TWM267648U - Intelligent antenna system with wave beam switching - Google Patents

Description

M267648 四、創作說明（1) 【新型所屬之技術領域】 本創作係關於一種天線，特別是一種應用於無線通訊 系統基地台可自動調整發射角度與切換波束場型之智慧型 天線。 【先前技術】 基地台是行動電話系統中與使用者接觸的第一層，同 時發射、接收無線電波與使用者做連結，故與使用者手機 之訊號強度、品質等息息相關；而基地台的位置選擇、天 線（Antenna)角度、方向、頻率規晝等，也就幾乎決定了行 動電話系統整體服務的品質。 在過去數年中，行動通訊產業的先進國家皆致力於研 發智慧型的基地台天線。基本上來說，目前世界上的智慧 型天線發展技術（Smart Antenna Technology)共可分為四 種，第一種是切換波束/固定波束（Switched-Beam/Fixed-Beam)，在固定窄波束中選擇最好的波束來傳輸與接收， 它是實際可執行的。第二種是適應性的波束形成 (Adaptive Beam forming)，重點在於使波束寬度與指向 的角度能夠適應，對CDMA而言是最佳選擇。 第三種是消除干擾（Interference Cancellation)， 全適應性的處理以消除干擾，它能以高速來更新。第四種 是動悲式的小分區間隔（D y n a m i c S e c t orization) ? % 性改變小分區間隔之波束寬度、指向角度與形狀而達到平 均話務承載、管理話務交替與控制干擾的目的。 目前一般之天線僅能對某一範圍之角度發射，因此需

第5頁 M267648 四、創作說明（2) 要一種可以依據 線，實為亟待解 【新型内容】

通訊量來自動調整訊號發 决的技術課題。 射的範圍的天 鑒於以上的间 自動調整發射角度邀本創作的主要目的在於提供一種可 據不同的通訊量調敕=換波束場型之智慧型天線，可以根 線訊號的目的。正收的角度，藉以達到智慧型接收無 因 慧型天 板組成 線單元 向中之 定之服 時開啟 線周圍 切換電 適合之 數個相 束切換 路一射 一，以 型天線 號傳輸 該射頻 此，為 線，一 ，以將 ，該每 每一賴 務區域 所有天 所有方 路，切 天線模 對應於 智慧型 頻訊號 使該天 糸統於 到該複 成^虎。 達上 述 組輻射 —全方 一天線 射方向 ’稱之 tm 深早元 Θ ’稱 換電路 式工 乍 該複數 天線系 傳輪到 線單元 該全向 數個天 目的 方向 向分 單元 ，用 方向 ，形 之全 將根 ，以 個天 統於 相對 輻射 性模 線單 ，本創 分割單 割成複 係相對 以形成 性模式 成全向 向性模 據所接 達到最 線單元 該方向 該射頻 式操作 元’以 作所揭露之可切換波束智 元，係由複數個金屬反射 數個輕射方向；複數個天 應設置於該複數個輻射方 特定複數個波束以涵蓋特 (S e c t 〇 r 1 〇 d e );亦可同 性之幅射場型，以涵蓋天 式(Omni-m〇de);以及一 收訊號，選擇並切換至最 有效的天線應用，具有= 之切換開關，其中當該= 性模式操作時，該切換兩 複數個天線單元其中之兒 吼號，當該波束切換智錢 時，該切換電路該射頻; 使複數個該天線單元^射

M267648 四、創作說明（3) 有關本創作的特徵與實作，茲配合圖示作最佳實施例 詳細說明如下。 【實施方式】 『第1圖』為本創作所揭露之自動調整發射角度與切 換波束場型之智慧型天線結構示意圖，係應用於基地台無 線訊號的收發。

如『第1圖』所示，係為一四個扇形天線波束的組 合，構成4個不同方向之扇形結構，中間有輻射方向分割 單元1 0係由一組金屬反射板1 1、1 2，形成四個扇行結構， 每個扇形其相鄰的扇形皆相差了 9 0度，而每個扇形結構之 中亦都包含了各自的天線單元A、天線單元B、天線單元 C、天線單元D。

『第1圖』中的天線結構具有兩種操作模式，分別為 方向性模式（sec tor-mode )與全向性模式。當使用方向性 模式時，如『第2圖』所示，將天線單元A開啟，並關閉其 他所有的天線單元，來達成單一方向性模式。此時，此一 智慧型天線所須覆蓋的範圍，位於天線單元A所覆蓋的方 向。同理，如『第3圖』〜『第5圖』所示，方向代表了天 線單元B、C、D時的方向性模式，每個天線單元皆各自含 蓋了 9 0度覆蓋範圍。 若此一智慧型天線所需覆蓋的範圍，在於天線周圍 3 6 0度的區域，將可以使用全向性模式（〇 m n i - m 〇 d e )，如 『第6圖』所示，同時開起A、B、C、D四個天線單元，使 得天線整體的幅射場型成為全方向性，而覆蓋了周圍3 6 0

第7頁 M267648 四、創作說明（4) 度的所有區域。 『第7圖』〜『第1 1圖』所示為不同天線單元開啟時 切換電路之示意圖，切換電路包括有四個開關單元A ‘、 B ‘、C ‘、以及D ‘，以及單極雙擲開關2 0，單極雙擲開關2 0 則由第一開關2 1、第二開關2 2以及高阻抗傳輸路徑2 3、低 阻抗傳輸路徑2 4組成。如『第7圖』所示，此為方向性模 式天線單元A開啟時的切換電路之示意圖，其中開關單元 A‘是通路，而開關單元B‘、開關單元 C‘、開關單元 D‘ 都是斷路，如此僅有天線單元A ‘有作用，而達成天線單元 A ‘的方向性模式。 同理，如『第8圖』、『第9圖』、『第10圖』，分別 為天線單元B ‘、天線單元C ‘、天線單元D ‘單獨開啟時的切 換電路，分別達成了不同方向的方向性模式。 如『第1 1圖』所示，此為全向性模式切換電路的示意 圖，其中控制天線單元A、B、C、D開關之開關單元A ‘、開 關單元B ‘、開關單元元 C ‘、開關單元D ‘皆同時開啟，使 得四個天線同時工作。但是由於同時開啟四個天線時，造 成了天線的輸入阻抗從單一天線的高阻抗，例如5 0Ω，經 由4組天線單元並聯成為低阻抗，例如1 2. 5Ω ，為此第一開 關2 1與第二開關2 2為一組單極雙擲（s i n g 1 e ρ ο 1 e d u a 1 throw)的組合，將電路傳輸路徑由高阻抗傳輸路徑23切換 至低阻抗傳輸路徑2 4，此段長度為四分之一波長，形成了 一段2 5Ω的四分之一波長轉換器，將阻抗由低阻抗匹配至 高阻抗，達成了阻抗匹配。

M267648 四、創作說明（5) 本創作之天線單元之電路設計如『第1 2圖』所示，以 天線單元A為例，其中有六個次天線單元A卜A 2、A 3、 A 4、A 5及A 6，於垂直方向陣列組合，達成天線增益為 14dB。 天線單元A、天線單元B、天線單元C、天線單元D方向 性模式的幅射場型，經微波暗室（a n e c h 〇 i c c h a m b e r )的量 測，可相對應至『第1 3圖』、『第1 4圖』、『第1 5圖』、 『第1 6圖』；而當所有天線單元同時開啟，形成全向性模 式，其量測之幅射場型如『第1 7圖』所示。

在本實施例中，係在--h字交叉的結構中，將天線設 置於交叉部分的L型區域，每一單元所涵蓋的輻射角度為 九十度，其另一實施例如『第18圖』所示，其中輻射方向 分割單元1 0係由金屬反射板1 1、1 2、1 3所組成，共設置三 個天線單元，每一單元所涵蓋的輻射角度係為一百二十 度。由以上兩個實施例，本創作所揭露的智慧型天線，可 以依據基地台設置地點的需求而規劃接收部或傳送部輻射 角度所涵蓋的範圍。 本創作所揭露的智慧型天線，可以根據天線不同單元 的通訊量而調整，達到智慧型控制的目的。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍内，所為 之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明 所界定之保護範圍請麥考所附之申請專利範圍。

第9頁 M267648 圖式簡單說明 第1圖，係為本創作所揭露之智慧型天線之結構示意圖； 第2圖〜第6圖，係為本創作所揭露之智慧型天線之天線單 元涵盖範圍不意圖， 第7圖〜第1 1圖，係為本創作所揭露之智慧型天線之切換 單元之電路示意圖； 第1 2圖係為本創作所揭露之智慧型天線之天線單元之結構 不意圖， 第1 3圖〜第1 7圖，係為本創作所揭露之智慧型天線之天線 單元涵蓋範圍之場型圖；以及

第1 8圖，係為本創作所揭露之智慧型天線之第二實施例。 【圖式符號說明】

10 輻 射 方 向 分 割 X3X3 一 早兀 11 金 屬 反 射 板 12 金 屬 反 射 板 13 金 屬 反 射 板 20 單 極 雙 擲 開 關 21 第 一 開 關 22 第 二 開 關 23 阻 抗 傳 ¥m 路 徑 24 低 阻 抗 傳 路 徑 A 天 線 單 元 B 天 線 單 元 C 天 線 單 元 D 天 線 單 元

第10頁 M267648 圖式簡單說明 A ‘ 開關單元 B ‘ 開關單元 C ‘ 開關單元 D ‘ 開關單元 A 1 次天線單元 A 2 次天線單元 A3 次天線單元 A 4 次天線單元 A 5 次天線單元 A 6 次天線單元

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Claims (1)

1. M267648 五、申請專利範圍 1. 一種波束切換智慧型天線系統，係在一全向性模式或方 向性模式中操作，包括有： 一組輻射方向分割單元，係由複數個金屬反射板組 成，以將一全方向分割成複數個輻射方向； 複數個天線單元，該每一天線單元係相對應設置於 該複數個輻射方向中之每一輻射方向；以及

   一切換電路，具有複數個相對應於該複數個天線單 元之開關單元，其中當該波束切瑱智慧型天線系統於該 方向性模式操作時，該切換電路一射頻訊號傳輸到相對 應之該複數個天線單元其中之一，以使該天線單元輻射 該射頻訊號，當該波束切換智慧型天線系統於該全向性 模式操作時，該切換電路該射頻訊號傳輸到該複數個天 線單元，以使複數個該天線單元輻射該射頻訊號。 2. 如申請專利範圍第1項所述之波束切換智慧型天線系 統，該輻射方向包括有四個。 3. 如申請專利範圍第1項所述之波束切換智慧型天線系 統，該輻射方向包括有三個。 4. 如申請專利範圍第1項所述之波束切換智慧型天線系

   統，其中該天線單元係由複數個次天線單元形成垂直方 向陣列組合。 5. 如申請專利範圍第1項所述之波束切換智慧型天線系 統，其中該切換電路更包括有一單極雙擲開關，用以將 該波束切換智慧型天線系統切換成該全向性模式或該方 向性模式。

   第12頁 M267648 五、申請專利範圍 6.如申請專利範圍第5項所述之波束切換智慧型天線系 統，其中該極雙擲開關包括有： 一第一開關，與該射頻訊號之輸入端耦接； 一第二開關，選擇性地與該等切換開關耦接； 一南阻抗傳輸路徑’於該方向性模式時’傳輸該射 頻訊號；以及 一低阻抗傳輸路徑，於該全向性模式時，傳輸該射 頻訊號。

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