TWI691118B - 天線系統 - Google Patents

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Abstract

一種天線系統，包括：一功率分配器、一第一天線陣列、一第二天線陣列、一第三天線陣列、一延遲器、一第一切換元件，以及一第二切換元件。功率分配器具有一第一輸出埠、一第二輸出埠，以及一第三輸出埠。第一天線陣列係耦接至第一輸出埠。第二天線陣列係耦接至第二輸出埠。第三天線陣列係耦接至第三輸出埠。第一切換元件係根據一第一控制信號來決定是否將第一輸出埠耦接至延遲器。第二切換元件係根據一第二控制信號來決定是否將第三輸出埠耦接至一接地電位。

Description

天線系統
本發明係關於一種天線系統(Antenna System)，特別係關於一種可產生不同輻射場型(Radiation Pattern)之天線系統。
天線陣列(Antenna Array)因本身具備高指向性(High Directivity)、高增益(High Gain)等特性，故大量為軍事科技、雷達探測、生命探測、健康偵測等領域所採用。然而，若傳統天線陣列具有可調整之輻射場型(Radiation Pattern)，則其往往須要使用多組天線陣列，可能會佔據較大之設計面積。因此，如何設計出一種小尺寸之天線系統及其天線陣列，已成為現今工程師之一大挑戰。
在較佳實施例中，本發明提出一種天線系統，包括：一功率分配器，具有一第一輸出埠、一第二輸出埠，以及一第三輸出埠；一第一天線陣列，耦接至該第一輸出埠；一第二天線陣列，耦接至該第二輸出埠；一第三天線陣列，耦接至該第三輸出埠；一延遲器；一第一切換元件，根據一第一控制信號來決定是否將該第一輸出埠耦接至該延遲器；以及一第二切換元件，根據一第二控制信號來決定是否將該第三輸出埠耦接至一接地電位。
在一些實施例中，該延遲器之一延遲相位係等於180度。
在一些實施例中，該第一天線陣列具有一第一饋入點，而該第一控制信號包括一第一控制電位、一第二控制電位，以及一第三控制電位。
在一些實施例中，該第一切換元件包括：一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體之該陽極係耦接至該第一輸出埠，而該第一二極體之該陰極係耦接至該第一饋入點；一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體之該陽極係耦接至一第一節點，而該第二二極體之該陰極係耦接至該第一輸出埠；以及一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至一第二節點，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第一饋入點；其中該延遲器係耦接於該第一節點和該第二節點之間。
在一些實施例中，該第一二極體、該第二二極體，以及該第三二極體為三個正本負二極體(PIN Diode)，並由該第一控制電位、該第二控制電位，以及該第三控制電位來進行控制。
在一些實施例中，該第一切換元件更包括：一第一電感器，耦接於該第一輸出埠和一第一控制節點之間，其中該第一控制節點係用於接收該第一控制電位；一第二電感器，耦接於該第一節點和一第二控制節點之間，其中該第二控制節點係用於接收該第二控制電位；以及一第三電感器，耦接於該第二節點和一第三控制節點之間，其中該第三控制節點係用於接收該第三控制電位。
在一些實施例中，該第二天線陣列具有一第三饋入點，而該第二控制信號包括一第四控制電位。
在一些實施例中，該第二切換元件包括：一第四二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第四二極體之該陽極係耦接至該第三輸出埠和該第三饋入點，而該第四二極體之該陰極係耦接至該接地電位。
在一些實施例中，該第四二極體為一正本負二極體，並由該第四控制電位來進行控制。
在一些實施例中，該第二切換元件更包括：一第四電感器，耦接於該第三輸出埠和一第四控制節點之間，其中該第四控制節點係用於接收該第四控制電位；以及一電容器，耦接於該第四控制節點和該接地電位之間。
在一些實施例中，當該天線系統操作於一第一模式時，該第一二極體係導通，而該第二二極體、該第三二極體，以及該第四二極體皆不導通，使得該天線系統產生包括單一主波束之一第一輻射場型。
在一些實施例中，當該天線系統操作於一第二模式時，該第一二極體係不導通，而該第二二極體、該第三二極體，以及該第四二極體皆導通，使得該天線系統產生包括不同二主波束之一第二輻射場型。
在一些實施例中，該天線系統之一中心操作頻率係大致為24GHz。
在一些實施例中，該第一天線陣列、該第二天線陣列，以及該第三天線陣列之每一者皆包括：一第一輻射部；一第二輻射部；一第一連接部，耦接於該第一輻射部和該第二輻射部之間；一第三輻射部；一第二連接部，耦接於該第二輻射部和該第三輻射部之間；一第四輻射部；一第三連接部，耦接於該第三輻射部和該第四輻射部之間；一第五輻射部；以及一第四連接部，耦接於該第四輻射部和該第五輻射部之間。
在一些實施例中，該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部、該第五輻射部、該第一連接部、該第二連接部、該第三連接部，以及該第四連接部皆排列於同一直線上。
在一些實施例中，該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部之每一者之長度皆大致等於該中心操作頻率之0.5倍波長。
在一些實施例中，該第一連接部、該第二連接部、該第三連接部，以及該第四連接部之每一者之長度皆大致等於該中心操作頻率之0.5倍波長。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統(Antenna System)100之示意圖。天線系統100可應用於一通訊裝置(Communication Device)當中，例如：一車用雷達(Vehicle Radar)或一家用安全(Home Security)裝置，但亦不僅限於此。在第1A圖之實施例中，天線系統100包括一功率分配器(Power Divider)110、一第一天線陣列(Antenna Array)120、一第二天線陣列130、一第三天線陣列140、一延遲器(Delay Device)150、一第一切換元件(Switch Element)160，以及一第二切換元件170。必須理解的是，雖然未顯示於第1A圖中，但天線系統100更可包括其他元件，例如：一處理器(Processor)、一控制器(Controller)、一電位產生器(Voltage Generator)，或(且)一電池模組(Battery Module)。
功率分配器110具有一第一輸出埠(Output Port)P1、一第二輸出埠P2，以及一第三輸出埠P3。功率分配器110可用於接收一輸入信號SIN，再將此輸入信號分割為一第一輸出信號SOUT1、一第二輸出信號SOUT2，以及一第三輸出信號SOUT3。詳細而言，功率分配器110之第一輸出埠P1、第二輸出埠P2，以及第三輸出埠P3可分別用於輸出第一輸出信號SOUT1、第二輸出信號SOUT2，以及第三輸出信號SOUT3，其中第一輸出信號SOUT1、第二輸出信號SOUT2，以及第三輸出信號SOUT3之每一者之功率皆相等，其皆可大致等於輸入信號SIN之功率之三分之一。
第一天線陣列120、第二天線陣列130，以及第三天線陣列140皆可由功率分配器110所激發。詳細而言，第一天線陣列120具有一第一饋入點(Feeding Point)FP1，其中第一饋入點FP1係耦接至功率分配器110之第一輸出埠P1。第二天線陣列130具有一第二饋入點FP2，其中第二饋入點FP2係耦接至功率分配器110之第二輸出埠P2。第三天線陣列140具有一第三饋入點FP3，其中第三饋入點FP3係耦接至功率分配器110之第三輸出埠P3。第一天線陣列120、第二天線陣列130，以及第三天線陣列140之整體尺寸和天線元件種類於本發明中並不特別作限制。例如，第一天線陣列120、第二天線陣列130，以及第三天線陣列140之每一者可為1x1、1x2、1x5、1x7，或是1x9之天線陣列，但亦不僅限於此。
延遲器150可為一相位延遲線(Phase Delay Line)。延遲器150可用於選擇性地(Selectively)調整第一天線陣列120之一饋入相位(Feeding Phase)。在一些實施例中，延遲器150之一延遲相位(Delay Phase)係大致等於180度。在另一些實施例中，延遲器150之延遲相位亦可改為大致等於45度、90度、135度、225度，或是270度。第一切換元件160係根據一第一控制信號SC1來決定是否將第一輸出埠P1和第一饋入點FP1耦接至延遲器150。第二切換元件170係根據一第二控制信號SC2來決定是否將第二輸出埠P2和第二饋入點FP2耦接至一接地電位(Ground Voltage)VSS。例如，第一控制信號SC1和第二控制信號SC2可由天線系統100之一處理器根據一使用者輸入而產生(未顯示)。
在一些實施例中，天線系統100可操作於一第一模式和一第二模式，其可對應於不同輻射場型(Radiation Pattern)。當天線系統100操作於第一模式時，藉由使用第一切換元件160，功率分配器110之第一輸出埠P1係直接耦接至第一天線陣列120之第一饋入點FP1(未經由延遲器150)，而藉由使用第二切換元件170，功率分配器110之第二輸出埠P2和第二天線陣列130之第二饋入點FP2皆未耦接至接地電位VSS，使得天線系統100可產生一第一輻射場型。反之，當天線系統100操作於第二模式時，藉由使用第一切換元件160，功率分配器110之第一輸出埠P1係經由延遲器150耦接至第一天線陣列120之第一饋入點FP1，而藉由使用第二切換元件170，功率分配器110之第二輸出埠P2和第二天線陣列130之第二饋入點FP2皆耦接至接地電位VSS，使得天線系統100可產生一第二輻射場型。前述之第一輻射場型可與前述之第二輻射場型相異。在此設計下，本發明僅使用單一天線系統100，其可在不用額外增加天線面積之前提下產生可調整之輻射場型，以滿足各種實際應用需求。
第1B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線系統180之示意圖。第1B圖和第1A圖相似。在第1B圖之實施例中，第二切換元件170之位置有所改變，而功率分配器110之第二輸出埠P2係直接耦接至第二天線陣列130之第二饋入點FP2。天線系統180亦可操作於一第一模式和一第二模式。當天線系統180操作於第一模式時，藉由使用第一切換元件160，功率分配器110之第一輸出埠P1係直接耦接至第一天線陣列120之第一饋入點FP1(未經由延遲器150)，而藉由使用第二切換元件170，功率分配器110之第三輸出埠P3和第三天線陣列140之第三饋入點FP3皆未耦接至接地電位VSS，使得天線系統180可產生一第一輻射場型。反之，當天線系統180操作於第二模式時，藉由使用第一切換元件160，功率分配器110之第一輸出埠P1係經由延遲器150耦接至第一天線陣列120之第一饋入點FP1，而藉由使用第二切換元件170，功率分配器110之第三輸出埠P3和第三天線陣列140之第三饋入點FP3皆耦接至接地電位VSS，使得天線系統180可產生一第二輻射場型。第1B圖之天線系統180之其餘特徵皆與第1A圖之天線系統100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
以下實施例將詳細介紹所提之切換元件和天線陣列之電路及結構。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一切換元件160之示意圖。在第2圖之實施例中，第一切換元件160至少包括一第一二極體(Diode)D1、一第二二極體D2，以及一第三二極體D3。詳細而言，第一控制信號SC1包括一第一控制電位VC1、一第二控制電位VC2，以及一第三控制電位VC3。第一二極體D1、第二二極體D2，以及第三二極體D3可為三個正本負二極體(PIN Diode)，並可由第一控制電位VC1、第二控制電位VC2，以及第三控制電位VC3來進行控制。第一二極體D1具有一陽極(Anode)和一陰極(Cathode)，其中第一二極體D1之陽極係耦接至第一輸出埠P1，而第一二極體D1之陰極係耦接至該第一饋入點FP1。第二二極體D2具有一陽極和一陰極，其中第二二極體D2之陽極係耦接至一第一節點N1，而第二二極體D2之陰極係耦接至第一輸出埠P1。第三二極體D3具有一陽極和一陰極，其中第三二極體D3之陽極係耦接至一第二節點N2，而第三二極體D3之陰極係耦接至第一饋入點FP1。延遲器150具有一第一端和一第二端，其中延遲器150之第一端係耦接至第一節點N1，而延遲器150之第二端係耦接至第二節點N2。藉由控制第一二極體D1、第二二極體D2，以及第三二極體D3，功率分配器110之第一輸出埠P1可選擇性地(Selectively)經由延遲器150耦接至第一天線陣列120之第一饋入點FP1。
在一些實施例中，第一切換元件160更包括一第一電感器(Inductor)L1、一第二電感器L2，以及一第三電感器L3。第一電感器L1耦接於第一輸出埠P1和一第一控制節點NC1之間，其中第一控制節點NC1係用於接收第一控制電位VC1。第二電感器L2係耦接於第一節點N1和一第二控制節點NC2之間，其中第二控制節點NC2係用於接收第二控制電位VC2。第三電感器L3係耦接於第二節點N2和一第三控制節點NC3之間，其中第三控制節點NC3係用於接收第三控制電位VC3。第一電感器L1、第二電感器L2，以及第三電感器L3皆可用於濾除高頻雜訊(High-Frequency Noise)。例如，第一電感器L1、第二電感器L2，以及第三電感器L3之每一者之電感值(Inductance)皆可大於10nH。在一些實施例中，第一電感器L1、第二電感器L2，以及第三電感器L3之任一者可用一微帶線來實施之，例如：一扇形傳輸線，其長度可約為天線系統100(或180)之一中心操作頻率(Central Operation Frequency)之0.25倍波長(λ/4)。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二切換元件170之示意圖。在第3圖之實施例中，第二切換元件170至少包括一第四二極體D4。詳細而言，第二控制信號SC2包括一第四控制電位VC4。第四二極體D4可為一正本負二極體，並可由第四控制電位VC4來進行控制。若套用至第1A圖之天線系統100，則第四二極體D4具有一陽極和一陰極，其中第四二極體D4之陽極係耦接至第二輸出埠P2和第二饋入點FP2，而第四二極體D4之陰極係耦接至接地電位VSS。藉由控制第四二極體D4，功率分配器110之第二輸出埠P2可選擇性地耦接至接地電位VSS。若功率分配器110之第二輸出埠P2係直接耦接至接地電位VSS，則第二天線陣列130之第二饋入點FP2將不會接收到來自功率分配器110之饋入能量。亦即，第二天線陣列130將被禁能(Disabled)。
另一方面，若套用至第1B圖之天線系統180，則可改為第四二極體D4之陽極係耦接至第三輸出埠P3和第三饋入點FP3，而第四二極體D4之陰極係耦接至接地電位VSS。藉由控制第四二極體D4，功率分配器110之第三輸出埠P3可選擇性地耦接至接地電位VSS。若功率分配器110之第三輸出埠P3係直接耦接至接地電位VSS，則第三天線陣列140之第三饋入點FP3將不會接收到來自功率分配器110之饋入能量。亦即，第三天線陣列140將被禁能。
在一些實施例中，第二切換元件170更包括一第四電感器L4和一電容器(Capacitor)C1。若套用至第1A圖之天線系統100，則第四電感器L4係耦接於第二輸出埠P2(或第二饋入點FP2)和一第四控制節點NC4之間，其中第四控制節點NC4係用於接收第四控制電位VC4。若套用至第1B圖之天線系統180，則可改為第四電感器L4係耦接於第三輸出埠P3(或第三饋入點FP3)和第四控制節點NC4之間。電容器C1係耦接於第四控制節點NC4和接地電位VSS之間。第四電感器L4可用於濾除高頻雜訊。例如，第四電感器L4之電感值可大於5nH。電容器C1係用於濾除低頻雜訊(Low-Frequency Noise)。例如，電容器C1之電容值(Capacitance)可大於10pF。在一些實施例中，第四電感器L4可用另一微帶線來實施之，例如：另一扇形傳輸線，其長度亦可約為天線系統100(或180)之中心操作頻率之0.25倍波長(λ/4)。
必須理解的是，第一電感器L1、第二電感器L2、第三電感器L3、第四電感器L4，以及電容器C1皆為選用元件(Optional Element)，在其他實施例中亦可移除之。被移除之電感器或電容器可由一傳輸線(Transmission Line)或一短路路徑(Short-Circuited Path)來取代。
在一些實施例中，天線系統100(或180)之第一模式和第二模式之相關設定可如下表一、表二所示：
Figure 108104352-A0305-0001
表一：二極體之狀態和天線系統之模式之關係
Figure 108104352-A0305-0002
表二：控制電位之位準和天線系統之模式之關係
詳細而言，當天線系統100(或180)操作於第一模式時，第一二極體D1係導通，但第二二極體D2、第三二極體D3，以及第四二極體D4皆不導通。在第一模式中，第一天線陣列120、第二天線陣列130，以及第三天線陣列140三者皆被致能(Enabled)(第一天線陣列120之饋入相位未被延遲)，使得天線系統100(或180)可產生主波束(Main Beam)相對集中之第一輻射場型。反之，當天線系統100操作於第二模式時，第一二極體D1係不導通，但第二二極體D2、第三二極體D3，以及第四二極體D4皆導通。在第二模式中，若套用至第1A圖之天線系統100，則第一天線陣列120和第三天線陣列140兩者皆被致能(第一天線陣列120之饋入相位被延遲180度)，僅有第二天線陣列130被禁能。另一方面，在第二模式中，若套用至第1B圖之天線系統180，則可改為第一天線陣列120和第二天線陣列130兩者皆被致能(第一天線陣列120之饋入相位亦被延遲180度)，僅有第三天線陣列140被禁能。無論是天線系統100、180，其在第二模式中均可產生主波束相對分散之第二輻射場型。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一天線陣列120之示意圖。必須注意的是，第一天線陣列120、第二天線陣列130，以及第三天線陣列140可具有完全相同之對稱式結構，而第4圖僅舉第一天線陣列120為例進行說明。在第4圖之實施例中，第一天線陣列120、第二天線陣列130，以及第三天線陣列140之每一者皆包括：一第一輻射部(Radiation Element)121、一第二輻射部122、一第三輻射部123、一第四輻射部124、一第五輻射部125、一第一連接部(Connection Element)126、一第二連接部127、一第三連接部128，以及一第四連接部129。在一些實施例中，第一輻射部121、第二輻射部122、第三輻射部123、第四輻射部124、第五輻射部125之每一者皆大致呈現一矩形，而第一連接部126、第二連接部127、第三連接部128，以及第四連接部129之每一者皆大致呈現一直條形。第一輻射部121係耦接至第一饋入點FP1、第二饋入點FP2，以及第三饋入點FP3之對應一者。第五輻射部125具有一開路端(Open End)。第一連接部126係耦接於第一輻射部121和第二輻射部122之間。第二連接部127係耦接於第二輻射部122和第三輻射部123之間。第三連接部128係耦接於第三輻射部123和第四輻射部124之間。第四連接部129係耦接於第四輻射部124和第五輻射部125之間。大致而言，第一輻射部121、第二輻射部122、第三輻射部123、第四輻射部124、第五輻射部125、第一連接部126、第二連接部127、第三連接部128，以及第四連接部129皆可排列於同一條直線上，以形成1x5之天線陣列。
在一些實施例中，天線系統100(或180)之第一天線陣列120、第二天線陣列130，以及第三天線陣列140之一中心操作頻率係大致等於24GHz。天線系統100(或180)之元件尺寸可如下列所述。第一輻射部121之長度E1、第二輻射部122之長度E2、第三輻射部123之長度E3、第四輻射部124之長度E4，以及第五輻射部125之長度E5可皆相等，其可皆大致等於天線系統100(或180)之中心操作頻率之0.5倍波長(λ/2)。第一連接部126之長度E6、第二連接部127之長度E7、第三連接部128之長度E8，以及第四連接部129之長度E9可皆相等，其可皆大致等於天線系統100(或180)之中心操作頻率之0.5倍波長(λ/2)。第三輻射部123之寬度W3可大於第二輻射部122之寬度W2和第四輻射部124之寬度W4，而第二輻射部122之寬度W2和第四輻射部124之寬度W4可皆大於第一輻射部121之寬度W1和第五輻射部125之寬度W5(亦即，W3＞W2=W4＞W1=W5)。以上元件尺寸之範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化第一天線陣列120、第二天線陣列130，以及第三天線陣列140之操作頻寬(Operation Bandwidth)和阻抗匹配(Impedance Matching)。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統500之實際佈局(Layout)圖。在第5A圖之實施例中，天線系統500包括一功率分配器510、一第一天線陣列520、一第二天線陣列530、一第三天線陣列540、一延遲器550、一第一切換元件560，以及一第二切換元件570，其結構和功能皆如第1A圖之實施例所述。天線系統500之前述元件皆可設置於一介質基板(Dielectric Substrate)505之一上表面，而一接地面(Ground Plane)則可設置於介質基板505之一下表面(未顯示)。介質基板505之介電常數(Dielectric Constant)可約為3.85。介質基板505之厚度(亦即，上表面和下表面之間距)可約為10mil。第5A圖之天線系統500之其餘特徵皆與第1A圖之天線系統100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第5B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線系統580之實際佈局圖。在第5B圖之實施例中，天線系統580亦包括一功率分配器510、一第一天線陣列520、一第二天線陣列530、一第三天線陣列540、一延遲器550、一第一切換元件560，以及一第二切換元件570，其結構和功能皆如第1B圖之實施例所述。必須注意的是，第5B圖之第一天線陣列520、第二天線陣列530，以及第三天線陣列540係彼此對齊排列，其中第一天線陣列520和第二天線陣列530之間距DF1可大致等於第二天線陣列530和第三天線陣列540之間距DF2。例如，前述間距DF1、DF2皆可各自等於天線系統580之中心操作頻率之0.5倍波長(λ/2)。另外，天線系統580更可包括耦接至第二天線陣列530之一彎折傳輸線(Bending Transmission Line)585，其可用於等化(Equalize)第一天線陣列520、第二天線陣列530，以及第三天線陣列540三者之等效饋入長度。第5B圖之天線系統580之其餘特徵皆與第1B圖之天線系統180類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第6A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統580操作於第一模式時之輻射場型圖(其可於YZ平面上進行量測)。根據第6A圖之量測結果，在第一模式中，天線系統580之第一輻射場型僅包括單一主波束(Main Beam)610，以提供相對較高之天線增益(Antenna Gain)。第6B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統580操作於第二模式時之輻射場型圖(其可於YZ平面上進行量測)。根據第6B圖之量測結果，在第二模式中，天線系統580之第二輻射場型包括相異之二個主波束620、630，以提供相對較廣之波束寬度(Beam Width)。必須理解的是，另一天線系統500之量測結果亦可與第6A、6B圖相近似，在此不再重複說明。
本發明提出一種新穎之天線系統，其包括複數個天線陣列和複數個切換元件，它們係彼此整合以節省天線系統之設計空間。大致而言，本發明至少具有可調整輻射場型、小尺寸、高增益、低複雜度，以及低製造成本等優勢，故其很適合應用於各種各式之通訊裝置當中。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之天線系統並不僅限於第1-6圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-6圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之天線系統當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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。
100、180、500、580:天線系統 110、510:功率分配器 120、520:第一天線陣列 121:第一輻射部 122:第二輻射部 123:第三輻射部 124:第四輻射部 125:第五輻射部 126:第一連接部 127:第二連接部 128:第三連接部 129:第四連接部 130、530:第二天線陣列 140、540:第三天線陣列 150、550:延遲器 160、560:第一切換元件 170、570:第二切換元件 505:介質基板 585:彎折傳輸線 610、620、630:主波束 C1:電容器 D1:第一二極體 D2:第二二極體 D3:第三二極體 D4:第四二極體 DF1、DF2:間距 E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9:長度 FP1:第一饋入點 FP2:第二饋入點 FP3:第三饋入點 L1:第一電感器 L2:第二電感器 L3:第三電感器 L4:第四電感器 N1:第一節點 N2:第二節點 NC1:第一控制節點 NC2:第二控制節點 NC3:第三控制節點 NC4:第四控制節點 P1:第一輸出埠 P2:第二輸出埠 P3:第三輸出埠 SC1:第一控制信號 SC2:第二控制信號 SIN:輸入信號 SOUT1:第一輸出信號 SOUT2:第二輸出信號 SOUT3:第三輸出信號 VC1:第一控制電位 VC2:第二控制電位 VC3:第三控制電位 VC4:第四控制電位 VSS:接地電位 W1、W2、W3、W4、W5:寬度 X:X軸 Y:Y軸 Z:Z軸
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之示意圖。 第1B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線系統之示意圖。 第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一切換元件之示意圖。 第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二切換元件之示意圖。 第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線陣列之示意圖。 第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統之實際佈局圖。 第5B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線系統之實際佈局圖。 第6A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統操作於第一模式時之輻射場型圖。 第6B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線系統操作於第二模式時之輻射場型圖。
110:功率分配器
120:第一天線陣列
130:第二天線陣列
140:第三天線陣列
150:延遲器
160:第一切換元件
170:第二切換元件
180:天線系統
FP1:第一饋入點
FP2:第二饋入點
FP3:第三饋入點
P1:第一輸出埠
P2:第二輸出埠
P3:第三輸出埠
SC1:第一控制信號
SC2:第二控制信號
SIN:輸入信號
SOUT1:第一輸出信號
SOUT2:第二輸出信號
SOUT3:第三輸出信號
VSS:接地電位

Claims (17)

  1. 一種天線系統，包括： 一功率分配器，具有一第一輸出埠、一第二輸出埠，以及一第三輸出埠； 一第一天線陣列，耦接至該第一輸出埠； 一第二天線陣列，耦接至該第二輸出埠； 一第三天線陣列，耦接至該第三輸出埠； 一延遲器； 一第一切換元件，根據一第一控制信號來決定是否將該第一輸出埠耦接至該延遲器；以及 一第二切換元件，根據一第二控制信號來決定是否將該第三輸出埠耦接至一接地電位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該延遲器之一延遲相位係等於180度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該第一天線陣列具有一第一饋入點，而該第一控制信號包括一第一控制電位、一第二控制電位，以及一第三控制電位。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之天線系統，其中該第一切換元件包括： 一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體之該陽極係耦接至該第一輸出埠，而該第一二極體之該陰極係耦接至該第一饋入點； 一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體之該陽極係耦接至一第一節點，而該第二二極體之該陰極係耦接至該第一輸出埠；以及 一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至一第二節點，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第一饋入點； 其中該延遲器係耦接於該第一節點和該第二節點之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之天線系統，其中該第一二極體、該第二二極體，以及該第三二極體為三個正本負二極體(PIN Diode)，並由該第一控制電位、該第二控制電位，以及該第三控制電位來進行控制。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之天線系統，其中該第一切換元件更包括： 一第一電感器，耦接於該第一輸出埠和一第一控制節點之間，其中該第一控制節點係用於接收該第一控制電位； 一第二電感器，耦接於該第一節點和一第二控制節點之間，其中該第二控制節點係用於接收該第二控制電位；以及 一第三電感器，耦接於該第二節點和一第三控制節點之間，其中該第三控制節點係用於接收該第三控制電位。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之天線系統，其中該第三天線陣列具有一第三饋入點，而該第二控制信號包括一第四控制電位。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之天線系統，其中該第二切換元件包括： 一第四二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第四二極體之該陽極係耦接至該第三輸出埠和該第三饋入點，而該第四二極體之該陰極係耦接至該接地電位。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之天線系統，其中該第四二極體為一正本負二極體，並由該第四控制電位來進行控制。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之天線系統，其中該第二切換元件更包括： 一第四電感器，耦接於該第三輸出埠和一第四控制節點之間，其中該第四控制節點係用於接收該第四控制電位；以及 一電容器，耦接於該第四控制節點和該接地電位之間。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之天線系統，其中當該天線系統操作於一第一模式時，該第一二極體係導通，而該第二二極體、該第三二極體，以及該第四二極體皆不導通，使得該天線系統產生包括單一主波束之一第一輻射場型。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之天線系統，其中當該天線系統操作於一第二模式時，該第一二極體係不導通，而該第二二極體、該第三二極體，以及該第四二極體皆導通，使得該天線系統產生包括不同二主波束之一第二輻射場型。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該天線系統之一中心操作頻率係大致為24GHz。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之天線系統，其中該第一天線陣列、該第二天線陣列，以及該第三天線陣列之每一者皆包括： 一第一輻射部； 一第二輻射部； 一第一連接部，耦接於該第一輻射部和該第二輻射部之間； 一第三輻射部； 一第二連接部，耦接於該第二輻射部和該第三輻射部之間； 一第四輻射部； 一第三連接部，耦接於該第三輻射部和該第四輻射部之間； 一第五輻射部；以及 一第四連接部，耦接於該第四輻射部和該第五輻射部之間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之天線系統，其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部、該第五輻射部、該第一連接部、該第二連接部、該第三連接部，以及該第四連接部皆排列於同一直線上。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之天線系統，其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部之每一者之長度皆大致等於該中心操作頻率之0.5倍波長。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之天線系統，其中該第一連接部、該第二連接部、該第三連接部，以及該第四連接部之每一者之長度皆大致等於該中心操作頻率之0.5倍波長。
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