TWI662740B - 外接式天線及無線通訊系統 - Google Patents

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Abstract

一種用於通訊主機之外接式天線及無線通訊系統。無線通訊系統包括外接式天線與通訊主機，通訊主機可操作於接收模式以及發送模式，外接式天線包括第一天線元件、第二天線元件、邏輯判斷電路與切換電路。第一天線元件用以當通訊主機操作於接收模式時接收無線信號，第二天線元件用以當通訊主機操作於發送模式時發送無線信號。邏輯判斷電路耦接通訊主機，用以判斷通訊主機是否操作於接收模式或發送模式，並產生判斷結果。切換電路耦接邏輯判斷電路，用以根據判斷結果選擇性地耦接第一天線元件或第二天線元件。

Description

外接式天線及無線通訊系統
本發明是有關於一種無線網路通訊技術，且特別是有關於一種具有主動接收加強功能的外接式天線及無線通訊系統。
隨著網路通訊的普及，愈來愈多場所會架設無線寬頻上網(Wireless LAN：WLAN)的無線基地台(Wireless Access Point，WAP)，以創造更多無線上網的環境。一般而言，無線基地台在信號範圍邊緣會有信號不穩定的狀況，尤其遠端客戶端（Client）（例如手機、筆記型電腦等）的傳輸功率往往小於無線基地台，造成即使在無線基地台的發射傳輸信號範圍內，所接收到由遠端客戶端發送的無線信號仍舊太過微弱而難以辨識，因此如何在應用既有材料組件及不違反通信法規的前提下增加無線基地台的信號接收能力成為重要的課題。
本發明提供一種外接式天線及無線通訊系統，其外接式天線具有主動接收加強功能，可以在低成本、使用方便的條件下加強無線通訊系統的收訊能力與通訊品質。
本發明的實施例的一種外接式天線，適於耦接通訊主機，包括第一天線元件、第二天線元件、邏輯判斷電路與切換電路所組成的天線成品。通訊主機可操作於接收模式以及發送模式。第一天線元件用以當通訊主機操作於接收模式時接收無線信號。第二天線元件用以當通訊主機操作於發送模式時發送所述無線信號。邏輯判斷電路判斷通訊主機是否操作於接收模式或發送模式，並產生判斷結果。切換電路耦接邏輯判斷電路，用以根據判斷結果選擇性地耦接第一天線元件或第二天線元件。
本發明的實施例的一種無線通訊系統，包括通訊主機以及外接式天線，外接式天線耦接通訊主機。外接式天線包括第一天線元件、第二天線元件、邏輯判斷電路與切換電路所組成的天線成品。第一天線元件用以當通訊主機操作於接收模式時接收無線信號。第二天線元件用以當通訊主機操作於發送模式時發送無線信號。邏輯判斷電路判斷通訊主機是否操作於接收模式或發送模式，並產生判斷結果。切換電路耦接邏輯判斷電路，用以根據判斷結果選擇性地耦接第一天線元件或第二天線元件。
基於上述，本發明實施例的外接式天線耦接通訊主機。外接式天線包括用以接收遠端客戶端發送的無線信號的第一天線元件、用以發送無線信號給遠端客戶端的第二天線元件、邏輯判斷電路與切換電路。邏輯判斷電路判斷通訊主機是操作於發送模式或接收模式，並將判斷結果傳送至切換電路以在第一天線元件與第二天線元件之間切換。在本發明的另一實施例，提供一種無線通訊系統，其包括上述的外接式天線與通訊主機。藉此，本發明實施例的外接式天線及無線通訊系統具有主動加強接收訊號的功能，可達到在應用既有材料組件及不違反通信法規、使用方便的條件下加強無線通訊系統的收訊能力與通訊品質。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A為依據本發明一實施例之無線通訊系統的側視示意圖，圖1B為依據圖1A的實施例之無線通訊系統的另一視角的示意圖。如圖1A與圖1B所示，無線通訊系統10包括至少一根外接式天線100與通訊主機200，且外接式天線100耦接通訊主機200，在本實施例中，外接式天線100可為一種外接式主動接收加強型天線。在圖中顯示以4根外接式天線100為例，但本發明對於天線的數目不加以限制。
圖2A為依據本發明一實施例之外接式天線的透視方塊示意圖，圖2B為依據本發明一實施例之外接式天線的電路結構示意圖，圖3為依據本發明一實施例之外接式天線的輸入輸出介面特寫示意圖。請搭配圖1A與1B參照圖2A至圖3。
在本實施例中，外接式天線100內部包括第一天線元件110、第二天線元件120與通訊電路152，其中第一天線元件110與第二天線元件120分別配置於外接式天線100的延伸方向上相對的兩端（如圖2A所示）。如圖2B所示，通訊電路152包括邏輯判斷電路130、切換電路140與放大電路150。邏輯判斷電路130耦接通訊主機200，用以傳輸來自通訊主機200的無線信號並判斷通訊主機200操作於接收模式或發送模式以產生判斷結果。切換電路140耦接邏輯判斷電路130，用以根據判斷結果將第一天線元件110與第二天線元件120分別切換至邏輯判斷電路130。放大電路150耦接於第一天線元件110與切換單元140之間。
當外接式天線100接收來自客戶端的無線信號時，以下稱之為接收模式，而當外接式天線110將通訊主機200的欲發送無線信號至客戶端時，以下稱之為發送模式。
在發送模式下，第二天線元件120通過切換電路140導通至邏輯判斷電路130，此時第一天線元件110呈開路狀態，且通訊主機200通過第二天線元件120將無線信號發送至客戶端。
在接收模式下，第一天線元件110通過切換電路140導通至邏輯判斷電路130，此時第二天線元件120呈開路狀態，通訊主機200通過第一天線元件110接收遠端客戶端的無線信號，並傳送至放大電路150，放大電路150會放大第一天線元件110所接收的無線信號，以提升無線通訊系統10的收訊能力。詳細而言，第一天線元件110會轉換所接收的無線信號，接著放大電路150放大上述無線信號以提升收訊強度，因此通訊主機200接收經過放大電路150放大的信號能夠加強無線通訊系統10的收訊能力，也就是利用具有放大器150的外接式天線強化收訊能力。
以下將更進一步詳述本發明實施例的實施方式。
通訊主機200例如為無線基地台（Wireless Access Point）、無線路由器（Wireless Router）、橋接器（Bridge）或是閘道器（Gateway）、用戶終端設備（Customer Premises Equipment，CPE）等或其他具有無線通訊能力的網路傳輸裝置，在此並不加以限制。
外接式天線100分別利用第一天線元件110或第二天線元件120來實現無線訊號的接收與發送，在一實施例中，第一天線元件110或第二天線元件120可例如是雙頻天線，並可涵蓋第一頻段與第二頻段，其中第一天線元件110與第二天線元件120的天線結構可以相同，也可以不相同。舉例來說，在一實施例中，第一天線元件110或第二天線元件120（或兩者）可涵蓋2.4GHz頻段(亦即，第一頻段)與5GHz頻段(亦即，第二頻段)。換言之，在一實施例中，外接式天線100可支援WiFi以及藍牙(Bluetooth)通訊技術下的操作頻段。亦即，外接式天線100可例如是涵蓋2.4GHz頻段與5GHz頻段的WiFi天線。
在圖2A的實施例中，為避免基板雜訊（board noise）或是發送信號的干擾，負責接收模式的第一天線元件110被配置在外接式天線100的上端，而負責發送模式的第二天線元件120則被配置在外接式天線100的下端。具體而言，第一天線元件110配置於外接式天線100的遠離通訊主機200的一端，且第二天線元件120配置於外接式天線100的靠近通訊主機200的一端。
在本實施例中，外接式天線100還包括第一輸入輸出介面160。第一輸入輸出介面160為母端接頭，用以連接通訊主機200之線材以接收直流／交流電源，此直流／交流電源可以提供放大電路150驅動電壓VDD2。具體來說，第一輸入輸出介面160為可接受實體電源傳輸線，如電源孔、Type-C介面或是通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB）介面，也可以是用來接收無線電源傳輸的充電介面，本發明對此並不限制，而在圖3的實施例中，第一輸入輸出介面160以微型通用序列匯流排（Micro USB）介面作為示例。
請再搭配圖3參照圖1，在本實施例中，無線通訊系統10還包括傳輸線210，電性連接通訊主機200與外接式天線100，傳輸線210的一端連接通訊主機200的其中一個輸入輸出介面262，另一端連接第一輸入輸出介面160，用以從通訊主機200提供直流／交流電源給外接式天線100。舉例來說，傳輸線210為USB轉Micro USB的傳輸線（但不限於此），也就是說，傳輸線210用以耦接通訊主機200的傳輸介面為標準通用序列匯流排介面，而用以耦接外接式天線100的傳輸介面為Micro USB介面。在本實施例中，傳輸線210為一個USB接頭轉四個Micro USB接頭的傳輸線，可僅使用一個輸入輸出介面262供應電源給多根外接式天線100，然而傳輸線210並不以一條為限，在其他的實施例中，也可以一個輸入輸出介面262只供應電源給一根外接式天線100。
另外說明的是，在圖式中的第一輸入輸出介面160跟輸入輸出介面262的位置與實施類型僅作為示例說明，並不用以限制本發明。
在本實施例中，外接式天線100的第二輸入輸出介面170耦接通訊主機200的訊號輸入輸出介面272，以跟通訊主機200進行訊號傳輸。邏輯判斷電路130會通過第二輸入輸出介面170傳輸無線信號，並且第一輸入輸出介面160與第二輸入輸出介面170為兩個分開的介面。第二輸入輸出介面170例如是SMA（Sub Miniature version A）接頭、BNC（Bayonet Neill–Concelman）接頭或N-Type接頭，或其他用以接收無線訊號的接頭元件，本發明對此並不限制。
由上述的實施例可知，外接式天線100通過第一輸入輸出介面160與第二輸入輸出介面170電性連接通訊主機200，亦即外接式天線100與通訊主機200為可分離式，因此本發明的外接式天線100並不需要綁定在特定的通訊主機200上，此外，一般市售的通訊主機的天線可也更換為本發明的外接式天線100，因此可在應用既有材料組件及不違反通信法規，節約成本的情況下加強通訊主機200的連線品質與通訊能力。
圖4為依據本發明一實施例之邏輯判斷電路的電路示意圖。圖4所示的邏輯判斷電路可適用於上述的實施例。請再搭配圖2B參照圖4，邏輯判斷電路130通過第二輸入輸出介面170傳輸無線信號，即由圖2B所示的IN端輸入，且通過第一輸入輸出介面160接收直流電源，其電壓值例如為5V，即圖2B所示的VDD1端，邏輯判斷電路130會判斷無線訊號是指示通訊主機200是操作於接收模式還是發送模式，且產生判斷結果DET。具體而言，在圖4的實施例中，邏輯判斷電路130包括二極體134與比較器132，比較器132耦接通訊主機200且二極體134耦接於比較器132與切換電路140之間，切換電路140例如為射頻切換器（Radio Frequency Switch）。比較器132通過第一輸入輸出介面160接收由通訊主機200提供的直流／交流電源，即驅動電壓VDD1與驅動電壓VDD2，以進行驅動，例如驅動電壓VDD1為5V，驅動電壓VDD2為3.3V（但不以此為限）。
在本實施例中，比較器132還通過第二輸入輸出介面170接收由通訊主機200提供的待測無線訊號TX_DET，並對致能訊號TX_EN與待測無線訊號TX_DET進行比較，以判斷接收的待測無線訊號TX_DET是要進行接收模式還是發送模式，二極體134接收待測無線訊號TX_DET以其換成電壓訊號（即，判斷結果DET），邏輯判斷電路130提供判斷結果DET給切換電路140，切換電路140根據判斷結果DET在接收模式與發送模式之間切換。詳細來說，在一實施例中，當判斷結果DET為低準位信號時（例如邏輯低準位），切換電路140切換至第一天線元件110以進行接收模式，且當判斷結果DET為高準位信號時（例如邏輯高準位），切換電路140切換至第二天線元件120以進行發送模式。
特別說明的是，在圖4中所使用的多個電阻R、多個電容C或電感L以及電路結構僅作為說明電路的實施態樣，並不用以限定本發明，其中多個電阻R之間的電容值不一定相同，多個電容C的電容值之間也不一定相同，本領域具有通常知識者可從圖4的電路架構以及通常知識獲致足夠的教示，在此不多加描述。
以下為本發明一實施例的實驗結果，測試不同距離下，相同的通訊主機與相同的遠端客戶端的條件下，使用原廠通訊主機的天線以及替換成外接式天線100的信號發送以及接收能力，在此，通訊主機為路由器TP-Link Archer C2，遠端客戶端則是華碩的筆記型電腦X550V，使用的天線數目維持為兩根。
表一與表二分別顯示在2.4G與5G的測試頻率範圍下，分別在通訊主機與遠端客戶端相距30公尺與50公尺的條件下，所測試的信號發送傳輸以及接收能力，其中TX表示網路發送傳輸速度，RX表示網路接收傳輸速度。
表一
頻率2.4G 網路傳輸速度 30公尺 50公尺
原廠天線 TX(Mbps) 66.325 10.325
RX(Mbps) 60.554 3.995
外接式天線 TX(Mbps) 65.398 9.866
RX(Mbps) 63.114 8.687
表二
頻率5G 網路傳輸速度 30公尺 50公尺
原廠天線 TX(Mbps) 135.263 26.712
RX(Mbps) 119.445 13.365
外接式天線 TX(Mbps) 133.922 25.677
RX(Mbps) 128.352 21.964
由實驗結果可知，相同的通訊主機在換上本發明的實施例的外接式天線後，接收無線信號的能力與連線品質明顯提升，尤其在長距離範圍效果更顯卓越。
綜上所述，本發明實施例的外接式天線及無線通訊系統，其中外接式天線耦接通訊主機，外接式天線包括第一天線元件、第二天線元件、邏輯判斷電路、放大電路與切換電路。邏輯判斷電路判斷通訊主機是要接收無線信號還是要發送無線信號，並將判斷結果傳送至切換電路，以切換第一天線元件或第二天線。第一天線元件用以進行無線信號接收動作，第二天線元件用以進行無線信號發送，藉由利用兩組天線元件分別接收與發送無線信號，並且第一天線元件與第二天線元件分別配置於外接式天線的延伸方向上相對的兩端，因此可降低雜訊提升通訊品質。第一天線元件接收無線訊號號後由放大電路放大，因此可在低功耗的條件下加強收訊能力。另外，由於外接式天線可輕易與通訊主機分離或結合，因此可跟不同通訊主機搭配，提升應用上的彈性。藉此，本發明實施例的外接式天線及無線通訊系統可達到在應用既有材料組件及不違反通信法規，低成本、使用方便的條件下加強無線通訊系統的收訊能力與通訊品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧無線通訊系統
100‧‧‧外接式天線
110‧‧‧第一天線元件
120‧‧‧第二天線元件
130‧‧‧邏輯判斷電路
134‧‧‧二極體
132‧‧‧比較器
140‧‧‧切換電路
150‧‧‧放大電路
152‧‧‧通訊電路
160‧‧‧第一輸入輸出介面
170‧‧‧第二輸入輸出介面
200‧‧‧通訊主機
262‧‧‧輸入輸出介面
272‧‧‧訊號輸入輸出介面
DET‧‧‧判斷結果
IN‧‧‧輸入端
TX_EN‧‧‧使能訊號
TX_DET‧‧‧待測無線訊號
VDD1、VDD2‧‧‧驅動電壓
圖1A為依據本發明一實施例之無線通訊系統的側視示意圖。 圖1B為依據圖1A的實施例之無線通訊系統的另一視角的示意圖。 圖2A為依據本發明一實施例之外接式天線的透視方塊示意圖。 圖2B為依據本發明一實施例之外接式天線的電路結構示意圖。 圖3為依據本發明一實施例之外接式天線的輸入輸出介面特寫示意圖。 圖4為依據本發明一實施例之邏輯判斷電路的電路示意圖。

Claims (9)

  1. 一種外接式天線，用於一通訊主機，所述通訊主機操作於接收模式以及發送模式之間，所述外接式天線包括：第一天線元件，用以當所述通訊主機操作於所述接收模式時接收無線信號；第二天線元件，用以當所述通訊主機操作於所述發送模式時發送所述無線信號；邏輯判斷電路，耦接所述通訊主機，用以判斷所述通訊主機是否操作於所述接收模式或所述發送模式，並產生判斷結果；切換電路，耦接所述邏輯判斷電路，用以根據所述判斷結果選擇性地耦接所述第一天線元件或所述第二天線元件；第一輸入輸出介面，耦接所述通訊主機，且自所述通訊主機接收直流電源；以及第二輸入輸出介面，耦接所述通訊主機，所述邏輯判斷電路通過所述第二輸入輸出介面傳輸所述無線信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的外接式天線，所述第一天線元件與所述第二天線元件分別配置於所述外接式天線的延伸方向上相對的兩端。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的外接式天線，還包括：放大電路，耦接於所述第一天線元件與所述切換單元之間，用以放大所述第一天線元件所接收的無線信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的外接式天線，其中所述邏輯判斷電路包括二極體與比較器，所述比較器耦接所述通訊主機且所述二極體耦接於所述比較器與所述切換電路之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的外接式天線，其中當所述判斷結果為低準位信號時，所述切換電路耦接至所述第一天線元件，且當所述判斷結果為高準位信號時，所述切換電路耦接至所述第二天線元件。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的外接式天線，其中所述第一天線元件配置於所述外接式天線的遠離所述通訊主機的一端，且所述第二天線元件配置於所述外接式天線的靠近所述通訊主機的一端。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的外接式天線，其中所述第一天線元件與所述第二天線元件涵蓋第一頻段與第二頻段。
  8. 一種無線通訊系統，包括：通訊主機；以及如申請專利範圍第1項所述的外接式天線，耦接所述通訊主機。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的無線通訊系統，還包括：傳輸線，電性連接所述通訊主機與所述外接式天線，用以從所述通訊主機提供電源至所述外接式天線，且連接所述通訊主機的傳輸介面為標準通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)介面以及連接所述外接式天線的傳輸介面為微型通用序列匯流排(Micro USB)介面。
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