CN108232453A - 天线调谐系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种天线调谐系统及方法，天线调谐方法包括：检测出一寄生天线，使寄生天线跟主天线结合运作后，与目标站台间具有最强接收信号强度指标；通过开启或关闭开关单元，控制主天线与选定的寄生天线产生散射性谐振；以及通过调整设计电路的负载，控制主天线与选定的寄生天线间的绕射性辐射场型。此特定的天线辐射场型将能量集中在目标站台的方向，可避免能量浪费在未被允许发送的站台或以及未被授权的干扰站台。
Description
技术领域
本发明是有关于一种天线调谐系统及其方法。
背景技术
就现有技术而言，当一般指向性天线(Directional Antenna)架设完成，方向即已固定，无法解决多重路径(Multi-path)所产生的衰减问题。而其后发展能支援多输入多输出(MIMO)的天线，虽改采用全向性天线(Omni-Antenna)的技术，使得天线具有全方位涵盖的优势，但全向性天线无法解决其他未被授权的站台(Rogue Station)所产生的干扰问题。
发明内容
本发明提供一种天线调谐系统，天线调谐系统利用包含电抗性负载的各式设计电路，形成不同的天线谐振效果，以产生不同的天线辐射场型。藉此，特定的天线辐射场型将能量集中在目标站台的方向，并可避免能量浪费在未被允许发送(Send)的站台或以及未被授权(Authentication/Association)的干扰站台(rogue station)。
本发明的一实施方式提供一种天线调谐系统，适用于调整一主天线结合至少一寄生天线所产生的一合成辐射场型，天线调谐系统包括：一处理器、至少一设计电路及至少一开关单元。处理器连接至主天线及各寄生天线，处理器在各寄生天线中选定一第一寄生天线，其中第一寄生天线结合主天线能对一目标站台检出相对最大的一接收信号强度指标(Received signal strength indicator，RSSI)。至少一设计电路与各寄生天线一对一连接，设计电路并连接处理器，控制主天线与寄生天线所产生的合成辐射场型。至少一开关单元与各设计电路一对一连接，并连接处理器，处理器控制开关单元开启或关闭设计电路与其对应的寄生天线的连接关系。
于部分实施方式中，处理器还包括：一收发单元及一控制单元。收发单元检出对于目标站台所产生的各接收信号强度指标。控制单元耦接至收发单元，根据各接收信号强度指标，选定第一寄生天线，控制单元并控制与第一寄生天线对应连接的一第一开关单元，使第一开关单元开启第一寄生天线，借以控制主天线与第一寄生天线产生谐振。
于部分实施方式中，处理器还包括一电力单元，控制单元驱动电力单元提供电力予开关单元。
于部分实施方式中，其中当控制单元关闭与各寄生天线对应连接的各开关单元，主天线结合各寄生天线所产生的合成辐射场型成为一全向天线模式。
于部分实施方式中，设计电路还包括一电抗性负载。控制单元控制电力单元提供一第一电压及一第二电压予开关单元，借以控制开关单元，其中，第一电压经由设计电路间接提供予开关单元，第二电压直接提供予开关单元，第一电压与第二电压决定开关单元的开启或关闭，其中，电抗性负载为一电感性负载，合成辐射场型为一电感性负载模式。
于部分实施方式中，设计电路还包括一电抗性负载。控制单元控制电力单元提供一第一电压及一第二电压予开关单元，借以控制开关单元，其中，第一电压经由设计电路间接提供予开关单元，第二电压直接提供予开关单元，第一电压与第二电压决定开关单元的开启或关闭，其中，电抗性负载为一电容性负载，合成辐射场型为一电容性负载模式。
本发明的一实施方式提供一种天线调谐方法，适用于调整一主天线结合至少一寄生天线所产生的一合成辐射场型，天线调谐方法包括：在各寄生天线中选定一第一寄生天线，其中第一寄生天线结合主天线对于一目标站台具有相对最大的一接收信号强度指标；提供至少一设计电路，与各寄生天线一对一连接，用以控制主天线与寄生天线结合所产生的合成辐射场型；以及提供至少一开关单元，与各设计电路一对一连接，控制设计电路与其对应的寄生天线之间的连接关系。
于部分实施方式中，天线调谐方法还包括：驱动一电力单元提供电力予开关单元，控制开关单元开启或关闭设计电路与其对应的寄生天线之间的连接。
于部分实施方式中，天线调谐方法还包括：关闭与各寄生天线对应连接的各开关单元，主天线结合各寄生天线所产生的合成辐射场型为一全向天线模式。
于部分实施方式中，天线调谐方法还包括：提供一电抗性负载于设计电路；以电力单元提供一第一电压及一第二电压予开关单元，控制开关单元，其中，第一电压经由设计电路间接提供予开关单元，第二电压直接提供予开关单元，第一电压与第二电压决定开关单元的开启或关闭；当电抗性负载为一电感性负载，主天线结合寄生天线所产生的合成辐射场型为一电感性负载模式；以及当电抗性负载为一电容性负载，主天线结合寄生天线所产生的合成辐射场型为一电容性负载模式。
本发明的一实施方式提供一种天线调谐系统，适用于调整一主天线与至少一寄生天线结合产生的一辐射场型，天线调谐系统包括：一处理器、至少二设计电路及至少二开关单元。处理器连接至主天线及各寄生天线，处理器在各寄生天线中选定一第一寄生天线，其中第一寄生天线结合主天线能对于一目标站台检出相对最大的一接收信号强度指标。至少二设计电路与寄生天线连接，设计电路并连接至处理器，控制主天线与寄生天线之间的辐射场型，设计电路至少具有一电容性负载与一电感性负载。至少二开关单元与寄生天线连接，处理器控制开关单元开启或关闭设计电路与其对应的寄生天线之间的连接关系。
附图说明
图1A及图1B绘示本发明第一实施方式的天线调谐系统中主天线与多个寄生天线的配置示意图；
图2A绘示本发明第一实施方式的天线调谐系统的功能方块图；
图2B绘示本发明第二实施方式的天线调谐系统的功能方块图；
图3绘示本发明第一实施方式的天线调谐方法的流程图；
图4A～4C绘示本发明第一实施方式的辐射场型的能量分析图。
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
本发明提供一种天线调谐系统，使用特定的天线辐射场型将能量集中在目标站台的方向，因此，可避免能量浪费在未被允许发送的站台或未被授权的干扰站台。
图1A及图1B绘示本发明第一实施方式的天线调谐系统中主天线与多个寄生天线的配置示意图。在图1A及图1B中，主天线110周围环绕四个寄生天线120、130、140及150，本发明所提出的主天线110及四个寄生天线120、130、140及150，均以单极(Monopole)天线的型式为例，且主天线110至各个寄生天线120、130、140及150间距均以四分之一工作波长为例，实际规划均不以此为限，本发明所提出的天线调谐系统，可以判断在不同的寄生天线与主天线110结合运作时，对于目标站台的辐射能量，并选择产生最大谐振作用的对应寄生天线，让目标站台具有最大的通讯能量，以及具有最佳的通讯品质。
本发明的天线调谐系统包括处理器、至少一开关单元及一设计电路，其中，处理器可以是一电算系统或任何具有运算功能的电子装置，开关单元可以是PIN二极管，设计电路在本发明实施例中可以包括限流电阻、电容单元、电感单元所组成的偏压电路及电抗性负载。处理器连接到主天线110，以及透过各设计电路电性连接所有的寄生天线120、130、140及150，处理器将在寄生天线120、130、140及150中，选定其中一个寄生天线，以对于一目标站台能对应检出最强的接收信号强度指标(Received signal strength indicator，RSSI)。在本发明实施方式中，更有四个开关单元将分别与四根寄生天线120、130、140及150一对一连接，处理器可以透过开启或关闭各个开关单元，使各寄生天线分别与其对应的设计电路的电抗性负载形成通路，以控制主天线110与各寄生天线120、130、140及150是否产生谐振作用，并从中对应检出可以与主天线110一起产生最强的接收信号强度指标的寄生天线。设计电路连接至处理器，处理器透过调整设计电路的负载，控制主天线与所选定的寄生天线之间的辐射场型。
图2A绘示本发明第一实施方式的天线调谐系统的功能方块图，图2B绘示本发明第二实施方式的天线调谐系统的功能方块图，图3绘示本发明第一实施方式的天线调谐方法的流程图。下述将先以图2A及图3为例，说明本发明所提出的天线调谐方法。本发明所提出的天线调谐系统，适用于调整主天线110与寄生天线120、130、140及150之间的辐射场型。处理器210连接至主天线110，处理器210并在多个寄生天线中选定一第一寄生天线(如图2A和图2B的120)，其中第一寄生天线120与主天线110结合运作后，对于一目标站台220可以检出最强的一接收信号强度指标(步骤S310)。处理器210包括但不限于一收发(Transceiver)单元212、一控制单元214及一电力单元216，其中，收发单元212可以是处理器210的一无线模块，控制单元214可以是一具有逻辑运算功能的电路模块，电力单元216可以是一电源供应器。在步骤S310中，收发单元212经由主天线110分别结合各寄生天线120、130、140及150时，检出目标站台220对应的各接收信号强度指标。控制单元214耦接至收发单元212，控制单元214根据主天线110结合各寄生天线120、130、140及150时收发单元212对于目标站台220所检出的各接收信号强度指标，选定其中接收信号强度指标最强时所对应的寄生天线作为第一寄生天线120。
本发明的天线调谐系统提供至少一个开关单元，分别与寄生天线120、130、140及150一对一连接。处理器210透过开启或关闭各开关单元，控制主天线110与各寄生天线120、130、140及150产生谐振(步骤S320)。以图2A为例，处理器210透过与第一寄生天线120连接的第一开关单元230，使第一开关单元230开启第一寄生天线120，控制主天线110与对应的第一寄生天线120产生谐振。此外，处理器210还包括一电力单元216，电力单元216耦接至控制单元214，处理器210中的控制单元214驱动电力单元216提供电力予开关单元。然而，当控制单元214关闭各寄生天线120、130、140及150连接的各开关单元，主天线110结合各寄生天线120、130、140及150的辐射场型成为一全向天线(Omni-Antenna)模式，如图4A所示，此时的寄生天线120、130、140及150所连接的一信号路径因为开关单元关闭而断路，而寄生天线120、130、140及150所连接的另一信号路径则有电感单元246等形成如交流信号阻隔器(ACBlock Choke)的效果，对寄生天线感应的信号加以阻断，而使寄生天线120、130、140及150处于一开路状态，未与设计电路电性连接。图4A的横轴为角度，纵轴为能量增益，电磁波能量增益的基准为全向天线的模式的能量值，故增益值在此为1。从图4A可以发现，当本发明主天线110与各寄生天线120、130、140及150之间的辐射场型为一全向天线模式，无论在任何一个角度，能量都相同。
本发明的天线调谐系统，更提供一设计电路240，设计电路240分别耦接至第一寄生天线120、第一开关单元230与处理器210。透过调整设计电路240的负载，可以控制主天线110与第一寄生天线120之间的辐射场型(步骤S330)。其中，设计电路240包括限流电阻242、电容单元244、电感单元246及电抗性负载248，其中限流电阻242、电容单元244及电感单元246的一端相互耦接，电感单元246的另一端耦接于电抗性负载248，电抗性负载248另耦接至第一开关单元230，其中电抗性负载248为电感性或电容性可由人工预设，并经由处理器210透过设计电路240与开关单元230进行切换控制。限流电阻242允许直流信号通过，并限制第一开关单元230的工作电流及工作电压。电容单元244及电感单元246维持直流信号准位、消除及阻绝天线工作主波瓣(Main lobe)以及消除及阻绝非线性开关单元产生的高次谐波，阻止寄生天线端所感应的信号经由此路径馈入。电抗性负载248一般具有储存能量的效果，在本发明的设计电路240中，电抗性负载248可以由电感及电容并联而成，并可让前述直流电力通过，以控制第一开关单元230，电抗性会偏电感性或偏电容性，其大小则会影响主天线110与第一寄生天线120之间辐射场型的相位。
此外，第一开关单元230的开启或关闭，可由处理器210对第一开关单元230的输入电压来决定。如图2A所示，处理器210的电力单元216提供第一电压经由设计电路240的一端输入，经过限流电阻242、电容单元244及电感单元246的设计，间接经由设计电路240的另一端输出到与第一开关单元230耦接的一端，处理器210的电力单元216并直接提供第二电压予第一开关单元230的另一端，值得说明的是，如前述电抗性负载248可以让直流信号通过，因此在实作上，电抗性负载248与第一开关单元230在电路的位置可以互换，例如，以第二电压供电给电抗性负载248，再间接供应给第一开关单元230，同时也间接透过限流电阻242、电容单元244及电感单元246供电给第一开关单元230。本发明的天线调谐系统，可利用处理器210调整第一电压及第二电压的数值，借以对第一开关单元230进行开启或关闭。
处理器210的控制单元214控制电力单元216提供第一电压及第二电压予第一开关单元230，借以开启与第一寄生天线120连接的第一开关单元230，其中，第一电压经由设计电路240间接提供予第一开关单元230，第二电压直接提供予第一开关单元230，第一电压与第二电压的差值决定第一开关单元230的开启或关闭，在一实施例中，第一开关单元230是PIN二极管，经第一电压与第二电压的差值而开启时将会导通电抗性负载248到一第二电压准位，在本实施例中，第二电压准位为一接地准位，使得第一寄生天线120与电抗性负载248到接地之间形成一通路，使第一寄生天线120耦合感应的能量得以与主天线110结合作用。若电抗性负载248偏电感性，则使主天线110结合第一寄生天线120合成的辐射场型为一电感性负载模式。在电感性负载模式下，将辐射场型的一中心剖面投影至一X-Y座标轴作能量分析，其中辐射场型的中心剖面的一电磁波能量从0度起递增，在60度时的电磁波能量到达一最大值，接着开始递减，至180度时，辐射场型的中心剖面的电磁波能量为一最小值，接着再开始递增，至300度时电磁波能量再次到达最大值，接着再开始递减直至360度，如图4B所示。
承上所述，如电抗性负载248偏电容性，使主天线110结合第一寄生天线120合成的辐射场型一电容性负载模式。在电容性负载模式下，将辐射场型的一中心剖面投影至一X-Y座标轴作能量分析，其中辐射场型的中心剖面的一电磁波能量在0度时为最小值，从0度起递增，在120度时的电磁波能量到达一最大值，接着开始递减直至180度，接着再开始递增，至240度时电磁波能量再次到达最大值，接着再开始递减直至360度，回到最小值，如图4C所示。
诚如上述，一个寄生天线所对应的开关单元及设计电路，可为单一个且为使用者预先配置，换言之，就上述实施例而言，以固定的电抗性负载248(电容性或电感性)、一个第一开关单元230及一个设计电路240决定是否导通连接。然而，在本发明第二实施例中，可以具有双重不同电抗性的负载电路以及具有两个开关单元，例如其中一个电抗性负载是电容性负载，另一个电抗性负载是电感性负载。如图2B所示，在本发明的第二实施方式中，包括第一开关单元230及第二开关单元235，另包括具有限流电阻252、电容单元254、电感单元256及电感性负载258的设计电路250，及具有限流电阻262、电容单元264、电感单元266及电容性负载268的设计电路260。
在第二实施例中，控制单元214可以选择开启第一开关单元230及第二开关单元235这两个开关单元其中之一，据此可让本发明的天线谐振系统，选择性地具有电感性负载258或电容性负载268。其中，值得说明的是，在第一寄生天线120与电感性负载258、电容性负载268的连接处，透过可以阻隔直流信号的电容元件，如图3B中的直流阻隔电容器(DCBlock Condenser)270及276，分隔第一开关单元230及第二开关单元235各自不同的直流控制信号，以阻隔两开关单元对于彼此的干扰，因此处理器210可以透过第一电压、第二电压去控制第一开关单元230，也可以透过第三电压、第四电压去控制第二开关单元235，进而实现不同性质电抗性负载的选择与切换。举例来说，若第一开关单元230被切断之后，与第一开关单元230相应的设计电路250将会因电感单元256形成如交流信号阻隔器的作用而有如同断路或空接的情形，此时第一寄生天线120的作用，将由被开启的第二开关单元235所对应的设计电路260中的电容性负载268决定，并与主天线110结合产生特定场型。
承上所述，本发明的天线调谐系统，利用处理器210提供第一开关单元230及设计电路240电压，开启第一开关单元，以让主天线110与第一寄生天线120进行谐振。根据设计电路240电路元件所产生的负载差异，使得主天线110与第一寄生天线120之间能具有不同能量分布的辐射场型。因此，本发明的天线调谐系统，可根据目标站台的位置，选择主天线110将与哪一个寄生天线进行谐振。将辐射场型能量最高处对准目标站台的方向，能让目标站台享有最高的通讯品质，将辐射场型能量最低处对准未被授权的站台，亦可避免不必要的通讯干扰。
综上所述，本发明提供一种天线调谐系统，天线调谐系统利用各式的电感电容负载设计，形成不同的谐振效果，以产生不同的天线辐射场型。藉此，特定的天线辐射场型将能量集中在目标站台的方向，另可避免能量浪费在未被允许发送的站台或干扰源。
虽然本发明已以多种实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种天线调谐系统，适用于调整一主天线结合至少一寄生天线所产生的一合成辐射场型，其特征在于，该天线调谐系统包括：
一处理器，连接至该主天线及各该寄生天线，该处理器在各该寄生天线中选定一第一寄生天线，其中该第一寄生天线结合该主天线能对一目标站台检出相对最大的一接收信号强度指标；
至少一设计电路，与各该寄生天线一对一连接，该设计电路并连接该处理器，控制该主天线与该寄生天线所产生的该合成辐射场型；以及
至少一开关单元，与各该设计电路一对一连接，并连接该处理器，该处理器控制该开关单元，开启或关闭该设计电路与其对应的该寄生天线的连接关系。
2.根据权利要求1的天线调谐系统，其特征在于，该处理器还包括：
一收发单元，该收发单元检出对于该目标站台所产生的各该接收信号强度指标；以及
一控制单元，耦接至该收发单元，根据各该接收信号强度指标，选定该第一寄生天线，该控制单元并控制与该第一寄生天线对应连接的一第一开关单元，使该第一开关单元开启该第一寄生天线，控制该主天线与该第一寄生天线产生谐振。
3.根据权利要求2的天线调谐系统，其特征在于，该处理器还包括：
一电力单元，该控制单元驱动该电力单元提供电力予该开关单元。
4.根据权利要求2的天线调谐系统，其特征在于，当该控制单元关闭与各该寄生天线对应连接的各该开关单元，该主天线结合各该寄生天线所产生的该合成辐射场型成为一全向天线模式。
5.根据权利要求3的天线调谐系统，其特征在于，该设计电路还包括：
一电抗性负载，该控制单元控制该电力单元提供一第一电压及一第二电压予该开关单元，以控制该开关单元，其中，该第一电压经由该设计电路间接提供予该开关单元，该第二电压直接提供予该开关单元，该第一电压与该第二电压决定该开关单元的开启或关闭，其中，该电抗性负载为一电感性负载，该合成辐射场型为一电感性负载模式。
6.根据权利要求3的天线调谐系统，其特征在于，该设计电路还包括：
一电抗性负载，该控制单元控制该电力单元提供一第一电压及一第二电压予该开关单元，借以控制该开关单元，其中，该第一电压经由设计电路间接提供予该开关单元，该第二电压直接提供予该开关单元，该第一电压与该第二电压决定该开关单元的开启或关闭，其中，该电抗性负载为一电容性负载，该合成辐射场型为一电容性负载模式。
7.一种天线调谐方法，适用于调整一主天线结合至少一寄生天线所产生的一合成辐射场型，其特征在于，该天线调谐方法包括：
在各该寄生天线中选定一第一寄生天线，其中该第一寄生天线结合该主天线对于一目标站台具有相对最大的一接收信号强度指标；
提供至少一设计电路，与各该寄生天线一对一连接，用以控制该主天线与该寄生天线结合所产生的该合成辐射场型；以及
提供至少一开关单元，与各该设计电路一对一连接，控制该设计电路与其对应的该寄生天线间的连接关系。
8.根据权利要求7的天线调谐方法，其特征在于，还包括：
驱动一电力单元提供电力予该开关单元，控制该开关单元开启或关闭该设计电路与其对应的该寄生天线间的连接。
9.根据权利要求7的天线调谐方法，其特征在于，还包括：
关闭与各该寄生天线对应连接的各该开关单元，该主天线结合各寄生天线所产生的该合成辐射场型为一全向天线模式。
10.根据权利要求8的天线调谐方法，其特征在于，还包括：
提供一电抗性负载于该设计电路；
通过该电力单元提供一第一电压及一第二电压予该开关单元，控制该开关单元，其中，该第一电压经由该设计电路间接提供予该开关单元，该第二电压直接提供予该开关单元，该第一电压与该第二电压决定该开关单元的开启或关闭；
当该电抗性负载为一电感性负载，该主天线结合该寄生天线所产生的该合成辐射场型为一电感性负载模式；以及
当该电抗性负载为一电容性负载，该主天线结合该寄生天线所产生的该合成辐射场型为一电容性负载模式。
11.一种天线调谐系统，适用于调整一主天线与至少一寄生天线结合产生的一辐射场型，其特征在于，该天线调谐系统包括：
一处理器，连接至该主天线及各该寄生天线，该处理器在各该寄生天线中选定一第一寄生天线，其中该第一寄生天线结合主天线能对于一目标站台检出相对最大的一接收信号强度指标；
至少二设计电路，所述设计电路与该寄生天线连接，所述设计电路并连接至该处理器，控制该主天线与该寄生天线间的该辐射场型，所述设计电路至少具有一电容性负载与一电感性负载；以及
至少二开关单元，与该寄生天线连接，该处理器控制所述开关单元，开启或关闭所述设计电路与其对应的该寄生天线间的连接关系。
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