TWI790002B - 應用於建築部件且可調整頻率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且可調整頻率之介電體裝置，用以提升訊號通過強度及傳輸頻寬，介電體裝置包含結構體、頻率調節部件及定位部件，結構體由等效介電常數值範圍大於1且小於200000的介電材料所構成，定位部件將結構體與接合物接合以構成複合結構，複合結構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，透過頻率調節部件改變結構體中各結構體間的間距或結構體與接合物的間距，使介電體裝置實現調整射頻訊號可通過的工作頻率並提升該通過訊號的透射度及傳輸頻寬。
Description
本案涉及一種應用於建築部件且可調整頻率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於射頻訊號傳遞路徑涵蓋空間中構成結構可調整的複合結構，使用者可藉由調整介電體裝置的結構以調整通過複合結構之射頻訊號的工作頻率，並提升工作頻率的訊號強度及傳輸頻寬。
無線射頻通訊技術因不受實體線路的限制，具有可提供廣域服務、可進行多點實時通訊、系統建構及維護成本低等優點，故無線射頻通訊技術已然成為通訊產業所使用的技術主流。以此為基礎，通訊產業更進一步採用多頻段高頻電磁波進行訊號傳輸以滿足資訊傳輸巨量化及高速化的市場需求。隨著各國電信及網路服務企業將實驗室技術轉化為產品及商品化服務的過程中發現，即便能在開闊的戶外環境測得極佳的訊號強度及高訊號覆蓋率表現，但從戶外至室內或處於有隔間的室內環境下之訊號強度及訊號覆蓋率則多會因高頻電磁波頻譜的使用而有顯著變差的趨勢，此嚴重影響通訊服務範圍及資料傳輸速度。鑑於此，經諸多產、學、研單位對此問題進行系統性的測量及分析後發現，因無線射頻訊號使用頻段提升至高頻率頻譜，建築材料及建築部件結構對訊號傳輸的品質有至關重要的影響。在各項影響參數中，以材料的介電常數影響最大，即便使用低介電損失的介電材料作為建築材料或用以製作建築部件，但在特定電磁波頻譜中仍會因材料自身與外界介電常數不匹配而造成反射損失。以使用5.2GHz頻率的無線射頻訊號對未經鍍膜處理的玻璃窗在空氣中實測的結果為例，使用單層玻璃的玻璃窗會產生約2~4dB的訊號強度損失，意即電磁波於傳遞過程中約有50%的能量會受玻璃的屏蔽而轉為反射及吸收損失。其次會影響性能表現的重要參數為構成建築物或建築部件的結構，同樣以使用5.2GHz頻率的無線射頻訊號對未經鍍膜的玻璃窗在空氣中實測的結果為例，使用與前例相同的玻璃製成的雙層玻璃窗進行測試，結果顯示會有9~11dB的訊號強度損失，此代表約有90%的能量會因玻璃及結構的影響而轉為反射及吸收損失。從前述例子中可發現，無線射頻通訊的電磁波於傳遞途徑中所經過的玻璃材料及結構對於其訊號強度衰減影響甚鉅。相同的問題亦廣泛在使用玻璃、石膏、磚塊、水泥、木板、塑料及複合夾板等介電材料所製成的牆面或空間隔板的建築物中發現。除了以材料及結構對建築部件進行優化以使新建成或翻修後的建築能對特定頻率之射頻訊號有較佳的穿透表現外，如何能藉由外部裝置與既有的建築體或建築部件配合使用以提升特定頻率射頻訊號的穿透表現亦是當前通訊及建築產業中仍待解決的重要課題。
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 4,849766、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，且受限於使用材料的介電常數值、尺寸及已定型的圖形結構，故使用者無法依據使用需求的不同對通過建築部件的電磁波頻譜進行調整。
本發明是提供一種可調整工作頻率並可提升既有介電材料所製成建築部件的電磁波透射度及加大射頻通訊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，故具備易生產、成本低及安裝簡便等優點。此外，因為可以透過裝置調整電磁波的通過頻率，除提供可調整工作頻率的功能外，亦可在鎖定特定工作頻率下對於接合物的介電常數、物理尺寸及結構上具有較大的應用寬容度。
根據本發明一實施例，提供一種應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置，增加射頻訊號之透射度、加大射頻訊號傳輸頻寬並可調整工作頻率。介電體裝置包含結構體、定位部件、以及頻率調節部件，結構體由至少一種介電材料所構成，定位部件則將結構體、頻率調節部件與接合物(建築部件)進行接合，頻率調節部件透過調整結構體內各介電材料層間的間距，或者結構體中介電材料層與接合物間的間距以達到調整頻率的目的。構成結構體的介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，介電體裝置與建築部件接合後形成複合結構，複合結構經由調整頻率調節部件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，可依照應用需求將介電體裝置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以是使用相同或不同介電常數值的介電材料，透過頻率調節部件及各區塊的設計結構不同，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，用於構成結構體的介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，各區塊的複合結構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複合結構層，其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複數個介電材料層，其各層介電常數值範圍大於1且不大於200000。
較佳地，對於擁有複數個介電材料層的結構體，各材料層可有獨立的頻率控制部件與其連接，控制及維持各介電材料層間之間距或者各介電材料層與接合物間之間距。
較佳地，介電體裝置可以進一步包含空間隙區。
較佳地，空間隙區的表面可與結構體部分外表面構成連續表面。
較佳地，定位部件可由至少一介電材料所構成，其等效介電常數值範圍大於1且不大於200000。
較佳地，頻率調整部件可由至少一組互相匹配以成為可相對運動及位移的元件所構成，可產生相對運動及位移的元件分別設置於結構體與定位部件上或結構體中之各介電材料層上，使用者可調整元件間的相對位移以調整結構體與接合物的間距，或者結構體中各介電層間的間距，藉此達到調整頻率的目的。
較佳地，頻率調節部件可由滑軌、滑塊及滑塊定位器或榫、滑槽等匹配之可相對運動及定位部件構成，用以控制及維持裝置中結構體與接合物之間距，或者結構體中各介電層之間距。
較佳地，頻率調節部件可由導銷、裝置內之定位孔或搭配墊片等匹配的可相對運動及定位部件所構成，用以控制及維持裝置中結構體與接合物之間距，或者結構體中各介電層之間距。
較佳地，頻率調節部件可由裝置內採用內、外螺紋匹配之可相對運動及定位部件所構成，用以控制及維持裝置中結構體與接合物之間距，或者結構體中各介電層之間距。
較佳地，頻率調節部件可由齒輪及齒條匹配之可相對運動及定位部件所構成，用以控制及維持裝置中結構體與接合物之間距，或者結構體中各介電層之間距。
較佳地，頻率調節部件可使用由鉸鏈構組成之可相對運動及定位部件所構成，用以控制及維持裝置中結構體與接合物之間距，或者結構體中各介電層之間距。
較佳地，頻率調節部件可使用由壓電陶瓷促動器組成之可相對運動及定位部件所構成，用以控制及維持裝置中結構體與接合物之間距，或者介電結構體中各介電層之間距。
較佳地，裝置可由複數個頻率調節部件所構成以調整裝置內複數個區塊的對應工作頻率。
較佳地，頻率調節部件可透過機械結構採手動方式進行裝置中結構體與接合物之間距或結構體中各介電層之間距的設定。頻率調節部件也可透過機電整合，由外部電控訊號線以驅動頻率調節部件來達到半自動或全自動控制的目的。
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)除採用半自動或全自動，否則裝置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)在固定工作頻率要求下，對於接合物的介電常數、物理尺寸及結構有較大的應用寬容度；(7)可依使用者需求調整工作頻率。
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
=
=6的接合物(以位置101示意)置放於
=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
，則導納值
會由位置102以順時鐘方向移動至位置103。接下來，以選用由介電常數為
=
=6的第一介電材料所構成的結構體為例並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
，該複合結構的導納值
+
由圖中所示位置103經過實數軸的相位厚度
位置104後與實數軸的相位厚度
位置105再相交，則對應相位厚度
的
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。對於使用多層異介電常數值材料所構成的裝置結構體、多層介電材料構成之接合物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%以內視為裝置結構體中各層厚度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該裝置對應不同工作頻率的結構體厚度及利用頻率調節部件調整裝置中各介電材料層或結構體與接合物間的間距，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、定位部件220所及頻率調節部件230組成。其中結構體201由介電常數值範圍大於1且不大於200000的介電材料層所構成。利用定位部件220將結構體201及頻率調節部件230與接合物250進行接合。頻率調節部件230由可相互匹配以成為可相對運動及產生位移的第一元件230a及第二元件230b所組成，第一元件230a及第二元件230b分別製作或配置於定位部件220及結構體201上，使結構體201可以透過頻率調節部件230調整並維持與接合物250之間的間距以達到調整頻率的目的。介電體裝置200A與接合物250接合後的複合結構在工作頻率為f且對應波長為λ的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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、定位部件220及頻率調節部件230組成。其中結構體201由介電常數值範圍大於1且不大於200000的介電材料層所構成。利用定位部件220將結構體201及頻率調節部件230與接合物250進行接合，定位部件220可部分介於結構體201及接合物250之間，於無線射頻訊號通過的區域的定位部件可由介電常數值範圍大於1且不大於200000的第二介電材料所構成。頻率調節部件230由相互匹配以成為可相對運動及產生位移的第一元件230a及第二元件230b所組成，第一元件230a及第二元件230b分別製作或配置於定位部件220及結構體201上，使結構體201可以透過頻率調節部件230調整並維持與接合物250之間的間距，或者與定位部件220之間的間距以達到調整頻率的目的。介電體裝置200B與接合物250接合後的複合結構在工作頻率為f且對應波長為λ的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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。
接下來請參照第3A圖至第3B圖，第3A圖及第3B圖是以第2A圖實施例為基礎並將結構體201的介電材料進行變換後之實施例。利用相同的方式，亦可對第2B圖的結構體201的介電材料進行變換並搭配第2B圖中的定位部件220以滿足不同的裝設需求。
根據本發明另一實施例，第3A圖中的介電體裝置300A由結構體301、定位部件320及頻率調節部件330組成。其中結構體301由第一介電材料層311及第二介電材料層312所構成，第一介電材料層311及第二介電材料層312所使用的介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，第一介電材料層311及第二介電材料層312可採部分平面接合及堆疊。利用定位部件320將結構體301及頻率調節部件330與接合物350進行接合。頻率調節部件330由可相互匹配以成為可相對運動及產生位移的第一元件330a及第二元件330b所組成，第一元件330a及第二元件330b分別製作或配置於定位部件320及結構體301上，使結構體301可以透過頻率調節部件330調整並維持與接合物350之間的間距以達到調整頻率的目的。介電體裝置300A與接合物350接合後的複合結構在工作頻率為f且對應波長為λ的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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/8。
根據本發明另一實施例，第3B圖中的介電體裝置300B由結構體301、定位部件320及頻率調節部件330組成。其中結構體301由第一介電材料層311及第二介電材料層312的介電材料所構成，第一介電材料層311及第二介電材料層312使用的介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，各區塊透過分區或混合方式並利用部分表面進行接合以構成結構體301。利用定位部件320將結構體301及頻率調節部件330與接合物350進行接合。頻率調節部件330由可相互匹配以成為可相對運動及產生位移的第一元件330a及第二元件330b所組成，第一元件330a及第二元件330b分別製作或配置於定位部件320及結構體301上，使結構體301可以透過頻率調節部件330調整並維持與接合物350之間的間距以達到調整頻率的目的。介電體裝置300B與接合物350接合後的複合結構在工作頻率為f且對應波長為λ的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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/8。
接下來請參照第4A圖至第4C圖，第4A圖至第4C圖是以第2A圖實施例為基礎並將結構體201中加入空間隙區結構進行變換後之實施例。利用相同的方式，亦可對第2B圖的介電材料結構體201中加入空間隙區進行變換並搭配第2B圖中的定位部件220以滿足不同的裝設需求。
根據本發明另一實施例，第4A圖中的介電體裝置400A由結構體401、定位部件420及頻率調節部件430組成。其中結構體401由介電常數值範圍大於1且不大於200000的介電材料所構成。空間隙區440位於結構體401中，且不與接合物450接觸。利用定位部件420將結構體401及頻率調節部件430與接合物450進行接合。頻率調節部件430由可相互匹配以成為可相對運動及產生位移的第一元件430a及第二元件430b所組成，第一元件430a及第二元件430b分別製作或配置於定位部件420及結構體401上，使結構體401可以透過頻率調節部件430調整並維持與接合物450之間的間距以達到調整頻率的目的。介電體裝置400A與接合物450接合後的複合結構在工作頻率為f且對應波長為λ的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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/8。
根據本發明另一實施例，第4B圖中的介電體裝置400B由結構體401、定位部件420及頻率調節部件430組成。其中結構體401由介電常數值範圍大於1且不大於200000的介電材料所構成。空間隙區440在結構體401中且空間隙區440的部分表面與結構體401的外表面相接以構成連續表面。利用定位部件420將結構體401及頻率調節部件430與接合物450進行接合。頻率調節部件430由可相互匹配以成為可相對運動及產生位移的第一元件430a及第二元件430b所組成，第一元件430a及第二元件430b分別製作或配置於定位部件420及結構體401上，使結構體401可以透過頻率調節部件430調整並維持與接合物450之間的間距以達到調整頻率的目的。介電體裝置400B與接合物450接合後的複合結構在工作頻率為f且對應波長為λ的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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/8。
根據本發明另一實施例，第4C圖中的介電體裝置400C由結構體401、定位部件420及頻率調節部件430組成。其中結構體401由介電常數值範圍大於1且不大於200000的介電材料所構成。空間隙區440在結構體401中且空間隙區440的部分表面與結構體401的外表面相接以構成連續表面。利用定位部件420將結構體401及頻率調節部件430與接合物450進行接合。頻率調節部件430由可相互匹配以成為可相對運動及產生位移的第一元件430a及第二元件430b所組成，第一元件430a及第二元件430b分別製作或配置於定位部件420及結構體401上，使結構體401可以透過頻率調節部件430調整並維持與接合物450之間的間距以達到調整頻率的目的。介電體裝置400C與接合物450接合後的複合結構在工作頻率為f且對應波長為λ的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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/8。第4C圖與第4B圖的差異在於空間隙區440的部分表面與結構體401的外表面構成連續表面的位置不同。
接下來請參照第5A圖至第5C圖，第5A圖至第5C圖中的頻率調節部件可分組對不同介電結構區塊或介電結構體進行獨立分區控制以產生更多不同頻率組合的使用需求。
根據本發明另一實施例，第5A圖中的介電體裝置500A由兩個可獨立調整頻率的第一區塊501及第二區塊502、頻率調整部件以及定位部件520所構成，定位部件520將第一區塊501及第二區塊502與接合物550進行接合。第一區塊501中包含使用介電常數介於1至200000的材料製成之第一結構體511及由第一元件530a與第二元件530b所構成之頻率調節部件；第二區塊502中則包含使用介電常數介於1至200000的材料製成之第二結構體512及由第一元件530a與第三元件530c所構成之頻率調節部件。第一元件530a與第二元件530b及第一元件530a與第三元件530c是分別可互相匹配以成為可相對運動及產生位移的頻率調節部件，第一元件530a需製作或配置於定位部件520上，第二元件530b及第三元件530c需分別製作或配置於第一結構體511及第二結構體512上，使第一結構體511及第二結構體512可分別透過對應的頻率調節部件調整結構體與接合物550之間的間距以達到分區調整頻率的目的。介電體裝置500A與接合物550接合後由第一區塊501構成的複合結構在工作頻率為f
1且對應波長為λ
1的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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；由第二區塊502構成的複合結構在工作頻率為f
2且對應波長為λ
2的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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。
根據本發明另一實施例，第5B圖中的介電體裝置500B由第一結構體511、第二結構體512、頻率調節部件及定位部件520所構成，定位部件520將第一結構體511、第二結構體512及頻率調節部件與接合物550進行接合。第一結構體511及第二結構體512可使用介電常數值介於1至200000的相同或不同介電材料所製成。頻率調節部件由第一元件530a、第二元件530b及第三元件530c所構成，第一元件530a與第二元件530b及第一元件530a與第三元件530c是分別可相互匹配以成為可相對運動及產生位移的頻率調節部件，第一元件530a需製作或配置於定位部件520上，第二元件530b及第三元件530c需分別製作或配置於第一結構體511及第二結構體512上，使第一結構體511及第二結構體512可分別透過對應的頻率調節部件調整第一結構體511與第二結構體512之間的間距，或者第二結構體512與接合物550之間的間距以達到調整頻率的目的。介電體裝置500B與接合物550接合後的複合結構在工作頻率為f且對應波長為λ的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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/8。
根據本發明另一實施例，第5C圖中的介電體裝置500C由兩個可獨立調整頻率的第一區塊501及第二區塊502、頻率調節部件及定位部件520所構成，定位部件520將第一區塊501及第二區塊502與接合物550進行接合。第一區塊501中包含第一結構體511、第二結構體512及由第一元件530a、第二元件530b及第三元件530c所構成之頻率調節部件；第二區塊502中則包含第三結構體513、第四結構體514及由第一元件530a、第四元件530d及第五元件530e所構成之頻率調節部件。其中各個結構體可採用介電常數值介於1至200000的相同或不同的介電材料所製成。頻率調節部件由第一元件530a、第二元件530b、第三元件530c、第四元件530d及第五元件530e所構成，第一元件530a與第二元件530b及第一元件530a與第三元件530c是於第一區塊501中分別可相互匹配以成為可相對運動及產生位移的頻率調節部件，第一元件530a需製作或配置於定位部件520上，第二元件530b及第三元件530c需分別製作或配置於第一結構體511及第二結構體512上，使第一結構體511及第二結構體512可分別透過對應的頻率調節部件調整並維持第一結構體511及第二結構體512與接合物550三者間的相互位置以實現第一區塊501範圍內調整頻率的目的。利用相同的方式透過調整第三結構體513及第四結構體514與接合物550三者間的相互位置以實現第二區塊502範圍內調整頻率的目的。介電體裝置500C與接合物550接合後由第一區塊501構成的複合結構在工作頻率為f
1且對應波長為λ
1的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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；由第二區塊502構成的複合結構在工作頻率為f
2且對應波長為λ
2的無線射頻訊號傳遞狀態下，複合結構對應的介電體結構於無線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。
接下來請參照第6A圖至第6E圖，第6A圖至第6E圖係以圖示方法列舉數種可實現頻率調節目的機構以作為頻率調節部件使用。實際應用於調節部件的機構可以包含圖示所述機構但不侷限於所述機構。
根據本發明另一實施例，第6A圖中的介電體裝置600A包括由結構體601、定位部件620及頻率調節部件630組成，定位部件620將結構體601及頻率調節部件630與接合物650進行接合。頻率調節部件630可由第一元件630a及第二元件630b所組成，第一元件630a可為滑軌或滑槽，第二元件630b可為滑塊或可嵌入滑槽的榫狀結構，第一元件630a及第二元件630b分別製作或設置於定位部件620及結構體601上，第一元件630a及第二元件630b相互匹配以成為可相對運動及產生位移的部件。透過調整頻率調節部件630調整及維持結構體601及接合物650間之間距，藉此達到調整頻率的目的。
根據本發明另一實施例，第6B圖中的介電體裝置600B包括由結構體601、定位部件620所及頻率調節部件631組成，定位部件620將結構體601及頻率調節部件631與接合物650進行接合。頻率調節部件631可由第一元件631a及第二元件631b所組成，第一元件631a可為導銷，第二元件631b可為含定位孔之結構，第一元件631a及第二元件631b分別製作或設置於定位部件620及結構體601上，第一元件631a及第二元件631b相互匹配以成為可相對運動及產生位移的部件。透過調整頻率調節部件631調整及維持結構體601及接合物650間之間距，藉此達到調整頻率的目的。
根據本發明另一實施例，第6C圖中的介電體裝置600C包括由結構體601、定位部件620所及頻率調節部件632組成，定位部件620將結構體601及頻率調節部件632與接合物650進行接合。頻率調節部件632可由第一元件632a及第二元件632b所組成，第一元件632a可為具有內螺紋的結構，第二元件632b可為具有外螺紋的結構，第一元件632a及第二632b分別製作或設置於定位部件620及結構體601上，第一元件632a及第二632b相互匹配以成為可相對運動及產生位移的部件。透過調整頻率調節部件632調整及維持結構體601及接合物650間之間距，藉此達到調整頻率的目的。
根據本發明另一實施例，第6D圖中的介電體裝置600D包括由結構體601、定位部件620所及頻率調節部件633組成，定位部件620將結構體601及頻率調節部件633與接合物650進行接合。頻率調節部件633可由第一元件633a及第二元件633b所組成，第一元件633a可為齒輪機構，第二元件633b可為與齒輪搭配的齒條結構，第一元件633a及第二元件633b分別製作或設置於定位部件620及結構體601上，第一元件633a及第二元件633b相互匹配以成為可相對運動及產生位移的部件。透過調整頻率調節部件633調整及維持結構體601及接合物650間之間距，藉此達到調整頻率的目的。
根據本發明另一實施例，第6E圖中的介電體裝置600E包括由結構體601、定位部件620所及頻率調節部件634組成，定位部件620將結構體601及頻率調節部件634與接合物650進行接合。頻率調節部件634可由第一元件634a及第二元件634b所組成，第一元件634a可為壓電陶瓷促動器，第二元件634b可為附載支撐結構，第一元件634a及第二元件634b分別製作或設置於定位部件620及結構體601上，第一元件634a及第二元件634b相互匹配以成為可相對運動及產生位移的部件。透過調整頻率調節部件634以調整及維持結構體601及接合物650間之間距，藉此達到調整頻率的目的。
請參照第7圖，其繪示根據本發明實施例之接合物701透過定位部件702接合結構體703及頻率調節部件704之接合狀態示意圖，圖中所示的頻率調節部件704是以相匹配之滑槽與榫狀結構作為實施例。接合物701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穿透率的任何部件。
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且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。
請參照第8A圖及第8B圖，其以曲線圖分別繪示2GHz~6GHz無線射頻電磁波穿透6mm厚且介電常數為7的玻璃及搭配使用第2A圖的本發明裝置於不同設定間距狀態下的反射度(Reflectance)及透射度(Transmittance)，在此測試中使用於裝置中的介電結構體為厚度4.8mm且介電常數為7的介電材料。在第8A圖及第8B圖中所使用的裝置結構如第2A圖所示，玻璃在2GHZ~6GHz的頻譜測試結果顯示於該頻譜中有極大的反射損失。依通訊產業的一般評價標準，採用反射度-10dB作為評價可作為通訊使用的閾值及評價頻寬的依據，則玻璃測試的結果顯示無適合的頻段可供通訊使用。當玻璃配合本發明裝置使用，在本介電體裝置的結構體貼合於玻璃上時，第8A圖顯示反射度於5.249GHz有最低反射度-79.138dB，可使用頻寬為0.997GHz，第8B圖顯示透射度於5.249GHz由原本玻璃狀態的-3.516dB提升至-5.30E-08dB。由前述結果顯示玻璃搭配本發明裝置在介電結構體與玻璃為貼合狀態使用時可有效提升5.249GHz的無線射頻訊號的透射度及有較大的頻寬以供通訊使用。當透過頻率調節部件調整介電結構體與玻璃間之間距為1.0mm、2.0mm及3.0mm時，由第8A圖中可發現最低反射度的谷值向低頻方向移動，各間距對應的反射度頻率為4.758GHz、4.357GHz及4.024GHz，對應的反射度為-29.089dB、-24.625dB及-22.518GHz，對應的頻寬值為0.906GHz、0.834GHz及0.783GHz。於第8B圖可得到上述頻率對應僅玻璃的透射度分別為-3.560dB、-3.554dB及-3.458dB，上述頻率對應玻璃加上本發明裝置的透射度分別為-0.005dB、-0.015dB及-0.024dB。由以上結果可發現，經由調整介電結構體與玻璃間的間距可使玻璃與本發明裝置構成的複合結構能讓不同特定工作頻率的無線射頻訊號能有較佳的訊號穿透表現及有較大的頻寬以供通訊使用。
請參照第9圖，第9圖採用與第8A圖及第8B圖的測試設置，使用電磁波穿透6mm厚且介電常數為7的玻璃與使用4.8mm厚且介電常數為7的結構體之介電體裝置進行接合的狀態下，於不同玻璃與介電結構體之間的間距時對應透射度峰值的頻率曲線及頻寬曲線。由此圖顯示，當間距由0mm調整至10mm時，各間距對應透射度峰值的射頻訊號頻率可由5.249GHz調整至2.703GHz，頻寬值均大於0.5GHz，以上表現足以滿足大部分射頻無線通訊在此頻譜範圍中的工作頻率及頻寬要求。
請參照第10A圖，對於厚度為6mm厚且介電常數為7的玻璃在對應使用工作頻率為5.2GHz的應用條件下，對應本介電體裝置的設置可採用介電常數值為7厚度為3.86的結構體且使用1mm的間距能在5.2GHz有最佳的透射度表現，如第10A圖中之c曲線。在建築玻璃的工業標準中，因各國工業能力不同，各國制訂出來的國家及產業標準規格也會有所差異。以6mm的玻璃為例，較為常見的厚度公差為±0.3mm，不過對於部分國家標準或產業標準也有出現±0.5mm的厚度公差標準。鑑於此，在維持本發明裝置的設置條件下，除了對6mm玻璃進行測試外，並對5.5mm、5.7mm、6.3mm及6.5mm的玻璃進行測試，測試結果分別為第10A圖中的a、b、d及e曲線。由圖中可發現採用相同的本發明設置對應於不同厚度的玻璃於設定的工作頻率為5.2GHz狀態下仍有不同程度透射度改善的效果，但是不同的玻璃厚度會對可透射電磁波之透射度峰值對應的頻率有頻率偏移的影響。較大的厚度偏差會產生較大的頻率偏移，厚度5.5mm(厚度偏差值-0.5mm)的玻璃所造成的頻率偏移為0.235GHz，厚度6.5mm(厚度偏差值0.5mm)的玻璃所造成的頻率偏移為-0.210GHz，而這種現象會隨著使用的工作頻率愈高而影響會更趨嚴重。
請參照第10B圖。於第10A圖中以多條曲線圖示出玻璃厚度在相同裝置設置下所產生的頻率偏移問題。由於本介電體裝置含有頻率調節部件，可藉由調整結構體與玻璃間的間距以達到調整可透過此複合結構的電磁波頻率，故可對各玻璃厚度偏差產生之頻率偏移進行補償修正。第10B圖中的空心柱狀圖為第10A圖中各玻璃厚度偏差所產生的頻率偏移圖，而斜紋柱狀圖則為利用調整介電結構體與玻璃間的間距對頻率偏移進行修正的結果。經比對空心柱狀圖及斜紋柱狀圖的結果可發現，透過調整本發明裝置中的頻率調節部件可有效修正因玻璃厚度偏差所造成的頻率偏移效應。故亦可利用此方法解決本發明於實際應用中與不同建築部件接合時因建築部件尺寸或介電常數偏差所產生的頻率偏移效應。
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，本案所揭示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，並且可依通訊需求調整介電結構體與接合之建築部件間之間距以達到頻譜調整的目的。
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,400C,500A,500B,500C,600A,600B,600C,600D,600E:介電體裝置
201,301,401,601,703:結構體
220,320,420,520,620,702:定位部件
230,330,430,630,631,632,633,634,704:頻率調節部件
230a,330a,430a,530a,630a,631a,632a,633a,634a:第一元件
230b,330b,430b,530b,630b,631b,632b,633b,634b:第二元件
250,350,450,550,650,701:接合物
311:第一介電材料層
312:第二介電材料層
440:空間隙區
501:第一區塊
502:第二區塊
511:第一結構體
512:第二結構體
513:第三結構體
514:第四結構體
530c:第三元件
530d:第四元件
530e:第五元件
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圖至第4C圖係以剖面圖繪示根據本發明實施例之介電體裝置。
第5A圖至第5C圖係以剖面圖繪示根據本發明實施例之介電體裝置。
第6A圖至第6E圖係以剖面圖繪示根據本發明實施例之介電體裝置。
第7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8A圖及第8B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的玻璃及與使用4.8mm厚且介電常數為7的結構體進行接合的狀態下，於不同間距時的反射度及透射度。
第9圖係繪示使用電磁波穿透6mm厚且介電常數為7的玻璃與使用4.8mm厚且介電常數為7的結構體進行接合的狀態下，於不同間距時對應最大透射度的頻率及頻寬。
第10A圖係以曲線圖繪示2GHz~6GHz電磁波穿透介電常數為7且使用不同厚度公差的玻璃與使用3.86mm厚且介電常數為7的結構體在維持1mm間距的狀態下進行接合的透射度變化。
第10B圖係以直條圖繪示在設定目標工作頻率為5.2GHz的狀態下，10A圖各曲線與工作頻率的頻率偏差值；並繪示依據本發明利用調整裝置中介電結構體與接合物間距以進行頻率修正的結果。
200A:介電體裝置
201:結構體
220:定位部件
230:頻率調節部件
230a:第一元件
230b:第二元件
250:接合物
Claims (10)
- 一種應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置，調整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； 一頻率調節部件；以及 一定位部件，設置以將該結構體、該頻率調節部件與一接合物進行接合； 其中該結構體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，該定位部件將該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，該複合結構具有對應之該工作頻率，該複合結構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。
- 如請求項1所述之應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置，進一步包含由介電材料所構成之複數個區塊，各該區塊具有獨立對應之特定工作頻率。
- 如請求項1所述之應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置，進一步包含由介電材料所構成之複數個區塊，各該區塊獨立控制以具有對應之特定工作頻率。
- 如請求項1所述之應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置，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。
- 如請求項1所述之應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置，其中該定位部件部分介於該結構體與該接合物之間。
- 如請求項1所述之應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置，其中該頻率調節部件由至少二個相互匹配以成為可相對運動及產生位移的元件所構成，用以調整及維持該介電體裝置中之該結構體與該接合物或該介電體裝置中各該結構體間的間距。
- 如請求項1所述之應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置，進一步包含一空間隙區。
- 如請求項7所述之應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置，其中該空間隙區的部分表面與該結構體的外表面構成一連續表面。
- 一種應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置之設置方法，係用以調整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： 以一定位部件接合一結構體、一頻率調節部件以及一接合物； 其中，該結構體由介電材料構成，該頻率調節部件由至少二個相互匹配以成為可相對運動及產生位移的元件所構成，用以調整及維持該介電體裝置中之該結構體與該接合物或該介電體裝置中各該結構體間的間距，以控制該工作頻率； 其中，該定位部件設置以將該結構體、該頻率調節部件與該接合物進行接合，該定位部件於該射頻訊號設定通過的區域由介電材料所構成； 各介電材料之介電常數值範圍大於1且不大於200000，該定位部件接合該結構體與該接合物以構成一複合結構，該複合結構具有對應之該工作頻率，該複合結構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。
- 如請求項9所述之應用於建築部件且可調整頻率之介電體裝置之設置方法，進一步包含在該介電體裝置內設置一空間隙區。
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