CN101527592A - 圆极化天线中继器及其通讯方法 - Google Patents
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Abstract
一种圆极化天线中继器，其特征在于，包括：一圆极化接收天线，其用以接收一圆极化信号；一放大电路单元，其耦接于该圆极化接收天线以放大该圆极化信号以及一圆极化发射天线，其耦接于该放大电路单元以发射该圆极化信号。将该圆极化天线中继器应用于一通讯***中，可利用该圆极化接收天线放大并转送该通讯信号于一特定区域，以提供较佳的通讯质量及效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种圆极化天线中继器及其通讯方法，尤指一种可转送信号且提高通讯质量的天线中继器及其通讯方法。
背景技术
“天线”为许多无线通讯设备产品中不可或缺的必备元件，也是通讯产品能否顺遂地接收空中电波主要构成要件。在无线通讯技术蓬勃发展的21世纪，对于天线的演进由原来的杆状、环状及碟型天线改革为平面印刷天线，因此天线设计的优劣影响着无线传输的实际效能。但不管是何种型式的天线，最重要的还是收发信号的质量，也因此天线的设计便成为很重要的一环。
目前利用GPS (Global Positioning System)，来进行移动定位为业者大力推广的移动通讯方案，是以移动终端内建GPS接收器为主要的定位解决方案。此技术利用放置在距地面20200公里的24颗同步卫星群所发出的信号，以空间为基准，利用无线电波与时间差来测量距离。其定位测量的基本方式为同步卫星利用载波频道以无线电信息发送卫星位置与时间相关数据，GPS接收器自接收GPS卫星传送的信号后，经过接收器内的运算单元，解算出定位、速度、时间等使用者所需的信息。借助卫星轨道数据配合卫星至接收器的距离条件，便可算出接收器在地球上的三维坐标值。由于GPS的定位信号完全由卫星传递并直接于GPS接收器内进行位置计算，故天线所传输的信号质量将成为定位准确度与商业化应用的最大关键。
但在卫星通讯的使用上，能有诸多限制，例如市区的高楼大厦经常会阻隔卫星信号，狭窄的街道及大楼幕墙反射的干扰，都会影响GPS产品的表现，举例来说，常见障碍如卫星信号接收的盲点，或是在高楼的室内均会因为空间障碍而导致不佳的传输效果。而传统上亦有业者有接线的方式重新导引信号进入室内，但一般来说均无法达到无线信号的最佳化。
于是，本发明人有感上述缺陷的可改善之处，提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明技术方案。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种圆极化天线中继器及其通讯方法。该圆极化天线中继器可接受无线信号，以放大该无线信号，更可将该放大后的信号发送至信号强度较弱的区域，以提供较佳的传输质量与效率。
为了达到上述的目的，本发明提供一种圆极化天线中继器，其特征在于，包括：一圆极化接收天线，其用以接收一圆极化信号；一放大电路单元，其耦接于该圆极化接收天线以放大该圆极化信号以及一圆极化发射天线，其耦接于该放大电路单元以发射该圆极化信号。
本发明亦提供一种应用上述圆极化天线中继器的通讯方法，其特征在于，包括：将至少一个该圆极化天线中继器设置于一目标物的一预定位置；以及使该圆极化天线中继器接收一由一发射信号端所发出的通讯信号，且将该通讯信号转送于一位于该目标物内部的接收信号端。
本发明具有以下有益的效果：本发明提出的圆极化天线中继器及其通讯方法，可将接受到的无线信号加以放大再加以送出，以达到最佳的通讯质量。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明的圆极化接收天线的示意图；
图2为本发明应用圆极化接收天线的通讯方法的第一实施例的示意图；
图3为本发明应用圆极化接收天线的通讯方法的第二实施例的示意图；
图4为本发明的圆极化接收天线的极化方向的实验曲线图；
图4A为本发明的圆极化接收天线的天线距离的实验曲线图。
【主要元件附图标记说明】
1 圆极化天线中继器
11 圆极化接收天线 12 圆极化发射天线
13 放大电路单元
2 目标物 2’ 车辆
21 窗户
3 发射信号端
4 接收信号端
具体实施方式
请参阅图1，本发明提供一种圆极化天线中继器及其通讯方法，该圆极化天线中继器1可用以接收外部圆极化信号并加以放大，进而再将该放大后的信号送出，其圆极化天线中继器1包括：一圆极化接收天线11，其用以接收一圆极化信号；一放大电路单元13，其耦接于该放大电路以放大该圆极化信号；一圆极化发射天线12，其耦接于该放大电路单元13以发射该圆极化信号。
一般来说，圆极化信号可避免因线性极化产生多重路径Fading效应，圆极化辐射特性在接收或在发射电波时，没有特定的极化方向，所以十分适合应用于地面与卫星的信号传递，以解决电雕层所产生的法拉第效应，而目前热门的天线设计工业规格如全球卫星定位***(GPS)及RFID应用于UHF及WLAN等，其天线设计规格要求尽量以圆极化波辐射的需求为导向。除此之外，与线性极化辐射比起来，圆极化也较能够避免多样化环境所产生的多重路径衰减效应，因此也十分适合应用于地面上的无线通讯***，故可适用于卫星通讯或特殊搜索雷达使用；故在卫星通讯的使用上，圆极化信号即可避免信号受到法拉第旋转角度而造成的极化损失。本发明即应用该中继器于圆极化信号的通讯领域。
以下针对该圆极化天线中继器1进行更详细的说明。该圆极化接收天线11可用以接收一圆极化信号，该圆极化信号可为一GPS信号或一数字广播信号，但不以上述为限。以GPS信号而言，目前GPS导航***需要借助不断更新的卫星信号来维持其准确性，所以负责接收信号的天线就变的相当重要，良好的天线设计可以让信号的接收更加完整。因此，对于GPS设备来说，要求能同时处理1.226GHz的低频段及1.575GHz的高频段。另外，对于空间应用，通常使用圆形极化(Circular Polarized，CP)，如：右旋圆极化(Right Hand CircularPolarized，RHCP)或左旋圆极化(Left Hand Circular Polarized，LHCP)，用于发射、接收及同一频谱范围内的复用，例如GPS所产生的信号若为一种右旋圆极化(RHCP)波形；因此，在天线设计阶段，也需要以右旋圆极化类型的天线设计，才能在GPS信号的接收上，获得较准确的信息与较佳的接收质量。
当该圆极化接收天线11接收一圆极化信号，该圆极化信号则借助该放大电路单元13加以二次放大或转换。该放大电路单元13的主要功能在于二次放大信号以及降低噪声(noise)与功耗、提高灵敏度(sensitivity)、避免环境多重反射干扰(multi-path)以及降低shaving等障碍，而该放大电路单元13为一低噪声放大器，或一低噪声放大器与一功率放大器的组合，但不以上述为限；该低噪声放大器主要可提供来自该圆极化接收天线11的信号所需的增益(gain)或灵敏度(sensitivity)。低噪声放大器主要使用在接收***，通常会在天线的后级，而放大器的性能优劣则严重影响整个接收***的好坏，故该低噪声放大器必须具有稳定度(stability)、噪声指数(noise figure)、增益(gain)以及电压驻波比(voltage standing wave ratio)等条件的考虑。
该二次放大的信号可以借助该圆极化发射天线12朝一预定方向加以发射，使信号得以传送至信号较微弱的区域，以加强信号强度及传输效率。
请参考图2及图3，该圆极化天线中继器1主要应用在室内或车辆等信号较难传输的区域。以下将详细讨论应用该圆极化天线中继器1的传输方法：
将至少一个该圆极化天线中继器1设置于一目标物2的一预定位置，该目标物2可为一建筑物或一车辆。该目标物2内部形成一信号较难传输的地点，或因空间障碍而导致信号强度不足的情况。以都会区而言，当GPS信号一旦进入室内或在高楼林立的建筑物中，空间障碍将会严重干扰GPS的准确度，甚至收不到定位信号；以车辆而言，电子产品的日益普及，移动式导航***(GPS)的应用，亦早已成为时下用车文化的趋势及潮流。但车用隔热纸大多含有金属包含铝、镍、银等材质，而这些成份又会对车辆通讯造成影响，亦即汽车隔热纸因其某些涂布层为金属材质，所以会影响驾驶者的移动电话、无线电甚至GPS***等收讯，对于信号产生阻隔的影响，使其影响GPS的收讯，造成定位上的误差和定位时间的迟缓。本发明的该圆极化天线中继器1可二次放大无线信号，以使上述信号较弱的地点亦可接收质量较佳的信号。但该圆极化天线中继器1并不限定于上述所举出的目标物2，而可以应用在任何需要中继信号的场合。
图2表示本发明的第一实施例，当该圆极化天线中继器1设置于一建筑物时，该圆极化天线中继器1可设置于该建筑物的窗户21，而该圆极化天线中继器1的圆极化接收天线11则朝向该建筑物外侧，以接收发射信号端3如卫星或其它外部发射源所发出的通讯信号；接着利用该放大电路单元13二次放大该通讯信号，再由该圆极化发射天线12朝信号强度较弱的区域发射，以使在该区域的接收信号端4得以收到可供读取的信号。再者，使用者可以设置多个圆极化天线中继器1于建筑物中，以提供多层串接放大、转送上述的通讯信号，让信号更进一步的传送到预定的区域；而该些圆极化天线中继器1也可分开个别运作，以增加本发明的应用范围。
另外，图3则表示本发明的第二实施例；在此实施例中，该圆极化天线中继器1可应用于一车辆2’。该圆极化天线中继器1可设置于车顶或其它位置，而该圆极化接收天线11则朝向车辆外侧以利于接收发射信号端3如卫星或其它外部发射源所发出的通讯信号。同样地，该通讯信号可借助放大电路单元13的放大功能再利用该圆极化发射天线12朝车内的接收信号端4发射信号，如GPS接受装置等，如此车内的接收端可以接收到较佳的信号而提高整体无线信号的应用。
然而，为了避免该圆极化接收天线11与该圆极化发射天线12之间的反馈而彼此互相干扰，上述两天线具有不同的圆极化方向，亦即当该圆极化接收天线11为一第一方向圆极化天线，该圆极化发射天线12则为一第二方向圆极化天线；例如当该圆极化接收天线11为一左手圆极化(Left Hand Circular Polarized，LHCP)天线，则该圆极化发射天线12为一右手圆极化(Right Hand Circular Polarized，RHCP)天线，但不以上述为限。另外，该圆极化接收天线11与该圆极化发射天线12之间最佳地具有一预定距离，亦可使两者之间的干扰程度降低；且该圆极化接收天线11、该圆极化发射天线12与该放大电路单元13等三个部分可形成一模块化的圆极化天线中继器1，使之更具有使用上的方便性与商业价值。
故本发明亦提供一种应用该圆极化发射天线12的通讯方法，其步骤如下：
(1)将至少一个该圆极化天线中继器1设置于一目标物2的一预定位置。该圆极化天线中继器1可设置于该目标物2的一预定位置以利接收一无线信号，以提供该无线信号放大、转送的功能。
(2)该圆极化天线中继器1接收一由一发射信号端3所发出的通讯信号，且将该通讯信号转送于一位于该目标物2内部的接收信号端4。该圆极化天线中继器1可设置于车辆的车顶或其它预定位置，而该圆极化接收天线11则朝向外侧以利于接收发射信号端3如卫星或其它外部发射源所发出的通讯信号。接着，该通讯信号可借助放大电路单元13的放大功能再利用该圆极化发射天线12朝一接收信号端4发射信号，使原本信号较弱的接收端可以接收到较佳的信号而提高整体无线传输的效率。
请参考图4及图4A，其为本发明中的圆极化天线中继器1进行相关实验的图表。其中图4说明天线极化方向对于信号反馈的影响。图4中曲线A为左旋接收天线与左旋发射天线的数据；而曲线B则为右旋接收天线与左旋发射天线的数据，由两者比较可知右旋接收天线与左旋发射天线的搭配可改善反馈信号的干扰。另一方面，图4A的曲线C则显示右旋接收天线与左旋发射天线搭配的情况下，两天线之间的距离对于信号干扰的影响。
综上所述，本发明具有下列诸优点：
1、具有较佳的通讯质量，由于该圆极化接收天线1可放大已接收的信号，再将该放大后的信号转送至一原本信号较弱的区域，以提高整体传输质量与通讯效率。
2、另一方面，本发明所提出的圆极化接收天线1可利用两天线针脚位置而调整整体的增益值，再配合天线与放大电路模块化的设计，可以达到上述天线最佳化的目的。
但以上所述仅为本发明的较佳实施例，非意欲局限本发明的保护范围，因此凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效变化，均同理皆包含于本发明的保护范围内，特此说明。
Claims (13)
1、一种圆极化天线中继器，其特征在于，包括：
一圆极化接收天线，其用以接收一圆极化信号；
一放大电路单元，其耦接于该圆极化接收天线以放大该圆极化信号；以及
一圆极化发射天线，其耦接于该放大电路单元以发射该圆极化信号。
2、如权利要求1所述的圆极化天线中继器，其特征在于：该放大电路单元为一低噪声放大器。
3、如权利要求1所述的圆极化天线中继器，其特征在于：该放大电路单元包括一低噪声放大器以及一功率放大器。
4、如权利要求1所述的圆极化天线中继器，其特征在于：该圆极化接收天线为一第一方向圆极化天线，且该圆极化发射天线为一第二方向圆极化天线。
5、如权利要求4所述的圆极化天线中继器，其特征在于：该圆极化接收天线为一左手圆极化天线，且该圆极化发射天线为一右手圆极化天线。
6、如权利要求1所述的圆极化天线中继器，其特征在于：该圆极化接收天线与该圆极化发射天线之间具有一预定距离。
7、一种应用如权利要求1所述的圆极化天线中继器的通讯方法，其特征在于，包括：
将至少一个该圆极化天线中继器设置于一目标物的一预定位置；以及
使该圆极化天线中继器接收一由一发射信号端所发出的通讯信号，且将该通讯信号转送于一位于该目标物内部的接收信号端。
8、如权利要求7所述的通讯方法，其特征在于：该目标物为一建筑物或一车辆。
9、如权利要求7所述的通讯方法，其特征在于：该发射信号端为一卫星，且该通讯信号为一全球定位***信号。
10、如权利要求7所述的通讯方法，其特征在于：该圆极化天线中继器的该圆极化接收天线用以接收该通讯信号。
11、如权利要求10所述的通讯方法，其特征在于：该放大电路单元用以放大该通讯信号，且利用该圆极化发射天线转送该通讯信号于该接收信号端。
12、如权利要求7所述的通讯方法，其特征在于：该圆极化接收天线为一第一方向圆极化天线，且该圆极化发射天线为一第二方向圆极化天线。
13、如权利要求12所述的通讯方法，其特征在于：该圆极化接收天线为一左手圆极化天线，且该圆极化发射天线系为一右手圆极化天线。
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