[發明專利]外殼及應用該外殼的無線裝置

在審

• 申請號: 201911309622.1
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN112822884A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 郭芳銚;姜哲揚;陳文江
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H05K5/02
• 分類號: H05K5/02;H01Q1/22;H01Q1/52;H01Q21/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

本發明公開一種外殼及應用該外殼的無線裝置，其中該無線裝置包含一外殼及一陣列天線；該外殼配置一低反射結構；該陣列天線，設置于該外殼內，以及該低反射結構位于該陣列天線經波束掃描后的輻射范圍內；其中，該低反射結構包含周期性排列的多個槽孔；通過本發明的無線裝置的外殼的低反射結構設計，可有效降低無線裝置因外殼造成的反射損耗，進而增強陣列天線的輻射效率與降低功耗。

技術領域

本發明涉及一種外殼及應用該外殼的無線裝置，特別是涉及一種應用該外殼的毫米波天線。

背景技術

隨著無線通訊資訊服務量的急遽成長，人們對通訊品質的要求越來越高，下一世代(即第五代行動通訊，簡稱5G)的無線通信技術應滿足高速率、高容量與高品質等運作需求。然而頻寬要增加并不是很容易，因為目前常用的頻譜已經非常壅擠，很難再找到尚未使用的大頻帶來滿足所需要傳輸速率的要求。因此必須往更高頻的(6GHz)頻帶去選擇。為達到為來對5G的要求與展望，目前世界各研究組織與通訊研發大廠都將原有使用的無線微波(microwave)波段(即厘米波段，如2GHz與5GHz等頻段)轉移至較高頻段(6GHz)的毫米波段。在此類頻段中，由于無過度開發，單一系統頻寬可較為寬闊(例如可達500MHz至2GHz)，以有效提升數據傳輸容量與系統效能。另一優點為毫米波頻段的波長小，前端元件易微型化。

在毫米波通訊應用上，外殼或裝置外殼是一大挑戰。這是由于毫米波波長與外殼厚度接近，易受外殼厚度與材料影響，產生反彈，造成能量衰減、旁波瓣生成與電磁干擾等問題。圖1A～圖1B是電磁波于陣列天線2與外殼1間作用示意圖，其中，圖1A為電磁波正向入射外殼1的示意圖，圖1B為電磁波斜向入射外殼1的示意圖；當電磁波正向輻射與斜向入射外殼時，都會因為有外殼(絕緣介質)產生反射現象。主因為電磁波在穿透不同介質間時，在界面間可能產生阻抗不匹配，造成部分透射及部分反射的現象。此現象會使輻射能量受到損耗，另外反射信號還可能在移動裝置內竄流，產生電磁相容的問題，造成別的電子器件無法正常工作。因此，為了減少因為外殼屏蔽造成輻射功率或能量的浪費，外殼的妥善設計是一重要課題，尤其應用毫米波頻段以上。

絕緣材質的外殼在低頻(sub-6GHz)中，由于厚度與波長相差甚遠，所以過去在外殼屏蔽電磁波的問題較不明顯；但來到毫米波頻段(28～39GHz)時，電磁波最大可被外殼屏蔽5dB以上，能量損耗將十分顯著。因此，本發明提出的改善方式，分別針對一般絕緣材料、玻璃、金屬三種不同屬性的介質材料的外殼，減少電磁波于界面反射而產生的能量損耗，進而增加輻射效率與降低功耗。

以下介紹本發明的基礎理論。圖2是電磁波于三介質材料中傳遞的示意圖。圖2描述電磁波入射三介質材料的情形，其中包含二界面，分別為介于第一介質材料到第二介質材料之間，及第二介質材料到第三介質材料之間；第一介質材料的本質阻抗為η₁，第二介質材料的本質阻抗η₂，第三介質材料的本質阻抗為η₃；d為第二介質材料的厚度(即為本發明中外殼的厚度)；從第一介質材料到第二介質材料界面的輸入阻抗Z₂(0)可表示為

如要在界面無反射，即η₁＝Z₂(0)，又η₁＝η₃＝Z₂(0)，故只要

sinβ₂d＝0 (2)即成立。因此，

其中λg為電磁波于第二介質材料中的波長，λg可表示為

其中，ε_r為介質的介電常數，c為光速，f為電磁波的頻率，因此，若能有效控制第二介質材料的厚度，則第二介質材料的效應(例如阻抗不匹配)可忽略。