CN103730732A - 可切换辐射场型的天线结构 - Google Patents

可切换辐射场型的天线结构 Download PDF

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CN103730732A CN201210408571.XA CN201210408571A CN103730732A CN 103730732 A CN103730732 A CN 103730732A CN 201210408571 A CN201210408571 A CN 201210408571A CN 103730732 A CN103730732 A CN 103730732A
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浦大钧
陈叡宏
林弘萱
吴俊熠
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Abstract

本发明公开一种可切换辐射场型的天线结构，其包含接地面、主动天线以及射频电流导引器。主动天线贴近于接地面的一边，而射频电流导引器则贴近于接地面的另一边。射频电流导引器含有至少一开关元件，其中该至少一开关元件建构供导入该接地面的射频电流至该射频电流导引器或阻绝该接地面的射频电流导入该射频电流导引器。

Description

可切换辐射场型的天线结构
技术领域
本发明涉及一种可切换辐射场型的天线结构，特别是涉及一种组装简单及低损耗的可切换辐射场型的天线结构。
背景技术
在天线设计方面，智慧型天线(smart antenna)技术是无线通讯系统中重要的一环，主要可分为多进多出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)天线技术以及自适应天线系统(Adaptive Antenna System,AAS)两大类别。
MIMO天线技术利用多组无线传输路径，来增加所接收信号的覆盖范围或是增加数据的传输量。自适应天线系统技术利用多个天线单元而形成一组阵列天线，并针对每一天线单元进行动态调整输入功率，来操控天线的波束(beam steering)，而朝向欲传输数据的装置，通过提升信噪比(signal to noiseratio，SNR)及降低同频干扰而达成高效率的传输。同时若有动态的物体(例如人或其他障碍物)阻挡信号的传输路径而造成干扰时，系统也将会即时地重新调整波束方向而形成新的传输路径并继续传送。此阵列天线技术的指向性(或主波束方向)切换精密度高，但组成元件多、体积大，成本高昂。
天线的辐射场型切换技术有多种实现方式，主要如阵列天线(多天线)、改变电磁耦合、改变射频电流(RF current)分布等方式。阵列天线的方式控制各天线单元的激发相位和振幅，来合成特定的辐射场型。改变电磁耦合的方式如Yagi天线，此类天线切换被动天线为波导或反射结构，使主波束方向改变。
图1至图3说明类似的三种天线结构与相对应的辐射场型。如图1至图3所示，三种天线结构31-33上不同射频电流流向天线会辐射不同的场型31a,32a,33a。如图1中，平衡的天线结构(balanced antenna)31其结构对称，使射频电流呈现对称分布，因此其辐射场型31a也对称。图2中，非平衡的天线结构(unbalanced antenna)32其系统接地面32b为天线辐射金属一部分，因结构不对称导致不对称的射频电流分布使主波束方向朝向系统接地面32b。
非平衡式天线与系统接地面具不同相对位置关系其射频电流分布也会不相同，如图2与图3所示，因此具有不同的辐射场型32a与33a，及最佳信号接收方向也不相同。
以改变射频电流来实现天线的辐射场型切换技术，如美国专利7084816号，其公开一种天线装置，通过切换接地导体与辅助接地导体的连接状态，来改变天线的主要波束方向，而不影响天线的共振频率。
发明内容
本发明的一目的是提供一种可切换辐射场型的天线结构。本发明主要为一种组装简单及低损耗的可切换辐射场型的天线结构，可避免天线结构复杂。
本发明揭示一种可切换辐射场型的天线结构，其包含一接地面、一主动天线以及一射频电流导引器。
该接地面包含一第一边及一第二边，且该第一边及该第二边夹该接地面形成一夹角。该主动天线贴近于该第一边并电性连结至一射频信号源。该射频电流导引器贴近于该第二边。
该射频电流导引器包含至少一开关元件，该至少一开关元件建构供调整该射频电流导引器的共振频率，以供导入该接地面的射频电流至该射频电流导引器或阻绝该接地面的射频电流导入该射频电流导引器。
本发明揭示一种可切换辐射场型的天线结构，其包含一接地面、一第一辐射区、一第二辐射区、一第一控制线以及一第二控制线。
该接地面包含一第一区及一第二区，其中该第一区及一第二区彼此相邻，该第一区包含一第一边及一第二边，其中该第一边及该第二边夹该接地面形成一夹角。
该第一辐射区邻近于该第一区设置，该第一辐射区包含一第一主动天线及一第一射频电流导引器。
该第一主动天线贴近于该第一边并电性连结至一射频信号源。该第一射频电流导引器贴近于该第二边并包含一第一开关元件，该第一开关元件建构供电耦合于该射频电流导引器或该接地面。
该第二辐射区邻近于该第二区设置，其中该第二辐射区包含一第二主动天线、一第二射频电流导引器，且该第二射频电流导引器包含一第二开关元件。
该第一控制线电连接至该第一射频电流导引器，且该第二控制线电连接至该第二射频电流导引器。
该第一控制线及该第二控制线建构供传输一直流信号至该第一开关元件及该第二开关元件，该第一开关元件，相应于该直流信号，调整该第一射频电流导引器的共振频率，相应于第一射频电流导引器的共振频率，该接地面的射频电流导入至该第一射频电流导引器，或该接地面的射频电流阻绝于该第一射频电流导引器；该第二开关元件，相应于该直流信号，调整该第二射频电流导引器的共振频率，相应于第二射频电流导引器的共振频率，该接地面的射频电流导入至该第二射频电流导引器，或该接地面的射频电流阻绝于该第二射频电流导引器。
本发明揭示一种可切换辐射场型的天线结构，其包含一接地面、一主动天线以及一射频电流导引器。
该接地面包含一第一边及一第二边，且该第一边及该第二边夹该接地面形成一夹角。该主动天线贴近于该第一边并电性连结至一射频信号源。
该射频电流导引器贴近于该第二边。该射频电流导引器包含至少一开关元件，该至少一开关元件设置于该接地面及该射频电流导引器间，以供导入该接地面的射频电流至该射频电流导引器或阻绝该接地面的射频电流导入该射频电流导引器。
本发明揭示一种可切换辐射场型的天线结构，其包含一接地面、一第一辐射区、一第二辐射区、一第一控制线以及一第二控制线。
该接地面包含一第一区及一第二区，其中该第一区及一第二区彼此相邻，该第一区包含一第一边及一第二边，其中该第一边及该第二边夹该接地面形成一夹角。
该第一辐射区邻近于该第一区设置，该第一辐射区包含一第一主动天线及一第一射频电流导引器。
该第一主动天线贴近于该第一边并电性连结至一射频信号源。该第一射频电流导引器贴近于该第二边并包含一第一开关元件，该第一开关元件建构供电耦合于该射频电流导引器或该接地面。
该第二辐射区邻近于该第二区设置，其中该第二辐射区包含一第二主动天线、一第二射频电流导引器，且该第二射频电流导引器包含一第二开关元件。
该第一控制线电连接至该第一射频电流导引器，且该第二控制线电连接至该第二射频电流导引器。
该第一控制线及该第二控制线建构供传输一直流信号至该第一开关元件及该第二开关元件，该第一开关元件设置于该接地面及该第一射频电流导引器间，该第二开关元件设置于该接地面及该第二射频电流导引器间，该第一开关元件，相应于该直流信号，切换该第一射频电流导引器与该接地面间的开路状态或短路状态，于短路状态中，该第一开关元件导入该接地面的射频电流至该第一射频电流导引器，于开路状态中，该第一开关元件阻绝该接地面的射频电流导入该第一射频电流导引器；该第二开关元件，相应于该直流信号，切换该第二射频电流导引器与该接地面间的开路状态或短路状态，于短路状态中，该第二开关元件导入该接地面的射频电流至该第二射频电流导引器，于开路状态中，该第二开关元件阻绝该接地面的射频电流导入该第二射频电流导引器。
本发明的其他目的，部分将在后续说明中陈述，而部分可由内容说明中轻易得知，或可由本发明的实施而得知。本发明的各方面将可利用后附的权利要求中所特别指出的元件及组合而理解并达成。需了解，先述的一般说明及下列详细说明均仅作举例之用，并非用以限制本发明。
上文已相当广泛地概述本发明的技术特征及优点，以使下文的本发明详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或制作工艺而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域中具有通常知识者也应了解，这类等效建构无法脱离所附的权利要求所界定的本发明的精神和范围。
附图说明
图1至图3说明类似的三种天线结构与相对应的辐射场型的示意图；
图4显示本发明的天线结构的主动天线及射频电流导引器的示意图；
图5至图7显示本发明的射频电流导引器的不同实施例的示意图；
图8显示本发明的单极式射频电流导引器的实施例的示意图；
图9显示本发明的射频电流导入射频电流导引器的实施例的示意图；
图10显示本发明图10所示的天线结构所辐射的天线场型的示意图；
图11显示本发明图9所示的天线结构所辐射的天线场型的示意图；
图12显示本发明另一实施例的天线结构及其电感与狭缝位置的示意图；
图13显示本发明图12实施例的天线结构及其电感与狭缝位置的放大图；
图14显示本发明的变化实施例的天线结构的射频电流导引器的示意图；
图15显示本发明另一实施例的狭缝位置靠近接地面第二边所影响的天线场型的示意图；
图16显示本发明另一实施例的狭缝位置远离接地面第二边所影响的天线场型的示意图；
图17显示本发明又一实施例的天线结构及狭缝数量的示意图；
图18至图20显示本发明又一实施例的天线结构及狭缝数量所影响的天线场型的示意图；
图21显示本发明再一实施例的天线结构及狭缝的示意图；
图22显示图21实施例的天线结构及狭缝的天线场型的示意图；
图23显示本发明图21实施例的天线结构及射频电流的示意图；
图24显示图23实施例的天线结构及狭缝的天线场型的示意图；
图25显示本发明另一实施例的天线结构及狭缝的示意图；
图26显示图25实施例的天线结构及狭缝的天线场型的示意图；
图27显示本发明图25实施例的天线结构及射频电流的示意图；
图28显示图27实施例的天线结构及狭缝的天线场型的示意图；
图29显示本发明一实施例的天线结构及多个辐射区的示意图；
图30显示本发明图29实施例的天线结构的天线场型的示意图；
图31显示本发明图29实施例的天线结构及射频电流导入射频电流导引器的示意图；
图32显示本发明图31实施例的天线结构及射频电流导入射频电流导引器的示意图；
图33显示本发明一实施例的天线结构及多边形接地面的示意图；
图34显示本发明一实施例的天线结构设置于墙面的示意图；
图35显示本发明另一实施例的天线结构设置于墙面的示意图；以及
图36显示本发明再一实施例的天线结构设置于墙面的示意图。
主要元件符号说明
31       天线结构
31a      场型
32       天线结构
32a      场型
32b      接地面
33       天线结构
33a      场型
500      天线结构
510      接地面
510a     接地面
511      第一边
512      第二边
520      主动天线
530      射频电流导引器
530a     左侧分支
530b     右侧分支
531      伪天线
532      延伸部分
533      伪天线
534      伪天线
534a     伪天线截段
534b     伪天线截段
540      开关元件
540a     开关元件
540b     开关元件
540c     开关元件
540d     开关元件
550      单一馈入点
600     天线结构
610     接地面
611     第一边
612     第二边
620     主动天线
630     射频电流导引器
631     端点
632     射频电流导引器
633     射频电流导引器本体
634     射频电流导引器延伸部分
640     开关元件
642     开关元件
650     射频信号源
660     控制器
670     电感
680     狭缝
690     单一馈入点
700     天线结构
710     接地面
780a    狭缝
780b    狭缝
780c    狭缝
800a    天线结构
810     接地面
820     主动天线
830     射频电流导引器
840     开关元件
880     狭缝
800b    天线结构
881     狭缝
900     天线结构
900a    天线结构
900b    天线结构
900c    天线结构
900d    天线结构
910     接地面
910a    接地面
911     第一区
911a    第一区
911b    第一区
911d    第一区
912     第二区
912a    第二区
912b    第二区
912d    第二区
913     第一边
914     第二边
915     第三区
915a    第三区
920     第三辐射区
920a    第三辐射区
920b    第三辐射区
921     第三主动天线
922     第三射频电流导引器
923     第三开关元件
930     第一控制线
931     第二控制线
932     第三控制线
940     控制器
950     第一辐射区
950a    第一辐射区
950b    第一辐射区
950d    第一辐射区
951     第一主动天线
952     第一射频电流导引器
953     第一开关元件
960     第二辐射区
960a    第二辐射区
960b    第二辐射区
960d    第二辐射区
961     第二主动天线
962     第二射频电流导引器
963     第二开关元件
970     射频信号源
970d    第三辐射区
980     狭缝
991     墙面
α      夹角
β      夹角
具体实施方式
本发明在此所探讨的方向为可切换辐射场型的天线结构。所公开者是关于一种具切换不同辐射场型的特性的天线结构。此天线结构包含一接地面、至少一主动天线、至少一射频电流导引器，该至少一射频电流导引器包含至少一开关元件。此至少一主动天线电性连结(electrically connected)至一射频信号源(RF signal source)。此至少一射频电流导引器电性耦合于此接地面。此至少一主动天线与此至少一射频电流导引器各别设置于此接地面上或邻近于此接地面的两侧而形成一夹角。此天线结构将一天线接地面视为天线辐射体的一部分。
于天线操作频段时，至少一开关元件建构调整该射频电流导引器的共振频率，以供导入该接地面的射频电流至此至少一射频电流导引器或阻绝该接地面的射频电流导入此至少一射频电流导引器，以形成多种辐射场型。
然而在其他不同实施例中，至少一开关元件设置于该接地面及该射频电流导引器间，且该至少一开关元件利用短路(short circuit)以供导入该接地面的射频电流至该射频电流导引器或利用开路(open circuit)阻绝该接地面的射频电流导入该射频电流导引器。
为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及结构。显然地，本发明的施行并未限定于相关领域的技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的结构或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他实施例中，且本发明的范围不受限定，其以之后的专利范围为准。
如图4的实施例所示，本发明的可切换辐射场型的天线结构500包含接地面510、主动天线520、射频电流导引器530以及开关元件540。
接地面510包含第一边511及第二边512。第一边511及第二边512夹接地面510而形成夹角α，夹角α在此实施例中约为90°以供主动天线520及射频电流导引器530间具有较佳的场型分布；然而在其他实施例中，夹角α也可不限于90°，而可相应于不同设计而改变角度，如175°、130°、125°、108°、85°或60°。
在此实施例中，接地面510的边长(第一边511及第二边512的长度)介于操作中心频率的1/4波长至5个波长之间。换言之，第一边511及第二边512的长度可相同或相异。在此实施例中，天线结构500的操作中心频率为5.5GHz，其操作频段为5.1GHz至5.9GHz之间。
如图4的实施例中，主动天线520设置于「贴近于」第一边511。此处所言的「贴近于」可解释为电性耦合或电连接。主动天线520的右侧金属片也为主动天线520的一部分，右侧金属片与接地面510电连接；然而在其他实施例(图未示)中，右侧金属片也可不电连接至接地面510。此外，主动天线520的右侧金属片也为主动天线520的一部分，能量会耦合至右侧金属片，此方式可使该主动天线520具宽频操作特性，也为天线馈入方式一种。
在此实施例中，主动天线520电连接至射频信号源正极，信号源负极(图未示)则与接地面510相连，且射频信号源的单一馈入点550电连接至射频信号源正极设置于主动天线520邻近于第一边511的一侧。换言之，单一馈入点550相对应于接地面510设置，同时射频信号源也接地于接地面510上。由于本发明的主动天线520只有单一馈入点550可输入射频信号，因此与利用馈入网络连接多个不同天线馈入点并将信号切换至不同天线的技术并不相同。前述技术因单一天线无法切换场型，需增加馈入点进而形成不同场型，因此本案与利用多个不同馈入点而形成不同场型的技术并不相同。
如图4所示的实施例中，射频电流导引器530贴近于第二边512，且射频电流导引器530的共振长度约为操作中心频率的1/4波长。而射频电流导引器530的设置位置相对应于单一馈入点550。具体而言，以单一馈入点550为圆心并以操作中心频率的1/4至1个波长的长度范围为半径画圆，此圆与第二边512相交的位置则为射频电流导引器530的相对位置。具体而言，射频电流导引器530与接地面510之间设有开关元件540。换言之，在此实施例中，射频电流导引器530与接地面510并无直接接触；然而在其他实施例(图未示)中，射频电流导引器530也可因应于不同设计而与接地面510连接。
如图4的实施例中，由于射频电流导引器530与接地面510并无直接接触，因此射频电流导引器530与接地面510间的电连接是通过开关元件540。换言之，开关元件540电耦合于射频电流导引器530及接地面510间。在此实施例中，开关元件540可为二极管。然而在其他实施例(图未示)中，开关元件540选自接面晶体管(bipolar junction transistor)、场效晶体管(field effecttransistor)、可变电容及微机电(MEMS)开关。
开关元件540由一直流信号所控制，因此本发明无需复杂的功率分配器、相移器、振幅调整器，或复杂的控制器来控制开关元件540的开启或关闭。
天线结构500进一步包含控制器(图未示)，控制器建构供产生一直流信号。开关元件540可相应于直流信号使射频电流导引器530与接地面510间呈开路或短路状态，以导入(短路状态)或阻绝(开路状态)接地面510的射频电流至该射频电流导引器530。具体而言，当直流信号传输至开关元件540后，开关元件540将根据直流信号的强度决定开启模式或关闭模式。当开关元件540于开启模式时，开关元件540将导通(短路)接地面510及射频电流导引器530。此时由于接地面510相对于射频信号源产生的射频电流将通过开关元件540导入射频电流导引器530。相对地，当开关元件540于关闭模式时，开关元件540将阻绝接地面510及射频电流导引器530。换言之，射频电流导引器530对射频电流的输入阻抗可视为开路(open)，将接地面510的射频电流阻绝于此相对应的射频电流导引器530。因此接地面510的射频电流无法导入射频电流导引器530中。由于开关元件540建构经由开启或关闭而控制接地面510的射频电流导入射频电流导引器530或阻绝于射频电流导引器530，因此本发明可通过开关元件540的开启或关闭来导引或阻绝射频电流流入射频电流导引器530，进而辐射两种不同的场型。
在其他实施例中，开启模式与关闭模式经由射频电流导引器的射频电流与操作频段间的共振所决定。例如，开关元件为开启模式时，此射频电流导引器的射频电流共振于所操作频段下，对射频电流的输入阻抗为低阻抗，因此可将射频电流导入此射频电流导引器。当开关元件被切换至关闭模式时，于所操作频段下，对射频电流的输入阻抗为高阻抗，可将射频电流阻绝于此射频电流导引器之外。
如图4的实施例所示，主动天线520加上射频电流导引器530后，其辐射场型是一主动天线及另一主动天线(一为此主动天线，另一为取代此射频电流导引器530的另一主动天线)的射频电流分布所形成的辐射场型的线性叠加，其中此射频电流导引器530的相位与振幅是此主动天线520的射频电流分布所形成的辐射场型的线性系数的因子。例如一主动天线的场型为E1(θ,ψ)，而另一主动天线的场型为E2(θ,ψ)，是故，两者的辐射场型(Etotal)=E1(θ,ψ)+E2(θ,ψ)exp(α2+jβ2)，因此射频电流导引器530的相位与振幅是此主动天线520的射频电流分布所形成的辐射场型的线性系数的因子。
因此，本发明通过切换(开启或关闭)各开关元件540导入或阻绝射频电流来影响接地面510上射频电流。而不同的切换组合使天线结构500上可具有多种射频电流分布。而改变接地面510上射频电流分布将会影响天线远场场型(指向性)及近场电磁能量分布，例如单位质量对电磁波能量的吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)，所以，使此天线结构500可具有切换不同辐射场型的特性。
与以电磁耦合改变天线辐射场型的现有技术相较，本发明没有针对主动天线与射频电流导引器的极化与间距来做限制或要求，因此本发明也可以适用于低姿势(low profile)天线结构。
在本发明的射频电流导引器可选自伪天线式(pseudo antenna type)及谐振器(resonator type)。图5至图7是伪天线式射频电流导引器的三个实施例的示意图；在其他实施例中，开关元件可选自切换开关(switch)及可调式负载，以下范例是以切换开关的单极式伪天线来说明。
如图5所示，伪天线式射频电流导引器的实施例中，开关元件540a位于伪天线531与该伪天线531的一延伸部分532之间，此时伪天线531接地于接地面510a。如图6所示，开关元件540b位于伪天线533与接地面510a之间，此实施例相似于本发明的图10所示的射频电流导引器530的左侧分支530a。如图7所示，开关元件540c位于伪天线534内部。换言之，开关元件540c置于两段伪天线截段534a,534b之间，且伪天线截段534b接地于接地面510a。前述的伪天线可以是导体(conductor)，例如金属片(metal plate)。射频电流可经由耦合(couple)或直接馈入(direct flow)此伪天线中。
图8显示为单极式伪天线射频电流导引器的实施例的示意图。如图8所示，单极式伪天线射频电流导引器的开关元件540d置于射频电流导引器530c的L臂的两截段之中，L臂的一端连接于接地面510a。复参照图4，射频电流导引器530的右侧分支530b相似于单极式伪天线射频电流导引器的设计，因此右侧分支530b的开关元件540可设置于射频电流导引器530与接地面510间或是设置于射频电流导引器530的L臂的两截段之中。综上所述，上述的单极式伪天线式射频电流导引器的设计可因应不同的设计而组合以形成不同的射频电流导引器。
此外，谐振器式射频电流导引器可以一种多埠共振器来实现。谐振器式射频电流导引器可等效为一LC(电感-电容)电路，其建构供切换射频电流导引器的共振频率以供导入该接地面的射频电流至该射频电流导引器或阻绝该接地面的射频电流导入该射频电流导引器。
参照图4，在关闭模式下，接地面510的射频电流无法流向射频电流导引器530。如图10所示，天线结构500在关闭模式下，天线辐射场型的主波束大约朝向55°的方向(箭头所指)。参照图9，在开启模式下，接地面510的射频电流(箭头所示)经由开关元件540流向射频电流导引器530，此时天线结构500的操作中心频率为5.5GHz，波长为54.5毫米(mm)。如图11所示，天线结构500在开启模式下，天线辐射场型的主波束大约朝向-35°的方向(箭头所指)。换言之，此实施例中，天线主波束方向大约可切换55°、-35°。简言之，当接地面510的射频电流导入至该射频电流导引器530时(开启模式下)，天线结构500辐射第一场型(主波束大约朝向-35°的方向)。当阻绝接地面510的射频电流导入射频电流导引器530时，天线结构500辐射第二场型(主波束大约朝向55°的方向)，且第一场型与第二场型相异。具体而言，当接地面510的射频电流导入射频电流导引器530时，该射频电流导引器530共振于主动天线操作频段而使第二场型切换成第一场型。
图4及图9揭示单一射频电流导引器的实施例，然而在其他实施例(图未示)也可包含多个射频电流导引器，每个射频电流导引器可通过各别的开关元件控制。由于辐射场型是一主动天线及多个射频电流导引器(如N个射频电流导引器)的射频电流分布所形成的辐射场型的线性叠加，由于一个射频电流导引器可形成两个辐射场型，是故具有N个射频电流导引器的此天线结构的辐射场型则包含2N的场型。
如图12所示的天线结构600包含接地面610、主动天线620、射频电流导引器630、开关元件640、射频信号源650、控制器660、电感670以及狭缝680。
接地面610、主动天线620、射频电流导引器630及开关元件640相似于上述实施例所述的接地面510、主动天线520、射频电流导引器530及开关元件540，在此不再赘述。
如图12所示的实施例中，射频信号源650的操作中心频率为5.5GHz，其波长为54.5毫米(mm)，操作频段介于5.1GHz至5.9GHz之间。
图13为图12的区域A的放大图。如图13所示，射频信号源650经由单一馈入点690将射频信号传输至主动天线620。具体而言，射频信号源650经由传输线的正端(标号+)将射频信号传输单一馈入点690，且传输线的负端(标号-)则电连接至接地面610。
此外，控制器660所连接的控制线电连接至射频电流导引器630的端点631。控制线所传输的直流信号(DC)导入端点631而经由电感670而传输至开关元件640。电感670则建构供分隔射频信号源650的射频信号泄漏至端点631。在此实施例中，开关元件640设置接地面610及射频电流导引器630间，因此直流信号DC可控制开关元件640的开路(关闭模式)或短路(开启模式)状态切换射频电流阻绝或导入射频电流导引器630。
然而在其他实施例中，如图14所示，射频电流导引器632所包含的开关元件642设置于射频电流导引器本体633及射频电流导引器延伸部分634之间。电感670则设置于端点631及射频电流导引器延伸部分634之间。
在此实施例中，开关元件642处于关闭模式时，开关元件642使射频电流导引器本体633及射频电流导引器延伸部分634间呈现开路。在此实施例中，射频电流导引器本体633共振于主动天线620的操作频段，而使射频电流导入，射频电流导引器本体633。当直流信号DC经由端点631及电感670传输至开关元件642并开启开关元件642，进而使射频电流导引器本体633及射频电流导引器延伸部分634间呈现短路时，射频电流将阻绝于射频电流导引器632。这是因为射频电流导引器632与主动天线620的操作频段共振的结构增长，进而使射频电流导引器632共振频率低于主动天线620的操作频段进而造成射频电流将阻绝于射频电流导引器632。
参照图12所示的实施例，天线结构600的操作中心频率为5.5GHz，其波长为54.5毫米(mm)。狭缝680的长度约为操作中心频率的1/4波长(约为13.625毫米)，且狭缝680的设置位置，以单一馈入点690为圆心并以操作中心频率的1个波长(约为54.5毫米)画圆的范围内。在此实施例中，狭缝680设置于上述圆周与第一边611相交的位置；然而在其他实施例(图未示)中，狭缝680不必然开口于第一边611或第二边612上，也可设置于接地面610内。此外，狭缝680的位置也会影响场型的主波束方向。由于狭缝680两侧的接地面610的射频电流会形成共振且该狭缝可改变该天线结构的等效接地面，因此天线结构600所辐射的第一场型(开启模式)及第二场型(关闭模式)的主波束方向将受到调整。
如图12所示，狭缝680与第二边612的距离定义为D。如图15所示，当D为0.25个波长时，场型的主波束方向大约朝向25°的方向，如箭头所指。如图16所示，当D为0.45个波长时，主波束方向大约朝向95°的方向，如箭头所指。简言之，当狭缝680远离单一馈入点690后，场型的主波束方向大致朝逆时钟方向改变。
上述实施例显示单一个狭缝及其设置位置对于场型的影响。如图17所示的实施例中，在操作中心频率为5.5GHz，其波长为54.5毫米(mm)的情况下，天线结构700包含的接地面710上形成三个狭缝780a,780b及780c，每个狭缝之间距离0.1的波长(约为5.45毫米)。当天线结构(图未示)只包含狭缝780a时，其场型如图18所示，且此场型的主波束方向大约朝向25°的方向，如箭头所指。当天线结构(图未示)只包含两个狭缝780a,780b时，其场型如图19所示，且此场型的主波束方向大约朝向65°的方向，如箭头所指。如图17及图20所示，当天线结构700包含三个狭缝780a,780b及780c时，场型主波束方向大约朝向88°的方向，如箭头所指。综上所述，当狭缝数量增加时，天线场型的主波束方向由25°改变至88°。是故，狭缝的数量将影响主波束方向朝逆时钟方向改变。
上述实施例说明狭缝数量与主波束方向改变的关系。后续的实施例将进一步说明当天线结构分别处于开启模式及关闭模式时，狭缝如何调整天线主波束的方向。如图21所示的天线结构800a相似于图9所示的天线结构500，然而天线结构800a另包含狭缝880。当天线结构800a处于关闭模式下，接地面810的射频电流无法经由开关元件840流至射频电流导引器830时，射频电流导引器830无法产生主动天线的功能。在此实施例中，辐射场型(如图22所示)主要由主动天线820及狭缝880所影响。如图22所示，天线结构800a在关闭模式下，天线辐射场型的主波束大约朝向75°的方向(箭头所指)。若比较图10及图22的主波束方向，也可应证狭缝880可使场型的主波束方向朝逆时钟方向改变。相较之下，如图23所示，当天线结构800a处于开启模式下，接地面810的射频电流(如箭头所示)经由开关元件840流至射频电流导引器830时，射频电流导引器830具有主动天线的功能。在此实施例中，辐射场型(如图22所示)可由主动天线820、射频电流导引器830及狭缝880所影响。如图24所示，天线结构800a在开启模式下，天线辐射场型的主波束大约朝向-110°的方向(箭头所指)。
此外，狭缝并不限于设置于与主动天线相同的一边。如图25所示的天线结构800b相似于图21所示的天线结构800a，然而天线结构800b另包含狭缝881。当天线结构800b处于关闭模式下，接地面810的射频电流无法经由开关元件840流至射频电流导引器830时，射频电流导引器830无法产生主动天线的功能。在此实施例中，辐射场型(如图26所示)主要由主动天线820及狭缝880及881所影响。如图26所示，天线结构800b在关闭模式下，天线辐射场型的主波束大约朝向-145°的方向(箭头所指)。相较之下，如图27所示，当天线结构800b处于开启模式下，接地面810的射频电流(如箭头所示)经由开关元件840流至射频电流导引器830时，射频电流导引器830则具有主动天线的功能。在此实施例中，辐射场型(如图28所示)可由主动天线820、射频电流导引器830及狭缝880及881所影响。如图28所示，天线结构800b在开启模式下，天线辐射场型的主波束大约朝向-105°的方向(箭头所指)。换言之，天线主波束方向大约可切换-145°、-105°。
如图29所示的实施例中，一种可切换辐射场型的天线结构900包含接地面910、第一辐射区950、第二辐射区960、第三辐射区920、第一控制线930、第二控制线931及第三控制线932。
接地面910包含第一区911、第二区912及第三区915，且第一区911与第二区912彼此相邻。第一区911包含第一边913及第二边914，而第一边913及第二边914夹接地面910形成夹角β。夹角β的角度范围相似于前述实施例的夹角α。
第一辐射区950邻近于第一区911设置，且包含第一主动天线951、第一射频电流导引器952及第一开关元件953。第一主动天线951、第一射频电流导引器952及第一开关元件953分别相似于前述实施例的主动天线620、射频电流导引器630以及开关元件640，因此第一射频电流导引器952的共振长度约为操作中心频率的1/4波长，且第一射频电流导引器952设置于以单一馈入点为圆心，半径为操作中心频率的1/4至1个波长的范围内。
第二辐射区960邻近于第二区912设置，且第二辐射区960的第二主动天线961、第二射频电流导引器962及第二开关元件963也分别相似于前述实施例的主动天线620、射频电流导引器630以及开关元件640，因此第二射频电流导引器962的长度及设置位置相似于第一射频电流导引器952。
如图29的实施例所示，天线结构900另包含第三辐射区920，第三辐射区920相似于第一辐射区950，在此不再赘述。此外，在此实施例中，第二辐射区960与第一辐射区950顺时钟配置角度相差120°。此外，第二辐射区960与第一辐射区950角度相差也可不限于120°，而可相应于不同设计而改变。
如图29所示，第三区915分别相邻于第一区911与第二区912。第三辐射区920邻近于第三区915设置，且第三辐射区920的第三主动天线921、第三射频电流导引器922及第三开关元件923也分别相似于前述实施例的主动天线620、射频电流导引器630以及开关元件640，因此第三射频电流导引器922的长度及设置位置相似于第一射频电流导引器952。在此实施例中，第三辐射区920与第一辐射区950逆时钟配置角度相差120°。
如图29所示，控制器940连接第一控制线930、第二控制线931及第三控制线932。第一控制线930电连接至第一射频电流导引器952的端点(图未示)。同样地，第二控制线931电连接至第二射频电流导引器962的端点(图未示)，第三控制线932电连接至第三射频电流导引器922的端点(图未示)。
由于第一控制线930、第二控制线931及第三控制线932连接至控制器940，因此第一控制线930、第二控制线931及第三控制线932可各别传输控制器940的直流信号并建构供各别控制第一开关元件953、第二开关元件963及第三开关元件923。
在此实施例中，第一开关元件953设置于该接地面910及该第一射频电流导引器952间。第二开关元件963设置于该接地面910及该第二射频电流导引器962间。第三开关元件923设置于该接地面910及该第三射频电流导引器922间。该第一开关元件953、该第二开关元件963及第三开关元件923，相应于各别的直流信号，各别切换该第一射频电流导引器952、该第二射频电流导引器962及第三射频电流导引器922与接地面910呈开路状态或短路状态，在短路状态中，该第一开关元件953、该第二开关元件963及第三开关元件923导入接地面910的射频电流至第一射频电流导引器952、第二射频电流导引器962及第三射频电流导引器922，在开路状态中，该第一开关元件953、该第二开关元件963及第三开关元件923阻绝接地面910的射频电流导入第一射频电流导引器952、第二射频电流导引器962及第三射频电流导引器922。例如，当第一射频电流导引器952及第二射频电流导引器962处于开启模式时，第三射频电流导引器922则控制于第三控制线932而处于关闭模式，反之亦然。在此实施例中，由于天线结构900具有第一辐射区950、第二辐射区960及第三辐射区920，各个辐射区可切换两种场型，是故天线结构900共具有23共8种场型组合。
此外，在其他实施例中，该第一射频电流导引器952、该第二射频电流导引器962及该第三射频电流导引器922也可相似于图14所示的设计。因此第一控制线930、第二控制线931及第三控制线932可各别传输控制器940的直流信号并建构供各别控制第一开关元件953、第二开关元件963及第三开关元件923。该第一开关元件953、该第二开关元件963及第三开关元件923，相应于各别的直流信号，调整该第一射频电流导引器952、该第二射频电流导引器962及第三射频电流导引器922的共振频率。此实施例中，相应于该第一射频电流导引器952、该第二射频电流导引器962及第三射频电流导引器922的各别共振频率，该接地面910的射频电流则分别导入至该第一射频电流导引器952该第二射频电流导引器962及第三射频电流导引器922，或该接地面910的射频电流阻绝于该第一射频电流导引器952该第二射频电流导引器962及第三射频电流导引器922。
在其他实施例中，第一开关元件953、第二开关元件963及第三开关元件923亦可，相应于相同直流信号，同时导入或阻绝接地面910的射频电流至第一射频电流导引器952、第二射频电流导引器962及第三射频电流导引器922。该些开关元件选自接面晶体管(bipolar junction transistor)、场效晶体管(field effect transistor)、可变电容、二极管及微机电(MEMS)开关。
如图29所示，当阻绝接地面910的射频电流导入第一射频电流导引器952、第二射频电流导引器963及第三射频电流导引器923(在关闭模式下)时，天线结构900辐射出8种场型中的第二场型，如图30所示。如图31所示，当接地面910的射频电流(如箭头所示)导入至第一射频电流导引器952、第二射频电流导引器962及第三射频电流导引器923(在开启模式下)时，此天线结构900辐射第一场型，如图32所示。此外，由于天线结构900具有第一辐射区950、第二辐射区960及第三辐射区920，各个辐射区可切换两种场型而涵盖120°，是故天线结构900的第一辐射区950、第二辐射区960及第三辐射区920可切换8种场型而涵盖360°。
此外，天线结构900进一步包含电感(图未示)及位于第一区911的射频信号源970所导入的单一馈入点(图未示)。此实施例的电感相似于图12的电感670，其建构供避免射频信号泄漏至控制用的直流信号路径。
此外，此实施例的单一馈入点相似于图9的单一馈入点550并设置于第一主动天线951邻近于第一边913的一侧。
再者，天线结构900进一步包含至少一狭缝980。狭缝980的长度约为天线结构900的操作中心频率的1/4波长，且狭缝980设置于以单一馈入点为圆心，半径为操作中心频率的1个波长的范围内。此外，狭缝980可使该狭缝980两侧的接地面910的射频电流形成共振，进而调整第一场型或第二场型的主波束方向。
在一实施例(图未示)中，各区的天线结构也具有前述各实施例的结构特征。
如图33所示的另一实施例中，天线结构900a的接地面910a也可设计为其他多边形状，例如星形、正方形、矩形、三角形及菱形。此实施例中，第一区911a及第二区912a并不相邻。第一辐射区950a及第二辐射区960a相似于图29的第一辐射区950及第二辐射区960，在此不再赘述。此外，在另一实施例中，也可另包含第三辐射区920a于接地面910a相邻的虚线区域内，因此第三区915a相对应于第三辐射区920a设置。
另，如图34所示，本发明的天线结构900b也可设置于墙面991上，且其第一区911b及第二区912b也可相互堆叠而使第一辐射区950b、第二辐射区960b及第三辐射区920b所辐射的场型充分涵盖墙面991之外的空间。
如图35所示的实施例中，本发明的天线结构900c也可设置于两墙面991之间，进而使天线结构900c辐射的场型充分涵盖两墙面991之间的空间。
如图36所示的实施例中，天线结构900d的第一区911d及第二区912d的夹角小于90°。虽然天线结构900d也设置于墙面991上，但第一辐射区950d、第二辐射区960d及第三辐射区970d所辐射的场型以可充分涵盖墙面991之外的空间。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，在不背离后附权利要求所界定的本发明精神和范围内，本发明的教示及揭示可作种种的替换及修饰。例如，上文揭示的许多元件可以不同的结构实施或以其它相同功能的结构予以取代，或者采用上述二种方式的组合。
此外，本案的权利范围并不局限于上文揭示的特定实施例的装置、元件或结构。本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，基于本发明教示及揭示装置、元件或结构，无论现在已存在或日后开发者，其与本案实施例揭示者以实质相同的方式执行实质相同的功能，而达到实质相同的结果，也可使用于本发明。因此，以上的权利要求用以涵盖此类装置、元件或结构。

Claims (23)

1.一种可切换辐射场型的天线结构，包含：
接地面，包含第一边及第二边，其中该第一边及该第二边夹该接地面形成一夹角；
至少一主动天线，贴近于该第一边并电性连结至一射频信号源；以及
至少一射频电流导引器，贴近于该第二边并包含至少一开关元件，其中该至少一开关元件建构调整该射频电流导引器的共振频率，以供导入该接地面的射频电流至该射频电流导引器或阻绝该接地面的射频电流导入该射频电流导引器。
2.根据权利要求1所述的天线结构，其中当该接地面的射频电流导入至该射频电流导引器时，该天线结构辐射一第一场型，当阻绝该接地面的射频电流导入该射频电流导引器时，该天线结构辐射一第二场型，该第一场型与该第二场型相异。
3.根据权利要求2所述的天线结构，其中当该接地面的射频电流导入该射频电流导引器时，该射频电流导引器共振于主动天线操作频段而使该第二场型切换成该第一场型。
4.根据权利要求1所述的天线结构，进一步包含一控制器，其建构供传输一直流信号，该至少一开关元件相应于该直流信号，导入或阻绝该接地面的射频电流至该射频电流导引器。
5.根据权利要求1所述的天线结构，进一步包含该射频信号源的一单一馈入点，该单一馈入点设置于该主动天线邻近于该第一边的一侧。
6.根据权利要求1所述的天线结构，其中该接地面边长介于该天线结构的操作中心频率的1/4波长至5个波长之间。
7.根据权利要求1所述的天线结构，进一步包含一狭缝，该狭缝的长度为该天线结构的操作中心频率的1/4波长。
8.根据权利要求5所述的天线结构，进一步包含一狭缝，该狭缝设置于以该单一馈入点为圆心，半径为该天线结构的操作中心频率的1/4至1个波长的范围内。
9.根据权利要求1所述的天线结构，其中该夹角为90°，且该射频电流导引器的共振长度约为操作中心频率的1/4波长。
10.根据权利要求5所述的天线结构，其中该射频电流导引器设置于以该单一馈入点为圆心，半径为该天线结构的操作中心频率的1/4至1个波长的范围内。
11.根据权利要求2所述的天线结构，进一步包含一狭缝，该狭缝使该狭缝两侧的该接地面的射频电流形成共振，进而调整该第一场型或该第二场型的主波束方向。
12.一种可切换辐射场型的天线结构，包含：
接地面包含第一区及第二区，其中该第一区及一第二区彼此相邻，该第一区包含第一边及第二边，其中该第一边及该第二边夹该接地面形成一夹角；
第一辐射区邻近于该第一区设置，该第一辐射区包含：
第一主动天线，贴近于该第一边并电性连结至一射频信号源；及
第一射频电流导引器，贴近于该第二边并包含第一开关元件，建构供电耦合于该射频电流导引器或该接地面；
第二辐射区邻近于该第二区设置，其中该第二辐射区包含第二主动天线、一第二射频电流导引器，其中该第二射频电流导引器包含一第二开关元件；
第一控制线，电连接至该第一射频电流导引器；以及
第二控制线，电连接至该第二射频电流导引器；
其中该第一控制线及该第二控制线建构供传输一直流信号至该第一开关元件及该第二开关元件，该第一开关元件，相应于该直流信号，调整该第一射频电流导引器的共振频率，相应于第一射频电流导引器的共振频率，该接地面的射频电流导入至该第一射频电流导引器，或该接地面的射频电流阻绝于该第一射频电流导引器；该第二开关元件，相应于该直流信号，调整该第二射频电流导引器的共振频率，相应于第二射频电流导引器的共振频率，该接地面的射频电流导入至该第二射频电流导引器，或该接地面的射频电流阻绝于该第二射频电流导引器。
13.一种可切换辐射场型的天线结构，包含：
接地面，包含第一边及第二边，其中该第一边及该第二边夹该接地面形成一夹角；
至少一主动天线，贴近于该第一边并电性连结至一射频信号源；以及
至少一射频电流导引器，贴近于该第二边并包含至少一开关元件，其中该至少一开关元件设置于该接地面及该射频电流导引器间，以供导入该接地面的射频电流至该射频电流导引器或阻绝该接地面的射频电流导入该射频电流导引器。
14.根据权利要求13所述的天线结构，其中当该接地面的射频电流导入至该射频电流导引器时，该天线结构辐射一第一场型，当阻绝该接地面的射频电流导入该射频电流导引器时，该天线结构辐射一第二场型，该第一场型与该第二场型相异。
15.根据权利要求14所述的天线结构，进一步包含控制器，建构供传输一直流信号，该至少一开关元件相应于该直流信号，导入或阻绝该接地面的射频电流至该射频电流导引器。
16.根据权利要求13所述的天线结构，进一步包含该射频信号源的一单一馈入点，该单一馈入点设置于该主动天线邻近于该第一边的一侧。
17.根据权利要求13所述的天线结构，其中该接地面边长介于该天线结构的操作中心频率的1/4波长至5个波长之间。
18.根据权利要求13所述的天线结构，进一步包含一狭缝，该狭缝的长度为该天线结构的操作中心频率的1/4波长。
19.根据权利要求16所述的天线结构，进一步包含一狭缝，该狭缝设置于以该单一馈入点为圆心，半径为该天线结构的操作中心频率的1/4至1个波长的范围内。
20.根据权利要求13所述的天线结构，其中该夹角为90°，且该射频电流导引器的共振长度约为操作中心频率的1/4波长。
21.根据权利要求16所述的天线结构，其中该射频电流导引器设置于以该单一馈入点为圆心，半径为该天线结构的操作中心频率的1/4至1个波长的范围内。
22.根据权利要求14所述的天线结构，进一步包含一狭缝，该狭缝使该狭缝两侧的该接地面的射频电流形成共振，进而调整该第一场型或该第二场型的主波束方向。
23.一种可切换辐射场型的天线结构，包含：
接地面包含第一区及第二区，其中该第一区及该第二区彼此相邻，该第一区包含第一边及第二边，其中该第一边及该第二边夹该接地面形成一夹角；
第一辐射区邻近于该第一区设置，该第一辐射区包含：
第一主动天线，贴近于该第一边并电性连结至一射频信号源；及
第一射频电流导引器，贴近于该第二边并包含第一开关元件，建构供电耦合于该射频电流导引器或该接地面；
第二辐射区邻近于该第二区设置，其中该第二辐射区包含第二主动天线、第二射频电流导引器，其中该第二射频电流导引器包含第二开关元件；
第一控制线，电连接至该第一射频电流导引器；以及
第二控制线，电连接至该第二射频电流导引器；
其中该第一控制线及该第二控制线建构供传输一直流信号至该第一开关元件及该第二开关元件，该第一开关元件设置于该接地面及该第一射频电流导引器间，该第二开关元件设置于该接地面及该第二射频电流导引器间，该第一开关元件，相应于该直流信号，切换该第一射频电流导引器与该接地面间的开路状态或短路状态，于短路状态中，该第一开关元件导入该接地面的射频电流至该第一射频电流导引器，于开路状态中，该第一开关元件阻绝该接地面的射频电流导入该第一射频电流导引器；该第二开关元件，相应于该直流信号，切换该第二射频电流导引器与该接地面间的开路状态或短路状态，于短路状态中，该第二开关元件导入该接地面的射频电流至该第二射频电流导引器，于开路状态中，该第二开关元件阻绝该接地面的射频电流导入该第二射频电流导引器。
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