TWI879168B - 混合波束掃描之天線裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種混合波束掃描之天線裝置，該天線裝置包括至少一天線模組、複數組主動射頻模組與一旋轉部，其中，該天線模組至少能在一維方向上進行電子掃描，各該主動射頻模組能使該天線模組產生輻射波束，該旋轉部能帶動該天線模組進行自轉或公轉，以補充或擴展該天線模組在另一維方向的掃描能力，如此，該天線裝置本身兼具電子掃描與機械掃描等能力，以能適應追蹤不同衛星的需求，還能在簡化整體結構設計時，擁有良好的掃瞄範圍。

Description

混合波束掃描之天線裝置

本發明係關於天線裝置，尤指一種同時具有電子掃描與機械掃描的能力，且能以電子掃描進行一維度的波束追蹤，以機械掃描進行另一維度的波束追蹤，以能適應追蹤不同衛星需求的天線裝置。

當地球靜止不動時，衛星運行於近乎共平面的圓形或橢圓軌道，以滿足力學定律，即向心力與離心力之平衡。此軌道面以地球赤道面為對稱，可從南極側方位轉向北極側，逆時針或順時針方向旋轉。每個軌道上有多個衛星，依前後順序進行旋轉繞行，最佳狀態下，它們在軌道上的360度角變化中呈現等間距。

對於地面天線系統而言，為了保持與選定衛星的通訊連接，它的指向波束需要能夠迅速從一個衛星移動到另一個，並持續追蹤其運動。這種追蹤動作對於確保持續的通訊連接至關重要。目前的天線追蹤方法係使用馬達驅動的雲台進行旋轉，例如：碟型天線。雲台至少有兩個馬達驅動的旋轉軸，分別追蹤同一軌道面上的衛星運動，儘管前述方法具有成本低、結構簡單、散熱問題較少與技術成熟等優點，但其機械掃瞄速度慢，且可能造成通訊中斷，還需要大量空間和高成本，同時，機械掃瞄方向有侷限，無法快速波束回歸，對於近期需求高漲的低地球軌道(Low Earth Orbit，簡稱LEO)衛星來說，顯然有所不足。

相對於前述單純以機械作動進行追蹤的技術而言，主動陣列天線技術提供了一種快速波束追蹤的解決方案，此種陣列天線使用大量的天線單元，每個天線單元後端都整合了一組射頻模組。由於主動陣列天線使用電子波束成形，其波束指向速度極快，達到毫秒級，適用於追蹤LEO衛星。然而，前述技術的缺點包括電路複雜、成本高、需要多層基板、系統控制複雜與製程複雜度高等問題。故，如何有效解決前述問題，以提供一種優良的天線結構，即為本發明之重要課題。

由於目前採用電子掃描的天線裝置以及採用機械掃描的天線裝置，各有其優缺點，因此，為能在競爭激烈的市場中，脫穎而出，發明人憑藉著多年來專業從事天線設計之豐富實務經驗，且秉持著精益求精的研究精神，在經過長久的努力研究與實驗後，終於研發出本發明之一種混合波束掃描之天線裝置，期藉由本發明之問世，提供使用者更佳的使用經驗。

本發明之一目的，係提供一種混合波束掃描之天線裝置，該天線裝置包括至少一天線模組、複數組主動射頻模組與一旋轉部，其中，該天線模組至少能在一維方向上進行電子掃描，其包含複數組天線單元組，各該天線單元組係沿第一方向排列，且每一組天線單元組包含至少一個天線單元，同一組的各該天線單元沿第二方向排列；各該主動射頻模組分別電氣連接至各該天線單元組，並能分別產生與傳輸一主動射頻訊號至對應的各該天線單元組，以使各該天線單元組能根據各該主動射頻訊號而產生輻射波束，以及各該天線單元組能接收外部射頻訊號，並將該外部射頻訊號傳輸至對應的各該主動射頻模組；該旋轉部的一端係直接或間接連接至該天線模組，並使該天線模組以該旋轉部之一端為軸心而自轉或公轉，以補充或擴展該天線模組在另一維方向的掃描能力。如此，該天線裝置本身兼具電子掃描與機械掃描等能力，以能適應追蹤不同衛星的需求，還能在簡化整體結構設計時，擁有良好的掃瞄範圍。

可選地，該旋轉部係使該天線模組以順時針方向與逆時針方向交錯轉動。

可選地，天線裝置還包括一姿態調整部，該姿態調整部之一端係直接或間接連接至該天線模組，並使該天線模組以該姿態調整部之一端為軸心而傾斜，以擴展該天線模組在一維方向的掃描能力，該姿態調整部之另一端係直接或間接連接至該旋轉部。

可選地，該天線裝置還包括至少一側向透鏡模組與至少一地面通訊天線模組，其中，各該側向透鏡模組位於該天線模組與該旋轉部之間；各該地面通訊天線模組位於對應之側向透鏡模組的側面，且能分別朝對應的各該側向透鏡模組發生射頻訊號，並透過各該側向透鏡模組分別形成一側向輻射波束。

可選地，該側向透鏡模組相對於該天線模組的表面，或者複數個堆疊的各該側向透鏡模組彼此之間，係能分別設有一金屬層。

可選地，該地面通訊天線模組係應用至wifi或5G通訊協定。

可選地，該地面通訊天線模組係採用號角天線或微帶天線之型態。

可選地，該天線裝置還包括一多面承載架與一樞轉部，其中，該多面承載架具有複數個結構平面，每一結構平面均相對於一中心軸心定位，使得各該結構平面環繞該中心軸心分佈，且各該結構平面能供組裝各該天線模組的各該電路板；該樞轉部之一端設置於該多面承載架的一側，且能供該多面承載架以該樞轉部之一端為軸心而自轉，該樞轉部之另一端則直接或間接連接至該旋轉部之一端，又，該樞轉部之一端朝第一方向延伸，該旋轉部之一端朝另一方向延伸，該另一方向實質上正交於該第一方向，使得該旋轉部帶動該天線模組的整體旋轉方向，不同於該多面承載架的自轉方向。

可選地，該天線裝置還包括複數個傳輸用多路切換器與複數個接收用多路切換器，其中，不同結構平面的各該天線單元組電氣連接至同一個傳輸用多路切換器，前述傳輸用多路切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組，且同一結構平面的各該天線單元組不會電氣連接至同一個傳輸用多路切換器；不同結構平面的各該天線單元組電氣連接至同一個接收用多路切換器，前述接收用多路切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組，且同一結構平面的各該天線單元組不會電氣連接至同一個接收用多路切換器。

可選地，該多面承載架具有三個結構平面，以形成三面體結構，由側視觀之，該三面體結構呈現三角形外觀。

可選地，該多面承載架的任二相鄰結構平面之間的夾角為60度。

可選地，該天線裝置還包括複數聚焦透鏡模組，其中，各該聚焦透鏡模組分別位於該多面承載架的外側，且分別對應各該結構平面上的各該天線模組，各該聚焦透鏡模組用以對各該天線模組產生的輻射波束進行聚焦。

可選地，在同一組天線單元組具有複數個天線單元的情況下，同一組天線單元組的各該天線單元還電氣連接至同一個傳輸用移焦切換器，前述傳輸用移焦切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組；同一組天線單元組的各該天線單元還電氣連接至同一個接收用移焦切換器，前述接收用移焦切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組。

可選地，該主動射頻模組包括一傳輸用波束成型晶片、一功率放大器、一低雜訊放大器與一接收用波束成型晶片，其中，該傳輸用波束成型晶片用以產生一主動射頻訊號；該功率放大器電氣連接至該傳輸用波束成型晶片，以接收該傳輸用波束成型晶片傳來的該主動射頻訊號，並能放大該主動射頻訊號後，再將前述放大後的該主動射頻訊號直接或間接傳輸至各該天線單元組；該低雜訊放大器直接或間接接收各該天線單元組傳來的外部射頻訊號，並能放大該外部射頻訊號；該接收用波束成型晶片電氣連接至該低雜訊放大器，以接收放大後的該外部射頻訊號。

可選地，在同一組天線單元組具有複數個天線單元的情況下，該天線裝置還包括一功率分配器與一功率合併器，其中，該功率分配器電氣連接至該功率放大器以及同一組天線單元組的各該天線單元，以將放大後的該主動射頻訊號分配到各該天線單元；該功率合併器電氣連接該低雜訊放大器以及同一組天線單元組的各該天線單元，以將各該天線單元傳來的外部射頻訊號進行結合。

可選地，該天線模組係劃分為一第一衛星區與一第二衛星區，其中，處於該第一衛星區之各該天線單元組所電氣連接之功率放大器，其所能放大的功率級別大於處於該第二衛星區之各該天線單元組所電氣連接之功率放大器。

本發明之另一目的，係提供一種混合波束掃描之天線裝置，包括一多面承載架、複數天線模組、複數組主動射頻模組、一樞轉部與一旋轉部，其中，該多面承載架具有複數個結構平面，每一結構平面均相對於一中心軸心定位，使得各該結構平面環繞該中心軸心分佈；各該天線模組分別設置於各該結構平面並外露出來，且至少能在一維方向上進行電子掃描；各該主動射頻模組分別電氣連接至各該天線模組，並能分別產生與傳輸一主動射頻訊號至對應的各該天線模組，以使各該天線模組能根據各該主動射頻訊號而分別形成一輻射波束，以及各該天線模組能分別接收外部射頻訊號，並將各該外部射頻訊號傳輸至對應的各該主動射頻模組；該樞轉部的一端設置於該多面承載架的一側，且朝第一方向延伸，並能供該多面承載架以該樞轉部之一端為軸心而自轉；該旋轉部的一端係直接或間接連接至該樞轉部的另一端，並使該多面承載架能以該旋轉部的軸心而自轉或公轉，以補充或擴展該天線模組在另一維方向的掃描能力，又，該旋轉部之一端朝另一方向延伸，該另一方向實質上正交於該第一方向，使得該旋轉部帶動該天線模組的整體旋轉方向，不同於該多面承載架的自轉方向。

可選地，該天線模組包含複數組天線單元組，各該天線單元組係沿第一方向排列，且分別電氣連接至對應的該主動射頻模組，每一組天線單元組包含至少一個天線單元，同一組的各該天線單元沿第二方向排列。

為便貴審查委員能對本發明目的、技術特徵及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

為使本發明之目的、技術內容與優點更加清楚明白，以下結合具體實施方式，並參照附圖，對本發明所公開的實施方式進一步詳細說明。本領域之技藝人士可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果，且本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外事先聲明，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸進行描繪。此外，除非上下文有明確指出或定義，否則本發明之“一”、“該”之含義包括複數。又，以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應理解，本文所使用的術語通常具有本領域的普通含義，在有衝突的情況下，以本文所給出的任何定義為準。由於同一件事可以用多種方式表達，替代詞語與同義詞可用於本文所討論或敘述的任何術語，且在本文是否闡述或討論術語方面沒有特殊限定，一個或多個同義詞的使用並不能排除其他同義詞。在本發明之說明書中任何地方所使用的實施例，包括任何術語的使用，都僅是說明性，絕不限制本發明或任何術語的範圍與含義。同樣地，本發明並不侷限於說明書所揭露的各種實施例。雖然本文中可能使用術語第一、第二或第三等來描述各種元件，但各該元件不應受前述術語的限制，前述術語主要是用以區分一元件與另一元件，而不應對任何元件施加任何實質性限制，且不應限制各個元件在實際應用上的組裝或設置順序。另外實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

再者，說明書中所使用的“實質上(substantially)”或 “近似(approximately)”等用語，可以指一可為本領域之技藝人士所承認或決定的對於某特定值的偏差範圍中的數值或複數數值的平均值，包括考慮到受到測量系統或設備之限制，而對該特定值進行測量時之可能產生的一定特定之誤差，例如，實質上(substantially)所述及的數值，能夠包括該特定值的±5%、±3%、±1%、±0.5%、±0.1%與一個或多個標準差範圍。此外，本發明所提及的"連接"與"電氣連接"等詞，係包含兩個元件直接連接，或者兩個元件的中間還有其它元件而構成間接連接等形式。

本發明係一種混合波束掃描之天線裝置，為方便說明，本發明的空間型態是根據相互正交的三個軸來定義，分別為橫軸(X軸)、縱軸(Y軸)與垂直軸(Z軸)。本發明的天線裝置兼具電子掃描(電子追蹤)與機械掃描(機械追蹤)等能力，以能達成追蹤衛星(如：低軌衛星)之機制，例如，該天線裝置能在一維度(如：極角方向(theta，θ))採用電子掃描以進行快速追蹤與波束回歸，並在另一維度(如：方位角方向(phi，φ))採用機械掃描進行較慢速度的追蹤，進而順利地連接衛星以進行通訊。

在第一實施例中，請參閱圖1至圖3所示，該天線裝置A1包括一天線模組1、複數組主動射頻模組2與一旋轉部3，其中，該天線模組1具有電子掃描的能力，且為陣列天線形式，但不以此為限，在本發明之其它實施例中，該天線模組1能採用其它天線形式，而不侷限於陣列天線形式，只要其足以實現電子掃描即可。此外，當陣列天線採用一維佈設方式時，其能在極角方向進行電子掃描；當陣列天線採用二維佈設方式時，則能在極角方向與方位角方向進行電子掃描；由於電子掃描的最低需求(單一維度)僅需要一維陣列天線即可達成，因此，該天線模組1可使用多個高增益的天線物件建構成一個一維陣列天線，以進行單一維度的波束掃描。

復請參閱圖1至圖3所示，該天線模組1包括複數組(如：M組)天線單元組11，該天線單元組11能朝外傳輸射頻訊號，也能夠接收外界傳來的外部射頻訊號，其中，各該天線單元組11實質上沿第一方向(如：圖1之X軸方向)排列，且每一組天線單元組11包含複數個(如：N個)天線單元111，該等天線單元111實質上沿第二方向(如：圖1之Y軸方向)排列，惟，在部分實施例中，一組天線單元組11也能只設有單一個天線單元111(即，N=1)。又，每一組天線單元組11能分別電氣連接至一個主動射頻模組2，以能接收該主動射頻模組2傳來的主動射頻訊號並形成對應的輻射波束，或者該天線單元組11能將接收到的外部射頻訊號傳輸至對應的主動射頻模組2。

在此特別一提者，由於主動射頻模組2主要以波束成型晶片(Beamforming Integrated Circuit，簡稱BFIC)為主，其係用於波束成形的集成電路，以控制陣列天線形式中之每一個天線元件的相位和幅度，以形成特定方向的波束型態，因此，圖3係呈現出天線單元組11電氣連接至波束成型晶片(包含傳輸用波束成型晶片21與接收用波束成型晶片27)的形式，而省略部分電子元件，惟，根據產品的實際需求(例如對全雙工作業的需求性、成本或空間考量等)，同一個波束成型晶片能夠兼具傳輸用途與接收用途，而不需使用專門為傳輸用途或接收用途設計的波束成型晶片，換言之，在本發明之其它實施例中，該天線單元組11能夠只連接單一個波束成型晶片，而不需同時連接傳輸用波束成型晶片21與接收用波束成型晶片27。

另外，請參閱圖1至圖4所示，當每一組天線單元組11具有複數個天線單元111時，其能具有功率分配器(Power Divider)13與功率合併器(Power Combiner)15，以能將主動射頻訊號均勻分配到各個天線單元111，或者能將各個天線單元111所接收的外部射頻訊號進行結合。在該第一實施例中，每一組天線單元組11能透過功率分配器13進行被動功率分配，以形成一個聚焦於特定方向(如：前視方向(broadside))的輻射波束，其中，該輻射波束會在第一方向(該等天線單元組11的排列方向)呈現寬波束態樣，在第二方向(該等天線單元111的排列方向)呈現窄波束態樣，意即該輻射波束為扇形之形狀，以能提升天線增益。

承上，復請參閱圖1至圖3所示，由於每一組天線單元組11係分別搭配一個主動射頻模組2，因此，每一組天線單元組11可分別視為單一個天線元件(或稱陣列元件、子陣列等)，其效能相當於一個高增益的天線物件，換言之，該天線模組1在物理上雖採用二維方式排列該等天線單元111，但功能上可視為一維佈設方式(即，複數個高增益的天線物件以一維方式排列)，使其能對極角方向進行電子掃描。又，當該等天線單元組11佈設於電路板P的頂面，且面對正上方(如圖2的Z軸方向)時，其極角方向的掃描角度範圍約為±50~60度(以Z軸作為0度)，但不以此為限，隨著增加天線單元111的數量，該天線模組1的掃描角度還能擴張為±75度。

在該第一實施例中，復請參閱圖1至圖3所示，同一組天線單元組11中的天線單元111，可根據其是電氣連接至傳輸用波束成型晶片21或接收用波束成型晶片27，而區分為傳輸用天線單元111A或接收用天線單元111B，且各該傳輸用天線單元111A與各該接收用天線單元111B係間隔排列，但不以此為限，在本發明之其它實施例中，同一組天線單元組11能夠全部由傳輸用天線單元111A或接收用天線單元111B所組成；或者，同一組天線單元組11的部分區域能都排列傳輸用天線單元111A，另一部分區域能都排列接收用天線單元111B；或者，同一個天線單元111能夠兼具傳輸用途與接收用途，意即，同一個天線單元111可作為傳輸用天線單元111A以及接收用天線單元111B。

如此，透過本發明之天線模組1與主動射頻模組2的設計方式，能夠使該等天線單元組11形成更狹窄的窄波束，有助於提升該天線模組1的增益，進而增強接收/發射射頻訊號的強度，以滿足極角方向的覆蓋範圍需求。此外，雖然本發明之天線裝置A1會透過機械方式(後續說明提及的旋轉部3)達到方位角方向的掃描能力，惟，在部分實施場景與需求中，例如，機械設備故障、需要快速切換衛星或減少機械移動等，本發明的天線模組1還能額外(或臨時)提供方位角方向的電子掃描能力(例如，額外搭配相位控制器或其它元件與軟體等)，以提高使用上的靈活性。或者，在部分實施立中，該天線裝置A1還能設有一姿態調整部16，該姿態調整部16之一端能直接或間接連接至該天線模組1，並使該天線模組1以該姿態調整部16的一端為軸心而傾斜，以擴展該天線模組1在一維方向(如極角方向)的掃描能力。

茲就主動射頻模組2的架構進行說明，但不以此為限，根據實際產品需求，該主動射頻模組2所包含的電子元件甚至連接關係都能夠進行調整與變更，只要該主動射頻模組2能夠使天線模組1產生所需的輻射波束即可。復請參閱圖1至圖4所示，在第一實施例中，該主動射頻模組2包含傳輸用波束成型晶片(Transmitted BFIC)21、功率放大器(Power Amplifier)23、低雜訊放大器(Low-noise Amplifier)25與接收用波束成型晶片(Received BFIC)27，其中，該傳輸用波束成型晶片21能產生一主動射頻訊號，其主要功能是控制和調整各該天線單元組11的相位和幅度，以使該天線模組1最終能形成指定方向的輻射波束。在部分實施例中，每一組主動射頻模組2各自有獨立的傳輸用波束成型晶片21；或者，在部分實施例中，複數個主動射頻模組2能夠共用同一個傳輸用波束成型晶片21，但前述傳輸用波束成型晶片21仍然能對不同天線單元組11分別提供對應的主動射頻訊號。

復請參閱圖1至圖4所示，該功率放大器23能電氣連接至該傳輸用波束成型晶片21，以接收該傳輸用波束成型晶片21傳來的主動射頻訊號，並能放大該主動射頻訊號的功率。又，該功率放大器23能將放大後的主動射頻訊號直接或間接傳輸至該天線單元組11，例如，該功率放大器23能將放大後的主動射頻訊號傳輸至功率分配器13，使得該功率分配器13將放大後的主動射頻訊號形成複數分裂後的主動射頻訊號，再傳輸至同一組天線單元組11中的各該天線單元111，特別是對應於傳輸用天線單元111A，以使該天線單元組11能形成預定的輻射波束。

復請參閱圖1至圖4所示，該低雜訊放大器25能電氣連接至該天線單元組11，以直接或間接接收該天線單元組11傳來的外部射頻訊號，例如，當該天線單元組11接收到外部射頻訊號後，其中的天線單元111(特別是對應於接收用天線單元111B)會分別將外部射頻訊號傳送至該功率合併器15，以使該功率合併器15將各該外部射頻訊號結合成一個組合後的外部射頻訊號，之後，該功率合併器15將組合後的外部射頻訊號傳輸至對應的低雜訊放大器25，以使該低雜訊放大器25能將組合後的外部射頻訊號放大至足夠的功率級別，而不顯著增加該外部射頻訊號的雜訊。該接收用波束成型晶片27能電氣連接至該低雜訊放大器25，且其能接收放大後的外部射頻訊號，並進行相關處理程序，例如，解調外部射頻訊號、優化訊號或傳輸至其它電路進行處理等，同樣地，每一組主動射頻模組2能各自具有獨立的接收用波束成型晶片27，或者複數個主動射頻模組2能夠共用同一個接收用波束成型晶片27。

由此可知，復請參閱圖1至圖4所示，該天線裝置A1雖然使用了M*N個天線單元111，但是，由於同一組天線單元111是共用同一個功率放大器23與低雜訊放大器25，因此，該天線裝置A1所使用的全部功率放大器23與低雜訊放大器25之數量分別為M個，相較於習知主動陣列天線的設計方式(需要分別使用M*N個功率放大器23與低雜訊放大器25)來說，本發明的天線裝置A1之成本約降低了N倍，同時電子元件之控制訊號傳遞時間亦約減為1/N，大幅降低電子掃描延遲的情況，還能減少該天線裝置A1運作時的熱量，有助於降低散熱結構的設計難度。

另外，復請參閱圖1至圖2所示，該旋轉部3之一端係直接或間接連接至該天線模組1，並能帶動該天線模組1旋轉，例如，該旋轉部3能連接至該天線模組1的電路板P(相當於直接連接)，或者，該旋轉部3能連接至設有主動射頻模組2的基板，或連接至該姿態調整部16的另一端(相當於間接連接)，並帶動該天線模組1旋轉。又，當前述軸心的延伸軸(朝Z軸延伸)是穿過該天線模組1自身時，該天線模組1將會以該軸心進行自轉；或者，當前述軸心的延伸軸未穿過該天線模組1時，該天線模組1能圍繞該軸心進行公轉；換言之，該天線模組1會以垂直軸(Z軸)為軸心而整體旋轉，以補充或擴展該天線模組1在方位角方向的掃描能力。

在第一實施例中，復請參閱圖1至圖2所示，該旋轉部3包含一支撐體31與一馬達設備33，其中，該支撐體31之頂端能直接或間接固定至該天線模組1，該支撐體31之底端能直接或間接連接至該馬達設備33，以被該馬達設備33帶動運轉，進而帶動該天線模組1沿XY平面進行360度自轉，在部分實施例中，該馬達設備33係設置於一座體35中，該支撐體31之底端能穿過該座體35而直接連接至該馬達設備33的帶動軸；或者，在部分實施例中，該支撐體31之底端係固定至該座體35上，且該馬達設備33能帶動該座體35整體或部分區域旋轉，進而帶動該支撐體31運轉。故，只要該旋轉部3足以帶動該天線模組1整體旋轉(包含自轉或公轉)，即為本發明所稱之旋轉部3。

茲就該天線裝置A1用以追蹤衛星的方式進行說明，請參閱圖1至圖5所示，圖5了包含兩條衛星飛行的軌道C1、C2，各該軌道C1、C2上的衛星S1、S2都由左往右移動，其中，該天線模組1能進行旋轉與波束切換，以追蹤軌道C1、C2上的衛星S1、S2。該天線模組1對於極角方向的波束掃描是採用電子掃描方式，該天線模組1對於方位角方向的波束掃描是採用機械掃描方式，也就是該旋轉部3能帶動該天線模組1旋轉以進行方位角的波束掃描，其中，該天線模組1被該旋轉部3帶動旋轉的角度能夠為任意角度與任意方向，而不侷限於圖5所呈現的90度，且還能夠依實際需求而採用朝同一方向順時針旋轉或逆時針旋轉，或者順時針方向與逆時針方向交錯旋轉，以能追蹤與搜尋衛星。

承上，復請參閱圖1至圖5所示，該天線模組1的上方能形成一掃描面(如圖5中的粗假想線面)，且其於第一位置時已經連結軌道C1的衛星S1，之後，當該天線模組1由第一位置旋轉至第二位置時，該掃描面也會隨之旋轉(逆時針旋轉)。又，以該天線模組1的旋轉軸心為基準，該掃描面能劃分為兩個左/右半平面，在前述旋轉過程中，該掃描面的左半平面會往左轉(即，由粗黑線面位置轉至細黑線面位置)，該掃描面的右半平面會往右轉以持續連線追蹤該衛星S1(以圖5而言，細黑線面的右方位置較粗黑線面的右方位置更偏向右方)。由於軌道C2的衛星S2會由左往右移動，故該衛星S2將與該掃描面的左半平面相接觸，此時，該天線裝置A1能將原本用以追蹤衛星S1的波束，切換方向至追蹤軌道C2的衛星S2，並能改變該掃描面的旋轉方向(順時針旋轉)以連線追蹤衛星S2。

又，復請參閱圖1至圖5所示，當該天線模組1的波束鎖定該衛星S2，且其掃描面的左半平面隨著該衛星S2移動時，該掃描面的右半平面會朝與其左半平面相反的方向旋轉，使得該掃描面的右半平面與軌道C1交叉，如此，該掃描面的右半平面可用來尋找軌道C1上的另一顆衛星(不同於衛星S1)，或是與該軌道C1處於同一側(相較於以天線模組1的旋轉軸心所劃分的左右兩側而言)的軌道上之其它衛星。換言之，透過該天線模組1的機械旋轉，能夠使其掃描面沿順時針或逆時針交替旋轉，進而實現對衛星之追蹤與同時尋找下一個待連結衛星。

綜上所述，該天線裝置A1能採用圓極化或雙極化天線形式，其中，雙極化天線能夠同時接收兩種不同的極化方式訊號(如：水平極化、垂直極化)，且天線裝置A1具有物理旋轉的能力，例如以旋轉部3帶動天線模組1進行方位角旋轉，線極化的方向也會隨之改變。當天線模組1旋轉時，其可以調整自己的極化方向以匹配入射波的極化，並通過後端的訊號處理技術確保接收到的訊號極化與傳送端相匹配。此外，該天線裝置A1還能進行跨軌道的衛星追蹤與連結，具體而言，正在追蹤的第一顆衛星與即將連結的第二顆衛星，兩者能位於不同的軌道上。這主要得益於天線模組1的電子掃描功能，其能進行寬角度的快速波束切換，因此，前述軌道不必僅限於相鄰的軌道，而可以跨越多個軌道，如此，該天線裝置A1在選擇衛星時具有更大的彈性，並能提高整體的通訊效率，例如，當相鄰軌道上的衛星通訊連結已飽和時，天線裝置A1能選擇跨越更大距離以連結到更遠軌道上的衛星，對於軌道數量較少且軌道間距較大的情境，尤其是對於小型運營商來說，本發明的天線裝置A1提供了一個優化的解決方案。

若該天線裝置A1需要應用至不同軌道的衛星時，例如，地球同步軌道(Geostationary Earth Orbit，簡稱GEO)衛星、中地球軌道(Medium-Earth Orbit，簡稱MEO)衛星與低地球軌道(Low Earth Orbit，簡稱LEO)衛星，每種軌道的衛星都有其特定的特性。其中，GEO衛星相對於地球地面的天線系統來說，幾乎是靜止不動，因此，天線系統不需追蹤衛星，其主要訴求是需要高傳輸的有效等向輻射功率(Effective Isotropic Radiated Power，簡稱EIPR(TX))以及高接收的增益對雜訊溫度比(Gain-to-Noise Temperature Ratio，簡稱G/T(RX))；LEO衛星因其運動速度快，需要快速追蹤，但其需要的EIPR(TX)與G/T(RX)較低，MEO衛星則介於GEO衛星與LEO衛星兩者之間，簡而言之，只要天線裝置A1的EIPR(TX)與G/T(RX)能符合GEO衛星的需求，則其也能滿足LEO衛星與MEO衛星的天線特性需求，而天線裝置A1的波束追蹤能力只要能追蹤LEO衛星，即同樣能滿足追蹤MEO衛星與GEO衛星的需求。

承上，在第一實施例的第一變形態樣中，請參閱圖3、圖4與圖6所示，該天線模組1可劃分為第一衛星區E1與第二衛星區E2，其中，該天線模組1的排列方式能相同或近似於第一實施例的架構，也就是沿第一方向設有複數排天線單元組11，每一組天線單元組11具有複數個天線單元111，但是，每一組天線單元組11所包含的天線單元111數量可互不相同。又，部分天線單元組11所連接的主動射頻模組2中，係採用高功率的功率放大器23，前述部分天線單元組11能構成第一衛星區E1，且能在Ku、Ka及/或S-band等頻段運作；另一部分天線單元組11所連接的主動射頻模組2中，則採用較低功率的功率放大器23(相較於前述高功率的功率放大器23所能放大的功率級別而言)，前述另一部分天線單元組11係構成第二衛星區E2，且能在Ku及/或S-band等頻段運作；該天線裝置A1在連結LEO衛星時，能夠關閉第一衛星區E1(即不使用第一衛星區E1的相關元件)，而僅使用第二衛星區E2的相關元件，且該天線裝置A1會如同第一實施例所述般，混合電子掃描與機械掃描方式追蹤LEO衛星，此時，由於第一衛星區E1的相關元件未被使用，因此不需擔心高功率的功率放大器23之散熱問題，且能降低該天線裝置A1的整體耗能。又，該天線裝置A1在連結GEO衛星時，能夠同時使用第一衛星區E1與第二衛星區E2，以保持功耗效率，且因只有第一衛星區E1才會使用高功率的功率放大器23，使得其佈設區域較小，較易解決散熱問題。

另外，為了使該天線裝置A1除了適用至衛星通訊系統，還可應用至地面通訊系統(例如，WIFI或5G)，在第一實施例的第二變形態樣中，請參閱圖6及圖7所示，天線裝置A1除了包含第一變形態樣的結構外，還增設了至少一側向透鏡模組17與至少一地面通訊天線模組18，其中，該側向透鏡模組17位於該天線模組1與旋轉部3之間，在部分實施例中，該側向透鏡模組17能由介電係數約為2的塑化材料製成(但不以此為限)；如圖8所示，在部分實施例中，複數個側向透鏡模組17還能以上下方向相互堆疊而成。又，當該旋轉部3帶動該天線模組1旋轉時，也會同步帶動該側向透鏡模組17與地面通訊天線模組18一同轉動。

承上，復請參閱圖6至圖8所示，該地面通訊天線模組18位於該側向透鏡模組17的側面，換言之，該地面通訊天線模組18與側向透鏡模組17兩者實質上沿XY平面排列。該地面通訊天線模組18主要為地面通訊協定(如：WIFI、5G等)設計，而不適用於衛星通訊，且該地面通訊天線模組18能朝該側向透鏡模組17發生射頻訊號，並透過該側向透鏡模組17形成側向輻射波束，如此，該天線裝置A1的天線模組1能夠追蹤衛星以進行衛星通訊，且還能進行地面通訊。在部分實施例中，該地面通訊天線模組18可為垂直極化的主動天線，且其能採用號角天線或微帶天線等型態，此外，該側向透鏡模組17與天線模組1之間能設有金屬層171，或者，複數個堆疊的側向透鏡模組17彼此之間也能設有金屬層171，以能避免該地面通訊天線模組18與天線模組1或其它地面通訊天線模組18之間的干擾。

再者，由於第一實施例的天線裝置A1，係透過水平(XY平面)旋轉來調整姿態與軌道方位同向或極化方向同方位(尤指線極化)，為避免前述垂直的掃描面之順時針與逆時針頻繁交錯改變旋轉方向，造成機械穩定性不佳與震盪等問題，在本發明之第二實施例中，會採用多組天線模組進行單一方向之旋轉，以解決前述問題。請參閱圖9及圖10所示，在本發明之第二實施例中，天線裝置A2係包括一天線模組1、複數組主動射頻模組2、一旋轉部3、一多面承載架4與一樞轉部5，其中，該天線模組1、主動射頻模組2與旋轉部3的作用與架構近似於第一實施例，故後續說明係沿用第一實施例的元件編號，且不額外贅述，僅就其不同於第一實施例的部分進行說明。

承上，復請參閱圖9及圖10所示，該多面承載架4具有複數個結構平面41，每一結構平面41均相對於一中心軸心定位，使得各該結構平面41環繞該中心軸心分佈，其中，前述中心軸心實質上能沿著第一方向(如：X軸)方向延伸。具體而言，該多面承載架4具有三個結構平面41，以形成三面體結構，由側視觀之(如圖10所示)，該三面體結構呈現三角形外觀，且任二相鄰結構平面之間的夾角為60度，惟，在本發明之其它實施例中，該多面承載架4任二相鄰結構平面之間的夾角能夠為任意角度，或者，該多面承載架4能具有其它數量的結構平面41。又，各該結構平面41能供組裝各該天線模組1，並外露出各該天線模組1，每一個天線模組1能產生指向特性良好方向(如：正前方(broadside))的輻射波束。在此特別一提者，根據產品實際需求，該天線裝置A2不侷限採用第一實施例的天線模組1形式(陣列天線)，而能夠為其它形式的天線模組(如：柱狀結構的天線形式等)；或者該天線模組1的表面實質上能為平面或曲面等；或者每一個結構平面41上所設置的天線形式能夠各不相同，因此，只要該天線模組1能夠各自產生輻射波束，並能進行電子掃描即可。

另外，復請參閱圖9及圖10所示，該樞轉部5的一端設置於該多面承載架4的一側，並能使該多面承載架4以該樞轉部5的一端為軸心而自轉，其中，該樞轉部5的一端係朝該第一方向(X軸或Y軸)延伸，使得各該天線模組1在垂直面(XZ面或YZ面)滾動，又，該天線模組1之電子掃描能力能調整輻射波束的方向，以進行衛星所在軌道之方位間距落差修正，進而能貼近或對齊衛星的實際位置，使得該天線裝置A2兼具電子掃描與機械掃描等混合波束掃描的機制。

承上，復請參閱圖9及圖10所示，當多面承載架4具有W個結構平面41時，每一天線模組1的波束追蹤(Beam Tracking)角度θ範圍定義為"360/W"度，例如，圖10具有三個結構平面41，故每一個波束追蹤角度θ為120度。因此，當第一個波束完成追蹤一個衛星，並由一個方向掃描至另一方向的"360/W"度後，第二個波束將由該方向開始，繼續朝另一方向掃描以追蹤下一個衛星，特別是當"360/W"度小於180度時，第二個波束具有額外的角度範圍，以能預先監控即將出現的區域，並確保與下一個衛星的順利連接。

具體而言，復請參閱圖9及圖10所示，該天線裝置A2的多面承載架4具有三個結構平面41，每一個結構平面41設置有一個天線模組1，該天線模組1的架構能相同或近似於第一實施例(如圖3所示)，又，該天線模組1能由M個天線單元組11組成，其中，M≧1，且每一個天線單元組11可視為一個陣列單元，並均為被動天線形式。在部分實施例中，隨著衛星佈建密度增加以及軌道間距縮小，電子掃描的角度亦會相對減少，因此，每一個天線單元組11能夠依實際需求而由N個天線單元111所組成(N≧1)，換言之，該等天線單元組11係在水平面(XY面)建構一個陣列，以滿足陣列天線的工作原理，且各個天線單元組11能分別與一個主動射頻模組2(如：BFIC)相電氣連接(例如透過同軸線進行連結)，從而等效地形成一組一維的主動陣列天線，如此，利用主動射頻模組2的相位變化，該天線模組1將能在水平面(方位角方向)進行電子掃描，以追蹤衛星。又，該天線模組1能接收主動射頻模組2傳來的主動射頻訊號，產生輻射波束(扇形的輻射波形)，且透過該樞轉部5之設計而在垂直面(極角方向)進行機械掃描。

另外，復請參閱圖9及圖10所示，該樞轉部5之另一端係直接或間接連接至該旋轉部3的一端，使得該樞轉部5能以該旋轉部3之一端為軸心而進行旋轉(自轉或公轉)，進而使該多面承載架4整體旋轉(自轉或公轉)，以輔助天線模組1的輻射波束變化方向與衛星的軌道一致，具體而言，該多面承載架4會以垂直軸(Z軸)為軸心而整體旋轉，以使各該天線模組1圍繞著垂直軸(Z軸)旋轉，在此特別一提者，由於各該天線模組1係朝垂直平面(XZ平面或YZ平面)滾動，因此，隨著該天線模組1的位置不同，該天線模組1在不同時間點可形成1圍繞著垂直軸(Z軸)自轉或公轉等各種態樣。由於該天線模組1具有兩個旋轉方向，一個是環繞著X軸或Y軸旋轉，另一個是環繞著Z軸周圍旋轉，因此，該天線裝置A2中的天線模組1具有兩個獨立的旋轉方向，以形成雙軸旋轉。

承上，請參閱圖9及圖11所示，由於衛星是圍繞地球的中心飛行旋轉，而天線裝置A2則位於地球表面且其旋轉中心為自身，儘管兩者都是等速旋轉，但由於衛星與天線裝置A2的旋轉中心不同，故兩者的相對速度也不同，意即，衛星的飛行速度對於地面的天線裝置A2而言是不等速運動。具體來說，當衛星位於天線裝置A2的正上方時，其相對於天線裝置A2的移動速度會較快，而當衛星接近地平線時，則移動速度會較慢，因此，當天線裝置A2之多面承載架4以等速滾動旋轉(基於先前的波束追蹤衛星之速度)時，其後方的波束(即，下一個波束)旋轉速度會高於衛星的移動速度，無論後方的衛星是否於當前追蹤的衛星處在同一軌道上，仍可確保該天線裝置A2能夠追蹤到後方的衛星(即，下一個衛星)，又，當追踪到後方的衛星時，該天線裝置A2會進行衛星連接的交接，然後開始下一輪的追踪。此外，該旋轉部3還能帶動該多面承載架4旋轉，以行水平姿態調整，並能與衛星的軌道方向形式一致，從而進行前述滾動追蹤衛星的方式，如此，該天線裝置A2可以更靈活地追蹤與連接到不同的衛星

再者，復請參閱圖9及圖10所示，該天線裝置A2的各該天線模組1可均為被動天線態樣，且該天線裝置A2在使用時能夠僅有單一結構平面41上的天線模組1運作，故不同結構平面41的天線單元組11可以共用同一個主動射頻模組2。又，由於同一個天線模組1中的每一個天線單元組11，均需要主動射頻模組2，因此，M個主動射頻模組2能以陣列排列方式，設置於獨立的單一個基板(如：電路板)上，且各個主動射頻模組2能分別透過一傳輸用多路切換器43(如圖12所示)，電氣連接至不同結構平面41上的天線單元組11，且同一組天線單元組11不會連接至兩個不同的傳輸用多路切換器43，進而能供選擇需使用的天線單元組11，同樣地，各個主動射頻模組2還能分別透過一接收用多路切換器44(如圖12所示)，電氣連接至不同結構平面41上的天線單元組11，且同一組天線單元組11不會連接至兩個不同的接收用多路切換器44，以能接收使用中的天線單元組11傳來之外部射頻訊號，如此，透過共用主動射頻模組2的方式，即可大幅降低主動射頻模組2的數量，以降低該天線裝置A2的整體成本，此外，由於控制天線模組1的相關元件(如：微處理控制器、數位控制線等)都能夠設置於具有該等主動射頻模組2的基板上，故大幅降低電路設計上的複雜度。

茲就第二實施例的天線模組1、主動射頻模組2、傳輸用多路切換器43與接收用多路切換器44間的連接關係進行說明，其中，該主動射頻模組2的大致架構能如能如第一實施例一般，因此相關元件編號請參閱圖4所示，且不額外贅述。請參閱圖9及圖12所示，該主動射頻模組2還能設有一升頻模組211與一降頻模組271，其中，該升頻模組211可集成於該傳輸用波束成型晶片21中，也可以為單獨的電路架構，其能將中頻(Intermediate Frequency，簡稱IF)訊號升頻為射頻訊號；該降頻模組271可集成於該接收用波束成型晶片27中，也可以為單獨的電路架構，其能將射頻訊號降頻為中頻訊號。

承上，復請參閱圖4、圖9及圖12所示，該傳輸用多路切換器43的輸入端能電氣連接至該主動射頻模組2的功率放大器23，該傳輸用多路切換器43的多個輸出端則分別電氣連接至不同結構平面41的天線單元組11，部分實施例中，該傳輸用多路切換器43的輸出端能電氣連接至天線單元組11的功率分配器13；該接收用多路切換器44的多個輸入端能分別電氣連接至不同結構平面41的天線單元組11，部分實施例中，該接收用多路切換器44的輸出端能電氣連接至天線單元組11的功率合併器15，該傳輸用多路切換器43的輸出端則能電氣連接至該主動射頻模組2的低雜訊放大器25。如此，該主動射頻模組2能接收一中頻輸入訊號IFin，並透過該升頻模組211將該中頻訊號升頻為射頻訊號，以供該傳輸用波束成型晶片21進行處理，之後，該傳輸用波束成型晶片21經其內部移相器(Phase Shifter，簡稱PS)處理後產生的主動射頻訊號，能依序經由功率放大器23與該傳輸用多路切換器43，而傳輸至其中一結構平面41的天線單元組11；又，其中一結構平面41的天線單元組11接收到外部射頻訊號後，能依序經由該接收用多路切換器44與低雜訊放大器25，傳輸至該接收用波束成型晶片27進行處理，並在經過該降頻模組271將射頻訊號降頻為中頻訊號後，由該主動射頻模組2輸出一中頻輸出訊號IFout。惟，在本發明之其他實施例中，該天線裝置A2也能夠省略該升頻模組211與降頻模組271，而直接就射頻訊號進行處理。

復請參閱圖9及圖12所示，在該第二實施例中，所有傳輸用多路切換器43及/或接收用多路切換器44能由同一個控制單元40進行控制，以使各該傳輸用多路切換器43及/或接收用多路切換器44的動作一致，如此，藉由該傳輸用多路切換器43及/或接收用多路切換器44的切換作用，能使多個天線模組1共用該等主動射頻模組2，以大幅降低主動射頻模組2的數量，且不同結構平面41的天線單元組11間，只採用單一個傳輸用多路切換器43進行切換，還能使波束變換時間極短，以保持良好的追蹤衛星效率。惟，本發明不侷限於前述第二實施例的態樣，在部分實施例中，每一個傳輸用多路切換器43及/或接收用多路切換器44能各自設有獨立的控制單元40；或者，在部分實施例中，每一個天線模組1不共用主動射頻模組2，且不設置傳輸用多路切換器43與接收用多路切換器44，而各自設有複數個主動射頻模組2。

茲具體說明該天線裝置A2追蹤衛星的方式，復請參閱圖9及圖13所示，為能清楚表現，該天線裝置A2的三個天線模組1分別命名為第一面天線模組1、第二面天線模組1與第三面天線模組1，其各自產生的聚焦波束分別命名為第一波束V1、第二波束V2與第三波束，又，在第一時間T1時，衛星S3、S4分別處於不同的第一位置L1、Q1，在第二時間T2時，衛星S3、S4能由左朝右移動至各自的第二位置L2、Q2。該天線裝置A2的追蹤步驟包括：(P11) 第一面天線模組1的第一波束V1會對衛星S3進行連線追蹤，並在第一時間T1至第二時間T2期間，該樞轉部5會帶動多面承載架4旋轉，使得該第一波束V1由對應的第一位置L1移動至第二位置L2，確保與衛星S3的通訊不中斷； (P12) 另外，第二面天線模組1的第二波束V2會對衛星S4進行指向追蹤，並在第一時間T1至第二時間T2期間，第二波束V2能由對應的第一位置Q1移動至第二位置Q2，由於衛星S4的移動速度較波束掃描速度低，因此該第二波束V2能順利追上衛星S4； (P13) 更換追蹤衛星的時機： (P131) 由於衛星S3、S4是圍繞地球的中心飛行旋轉，而天線模組1是以多面承載架4的軸心旋轉，故第一波束V1與第二波束V2兩者無法剛好對應兩顆衛星S3、S4，使得第一面天線模組1與第二面天線模組1無法同步連結衛星S3、S4，因此，當第二波束V2追到衛星S4時，其會開始連結(銜接)衛星S4，以能與衛星S4進行通訊，且第一面天線模組1會開始放手(即，停止連線追蹤衛星S3)； (P132) 當第二面天線模組1的第二波束連結到衛星S4後，該第一面天線模組1即進入休息狀態，第三面天線模組1的第三波束將會開始搜尋下一顆衛星進行連結，之後，該第二面天線模組1便會連線追蹤衛星S4至第二位置Q2；前述過程，第二面天線模組1的角色相當於變換至步驟(P11)~(P12)的第一面天線模組1的角色，前述第三面天線模組1的角色相當於變換至步驟(P11)~(P12)的第二面天線模組1的角色。 (P14) 當第一面/第二面/第三面天線模組1偏離衛星軌道面時，其可以進行波束偏移，如圖14所示，隨著機械旋轉方向橫切面上，第一波束V1能迅速轉向以進行連結與追蹤衛星S3，具體而言，第一面天線模組1之上方能形成一掃描面，且其能透過電子掃描方式，將第一波束V1調整至衛星S3的軌道面上。

綜上所述，在第二實施例中，復請參閱圖9及圖14所示，該天線裝置A2的電子掃描主要用於使輻射波束緊密地對齊衛星的軌道以建立連接，其所需的掃描角度相對較小。又，該天線裝置A2能輔以旋轉部3進行方位角方向的水平姿勢調整，且能透過樞轉部5的運轉而形成連續波束旋轉的方式，並進行極角方向的機械掃描，因其是藉由物理旋轉整個天線模組1而實現，並非是改變天線單元組11的相位，故不會影響天線的增益。如此，天線裝置A2能夠避免傳統主動陣列天線在掃描時可能出現的增益損失(Scan loss)，並且減少了電子掃描時可能引起的天線單元組11間的電磁耦合，進而降低干擾與飽和問題。

假設第二實施例中，其天線單元組11中的天線單元111數量減少(如：N≤3)時，可能導致該天線模組1無法有效聚焦，使得其產生的輻射波束中，在第二方向(該等天線單元111的排列方向)形成波束寬度過大的情況，進而發生增益降低、能量損失、定向控制困難與路徑干擾等問題，因此，在本發明之第三實施例中，會採用增加透鏡的方式來解決前述問題。請參閱圖15所示，天線裝置A3包括至少一天線模組1、複數組主動射頻模組2、一旋轉部3、一多面承載架4、一樞轉部5與複數聚焦透鏡模組6，其中，該天線模組1、主動射頻模組2、旋轉部3、多面承載架4與樞轉部5的架構近似於第一/第二實施例(請參閱圖3、圖4)，故後續說明沿用第一/第二實施例的元件編號，且不額外贅述，僅就其不同於第一/第二實施例的部分進行說明。

復請參閱圖15所示，各該聚焦透鏡模組6能位於多面承載架4的外側，且分別對應於一個結構平面41上的天線模組1，因此，該等聚焦透鏡模組6能環繞該多面承載架4設置，又，該天線模組1所產生的輻射波束能經過該聚焦透鏡模組6而進行聚焦，以產生指向特性良好方向(如：正前方)的聚焦波束，且該聚焦波束具有高增益，同時呈扇形(即在第一方向為寬波束態樣，在第二方向為窄波束態樣)的波束形式。在第三實施例中，由於該多面承載架4為三面體態樣，因此該天線裝置A3設有三個聚焦透鏡模組6，且該等聚焦透鏡模組6能彼此相互連接以形成天線罩態樣，以包覆住該多面承載架4及其上相關元件，進而兼具保護天線模組1免受外部環境影響之作用。此外，由於該天線模組1須保持電子掃描的功能，因此，該聚焦透鏡模組6可為柱狀結構，其橫切面外觀可為圓型或其它優化後的外觀，只要該聚焦透鏡模組6能夠使該天線模組1能夠聚焦該天線模組1發出的輻射波束，同時能保持該天線模組1的電子掃描功能即可。

另外，請參閱圖15至圖16所示，當多面承載架4帶動該等天線模組1旋轉時，該等天線模組1所產生的聚焦波束也會隨之滾動，以多面承載架4為三面體結構為例，其三個天線模組1彼此間的相對位置保持固定的差角(如：120度)。由於衛星在軌道上的分佈是離散(discrete)，具有固定的差角(如：5.5度)，因此，該天線模組1在追蹤衛星時，可能發生其聚焦波束與衛星的位置不完全對應，導致傳輸與接收效果不佳。為能解決前述問題，在第三實施例中，該天線裝置A3的天線單元組11能夠採用多饋入方式，請參閱圖17至圖18所示，該天線裝置A3設有M個傳輸用移焦切換器71與M個接收用移焦切換器73，其中，該天線模組1將傳輸用天線單元111A與接收用天線單元111B分開設置，使得同一組天線單元組11中，只存有傳輸用天線單元111A或接收用天線單元111B，但不以此為限。該傳輸用移焦切換器71的一輸入端能電氣連接至一個主動射頻模組2(如，主動射頻模組2的功率放大器23)，該傳輸用移焦切換器71的多個輸出端則能分別電氣連接至同一組天線單元組11的多個天線單元111(尤其是傳輸用天線單元111A)；該接收用移焦切換器73的多個輸入端能分別電氣連接至同一組天線單元組11的多個天線單元111(尤其是接收用天線單元111B)，該接收用移焦切換器73的一輸出端則能電氣連接至一個主動射頻模組2(如，主動射頻模組2的低雜訊放大器25)。此外，前述情況下，能夠省略圖4之功率分配器13與功率合併器15，而改以傳輸用移焦切換器71與接收用移焦切換器73，但不以此為限。

如此，復請參閱圖15至圖18所示，透過該傳輸用移焦切換器71或接收用移焦切換器73之作用，能夠使天線模組1的波束在該聚焦透鏡模組6中的不同位置進行聚焦，從而實現波束的偏移效果(如圖16之左側的波束發生位置偏移)，如此，該天線模組1可以進行小角度(如：小於5度，但不以此為限)的電子掃描，以補足機械掃瞄之不穩定漂浮所衍生的誤差問題。在本發明之部分實施例中，同一組天線單元組11的多個天線單元111，還能夠各自連接獨立的主動射頻模組2，而不設置傳輸用移焦切換器71與接收用移焦切換器73，以能進行動態聚焦與較精密的波束之偏移，前述形式同樣屬於多饋入方式。惟，在本發明之其它實施例中，該天線模組1能採用如同第一/第二實施例一般的連接方式，即每一組天線單元組11的所有天線單元111同時電氣連接一個主動射頻模組2(不具有傳輸用移焦切換器71或接收用移焦切換器73)，前述形式屬於單一饋入方式。

按，以上所述，僅係本發明之較佳實施例，惟，本發明所主張之權利範圍，並不侷限於此，按凡熟悉該項技藝人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。

[本創作]

1:天線模組

11:天線單元組

111:天線單元

111A:傳輸用天線單元

111B:接收用天線單元

13:功率分配器

15:功率合併器

16:姿態調整部

17:側向透鏡模組

171:金屬層

18:地面通訊天線模組

2:主動射頻模組

21:傳輸用波束成型晶片

211:升頻模組

23:功率放大器

25:低雜訊放大器

27:接收用波束成型晶片

271:降頻模組

3:旋轉部

31:支撐體

33:馬達設備

35:座體

4:多面承載架

40:控制單元

41:結構平面

43:傳輸用多路切換器

44:接收用多路切換器

5:樞轉部

6:聚焦透鏡模組

71:傳輸用移焦切換器

73:接收用移焦切換器

A1,A2,A3:天線裝置

C1,C2:軌道

E1:第一衛星區

E2:第二衛星區

IFin:中頻輸入訊號

IFout:中頻輸出訊號

L1,Q1:第一位置

L2,Q2:第二位置

P:電路板

S1,S2,S3,S4:衛星

T1:第一時間

T2:第二時間

V1:第一波束

V2:第二波束

[圖1]係本發明之第一實施例的天線裝置之立體示意圖； [圖2]係本發明之第一實施例的天線裝置之側視示意圖； [圖3]係本發明之第一實施例的天線模組之天線單元配置示意圖； [圖4]係本發明之第一實施例的天線模組與主動射頻模組之電路方塊示意圖； [圖5]係本發明之第一實施例的天線裝置之作動示意圖； [圖6]係本發明之第一實施例的第一變形態樣之天線模組示意圖； [圖7]係本發明之第一實施例的第二變形態樣之天線裝置的示意圖； [圖8] 係本發明之側向透鏡模組的堆疊示意圖； [圖9] 係本發明之第二實施例的天線裝置之立體示意圖； [圖10]係本發明之第二實施例的天線裝置之側視示意圖； [圖11]係本發明之第二實施例的天線裝置之作動示意圖； [圖12]係本發明之第二實施例的主動射頻模組之電路架構示意圖； [圖13]係本發明之第二實施例的天線裝置之追蹤衛星的作動示意圖； [圖14]係本發明之第二實施例的天線裝置之波束偏移的示意圖； [圖15]係本發明之第三實施例的天線裝置之側視示意圖； [圖16]係本發明之第三實施例的天線裝置之波束偏移的示意圖； [圖17]係本發明之第三實施例的天線模組之天線單元配置示意圖；及 [圖18]係本發明之第三實施例的天線模組與主動射頻模組之電路架構示意圖。

1:天線模組 11:天線單元組 16:姿態調整部 2:主動射頻模組 3:旋轉部 31:支撐體 33:馬達設備 35:座體 A1:天線裝置 P:電路板

Claims (24)

1. 一種混合波束掃描之天線裝置，包括：至少一天線模組，其至少能在一維方向上進行電子掃描，該天線模組包含複數組天線單元組，各該天線單元組係沿第一方向排列，且每一組天線單元組包含至少一個天線單元，同一組的各該天線單元沿第二方向排列；一多面承載架，係有複數個結構平面，每一結構平面均相對於一中心軸心定位，使得各該結構平面環繞該中心軸心分佈，且各該結構平面能供組裝各該天線模組；複數組主動射頻模組，分別電氣連接至各該天線單元組，並能分別產生與傳輸一主動射頻訊號至對應的各該天線單元組，以使各該天線單元組能根據各該主動射頻訊號而產生輻射波束，以及各該天線單元組能接收外部射頻訊號，並將該外部射頻訊號傳輸至對應的各該主動射頻模組；一旋轉部，其一端係直接或間接連接至該天線模組，並使該天線模組以該旋轉部之一端為軸心而自轉或公轉，以補充或擴展該天線模組在另一維方向的掃描能力；及一樞轉部，其一端設置於該多面承載架的一側，且能供該多面承載架以該樞轉部之一端為軸心而自轉，該樞轉部之另一端則直接或間接連接至該旋轉部之一端，其中，該樞轉部之一端朝第一方向延伸，該旋轉部之一端朝另一方向延伸，該另一方向 實質上正交於該第一方向，使得該旋轉部帶動該天線模組的整體旋轉方向，不同於該多面承載架的自轉方向。
2. 如請求項1所述之天線裝置，其中，該旋轉部係使該天線模組以順時針方向與逆時針方向交錯轉動。
3. 如請求項1所述之天線裝置，還包括一姿態調整部，該姿態調整部之一端係直接或間接連接至該天線模組，並使該天線模組以該姿態調整部之一端為軸心而傾斜，以擴展該天線模組在一維方向的掃描能力，該姿態調整部之另一端係直接或間接連接至該旋轉部。
4. 如請求項1所述之天線裝置，還包括：至少一側向透鏡模組，係位於該天線模組與該旋轉部之間；及至少一地面通訊天線模組，係分別位於對應之各該側向透鏡模組的側面，且能分別朝對應的各該側向透鏡模組發生射頻訊號，並透過各該側向透鏡模組分別形成一側向輻射波束。
5. 如請求項4所述之天線裝置，其中，該側向透鏡模組相對於該天線模組的表面，或者複數個堆疊的各該側向透鏡模組彼此之間，係能分別設有一金屬層。
6. 如請求項4所述之天線裝置，其中，該地面通訊天線模組係應用至wifi或5G通訊協定。
7. 如請求項4所述之天線裝置，其中，該地面通訊天線模組係採用號角天線或微帶天線之型態。
8. 如請求項1所述之天線裝置，還包括複數個傳輸用多路切換器與 複數個接收用多路切換器，其中，不同結構平面的各該天線單元組電氣連接至同一個傳輸用多路切換器，前述傳輸用多路切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組，且同一結構平面的各該天線單元組不會電氣連接至同一個傳輸用多路切換器；不同結構平面的各該天線單元組電氣連接至同一個接收用多路切換器，前述接收用多路切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組，且同一結構平面的各該天線單元組不會電氣連接至同一個接收用多路切換器。
9. 如請求項1所述之天線裝置，其中，該多面承載架具有三個結構平面，以形成三面體結構，由側視觀之，該三面體結構呈現三角形外觀。
10. 如請求項9所述之天線裝置，其中，該多面承載架的任二相鄰結構平面之間的夾角為60度。
11. 如請求項1所述之天線裝置，還包括複數聚焦透鏡模組，其中，各該聚焦透鏡模組分別位於該多面承載架的外側，且分別對應各該結構平面上的各該天線模組，各該聚焦透鏡模組用以對各該天線模組產生的輻射波束進行聚焦。
12. 如請求項11所述之天線裝置，其中，在同一組天線單元組具有複數個天線單元的情況下，同一組天線單元組的各該天線單元還電氣連接至同一個傳輸用移焦切換器，前述傳輸用移焦切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組；同一組天線單元組的各該天線單元還電氣連接至同一個接收用移焦切換器，前述接 收用移焦切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組。
13. 如請求項1至12任一項所述之天線裝置，其中，該主動射頻模組包括：一傳輸用波束成型晶片，用以產生一主動射頻訊號；一功率放大器，係電氣連接至該傳輸用波束成型晶片，以接收該傳輸用波束成型晶片傳來的該主動射頻訊號，並能放大該主動射頻訊號後，再將前述放大後的該主動射頻訊號直接或間接傳輸至各該天線單元組；一低雜訊放大器，係直接或間接接收各該天線單元組傳來的外部射頻訊號，並能放大該外部射頻訊號；及一接收用波束成型晶片，係電氣連接至該低雜訊放大器，以接收放大後的該外部射頻訊號。
14. 如請求項13所述之天線裝置，其中，在同一組天線單元組具有複數個天線單元的情況下，還包括：一功率分配器，係電氣連接至該功率放大器以及同一組天線單元組的各該天線單元，以將放大後的該主動射頻訊號分配到各該天線單元；及一功率合併器，係電氣連接該低雜訊放大器以及同一組天線單元組的各該天線單元，以將各該天線單元傳來的外部射頻訊號進行結合。
15. 如請求項13所述之天線裝置，其中，該天線模組係劃分為一第一衛星區與一第二衛星區，其中，處於該第一衛星區之各該天 線單元組所電氣連接之功率放大器，其所能放大的功率級別大於處於該第二衛星區之各該天線單元組所電氣連接之功率放大器。
16. 一種混合波束掃描之天線裝置，包括：一多面承載架，係有複數個結構平面，每一結構平面均相對於一中心軸心定位，使得各該結構平面環繞該中心軸心分佈；複數天線模組，係分別設置於各該結構平面並外露出來，且至少能在一維方向上進行電子掃描；複數組主動射頻模組，分別電氣連接至各該天線模組，並能分別產生與傳輸一主動射頻訊號至對應的各該天線模組，以使各該天線模組能根據各該主動射頻訊號而分別形成一輻射波束，以及各該天線模組能分別接收外部射頻訊號，並將各該外部射頻訊號傳輸至對應的各該主動射頻模組；一樞轉部，其一端設置於該多面承載架的一側，且朝第一方向延伸，並能供該多面承載架以該樞轉部之一端為軸心而自轉；及一旋轉部，其一端係直接或間接連接至該樞轉部的另一端，並使該多面承載架能以該旋轉部的軸心而自轉或公轉，以補充或擴展該天線模組在另一維方向的掃描能力，其中，該旋轉部之一端朝另一方向延伸，該另一方向實質上正交於該第一方向，使得該旋轉部帶動該天線模組的整體旋轉方向，不同於該多面承載架的自轉方向。
17. 如請求項16所述之天線裝置，其中，該天線模組包含複數組天線單元組，各該天線單元組係沿第一方向排列，且分別電氣連接至對應的該主動射頻模組，每一組天線單元組包含至少一個天線單元，同一組的各該天線單元沿第二方向排列。
18. 如請求項17所述之天線裝置，還包括複數個傳輸用多路切換器與複數個接收用多路切換器，其中，不同結構平面的各該天線單元組還電氣連接至同一個傳輸用多路切換器，前述傳輸用多路切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組，且同一結構平面的各該天線單元組不會電氣連接至同一個傳輸用多路切換器；不同結構平面的各該天線單元組還電氣連接至同一個接收用多路切換器，前述接收用多路切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組，且同一結構平面的各該天線單元組不會電氣連接至同一個接收用多路切換器。
19. 如請求項16所述之天線裝置，其中，該多面承載架具有三個結構平面，以形成三面體結構，由側視觀之，該三面體結構呈現三角形外觀。
20. 如請求項19所述之天線裝置，其中，該多面承載架的任二相鄰結構平面之間的夾角為60度。
21. 如請求項16所述之天線裝置，還包括複數聚焦透鏡模組，其中，各該聚焦透鏡模組分別位於該多面承載架的外側，且分別對應各該結構平面上的各該天線模組，各該聚焦透鏡模組用以對各該天線模組產生的輻射波束進行聚焦。
22. 如請求項21所述之天線裝置，其中，該天線模組包含複數組天線單元組，各該天線單元組係沿第一方向排列，且分別電氣連接至對應的該主動射頻模組，每一組天線單元組包含複數個天線單元，同一組的各該天線單元沿第二方向排列，且同一組天線單元組的各該天線單元還電氣連接至同一個傳輸用移焦切換器，前述傳輸用移焦切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組；同一組天線單元組的各該天線單元還電氣連接至同一個接收用移焦切換器，前述接收用移焦切換器還電氣連接至其中一個主動射頻模組。
23. 如請求項17、18或22所述之天線裝置，其中，該主動射頻模組包括：一傳輸用波束成型晶片，用以產生一主動射頻訊號；一功率放大器，係電氣連接至該傳輸用波束成型晶片，以接收該傳輸用波束成型晶片傳來的該主動射頻訊號，並能放大該主動射頻訊號後，再將前述放大後的該主動射頻訊號直接或間接傳輸至各該天線單元組；一低雜訊放大器，係直接或間接接收各該天線單元組傳來的外部射頻訊號，並能放大該外部射頻訊號；及一接收用波束成型晶片，係電氣連接至該低雜訊放大器，以接收放大後的該外部射頻訊號。
24. 如請求項23所述之天線裝置，其中，在同一組天線單元組具有複數個天線單元的情況下，還包括： 一功率分配器，係電氣連接至該功率放大器以及同一組天線單元組的各該天線單元，以將放大後的該主動射頻訊號分配到各該天線單元；及一功率合併器，係電氣連接該低雜訊放大器以及同一組天線單元組的各該天線單元，以將各該天線單元傳來的外部射頻訊號進行結合。

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