[发明专利]外壳及应用该外壳的无线装置

说明书

本发明公开一种外壳及应用该外壳的无线装置，其中该无线装置包含一外壳及一阵列天线；该外壳配置一低反射结构；该阵列天线，设置于该外壳内，以及该低反射结构位于该阵列天线经波束扫描后的辐射范围内；其中，该低反射结构包含周期性排列的多个槽孔；通过本发明的无线装置的外壳的低反射结构设计，可有效降低无线装置因外壳造成的反射损耗，进而增强阵列天线的辐射效率与降低功耗。

技术领域

本发明涉及一种外壳及应用该外壳的无线装置，特别是涉及一种应用该外壳的毫米波天线。

背景技术

随着无线通讯资讯服务量的急遽成长，人们对通讯品质的要求越来越高，下一世代(即第五代行动通讯，简称5G)的无线通信技术应满足高速率、高容量与高品质等运作需求。然而频宽要增加并不是很容易，因为目前常用的频谱已经非常壅挤，很难再找到尚未使用的大频带来满足所需要传输速率的要求。因此必须往更高频的(6GHz)频带去选择。为达到为来对5G的要求与展望，目前世界各研究组织与通讯研发大厂都将原有使用的无线微波(microwave)波段(即厘米波段，如2GHz与5GHz等频段)转移至较高频段(6GHz)的毫米波段。在此类频段中，由于无过度开发，单一系统频宽可较为宽阔(例如可达500MHz至2GHz)，以有效提升数据传输容量与系统效能。另一优点为毫米波频段的波长小，前端元件易微型化。

在毫米波通讯应用上，外壳或装置外壳是一大挑战。这是由于毫米波波长与外壳厚度接近，易受外壳厚度与材料影响，产生反弹，造成能量衰减、旁波瓣生成与电磁干扰等问题。图1A～图1B是电磁波于阵列天线2与外壳1间作用示意图，其中，图1A为电磁波正向入射外壳1的示意图，图1B为电磁波斜向入射外壳1的示意图；当电磁波正向辐射与斜向入射外壳时，都会因为有外壳(绝缘介质)产生反射现象。主因为电磁波在穿透不同介质间时，在界面间可能产生阻抗不匹配，造成部分透射及部分反射的现象。此现象会使辐射能量受到损耗，另外反射信号还可能在移动装置内窜流，产生电磁相容的问题，造成别的电子器件无法正常工作。因此，为了减少因为外壳屏蔽造成辐射功率或能量的浪费，外壳的妥善设计是一重要课题，尤其应用毫米波频段以上。

绝缘材质的外壳在低频(sub-6GHz)中，由于厚度与波长相差甚远，所以过去在外壳屏蔽电磁波的问题较不明显；但来到毫米波频段(28～39GHz)时，电磁波最大可被外壳屏蔽5dB以上，能量损耗将十分显著。因此，本发明提出的改善方式，分别针对一般绝缘材料、玻璃、金属三种不同属性的介质材料的外壳，减少电磁波于界面反射而产生的能量损耗，进而增加辐射效率与降低功耗。

以下介绍本发明的基础理论。图2是电磁波于三介质材料中传递的示意图。图2描述电磁波入射三介质材料的情形，其中包含二界面，分别为介于第一介质材料到第二介质材料之间，及第二介质材料到第三介质材料之间；第一介质材料的本质阻抗为η₁，第二介质材料的本质阻抗η₂，第三介质材料的本质阻抗为η₃；d为第二介质材料的厚度(即为本发明中外壳的厚度)；从第一介质材料到第二介质材料界面的输入阻抗Z₂(0)可表示为

如要在界面无反射，即η₁＝Z₂(0)，又η₁＝η₃＝Z₂(0)，故只要

sinβ₂d＝0 (2)即成立。因此，

其中λg为电磁波于第二介质材料中的波长，λg可表示为

其中，ε_r为介质的介电常数，c为光速，f为电磁波的频率，因此，若能有效控制第二介质材料的厚度，则第二介质材料的效应(例如阻抗不匹配)可忽略。