TWI790001B - 應用於建築部件之介電體裝置及其設置方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種應用於建築部件之介電體裝置，用以切換通過建築部件的射頻訊號的工作頻率並提升射頻訊號的透射度及傳輸頻寬，介電體裝置包含結構體、填充物及定位部件，結構體由介電材料所構成並包含腔體，腔體可依工作頻率的不同而填入對應之介電材料構成的填充物以達到切換工作頻率的目的，介電材料的介電常數值範圍大於1且小於200000。定位部件將結構體與接合物進行接合構成的複合結構可實現特定工作頻率的射頻訊號通過以達到提升訊號透射度的效果。

Description

應用於建築部件之介電體裝置及其設置方法
本案是關於一種應用於建築部件之介電體裝置及其設置方法，介電體裝置與介電性建築物部件接合後可切換通過建築物部件之射頻訊號的工作頻率，提升該工作頻率的訊號強度及傳輸頻寬。
為滿足市場對於資訊傳輸高速化的需求，通訊產業已採用多頻段高頻電磁波以進行訊號傳輸。在此發展趨勢下，各國的電信公司、網路服務公司及研究單位經由實地測試後發現，因使用頻段提升至高頻率頻譜，訊號傳輸的品質受到建築材料及建築部件的影響甚鉅。即便建築用及建築部件使用的材料屬於低介電損失的介電材料所製作，但在特定電磁波頻譜中仍會因材料自身與外界介電常數的不匹配而造成反射損失。以沒有任何鍍膜的玻璃在空氣中使用為例，一般玻璃在高頻通訊的使用環境下會產生2~4dB的反射損失，意即電磁波於傳輸過程中約有50%的能量將會因玻璃的屏蔽而轉為反射損失。此外，通訊自由化過程中資料保護及隱私權保障已普遍被眾人所重視，除了目前廣泛使用密碼或加密傳輸等方式保護傳輸的資料不被未授權的人取得及解譯外，如何滿足在使用者需求下調節特定頻率電磁波於建築物部件的透射度以使資料被屏蔽或可為他人所接收亦成為現今無線通訊所需解決的重要課題。
為了解決前述因介電材料製成建築部件使用之材料及結構所產生的訊號衰減問題，已研究了若干實例並依其運作機理不同可歸納為數種方案，其中包含內天線、內外天線含引線、介質天線及週期性導電結構等。設置內天線、內外天線含引線等方案廣泛應用於車載通訊及建築環境中，這類方案透過天線接收訊號，依系統設計需求的不同對接收的訊號進行放大或是不放大處理，將處理後之訊號以引線或天線再傳送出去，部分方案將介電物體表面作為天線基板並透過圖形化導電層以製備收發訊號用之介質天線，具體實例如專利案US 3,728,732、US 4,849,766、US 5,083,133、US 5,821,904、US 5,867,129、US 6,121,934、US 6,239,758、US 6,661,386、US 7,091,915、US 8,009,107、US 9,350,071、EP 1343221、EP 2581983、CN 104685578B及CN 105075008。在週期性金屬結構的方案中，則是在介電體上製作週期性金屬結構，利用調整金屬結構的尺寸以使整體結構對特定波長的電磁波產生選擇性穿透的表現，這種週期性的金屬結構也因此被稱之為頻率選擇性表面，相關實例則如所列舉專利案JP 2004053466、JP 2011254482、US 4,125,841、US 6,730,389、US 10,741,928、CN 1561559及CN 104269586。然而，以上所述方案均需要有導電結構以收發電磁波訊號或濾波，且其無法對通過建築部件的電磁波頻譜進行切換調整。
本發明的技術目的是解決上述現有通訊技術中存在的問題，提供一種可切換工作頻率並可提升既有介電材料所製成的建築部件的電磁波透射度及加大射頻訊號頻寬的介電體裝置及其設置方法。由於不需要製作圖形化導電層且不需要電力及訊號接點，故具備易於生產、成本低及安裝簡便等優點。
根據本發明一實施例，提供一種應用於建築部件以增加射頻訊號之透射度、加大射頻訊號頻寬並可切換工作頻率的介電體裝置，介電體裝置包含結構體、填充物以及定位部件，結構體由至少一個介電材料所構成並包含至少一個腔體，腔體內可依工作頻率不同予以填充對應的介電材料構成的填充物，定位部件則將結構體與接合物(建築部件)進行接合。無線射頻訊號穿透區域中，構成結構體、填充物及定位部件的介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，結構體與建築部件接合後形成複合結構體，複合結構體可使對應工作頻率的射頻訊號通過並降低反射損失，複合結構體對應的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物表面之投影面積的最小等效直徑不小於與工作頻率對應的工作波長的八分之一。
較佳地，依照應用需求可將介電體裝置的結構體分成不同區塊以對應不同的工作頻率，構成各區塊的結構體的介電材料可使用相同介電常數值的介電材料，各區塊當中由介電材料構成的填充物可使用相同介電常數值的介電材料，透過各區塊設計結構的不同進行各區塊導納值的調整以滿足對應工作頻率最低反射度的需求，用於構成結構體及填充物的介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，各區塊複合結構體對應的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物表面之投影面積的最小等效直徑不小於與工作頻率對應的工作波長的八分之一。
較佳地，依照應用需求可將介電體裝置的結構體分成不同區塊以對應不同的工作頻率，構成各區塊的結構體的介電材料可使用不同介電常數值的介電材料，各區塊當中由介電材料構成的填充物可使用相同介電常數值的介電材料，透過各區塊材料及設計結構的不同進行各區塊導納值的調整以滿足對應工作頻率最低反射度的需求，用於構成結構體及填充物的介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，各區塊複合結構體對應的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物表面之投影面積的最小等效直徑不小於與工作頻率對應的工作波長的八分之一。
較佳地，依照應用需求可將介電體裝置的結構體分成不同區塊以對應不同的工作頻率，構成各區塊的結構體的介電材料可使用不同介電常數值的介電材料，各區塊當中由介電材料構成的填充物亦可採用不同介電常數值的介電材料，透過各區塊材料及設計結構的不同進行各區塊導納值的調整以滿足對應工作頻率最低反射度的需求，用於構成結構體及填充物的介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，各區塊複合結構體對應的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物表面之投影面積的最小等效直徑不小於與工作頻率對應的工作波長的八分之一。
較佳地，各區塊的結構體的介電材料可以進一步包含第二或更多介電材料所構成的多層介電材料結構層，構成介電材料層的介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000。
較佳地，結構體可以進一步包含超過一層以上的多層介電材料層，構成各層的介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000。
較佳地，腔體可以在結構體的表面。
較佳地，腔體可以介於結構體與接合物之間。
較佳地，腔體可以設置於結構體內部，而不接觸接合物。
較佳地，構成填充物的介電材料可為固體，包含固體粉料或成型填充物。
較佳地，構成填充物的介電材料可為液體。
較佳地，構成填充物的介電材料可為氣體。
較佳地，當構成填充物的介電材料為固體時，可以採用放置或移除腔體內的填充物以進行工作頻率的切換。
較佳地，當構成填充物的介電材料為氣體或液體的流體填充物時，可利用流體泵及流體管線將介電材料對腔體進行注入或將介電材料由腔體抽出以進行工作頻率的切換。
較佳地，定位部件可由介電材料所構成，其等效介電常數值範圍大於1且不大於200000。
較佳地，定位部件可部分介於結構體與接合物之間。
較佳地，介電體裝置可進一步包含空間隙區。
較佳地，空間隙區可以介於結構體與接合物之間。
較佳地，空間隙區可以設置於結構體內部，而不接觸接合物。
根據本發明的實施例，提供一種應用於建築部件之介電體裝置之設置方法，係用以切換射頻訊號通過建築部件之工作頻率並增加射頻訊號之透射度及傳輸頻寬，設置方法包含藉由定位部件接合結構體以及接合物。其中，結構體由介電材料構成且結構體包含腔體，由介電材料構成之填充物填充於腔體，定位部件於射頻訊號通過的區域由介電材料構成，各介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，定位部件將介電材料構成之結構體與接合物接合後構成複合結構體，複合結構體具有對應之工作頻率，複合結構體對應的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物表面之投影面積的最小等效直徑不小於與工作頻率對應之工作波長的八分之一。
較佳地，設置方法可進一步包含在介電體裝置內設置空間隙區。
根據本發明概念提出之介電體裝置及其設置方法至少具有如下的優點：(1)可用介電材料製作，具有簡單的結構及工藝，故有利於大量生產製造；(2)不需導入外部電力及訊號，安裝簡易且使用方便；(3)不需要電力即可運作，可節約電力及運營成本；(4)介電體裝置不是訊號發射源，沒有電磁波輻射生物安全之隱患；(5)可支持大頻寬多頻段的射頻訊號使用；(6)可依使用者需求進行頻譜的切換。
為利貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合所附圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請專利範圍，合先敘明。
參照第1圖，其繪示根據習知技術之導納圖。以
Figure 02_image001
=
Figure 02_image003
=6的接合物(以位置101示意)置放於
Figure 02_image003
=1的環境(以位置102示意)中為例，隨著接合物厚度由0逐步增加至
Figure 02_image005
，則導納值
Figure 02_image007
會由位置102以順時鐘方向移動至位置103。接下來，選用由介電常數為
Figure 02_image009
=
Figure 02_image003
=6的第一介電材料所構成的結構體接合上述接合物以形成一複合結構，隨著該裝置的厚度由0逐步增加至
Figure 02_image011
，該複合結構的導納值
Figure 02_image007
+
Figure 02_image013
由圖中所示位置103經過實數軸的相位厚度
Figure 02_image015
位置104後與實數軸的相位厚度
Figure 02_image017
位置105再相交，則對應相位厚度
Figure 02_image017
的
Figure 02_image011
為該裝置的最佳厚度，使得該複合結構於特定電磁波頻譜具有提升的透射度，其中，前述二式的n值為非零正整數。對於多層結構或定位部件為介電體且位於射頻訊號設定可通過的區域，則其補償分析方法與上述方法相同。另外，對於實際應用狀態下的頻寬及生產製程考量，將+/-25%以內視為可接受的厚度變異範圍。
基於第1圖所示的導納補償技術來決定裝置對應不同工作頻率的結構體厚度及填充物的介電常數值，接下來請參照第2A圖及第2B圖，第2A圖及第2B圖係以剖面圖分別繪示根據本發明不同實施例之介電體結構示例。
其中，第2A圖中的介電體裝置200A由結構體201以及定位部件220所組成。其中結構體201由第一介電材料所構成，結構體201內包含腔體230，在需要進行工作頻譜切換時可以第二介電材料構成的填充物240填充腔體230。第一介電材料及第二介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000。利用定位部件220將結構體201與接合物250進行接合。介電體裝置200A與接合物250接合後的複合結構體在工作頻率為f且對應波長為λ的射頻訊號傳遞狀態下，複合結構體對應之介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物250表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ/8。
根據本發明另一實施例，第2B圖中的介電體裝置200B由結構體201以及定位部件220所組成。其中結構體201由第一介電材料所構成，結構體201內包含腔體230，在需要進行工作頻譜切換時可由第二介電材料構成的填充物240填充腔體230。定位部件220於電磁波通過的區域可由第三介電材料所構成。第一介電材料、第二介電材料及第三介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000。利用定位部件220將結構體201與接合物250進行接合。介電體裝置200B與接合物250接合後的複合結構體在工作頻率為f且對應波長為λ的射頻訊號傳遞狀態下，複合結構體對應之介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物250表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ/8。介電體裝置200B與前一實施例的介電體裝置200A不同在於，定位部件220可部分介於結構體201與接合物250之間。
請參照第3A圖及第3B圖，第3A圖及第3B圖係以剖面圖分別繪示根據本發明不同實施例之介電體結構示例。根據本發明另一實施例，第3A圖中的介電體裝置300A包括由第一介電材料製成的第一區塊301及第二區塊302所構成的結構體以及定位部件320所組成，結構體可包含腔體330，在需要進行工作頻譜切換時可以第二介電材料構成的填充物340來填充腔體330。第一介電材料及第二介電材料的介電常數值範圍均大於1且不大於200000。利用定位部件320將結構體與接合物350進行接合後構成複合結構體，第一區塊301的介電體結構在工作頻率為f 1且對應波長為λ 1的射頻訊號傳遞狀態下，第一區塊301的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物350表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 1/8。第二區塊302的介電體結構在工作頻率為f 2且對應波長為λ 2的射頻訊號傳遞狀態下，第二區塊302的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物350表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 2/8。
根據本發明另一實施例，第3B圖中的介電體裝置300B包括由第一介電材料製成的第一區塊301及第二區塊302結合的結構體以及定位部件320所組成。結構體包含腔體330，在需要進行工作頻譜切換時以第二介電材料構成的填充物340予以填充。定位部件320於電磁波通過的區域可由第三介電材料構成。第一介電材料、第二介電材料及第三介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000。利用定位部件320將結構體與接合物350進行接合而構成複合結構體。第一區塊301的介電體結構在工作頻率為f 1且對應波長為λ 1的射頻訊號傳遞狀態下，第一區塊301區塊的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物350表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 1/8。第二區塊302的介電體結構在工作頻率為f 2且對應波長為λ 2的射頻訊號傳遞狀態下，第二區塊302的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物350表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 2/8。介電體裝置300B與前一實施例的介電體裝置300A不同在於，定位部件320可部分介於第一區塊301及第二區塊302構成的結構體與接合物350之間。
請參照第4A圖及第4B圖，第4A圖及第4B圖係以剖面圖分別繪示根據本發明不同實施例之介電體結構示例。根據本發明另一實施例，第4A圖中的介電體裝置400A包括由第一介電材料製成的第一區塊401及第二區塊402結合的結構體以及定位部件420所組成，結構體包含腔體430，在需要進行工作頻譜切換時以第二介電材料構成的填充物440予以填充。第一介電材料及第二介電材料的介電常數值範圍均大於1且不大於200000。利用定位部件420將結構體與接合物450進行接合後構成複合結構體。第一區塊401的介電體結構在工作頻率為f 1且對應波長為λ 1的射頻訊號傳遞狀態下，第一區塊401的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 1/8。第二區塊402的介電體結構在工作頻率為f 2且對應波長為λ 2的射頻訊號傳遞狀態下，第二區塊402的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 2/8。與前述實施例不同的是，本實施例的腔體430設置於結構體的表面，即與接合物450接觸的表面。
根據本發明另一實施例，第4B圖中的介電體裝置400B包括由第一介電材料製成的第一區塊401及第二區塊402結合的結構體以及定位部件420所組成。結構體包含腔體430並在需要進行工作頻譜切換時以第二介電材料構成的填充物440予以填充。定位部件420於電磁波通過的區域可由第三介電材料所構成。第一介電材料、第二介電材料及第三介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000。利用定位部件420將結構體與接合物450進行接合後構成複合結構體。第一區塊401的介電體結構在工作頻率為f 1且對應波長為λ 1的射頻訊號傳遞狀態下，第一區塊401的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物450表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 1/8。第二區塊402的介電體結構在工作頻率為f 2且對應波長為λ 2的射頻訊號傳遞狀態下，第二區塊402的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物450表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 2/8。介電體裝置400B與前一實施例的介電體裝置400A不同在於，定位部件420可部分介於第一區塊401及第二區塊402構成的結構體與接合物450之間，腔體430設置於結構體的表面與部分的定位部件420接觸。
請參照第5A圖及第5B圖，第5A圖及第5B圖係以剖面圖分別繪示根據本發明不同實施例之介電體結構示例。根據本發明另一實施例，第5A圖中的介電體裝置500A包括由第一介電材料製成的第一區塊501及第二介電材料製成的第二區塊502結合的結構體以及定位部件520所組成，結構體包含腔體530，在需要進行工作頻譜切換時以第三介電材料構成的填充物540予以填充。第一介電材料、第二介電材料及第三介電材料的介電常數值範圍均大於1且不大於200000。利用定位部件520將結構體與接合物550進行接合後構成複合結構體，第一區塊501的介電體結構在工作頻率為f 1且對應波長為λ 1的射頻訊號傳遞狀態下，第一區塊501的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物550表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 1/8。第二區塊502的介電體結構在工作頻率為f 2且對應波長為λ 2的射頻訊號傳遞狀態下，第二區塊502的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物550表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 2/8。與前述實施例不同的是，本實施例的腔體530設置於結構體內部，不與接合物550接觸。
根據本發明另一實施例，第5B圖中的介電體裝置500B包括由第一介電材料製成的第一區塊501及第二介電材料製成的第二區塊502結合的結構體以及定位部件520所組成。結構體包含腔體530，在需要進行工作頻譜切換時以第三介電材料構成的填充物540予以填充。定位部件520於電磁波通過的區域可由第四介電材料所構成。第一介電材料、第二介電材料、第三介電材料及第四介電材料的介電常數值範圍均大於1且不大於200000。利用定位部件520將結構體與接合物550進行接合後構成複合結構體，第一區塊501的介電體結構在工作頻率為f 1且對應波長為λ 1的射頻訊號傳遞狀態下，第一區塊501的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物550表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 1/8。第二區塊502的介電體結構在工作頻率為f 2且對應波長為λ 2的射頻訊號傳遞狀態下，第二區塊502的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物550表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 2/8。介電體裝置500B與前一實施例的介電體裝置500A不同在於，定位部件520可部分介於第一區塊501及第二區塊502構成的結構體與接合物550之間。
請參照第6A圖及第6B圖，第6A圖及第6B圖係以剖面圖分別繪示根據本發明不同實施例之介電體結構示例。根據本發明另一實施例，第6A圖中的介電體裝置600A包括由第一區塊601及第二區塊602結合的結構體以及定位部件620所組成。其中第一區塊601是由第一介電材料結構613、腔體630、第二介電材料結構611及在需要進行頻譜切換時用以填充腔體630的第三介電材料構成的填充物640所構成多層介電材料結構層，而第二區塊602區塊則是由第一介電材料結構613、腔體630、第二介電材料結構612及在需要進行頻譜切換時用以填充腔體630的第三介電材料構成的填充物640所構成的多層介電材料結構層，第一區塊601與第二區塊602之間的差異在於第一區塊601中的第二介電材料結構611與第二區塊602中的第二介電材料結構612的設置結構不同，兩者於腔體630中所佔空間比例不同。第一介電材料、第二介電材料及第三介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000。利用定位部件620將結構體與接合物650進行接合後構成複合結構體，第一區塊601的介電體結構在工作頻率為f 1且對應波長為λ 1的射頻訊號傳遞狀態下，第一區塊601的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物650表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 1/8。第二區塊602的介電體結構在工作頻率為f 2且對應波長為λ 2的射頻訊號傳遞狀態下，第二區塊602的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物650表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 2/8。
根據本發明另一實施例，第6B圖中的介電體裝置600B包括由第一區塊601及第二區塊602結合的結構體以及定位部件620所組成。第一區塊601是由第一介電材料結構613、腔體630、第二介電材料結構611及在需要進行頻譜切換時用以填充腔體630的第三介電材料構成的填充物640所構成的多層介電材料結構層。第二區塊602則是由第一介電材料結構613、腔體630、第二介電材料結構612及在需要進行頻譜切換時用以填充腔體630的第三介電材料構成的填充物640所構成的多層介電材料結構層。第一區塊601與第二區塊602的差異在於第一區塊601中的第二介電材料結構611與第二區塊602中的第二介電材料結構612的設置結構不同，兩者於腔體630中所佔空間比例不同。定位部件620於電磁波通過的區域可由第四介電材料所構成。第一介電材料、第二介電材料、第三介電材料及第四介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000。利用定位部件620將結構體與接合物650進行接合後構成複合結構體，第一區塊601的介電體結構在工作頻率為f 1且對應波長為λ 1的射頻訊號傳遞狀態下，第一區塊601的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物650表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 1/8。第二區塊602的介電體結構在工作頻率為f 2且對應波長為λ 2的射頻訊號傳遞狀態下，第二區塊602的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物650表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 2/8。介電體裝置600B與前一實施例的介電體裝置600A不同在於，定位部件620可部分介於第一區塊601及第二區塊602構成的結構體與接合物650之間。
請參照第7A圖及第7B圖，第7A圖及第7B圖係以剖面圖分別繪示根據本發明不同實施例之介電體結構示例。根據本發明另一實施例，第7A圖中的介電體裝置700A包括由第一區塊701及第二區塊702結合的結構體以及定位部件720所組成。第一區塊701區塊是由第一介電材料結構713、腔體730、第二介電材料結構711及在需要進行頻譜切換時用以填充腔體730的第四介電材料構成的填充物740所構成的多層介電材料結構層。第二區塊702則是由第一介電材料713、腔體730、第三介電材料結構712及在需要進行頻譜切換時用以填充腔體730的第四介電材料構成的填充物740所構成的多層介電材料結構層。第一區塊701及第二區塊702的差異在於第二介電材料結構711與第三介電材料結構712的材料不同。第一介電材料、第二介電材料、第三介電材料及第四介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000。利用定位部件720將結構體與接合物750進行接合後構成複合結構體，第一區塊701的介電體結構在工作頻率為f 1且對應波長為λ 1的射頻訊號傳遞狀態下，第一區塊701的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物750表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 1/8。第二區塊702的介電體結構在工作頻率為f 2且對應波長為λ 2的射頻訊號傳遞狀態下，第二區塊702的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物750表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 2/8。
根據本發明另一實施例，第7B圖中的介電體裝置700B包括由第一區塊701及第二區塊702結合的結構體以及定位部件720所組成。其中第一區塊701是由第一介電材料結構713、腔體730、第二介電材料結構711及在需要進行頻譜切換時用以填充腔體730的第四介電材料構成的填充物740所構成的多層介電材料結構層。第二區塊702則是由第一介電材料結構713、腔體730、第三介電材料結構712及在需要進行頻譜切換時用以填充腔體730的第四介電材料構成的填充物740所構成的多層介電材料結構層。第一區塊701與第二區塊702的差異在於第二介電材料結構711與第三介電材料結構712的材料不同。定位部件720於電磁波通過的區域可由第五介電材料所構成。第一介電材料、第二介電材料、第三介電材料、第四介電材料及第五介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000。利用定位部件720將結構體與接合物750進行接合後構成複合結構體，第一區塊701的介電體結構在工作頻率為f 1且對應波長為λ 1的射頻訊號傳遞狀態下，第一區塊701的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物750表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 1/8。第二區塊702的介電體結構在工作頻率為f 2且對應波長為λ 2的射頻訊號傳遞狀態下，第二區塊702的介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物750表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ 2/8。介電體裝置700B與前一實施例的介電體裝置700A不同在於，定位部件720可部分介於第一區塊701及第二區塊702構成的結構體以及接合物750之間。
請參照第8A圖及第8B圖，第8A圖及第8B圖係以剖面圖分別繪示根據本發明不同實施例之介電體結構示例。根據本發明另一實施例，第8A圖中的介電體裝置800A包括由結構體801以及定位部件820所組成。其中結構體801由第一介電材料所構成，結構體801內包括多個含腔體，在本實施例中，結構體801包括第一腔體830、第二腔體831及第三腔體832，在需要進行頻譜切換時以介電材料構成的第一填充物840、第二填充物841及第三填充物842進行填充。第一介電材料及填充用的介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000，各個填充用的介電材料可為不同介電常數值的材料。利用定位部件820將結構體801與接合物850進行接合後構成複合結構體，複合結構體對應的介電體結構在工作頻率為f且對應波長為λ的射頻訊號傳遞狀態下，介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物850表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ/8。
根據本發明另一實施例，第8B圖中的介電體裝置800B包括由結構體801以及定位部件820所組成。結構體801由第一介電材料所構成，結構體801內包多個含腔體，在本實施例中，結構體801包括第一腔體830、第二腔體831及第三腔體832，在需要進行頻譜切換時以介電材料構成的第一填充物840、第二填充物841及第三填充物842進行填充。定位部件820於電磁波通過的區域可由第二介電材料所構成。第一介電材料、第二介電材料及填充用的介電材料的介電常數值範圍大於1且不大於200000，各個填充用的介電材料可為不同介電常數值的材料。利用定位部件820將結構體801與接合物850進行接合後構成複合結構體，複合結構體對應的介電體結構在工作頻率為f且對應波長為λ的射頻訊號傳遞狀態下，介電體結構於射頻訊號通過的表面在接合物850表面之投影面積的最小等效直徑不小於λ/8。介電體裝置800B與前一實施例的介電體裝置800A不同在於，定位部件820可部分介於結構體801與接合物850之間。
請參照第9圖，其繪示根據本發明實施例之接合物901透過定位部件902接合結構體903之接合狀態示意圖。上述的接合物901可以是例如玻璃、水泥、木材、陶瓷、塑料以及其他介電材料之建築部件，但是本發明不限於此，接合物可以是任何需要增強射頻訊號於其上的透射度的任何部件。
除此之外，由於介電常數會因工作頻率而改變，所以具體的材料種類需要視接合物於工作頻譜內的介電常數值進行對應調整。對於器件本體結構用材料可使用的代表性材料如下但本揭露不僅限於以下列舉的這些材料，這些材料包括低介電常數材料：PTFE、PE、PC、PVC、Acrylic、PU、Epoxy、Silicone等；中介電常數材料：石英、玻璃、氧化鋁晶體及陶瓷、氮化鋁晶體及陶瓷、氧化鎂晶體及陶瓷、碳化矽晶體及陶瓷、氧化鋯晶體及陶瓷等；高介電常數材料：氧化鈦晶體及陶瓷、鈦酸鋇高分子複合材料等。填充腔體用的介電材料，除了可將上述的固體材料以粉體形式或是製成預先成型結構體以作為填充腔體使用外，液態及氣態介電材料亦可使用。以下列舉可作為氣態性及液態性可做為填充腔體使用的介電材料但本揭露不僅限於這些材料，其中氣態材料包含空氣、氮氣、氦氣、氬氣、氧氣、氫氣、水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、汽化之碳氫化合物、汽化之氮氧化物及混合氣體等；液態材料包含水、醇類、含鹽類水溶液、醇類溶液、其他可溶性溶質與溶劑配成之溶液等。
請參照第10A圖及第10B圖，其以曲線圖分別繪示2GHz~6GHz電磁波穿透6mm厚且介電常數為7的玻璃時的反射度(Reflectance)及透射度(Transmittance)。如圖所示，在工作頻率3.5GHz、4.0GHz及5.0GHz處的反射度分別為-2.838dB、-2.612dB及-2.515dB，透射度則因反射而降低為-3.190dB、-3.449dB及-3.570dB。在反射度-10dB頻寬評價條件下，3.5GHz、4.0GHz及5.0GHz的頻寬為0。
請參照第11A圖及第11B圖，其以曲線圖分別繪示2GHz~6GHz電磁波穿透6mm厚且介電常數為7的玻璃以及其上接合如第8A圖所示介電體裝置時的反射度及透射度。製備介電體裝置結構的材料為介電常數值為2.5的高分子材料，結構體內含有三腔體，結構體截面的各層結構及厚度由近接合玻璃的底層至頂依序為底層(1.80mm)/第一腔體(0.22mm)/間隔(3.00mm)/第二腔體(0.22mm)/間隔(2.50mm)/第三腔體(0.22mm)/頂層(2.50mm)，各腔體將依需求填充介電常數值為80的水以進行頻率切換。透過模擬得到在腔體無任何填充狀態下時3.5GHz、4.0GHz及5.0GHz的反射度分別為-4.586dB、-5.465dB及-5.895dB，透射度則為-1.856dB、-1.451dB及-1.292dB，此顯示在當裝置與玻璃接合後電磁波在3.5GHz、4.0GHz及5.0GHz的透射度均獲得提升，但是各工作頻率在-10dB反射度的頻寬表現均仍為0，故仍不適合作為常規訊號使用。針對5.0GHz的工作頻率，僅對第一腔體填充水，反射度為-15.031dB，透射度為-0.139dB，頻寬為1.230GHz；針對4.0GHz的工作頻率，僅對第二腔體填充水，反射度為-22.745dB，透射度為-0.023dB，頻寬為0.781GHz；針對3.5GHz的工作頻率，僅對第三腔體充水，反射度為-19.196dB，透射度為-0.053dB，頻寬為0.6773GHz。由此可顯示對於不同腔體進行填充水可使特定工作頻率電磁波的透射度有明顯的提升，故可利用此方式達到切換工作頻率並滿足高頻傳輸的應用需求。
經由對介電材料所構成的結構分析其對應工作頻譜的導納，本揭露的介電體裝置與建築部件接合後所產生的複合結構體可以對導納值進行全區塊或分區塊的調整，從而可以提升不同頻段工作頻譜訊號於此複合結構體的穿透性，並且可依訊號需求調整腔體填充的材料以達到工作頻譜切換的目的。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
101,102,103,104,105:位置 200A,200B,300A,300B,400A,400B,500A,500B,600A,600B,700A,700B,800A,800B:介電體裝置 201,801,903:結構體 301,401,501,601,701:第一區塊 302,402,502,602,702:第二區塊 220,320,420,520,620,720,820,902:定位部件 230,330,430,530,630,730:腔體 240,340,440,540,640,740:填充物 250,350,450,550,650,750,850,901:接合物 611,612,711:第二介電材料結構 613,713:第一介電材料結構 712:第三介電材料結構 830:第一腔體 831:第二腔體 832:第三腔體 840:第一填充物 841:第二填充物 842:第三填充物
第1圖係繪示根據習知技術之導納圖。 第2A圖及第2B圖係以剖面圖繪示根據本發明實施例之介電體裝置。 第3A圖及第3B圖係以剖面圖繪示根據本發明實施例之介電體裝置。 第4A圖及第4B圖係以剖面圖繪示根據本發明實施例之介電體裝置。 第5A圖及第5B圖係以剖面圖繪示根據本發明實施例之介電體裝置。 第6A圖及第6B圖係以剖面圖繪示根據本發明實施例之介電體裝置。 第7A圖及第7B圖係以剖面圖繪示根據本發明實施例之介電體裝置。 第8A圖及第8B圖係以剖面圖繪示根據本發明實施例之介電體裝置。 第9圖係繪示根據本發明實施例之介電體裝置與接合物接合使用之示意圖。 第10A圖及第10B圖係以曲線圖分別繪示2GHz~6GHz電磁波穿透6mm厚且介電常數為7的玻璃時的反射度及透射度。 第11A圖及第11B圖係以曲線圖分別繪示2GHz~6GHz電磁波穿透6mm厚且介電常數為7的玻璃以及其上接合根據本發明一實施例之介電體裝置且對所含三腔體於數種填充狀態下的反射度及透射度。
200A:介電體裝置
201:結構體
220:定位部件
230:腔體
240:填充物
250:接合物

Claims (12)

  1. 一種應用於建築部件之介電體裝置，係用以切換一射頻訊號通過一建築部件之一工作頻率並增加該射頻訊號之透射度及傳輸頻寬，該介電體裝置包含： 一結構體，由介電材料構成，該結構體包含一腔體； 一填充物，由介電材料構成並填充於該腔體；以及 一定位部件，設置以將該結構體與一接合物進行接合； 其中該結構體、該填充物及該定位部件中讓該射頻訊號穿透區域所包含之各介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，該定位部件將介電材料構成之該結構體與該接合物接合後構成一複合結構體，該複合結構體具有對應之該工作頻率，該複合結構體對應的介電體結構於該射頻訊號通過的表面在該接合物表面之投影面積的最小等效直徑不小於與該工作頻率對應之一工作波長的八分之一。
  2. 如請求項1所述之應用於建築部件之介電體裝置，該結構體包含由介電材料構成之複數個區塊，各該區塊中具有獨立對應之特定工作頻率。
  3. 如請求項1所述之應用於建築部件之介電體裝置，其中該定位部件包含一介電材料層，構成該介電材料層之介電材料的等效介電常數值範圍大於1且不大於200000。
  4. 如請求項1所述之應用於建築部件之介電體裝置，其中該定位部件部分介於該結構體與該接合物之間。
  5. 如請求項1所述之應用於建築部件之介電體裝置，其中該填充物包含固體粉料或成型填充物。
  6. 如請求項1所述之應用於建築部件之介電體裝置，其中該填充物包含液態或氣態之流體填充物。
  7. 如請求項1所述之應用於建築部件之介電體裝置，其中該填充物係採放入、注入、取走或抽出之方式改變該腔體內之該填充物的狀態，以改變該射頻訊號之電磁波通過時之該工作頻率。
  8. 如請求項1所述之應用於建築部件之介電體裝置，進一步包含一空間隙區。
  9. 如請求項8所述之應用於建築部件之介電體裝置，其中該空間隙區係介於該結構體與該接合物之間。
  10. 如請求項8所述之應用於建築部件之介電體裝置，其中該空間隙區係設置於該結構體內部而不接觸該接合物。
  11. 一種應用於建築部件之介電體裝置之設置方法，係用以切換一射頻訊號通過一建築部件之一工作頻率並增加該射頻訊號之透射度及傳輸頻寬，該設置方法包含： 藉由一定位部件接合一結構體以及一接合物； 其中，該結構體由介電材料構成且該結構體包含一腔體，由介電材料構成之填充物填充於該腔體，該定位部件於該射頻訊號通過的區域由介電材料構成，各介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，該定位部件將介電材料構成之該結構體與該接合物接合後構成一複合結構體，該複合結構體具有對應之該工作頻率，該複合結構體對應的介電體結構於該射頻訊號通過的表面在該接合物表面之投影面積的最小等效直徑不小於與該工作頻率對應之一工作波長的八分之一。
  12. 如請求項11所述之設置方法，進一步包含在該介電體裝置內設置一空間隙區。
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