CN104660309A - 智能化天线装置及其辐射场型切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能化天线装置及其辐射场型切换方法，该智能化天线装置的辐射场型切换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，并提供一训练模式，在所述训练模式下，导通一个以上的水平极化天线和/或一个以上的垂直极化天线以分别产生不同的辐射场型，并以各种不同辐射场型对已连接的节点分别送出多个训练封包，根据训练封包的封包错误率(PER)和信号强度(RSSI)决定一最适通信的辐射场型，以提供最佳连线效能和品质。

Description

智能化天线装置及其辐射场型切换方法

技术领域

本发明是涉及一种天线及其辐射场型切换方法，特别是指一种可切换选择不同辐射场型，并以各种辐射场型送出训练封包，而根据封包错误率(PER)和信号强度(RSSI)以决定最佳辐射场型的天线相关技术。

背景技术

一般认为定向天线具有功率集中的优点，但由于具备方向性，传输死角多而直接影响其覆盖率，而全向天线传输死角少，覆盖率大，但功率相对较低。由上述可知，定向天线和全向天线各有其优缺点。而中国台湾发明专利权第I384686号“用于至一远端接收器的无线链路的系统及方法”提出一个解决方案，该系统包括一产生RF的通信器件及一发送该RF的平面天线装置。

该平面天线装置包括多个可选择天线元件，各可选择天线元件中的每一天线元件具有增益和一定向辐射场型，该定向辐射场型是大体上在该天线装置的平面中。而通过转换不同天线元件分别产生可组态的辐射场型，或选择所有或大体上所有天线元件产生一全向辐射场型，藉此不但可避免通信时的干扰，也可提供更多的辐射场型作为通信用。

尽管上述专利案提供了更多的辐射场型选择，但并未进一步公开其选择辐射场型的依据，也未公开如何决定辐射场型使其和连线的节点间提供更理想的连线效能和品质。

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辐射场型切换方法，主要是由天线装置主动对连接节点进行训练，以选择最适合和连接节点通信的辐射场型，进而提供最佳连线效能和品质。

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的辐射场型切换方法包括：提供多个水平极化天线和多个垂直极化天线，并在一训练模式下执行以下步骤：

导通一个以上的水平极化天线和/或一个以上的垂直极化天线，以产生多个测试场型；

以各个测试场型分别送出多个训练封包；

比较各个测试场型所送出训练封包的封包错误率(PER)和信号强度(RSSI)，以产生一辐射场型。

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，其分别和各水平极化天线、各垂直极化天线连接；所述射频切换电路并提供一训练模式，在所述训练模式下，由射频切换电路交替地导通一个以上的水平极化天线和/或一个以上的垂直极化天线分别产生不同的辐射场型，并通过各种不同的辐射场型分别送出多个训练封包，根据训练封包的封包错误率(PER)和信号强度(RSSI)决定一最适通信的辐射场型。

根据上述智能化天线装置和其辐射场型的切换方法所提供的技术方案是以多个水平极化天线和多个垂直极化天线可选择的交替导通，以产生不同的测试场型，并通过不同的测试场型分别送出多个训练封包，再比较每一个测试场型的封包错误率(PER)和信号强度(RSSI)，以决定一最适通信的辐射场型，在此状况下，智能化天线装置和连线的每一个节点，都是通过经过训练产生的最佳辐射场型来通信，藉此可提供最佳的连线效能和通信品质。

附图说明

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。

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的辐射场型切换方法的一较佳实施例，请参考图1所示，其包括：

提供多个水平极化天线和多个垂直极化天线(S10)；

进入一训练模式(S20)；在所述训练模式下执行以下步骤：

导通一个以上的水平极化天线和/或一个以上的垂直极化天线，以产生多个测试场型(S21)；

以各个测试场型分别对已连线的节点送出多个训练封包(S22)；

比较各个测试场型所送出训练封包的封包错误率(PER)和信号强度(RSSI)(S23)；

根据前一步骤的比较结果决定一辐射场型(S24)。

又本发明可利用一智能化天线装置来实现上述方法，在以下的实施例中，将说明智能化天线装置的具体构造和上述辐射场型切换方法的相关技术细节。

关于上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，请参考图3所示，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’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在一训练模式下选择性的导通一个以上的水平极化天线12、12’和/或一个以上的垂直极化天线13、13’，以通过训练而产生最适合通信的辐射场型。

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选择性的导通各个水平极化天线12、各个垂直极化天线13和/或各个电流诱导单元14，以分别产生一个测试场型，换言之，通过导通不同的天线组合，可以产生多个测试场型。

当一个测试场型产生后，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)和信号强度(RSSI)。在完成上述步骤后，微处理器21切换产生另一个测试场型，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)和信号强度(RSSI)。当所有测试场型一一产生，并分别取得其训练封包的封包错误率(PER)和信号强度(RSSI)后则进行比较，根据比较的结果以产生一最适合和已连线节点通信的辐射场型。具体而言，智能化天线装置会选择一个低封包错误率和高信号强度的测试场型作为实际通信用的辐射场型。

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_type88db

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。

而前述训练模式是针对已经连线的节点进行训练，但为进一步提升训练的执行效能，在执行训练时可只针对活跃的节点进行训练，所称活跃的节点是根据其单位时间内的封包流量来判断，例如一个已连线的节点在30秒内的封包流量未超过1000个封包，即视为不活跃的节点，其原因可能是该节点处于休眠或者没有大量数据的需求。因此可以将其排除，藉以提升其他节点执行训练的效能。

由上述可知，本发明提供了一个包括多个水平极化天线、多个垂直极化天线的天线模块，并和一射频切换电路组成一个智能化天线装置，其在一训练模式下，将切换产生不同的测试场型，并通过各个测试场型分别对已连线的节点送出训练封包，再比较各个测试场型的封包错误率(PER)和信号强度(RSSI)，以根据比较结果选择一辐射场型和已连线的节点通信，藉以让该已连线的节点获得最佳的连线效能和通信品质。

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，任何熟悉本专业的技术人员，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 (11)

1.一种智能化天线装置的辐射场型切换方法，其特征在于，所述辐射场型切换方法包括：提供多个水平极化天线和多个垂直极化天线，并在一训练模式下执行以下步骤：

导通一个以上的水平极化天线和/或一个以上的垂直极化天线，以产生多个测试场型；

以各个测试场型分别对已连线的节点送出多个训练封包；

比较各个测试场型所送出训练封包的封包错误率和信号强度，以产生一辐射场型。

2.根据权利要求1所述的智能化天线装置的辐射场型切换方法，其特征在于，在训练模式下是先判断已连线的节点是否为活跃的节点，如果不是活跃的节点，则不进行训练。

3.根据权利要求2所述的智能化天线装置的辐射场型切换方法，其特征在于，是否为活跃的节点是根据已连线的节点在单位时间内的封包流量大小来决定。

4.根据权利要求1所述的智能化天线装置的辐射场型切换方法，其特征在于，所述训练封包是以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，所述智能化天线装置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水平极化天线及多个垂直极化天线，各水平极化天线和各垂直极化天线分别和射频切换电路连接；

所述射频切换电路在一训练模式下，交替地导通一个以上的水平极化天线和/或一个以上的垂直极化天线分别产生不同的辐射场型，并以各种不同辐射场型分别送出多个训练封包，根据训练封包的封包错误率和信号强度决定一最适通信的辐射场型。

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，所述智能化天线装置进一步包含一基板；

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，所述垂直极化天线是由八木天线构成，主要是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，所述底面上形成有一接地面，所述接地面各个边的一端分别设有一水平极化天线。

10.根据权利要求9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面倒F天线或平板天线构成。

11.根据权利要求9所述的智能化天线装置，其特征在于，所述基板在接地面各边的另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射频切换电路的切换单元连接。