TWI407626B - 序列旋轉饋入電路及其設計方法 - Google Patents

Description

序列旋轉饋入電路及其設計方法

本發明係有關於一種序列旋轉饋入電路，特別係有關於一種體積較小的序列旋轉饋入電路。

序列旋轉饋入電路用於對天線陣列進行饋入，習知之序列旋轉饋入電路一般分為三類(a)並聯式(Parallel)；(b)串聯式(Series)以及(c)混合式(Hybrid ring with parallel)。習知技術之序列旋轉饋入電路的饋入電路面積較大，例如，並聯式序列旋轉饋入電路的饋入電路面積約為，其中，λ代表欲傳輸之無線訊號的波長，串聯式序列旋轉饋入電路的饋入電路面積約為，混合式序列旋轉饋入電路的饋入電路面積約為。由於習知之序列旋轉饋入電路的饋入電路面積較大，因此造成天線陣列中之天線單元間的距離過大，產生旁波瓣(side lobe)，影響天線的傳輸效果。

此外，在習知的序列旋轉饋入電路中，需要利用多種不同的微帶線寬設計(四種以上)以得到符合需求的阻抗匹配效果，如此造成序列旋轉饋入電路在設計上的難度，也造成序列旋轉饋入電路的饋入電路面積增大。

本發明即為了欲解決習知技術之問題而提供之一種序列旋轉饋入電路，包括一饋入轉換器、一阻抗轉換單元、一第一天線轉換器、一第二天線轉換器、一第三天線轉換器、一第四天線轉換器。饋入轉換器具有一饋入線寬阻抗Z_in 。阻抗轉換單元連接該饋入轉換器以及該第一天線轉換器、該第二天線轉換器、該第三天線轉換器、該第四天線轉換器。該阻抗轉換單元具有一轉換線寬阻抗Z₁ 。該第一天線轉換器、該第二天線轉換器、該第三天線轉換器以及該第四天線轉換器均具有一天線線寬阻抗Z_a ,該饋入線寬阻抗Z_in 、該轉換線寬阻抗Z₁ 以及該天線線寬阻抗Z_a 滿足以下公式：

由於本發明之實施例簡化了微帶線寬度設計，因此也提高了設計上的自由度，使得本發明之實施例的元件長度可依上述方式有系統的進行設計，進而縮小饋入電路面積，並可將序列旋轉饋入電路的外型設計成正方形。相較於習知技術，本發明實施例之序列旋轉饋入電路的饋入電路面積較小，可避免旁波瓣的出現，提高訊號傳輸效果。

參照第1圖，其係顯示本發明實施例之序列旋轉饋入電路1的等效電路，包括一饋入轉換器10、一阻抗轉換單元20、一第一天線轉換器31、一第二天線轉換器32、一第三天線轉換器33以及一第四天線轉換器34。饋入轉換器10具有一饋入線寬阻抗Z_in 。阻抗轉換單元20包括一第一阻抗轉換器21以及一第二阻抗轉換器22，該第一阻抗轉換器21以及該第二阻抗轉換器22均連接於該饋入轉換器10，其中，該第一阻抗轉換器21以及該第二阻抗轉換器22均具有一轉換線寬阻抗Z₁ 。第一天線轉換器31連接該第一阻抗轉換器21。第二天線轉換器32連接該第一阻抗轉換器21。第三天線轉換器33連接該第二阻抗轉換器22。第四天線轉換器34連接該第二阻抗轉換器22。其中，該第一天線轉換器31、該第二天線轉換器32、該第三天線轉換器33以及該第四天線轉換器34均具有一天線線寬阻抗Z_a ,該饋入線寬阻抗Z_in 、該轉換線寬阻抗Z₁ 以及該天線線寬阻抗Z_a 滿足以下公式：

該第一阻抗轉換器具有一第一阻抗轉換長度L_t1 ，該第二阻抗轉換器具有一第二阻抗轉換長度L_t2 ，其中，該第一阻抗轉換長度L_t1 為，該第二阻抗轉換長度L_t2 為。

在一實施例中，該饋入轉換器10的線寬、該阻抗轉換單元20的線寬、該第一天線轉換器31的線寬、該第二天線轉換器32的線寬、該第三天線轉換器33的線寬以及該第四天線轉換器34的線寬均相等。

在本發明之實施例中，透過上述公式1，可設計該饋入線寬阻抗Z_in 、該轉換線寬阻抗Z₁ 以及該天線線寬阻抗Z_a 。若天線阻抗與饋入線寬阻抗Z_in 相等，則僅需要一種微帶線寬度。若天線阻抗與饋入線寬阻抗Z_in 不相等，也頂多僅需要三種微帶線寬度設計。相較於習知技術，本發明之實施例大幅簡化了設計的複雜度。

該第一天線轉換器具有一長度L_a1 ，該第二天線轉換器具有一長度L_a2 ，該第三天線轉換器具有一長度L_a3 ，該第四天線轉換器具有一長度L_a4 ，該第一天線轉換器之長度L_a1 等於該第三天線轉換器之長度L_a3 ，該第二天線轉換器之長度L_a2 等於該第四天線轉換器之長度L_a4 。該第二天線轉換器之長度L_a2 較該第一天線轉換器之長度L_a1 長，即，相位角差90度。

在設計本發明實施例之序列旋轉饋入電路時，可先設定一初始相位θ，其中，該第一天線轉換器之長度L_a1 以及該第三天線轉換器之長度L_a3 等，該第二天線轉換器之長度L_a2 以及該第四天線轉換器之長度L_a4 等於。

由於本發明之實施例簡化了微帶線寬度設計，因此也提高了設計上的自由度，使得本發明之實施例的元件長度可依上述方式有系統的進行設計，進而縮小饋入電路面積，並可將序列旋轉饋入電路的外型設計成正方形。

參照第2a圖，其係顯示本發明第一實施例之序列旋轉饋入電路1’包括一饋入轉換器10’、一阻抗轉換單元20’、一第一天線轉換器31’、一第二天線轉換器32’、一第三天線轉換器33’以及一第四天線轉換器34’。阻抗轉換單元20’包括一第一阻抗轉換器21’以及一第二阻抗轉換器22’，該第一阻抗轉換器21’以及該第二阻抗轉換器22’均連接於該饋入轉換器10’。第一天線轉換器31’連接該第一阻抗轉換器21’。第二天線轉換器32’連接該第一阻抗轉換器21’。第三天線轉換器33’連接該第二阻抗轉換器22’。第四天線轉換器34’連接該第二阻抗轉換器22’。

同前所述，該第一阻抗轉換器具有一第一阻抗轉換長度L_t1 ’，該第二阻抗轉換器具有一第二阻抗轉換長度L_t2 ’，其中，該第一阻抗轉換長度L_t1 ’為’該第二阻抗轉換長度L_t2 ’為。

該第一天線轉換器具有一長度L_a1 ，’該第二天線轉換器具有一長度L_a2 ’，該第三天線轉換器具有一長度L_a3 ’，該第四天線轉換器具有一長度L_a4 ’，該第一天線轉換器之長度L_a1 ’等於該第三天線轉換器之長度L_a3 ’，該第二天線轉換器之長度L_a2 ’等於該第四天線轉換器之長度L_a4 ’。該第二天線轉換器之長度L_a2 ’較該第一天線轉換器之長度L_a1 ’長，即，相位角差90度。

在第一實施例中，初始相位θ為22.5度，其中，該第一天線轉換器之長度L_a1 ’以及該第三天線轉換器之長度L_a3 ’等於，該第二天線轉換器之長度L_a2 ’以及該第四天線轉換器之長度L_a4 ’等於。

第2a、2b圖中，每一單位長度為。參照第2b圖，在設計第一實施例之序列旋轉饋入電路1’時，透過一6乘6方塊矩陣41進行設計，該饋入轉換器10’、該阻抗轉換單元20’、該第一天線轉換器31’、該第二天線轉換器32’、該第三天線轉換器33’以及該第四天線轉換器34’沿該6乘6方塊矩陣41之方塊邊界延伸，藉此可設計出正方形的序列旋轉饋入電路外型。第一實施例之序列旋轉饋入電路的饋入電路面積約為，其面積較小，可避免旁波瓣的出現，提高訊號傳輸效果。

參照第3a圖，其係顯示本發明第二實施例之序列旋轉饋入電路1’’包括一饋入轉換器10’’、一阻抗轉換單元20’’、一第二天線轉換器32’’以及一第四天線轉換器34’’。阻抗轉換單元20’’包括一第一阻抗轉換器21’’以及一第二阻抗轉換器22’’，該第一阻抗轉換器21’’以及該第二阻抗轉換器22’’均連接於該饋入轉換器10’’。第二天線轉換器32’’連接該第一阻抗轉換器21’’。第四天線轉換器34’’連接該第二阻抗轉換器22’’。

同前所述，該第一阻抗轉換器具有一第一阻抗轉換長度L_t1 ’’，該第二阻抗轉換器具有一第二阻抗轉換長度L_t2 ’’，其中，該第一阻抗轉換長度L_t1 ’’為，該第二阻抗轉換長度L_t2 ’’為。

該第二天線轉換器具有一長度L_a2 ’’，該第四天線轉換器具有一長度L_a4 ’’，該第二天線轉換器之長度L_a2 ’’等於該第四天線轉換器之長度L_a4 ’’。

在第二實施例中，初始相位θ為0度，因此，該第一天線轉換器之長度以及該第三天線轉換器之長度等於0，即，該第一天線轉換器以及該第三天線轉換器被省略，該第二天線轉換器之長度L_a2 ’’以及該第四天線轉換器之長度L_a4 ’’等於。

第3a、3b圖中，每一單位長度為。參照第3b圖，在設計第一實施例之序列旋轉饋入電路1’’時，透過一4乘4方塊矩陣42進行設計，該饋入轉換器10’’、該阻抗轉換單元20’’、該第一天線轉換器31’’、該第二天線轉換器32’’、該第三天線轉換器33’’以及該第四天線轉換器34’’沿該4乘4方塊矩陣42之方塊邊界延伸。第二實施例之序列旋轉饋入電路的饋入電路面積約為，其面積較小，可避免旁波瓣的出現，提高訊號傳輸效果。

雖然本發明已以具體之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1、1’、1’’．．．序列旋轉饋入電路

10、10’、10’’．．．饋入轉換器

20、20’、20’’．．．阻抗轉換單元

21、21’、21’’．．．第一阻抗轉換器

22、22’、22’’．．．第二阻抗轉換器

31、31’．．．第一天線轉換器

32、32’、32’’．．．第二天線轉換器

33、33’．．．第三天線轉換器

34、34’、34’’．．．第四天線轉換器

41．．．6乘6方塊矩陣

42．．．4乘4方塊矩陣

第1圖係顯示本發明實施例之序列旋轉饋入電路；

第2a圖係顯示本發明第一實施例之序列旋轉饋入電路；

第2b圖係顯示本發明第一實施例之序列旋轉饋入電路位於6乘6方塊矩陣上的情形；

第3a圖係顯示本發明第二實施例之序列旋轉饋入電路；以及

第3b圖係顯示本發明第二實施例之序列旋轉饋入電路位於4乘4方塊矩陣上的情形。

1．．．序列旋轉饋入電路

10．．．饋入轉換器

20．．．阻抗轉換單元

21．．．第一阻抗轉換器

22．．．第二阻抗轉換器

31．．．第一天線轉換器

32．．．第二天線轉換器

33．．．第三天線轉換器

34．．．第四天線轉換器

Claims (12)

1. 一種序列旋轉饋入電路，用於序列式旋轉饋入法，該序列旋轉饋入電路包括：一饋入轉換器，具有一饋入線寬阻抗Z_in ；一阻抗轉換單元，包括一第一阻抗轉換器以及一第二阻抗轉換器，該第一阻抗轉換器以及該第二阻抗轉換器均連接於該饋入轉換器，其中，該第一阻抗轉換器以及該第二阻抗轉換器均具有一轉換線寬阻抗Z₁ ；一第一天線轉換器，連接該第一阻抗轉換器；一第二天線轉換器，連接該第一阻抗轉換器；一第三天線轉換器，連接該第二阻抗轉換器；以及一第四天線轉換器，連接該第二阻抗轉換器，其中，該第一天線轉換器、該第二天線轉換器、該第三天線轉換器以及該第四天線轉換器均具有一天線線寬阻抗Z_a ，該饋入線寬阻抗Z_in 、該轉換線寬阻抗Z₁ 以及該天線線寬阻抗Z_a 滿足以下公式：。
2. 如申請專利範圍第1項所述之序列旋轉饋入電路，其中，該第一阻抗轉換器具有一第一阻抗轉換長度L_t1 ，該第二阻抗轉換器具有一第二阻抗轉換長度L_t2 ，其中，該第一阻抗轉換長度L_t1 為，該第二阻抗轉換長度為。
3. 如申請專利範圍第2項所述之序列旋轉饋入電路，其中，該第一天線轉換器具有一長度L_a1 ，該第二天線轉換器具有一長度L_a2 ，該第三天線轉換器具有一長度L_a3 ，該第四天線轉換器具有一長度L_a4 ，該第一天線轉換器之長度L_a1 等於該第三天線轉換器之長度L_a3 ，該第二天線轉換器之長度L_a2 等於該第四天線轉換器之長度L_a4 ，該第二天線轉換器之長度L_a2 較該第一天線轉換器之長 度L_a1 長。
4. 如申請專利範圍第1項所述之序列旋轉饋入電路，其中，該饋入轉換器的線寬、該阻抗轉換單元的線寬、該第一天線轉換器的線寬、該第二天線轉換器的線寬、該第三天線轉換器的線寬以及該第四天線轉換器的線寬均相等。
5. 一種序列旋轉饋入電路設計方法，包括：提供如申請專利範圍第3項所述之序列旋轉饋入電路；設定一初始相位θ，其中，該第一天線轉換器之長度L_a1 等於。
6. 如申請專利範圍第5項所述之序列旋轉饋入電路設計方法，其中，該初始相位θ為0度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之序列旋轉饋入電路設計方法，更包括提供一4乘4方塊矩陣，該饋入轉換器、該阻抗轉換單元、該第一天線轉換器、該第二天線轉換器、該第三天線轉換器以及該第四天線轉換器沿4乘4方塊矩陣之方塊邊界延伸。
8. 如申請專利範圍第7項所述之序列旋轉饋入電路設計方法，其中，該4乘4方塊矩陣之單位方塊邊長為。
9. 如申請專利範圍第5項所述之序列旋轉饋入電路設計方法，其中，該初始相位θ為22.5度。
10. 如申請專利範圍第9項所述之序列旋轉饋入電路設計方法，更包括提供一6乘6方塊矩陣，該饋入轉換器、該阻抗轉換單元、該第一天線轉換器、該第二天線轉換器、該第三天線轉換器以及該第四天線轉換器沿6乘6方塊矩陣之方塊邊界延伸。
11. 如申請專利範圍第10項所述之序列旋轉饋入電路設計方法，其中，該6乘6方塊矩陣之單位方塊邊長為。
12. 一種序列旋轉饋入電路，用於序列式旋轉饋入法以饋入一 無線訊號，該無線訊號具有一波長λ_g ，該序列旋轉饋入電路包括：一饋入轉換器，具有一饋入線寬阻抗Z_in ；一阻抗轉換單元，包括一第一阻抗轉換器以及一第二阻抗轉換器，該第一阻抗轉換器以及該第二阻抗轉換器均連接於該饋入轉換器，其中，該第一阻抗轉換器以及該第二阻抗轉換器均具有一轉換線寬阻抗Z₁ ；一第一天線轉換器，連接該第一阻抗轉換器，該第一天線轉換器的長度為；一第二天線轉換器，連接該第二阻抗轉換器，該第二天線轉換器的長度為，其中，該第一天線轉換器以及該第二天線轉換器均具有一天線線寬阻抗Z_a ，該饋入線寬阻抗Z_in 、該轉換線寬阻抗Z₁ 以及該天線線寬阻抗Z_a 滿足以下公式：。