TW201431302A - 微帶天線收發器 - Google Patents
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Abstract
一種可切換極化之微帶天線收發器，用於一衛星訊號接收裝置，包含有一基板，包含有一第一面及一第二面；一接地金屬片，位於該基板之該第一面；一天線模組，位於接地金屬片上，包含有一輻射金屬片、一垂直極化饋入孔及一水平極化饋入孔；一第一開關元件，位於該基板之該第二面；一第二開關元件，位於該基板之該第二面；一第一微帶線，電性連接於該天線模組之該垂直極化饋入孔與該第一開關元件之間；以及一第二微帶線，電性連接於該天線模組之該水平極化饋入孔與該第二開關元件之間。
Description
本發明係指一種微帶天線收發器，尤指一種可切換極化之微帶天線收發器。
衛星通訊具有覆蓋範圍廣大及不受地面環境干擾等優點，廣泛用於軍事、探測及商用通訊服務如衛星導航、衛星語音廣播或衛星電視廣播等。現今，許多電子裝置亦可透過外接天線來接收衛星訊號，例如智慧型手機、平板電腦等。一般而言，衛星訊號的頻率範圍可從1.467GHz到1.492GHz，衛星於該頻段上可同時提供兩種正交訊號，其中一種為左旋極化訊號，另一種為右旋極化訊號。若要接收該兩種正交訊號，則需要同時具備有一左旋極化天線模組及一右旋極化天線模組。然而，於實際應用上，電子裝置通常不會於同一時間內處理該兩種正交訊號，只會選擇其中之一，並且兩個單獨的天線模組會佔據許多空間並增加成本，因此，可將該左旋極化天線模組及該右旋極化天線模組合而為一。
請參考第1圖，第1圖為習知一天線收發器10之示意圖。天線收發器10係一具有左右旋極性且可以切換的天線收發器，其包含有一第一開關元件100、一第二開關元件102、一混合式電路104及一平板微帶天線106，其中平板微帶天線106具有垂直和水平空間之對稱性。混合式電路104具有四個傳輸埠P1~P4，其中，傳輸埠P1、P4個別連接
至第一開關元件100及第二開關元件102，傳輸埠P2、P3則個別連接至具有水平和垂直極化之平板微帶天線106。
簡單地說，針對發射運作時，第一開關元件100及第二開關元件102控制一訊號S以透過傳輸埠P1或傳輸埠P4進入混合式電路104，混合式電路104將訊號S等分為相位相差90度的兩個傳送訊號，再個別透過傳輸埠P2、P3傳送至平板微帶天線106，再透過平板微帶天線106產生一垂直極化訊號SV與一水平極化訊號SH，而輻射至空氣中。由於平板微帶天線106有兩個饋入孔，等分的兩個能量進入之後，個別產生垂直和水平極化的電磁場，而且平板微帶天線106的垂直和水平空間具有對稱性，因此，垂直極化訊號SV與水平極化訊號SH之輻射能量不受彼此影響，具有高度的隔離性。而傳輸埠P2、P3所輸出之訊號之相位係相差90度，因此，天線收發器10可產生左旋極化或是右旋極化的天線場形。詳細來說，由於混合式電路104本身的電路特性，訊號S由傳輸埠P1進入混合式電路104時，訊號S反射回傳輸埠P1的能量很少，訊號S進入傳輸埠P4的能量亦很少，因此，混合式電路104可將訊號S之能量均分為二，且相位相差90度，並分別透過傳輸埠P2、P3傳送至平板微帶天線106。由於透過傳輸埠P2所輸出之訊號相位比透過傳輸埠P3所輸出之訊號相位領先90度，因此，平板微帶天線106於接收到傳輸埠P2、P3所輸出之訊號後，可個別產生垂直和水平極化的電磁場幅射，進而產生左旋極化的天線場形。同理，若訊號S由傳輸埠P4進入混合式電路104，混合式電路104亦可將訊號S均分為二訊號，並分別透過傳輸埠P2、P3傳送至平板微帶天線106。由於透過傳輸埠P2所輸出之訊號相位比透過傳輸埠P3所輸出之訊號相位落後90度，因此，平板微帶天線106於接收到傳輸埠P2、P3所輸出之訊號後，個別產生垂直和水平極化的電磁場幅射，進而產生右旋極化的天線場形。而
第一開關元件100及第二開關元件102則用來控制訊號S所進入的傳輸埠，以進一步控制天線收發器10所產生之天線場形。
至於，針對接收運作時，天線收發器10亦可透過第一開關元件100及第二開關元件102以控制傳輸埠P1或傳輸埠P4來傳送從平板微帶天線106接收到之左旋極化或是右旋極化訊號至一後端電路模組(未繪製於第1圖)以進行訊號處理，另外，相較於發射運作，第一開關元件100及第二開關元件102需轉向180度，以符合訊號傳輸方向。
由上述可知，習知天線收發器10對於二正交訊號具有高度的隔離性，然而，欲達成混合式電路之功能，其長及寬需有1/4波長的長度，因此，於目前衛星訊號的低頻率下，混合式電路需佔據很大的板材面積，花費的成本也相對提高。因此，如何減少天線成本並可同時達到處理兩種正交訊號之目的，已成為業界的目標之一。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可切換極化之微帶天線收發器。
本發明揭露一種可切換極化之微帶天線收發器，用於一衛星訊號接收裝置，包含有一基板，包含有一第一面及一第二面；一接地金屬片，位於該基板之該第一面；一天線模組，位於該基板之該第一面且該接地金屬片介於該天線模組與該基板之間，包含有一輻射金屬片、一垂直極化饋入孔及一水平極化饋入孔；一第一開關元件，位於該基板之該第二面；一第二開關元件，位於該基板之該第二面；一第一微帶線，電性連接於該天線模組之該垂直極化饋入孔與該第一開關元件之間；以及一第二微帶線，電性連接於該天線模組之該水平極化饋入孔與該第二
開關元件之間。
10‧‧‧天線收發器
100‧‧‧第一開關元件
102‧‧‧第二開關元件
104‧‧‧混合式電路
106‧‧‧平板微帶天線
P1~P4‧‧‧傳輸埠
20、70‧‧‧微帶天線收發器
200‧‧‧基板
202‧‧‧接地金屬片
204‧‧‧天線模組
206‧‧‧第一開關元件
208‧‧‧第二開關元件
210‧‧‧第一微帶線
212‧‧‧第二微帶線
214‧‧‧輻射金屬片
216‧‧‧垂直極化饋入孔
218‧‧‧水平極化饋入孔
X‧‧‧垂直方向
Y‧‧‧水平方向
S、T‧‧‧訊號
SV、SV_2‧‧‧垂直極化訊號
SH、SH_2‧‧‧水平極化訊號
θ1‧‧‧第一角度
θ2‧‧‧第二角度
L1、L2‧‧‧長度
Z、W‧‧‧方向
第1圖為習知一天線收發器之示意圖。
第2圖為本發明實施例一微帶天線收發器之側面示意圖。
第3圖為第2圖之微帶天線收發器之背面示意圖。
第4圖為第2圖之微帶天線收發器之正面示意圖。
第5圖為第2圖之微帶天線收發器於訊號從第一開關元件饋入時之天線幅射場形圖。
第6圖為第2圖之微帶天線收發器於訊號從第二開關元件饋入時之天線幅射場形圖。
第7圖為本發明實施例一微帶天線收發器之背面示意圖。
第8圖為第7圖之微帶天線收發器之正面示意圖。
第9圖為第7圖之微帶天線收發器於訊號從第一開關元件饋入時之天線幅射場形圖。
第10圖為第7圖之微帶天線收發器於訊號從第二開關元件饋入時之天線幅射場形圖。
請參考第2至4圖，第2圖為本發明實施例一微帶天線收發器20之側面示意圖，第3圖為第2圖之微帶天線收發器20之背面示意圖，而第4圖為第2圖之微帶天線收發器20之正面示意圖。微帶天線收發器20包含有一基板200、一接地金屬片202、一天線模組204、一第一開關元件206、一第二開關元件208、一第一微帶線210以及一第二微帶線212。接地金屬片202介於天線模組204和基板200之間，接地金
屬片202及天線模組204位於基板200之一面，而第一開關元件206及第二開關元件208則位於基板200之另一面。天線模組204包含有一輻射金屬片214、一垂直極化饋入孔216及一水平極化饋入孔218。第一微帶線210電性連接於垂直極化饋入孔216與第一開關元件206之間，而第二微帶線212則電性連接於水平極化饋入孔218與第二開關元件208之間。此外，天線模組204之輻射金屬片214之形狀係一六邊形，更精確來說係一四邊形截去兩對角，用以控制天線模組204之一垂直極化訊號SV_2與一水平極化訊號SH_2之間的能量轉換。
簡言之，微帶天線收發器20透過控制第一開關元件206及第二開關元件208以傳送或接收不同極化之訊號(即左旋極化訊號與右旋極化訊號)，如此一來，微帶天線收發器20可透過切換方式分時處理不同極化之訊號，以節省成本並達到利用同一天線收發器來處理不同極化訊號之目的。
更進一步地，請同時參考第3、4圖，第3、4圖分別為微帶天線收發器20之背面及正面示意圖。如第3圖所示，第一開關元件206係位於一垂直方向X上，第二開關元件208則位於一水平方向Y上，第一開關元件206透過第一微帶線210電性連接至垂直極化饋入孔216以控制天線模組204傳送或接收垂直極化訊號SV_2，第二開關元件208則透過第二微帶線212電性連接至水平極化饋入孔218以控制天線模組204傳送或接收水平極化訊號SH_2。
針對發射一訊號T之運作而言，當第一開關元件206導通而第二開關元件208關閉(不導通)時，訊號T由第一開關元件206進入微帶天線收發器20，透過第一微帶線210饋入至垂直極化饋入孔216以
於天線模組204產生垂直極化訊號SV_2，而輻射至空氣中。然而，由於輻射金屬片214具有二切角，因此訊號T會轉換部份能量並進入水平極化饋入孔218，經由第二微帶線212，先傳送至關閉狀態中之第二開關元件208再反射回水平極化饋入孔218，並於天線模組204產生水平極化訊號SH_2，而輻射至空氣中。值得一提的是，微帶天線收發器20可透過調整輻射金屬片214之切角或是垂直極化饋入孔216及水平極化饋入孔218之偏移位置，使得垂直極化訊號SV_2與水平極化訊號SH_2之能量大小大致相同，並且調整第二微帶線212的長度L2，使得垂直極化訊號SV_2的相位領先水平極化訊號SH_2的相位約90度，以產生左旋極化之天線場形。此外，微帶天線收發器20之第二開關元件208之反射相位係180度時，可獲得一天線的尺寸和電磁場解。當第二開關元件208之反射相位非180度時，可透過調整第二微帶線212之長度L2，使得整體之反射相位為180度，此時可獲得相同的天線尺寸和電磁場解。換句話說，微帶天線收發器20可透過調整第二微帶線212的長度L2，使得整體之反射相位為180度，以獲得相同電磁場解，而不需改變天線模組204之天線尺寸。
同理，當第二開關元件208導通而第一開關元件206關閉時，訊號T由第二開關元件208進入微帶天線收發器20，透過第二微帶線212饋入至水平極化饋入孔218以於天線模組204產生水平極化訊號SH_2，而輻射至空氣中。然而，由於輻射金屬片214具有二切角，訊號T會轉換部份能量並進入垂直極化饋入孔216，經由第一微帶線210，先傳送至關閉狀態中之第一開關元件206再反射回垂直極化饋入孔216，並於天線模組204產生垂直極化訊號SV_2，而輻射至空氣中。相同地，亦可調整輻射金屬片214之切角或是垂直極化饋入孔216及水平極化饋入孔218之偏移位置，使得垂直極化訊號SV_2與水平極化訊號SH_2
之能量大小大致相同，並且調整第一微帶線210的長度L1，並使得垂直極化訊號SV_2的相位落後水平極化訊號SH_2的相位約90度，以產生右旋極化之天線場形。相同地，當第一開關元件206之反射相位非180度時，亦可調整第一微帶線210之長度L1，使得整體之反射相位為180度，而獲得相同的天線尺寸和電磁場解。換句話說，微帶天線收發器20可透過調整第一微帶線210的長度L1，使得整體之反射相位為180度，以獲得相同電磁場解，而不需改變天線模組204之天線尺寸。值得注意的是，第一開關元件206及第二開關元件208可透過二極體元件或電晶體元件來實現，但不限於此。
再者，針對接收運作時，微帶天線收發器20亦可透過控制第一開關元件206及第二開關元件208來傳輸從天線模組204接收到之左旋極化訊號或是右旋極化訊號至一後端電路模組(未繪製於第2至4圖)以進行訊號處理。另外，相較於發射運作，當應用於接收運作時，第一開關元件206及第二開關元件208需轉向180度，以符合訊號傳輸方向。
請繼續參考第5、6圖，第5圖為第2圖之微帶天線收發器20中訊號從第一開關元件206饋入時之天線幅射場形圖，而第6圖為第2圖之微帶天線收發器20中訊號從第二開關元件208饋入時之天線幅射場形圖。如第5圖所示，於訊號從第一開關元件206饋入時的天線場形為左旋極化。如第6圖所示，於訊號從第二開關元件208饋入時的天線場形為右旋極化。由此可知，本發明實施例之微帶天線收發器20之設計可透過控制訊號之饋入點，以處理不同極化之訊號。
微帶天線收發器20係為本發明之一實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同的變化及修飾。舉例來說，請繼續參考第7、8圖，
第7圖為本發明一微帶天線收發器70之背面示意圖，而第8圖為第7圖之微帶天線收發器70之正面示意圖。微帶天線收發器70與微帶天線收發器20之結構大致相同，不同之處在於以饋入點的偏移位置來控制垂直極化訊號SV_2與水平極化訊號SH_2之間的能量轉換，第一開關元件206係沿著與垂直方向X相差一第一角度θ1之方向Z來調整垂直極化饋入孔216之位置，且垂直極化饋入孔216之位置與方向Z上之一位置之間具有於水平方向Y上之一位移量，而第二開關元件208係沿著與垂直方向X之相反方向相差一第二角度θ2之方向W來調整水平極化饋入孔218之位置，且水平極化饋入孔218之位置與方向W上之一位置之間亦具有於水平方向Y上之一位移量，其中第一角度θ1與第二角度θ2可設定為45度，此外，輻射金屬片214更保持對稱而不具切角。微帶天線收發器70僅需調整垂直極化饋入孔216及水平極化饋入孔218之偏移位置以及第一微帶線210及第二微帶線212之長度即可達成前述之天線場形。
請繼續參考第9、10圖，第9圖為第7圖之微帶天線收發器70中訊號從第一開關元件206饋入時之天線幅射場形圖，而第10圖為第7圖之微帶天線收發器70中訊號從第二開關元件208饋入時之天線幅射場形圖。如第9圖所示，於訊號從第一開關元件206饋入時的天線場形為左旋極化。如第10圖所示，於訊號從第二開關元件208饋入時的天線場形為右旋極化。由此可知，本發明實施例之微帶天線收發器70之設計亦可透過控制訊號之饋入點，以處理不同極化之訊號。
綜上所述，本發明之微帶天線收發器係透過控制開關元件以及調整輻射金屬片之切角、饋入孔之偏移位置或是連接於開關元件與饋入孔之間之微帶線的長度，以達到分時傳送或接收不同極性之訊號以及節省成本之目的。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20‧‧‧微帶天線收發器
200‧‧‧基板
206‧‧‧第一開關元件
208‧‧‧第二開關元件
210‧‧‧第一微帶線
212‧‧‧第二微帶線
X‧‧‧垂直方向
Y‧‧‧水平方向
T‧‧‧訊號
SV_2‧‧‧垂直極化訊號
SH_2‧‧‧水平極化訊號
L1、L2‧‧‧長度
Claims (7)
- 一種可切換極化之微帶天線收發器，用於一衛星訊號接收裝置，包含有：一基板，包含有一第一面及一第二面；一接地金屬片，位於該基板之該第一面；一天線模組，位於該基板之該第一面且該接地金屬片介於該天線模組與該基板之間，包含有一輻射金屬片、一垂直極化饋入孔及一水平極化饋入孔；一第一開關元件，位於該基板之該第二面；一第二開關元件，位於該基板之該第二面；一第一微帶線，電性連接於該天線模組之該垂直極化饋入孔與該第一開關元件之間；以及一第二微帶線，電性連接於該天線模組之該水平極化饋入孔與該第二開關元件之間。
- 如請求項1所述之微帶天線收發器，其中該垂直極化饋入孔設置於該基板之該第一面且沿著一第一方向設置於該第一方向上之一第一位置，該水平極化饋入孔設置於該基板之該第一面且沿著一第二方向設置於該第二方向上之一第二位置，該第一方向及該第二方向大致垂直。
- 如請求項2所述之微帶天線收發器，其中該天線模組之該輻射金屬片之一形狀係一四邊形截去兩對角而形成的一六邊形。
- 如請求項1所述之微帶天線收發器，其中該垂直極化饋入孔設置於該基板之該第一面且沿著一第三方向設置於與該第三方向上之一位置具有一第一位移之一第三位置，該水平極化饋入孔設置於該基板之該第一面且沿著一第四方向設置於與該第四方向上之一位置具有一第二位移之一第 四位置，該第三方向及該第四方向大致垂直。
- 如請求項1所述之微帶天線收發器，其係透過該第一開關元件結合該第一微帶線將一訊號饋入至該垂直極化饋入孔，以產生一左旋極化訊號。
- 如請求項1所述之微帶天線收發器，其係透過該第二開關元件結合該第二微帶線將一訊號饋入至該水平極化饋入孔，以產生一右旋極化訊號。
- 如請求項1所述之微帶天線收發器，其中該第一開關元件及該第二開關元件係二極體元件或電晶體元件。
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Publications (2)
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| TWI481205B TWI481205B (zh) | 2015-04-11 |
Family
ID=51207301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW102102223A TWI481205B (zh) | 2013-01-21 | 2013-01-21 | 微帶天線收發器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9742068B2 (zh) |
| TW (1) | TWI481205B (zh) |
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