CN103972655B - 可切换极化的微带天线收发器 - Google Patents

Abstract

一种可切换极化的微带天线收发器。该可切换极化的微带天线收发器用于卫星信号接收装置，该可切换极化的微带天线收发器包括：一基板，包括一第一面及一第二面；一接地金属片，位于该基板的该第一面；一天线模块，位于该基板的该第一面且该接地金属片介于该天线模块与该基板之间，该天线模块包括一辐射金属片、一垂直极化馈入孔及一水平极化馈入孔；一第一开关组件，位于该基板的该第二面；一第二开关组件，位于该基板的该第二面；一第一微带线，电性连接于该天线模块的该垂直极化馈入孔与该第一开关组件之间；以及一第二微带线，电性连接于该天线模块的该水平极化馈入孔与该第二开关组件之间。本发明可分时传送或接收不同极性的信号并节省成本。

Description

可切换极化的微带天线收发器

技术领域

本发明涉及一种微带天线收发器，尤指一种可切换极化的微带天线收发器。

背景技术

卫星通信具有覆盖范围广大及不受地面环境干扰等优点，广泛用于军事、探测及商用通信服务，如卫星导航、卫星语音广播或卫星电视广播等。现今，许多电子装置亦可通过外接天线来接收卫星信号，例如智能型手机、平板计算机等。一般而言，卫星信号的频率范围可从1.467GHz到1.492GHz，卫星在该频段上可同时提供两种正交信号，其中一种为左旋极化信号，另一种为右旋极化信号。若要接收该两种正交信号，则需要同时具备一左旋极化天线模块及一右旋极化天线模块。然而，在实际应用上，电子装置通常不会在同一时间内处理该两种正交信号，只会选择其中之一，并且两个单独的天线模块会占据许多空间并增加成本，因此，可将该左旋极化天线模块及该右旋极化天线模块合而为一。

请参考图1，图1为公知的一天线收发器10的示意图。天线收发器10是一具有左右旋极性且可以切换的天线收发器，其包含有一第一开关组件100、一第二开关组件102、一混合式电路104以及一平板微带天线106，其中平板微带天线106具有垂直和水平空间的对称性。混合式电路104具有四个传输端口P1～P4，其中，传输端口P1、P4分别连接至第一开关组件100及第二开关组件102，传输端口P2、P3则分别连接至具有水平和垂直极化的平板微带天线106。

简单地说，针对发射运作时，第一开关组件100及第二开关组件102控制一信号S以通过传输端口P1或传输端口P4进入混合式电路104，混合式电路104将信号S等分为相位相差90度的两个传送信号，再分别通过传输端口P2、P3传送至平板微带天线106，再通过平板微带天线106产生一垂直极化信号SV与一水平极化信号SH，而辐射至空气中。由于平板微带天线106有两个馈入孔，等分的两个能量进入之后，分别产生垂直和水平极化的电磁场，而且平板微带天线106的垂直和水平空间具有对称性，因此，垂直极化信号SV与水平极化信号SH的辐射能量不受彼此影响，具有高度的隔离性。而传输端口P2、P3所输出的信号的相位相差90度，因此，天线收发器10可产生左旋极化或是右旋极化的天线场型。详细来说，由于混合式电路104本身的电路特性，信号S由传输端口P1进入混合式电路104时，信号S反射回传输端口P1的能量很少，信号S进入传输端口P4的能量亦很少，因此，混合式电路104可将信号S的能量均分为二，且相位相差90度，并分别通过传输端口P2、P3传送至平板微带天线106。由于通过传输端口P2所输出的信号相位比通过传输端口P3所输出的信号相位领先90度，因此，平板微带天线106在接收到传输端口P2、P3所输出的信号后，可分别产生垂直和水平极化的电磁场辐射，进而产生左旋极化的天线场型。同理，若信号S由传输端口P4进入混合式电路104，混合式电路104亦可将信号S均分为二信号，并分别通过传输端口P2、P3传送至平板微带天线106。由于通过传输端口P2所输出的信号相位比通过传输端口P3所输出的信号相位落后90度，因此，平板微带天线106在接收到传输端口P2、P3所输出的信号后，分别产生垂直和水平极化的电磁场辐射，进而产生右旋极化的天线场型。而第一开关组件100及第二开关组件102则用来控制信号S所进入的传输端口，以进一步控制天线收发器10所产生的天线场型。

至于，针对接收运作时，天线收发器10亦可通过第一开关组件100及第二开关组件102以控制传输端口P1或传输端口P4来传送从平板微带天线106接收到的左旋极化或是右旋极化信号至一后端电路模块（未绘制于图1）以进行信号处理，另外，相比发射运作，第一开关组件100及第二开关组件102需转向180度，以符合信号传输方向。

由上述可知，公知的天线收发器10对于二正交信号具有高度的隔离性，然而，欲达成混合式电路的功能，其长及宽需有1/4波长的长度，因此，在目前卫星信号的低频率下，混合式电路需占据很大的板材面积，花费的成本也相对提高。因此，如何减少天线成本并可同时达到处理两种正交信号的目的，已成为业界的目标之一。

因此，需要提供一种可切换极化的微带天线收发器来解决上述问题。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可切换极化的微带天线收发器。

本发明公开一种可切换极化的微带天线收发器，该可切换极化的微带天线收发器用于一卫星信号接收装置，该可切换极化的微带天线收发器包含：一基板，该基板包含一第一面及一第二面；一接地金属片，该接地金属片位于该基板的该第一面；一天线模块，该天线模块位于该基板的该第一面且该接地金属片介于该天线模块与该基板之间，该天线模块包含一辐射金属片、一垂直极化馈入孔及一水平极化馈入孔；一第一开关组件，该第一开关组件位于该基板的该第二面；一第二开关组件，该第二开关组件位于该基板的该第二面；一第一微带线，该第一微带线电性连接于该天线模块的该垂直极化馈入孔与该第一开关组件之间；以及一第二微带线，该第二微带线电性连接于该天线模块的该水平极化馈入孔与该第二开关组件之间。

本发明通过控制开关组件以及调整辐射金属片的切角、馈入孔的偏移位置或是连接于开关组件与馈入孔之间的微带线的长度，以达到分时传送或接收不同极性的信号以及节省成本的目的。

附图说明

图1为公知的一天线收发器的示意图。

图2为本发明实施例的一微带天线收发器的侧面示意图。

图3为图2的微带天线收发器的背面示意图。

图4为图2的微带天线收发器的正面示意图。

图5为图2的微带天线收发器在信号从第一开关组件馈入时的天线辐射场型图。

图6为图2的微带天线收发器在信号从第二开关组件馈入时的天线辐射场型图。

图7为本发明实施例的一微带天线收发器的背面示意图。

图8为图7的微带天线收发器的正面示意图。

图9为图7的微带天线收发器在信号从第一开关组件馈入时的天线辐射场型图。

图10为图7的微带天线收发器在信号从第二开关组件馈入时的天线辐射场型图。

主要组件符号说明：

10 天线收发器 212 第二微带线

100 第一开关组件 214 辐射金属片

102 第二开关组件 216 垂直极化馈入孔

104 混合式电路 218 水平极化馈入孔

106 平板微带天线 X 垂直方向

P1～P4 传输端口 Y 水平方向

20、70 微带天线收发器 S、T 信号

200 基板 SV、SV_2 垂直极化信号

202 接地金属片 SH、SH_2 水平极化信号

204 天线模块 θ1 第一角度

206 第一开关组件 θ2 第二角度

208 第二开关组件 L1、L2 长度

210 第一微带线 Z、W 方向

具体实施方式

请参考图2至图4，图2为本发明实施例的一微带天线收发器20的侧面示意图，图3为图2的微带天线收发器20的背面示意图，而图4为图2的微带天线收发器20的正面示意图。微带天线收发器20包含有一基板200、一接地金属片202、一天线模块204、一第一开关组件206、一第二开关组件208、一第一微带线210以及一第二微带线212。接地金属片202介于天线模块204和基板200之间，接地金属片202及天线模块204位于基板200的一面，而第一开关组件206及第二开关组件208则位于基板200的另一面。天线模块204包含有一辐射金属片214、一垂直极化馈入孔216及一水平极化馈入孔218。第一微带线210电性连接于垂直极化馈入孔216与第一开关组件206之间，而第二微带线212则电性连接于水平极化馈入孔218与第二开关组件208之间。此外，天线模块204的辐射金属片214的形状是一六边形，更精确来说是一四边形截去两对角，用以控制天线模块204的一垂直极化信号SV_2与一水平极化信号SH_2之间的能量转换。

简言之，微带天线收发器20通过控制第一开关组件206及第二开关组件208以传送或接收不同极化的信号（即左旋极化信号与右旋极化信号），如此一来，微带天线收发器20可通过切换方式分时处理不同极化的信号，以节省成本并达到利用同一天线收发器来处理不同极化信号的目的。

更进一步地，请同时参考图3、图4，图3、图4分别为微带天线收发器20的背面及正面示意图。如图3所示，第一开关组件206位于一垂直方向X上，第二开关组件208则位于一水平方向Y上，第一开关组件206通过第一微带线210电性连接至垂直极化馈入孔216以控制天线模块204传送或接收垂直极化信号SV_2，第二开关组件208则通过第二微带线212电性连接至水平极化馈入孔218以控制天线模块204传送或接收水平极化信号SH_2。

针对发射一信号T的运作而言，当第一开关组件206导通而第二开关组件208关闭（不导通）时，信号T由第一开关组件206进入微带天线收发器20，通过第一微带线210馈入至垂直极化馈入孔216以在天线模块204产生垂直极化信号SV_2，而辐射至空气中。然而，由于辐射金属片214具有二切角，因此信号T会转换部分能量并进入水平极化馈入孔218，经由第二微带线212，先传送至关闭状态中的第二开关组件208再反射回水平极化馈入孔218，并在天线模块204产生水平极化信号SH_2，而辐射至空气中。值得一提的是，微带天线收发器20可通过调整辐射金属片214的切角或是垂直极化馈入孔216及水平极化馈入孔218的偏移位置，使得垂直极化信号SV_2与水平极化信号SH_2的能量大小大致相同，并且调整第二微带线212的长度L2，使得垂直极化信号SV_2的相位领先水平极化信号SH_2的相位约90度，以产生左旋极化的天线场型。此外，微带天线收发器20的第二开关组件208的反射相位为180度时，可获得一天线的尺寸和电磁场解。当第二开关组件208的反射相位为非180度时，可通过调整第二微带线212的长度L2，使得整体的反射相位为180度，此时可获得相同的天线尺寸和电磁场解。换句话说，微带天线收发器20可通过调整第二微带线212的长度L2，使得整体的反射相位为180度，以获得相同电磁场解，而不需改变天线模块204的天线尺寸。

同理，当第二开关组件208导通而第一开关组件206关闭时，信号T由第二开关组件208进入微带天线收发器20，通过第二微带线212馈入至水平极化馈入孔218以在天线模块204产生水平极化信号SH_2，而辐射至空气中。然而，由于辐射金属片214具有二切角，信号T会转换部分能量并进入垂直极化馈入孔216，经由第一微带线210，先传送至关闭状态中的第一开关组件206再反射回垂直极化馈入孔216，并在天线模块204产生垂直极化信号SV_2，而辐射至空气中。相同地，亦可调整辐射金属片214的切角或是垂直极化馈入孔216及水平极化馈入孔218的偏移位置，使得垂直极化信号SV_2与水平极化信号SH_2的能量大小大致相同，并且调整第一微带线210的长度L1，并使得垂直极化信号SV_2的相位落后水平极化信号SH_2的相位约90度，以产生右旋极化的天线场型。相同地，当第一开关组件206的反射相位非180度时，亦可调整第一微带线210的长度L1，使得整体的反射相位为180度，而获得相同的天线尺寸和电磁场解。换句话说，微带天线收发器20可通过调整第一微带线210的长度L1，使得整体的反射相位为180度，以获得相同电磁场解，而不需改变天线模块204的天线尺寸。值得注意的是，第一开关组件206及第二开关组件208可通过二极管元件或晶体管元件来实现，但不限于此。

再者，针对接收运作时，微带天线收发器20亦可通过控制第一开关组件206及第二开关组件208来传输从天线模块204接收到的左旋极化信号或是右旋极化信号至一后端电路模块（未绘制于图2至图4）以进行信号处理。另外，相比发射运作，当应用于接收运作时，第一开关组件206及第二开关组件208需转向180度，以符合信号传输方向。

请继续参考图5、图6，图5为图2的微带天线收发器20中信号从第一开关组件206馈入时的天线辐射场型图，而图6为图2的微带天线收发器20中信号从第二开关组件208馈入时的天线辐射场型图。如图5所示，在信号从第一开关组件206馈入时的天线场型为左旋极化。如图6所示，在信号从第二开关组件208馈入时的天线场型为右旋极化。由此可知，本发明实施例的微带天线收发器20的设计可通过控制信号的馈入点，以处理不同极化的信号。

微带天线收发器20为本发明的一实施例，本领域的普通技术人员应当可以据以作不同的变化及修饰。举例来说，请继续参考图7、图8，图7为本发明一微带天线收发器70的背面示意图，而图8为图7的微带天线收发器70的正面示意图。微带天线收发器70与微带天线收发器20的结构大致相同，不同之处在于以馈入点的偏移位置来控制垂直极化信号SV_2与水平极化信号SH_2之间的能量转换，第一开关组件206沿着与垂直方向X相差一第一角度θ1的方向Z来调整垂直极化馈入孔216的位置，且垂直极化馈入孔216的位置与方向Z上的一位置之间具有在水平方向Y上的一位移量，而第二开关组件208沿着与垂直方向X的相反方向相差一第二角度θ2的方向W来调整水平极化馈入孔218的位置，且水平极化馈入孔218的位置与方向W上的一位置之间亦具有在水平方向Y上的一位移量，其中第一角度θ1与第二角度θ2可设定为45度，此外，辐射金属片214更保持对称而不具有切角。微带天线收发器70仅需调整垂直极化馈入孔216及水平极化馈入孔218的偏移位置以及第一微带线210及第二微带线212的长度即可达成前述的天线场型。

请继续参考图9、图10，图9为图7的微带天线收发器70中的信号从第一开关组件206馈入时的天线辐射场型图，而图10为图7的微带天线收发器70中信号从第二开关组件208馈入时的天线辐射场型图。如图9所示，在信号从第一开关组件206馈入时的天线场型为左旋极化。如图10所示，在信号从第二开关组件208馈入时的天线场型为右旋极化。由此可知，本发明实施例的微带天线收发器70的设计亦可通过控制信号的馈入点，以处理不同极化的信号。

综上所述，本发明的微带天线收发器通过控制开关组件以及调整辐射金属片的切角、馈入孔的偏移位置或是连接于开关组件与馈入孔之间的微带线的长度，以达到分时传送或接收不同极性的信号以及节省成本的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种可切换极化的微带天线收发器，该可切换极化的微带天线收发器用于一卫星信号接收装置，该可切换极化的微带天线收发器包括：

一基板，该基板包括一第一面及一第二面；

一接地金属片，该接地金属片位于该基板的该第一面；

一天线模块，该天线模块位于该基板的该第一面且该接地金属片介于该天线模块与该基板之间，该天线模块包括一辐射金属片、一垂直极化馈入孔及一水平极化馈入孔；

一第一开关组件，该第一开关组件位于该基板的该第二面；

一第二开关组件，该第二开关组件位于该基板的该第二面；

一第一微带线，该第一微带线电性连接于该天线模块的该垂直极化馈入孔与该第一开关组件之间；以及

一第二微带线，该第二微带线电性连接于该天线模块的该水平极化馈入孔与该第二开关组件之间；

其中，该可切换极化的微带天线收发器通过调整该第一微带线的长度、该第二微带线的长度来调整天线场型。

2.如权利要求1所述的可切换极化的微带天线收发器，其中该垂直极化馈入孔设置于该基板的该第一面且沿着一第一方向设置于该第一方向上的一第一位置，该水平极化馈入孔设置于该基板的该第一面且沿着一第二方向设置于该第二方向上的一第二位置，该第一方向及该第二方向大致垂直。

3.如权利要求2所述的可切换极化的微带天线收发器，其中该天线模块的该辐射金属片的一形状是一四边形截去两对角而形成的一六边形。

4.如权利要求1所述的可切换极化的微带天线收发器，其中该垂直极化馈入孔设置于该基板的该第一面且沿着一第三方向设置于与该第三方向上的一位置具有一第一位移的一第三位置，该水平极化馈入孔设置于该基板的该第一面且沿着一第四方向设置于与该第四方向上的一位置具有一第二位移的一第四位置，该第三方向及该第四方向大致垂直。

5.如权利要求1所述的可切换极化的微带天线收发器，该可切换极化的微带天线收发器通过该第一开关组件结合该第一微带线将一信号馈入至该垂直极化馈入孔，以产生一左旋极化信号。

6.如权利要求1所述的可切换极化的微带天线收发器，该可切换极化的微带天线收发器通过该第二开关组件结合该第二微带线将一信号馈入至该水平极化馈入孔，以产生一右旋极化信号。

7.如权利要求1所述的可切换极化的微带天线收发器，其中该第一开关组件及该第二开关组件是二极管元件或晶体管元件。