多。意即，在时间＝tn+1，控制单元120可用另一种划分方式启动追踪部件1110。

在图2b～2c中，控制单元120是驱动各追踪部件1110改变其指向性朝向不同方位，且各追踪部件1110可接收来自不同角度的无线信号。

举例来说，当一无线装置从某一方位发出无线信号，具有不同指向性的各追踪部件1110所接收到的无线信号会有不同的信号特征值。因此，控制单元120可依据各追踪部件1110所接收到的无线信号的特征值以计算无线装置所发出的无线信号的来源方位。该无线装置可以是移动通讯装置、基站、通讯卫星等，但并不以此为限。

接着，控制单元120可驱动液晶天线单元110中的部分或全部微波元件111，使其波束的方向朝向无线信号的来源方位。随着无线装置改变位置，各追踪部件1110所接收到的无线信号的特征值亦会随着改变，故控制单元120可由各追踪部件1110所接收到的无线信号的特征值再计算无线装置移动后所发出的无线信号的来源方位，借以达到追踪无线装置的功能。

在一些实施例中，在初始状态时，控制单元120可启动部分或全部的追踪部件，但并不启动其他的微波元件111以降低功耗。待控制单元120判断出无线信号的来源方位时，控制单元120是启动全部的或是所选择的微波元件111以形成波束并朝向无线信号的来源方位。

图3a～3b-是显示依据本发明另一实施例中划分不同的追踪部件的示意图。在液晶天线单元110中的全部的微波元件111可利用不同方式划分为一或多个追踪部件1110。在一实施例中，如图3a所示，控制单元120可利用九宫格的方式将全部的微波元件111划分为多个追踪部件1110。

在另一实施例中，如图3b所示，控制单元120是以微波元件111的二维阵列的中心为准，对称地将全部的微波元件111划分为多个追踪部件1110。

需注意的是，在本发明中将微波元件111式划分为一或多个追踪部件1110，并不限定于图3a及图3b所示的划分方式，例如可依实际需求将追踪部件1110划分为不同形状，例如扇形、三角形、四边形、多边形、不规则形状、环状等等，但本发明并不限于此。

图4a～4c是显示依据本发明又一实施例中划分不同的追踪部件的示意图。在又一实施例中，如图4a所示，控制单元120可利用九宫格的方式将液晶天线单元110的微波元件111划分为多个区域1111，且各区域1111中的微波元件111可分为第一部分及第二部分，第一部分为追踪部件1110包含一或多个追踪微波元件111b，第二部分包含多个微波元件111a。

意即，控制单元120可选择各区域1111中的第一部分的微波元件111(例如追踪微波元件111b)做为追踪部件1110，使其各具有不同的指向性以接收无线信号，且控制单元120可依据各追踪部件1110所接收的无线信号以判断无线信号的来源方位。控制单元120可指定由一或多个区域的微波元件111a形成波束并朝向无线信号的来源方位。

类似地，在图4b中，控制单元120可利用另一种对称划分方式将液晶天线单元110的微波元件111划分为多个区域1111。在图4a及图4b中，控制单元120是选择固定的追踪微波元件111b做为追踪部件1110，且在各个追踪部件1110中的追踪微波元件111b的排列方式相同。

在图4c中，控制单元120又利用另一种对称划分方式将液晶天线单元110的微波元件111划分为多个区域1111，且各个追踪部件1110中的追踪微波元件111b的排列方式可以不同。

综合图4a～4c的实施例，可得知各区域1111中的追踪部件1110的多个微波元件111b可具有一或多种排列方式。

图5a～5d是显示依据本发明一实施例中分时多工以启动追踪部件的示意图。在一实施例中，控制单元120是可利用分时多工的方式以启动在液晶天线单元110的各区域1111中的追踪部件1110。举例来说，如图5a所示，在时间＝tn时，控制单元120未启动在液晶天线单元110的各区域1111中的任何追踪部件1110。如图5b所示，在时间t＝n+1，控制单元120是启动在液晶天线单元110的各区域1111中的部分微波元件110(例如追踪微波元件111b)以做为追踪部件1110，使其各具有不同的指向性以接收无线信号。

在另一实施例中，如图5c及图5d所示，控制单元120可分时多工改变在液晶天线单元110的各区域1111中的追踪部件1110的位置或排列方式。例如在时间＝tn时，控制单元120是以图5c的排列方式启动在液晶天线单元110的各区域1111中的追踪部件1110。在时间＝tn+1，控制单元120则以图5d的排列方式启动在液晶天线单元110的各区域1111中的追踪部件1110，例如在图5d中的追踪部件1110的位置相较于图5c有稍微变动。

图6a～6b是显示依据本发明另一实施例中的追踪部件的排列方式的示意图。在另一实施例中，控制单元120可利用类似于图4a及4b的方式将全部的微波元件111划分为多个区域1111，且各区域1111中的微波元件111可分为多个第一微波元件111a及多个第二微波元件111b，且第一微波元件111a是形成一二维阵列，且第二微波元件111b是设置于二维阵列周围以形成一或多个追踪部件1110，如图6a及图6b所示。

图7是显示依据本发明一实施例中利用液晶天线装置追踪无线装置的方法的流程图。

在步骤s710，利用微波元件111接收一无线信号。在步骤s720，依据微波元件111所接收的无线信号以决定无线信号的来源方位。举例来说，微波元件111接收无线信号可分为有源扫描或是被动接收的方式，其中被动接收的方式例如可参考图2～6的实施例，故其细节于此不再赘述。有源扫描的方式可参考图8的实施例。

在步骤s730，控制微波元件111所形成的波束的方向于一预定空间范围中。举例来说，液晶天线单元110的波束的方向可在一三维空间中运作，如图9a为本发明一实施例中的液晶天线单元110可运作的一预定空间900示意图。图9b为液晶天线单元110的上视图，其波束方向可运作在垂直于液晶天线单元110左方及右方的一角度α范围内。图9c为本发明一实施例中的液晶天线单元110的侧视图，其波束方向可运作在垂直于液晶天线单元110上方及下方的一角度β范围内。其中，角度α与角度β的数值可以相同，也可以不同。

在步骤s740，控制液晶天线单元110的波束的方向实质地(substantially)朝向该无线信号的来源方位。若无线装置处于移动状态，在控制微波元件111的波束朝向无线信号的来源方位后，无线信号源可能会因移动而偏离原来的方位，由于液晶天线单元110具有追踪无线装置的功能，故液晶天线单元110所形成的波束的方向可不断的修正而实质地朝向无线信号来源方位。

图8是显示依据本发明另一实施例中利用有源扫描决定无线信号的来源方位的流程图。在另一实施例中，在步骤s810，控制单元120是控制液晶天线单元110中的追踪部件1110的指向性在一预定空间中进行扫描。其中上述扫描可称为有源扫描，意即在不同时间点(例如t0、t1、t2…、tn)时，追踪部件1110的指向性在每个时间点会有一角度改变(例如但不限于往垂直于液晶天线装置100的上方/下方或左方/右方的方向改变)，最后追踪部件1110的指向性会扫过这整个预定空间范围。其中追踪部件1110的划分方式可参考上述实施例。

在步骤s820，当追踪部件1110在一时间点时所接收到的无线信号特征相较于其他时间点所接收到的无线信号特征达到一预定条件(例如相对信号强度(signalstrength)最大)，控制单元120是判定在该时间点时的追踪部件1110的指向性为朝向无线信号的来源方位，并接着将液晶天线单元110的波束朝向无线信号的来源方位。

液晶天线单元110的波束的方向可在一三维空间中运作。如图9a、图9b及图9c所示，液晶天线单元110中的追踪部件1110的指向性所扫描的范围是在垂直液晶天线单元110左方及右方的一角度α范围，以及垂直于液晶天线单元110上方及下方的一角度β范围所形成的预定空间900内。其中，角度α与角度β的数值可以相同，也可以不同。意即液晶天线单元110所产生的波束的方向(例如为第一方向)的改变是在预定空间900内。

举例来说，在第一时间区间中(例如时间点t0～tn之间)，因为液晶天线单元110在进行有源扫描以检测无线信号的来源方位，故液晶天线单元110的扫描的预定空间900会用较大的范围进行扫描，例如液晶天线单元110在角度α及角度β范围内运作扫描。当控制单元120利用追踪部件1110定位出无线信号的来源方位后(例如判断为时间点tm时的指向性，0>m>n)，在第二时间区间(例如时间点tn+1～tn+x之间，x>1)，控制单元120控制液晶天线单元110，使得液晶天线单元110的波束(例如为第一波束)的方向朝向无线信号的来源方位。因该无线信号的来源可能会移动，液晶天线单元110的追踪部件1110可进一步在第三时间区间(例如时间点tn+x+1～tn+x+y之间，y>1)缩小扫描范围，意即预定空间缩小至无线信号的来源方位周遭的一个小范围内，且该来源方位周遭的一个小范围会在预定空间900之内。如此可以加快追踪无线信号的来源方位的速度。

综上所述，本发明是提供一种液晶天线装置及其追踪无线装置的方法，其可利用微波元件的指向性的可调制特性，可快速地定位及追踪无线装置，并提供无线装置较佳的信号传输品质。此外，本发明可选择部分的微波元件做为追踪部件，且借由分时多工、波束管理、及/或改变其排列方式，可降低微波元件的压力(stress)时间，并延长微波元件的使用寿命。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。