CN104638383A - 智能化天线装置及其快速切换辐射场型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种智能化天线装置及其快速切换辐射场型的方法，主要是使一智能化天线装置具有多个水平极化天线及多个垂直极化天线，并先使具有定向性的垂直极化天线一一导通，以根据其传送数据的封包错误率决定一优选垂直极化场型，随后导通一个以上的水平极化天线，并根据其传送数据的封包错误率决定一优选水平极化场型，用以搭配优选垂直极化天线组成一最佳辐射场型，利用上述技术可快速切换最佳辐射场型，提高连线效能。

Description

智能化天线装置及其快速切换辐射场型的方法

技术领域

本发明是涉及一种天线及其快速切换辐射场型的方法，特别是指一种可快速切换选择优选垂直、水平极化场型以决定一最佳辐射场型的天线相关技术。

背景技术

中国台湾公开第201042826号“具切换不同辐射场型之特性的天线结构与制造方法”发明专利案，其在先前技术中提及智能型天线(smart antenna)技术是无线通信系统中重要的一环，而自适应天线(adaptive antenna)是智能型天线的一种，其利用多个天线单元组成一阵列天线，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(SNR)和降低同频干扰而达成高效率的传输。

但所述阵列天线技术的指向性(或主波束方向)切换精密度高，其调整天线指向性的方法需要多组相位调整器(phase adjuster)、功率调整器(power adjuster)、功率分配器(power divider)和数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，通过切换各天线单元馈入信号的相位与振幅达到主波束方向切换的效果，造成整组智能型天线的体积变大而成本也相对提高。

至于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。而阵列天线的切换方式是控制各天线单元的激发相位和振幅以合成特定的辐射场型。

而前述专利案提出的技术方案是一种具切换不同辐射场型的特性的天线结构，请参考图8所示，该天线结构包含一接地面610、至少一主动天线631～63N、至少一电流诱导单元641～64M及一控制器620；所述主动天线631～63N分布或邻近于该接地面610，并且电性连结至一射频信号源；所述电流诱导单元641～64M分布或邻近于该接地面610，并且电性连结至该接地面610；该控制器620是在一天线操作频段时，通过使能或抑能该至少一电流诱导单元641～64M，来切换该接地面610上的射频电流导入或阻绝于该至少一电流诱导单元641～64M，以形成多种辐射场型。

由上述专利案的先前技术和公开的技术方案可知，可以切换多种辐射场型的智能型天线是已知的。然而可以选择的辐射场型愈多，表示其切换的判断流程愈多，虽然一一判断的结果最终仍可得到的所需的辐射场型，但可能影响其连线效能和品质。因此如何在提供的多数场型中快速切换最佳的辐射场型则有待进一步检讨，并谋求可行的解决方案。

发明内容

因此本发明的主要目的在提供一种智能化天线装置及其快速切换辐射场型的方法，主要是由天线装置先后导通具有定向性的垂直极化天线和场型组合较多的水平极化天线，并根据其传送数据时的封包错误率以先后找出优选垂直极化场型和优选水平极化场型，并据以决定一最佳辐射场型，藉以提高切换辐射场型的效率，并提供良好的连线效能和品质。

为达成前述目的的一主要技术手段是使前述智能化天线装置快速切换辐射场型的方法包括：

提供多个水平极化天线及多个垂直极化天线；

导通一个以上的垂直极化天线，以分别产生不同的垂直极化测试场型；

根据各个垂直极化测试场型传送数据的封包错误率(PER)决定一优选垂直极化场型；接着，

导通一个以上的水平极化天线，以分别产生不同的水平极化测试场型；

根据各个水平极化测试场型传送数据的封包错误率(PER)决定一优选水平极化场型；

由所述优选垂直极化场型和优选水平极化场型提供一辐射场型。

为达成前述目的采取的又一主要技术手段是使前述智能化天线装置包括有：

一天线模块，包括多个水平极化天线及多个垂直极化天线；

一射频切换电路，分别和各个水平极化天线、垂直极化天线连接；所述射频切换电路进一步执行：导通一个以上的各垂直极化天线，并根据其封包错误率决定一优选垂直极化场型，接着导通一个以上的水平极化天线，并根据其封包错误率决定一优选水平极化场型，而由所述优选垂直极化场型和优选水平极化场型提供一辐射场型。

根据上述智能化天线装置和其快速切换辐射场型的方法所提供的技术方案是令多个垂直极化天线和多个水平极化天线依顺序先后的导通，以先找出优选的垂直极化场型和优选的水平极化场型，最后由优选的垂直极化场型和优选的水平极化场型共同形成一最佳辐射场型；上述技术是基于垂直极化天线为定向天线，由各个垂直极化天线选出优选的垂直极化场型时，即可初步确认连线节点的方向，接着再由各个水平极化天线选出优选的水平极化场型，以搭配优选的垂直极化场型产生最佳辐射场型；一般水平极化天线的场型组合数量多于垂直极化天线的场型组合，利用上述技术，先选出具有定向性的优选垂直极化场型后，其无须再和场型组合较多的水平极化天线交叉组合，因此可以快速地切换产生所需的辐射场型。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明天线装置一较佳实施例的立体图。

图3是本发明天线装置一较佳实施例的底视平面图。

图4是本发明天线装置一较佳实施例的上视平面图。

图5是本发明天线装置又一较佳实施例的上视平面图。

图6是本发明天线装置一较佳实施例的射频切换电路方框图。

图7是本发明一较佳实施例的训练封包结构示意图。

图8是现有可切换不同辐射场型的天线结构示意图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

关于本发明智能化天线装置快速切换辐射场型的方法的一较佳实施例，请参考图1所示，其包括：

步骤S10，提供多个水平极化天线及多个垂直极化天线；

步骤S11，导通一个以上的垂直极化天线，以分别产生不同的垂直极化测试场型；

步骤S12，根据各个垂直极化测试场型传送数据的封包错误率(PER)决定一优选垂直极化场型；

步骤S13，导通一个以上的水平极化天线，以分别产生不同的水平极化测试场型；

步骤S14，根据各个水平极化测试场型传送数据的封包错误率(PER)决定一优选水平极化场型；

步骤S15，由所述优选垂直极化场型和优选水平极化场型产生一辐射场型。

关于前述方法的进一步技术细节，主要是在一训练模式下产生所述的辐射场型；

前述步骤S11所称导通一个以上的垂直极化天线以分别产生不同的垂直极化测试场型是指：各垂直极化天线各自导通，或每一垂直极化天线分别和一个以上的其他垂直极化天线一起导通，以分别产生不同的垂直极化测试场型；

而在前述流程的步骤S12中，是由已产生的各个垂直极化测试场型分别对已连线的节点送出多数的训练封包；接着比较各个垂直极化测试场型所送出训练封包的封包错误率(PER)，用以决定所述的优选垂直极化场型。

又在步骤S13所称导通一个以上的水平极化天线以分别产生不同的水平极化测试场型是指：各水平极化天线各自导通，或每一水平极化天线分别和一个以上的其他水平极化天线一起导通，也可以将一个以上的水平极化天线和一个以上的电流诱导单元一起导通，以分别产生不同的水平极化测试场型；

而在步骤S14中，是由已产生的各个水平极化测试场型分别对已连线的节点送出多数的训练封包，并比较各个水平极化测试场型所送出训练封包的封包错误率(PER)，以决定一优选水平极化场型；最后由所述优选垂直极化场型和水平极化天线共同形成一最佳辐射场型。

至于实现前述方法的智能化天线装置，其一可行实施例是如以下所述：

关于所述的智能化天线装置包括一天线模块10和一射频切换电路20，其中所述天线模块10的一较佳实施例，请参考图2所示，主要是在一基板11上分设有多个水平极化天线12和多个垂直极化天线13；其中：

所述基板11可以由FR4或陶瓷材料构成，在本实施例中，所述基板11大致呈矩形，其具有一底面及一表面，请参考图3所示，其底面上形成有一大面积的接地面120，该接地面120是矩形，其各个边的一端分别设有一水平极化天线12，换言之，本实施例中，在基板11上设有四个水平极化天线12，各水平极化天线12是对称地设在基板11的底面。

在本实施例中，所述水平极化天线12是由平面倒F天线(PIFA)构成，其一端和接地面120电连接，以分别构成馈入点和接地点。

如前揭所述，所述基板11的底面形成有一矩形接地面120，并在接地面120各边的一端分别连接一由平面倒F天线构成的水平极化天线12。在本实施例中，可以进一步地在接地面120各边的另端分别连接一电流诱导单元14，以配合调节接地面120上的射频电流分布。

请参考图2所示，在本实施例中，所述垂直极化天线13是形成在一片状载体130上，所述载体130同样可以由FR4或陶瓷材料构成，优选为陶瓷材料，而具有缩小体积的效果。所述垂直极化天线13是由八木(Yagi)天线构成，主要是在所述载体130的一表面上形成有一主振子131、多个导引器132～135和一反射器136。

请参考图4所示，四个垂直极化天线13是以放射状排列且等角度地设在基板11表面，更具体而言，两个垂直极化天线13是呈一直线地设在基板11表面的两相对角落之间，另两个垂直极化天线13也是呈一直线地设在基板11表面的另两相对角落之间，各垂直极化天线13间是呈等角度排列。而各个垂直极化天线13分别对应基板11底面的一水平极化天线12。

关于上述的天线模块10，其又一较佳实施例是如图5所示，主要仍是在一基板11’上设有多个水平极化天线12’和多个垂直极化天线13’，关于基板11’的材料及衍生的功效一如先前所述，容不再赘述。所述基板11’是多边形，在本实施例中为六边形，其一表面的各边上分别设有一水平极化天线12’，也就是基板11’上设有六个水平极化天线12’，各水平极化天线12’是对称地设在基板11’表面的各边上；在本实施例中，所述各水平极化天线12’分别由一平板天线(Patch)构成。

所述多个垂直极化天线13’仍由八木天线构成，其构造可和前一实施例的垂直极化天线13相同。不同处在于本实施例中的垂直极化天线13’共有六个，其以放射状排列且等角度地设在基板11’上。

在本实施例中，前述基板11’表面在各水平极化天线12’和垂直极化天线13’之间分别形成有一反射板101。

由于本发明另一实施例采用更多数量的水平极化天线12’和垂直极化天线13’以分割水平极化场型和垂直极化场型，在此状况下，场型辐射时的波束(Beam)角度将会更进一步的缩小，基于波束角度大小和天线增益高低呈反比，故可相对提高增益并扩大传输距离。

由上述说明可知，本发明的天线模块10主要是在基板11、11’上分设有多个水平极化天线12、12’和多个垂直极化天线13、13’，各个水平极化天线12、12’和各个垂直极化天线13、13’，各个水平极化天线12、12’和各个垂直极化天线13、13’分别通过一开关和射频切换电路20连接，由射频切换电路20在一训练模式下，先由各个垂直极化天线13、13’中决定一优选垂直极化场型，接着由各水平极化天线12、12’中决定一优选水平极化场型，藉此快速切换取得所需的辐射场型。

请参考图6所示，揭示有所述射频切换电路20，所述射频切换电路20包括一微处理器21和一切换单元22，在本实施例中，所述切换单元22是由一复杂可编程逻辑器件(CPLD)构成，其和微处理器21连接，并通过多个由二极管构成的开关23分别和天线模块10的各个水平极化天线12、垂直极化天线13连接。在本实施例中，切换单元22进一步通过多个由二极管构成开关分别和前述基板11上的各个电流诱导单元14连接。为方便理解，以下的实施例是以图2所示的天线模块10配合射频切换电路20加以说明：

所述射频切换电路20的微处理器21在一训练模式下可通过切换单元22先选择性的导通各个垂直极化天线13，以决定一优选垂直极化场型后，再选择性导通各个水平极化天线12和/或各个电流诱导单元14，以分别产生一个优选水平极化场型。

前述优选垂直极化场型的产生是当一个垂直极化测试场型产生后，微处理器21将在一定期间内对已连线的节点(node)送出一定数量的训练封包(Training Packet)，例如1000个训练封包，并接着判断所述训练封包的封包错误率(PER)。在完成上述步骤后，微处理器21切换产生另一个垂直极化测试场型，并以该测试场型送出训练封包和判断训练封包的封包错误率(PER)。当所有垂直极化测试场型一一产生，并分别取得其训练封包的封包错误率(PER)后则进行比较，根据比较的结果以产生一优选的垂直极化场型。具体而言，是选择一个低封包错误率的垂直极化测试场型作为优选的垂直极化场型。

而在优选垂直极化场型产生后，可利用相同的方式决定优选的水平极化场型，主要是由微处理器21一一切换不同的水平极化测试场型，并以各个水平极化测试场型送出训练封包和判断训练封包的封包错误率(PER)，再比较各个水平极化测试场型的封包错误率(PER)以决定该优选的水平极化场型。

必须说明的是：前述优选垂直极化场型和优选水平极化场型的决定，除了判断封包错误率(PER)外，可以进一步参酌各个场型的信号强度(RSSI)。

前述训练封包的一可行结构是如图7所示，其采用的通信协议为802.11，其Etherheader和L2TP header包括内容如下：

ether_dhost vap mac

ether_dhost node mac

ether_type 88db

上述训练封包传送的机制是加入一个ether_type为88db的形式，节点接收到该训练封包后会向上传递，并在ether层才删除该训练封包。也就是已连线的节点还是会针对该训练封包来回应ACK，而智能化天线装置就可以根据ACK的回应结果来取得封包错误率(PER)的统计结果。

关于上述先后找出一优选垂直极化天线、一优选水平极化天线以决定一辐射场型的有益效果，特提出一实例说明如下：

如前述实施例中的垂直极化天线13共有四个，每一垂直极化天线30都有开和关两种状态，因此各垂直极化天线13本身的场型组合即有2⁴-1=15种。同样的，水平极化天线12也有四个，每一水平极化天线12也有开和关两种状态，因此各水平极化天线12本身的场型组合也有2⁴-1=15种。

然而，前述基板11底面进一步设有四个电流诱导单元14，若将电流诱导单元14加入水平极化天线12一起运作，其可以产生的场型组合即增至3⁴-1=80种。若各垂直极化天线13直接和水平极化天线12、电流诱导单元14进行交叉组合，则供切换选择的场型组合即达(3⁴-1)×(2⁴-1)=1200种。若将所有可供选择的场型一一切换后才产生辐射场型，势必影响连线效能。而利用本发明先切换导通各个垂直极化天线13以找出优选的垂直极化场型，其切换次数是2⁴-1=15次，随后切换导通各个水平极化天线12和电流诱导单元14，其切换次数为3⁴-1=80次，以找出优选的水平极化场型，其切换次数总计为95次，明显低于一一切换各种场型的1200次，因此可大幅提升选择辐射场型的效能。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种智能化天线装置快速切换辐射场型的方法，其特征在于，包括：

提供多个水平极化天线及多个垂直极化天线；

导通一个以上的所述垂直极化天线，以分别产生不同的垂直极化测试场型；

根据各个所述垂直极化测试场型传送数据的封包错误率决定一优选垂直极化场型；接着，

导通一个以上的所述水平极化天线，以分别产生不同的水平极化测试场型；

根据各个所述水平极化测试场型传送数据的封包错误率决定一优选水平极化场型；

由所述优选垂直极化场型和优选水平极化场型产生一辐射场型。

2.根据权利要求1所述的智能化天线装置快速切换辐射场型的方法，其特征在于，在一训练模式下执行以下步骤：

导通一个以上的所述垂直极化天线，以分别产生不同的所述垂直极化测试场型；

以各个所述垂直极化测试场型分别对已连线的节点送出多个训练封包；

比较各个所述垂直极化测试场型送出所述训练封包的封包错误率，以决定所述优选垂直极化场型；接着，

导通一个以上的所述水平极化天线，以分别产生不同的所述水平极化测试场型；

以各个所述水平极化测试场型分别对已连线的节点送出多个训练封包；

比较各个所述水平极化测试场型送出所述训练封包的封包错误率，以决定所述优选水平极化场型；

以所述优选垂直极化场型和优选水平极化场型形成所述辐射场型。

3.根据权利要求1或2所述的智能化天线装置快速切换辐射场型的方法，其特征在于，所述优选垂直极化场型和/或优选水平极化场型的决定，还通过进一步比较其信号强度。

4.根据权利要求1所述的智能化天线装置快速切换辐射场型的方法，其特征在于，所述训练封包以802.11作为通信协议传送。

5.一种智能化天线装置，其特征在于，包括有一天线模块和一射频切换电路，所述天线模块包括多个所述水平极化天线及多个所述垂直极化天线，各个所述水平极化天线和各个所述垂直极化天线分别和射频切换电路连接；

所述射频切换电路并导通一个以上的所述垂直极化天线，根据其封包错误率决定一优选垂直极化场型，接着导通一个以上的所述水平极化天线，并根据其封包错误率决定一优选水平极化场型，由所述优选垂直极化场型和优选水平极化场型提供一辐射场型。

6.根据权利要求5所述的智能化天线装置，其特征在于，所述射频切换电路包括一微处理器和一切换单元，所述切换单元和微处理器连接，并通过多个开关分别和各个所述水平极化天线、垂直极化天线连接。

7.根据权利要求6所述的智能化天线装置，其特征在于，进一步包含一基板；

所述基板在其中一面上对称地形成四个以上的所述水平极化天线；

所述基板上以放射状排列且等角度地设有四个以上的所述垂直极化天线。

8.根据权利要求6所述的智能化天线装置，其特征在于，所述垂直极化天线由八木天线构成，在一载体的一表面上形成有一主振子、多个导引器和一反射器。

9.根据权利要求7所述的智能化天线装置，其特征在于，所述基板具有一底面及一表面，其底面上形成有一大面积的接地面，所述接地面各个边的一端分别设有一水平极化天线；所述水平极化天线由平面倒F天线构成；

所述基板在接地面各边的另一端分别连接一电流诱导单元，所述电流诱导单元通过多个开关分别和所述射频切换电路的切换单元连接。

10.根据权利要求5所述的智能化天线装置，其特征在于，所述水平极化天线由平板天线构成。