TW200903899A - Phased-array smart antenna apply to WLAN AP/Router - Google Patents

Description

200903899 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是指一種相位陣列式智慧天線及運作方 法，特別是指一種應用於無線網路橋接器之相位陣 式智慧天線及運作方法。 【先前技術】 傳統應用於無線網路產品的天線可使用偶極 卿㈣或單極(_。_)天線，這些類型的天線場^ 覆蓋範圍約為360纟。從應用面來看，它的好處是可 =有更多的使用者都能透過橋接器進人網際網路，但 疋由於天線的增益不高，無線通訊距離因此受限。為 了要讓增益提高’可以應用指向性天線讓傳輸距離增 加，但缺點則是，指向性天線場型以外方向的用戶無 法有良好的傳輸效率；因此能依照用戶使用的區域， 自動切換場型的智慧天線’因應而生。此種智慧天線 的增益高並且能透過軟體的控制，自動切換場型來服 務用戶，有覆蓋範圍大且增益高的好處，廣泛的應用 於無線通訊中。 一現行的冬慧天線大部份是利用數個指向性天線， 攻種智慧天線是透過軟體⑽二極體_以選擇要使 ，的天線方向來進行通訊傳輸。此種智慧天線的增益 利用率不高，因為其僅切換任一單方向的天線，無法 同時有效利用其餘的天線以增加效益；即使使用了， 但天線之_相位、距離和個別天線的場型不能相互 200903899 配合，對於增益的加乘上也不能有良好的效果。 另外，現4亍的智慧天線的電路控制 器和天線都在同一芦，不僅^僧刀支耦合 果益不佳。“僅佔用面積，並且增益的效 朵、5 = 1申請人鑑於習知技術中的缺點，經過 J蝴與研究，並一本鎖而不： 之簡要說明。S天線及運作方法」，以下為本案 【發明内容】 本發月的目的在於提供一種相位 :::其運作方法’以解決目前智慧天二t 遞天線，傳 天線、二輸入端分支•合器、二輸出 一二：控制電路，其中分編器是指 方法本ίΓί提供一種相位陣列式之智慧天線的運作 Μ曰°慧天線包括四天線，該方法包括同時開啟 d:傳ί訊號。該智慧天線更包括二輸入端分 二:::支;合器，其中每-輸入端分 有四^^—輸入端分支耦合器共具 該二合器具有二輪出端， 刀·σΐ§共具有四輸出端，而該方法更 200903899 包括下列步驟··（a)開啟該四輸入端中的其 入 並關閉其餘三輪入端；（b)輸入一輪入訊號於該開啟之 輸入端；及(C)藉由該四輸出端輸出訊號。 α 、本發明較佳地可以改變天線的場型，選擇服務的 區域，增益較一般全向性天線高，能使通訊距離增加。 本發明較佳地利用陣列天線的概念，改變相位和 天線之間的距離，讓天線的增益有才目加相〉咸的效果， 有別於利用切換單一指向性天線的作法，有效利用天 線的使用率。 【實施方式】 明參閱第1圖’第1圖是本案智慧天線第一較佳 實施例之四個陣列天線的相位關係圖，其中第一天線 1、第二天線2、第三天線3及第四天線4各據於一四 ，形5之四角，而四邊形5的對角線長二分之一波長， 若以第天線1為切線而晝一基準切線6，則可見第 二天線2及第四天線4距基準切線6四分之一波長， 而第三天線3則距基準切線6二分之一波長。 。又其中四個單一天線的場型在水平面必須涵蓋 360為全向性天線，如此在每一個方向上，天線的相 加、相減量才能相同，若四個天線的相位由第一天線 1到第四天線4的關係為180。、90。、〇。和9〇。，第一 天線1和第三天線3相位相差180。，而第一天線丄為 落後相位，兩天線距離相距二分一之波長，第三天線 3和第-天線1的相位差被二分—之波長的距離所抵 200903899 肖在第天線1上，兩天線是相互加乘的，而1 天線2和第四天線4相位是9〇。，基準切線 ^ ^垂直距離是四分-之波長，所以在45。度朝第4 秦1方向上如第1圖所示，四個天線 =增益最大的方向，在理論上四個天線所帶來;:車 列因子為6dB的增益；同理若第—天i到第四 4之間的相位關係為9G。、⑽。、如。^。 射 場型和增益最大值會往第二天線 =輪射 改變天線的相位，我們就能 ^要= 四個陣列天線的轎射場型涵蓋要㈣型’讓 實絲請參1第2圖’第2圖為本案智慧天線第一較佳 之產生四種相位組合的傳輸線 圖’傳輸線饋入網路n主要是由 伽一)所組成’其中，第-輸入分支二 f7輸入ί支耦合器8為天線的輸入端，而第-輸出 二二輸出分域合1110為天線的輸出 及，輸一第二輸入分支二 Π及第三輸入端23,第一輸出分支輕合器7: 端31及第二輪出端％，第二輸出分支輕 合态10包括第二於山Α山，，„ μ 叫刀又祸 弟—輸出為33及第四輸出端34。 表，=二表:為輪入端與輸出端的相位對應 入端21 if關Pf ^中，右糟由控制電路開啟第一輸 ，21並關閉第二輸入端。、第三輸入端23及第： 輸…’則第一輸出端31、第二輸出端32、= 200903899 輸出端33及第四輸出端34 ⑽。和C在狀態二、三^相，關係為〇。、90。、 入端22、第三輸入端23及第二則是分別由第二輪 乐四輸入端入24，；$ 同的輸入端’則輪出相位的關係跟著^擇不

參閱第圖了^ 實施例之天線及值銓綠蘇λ,千9愚天線第—較佳 U-】 … 傳輸饋網路之俯杨意圖，龙中 ®中的各個輸出端皆相對應於第2圖中的各 端，但是相較於第2圖中的 ，出 銓“比士 的各輸出端’本圖中的各個 輸出端皆有延伸出小-段。本圖中可以看 ^ 1位於第一輸出端3】，當_ 天線 ^ 鈿弟一天線2位於第二輸出端32, C三輸出端33，第四天線位4於第四 =二’在本圖中並將第一、二、三及四天線所在 的千面疋義為由又軸及γ軸所構成的χγ平面。 請參閱第4圖，帛4圖是本案智慧天線第—較佳 200903899

實施例之天線及傳輸線饋入網路之側視示意圖，其中 可以看到第三天線3及第四天線4 ’另外因為本圖是側 視圖，所以第一天、線1及第二天線2被触，無法示 出。另外，可以看到智慧天線具有上層41，上層41包 括二個輸入端分支耦合器、二個輸出端分支耦合器及 四個天線。又可以看到智慧天線具有中層犯，^42 為接地層。又可以看到智慧天線具有下層43,下層θ43. 包括控制電路。其中控制電路包括一 切換該二輸人端分以合器。 ϋ Μ 請參閱第5圖，第5圖是本案智慧天線第一較佳 貫施例之下層結構圖，圖中可以看到四個二極體Μ， 在本實施例中四個二極體51就是㈣1置。又圖中可 二看到四傳輸線50’其中切換裝置藉由四傳輸線5〇分 別與四輸人端連接，該切縣置與每—該四輸入端之 間的距離相同，該四傳輸線長度為二分之一波長的等 並且該切換農置與每一該四輸入端之間的相 ，相f’較佳地，本案智慧天線能減少所使用的面積， 益且有利於上層天線的增益的相加乘，有別於其 歸式。又該四傳輸線5()不與切 =置連結的-端各具有_灌孔及55—直流阻斷電容 装本案智慧天料作時會f雜該四輸入端中# 雷牧、别人端並_其餘三輸人端，也就是利用控制 三輪入媳，审★中的其中一輸入端並關閉其餘 ' $進—步說，就是利用控制電路以控制該 200903899 其餘三輸入端的三個二極體不導通以形成開路，其中 該三個二極體分別到對應的關閉的三輸入端的距離為 一分之一波長的n倍以形成等效開路。又於本第五圖 中示出該控制電路更包括饋入信號輸入線59，其中饋 入信號輸入線59的一端連接於該該切換裝置，該饋入 信號輸入線59是用以饋入一饋入信號58。另外，本圖 還示出饋入信號輸入端匹配電路57，其位於該饋入信 號輸入線59上。 又於本圖中不出第一高頻阻斷電路53，其具有兩 端，其一端連接於該饋入信號輸入端匹配電路57，另 二端接於一 3.3伏特之電源。又於本圖中示出四個第二 间頻阻斷電路54,每一該四個第二高頻阻斷電路Μ各 一有兩端，其中一端接地，每一該四第二高頻阻斷電 路^ 一端分別藉由高阻抗細線5 2連接於該四傳輸線， 四高阻抗細線52分別為四分之一波長。

請參閱第6圖’第6圖為狀態一由第一輸入端入 所传到的場型圖。 請參閱第7圖，第7圖為狀態二由第二輸入端入 所传到的場型圖。 請參閱第8圖，第8圖為狀態三由第三輸入端入 汁件到的場型圖。 所γ二參閱第9圖’第9圖為狀態四由第四輸入端入 V传到的場型圖。 場型Ξ參:m，第1〇圖為阳為225。平面上的 '、可以看到在ΧΥ平面仰角30度為此天線 11 200903899 最大的增益值。 本發明較佳地可以有效的減少其它相同頻率信號 的干擾。 本發明較佳地可以改變天線的場型，選揲藤的 區域，增益較一般全向性天線高，能使通訊距離增加。 本發明較佳地利用陣列天線的概念，改變相位和 天線之間的距離，讓天線的增益有相加相減的效果， 有別於利用切換單一指向性天線的作法，有效利用天 線的使用率。 本案得由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般 修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。 【圖式簡單說明】 第1圖.本案智慧天線第一較佳實施例之四個陣 列天線的相位關係圖。 第2圖.本案智慧天線第一較佳實施例之產生四 ) 種相位組合的傳輸線饋入網路示意圖。 第3圖.本案智慧天線第一較佳實施例之天線及 傳輸線饋入網路之俯視示意圖。 第4圖.本案智慧天線第一較佳實施例之天線及 傳輸線饋入網路之側視示意圖。 第5圖·本案智慧天線第一較佳實施例之下層結 構圖。 第6圖·狀態一由第一輸入端入所得到的場型圖。 第7圖.狀態一由第二輸入端入所得到的場型圖。 12 200903899 第8圖：狀態三由第三輸入端入所得到的場型圖。 第9圖：狀態四由第四輸入端入所得到的場型圖。 第10圖·· Phi為225。平面上的場型圖。 【主要元件符號說明】 1 ·第一天線 2 :第二天線 3 .第三天線 4 :第四天線 5 :四邊形 6:基準切線 7 :第一輸入分支耦合器 8.第二輸入分支耦合界 9 :第一輸出分支耦合器 10 :第二輸出分支心器 11 :傳輸線饋入纟同略 21 :第一輸入端 22 .第二輸入端 23 :第三輸入端 24 _第四輸入端 第一輸出端 弟二輸出端 第三輸出端 第四輸出端 上層 中層 下層 四傳輪線 四二極體 高阻抗細線 高阻抗細線 第一高頻阻斷電路 四第二高頻阻斷電路 灌孔 直流阻斷電容 饋入信號輸入端匹配電路 饋入信號 ’·饋入信號輸入線 13

Claims (1)

1. 200903899 十、申請專利範園： 匕種相位二列式之智慧天線’用以傳遞一電波波 具一波長，該智慧天線包括： =天線it四天線彼此之間形成一虛擬四 四天線分別位於該虛擬四邊形的四個角， =中，該虛擬四邊形之對角線長度為該波長二分之一的η ° ’η為一正整數，每一天線的場型在水平面涵蓋360度， 且該四天線同時開啟以傳輸訊號。 又 2.如申請專利範圍第1項的智慧天線，更包括： f輸人端分絲合器，每—輸人端分核合器包括二 刖入=二輸入端分支耦合器共包括四輸入端；及 -輸出端分支耦合器，與該二輸入端分支耦 耦。以形成一傳輸線饋入網 σ 括二輪出端，該二輪出端二輸出端分支麵合器包 四天線分別位於該四輸^支輕5器共包括四輸出端，該 3.如^專利靶圍第2項的智慧天線，更包括： L· 二輸合:接於該傳輸線饋入網路，用以控制該 項的^ ‘慧錢，其+該智慧天線具 端分支輕合器及該四天7輪入端分支輕合器、該二輸出 n申3㈣智慧錢，其巾騎慧天線且 ^肀層，該中層為一接妯爲 、 6有—如下申^專^範圍第3項的智慧天線，其中該智慧天線且 有下層，該下層包括該 14 200903899 7. 如申請專利範圍第3項 _ 包括一切換裳置，用以控制電路 8. 如申請專利範圍第7的；丄；°:。 其中該切換裝置藉由該四傳線二包：:傳輸線， 傳輸線長度為間的距離相同’該四 與每一該四輸入:的長的等效長度，並且該切換褒置 換裝置連接之一端各丄有一目=相同，該四傳輸線不與該切 〇 ,. 鳊各，、有一灌孔及一直流阻斷電容。 四=專利範圍第7項的智慧天線，其中該切換装置為 包ζ申請專利範圍第7項的智慧天線，其中該控制電路 以饋:饋二 =广線，其一端連接於該該切換裝置，用 上；-饋入信號輸入端匹配電路，位於該饋入信號輸入線 ;入仲；:：頻阻斷電路’具有兩端，其-端連接於該饋 »唬輸入鳊匹配電路，另一端接於一電源；及 具有且斷電路’每—該四第二高頻阻斷電路各 〜端接地’母一該四第二高頻阻斷電路另 :m由四兩阻抗細線之一連接於該四傳輸線，其中 u四鬲阻抗細線分別為四分之一波長。 u.如申請專利範圍第1項的智慧天線，其中n為卜 ί用以式之智慧天線的運作方法，該智慧天線 '、*電波，該電波具-波長’該智慧天線包括四 15 200903899 之間形成一虛擬四邊形，該虛擬四邊 角線長度為該波長二分之—的,倍，η為—正整數邊 =驟天線的場型在水平面涵蓋36G度，而該方法包括下 同時開啟該四天線以傳輸訊號。 13.如申請專利範圍第6項智慧天 ，線更包括二輸入端分支搞合器及運:二= 合器’其中每-輸人端分支耗合器具有二輪入端 =分念:合器共具有四輸入端’每一輸出端分支輕合器 j-輸出端’該二輸出端分支麵合器共具有四輸出端， μ四天線分別位於該四輸出端以形成該虛 該方法更包括下列㈣： ’而 入端開啟該四輸人端中的其中—輸人端並_其餘三輪 輸入一輸入訊號於該開啟之輸入端；及 藉由該四輸出端輸出訊號。

   |4.如申請專利範圍第6項的智慧天線的運作方法，其 該^慧天線更包括—控制電路，該控制電路係用啟 四雨入端中的其中一輸入端並關閉其餘三輸入端。 Α 15·如申凊專利範圍第14項的智慧天線的運作方法，复 該控制電路包括—切換裝置，該切換裝置為四 以切換該二輸入端分支相合器。 體用 16·如申请專利範圍第15項的智慧天線的運作方法，复 切換裝置中用以控制該其餘三輸的三 ^ 以形成開路。 餿不導通 16 200903899 Π.如申請專職圍第16項的智慧天線的運作方法， =二分別到對應的關閉的三輪入端的 二 之一波長的η倍以形成等效開路。 刀 ^如申請專利範圍帛6項的智慧天線的運作方法，其中n 19. 一種相位饋入網路，包括： :輸入端分支耦合器，每一輸入端分支耦合器包 廊入端’該二輸入端分支輕合器共包括四 一 二輸出端分支輕合器，與該二輸 二 輛合以形成一傳輸線饋入網路，每-輸出端八f =相互 括二輪山_ ±A 彻出知为支耦合器包 四長始乂 該一輸出端分支耦合器共包括四輸出端，嗲 四天線分別位於該四輸出端。 1心該 更包括： 用以控制該 其中該控制 2〇·如申請專利範圍第19項的相位饋入網路 控制電路，連接於該傳輸線饋入網路 二輸入端分支耦合器。 22.如申請專利範圍第該一輸入端分支麵合器。 裝置為四二極體Μ 21項的相位饋人網路，其中該切換 23 ·如申睛專利範圍第21 Jf & X Λ 輸線，其中該切:/置=相=入網路’更包括四傳 連接，該切換褒=置f由該四傳輸線分別與該四輸入端 且該切換裝置^每輸入端之間的距離相同，並 阻斷電容。 /、有 /瞿孔及一直流 17 200903899 24. 如申請專利範圍第23項的相位饋入網路，其中該控制 電路更包括： 一饋入信號輸入線，其一端連接於該該切換裝置，用 以饋入一饋入信號； 一饋入信號輸入端匹配電路，位於該饋入信號輸入線 上； 一第一高頻阻斷電路，具有兩端，其一端連接於該饋 入信號輸入端匹配電路，另一端接於一電源；及 f .... 四第二向頻阻斷電路5每·該四第二1¾頻阻斷電路各 具有兩端，其中一端接地，每一該四第二高頻阻斷電路另 一端分別藉由四高阻抗細線之一連接於該四傳輸線，其中 該四高阻抗細線分別為四分之一波長。 25. —種相位饋入網路的運作方法，其中該相位饋入網路 包括二輸入端分支耦合器及二輸出端分支耦合器，其中每 一輸入端分支耦合器具有二輸入端，該二輸入端分支耦合 器共具有四輸入端，每一輸出端分支耦合器具有二輸出 端，該二輸出端分支耦合器共具有四輸出端，且該四天線 分別位於該四輸出端以形成該虛擬四邊形，而該方法更包 括下列步驟： 開啟該四輸入端中的其中一輸入端並關閉其餘三輸 入端； 輸入一訊號於該開啟之輸入端；及 藉由該四輸出端輸出訊號。 26. 如申請專利範圍第25項的相位饋入網路的運作方法， 其中該相位饋入網路更包括一控制電路，該控制電路係用 18 200903899 以開啟該四輸入端中的其申一鈐 端。 、r輸入端並闕閉其餘三輸入 27·如/請專利範㈣26項的相㈣人網路線的運作方 法，其中雜制電路包括—切換裝置，該城裝置為四二 極體，用以切換該二輸入端分支耦合器。 28. 如申專利範圍第27項的相位饋人網路的運作方法， 其中切換裝置中用以控制該其餘三輸入端的三二極體不 導通以形成開路。 29. 如申請專利範圍第28項的相位饋入網路的運作方法， 其中該二二極體分別到對應的關閉的三輸入端的距離為 二分之一波長的n倍以形成等效開路。 19