TWI249266B - High gain antenna for wireless applications - Google Patents

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TWI249266B
TWI249266B TW093114158A TW93114158A TWI249266B TW I249266 B TWI249266 B TW I249266B TW 093114158 A TW093114158 A TW 093114158A TW 93114158 A TW93114158 A TW 93114158A TW I249266 B TWI249266 B TW I249266B
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Description

五、發明說明（1) 〔發明領域〕 本發明係有關於移動式或可攜式行動通信系統。特別 是’本發明係有關於這類行動通信系統之天線裝置，其 中，這種天線裝置係增加方位方向之天線增益，藉以提供 改良之波束成型。 〔發明背景〕 分碼多重存取（CDMA )通信系統係提供基地台及至少 一移動式或可攜式用戶單元間之無線通信。通常，這種基 地台係電腦控制之收發器集合，藉以互連至地表基礎之公 用父換電話網路（PSTN)。另外，這種基地台更具有天線 裝置，藉以傳送正向連結射頻信號至這些移動式或可攜式 用戶單元’及’藉以接收這些移動式或可攜式用戶單元之 反向連結射頻信號。另外，各個移動式或可攜式用戶單元 亦具有天線裝置’藉以接收這些正向連結射頻信號，及， 藉以傳送這些反向連結射頻信號。通常，移動式或可攜式 用戶單元係數位行動電話手機或耦接至行動數據機之個人 電腦。在這類行動通信系統中，複數個移動式或可攜式用 戶單元可能會傳送及接收相同中心頻率之信號，但，個別 移動式或可攜式用戶單元之傳送或接收射頻信號卻會利用 不同調變數碼以示區隔。 除了分碼多重存取（CDMA )以外，基地台及至少一移 動式或可攜式行動用戶單元間之無線通信亦可以採用其他 無線通信技術，包括：分時多重存取（TDMA )、全球&動 1249266 五、發明說明（2) 通信系統（GSM〕 各種802· 11標準 無線通信技術中 有鐘於此，這些 技術均可以採肖 法所述，經由天 將可以獲得改善 在移動式或 接收之天線裝置 種天線裝置具有 動式或可攜式用 向連結語音或資 元傳送，及，調 率之載波信號， (CDMA )系統中 種調變載波信號 於特定頻率接收 調變’及，會被 理電路。 提出之 。在這些 線裝置。 任何習知 本發明方 統之效能 號傳送及 裝置。這 至這種移 以接收反 式用戶單 至特定頻 多重存取 單元。這 天線裝置 收發器解 、電機電子工程師協會（IEEE ) 、及所謂之’’藍芽”工業發展標準 ，接收端及傳輸端均需要使用天 無線通信技術及該項技術領域之 本發明方法製成之天線裝置。如 線增益之增加，這些無線通信系 〇 可攜式用戶單元中，最常用於信 f是單極天線裝置或全方向天線 單電線或天線元件，藉以耦接 戶單元之收發器。這種收發器可 料=號以經由這種移動式或可攜 變這些反向連結語音或資料信號 其中，調變數碼（亦即：在分碼 )會指定給移動式或可攜式用戶 會經由這種天線裝置傳送。這種 之正向連結射頻信號會經由這種 供應至這種移動式或可攜式用戶 本質上，單極 就是說，在水平 、’裝置之傳送信號乃是全方向的。也 致相同之信妒強:面之個別方向中，傳送信號均會具有大 收亦是全方向的。7 ’利用單極天線元件之信號接 方向之接收虽天線裝置並無法單獨區隔某一方位 °就及另—方位方向之相同或不同信號。另
1249266 、發明說明（3) 外’在特定方位方向中，單極天線裝置亦無法產生顯著輻 射。一般而言，天線圖案可以稱為環管形狀，其中，天線 元件乃是設置於環管開口之中央。 移動式或可攜式用戶單 美國專利號碼US Patent No 系統乃是方向性天線系統， 固定兩個天線元件（舉例來 線元件會分別連接至相位平 遲分別告知輸入信號，藉以 接收及傳輸模式），進而在 束。波束之集中亦可以稱為 此’這篇專利所述之雙元件 定區段或方向，藉以適應移 基地台之方位變化，進而使 化。同樣地，天線接收特徵 分碼多重存取（CDMA ) 制系統。也就是說，當某個 或可攜式用戶單元數目愈多 位元誤差率亦會愈大。在面 為了維持信號及系統之整合 或更多個使用者之最大容許 用戶單元之數目，藉以清除 為了使最大容許資料速率增 用戶單元數目應該要減半。
元之第二種天線裝置可以參考 • 5617102。這篇專利所述之 其係在膝上型輕便電腦之外殼 說）。這種系統具有之個別天 移器。相位平移器會將相角延 調整天線圖案（可以同時適用 選擇方向提供集中式信號或波 天線增益或方向性之增加。如 天線便可以將傳輸信號指向預 動式或可攜式用戶單元相對於 方位變化導致之信號損耗最小 亦可以利用相位平移器控制。 行動電話系統可以視為干擾限 胞兀及相鄰胞元之主動移動式 時、’頻率干擾亦會愈大，且， 對逐，增加之位元誤差率時， 性’系統操作者可以降低某個 資料速率，或，可以降低主動 /曰在干擾之電波。舉例來說， 加兩倍，士 & 主動移動式及可攜式 …、、而，由於缺少個別系統使用
第7頁 J249266 五、發明說明（4) 者之優先順序指 料速率之增加。 單元亦可以採用 一般而言， 線達成。經由個 制，相位陣列係 較於傳輸或接收 些技術製作之天 可攜式行動用戶 相對變小，且， 在無線通信 習知天線裝置會 路徑衰減。在多 或可攜式用戶單 之傳遞路徑中遭 被物體（諸如： 之反射版本指向 同傳輸射頻信號 各個接收射頻信 距離接收器之傳 相位可能會有所 輸射頻信號可能 接收信號之衰減 單元件天線 派’這種技術並無 最後’基地台及移 方向性天線，藉以 方向性天線波束圖 別相位陣列天線元 可以電性掃描或指 信號之波長，當元 線效率及增益有可 單元採用這類天線 天線效能亦會相對 糸統中，移動式或 具有各種缺點。一 重路徑衰減中，傳 元）之傳輸射頻信 遇干擾。舉例來說 建築物）反射，進 接收器。在這種情 之兩個版本，即： 號之頻率將會完全 輸路徑長度差異， 不同。因此，原始 會部分或完全抵銷 或遺漏（多重路徑 裝置相當容易受到 法經常用 動式及/ 迴避超額 案可以經 件之輸入 向特定方 件間隔變 能會降低 時，天線 妥協。 可攜式用 種缺點即 送者（基 號可能會 ，傳輸射 而使原始 況中，接 原始版本 相同，但 原始版本 傳輸射頻 (破壞性 衰減）。 多重路徑 於最大 或可攜 干擾。 由相位 信號相 向。然 小時， 。當移 陣列間 戶單元 是所謂 地台或 在個別 頻信號 傳輸射 收器會 及反射 ，由於 及反射 信號及 干擾） 容許資 式用戶 陣列天 位控 而，相 利用這 動式或 隔將會 採用之 之多重 移動式 接收器 可能會 頻信號 收到相 版本。 反射及 版本之 反射傳 ，造成 衰減之影響
1249266 ------—---一 五、發明說明（5) 單元件天線裝置並無從決定 法旋轉以精確偵測及接收特 置之方向圖案乃是受制於天 多重路徑衰減，單元件天線 或導向（亦即：水平或垂直 先刖所述之雙元件天線 衰減之影響，因為天線圖案 半球狀波瓣之對稱及相對特 多或少具有對稱及相對特性 (相對於前側之信號）可能 同大小之功率。也就是說， 器前面或後面之物體反射、 由相對方向反射回到接收器 因為多重路徑衰減而出現破 (在行動通信系統中，另 擾。大部分行動通信系統均 別胞元之中央均會設置基地 是欲使相鄰基地台分別間隔 有六個侧邊之多邊形，基地 胞元之邊界會彼此鄰接，藉 影像（若個別胞元之邊界均 形狀均表示成六邊形）。通 會利用最小功率驅動，藉以 可接受信號，由胞元邊界傳 傳輸信號之方向，且因此’無 定方向之信號。單元件天線裝 線裝置之實體結構。為了排除 裝置僅能夠改變天線實體位置 卜 裝置亦相當容易受到多重路徑 ,，在相位平移器啟動時，形成 性。由於天線圖案形成波瓣或 ，反射至天線裝置背侧之信號 會與原始傳輸射頻信號具有相 若原始傳輸射頻信號經由接收 並同原始傳輸射頻信號同時經 ，則兩信號之相位差將可能會 壞性干擾。 一種缺點乃是相互胞元信號干 會分割為多個胞元，其中’個 台。個別基地台之放置方式乃 六十度。個別胞元可以視為具 台則放置於多邊形中央。個別 此，胞元群組將可以形成蜂巢 繪製成直線，且，個別胞元之 常，胞元邊界與基地台之距離 將移動式或可攜式用戶單元之 送至胞元基地台（也就是說，
第9頁 1249266 五、發明說明（6) 以使可接受信號可以得送 一般而言，相互胞元干 式或可攜式用戶單元，將信 相鄰胞元通信發生干擾之情 或近似頻率信號將可能會造 擾之缺點可能會進一步惡化 常會利用較高傳輸功率，藉 效收到傳輸信號。另外，接 或可攜式用戶單元信號亦可 至基地台，進而造成額外干 另外，相互胞元干擾之 (CDMA )系統中進一步惡化 常會於相同載波或中心頻率 言’在相鄰胞元中，操作於 地台之兩用戶單元可能會彼 一基地台接收。在這種情況 信號之雜訊。另外，干擾之 調變能力亦可能受到用戶單 一用戶單元設置於胞元邊界 =功率位準傳輸（相較於相 f元），藉以順利到達預定 單元之信號亦可以經由另一 胞元之基地台）。根據另一 之相對功率位準，另一基地 胞元半徑距離之功率）。 擾僅會發生於胞元邊界之移動 號傳送至相鄰胞元邊界、並與 況下。通常，相鄰胞元之相同 成相互胞元干擾。相互胞元干 ，因為胞元邊界之用戶單元通 以使胞元中央之基地台能夠有 收器前面或後面之另一移動式 能會基於相同功率位準地傳送 擾。 缺點亦會在分碼多重存取 ，因為相鄰胞元之用戶單元通 傳輸彳§ 7虎。舉例來說’ 一般而 相同載波頻率但傳輸至不同基 此干擾，若兩信號分別經由單 下’某一信號可能會成為另— 程度及接收器之信號偵測及解 元操作功率位準之影響。若某 ，則這個用戶單元可以利用較 同胞元及相鄰胞元之其他用^ 之基地台。然而，若這個用戶 基地台接收（也就是說，相鄰 基地台之兩相同載波頻率信號 台並無法區隔相同胞元之傳^
I249266
發明說明（7) 相鄰胞元之傳輸信號。有鑑於此 便 機制’藉以降低用戶單元天線裂置視野，其 善正=機制降低基地台接收之干擾傳輸數目，藉以改 = i基地台至用戶單元）之操作。同樣地，反向 以dr可以降低預定之傳輸信號功率，藉 a廷到接收信號品質之要求。 〔發明概述〕 根據本發明，_藉妥姑 雙朽0a 裡天線係包括一主動元件及複數被動 ίϊ等=環繞於該主動元件。-控制器係選擇性地控 ，被動雙極，#以操作於一反射式模式或一方向性模 施例ί ΐ=之上述及其他特徵及優點係利用本發明較佳實 類似圖彳：啼配合所附圖式詳細說明，文中，+同圖式之 例妗制"，2係表示相-同元件。所附圖式並不見得按照比 •曰目對地，圖式重點係放置於本發明原理之介紹。 〔較佳實施例之詳細說明〕 第1圖係表示典型分碼多重存取（CDMA)行動通信系 :之個胞7〇50。這個胞元5〇係表示移動式或可攜式用戶 =兀0 =1至60 — 3與一中央基地台65之通信地理區域。各 移動式或可攜式用戶單元6〇係具有一個天線，且，這個 =線係根據本發明之方法設置。這些移動式或可攜式用戶 早元6 0係可以經由系統操作者提供無線資料及/或語音服
1249266 五、發明說明（8) L且，可以經由基地台65 (包括天線68)將各種裝置， 诸如：膝上型電腦 '可攜式電腦、個人數位助理$置 上pda )、或其他裝置，連接至網路?5，諸如 (PSTN) : 、公用育料網路、或私人區域網路。基地台65及網路 75之通信係可以利用各種通信協定，諸如：主要速率整 服務數位網路業務（PRI)、或其他資料頻道連結存取程 序（LAPD )基礎之協定，諸如：IS _ 634或”2、或傳輸 控制協定/網際網路協定（TCP/IP)，若網路75為封= 基礎之乙太網路，諸如：網際網路。這些移動式或可攜式 用戶單元60本質上係可以移動，且，可以在與基地台旰通 信時由某一位置移動至另一位置。當這些移動式或可攜式 用戶單元6 0離開某個胞元並進入另一胞元時，通信連結將 會由現有胞元之基地台交接至進入胞元之基地台。
第1圖係表示某個胞元50之單一基地台65及三個移動 式或可攜式用戶單元6 0，其係表示本發明之較佳實施例， 且’方便說明本發明之詳細動作。當然，本發明亦可以適 用於他種系統，其中，多個移動式或可攜式用戶單元係可 以與個別胞元（諸如：這個胞元5 〇 )之單一或多個基地台 通信。 另外，熟習此項技術者亦應該明白，第1圖係表示一 種標準之移動式通信系統，其可能應用各種信號發送方 法，諸如：分碼多重存取（CDMA )、分時多重存取 (TDMA )、全球行動通信系統（GSM )、或其他方法。在
第12頁 1249266 五、發明說明^ —-----^ 一種較佳實施例中， · (CDMA )通信系統，卑1圖係表示一種分碼多重存取 系統係利用分碼多 且’這種分碼多重存取（CDMA )通信 準。另外，孰二原理’諸如：廣播界面之IS — 9 5 B標 *、、、白此項技 佳實施例亦可能廉用无衔者亦應該明白，本發明之各種較 通信系統係利用^種於其他無線通信系統，且，這些無線 或藍芽標準。 榎通信協定，諸如：IEEE 802· 11標準 在胞元基礎系缔 戶單元60係運用天綠之較佳實施例中’移動式或可攜式用 頻信號之方向性接妆7〇以提供基地台65傳輸之正向連結射 至基地台65之反向、查，及，由移動式或可攜式用戶單元60 方向性傳輸。在i 結射頻信號（經由波束成型程序）之 73舉例說明，且，"中，這種觀念係利用波束圖案71至 式用戶單元60，沿著最二至73係由各個移動式或可攜 伸。經由將傳輸於：Ϊί 位，至基地台65之向外延 65位置之3 基地台65…經由直接接收基地台 ί:減另Γ!:移動式或可攜式用戶單元6。之 65方向向外延伸、並沿著其他全部 m也台 動：或可攜式用戶單元60 — i，—2、6〇:因此，/移 號傳輸將會需要較少功率。藉此二將 了 ^ k供更大之增益，相較於等向性發射天線。 之天f系气示提供方向性波束圖案及運用本發明方法 之天線陣列之較佳實施例。在第2圖中，天 ⑽
第13頁 1249266 五、發明說明（10) m環狀陣列，且，四元件環狀陣列係具有四天線元 件103。爭„_路徑網路係供給至各個天線元㈣卜這個單 二路㈣路係具有四條五十歐姆傳輸線1()5，i，四條五 輸線會與二十五歐姆傳輸線ι〇7交會於接點ι〇6。 線1〇5係具有一個開關108，且，這個開關 係可以/σ利用,線105設置。在第2圖中，各個開關1〇8 : 表示’雖然熟習此項技術者亦應該明 ί取;πϊ元件（諸如：單極雙轉（spdt)㈣關）亦可 :取代一極體。任何情況下’各個天線元和 個別開關m獨立控制。三十五歐姆四分丄 :係可以匹配二十五歐姆傳輸線m及五十歐姆長傳\壓， =乍上’兩個相鄰天線元件丨〇 3係可以經由封閉相連 : 連接至傳輸線1 0 5。這兩個天線元件丨〇 3係可 為=動元件，同時，具有開啟相連開關108之另兩個天線 1 0 3係可以做為反射器元件。因此，相鄰開之 何配對均可以封閉，藉以產生理想之天線波束圖案^任 ΐ配線i列1〇°亦可以連續開啟及封閉相鄰開關1〇8 ^ 進仃知描，進而改變這個天線陣列1 〇 Q之主動元 件並完成波束圖案之移動。在這種天線陣列丨〇 〇之 一 2 較佳實施例中，單一天線元件之啟動亦有可能，其 輸線1 07係具有五十歐姆特徵阻抗，且，四分之一 壓器110係不再需要。 夜長變 第3圖係表示另一種天線陣列之設計，其係可以呈 1249266 五、發明說明（11) 低費用、低電力、低損耗、低成本、中等方向性、電性可 掃描之天線陣列。這種天線陣列13〇係具有單一激態天線 元件，其中，單一激態天線元件可以利用電性可調變被動 元件％繞’且’可調變被動元件可以視需要做為方向器或 反射器。這種較佳實施例之天線陣列丨3 〇係具有單一中央 主動元件132，其中，單一中央主動元件132環繞五個被動 反射器一方向器134至138。這些反射器—方向器134至丨38 亦可以稱為被動元件。在一種較佳實施例中，這個主動元 件1 3 2及這些被動元件1 3 4至1 3 8係雙極天線元件。如圖中 所示，這個主動元件1 3 2係電性連接至五十歐姆傳輸線 140。各個被動元件134至138係連結至單極雙抛（SPDT ) 開關1 6 0。開關1 6 0之位置可以讓各個被動元件1 3 4至1 3 8呈 現方向性狀態或反射性狀態。在方向性狀態中，天線元件 好像沒看見射頻信號，且因此，會將射頻信號能量指向正 向方向。在反射性狀態中，射頻信號能量係沿著來源方向 退回。
電性掃描之實施係應用單極雙拋（SPDT )開關160完 成。各個開關1 6 0係將個別被動元件搞接至兩個分離開路 或短路傳輸線區段之一。各個傳輸線區段之長度係預先決 定’藉以產生被動元件1 3 4至1 3 8之必要反應阻抗，及，達 成方向性狀態或反射器狀態。另外，反應阻抗亦可以運用 特殊應用積體電路（ASIC)或塊狀反應負載完成。 在使用中，這種天線陣列1 30係將被動元件1 34、 1 37、138放置於反射性狀態，及，將被動元件135、136放
酬
第15頁 1249266 五、發明說明（12) 置於方向性狀態，藉以沿著箭頭1 6 4之方向提供固定波束 方向性圖案。波束掃描之實施係可以運用環狀被動元件 134至138之相鄰開關160之連續開啟及封閉。當全部被動 元件1 34至1 38均放置於方向性狀態時，全方向性模式係可 以達成。 熟習此項技術者應該明白，這種天線陣列丨3〇係具有N 種操作之方向性模式，其中，N係表示被動元件之數目。 基本之陣列模式係需要將N個被動元件全部切換至方向性 狀態，藉以達成全方向之遠場圖案。另外，將一個至大約 一半數目之被動元件切換至反射器狀態，連續增加方向性 係可以完成。 第4圖係表示另一種天線陣列1 9 8，且，這種天線陣列 1 9 8係具有六個垂直單極2 〇 〇，排列於某個中央元件2 〇 2之 約略相等半徑（且具有約略相等之相角間隔）。這個中央 兀件係傳輪模式之主動元件，如圖式符號2 〇 6所示之交流 輸入信號。根據天線對等原理，主動元件2〇2係利用對等 方式處理欲傳輸至天線陣列198之信號。這些被動元件2〇〇 係在個別位置選擇性地提供反射性特徵或方向性特徵，萨 以调整來自（或送至）主動元件2〇2之放射圖案之形狀。 反射性特徵/方向性特徵或其組合係可以利用可變電抗元 件204設定，且，可變電抗元件2〇4係相連於各個被動元件 20 0。當這些被動元件2〇〇做為方向器時，主動元件2〇2之 傳輸射頻信號能篁（在接收模式申，主動元件2〇2之接 射頻信號）會穿過環狀之被動元件2〇〇，藉以形成全方向
第16頁 1249266 五、發明說明（13) 之天線波束圖案。當這些被動元件2〇〇做為反射器時，主 動元件202之傳輸射頻信號能量係反射回到環狀天線之中 央。一般而言，改變共振長度通常可以使天線元件改變為 反射性，當天線元件大於共振長度時（其中，共振長度定 義為/2或/4，若地點平面低於天線元件），或，可以 使天線το件改變為方向性/穿透性，當天線元件小於共振 長度時。在這些被動元件2〇〇中，連績之反射器分布可以 使射頻信號能量之圖案平行於那些方向器之方向。 如第4圖所示，各個被動元件200及主動元件202係定 ^以垂直極化傳輸或接收信號。另外，熟f此項技術者應 月白水平放置天線元件係可以得到水平信號極化。對 綠^平極化而言，被動元件200係可以利用迴路或環狀天 ^取代，且，主動元件202係可以利用水平雙極天線取 可以進 所示， 置環狀 外帶係 &置於 低傳遞 接收波 緩，相 部分。 據本發明 一步調整 天線波束 之介電基 定義内部 内部孔隙 常數之慢 )與這個 對於傳輸 因此，上 之方法 為更具 圖案之 底 210 、 孔隙， 裡面。 波結構 介電基 波（在 升方向 ’穿過方向性被動元件2 〇 〇之能量 方向性之天線波束圖案。如第5圖 调整係可以在天線陣列1 9 8周圍放 •這個介電基底2 1 〇係環狀，其中， 且，被動元件2 0 0及主動元件2 〇 2係 這個介電基底210係較大氣具有更 。因此，傳輸波（在接收模式中， 底21 0接觸之部分係可以導引及放 接收模式中，接收波）之自由空間 之射頻信號能量圖案係縮窄（上升
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五、發明說明（14) 月b里之哀減），且，射頻信號能量亦可以集中於方位方 向。藉此，天線增益便可以增加。基本上，慢波結構係可 以沿著介電基底方向導引功率或射頻信號能量，藉以形 更具方向性之天線波束圖案。在一種較佳實施例中，這個 介電基底之半徑至少等於二分之一波長。另外，熟習此項 技術亦應該明白，慢波結構可能具有各種形式，諸如：介 電厚板、皺紋導電表面、導電格柵、或其組合。 ；，
通常，這個可變電抗元件2〇4係可以使這些被動元件 20 0及這個介電基底21〇之操作來最佳化。對於給定操作頻 率而言，每當這些被動元件2 0 0及這個介電基底之内部孔 隙周圍間之最佳距離建立後，這個距離便會在給定頻率之 操作期間維持不變。 立第6圖係表示這個介電基底210沿著第5圖介電基底21〇 4面6—6之示意圖。這個介電基底21〇係具有兩個逐漸變 =之邊緣2 18及220。另外，低於這個介電基底21〇之地點 ;面222亦可以見於圖中。這些逐漸變細之邊緣218及22〇 =輕大氣與基底之轉換，反之亦然。突發之轉換可能會 =、入射波之反應，進而在這種情況下降低慢波結構之效
有 逐 數 亦 在？ 6圖中’雖然這些逐漸變細之邊緣218及㈣係具 :1等之：度但疋’热習此項技術者亦應該明白，當 漸支細之邊緣愈長日夺，？由空間傳遞常數及介電傳遞常 之轉換亦會愈加有利。：¾外，& ~ ^ ^ 及個逐漸變細之邊緣長度 可以取決於這個介電基底210之可用空間。理論上，這
第18頁 1249266 五、發明說明（16) 天線元件200、202及介電基底210亦可以整合於膝上型電 腦之表面，藉以使被動元件2 0 0及主動元件2 0 2能夠垂直延 伸至表面上方。另外，這個介電基底21 〇係可以整合於膝 上型電腦裡面，或，亦可以形成分離元件以設定於表面並 環繞被動元件200。當整合至表面時，被動元件2〇〇及主動 元件202係可以面向表面可摺疊地放置（在摺疊狀態 中），且，亦可以部署成垂直狀態以進行操作。每當被動 元件200及主動元件202垂直定向時，分離之介電基底21〇 便可以安置於被動元件20 0周圍。 這個介電基底2 1 0係可以利用低損耗材料製造，包 括：聚笨乙烯、氧化銘、聚乙稀、或人造介電材料。另 外，熟習此項技術者亦應該明白，人造介電材料係利用中 央金屬球體填滿之物體，且，中央金屬球體係彼此隔離。 第7圖係表示另一種具有皺紋金屬圓盤25〇之天線陣列 230，其中，皺紋金屬圓盤250係環繞被動天線元件2〇〇。 皺紋金屬圖盤250，其可以提供第5圖介電基底21〇之增益 改善功能，係具有複數個周圍平台252，藉以在各個平台 間定義凹槽2 5 4。第8圖係表示第7圖天線陣列2 3 〇剖面8 — 8 之示意圖。需要注意的是，最内側之平台2 5 2 A係具有逐漸 變細之表面256。另外’最外側之平台252B及252(：亦分別 具有逐漸變細之表面2 58及260。如第5圖之較佳實施例所 示，這些逐漸變細之表面256及258係提供自由空間及皺紋 金屬圓盤250傳遞常數間之轉換區域。誠如介電基底21〇， 皺紋金屬圓盤2 5 0可以做為慢波結構，因為這些凹槽2 5 4將
第20頁 1249266 五、發明說明（17) 會具有大約四分之一波長之深度，且因此，將會具有阻抗 以^進近似開啟電路之射頻信號（也就是說，自由空間之 四分之一波長）。然而，由於這些凹陷並無法精確地呈現 開啟電路’因此，這個阻抗亦可能會造成行進波之彎曲， 誠如第5圖介電基底210所造成之彎曲。若這些凹槽254果 真能夠提供完美之開啟電路，射頻信號能量將不會受困於 技些凹槽254 ’且因此，行進波之彎曲亦可能會消失。成 1實施第7圖較佳實施例之關鍵係射頻行進波之受困。當 &些凹槽2 5 4彳艮淺時，這些凹槽2 5 4將可以釋放行進波，且 因此’輪廓（也就是說，平台及凹槽之位置）將可以控制 行進波能夠放射形成平行波前之位置及程度。舉例來說， 若54些凹槽係徑向定位，行進波將會沿著這些凹槽單調行 進’且’行進波將無法控制。雖然第7圖及第8圖之較佳實 施例係表示三個凹槽或凹陷，但是，熟習此項技術者亦應 該明白’額外之凹槽或凹陷亦可能提供，藉以進一步控制 行進之射頻行進波，及，改善方位方向之天線方向性。 第9圖係表示本發明較佳實施例之另一種天線陣列 258 ’這種天線陣列258係包括··地點平面26〇、先前討論 之主動元件2 0 2、及被動元件2 〇 〇。另外，第9圖係具有複 數個寄生導電格栅262。在第9圖之較佳實施例中，寄生導 電格栅262係沿著被動元件2〇〇之相同徑線、並與被動元件 2 0 〇之相同徑線呈現特定間隔。就某種意義來說，第9圖之 天線陣列2 5 8係第7圖天線陣列2 3 0之特例。周圍平台2 5 2之 馬度係利用寄生導電格柵262之位置表示。在第8圖中，外
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部平台2 5 2 B及2 5 2 C之逐漸變細表面係沿著遠離中央元件 202之方向，將寄生導電格柵262逐漸變細以重覆。
第1 0圖係表示第9圖天線陣列2 5 8剖面1 0 — 1 0之示意 圖。第10圖係表示被動元件2〇〇及主動元件202之典型長 度。另外，在1 · 9 GHz之情況下，寄生導電格柵262間之典 型咼度及間隔亦會同時揭露。一般而言，這個間隔係〇 . g X 至〇·28。主動元件202、被動元件200、複數寄生導電格柵 2 62之間隔通常會關連於各個元件之高度。若被動元件2〇〇 及複數寄生導電格柵262等於共振長度，這個元件將會發 生共振並維持接收射頻信號能量。當然，部分射頻信號能 量亦可能會洩漏至周圍元件。若這個元件小於共振長度， 這個元件阻抗將可能會使這個元件因授與相位前進而成為 正向散射器。散射係放射波通過障礙物、並全方向重新放 射之程序。若散射係行進波正向之關鍵部分，散射將可以 稱為正向散射。若這個元件大於共振長度，得到的相位遲 延將會與原始行進波互動，進而降低或抵消正向行進放射 波。因此’射頻信號能量將會反向散射。也就是說，這個 元件將可以做為反射器。在第9圖之較佳實施例中，這些 寄生導電格柵262可以短路至地點平面260，或，這些寄生 導電格柵262亦可以調整地反應負載，其中，反應負載係 有效調整任何寄生導電格栅2 6 2之等效長度，藉以使寄生 導電格柵2 6 2之長度等於、小於、或大於共振長度，進而 得到先前所述之方向性效應或反射性效應。經由這種可控 制反應特徵之提供，方向性程度或波束圖案便可以視需要
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五、發明說明（19) 變動。 應該注意的是，在第9圖之較佳實施例中，地點平面 之形狀係五邊形。在另一種較佳實施例中，地點平面之形 狀係圓形。在本發明之一種較佳實施例中，地點平面2 6 〇 之側面數目係等於被動元件之數目。如第5圖及第7圖所示 之較佳實施例’該等格柵或寄生導電元件2 6 2係可以減緩 射射信號行進波，進而改善方位方向之方向性。另外，增 加$拇亦可以進一步降低上升方向之射頻信號能量。需要 注意的是，當各個被動元件2 〇 〇係放置於方向性狀態時， 天線陣列258產生之波束圖案係具有五組個別且高度方向 性之f瓣。當兩個相鄰被動元件2〇 〇係放置於方向性狀態 時，咼度方向性之波瓣係因為個別波瓣之能量相加而形成 於兩個方向性兀件間之方向。另外，當所有被動元件 均同時放置於方向性狀態時，全方向薄餅圖案（也就是 說，相對接近於地點平面26〇之平面）係可以產生。 相較於第7圖所示之凹槽254，第9圖之寄生導電格柵 262係具有更尖銳之共振峰值，且目此，能多句更有效率地 J緩射頻信號行進波 '然而，亦如第7圖所述，這些寄生 電格栅M2並無法具有共振頻率之精確間⑱。有鑑於 ^剩餘共振便可能會產生’進而造成射頻信號之放緩效 導電柊柵2:2門々“車列270係具有第9圖之元件，並在寄生 2 複數個空隙寄生元件272，·以進-步 調正射頻信號能量圖案。空隙寄生元件m係基於
第23頁 1249266 五、發明說明（20) 實驗地放置，藉以達成至少一個下列目的，包括：降低全 方向圖案之跳動、當利用寄生元件共振特徵掌控陣列時增 加鬲增益波束位置、降低不理想側邊波瓣、及改善前後功 率比。 在一種較佳實施例中，根據第][丨圖方法建立之天線， 在大約百分之三十之頻寬上，係具有8· 5至9· 5 dBi之峰值 方向性。另外，經由各個被動元件2〇〇之電抗控制，高増 显天線波束亦可以掌控。當全部被動元件2 〇 〇均放置於方 向性模式時’方位平面附近之全方向波束便可以形成。在 全方向模式中，峰值方向性，在方向性模式之相同頻帶 上’係具有5 · 6至7 · 1 dB i之大小。因此，第1 1圖之較佳實 施例係可以同時提供高增益之全方向圖案及高增益之掌控 波束圖案。在一種較佳實施例中，針對操作於丨· 9 2 GHz之 天線而言，空隙寄生元件272之高度大約為丨· 5英吋，且， 主動元件2 0 2至外部空隙寄生元件2 7 2之距離大約為7 · 6英 口寸0 第1 2圖之天線陣列係經由第9圖衍生得到，其中，寄 生導電格栅262之軸向列及被動元件2〇〇係整合或放置於介 電基底或印刷電路板280。需要注意的是，在第9圖之較佳 實施例中，被動元件200及寄生導電格栅262係個別製造。 被動元件20 0會經由隔離材料與地點平面26〇分離，並，電 性連接至先刖所述之電抗控制元件。寄生導電格柵262係 直接短路至地點平面260，或，如先前所述地控制反應負 載。因此，第9 ,圖較佳實施例之製造方法係非常耗費時
1249266 五、發明說明（21) 間。有鑑於此，第1 2圖之較佳實施例係格外有利，因為寄 生導電格桃2 6 2及被動元件2 0 0係印刷於介電基底或印部彳電 路板，或，由介電基底或印刷電路板蝕刻。這種整合及群 組各種天線元件之方法，如圖中所示，係可以提供額外之 機械強度，及，可以改善元件高度及間隔之製造精密度。 由於各種天線元件間之介電材料，第丨2圖之較佳實施例係 可以視為第5圖較佳實施例之介電基底及第9圖較佳實施例 =寄生導電袼栅之混合式。特別是，介電基底28〇係可以 平α寄生導電格柵2 6 2之分離共振特性，進而降低操作頻 寬（頻譜）之增益尖凸形成。 第1 3圖係表示第9圖天線陣列2 5 8及第11圖天線陣列 270之另一種製造方法。在第13圖中，寄生導電格柵262 (及第11圖之空隙寄生元件272 )係經由地點平面262壓 印、然後再向上彎曲以形成寄生導電格柵262 (及第丨丨圖 之空隙寄生元件272 )。第14圖係表示這種製造方法之詳 、、田放大圖。在一種較佳實施例中，寄生導電格柵2 6 2及空 隙寄生7L件272之形成係自地點平面26〇移除υ形區域材 ^ i藉此，沿著ϋ形開口邊緣之可變形接點便可以形成， ：：Ϊ :、地點平面材料仍未移除。隨後，寄生導電格柵262 工隙寄生兀件272之形成係沿著接點並自地點平面26〇之 ::彎曲地點平面260。地點平面2 6〇在移除υ形區域後之 ^ 、工白係利用圖式符號274表示。已知，空白274並不會 ?衫響天線陣列258 (第9圖）及天線陣列(第η 之效此。在第1 3圖之較佳實施例中，主動元件2 〇 2及
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被動元件20 0係形成於分離金屬碟2 8〇之表面，且，分離金 屬磁280係利用螺絲或其他固定器2 82連結於地點平面 26 0 〇 * 第1 5圖係表示根據本發明另一種較佳實施例方法製作 之天線陣列3 〇 〇之示意圖，其中，天線裝置3 〇 〇之繪製係參 考座標系統3 0 1。這種天線陣列3 〇 〇係放射相當比例之傳輸 射頻信號能量於XY平面，其中，χγ平面係垂直於主動元作 2 0 2且可以稱為水平平面。在接收模式中，這種天線陣列 3 〇 0係接收XY平面之相當比例之接收射頻信號能量。一般 而言’相較於先前所述較佳實施例，這種天線陣列3 〇 〇之 水平方向係具有較高之方向性。另外，這種天線陣列3 〇 〇 之地點平面會小於先前所述較佳實施例之地點平面，進而 降低空間需求。這些特徵將會詳細說明如下。 在第1 6圖之俯視圖中，這種天線陣列3 〇 〇係具有複數 天線元件之區段3 0 2，其中，這些區段3 〇 2係可以控制，進 而反射或導引放置於集線器3〇4之主動元件202之射頻信 號。在接收模式中，天線元件係反射或導引接收射頻信 號。熟習此項技術者應該明白，反射性特徵或方向性特徵 係天線元件有效長度相對於操作頻率之函數。由此可知， 經由天線元件之有效長度控制，舉例來說，改變天線元件 之實體長度或切換性地連接天線元件至阻抗，反射性狀態 或方向性狀態便可以達成。 另外，熟習此項技術者亦應該明白，相較於第1 6圖之 六個區段3 0 2，理想之射頻信號能量圖案，諸如：更具方
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向性之天線射頻信號能吾願$ 八％及、派月b置圖案，亦可以利用更多或 區段30 2 (更多或更少之*妗—μ、 ^ ^ y ^ 八M jl hn / f 線7°件）達成。第6圖之區段係 分別具有6 0度之間隔，曰县，、> na 』同彳一疋，廷個間隔亦可以根據理邦之 射頻信號能量圖案選擇。 ^佩里心之
第17圖係表示兩個相對放置之區段3〇2 係具有被動雙極308，且，更具有上區段醒及下區^02 308Β。其餘之區段302，未示於第17圖，係利用類似方法 製作。下區段3 08Β係鄰接於地點平面3丨2，且，利用地點 平面312之特定形狀區段形成。在一種較佳實施例中，地 點平面31 2係利用印刷電路板材料形成，諸如：表面放置 導電層之介電基底。 經由被動雙極3 0 8之反射性狀態放置或方向性狀態放 置’相對於主動元件2 0 2之特定方位方向之天線波束便可 以形成。波束掃描之完成係連續放置各個被動雙極3 〇 8於 放射性狀態或反射性狀態。全方向射頻信號能量圖案之達 成則是同時放置全部被動雙極於方向性狀態。
上區段308A係可以做為切換寄生元件，類似於先前所 述之被動元件2 0 0，其係經由圖示開關3 1 0負載，且，根據 開關310外加阻抗負載以配合下區段308B形成方向器（正 向散射元件）或反射器之雙極。根據使用者供應輸入或根 據已知信號偵測及分析技術，分離之控制器（圖中未示） 係可以決定被動雙極之狀態（舉例來說，反射性狀態或方 向性狀態），藉以控制天線參數並提供最高品質之接收或 傳輸射頻信號。如習知技術所示，這類技術係包括：決定
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傳輸或接收射頻信號之至少一度量，據以調整至少一天線 特徵並改善傳輸或接收射頻信號之各種度量。 上區段3 0 8 A亦可以做為單極元件，且，下區段3 〇 8 b亦 可以構成映射上區段308A之部分地點結構。然而，由於下 區&308B會接地，因此被動雙極3〇8之等效電路，相對於 地點平面’係單極的。被動雙極3 〇 8之放射特徵係類似於 雙極’因為下區段3〇8B會與上區段308A共振。藉此，被動 雙極便可以做為空間饋入元件，進而使上區段3〇8a及下區 丰又308B能夠中斷射頻信號行進波、並將其重新放射，如同 被動雙極一般。由於下區段308B係部分地點平面312，雙 極元件308之平衡負載並不見得必要，且，平衡/非平衡 電路亦不再需要。 ' 了切換負載可以利用間易阻抗實施，且，被動雙極 308還是可以同習知雙極般地對稱放射。較有利者，利用 被動雙極3 0 8可以提供較高之雙極增益，且，對稱放射亦 可以產生水平放射（而非由水平傾斜）。阻抗負載可以視 為上區ί又308A之延伸。若負載是電感性的，上區段MSA之 有效長度將會變長。反之，若負載是電容性的，上區段 308Α之有效長度則會變短。在電感性負載之情況下，上區 段308Α及下區段308Β將可以做為反射器。之之，在電容性 負載之情況下，上區段308Α及下區段308Β將可以做為方向 器。 第1 8圖係表示這種開關3丨〇及其關連元件之詳細示意 圖。雖然第1 8圖係利用機械開關表示，熟習此項技術者應
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該明白’這種開關3 1 0亦可以利用半導體裝置（金氧半場 效電晶體）或微電機系統（MEMS)之開關實施/如第丨/ 所示’這種開關3 1 0係可切換地將阻抗Z1及22連接至上區 段3 08A。兩個阻抗21及22均會利用個別非切換端點連接°至 地點。雖然兩個阻抗Z1及Z2之特定數值係基於至少一理邦 天線操作參數（舉例來說，增益、操作頻率、頻寬、射= 信號能量圖案之形狀）選擇，一般而言，兩個阻抗數值之 某一阻抗數值（舉例來說，Z1 )將會是電容性阻抗，且， 兩個阻抗數值之另一阻抗數值（舉例來說，z 2 )將會是電 感性阻抗。兩個阻抗Z1及22可以利用整體或分散電ς (舉 例來說，延遲線）元件提供。在其他之較佳實施例中，兩 個阻抗數值Ζ1及Ζ2亦可以同時是電容性的（電感性的）， 其中，一個阻抗數值之電容性（電感性）應該要大於另一 阻抗數值之電容性（電感性），藉以達成理想之效能參 數。在其他之較佳實施例中，上區段3〇8Α亦可以切換至不 止兩個阻抗，藉以提供其他之理想效能特徵。 在阻抗zi大致為電容性之較佳實施例中，當開關31 〇 將上區段308Α經由阻抗Ζ1連接至地點時，關連之被動雙極 308將可以做為方向器。另外，當開關31〇連接至大致為電 感性之阻抗Ζ2時，被動雙極3〇8將可以做為反射器。在任 何一種情況下，上區段30 8Α及下區段3〇8Β歸因於接收或傳 輸射頻化號之電流均會產生對稱性雙極效應，進而產生大 致導引於ΧΥ平面之射頻信號能量。相較於有限地點平面上 方之單極元件（也就是說，先前所述之較佳實施例），由
第29頁 1249266 圓 五、發明說明（26) 於被動雙極3 0 8可以得到更具方向性之水平波束，因此， 這種天線陣列3 0 0將可以較先前所述實施例之天線裝置具 有更好之天線增益。 根據本發明，當第1 7圖所示之長度η，在操作頻率 下，可以介於大約0 · 2 5及約略小於〇 · 5之間時，最佳之 天線增益便可以達成。另外，這個範圍以外之其他長度Η 之天線增益亦可以降低。 請繼續參考第1 7圖’在一種較佳實施例中，區域31 4 係具有匹配元件（圖中未不）’糟以連接主動元件2 〇 2及 提供射頻信號以經由主動元件202傳輸之來源，及/或接 收器，藉以接收主動元件20 2之供應接收信號。 利用被動雙極308取代被動元件200及寄生導電格拇 262 (如先前較佳實施例所述），天線陣列3〇〇之改善水平 方向性便可以得到，藉以大致沿著水平導引天線波束。在 一種範例中，這種改善係可以達到4 dB。由於被動雙極 308可以具有實體區分之上區段3〇8A及下區段3〇8β，這些 被動雙極308，相較於配合地點平面下方影像元件操作在 雙極模式之單極元件（也就是說，被動元件2〇〇及寄生導 電格栅262 )，將可以提供較佳之方向性特徵。理論上， 無效地點平面將可以產生完美之影像元件。實務上，地點 平面（舉例來說，如第9圖所示）乃是有限的且影像元件 亦不是完美的’因Jt，平面方向之方向性將可能會降低。 有鑑於此，被動雙極308之利用將可以改善天線陣列3〇()之 方向性。
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以稱為短路雙極Γ:::’寄生方向元件32〇 (亦可 平面，且，經由1==2雙：元件308放置於相同垂直 向元件320 (在操導作電頻手率ί接至地點平面312。寄生方 -波長）彳卩做為正白二“小☆天線陣列3°°之二分之 引至水平。ώ私ί向政射兀件，藉以將傳輸射頻信號導 2 ί千 導電手臂322會正交於主動元件2〇2之傳： 仏”’因此，導電手臂322並不會麵合至信號並影響' 到天線操作。有鑑於此，在另一種較佳實施例中，手臂曰 料亦可以具有介電材料。寄生方向元件32〇並不是天線 列3 00操作之必要元件，但是，寄生方向元件32〇，相對於 水平信號傳遞，卻可以提供額外之方向性效應。 、 在其他之較佳實施例中，根據本發明方法製作之天線 陣列亦可能根據理想射頻信號能量圖案而具有更多或更少 之被動雙極308及寄生方向元件320。另外，在其他之較= 實施例十，被動雙極3 〇 8之數目亦不見得要等於寄生方向 元件320之數目。 較佳者，個別區段之下區段3 0 8Β、地點平面3丨2、寄 生方向元件320會具有同一結構或同一形狀之地點平面。 在另一種較佳實施例中，這些元件亦可以分離地形成， 且，可以利用導線或焊點連接。 請參考第15圖，地點平面330係環繞於主動元件2〇2且 連接至地點平面31 2。需要注意的是’在這個較佳實施例 中，地點平面330最好能夠小於先前較佳實施例所述之地 點平面。然而，由於雙極元件3 0 8之利用，天線陣列3 〇 〇將
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可以提供χγ平面（水平）之方向性改善，而非取決於第9 圖天線陣列258之影像元件。在另一種較佳實施例中，地 點平面330並不見得需|。在另一種較佳實施例中，地點 平面330亦可以調整形狀，藉以具有地點平面312之功能。
。地點平面312及地點平面33〇均可以根據天線陣列3〇〇 之刼作頻率加以縮放。在地點平面312及/或地點平面33〇 具有μ電基底且介電基底表面具有導電層之較佳實施例 中電路元件可以固疋於基底表面，藉以控制天線元件及 提供或接收進入或離開主動元件2〇2之射頻信號。為了將 電路元件固定於介電基底表面，介電基底之某一區域會鱼 地點導體隔離，且，導電互連會利用圖案定義及钱刻技術 形成於隔離區域之表面。這種固定技術係熟習此項技術者 所應該明白。特別是，開關310係放置於地點平面312及〆 或地點平面330之表面。因為電路元件並不會縮放至天線 陣列3 0 0之操作頻率，電路元件之固定將會需要大於操作 頻率所需之表面面積。
第1 9圖係表示根據本發明方法之另一種較佳實施例， 其係具有方向性寄生元件34〇 (亦可以稱為短路雙極元 件），其係向外徑向放置且經由手臂342電性連接至方向 性寄生元件3 2 0。這種較佳實施例係可以提供額外之水平 方向天線增益。雖然第丨9圖僅表示兩個方向性寄生元件 340 ’在一種較佳實施例中，個別區段3〇2亦可以具有單一 方向性寄生元件3 4 〇。 第2 0圖係表示根據本發明之另一種較佳實施例之天線
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陣列345 ’其中’天線陣列345係具有—環狀_，實 接並支撐寄生方向性元件320，藉以取代第15圖所示之手 臂322。這個環狀346之材料可以包括導電材料或介電 料。經由這個環狀346之利用，相鄰寄生方向元件32〇間之 空隙寄生元件（未示於第20圖）之放置機制便可以提供。 此’若内部中央區段之增益足夠，則可移除外部區段便不 需要且天線空間需求亦可以最小化。反之，若需要額外方 向性，則可移除外部區段亦可以輕易且方便地置於内部中 央區段周圍。 在另一種較佳實施例中，天線陣列係可以具有内部中 央區段（包括主動元件202及被動雙極3〇8 )及可移除外部 區段（包括這個環狀346支撐之寄生方向元件32〇)藉0 在先前所述之較佳實施例中，主動元件2〇2、雙極元 件308、寄生方向元件320及340均可以表示為簡單線性元 件。另外，熟習此項技術者亦應該明白，其線元件形狀同 樣可以取代簡單線性元件，藉以提供較寬頻寬或兩個以上 共振頻率之元件共振及反射特徵。第21A至21D圖係表示幾 種範例元件形狀。第21A圖之元件3 6 0係共振於經由兩個高 度hi及h2決定之兩個不同頻率，其中，高度hi係較大高 度，且因此，區域361之共振頻率係低於區域362之共振頻 率。另外，額外共振頻率之取得亦可以經由元件3 6 0内部 之額外共振區段之提供。第21B圖之三角元件364係可以提 供寬帶共振，因為頂點367及底邊3 68間之各種長度路徑 365及366 (圖中僅表示兩種範圍路徑）將可以產生各種共
第33頁 1249266 五、發明說明（30) 振電流。在另一種較佳實施例中，頂點角度及底邊長度均 可以調整，藉以提供對數周期效能。另外，第2丨C圖之元 件3 6 9 ’相較於先前所述之較窄元件，亦可以提供更寬之 頻寬效能。第2 1 D圖之圓柱狀元件3 72係三維結構.，相較於 第2 0圖之二維結構，舉例來說，這種圓柱狀元件3 7 2亦可 以提供多重共振路徑，當信號行進反射性路徑時（反射性 路控可能包括範例之路徑373及374 )。另外，先前所述之 各種元件及任何已知類型之元件均可以利用上區段3 〇 8 A、 及/或下區域段308B、及/或寄生方向元件320及340取 代。 利用信號頻率間之已知簡諧關係，第丨5圖之天線陣列 3 0 0便可以產生多重共振頻率之操作。已知，全部天線及 天線陣列均會具有多重共振之現象。特別是，雙極元件會 在長度接近操作頻率之二分之一波長及其整數倍時發生共 振現象。最佳陣列元件之間隔亦會類似地簡諧相關。藉 此，在一種較佳實施例中，主動元件2〇2及被動雙極3〇8間 之間隔及被動雙極3 0 8之長度係可以選擇，藉以使天線陣 列3 0 0能夠共振於兩種接近簡|皆相關頻率，諸如：I e e e 802.1 1 a標準定義之5·25 GHz及IEEE 802.1 1 b標準定義之 2· 45 GHz。舉例來說，請參考相同發明人之專利申請 案π利用第二空間諧波之雙重頻帶相位陣列天線，，，其申請 日為2002年11月8日，且，專利申請號為1〇/292384。 第2 2圖係表示根據本發明另一種較佳實施例方法製作 之天線陣列400，其中，天線陣列4〇〇係具有大致相同之區
ill
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段40 2A至402D及中央雙重區段40 6。如第23圖所示，中央 雙重區段4 0 6可以具有地點平面3 1 2，且，地點平面31 2係 連接至下區段3 08B。開關31 0係經由開關31 〇控制上區段 308A之操作。如同上區段30 8A，主動元件202係實體連接 至中心元件202但隔離於地點平面導電材料。電路元件 (圖中未示）係固定於中央雙重區段4〇6之表面，藉以提 供射頻信號至主動元件202及由主動元件2〇2接收射頻信 號，及，藉以控制開關3 1 0之操作。中央雙重區段4 〇 6及區 段40 2至4 02D係利用支撐構件連結。在一種較佳實施例中 (圖中未示），天線陣列係具有兩個支撐構件，包括：放 置於地點平面312上表面405附近之上支撐構件，及，放置 於地點平面312下表面407附近之下支撐構件。上支撐構件 及下支撐構件係連結中央雙重區段4〇6及區段4〇2A至 40 2D。支撐構件之材料可以是導電材料、介電材料、或組 合材料（舉例來說，放置於介電基底表面之導電材料）。 第24圖係表示區段40 2之詳細示意圖，其中，區段2 係具有地點平面410，且，地點平面410係在區段4〇2A至 4 0 2D及中央雙重區段406組裝形成天線陣列4〇〇時電性連接 至地點平面31 2。另外，地點平面4 1 0係電性連接至下區段 308B。 又 如圖中所示，根據本發明各種較佳實施例方法製作之 天線陣列均可以將水平方向之有效放射及/或接收射頻信 號能量最大化。經由環狀被動雙極之利用，天線增益係^ 以顯著改善。另外，經由被動雙極之特定特徵控制，這種
1249266 五、發明說明（32) 天線亦可以掃描 天線增益，各種 增加、且較高資 雖然本發明 習此項技術者亦 前提下，各種調 以利用等效元件 情況，在不違背 變動亦可能發生 本發明之特定較 以包括全部較佳 於方位平 干擾問題 料速率及 係利用較 應該明白 整及變動 取代。另 本發明範 。有鑑於 佳實施例 實施例之 面。再者 係可以最 較大頻寬 佳實施例 ，在不違 亦可能發 外，針對 圍及精神 此，本發 。相對地 下列申請 ，經由 小化、 信號係 詳細說 背本發 生，且 本發明 之前提 明之範 ，本發 專利範 無線網 通信範 可以容 明如上 明範圍 ，各種 以外之 下，各 圍並不 明之保 圍為準 路之較高 圍係可以 許。 ，但，熟 及精神之 元件亦可 特定現實 種調整及 會限制於 護範圍係
1249266 圖式簡單說明 第1圖係表示分碼多重存取（CDMA )行動通信系統之胞 元。 第2圖及第3圖係表示根據本發明方法以增加天線增益之天 線結構。 第4圖係表示天線陣列，其中，各個天線係具有可變反應 負載。 第5圖及第6圖係表示介電環狀結構於本發明之應用。 第7圖及第8圖係表示皺紋地點平面，藉以根據本發明方法 產生更具方向性之天線波束。
第9、1 0、11、1 2、1 3、1 4圖係表示根據本發明方法之具 有垂直格栅之較佳實施例。 第1 5圖係表示根據本發明方法之另一種天線結構。 第1 6圖係表示第1 5圖所示天線結構之俯視圖。 第1 7圖係表示第1 5圖所示天線結構之天線元件之侧視圖。 第1 8圖係表示開關元件於第1 5圖所示天線結構之應用。 第1 9圖係表示第1 7圖所示天線元件之另一較佳實施例之側 視圖。 第20圖係表示根據本發明方法之另一種天線結構之透視
圖。 第21A至2 1D圖係表示各種天線元件形狀於根據本發明方法 之天線結構之應用。 第22圖係表示根據本發明方法之另一種天線結構。 第23圖及第24圖係表示第22圖所示天線結構之天線元件。
第37頁 1249266 圖式簡單說明 元件符號說明： 5 0 胞元 60—1至60—3 可攜式用戶 6 8、7 0 天線 75 網路 1 0 0、1 0 3 天線陣列（天線元 105、107、140 傳輸線 110 波長變壓器 132 中央主動元件 134至138 反射器一方向器（ 160 相鄰開關 19 8 天線陣列 202 主動元件（中央元件） 206 圖式符號 218、220 邊緣 23 0、258、270 天線陣列 252A 最内側之平台 254 凹槽 262 寄生導電格柵 280 介電基底（印刷電路 282 固定器 301 參考座標系統 304 集線器 308A 上區段 65 中央基地台 單元 71-73 波束圖案 106 接點 件） 108 >160 開關 130、198 天線陣列 被動元件/雙極天線元件） 164 箭頭 200 被動元件 204 可變電抗元件 210 介電基底 222 地點平面 250 皺紋金屬圓盤 252B、252C 最外側之平台 256 、 258 、 260 表面 272 空隙寄生元件 分離金屬碟） 30 0 天線裝置（陣列） 302 天線元件之區段 308 被動雙極元件 308B 下區段
第38頁 1249266 圖式簡單說明 310 開關 312 ^ 330 地點平面 314 區域 322 導電 手臂 340 方向性寄生元件 (短路雙極元件） 342 手臂 345 天線陣列 346 環狀 360 > 369 元件 364 三角元件 365 ^ 366 長度路徑 367 頂點 368 底邊 372 圓柱狀元件 373 > 374 路徑 320、 340 寄生方向元件 36卜 362 區域 364 三角元件 365 > 366 長度路徑 400 天線陣列 402A - -40 2D 區段 405 上表面 406 中央雙重區段 407 下表面 410 地點平面 6—6 、8_8、10—10 剖面 CDMA 分碼多重存取 PSTN 公用 丨交換電話網路 TDMA 分時多重存取 GSM 全球行動通信系統 IEEE 電機電子工程師協會 ASIC 特殊應用積體電路 PDA 個人數位助理 SPDT 單極雙轉 PRI 主要速率整體服務數位網路業務 LAPD 資料頻道連結存取程序 TCP /IP 傳輸控制協定/網際網路協定
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Claims (1)

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六、申請專利範圍 1 · 一種天線，其包括： 一主動元件； 複數被動雙極，間隔且環繞於該主動元件；以及 一控制器，選擇性地控制該等被動雙極，藉以操作於一 反射式模式或一方向性模式。 2·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該天線之方 向性係沿著通過該主動元件之一縱向平面增加。 3·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該天線輻射
係沿著一方向衰減，且，該方向係垂直於通過該主動元件 之该縱向平面。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該控制器係 調整一或多被動雙極之一有效電性長度，藉以完成該反射 性模式或該方向性模式。 5·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，各該複數被 動雙極係具有一上區段及一下區段。 6 ·如申睛專利範圍第5項所述之天線，其中，該控制器係 調整一或多被動雙極之該上區段之一有效電性長度，藉以 完成該反射性模式或該方向性模式。
7 ·如申請專利範圍第6項所述之天線，其中，該控制器係 包括一開關元件，該開關元件係連接於該上區段及地點 間’藉以加入該上區段及地點間之一阻抗。 8·如申請專利範圍第7項所述之天線，其中，該開關元件 係選擇地將一第一阻抗或〆第二阻抗其中之一加入該上區 段及地點間，其中，該第〆阻抗係包括—電感，且，該第
1249266 六、申請專利範圍 二阻抗係包括一電容。 9 ·如申請專利範圍第1項所述之天線，更包括一地點平 该地點平面係靠近該主動元件之一下端，其中，該下 區段係利用該地點平面之/區域形成。 10.如申睛專利範圍第1項所述之天線，其中，一接收信號 ，率或一傳輸信號頻率係一無線系統之載波頻率，該無線 系統之操作係根據下列標準之一，包括：分碼多重存取 (CDMA )、分時多重存取（TDMA ) 、IEEE 802· 11、全球 行動通信系統（GSM )。
11 ·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該主動元件 及該複數被動雙極係垂直導向。 1 2 ·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該複數被動 雙極係放射間隔於該主動元件。 1 3·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，該複數被動 雙極係放射間隔於且等距於該主動元件。
14·如申請專利範圍第1項所述之天線，更包括一地點，其 中’該主動元件及該等被動雙極係包括垂直放置之矩形導 體’其中’各被動雙極更包括一上區段及一下區段，且其 中’該下區段之一上端係連接至該地點。 1 5 ·如申請專利範圍第1項所述之天線，更包括一地點，其 中，各被動雙極更包括一延長導電上區段，該延長導電上 區段係可切換地連接至該地點，及，一下區段，該下區段 係實質垂直對齊於該上區段，且其中，該下區段之一上端 係鄰接於一垂直放置之地點平面，該地點平面係沿著該主
第41頁 1249266 六、申請專利範圍 動元件之方向向内放射延伸。 1 6 ·如申請專利範圍第1 $項所述之天線，其中，該上區段 係經由一阻抗，可切換地連接至該地點。 1 7 ·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，各該複數被 動雙極係具有一實體長度，且其中，該天線係傳輸或接收 操作信號’該操作信號係具有一波長，且其中，該實體 長度係小於一波長左右。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述之天線，其中，該操作信
號係包括複數操作信號，且其中，該複數操作信號之頻率 係簡諸相關。 1 9.如申請專利範圍第1項所述之天線，更包括複數寄生格 柵’該複數寄生格栅係間隔於且環繞於該主動元件。 2 0 ·如申請專利範圍第1 9項所述之天線，其中，各該複數 寄生格柵係放射對齊於各該複數被動雙極。 21 ·如申請專利範圍第19項所述之天線，其中，各該複數 個寄生格柵係放置於兩相鄰被動雙極間。 22.如申請專利範圍第19項所述之天線，其中，該複數寄 生格柵係排列於該主動元件之至少一同心圓。
23·如申請專利範圍第19項所述之天線，其中，各該複數 寄生格柵之一長度係小於該天線之一操作頻率之一半波長 左右。 24·如申請專利範圍第丨9項所述之天線，其中，各嗦遴鉍 寄生格柵係垂直導向。 各“數 2 5 ·如申請專利範圍第1 9項所述之天線，更包括一地點，
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其中^各該複數寄生格柵係包栝一延長導電元件，該延長 導電元件係短路至該地點。 26·如申請專利範圍第1 9項所述之天線，更包括一環狀結 構’藉以支撐該複數寄生格柵。 27·如申請專利範圍第託項所述之天線，其中，該環狀結 構係可移除地向外放置於且同心於該複數被動雙極。 28·如申請專利範圍第1項所述之天線，更包括一地點平 面’該地點平面係環繞該主動元件。 2 9·如申請專利範圍第28項所述之天線，其中，該地點平 面係包括實質致水平地點平面，且其中，各該複數被動雙 極係包括一延長導電上區段，該延長導電上區段係可切換 地連接至该實質水平地點平面，及，一實質垂直對齊於該 上區段之下區段，且其中，該下區段之一上端係鄰接於一 實質垂直地點平面，該實質垂直地點平面係沿著該主動元 件之方向向内放射延伸，且其中，該實質水平地點平面係 連接至该貫質垂直地點平面。 3 0 ·如申請專利範圍第1項所述之天線，更包括複數平面地 點結構，該複數平面地點結構係由該主動元件向外放射放 置，其中，各該複數被動雙極係包括一延長導電上區段， 該延長導電上區段係可切換地連接至該地點，及，一大致 垂直對齊於該上區段之下區段，且其中，該下區段係利用 該複數平面地點結構之一形成。
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