TWI780854B - 天線裝置、定位系統及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種天線裝置、定位系統及定位方法。定位方法包括：將多個包括天線裝置的接收器分散設置以形成目標區域；通過天線裝置接收來自目標區域的無線訊號，並產生差訊號強度及和訊號強度；針對該些接收器中的每一個，計算該和訊號強度及該差訊號強度之間的和差比值，並依據和差比值及比對表估計對應的估計入射角度；取得對應該些接收器的該些估計角度後，依據該些估計角度執行定位演算法產生多個可能位置；及執行最佳化演算法以計算該些可能位置的最佳估計位置。

Description

天線裝置、定位系統及定位方法
本發明涉及一種天線裝置、定位系統及定位方法，特別是涉及一種結構簡單且低成本的天線裝置，以及使用該天線裝置的高精度定位系統及定位方法。
在室外的環境中，GPS是最廣泛使用的定位方法，其定位精準度約在3-5公尺，但受到地形地物影響頗大，精準度可能只達10公尺，尤其到了室內，GPS訊號收不到，因此必須仰賴其他方法。
在近期的定位系統發展中，以Wi-Fi訊號為基礎的定位最為普遍，其原因為Wi-Fi系統廣泛地遍佈在各個區域，不需要再額外增加基礎建設，比起要運用其他訊號源的方法，其成本較低，且精準度也可達到3-5公尺以下；另外，由於物聯網的興起，使得Wi-Fi在定位領域的重要性將逐漸提升。
然而，在現今使用的高科技產品體積愈來愈小的情況下，卻鮮少有採用平面小型且低指向性的天線架構來達成高精確度的小型的被動式偵測雷達。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種結構簡單且低成本的天線裝置，以及使用該天線裝置的高精度定位系統及定位方法。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種天線裝置，其包括共地金屬層、第一介電層、第一天線、第二天線、第二介電層及鼠競耦合器。一共地金屬層，具有一第一側及一第二側。一第一介電層，設置在該共地金屬層的該第一側。一第一天線，設置在該第一介電層與該共地金屬層相對的一側，具有相連的一第一金屬貼片及一第一微帶線，且該第一微帶線具有一第一饋入點。一第二天線，設置在該第一介電層與該共地金屬層相對的一側，與該第一天線相隔一預定間距，且具有相連的一第二金屬貼片及一第二微帶線，且該第二微帶線具有一第二饋入點。一第二介電層，設置在該共地金屬層的該第二側。一耦合器，設置在該第二介電層與該共地金屬層相對的一側，且具有一環形本體以及沿著該環形本體設置的一第一輸入端、一第二輸入端、一差輸出端及一和輸出端，其中該第一輸入端通過該第一饋入點連接於該第一天線，該第二輸入端通過該第二饋入點連接於第二天線。其中，該第一天線及該第二天線係共同操作在一預定頻段，且該預定間距關聯於對應該預定頻段的一預定波長。
在一些實施例中，該第一輸入端及該第一天線以連通柱方式於該第一饋入點處連接，該第二輸入端及該第二天線以連通柱方式於該第二饋入點處連接。
在一些實施例中，該預定間距係在該預定波長的0.4倍至0.6倍的範圍內。
在一些實施例中，該和輸出端與該第一輸入端之間具有一第一相位差，該和輸出端與該第二輸入端之間具有一第二相位差，該差輸出端與該第一輸入端之間具有一第三相位差，該差輸出端與該第二輸入端之間具有一第四相位差，且該第一相位差與該第二相位差相等，該第三相位差與該第四相位差相差90度。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種定位系統，包括多個接收器及計算裝置。多個接收器，分散設置以形成一目標區域，各包括天線裝置、第一無線網路介面控制器及第二無線網路介面控制器。天線裝置包括耦合器、第一天線及第二天線。耦合器具有一第一輸入端、一第二輸入端、一差輸出端及一和輸出端。第一天線，連接於該第一輸入端。一第二天線，連接於該第二輸入端，且與該第一天線具有一預定間距。第一無線網路介面控制器，連接於該差輸出端，經配置以通過該天線裝置接收來自該目標區域的無線訊號，並將該差輸出端的輸出訊號進行處理以產生一差訊號強度。一第二無線網路介面控制器，連接於該和輸出端，經配置以通過該天線裝置接收來自該目標區域的無線訊號，並依據該和輸出端的輸出訊號進行處理產生一和訊號強度。計算裝置，與該些接收器通訊連接，且包括一處理模組及一儲存模組。其中，該處理模組經配置以：針對該些接收器的每一個，執行：計算該和訊號強度及該差訊號強度之間的比值，以取得一和差比值；及依據該和差比值及該儲存模組儲存的一比對表，估計該和差比值對應的估計入射角度，其中，該比對表定義多個比值與多個角度之間的對應關係；取得對應該些接收器的該些估計角度後，依據該些估計角度執行一定位演算法產生多個可能位置；及執行一最佳化演算法以計算該些可能位置的一最佳估計位置。
在一些實施例中，該些接收器的數量為至少三個，且該目標區域係以該些接收器為頂點形成一多邊形。
在一些實施例中，該些接收器各具有一接收方向，且該些接收器的該些接收方向係朝向該多邊形的一內部點。
在一些實施例中，該對照表係通過在一無反射室量測該天線裝置的一和場型及一差場型，並取該和場型及該差場型的比值，以及記錄該比值隨角度的變化而獲得。
在一些實施例中，該和場型及該差場型相對於其接收方向為對稱的，且對應該些接收器的其中之一的該些估計角度的數量為2。
在一些實施例中，該定位演算法為擬反矩陣法。
在一些實施例中，該最佳化演算法為最小殘差平方和找尋法。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外再一技術方案是提供一種定位方法，包括：將多個接收器分散設置以形成一目標區域，其中，該些接收器各包括：一天線裝置，係包括：一耦合器，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一差輸出端及一和輸出端；一第一天線，連接於該第一輸入端；及一第二天線，連接於該第二輸入端，且與該第一天線具有一預定間距；一第一無線網路介面控制器，連接於該差輸出端；及一第二無線網路介面控制器，連接於該和輸出端；配置該第一無線網路介面控制器以通過該天線裝置接收來自該目標區域的無線訊號，並將該差輸出端的輸出訊號進行處理以產生一差訊號強度；配置該第二無線網路介面控制器以通過該天線裝置接收來自該目標區域的無線訊號，並依據該和輸出端的輸出訊號進行處理產生一和訊號強度；配置一計算裝置與該些接收器通訊連接，其中，該計算裝置包括一處理模組及一儲存模組；配置該處理模組以：針對該些接收器中的每一個，執行：計算該和訊號強度及該差訊號強度之間的比值，以取得一和差比值；及依據該和差比值及該儲存模組儲存的一比對表，估計該和差比值對應的估計入射角度，其中，該比對表定義多個比值與多個角度之間的對應關係；取得對應該些接收器的該些估計角度後，依據該些估計角度執行一定位演算法產生多個可能位置；及執行一最佳化演算法以計算該些可能位置的一最佳估計位置。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的天線裝置、定位系統及定位方法，整合平面天線及鼠競耦合器成為新的接收天線架構，並直接得出和差場型，並透過其比值得出訊號入射角度，使整體天線裝置可以得到整合縮小。
此外，本發明所提供的天線裝置、定位系統及定位方法，當以天線裝置的接收方向朝向目標區域中心設置時，配合上擬反矩陣方法可以得出在整個區域內的平均定位誤差為2公尺，為區域長寬的2%，由此就算角度大時角度誤差大，透過擬反矩陣計算也能將其改善，另外，通過最小殘差平方和找尋法，能夠克服由於場型對稱無法判斷待定物的精確方位等問題。
此外，通過採用本發明所提供的天線裝置、定位系統及定位方法，在定位流程的計算過程中僅需使用量測訊號的強度，而不需測量其相位，使天線裝置及定位系統的整體架構可以大幅簡化。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“天線裝置、定位系統及定位方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
圖1為本發明第一實施例的天線裝置的第一側的俯視示意圖。圖2為圖1沿著剖面線I-I繪示的剖面圖。圖3為本發明第一實施例的天線裝置的第二側的俯視示意圖。
參閱圖1至圖3所示，本發明第一實施例提供一種天線裝置1，其包括共地金屬層10、第一介電層11、第一天線12、第二天線13、第二介電層14及耦合器15。
為了能夠將接收端的體積盡可能縮小，故採取的是以微帶天線作為天線裝置1的接收天線，並應用於Wi-Fi 2.4 GHz頻段作爲預定頻帶。
共地金屬層10具有第一側及第二側，第一介電層11設置在共地金屬層10的第一側。此架構可例如採用玻璃纖維作爲第一介電層11，並以銅箔作爲共地金屬層10。
第一天線12設置在第一介電層11與共地金屬層10相對的一側，具有相連的第一金屬貼片120及第一微帶線122，且第一微帶線122具有第一饋入點FP1。類似的，第二天線13，設置在第一介電層11的第一側上，與第一天線12相隔預定間距d，且具有相連的第二金屬貼片130及第二微帶線132，且第二微帶線132具有第二饋入點FP2。第一天線12與第二天線13將共同操作在預定頻段，亦即前述的Wi-Fi 2.4 GHz頻段。
在本實施例中，第一金屬貼片120及第二金屬貼片130可為矩形，且其面積關聯於對應預定頻段的預定波長。詳細而言，在設計天線時，將依據預計要使用的共振頻率來決定天線的面積大小。而面積大小與波長有關，因為預計接收的是Wi-Fi的Channel 6，其中心頻率為2.43GHz，對應的波長為12.34cm。在一些實施例中，本發明採用Rogers公司所製造4003C板材，其介電常數
Figure 02_image001
約為3.55，厚度為1.52cm，跟據設計平面天線的原理，計算後約波長的1/4左右即可造成共振產生輻射。另一方面，饋入是採用阻抗為
Figure 02_image003
= 50Ω的第一微帶線122及第二微帶線132。
請參閱圖2及圖3，如圖所示，第二介電層14設置在共地金屬層10的第二側，且類似的，可例如採用玻璃纖維作爲第二介電層14。
耦合器15，可例如為鼠競耦合器，其設置在第二介電層14與共地金屬層10相對的一側，且具有環形本體150以及沿著環形本體150設置的第一輸入端In1、第二輸入端In2、差輸出端Do及和輸出端So。對於耦合器15而言，決定其尺寸的重要參數依舊是對應於預定頻段(Wi-Fi 2.4GHz)的預定波長，因此，在2.4 GHz時，經計算後得到預定波長值為12.5cm。需要注意的是，採用鼠競耦合器作為耦合器15僅為一種實施態樣，本發明不限於此，耦合器15亦可以其他平面型耦合器結構來實現。
在耦合器15的訊號傳輸路徑中，和輸出端So與第一輸入端In1之間具有第一相位差，和輸出端So與第二輸入端In2之間具有第二相位差，差輸出端Do與第一輸入端In2之間具有第三相位差，差輸出端Do與第二輸入端In2之間具有第四相位差。
在本實施例中，差輸出端、第一輸入端、和輸出端及第二輸入端係依序沿著環形本體設置，且爲了輸出和場型及差場型，將設計第一輸入端In1及第二輸入端In2的訊號在和輸出端So處為同相位，而第一輸入端In1及第二輸入端In2的訊號在差輸出端Do處為反相位，因此，第一相位差與第二相位差相等，因此其弧長可設計均爲預定波長的1/4，而第三相位差與第四相位差相差90度，因此其對應的弧長可設計相差預定波長的1/4。
依據上述條件及預定波長，可知環形本體150的周長為預定波長的3/2，約為18.75cm，而環形本體150的寬度可由第一微帶線122及第二微帶線132的匹配阻抗所決定，換言之，可同樣使用
Figure 02_image003
= 50Ω作為匹配的阻抗，而環形本體150的阻抗為
Figure 02_image005
，約為70.7Ω，因此，環形本體150的寬度約為1.86mm，而50Ω饋入的寬度為3.41mm。
為了減少第一天線12、第二天線13與耦合器15之間的冗餘接線，第一輸入端In1通過第一饋入點FP1連接於第一天線12，第二輸入端In2通過第二饋入點FP2連接於第二天線13，且電路之間是透過連通柱V1連接，換言之，第一輸入端In1及第一天線12可以連通柱方式於第一饋入點FP1處連接，第二輸入端In2及第二天線13以連通柱方式於第二饋入點FP2處連接。在本實施例中，可進一步分別在和輸出端So及差輸出端Do處設置50Ω的SMA同軸接頭以將和場型及差場型進行輸出。
此外，輸出端So及差輸出端Do的場型變化與第一天線12與第二天線13之間的預定間距d有關，為了得到訊號入射角度與場型強度是一對一的情況，以高頻模擬系統(High Frequency Simulation System, HFSS)模擬天線裝置1的場型如圖4所示，圖4為根據本發明第一實施例的天線裝置在預定間距為0.3倍波長下的和場型及差場型的模擬結果。
由圖4可知，當雙天線間距小於波長的1/2時，因和場型的波束寬度變寬，可判斷的角度範圍也會提升，但準度也會因此而降低。同理可知，當雙天線間距大於預定波長λ的1/2時，和場型的主波束寬度會變窄，造成可判斷的角度範圍降低，但在範圍內的角度判斷精準度會提高。
進一步將參考圖5所示，圖5為根據本發明第一實施例的天線裝置在不同預定間距下的和場型及差場型的比值的模擬結果。如圖5所示，圖中0.3λ的曲線雖視角範圍廣，但斜率較小，而0.7λ的曲線斜率大，但視角較小，所顯示的結果也決定預定間距d應取λ/2較爲理想，且由圖5可知，當預定間距d取λ/2時，以斜率而言，在0至50度之間將作為最佳的定位角度範圍。在一些實施例中，預定間距d可在預定波長λ的0.4倍至0.6倍的範圍內。較佳者，預定間距d可為預定波長λ的0.4倍、0.5倍、或0.6倍。
因此，本發明第一實施例所提供的天線裝置，整合天線及鼠競耦合器成為新的接收天線架構，並可直接得出和差場型，並透過其比值得出訊號入射角度，其架構簡單且成本較低，同時可實現微型化的天線裝置。
[第二實施例]
圖6為本發明第二實施例的定位系統的功能方塊圖，圖7為本發明第二實施例的接收器及目標區域配置示意圖。參閱圖6及圖7所示，本發明第二實施例提供一種定位系統2，包括多個接收器20、21、22、23及計算裝置24。
接收器20、21、22、23，分散設置以形成目標區域TA，其中，接收器20、21、22、23的架構相同，以接收器20來說明，其包括天線裝置200、第一無線網路介面控制器210及第二無線網路介面控制器220。
天線裝置200包括第一天線201、第二天線202及耦合器203。需要說明的是，天線裝置200實質上與第一實施例的天線裝置1相同，故省略重複敘述。需要注意的是，在本實施例中雖以微帶天線來實現第一天線201及第二天線202，但本發明不限於微帶天線，第一天線201及第二天線202亦可以其他平面型的天線結構來實現。
如圖6所示，耦合器203亦可例如為鼠競耦合器，且具有第一輸入端In1、第二輸入端In2、差輸出端Do及和輸出端So。第一天線201連接於第一輸入端In1，第二天線202連接於第二輸入端In2，且與第一天線201具有預定間距d(如圖1所示)。需要注意的是，在圖6中採用鼠競耦合器作為耦合器203僅為一種實施態樣，本發明不限於此，耦合器203亦可以其他具有平面型結構的和差耦合器來實現，以用於輸出將兩個輸入訊號相加及相減的和訊號及差訊號。
第一無線網路介面控制器210連接於差輸出端Do，經配置以通過天線裝置200接收來自目標區域AT的無線訊號，並將差輸出端Do的輸出訊號進行處理以產生差訊號強度Sd。再者，第二無線網路介面控制器220連接於和輸出端So，經配置以通過天線裝置200接收來自目標區域AT的無線訊號，並依據和輸出端So的輸出訊號進行處理產生和訊號強度Ss。
第一無線網路介面控制器210及第二無線網路介面控制器220可例如為無線網路卡，以控制天線裝置200操作在Wi-Fi 2.4GHz的頻段下接收來自目標區域的無線訊號。
計算裝置24與接收器20、21、22、23通訊連接，且包括處理模組240及儲存模組250。計算裝置24可以包含任何適當處理器驅動計算裝置，包含但並不限於桌上型計算裝置、膝上型計算裝置、伺服器、智慧手機、平板電腦等等。處理模組240可為如可程式邏輯控制電路（Programmable Logic Controller Circuit）、微處理電路（Micro-processor Circuit）或微控制電路（Micro-control Circuit）的積體電路。儲存模組250可例如為記憶體系統，其可包括非揮發記憶體（例如快閃記憶體）與系統記憶體（例如DRAM）。
在本實施例中，多個接收器的數量為至少三個，例如為4，且如圖7所示，目標區域AT係以接收器20、21、22、23為頂點形成一矩形。此外，接收器各具有一接收方向Dr，且該些接收器的該些接收方向Dr係朝向矩形的中心點C1。
在說明上述定位系統2的架構後，以下將參考圖8一併說明本發明的定位方法，其適用於定位系統1，但本發明不限於此。
圖8為根據本發明第二實施例的定位方法的流程圖。如圖8所示，定位方法包括下列步驟：
步驟S80：將多個接收器分散設置以形成目標區域AT。此步驟如圖7所示，在此不再贅述。
針對每個接收器，執行步驟S81及S82。
步驟S81：配置第一無線網路介面控制器以通過天線裝置接收來自目標區域的無線訊號，並將差輸出端的輸出訊號進行處理以產生差訊號強度。
步驟S82：配置第二無線網路介面控制器以通過天線裝置接收來自目標區域的無線訊號，並依據和輸出端的輸出訊號進行處理產生和訊號強度。
步驟S83：配置計算裝置與該些接收器通訊連接。計算裝置24可例如通過有線或無線方式與接收器20、21、22、23連接。
配置處理模組250以執行下列步驟：
步驟S84：針對該些接收器中的每一個，計算和訊號強度及差訊號強度之間的比值，以取得和差比值。
步驟S85：針對該些接收器中的每一個，依據和差比值及儲存模組儲存的比對表，估計和差比值對應的估計入射角度。
詳細而言，比對表252儲存在儲存模組250中，其定義來多個比值與多個角度之間的對應關係。例如，以圖4的和場型及差場型而言，其明顯在0至90度以及0至-90度之間具有一對一的關係，換言之，在0至90度中的每個角度都能計算出不同的比值。而對照圖5來看，可進一步建立比值r與角度θ之間的關聯性。
圖9為根據本發明第二實施例的建立對照表的流程圖。建立對照表的步驟可包括針對每一個接收器執行下列步驟：
步驟S90：在無反射室量測天線裝置的和場型及差場型。
步驟S91：取和場型及差場型的比值。
步驟S92：記錄該比值隨角度的變化，以獲得對照表。
步驟S86：取得對應該些接收器的多個估計角度後，依據該些估計角度執行定位演算法產生多個可能位置。
例如，將圖7的架構以二維座標系統表示，假設真實位置為(x, y)，透過三角函數算出估計角度 θ i ，則估計角度可由下式(1)表示：
Figure 02_image007
…式(1)；
其中，C xi及C yi為接收器的座標，利用得出的
Figure 02_image009
寫成此接收器所代表的線性方程式，可由下式(2)表示：
Figure 02_image011
，
Figure 02_image013
…式(2)；
得出4個接收器所各自形成的4個線性方程式後，即可開始進入主要的定位演算法，在本發明的實施例中，可採用擬反矩陣(Pseudo-inverse)法作爲定位演算法。
擬反矩陣法是矩陣的一種求最佳解且誤差最小的方法，假設有一線性關係表示為Hx=b，
Figure 02_image015
且
Figure 02_image017
且m ＞ n，且由於等式的數目比未知數還多，不能得到完全滿足的解，因此必須透過擬反矩陣法求最佳解，可由下式(3)求解：
x = (H TH) -1H Tb…式(3)；
因此，將式(2)求得的4條線性方程式套入得到：
H =
Figure 02_image019
，    b =
Figure 02_image021
。
在本實施例中，和場型及差場型相對於其接收方向Dr為對稱的，且對應該些接收器的其中之一的該些估計角度的數量為2。以本實施例而言，由於接收器產生的和差場型左右對稱，在量測出比值後，無法判斷是左邊還是右邊，因此， 4個基站有可能的組合共有16種，需要從這16種解答裡找出最佳的解。
步驟S87：執行最佳化演算法以計算該些可能位置的最佳估計位置。舉例而言，最佳化演算法可例如為最小殘差平方和找尋法，所謂殘差是空間中點到線的距離。詳細而言，將該些可能位置在直角座標系中進行擬合，以產生經擬合的回歸線 ax+ by+ c=0，假設其中一個可能位置的座標為( x 0 , y 0 )，則該可能位置與回歸線之間的最短距離為：
Figure 02_image023
；
接著，從該些可能位置中尋找出具有最小距離的該些可能位置，並作為多個最佳估計位置。
進一步參考圖10，其爲依據本發明第二實施例的定位結果的定位偏差圖。如圖所示，定位範圍由(1, 1)到(99, 99)，每1公尺一定位點畫圖，除了在接近接收器的位置誤差較大且變化急速，可以看出全境的定位偏差都在3公尺以下，且由於目標區域都在涵蓋在天線裝置1的接收範圍(亦即，±50度)內，可以從圖10得知，就算是大角度的情況下，定位偏差也可抑制在2公尺左右，因此，將接收器的接收方向面向中心C1設置可確保本發明的定位系統及定位方法的精確度。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的天線裝置、定位系統及定位方法，整合天線及鼠競耦合器成為新的接收天線架構，並直接得出和差場型，並透過其比值得出訊號入射角度，使整體天線裝置可以得到整合縮小。
此外，通過採用本發明所提供的天線裝置、定位系統及定位方法，在定位流程的計算過程中僅需使用量測訊號的強度，而不需測量其相位，使天線裝置及定位系統的整體架構可以大幅簡化。
此外，本發明所提供的天線裝置、定位系統及定位方法，當以天線裝置的接收方向朝向目標區域中心設置時，配合上擬反矩陣方法可以得出在整個區域內的平均定位誤差為2公尺，為區域長寬的2%，由此就算角度大時角度誤差大，透過擬反矩陣計算也能將其改善，另外，通過最小殘差平方和找尋法，能夠克服由於場型對稱無法判斷待定物的精確方位等問題。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1、200:天線裝置 2:定位系統 10:共地金屬層 11:第一介電層 12、201:第一天線 13、202:第二天線 14:第二介電層 15、203:耦合器 20、21、22、23:接收器 24:計算裝置 120:第一金屬貼片 122:第一微帶線 130:第二金屬貼片 132:第二微帶線 150:環形本體 210:第一無線網路介面控制器 220:第二無線網路介面控制器 240:處理模組 250:儲存模組 252:比對表 AT:目標區域 C1:中心點 d:預定間距 Do:差輸出端 Dr:接收方向 FP1:第一饋入點 FP2:第二饋入點 I-I:剖面線 In1:第一輸入端 In2:第二輸入端 Sd:差訊號強度 So:和輸出端 Ss:和訊號強度 V1:連通柱
圖1為根據本發明第一實施例的天線裝置的第一側的俯視示意圖。
圖2為圖1沿著剖面線I-I繪示的剖面圖。
圖3為根據本發明第一實施例的天線裝置的第二側的俯視示意圖。
圖4為根據本發明第一實施例的天線裝置在預定間距為0.3倍波長下的和場型及差場型的模擬結果。
圖5為根據本發明第一實施例的天線裝置在不同預定間距下的和場型及差場型的比值的模擬結果。
圖6為根據本發明第二實施例的定位系統的功能方塊圖。
圖7為根據本發明第二實施例的接收器及目標區域配置示意圖。
圖8為根據本發明第二實施例的定位方法的流程圖。
圖9為根據本發明第二實施例的建立對照表的流程圖。
圖10爲依據本發明第二實施例的定位結果的定位偏差圖。
代表圖為流程圖，故無符號簡單說明。

Claims (18)

  1. 一種天線裝置，其包括： 一共地金屬層，具有一第一側及一第二側； 一第一介電層，設置在該共地金屬層的該第一側； 一第一天線，設置在該第一介電層與該共地金屬層相對的一側，具有相連的一第一金屬貼片及一第一微帶線，且該第一微帶線具有一第一饋入點； 一第二天線，設置在該第一介電層與該共地金屬層相對的一側，與該第一天線相隔一預定間距，且具有相連的一第二金屬貼片及一第二微帶線，且該第二微帶線具有一第二饋入點； 一第二介電層，設置在該共地金屬層的該第二側；以及 一耦合器，設置在該第二介電層與該共地金屬層相對的一側，且具有一第一輸入端、一第二輸入端、一差輸出端及一和輸出端，其中該第一輸入端通過該第一饋入點連接於該第一天線，該第二輸入端通過該第二饋入點連接於第二天線， 其中，該第一天線及該第二天線係共同操作在一預定頻段，且該預定間距關聯於對應該預定頻段的一預定波長。
  2. 如請求項1所述的天線裝置，其中該第一輸入端及該第一天線以連通柱方式於該第一饋入點處連接，該第二輸入端及該第二天線以連通柱方式於該第二饋入點處連接。
  3. 如請求項1所述的天線裝置，其中該預定間距係在該預定波長的0.4倍至0.6倍的範圍內。
  4. 如請求項1所述的天線裝置，其中該和輸出端與該第一輸入端之間具有一第一相位差，該和輸出端與該第二輸入端之間具有一第二相位差，該差輸出端與該第一輸入端之間具有一第三相位差，該差輸出端與該第二輸入端之間具有一第四相位差，且該第一相位差與該第二相位差相等，該第三相位差與該第四相位差相差90度。
  5. 一種定位系統，包括： 多個接收器，分散設置以形成一目標區域，各包括： 請求項1所述之天線裝置； 一第一無線網路介面控制器，連接於該差輸出端，經配置以通過該天線裝置接收來自該目標區域的無線訊號，並將該差輸出端的輸出訊號進行處理以產生一差訊號強度；及 一第二無線網路介面控制器，連接於該和輸出端，經配置以通過該天線裝置接收來自該目標區域的無線訊號，並依據該和輸出端的輸出訊號進行處理產生一和訊號強度；以及 一計算裝置，與該些接收器通訊連接，且包括一處理模組及一儲存模組，其中，該處理模組經配置以： 針對該些接收器的每一個，執行： 計算該和訊號強度及該差訊號強度之間的比值，以取得一和差比值；及 依據該和差比值及該儲存模組儲存的一比對表，估計該和差比值對應的估計入射角度，其中，該比對表定義多個比值與多個角度之間的對應關係； 取得對應該些接收器的該些估計角度後，依據該些估計角度執行一定位演算法產生多個可能位置；及 執行一最佳化演算法以計算該些可能位置的一最佳估計位置。
  6. 如請求項5所述的定位系統，其中，該些接收器的數量為至少三個，且該目標區域係以該些接收器為頂點形成一多邊形。
  7. 如請求項6所述的定位系統，其中，該些接收器各具有一接收方向，且該些接收器的該些接收方向係朝向該多邊形的一內部點。
  8. 如請求項5所述的定位系統，其中該對照表係通過在一無反射室量測該天線裝置的一和場型及一差場型，並取該和場型及該差場型的比值，以及記錄該比值隨角度的變化而獲得。
  9. 如請求項8所述的定位系統，其中，該和場型及該差場型相對於其接收方向為對稱的，且對應該些接收器的其中之一的該些估計角度的數量為2。
  10. 如請求項5所述的定位系統，其中，該定位演算法為擬反矩陣法。
  11. 如請求項5所述的定位系統，其中，該最佳化演算法為最小殘差平方和找尋法。
  12. 一種定位方法，包括： 將多個接收器分散設置以形成一目標區域，其中，該些接收器各包括： 請求項1所述之天線裝置； 一第一無線網路介面控制器，連接於該差輸出端；及 一第二無線網路介面控制器，連接於該和輸出端； 配置該第一無線網路介面控制器以通過該天線裝置接收來自該目標區域的無線訊號，並將該差輸出端的輸出訊號進行處理以產生一差訊號強度； 配置該第二無線網路介面控制器以通過該天線裝置接收來自該目標區域的無線訊號，並依據該和輸出端的輸出訊號進行處理產生一和訊號強度； 配置一計算裝置與該些接收器通訊連接，其中，該計算裝置包括一處理模組及一儲存模組； 配置該處理模組以： 針對該些接收器中的每一個，執行： 計算該和訊號強度及該差訊號強度之間的比值，以取得一和差比值；及 依據該和差比值及該儲存模組儲存的一比對表，估計該和差比值對應的估計入射角度，其中，該比對表定義多個比值與多個角度之間的對應關係； 取得對應該些接收器的該些估計角度後，依據該些估計角度執行一定位演算法產生多個可能位置；及 執行一最佳化演算法以計算該些可能位置的一最佳估計位置。
  13. 如請求項12所述的定位方法，其中，該些接收器的數量為至少三個，且該目標區域係以該些接收器為頂點形成一多邊形。
  14. 如請求項13所述的定位方法，其中，該些接收器各具有一接收方向，且該定位方法更包括將該些接收器的該些接收方向設置爲朝向該多邊形的一內部點。
  15. 如請求項13所述的定位方法，更包括： 針對該些接收器中的每一個，通過在一無反射室量測該天線裝置的一和場型及一差場型，並取該和場型及該差場型的比值，以及記錄該比值隨角度的變化而獲得該對照表。
  16. 如請求項15所述的定位方法，其中，該和場型及該差場型相對於其接收方向為對稱的，且對應該些接收器的其中之一的該些估計角度的數量為2。
  17. 如請求項15所述的定位方法，其中，該定位演算法為擬反矩陣法。
  18. 如請求項15所述的定位方法，其中，該最佳化演算法為最小殘差平方和找尋法。
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