TWM434316U

TWM434316U - Antennas and systems based on composite left and right handed method

Info

Publication number: TWM434316U
Application number: TW100223977U
Authority: TW
Inventors: Maha Achour; Ajay Gummalla; Marin Stoytchev; Franz Birkner
Original assignee: Rayspan Corp
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2012-07-21
Also published as: US20080258981A1; US20100283692A1; TW200807810A; KR101119228B1; JP5344772B2; US7764232B2; EP2022134A4; JP5669281B2; CN101501927B; JP2014003670A; EP2022134B1; US8810455B2; EP2022134A2; JP2011234397A; CN101501927A; CN103441339A; KR20090014279A; WO2007127955A2; WO2007127955A3; CN103441339B

Description

M434316 _ _ · . — — ·Β * — —譽 I — — · ~ ~~ _ * *™ · — _ ^ · — — - V · _ · - _ __ __ metamateri al structures can be used in wireless communication RF front-end and antenna sub-systems. 四、指定代表圖： (一）本案指定代表圖為：第（2)圖。 (二）本代表圖之元件符號簡單說明： 200〜CRLH MTM 裝置； 202〜接地導電層； 21 2〜導電貫孔； 230〜導電饋入線。 20卜介質基質； 21卜晶格導電平板 220〜間隔；五、新型說明：【新型所屬之技術領域】本創作新i係相關於超賴，㈣）材料以及其應用。【先前技術】在多數的材料中，雷# 電磁波的傳輸遵守（E，H，yS)向量i 石予法則’其中E為電場，相位加速方向與信能旦偟/磁場，以及β為波向量射係數為正數。這樣的(鮮加速）方向—致，而則 RH)。大部八έ ，料為”右手，，（right handed ；大。卩分自然界的材料是RH材料。為RH材料。人造材料也可γ 超穎材料為人造年 “構。當設計架構的平均單位晶本 2 M434316 彎 (ce 11)尺寸 n 、告，丄A , Α卜尺寸Ρ遇小於由超穎材料導出之電磁能量的波長時’超穎材料具有均句介質的行為，可以導出電磁能量。、，四材料不同的是，超賴材料可以有負的折射係數，也就是相位加速方向為信號能量傳輸的反方向，以及（Ε，Η，万）向量場的相對方向則遵守左手法則。只有負折射係數的超賴材料稱為”左手”（left handed，LH)超穎材料。卉夕超穎材料混合了 LH超穎材料以及RH超穎材料，所以柄為混合左右手法則（c〇mp〇site Left and Right

Handed CRLH)超穎材料。在低頻時，CRLH超穎材料像超穎材料，而在高頻時，CRLH超穎材料像RH超穎材料。在 Caloz 與 Itoh” Electromagnetic Metamaterials:

Transmission Line Theory and Microwave Applications’” John Wi ley & Sons (2006)的書中描述了各種不同CRLH超穎材料的設計與性質。而CRLH超穎材料以及在天線的應用則是在Tatsuo lt〇h in “Invited paper: Prospects for Metamaterials,M Electronics

Letters, Vol. 40，No· 16 (August, 2004)中做描述。 CRLH超穎材料可以設計成具有電磁性質的特殊應用，以及可以使用在其他材料因困度高、不實際、或不可實現的應用中。此外’其CRLH超穎材料可以發展出新的應用以及建立RH材料無法實現的新裝置。新型内容】本創作提出使用一個或是多個混合左右手法則（CRLH) 3 2賴材料架構，以處理電磁波信號之技術^置、、。“列來說，在此摇述之CRLH超穎材料可使用在…線通汛RF前端以及天線子系統。根據本創作之一型態，本創作提出一種裳置互間隔分開的天線元#以读古.θ人+ + $ 祁線兀件以建立混合左右手法則（CRLH)超穎 4架構。每一天線元件長度為CRLH超賴材波長:十分之―，以及二鄰近天線元件的間隔距離為= 的四/刀之一或是更近的距離。，根據本創作之另一型態，本創作提出一種裝置，包括形成在I質上並且包括單位晶格以建立混合左纟手法則 (CRLH)超穎材料架構之天線，以及形成在第二卿超顆材料之基質上，並且連結至天線之RF電路元件。 …根據本創作之另-型態，本創作提出-種裝置，包括浴成在基資上並且包括複數天線元件之天線陣列。每一天線兀件包括單位晶格以形成一混合左右手法則(C則)超穎材料架構。信號遽波器形成在基質上，而且每一信號遽波器連接至天線陣列之相對應天線元件的信號路徑。此裝置亦己括开/成在基質上之信號放大器’其中每一個信號放大器連接至天線陣列之相對應天線元件的信號路徑。類比信號處理電路形成在|質上’以A經由複數信號渡》皮器與複數仏號放大器連接至天線陣列。該類比信號處理電路可處理釦向（steer)天線陣列的信號或是天線陣列接收的信號。根據本創作之另一型態，本創作提出一種裝置，包括 M434316 ‘ 介質基質，該介質基質在第-邊有第-表面，以及在第一邊的反方向具有第一邊之第二表面；包括分散地形成在第一表面之導電平板；包括形成在第二表面上之接地導電層，巴括導電貝孔連接l^conductive via ，導電貝孔連接器形成在基質内，並且分別將導電平板連結至接地導電層’以在第—表面建立具有相對應導電平板之 '单位晶格’以及具有一相對應之#電穿孔連接器將相對應籲之導電平板連結至接地導電層；以及包括一導電饋入線 (feed line)，該導電饋入線的一端電磁性地連接至一導電平板此裝置由單位晶格形成一混合左右手法則（c㈣）超穎材料架構’以及每一單位晶格的長度不大於crlh超穎材料之譜振信號波長的六分之一。根據本創作之另一型態，本創作提出一種裝置，包括二質基質，該介質基質在第一邊有一第一表面，以及在第 7邊的反方向具有第二邊之第二表面；包括分散地形成在 ® 面之導電平板，包括形成在第二表面上之接地導電層’包括導電貫孔連接器’導電貫孔連接器形成在基質内，並且：別將導電平板連結至接地導電層，以建立單位晶格每單位晶格在第一表面具有相對應之導電平板，以及連、.、。相對應之導電平板與接地導電層之相對應導電貫孔連接益在匕裝置由單位晶格形成一混合左右手法則（CRLH) 超穎材料架構，以及導電平板下面之接地導電層的尺於相對應之導電平板。根據本創作之另一型態，本創作提出—種裝置，包括 5 M434316 介質基質，該介質在第一邊有一第一表面以及在第一邊的反方向具有第二邊之^表面；包括形成在第—表面以 :分散地形成二維陣列之導電平板；包括導電饋入線，該 ¥電饋入線形成在該第一表面上，並且電磁 =電平板；包括形成在第二表面之接地導電㉟；包括：电貝孔連接器’形成在基以，將導電平板連結至接地導電層’而建立具有空間異向性（spatlal anisGtrQpy)之二維陣列的單位晶格备置你a功> 母早位晶格在第一表面具有相對應之導電平板’以及具有相對應之導電穿孔連接1，以將相對應之導電平板連結至接地導電層。此該裝置由單位晶格形成一混合左右手法則咖)超賴材料架帛；以及導電饋入線連結至單位晶格’而該單位晶格為非對稱位置之二維陣列，以在二個不同的頻率執行二個模式。，根據本創作之另-型態，本創作提出一種裝置，包括介質基質’該介質在第一邊有一第一表面，以及在第一邊的反方向具有第二邊之第二表面；包括形成在第—表面以及分散地形成二維陣列之導電平板；包括形成在第—表面上’並且電磁性地沿著該二維陣列的中心對稱線之第一方向連接至導電平板的第一導電饋入線；包括形成在第一表面上並且電磁性地沿著該二維陣列&中心對稱線之第二方向連接至導電平板的第二導電饋入線；包括形成在第：表面之接地導電層；包括導電貫孔連接器，形成在基質内，以將導電平板連結至接地導電層’而建立二維陣列的單位晶格。每一單位晶格在第一表面具有相對應之導電平板， M434316 以及具有相對應之導電穿孔連接器，將連結至接地導電層。此穿 #應之v電平板此裒置由早位晶格形日人

法則（CRLH)超穎材料架構，以及由此D 顆材料為Μ異向性，可分別在第:格形成之⑽Η超帝餹入綠夕, 導电饋入線與第二導电饋入線之二個不同頻率上執行二個模式 =本:作之另„型態，本創作提;_種裝置，包括質-邊的共模導電層；包括導列=成在介質基分別將導電片連結至丘模導電^ ^導電貫孔連接器’ 山、楔導電層。超穎天線在第—頻率會名者第一方向產生第一諧振，、 _ 及在與第一頻率不同之第上，超賴天線會沿著第二方向產生第二諸振。此裝 ^亦包括連接至超賴天線之第-導電饋入線，以在第-頻率導入信號；以及包括連接至超穎天線之第二導電饋入在弟一頻率導入化號’以及頻率分割多工(Frequency 雪1VjS1〇nDUPleX，则電路，該刚電路包括連接第-導貝入線之接收埠，以在第—頻率接收信號，以及包括連接第二導電饋入線之傳送槔，以在超賴天線傳送指向之第 —頻率建立傳送信號。在超穎天線與_電路之間沒有分散頻率多工器。根據本創作之另-型態，本創作提出一種方法，包括提供藉由分散位於介質基質—邊之導電平板，在介質基質亡建立複數單位晶格之混合左右手法則⑽Μ)超穎材料，提供在基質另一邊之接地導電層，以及提供形成在基質内 7 J10 並分別料電平板連筏地導電層之複數導電貫孔連接 …手2括連結一導電饋入線至_超穎材料以激勵 Γ= ΤΕΜ模式以及左手法則模式之⑴莫式， …-個ΤΕ模式中得到比個別ΤΕΜ模式更寬之頻寬。天㈣據本創作之另—型g，本創作提出—種裝置，包括 ^線陣列；電磁式地連結至天線陣列之RF電路元件；以及連接RF電路元件之類比叩電路元件 CRLH超穎材料。 1干匕枯根據本創作之另一型態，本創作提出-種裝置，包括 RF傳收核組以傳送與接收心信^該叩傳收模組包括一天線陣列，該天線陣列包括相互間隔安置之天線元件以形成一混合左右手法則(CRLH)超穎材料。每-天線元件的長度大於CRLH超賴材料之諧振信號波長的十分之一。二鄰近天線元件的間隔距離等於或大於波長的六分之—。耵傳收模組可為無線網路橋接器或基地台。在此描述之CRLH超顆材料具有多項優點，包括減少不同信號通道間的干擾，改進波束成型（b議fQrn]ing)與零化 (nul l ing) ’減少天線與天線陣列的長度，可彈性地設計 RF電路元件與裝置，以及減少成本。上述之優點以及本創作之其他目的，將由下面的描述、圖形、與實施方式做更詳細的說明。【貫施方式】一個純正的LH材料，其向量（E，H，召）遵守左手法則而且相位加速方向與信號能量傳輸的相反。介電係數與導率安為負數。而根據操作的方式/頻率，CRLH超穎材料 :有左手與右手的電磁模式。在某種環境下，當波向量為的時候匕可以展現非零的群速度。此情況發生在左手與右手模式平衡的狀況下。在非平衡時，會有-帶溝(band _)。也就是說左手與右手模式之間的轉移點為石（0。）= 〇,其中當群速度為正數的時候： . dco 導波長為無線大Ag = 2;r/|/3|—。此狀態對應到左手區域之傳輸線（Transmission Line，TL)的第零階模式〇 CRLH条構提供低頻的頻譜，該頻譜的色散關係隨負万拋物線區域變化，如此可允許一小裝置在製造以及控制近場輻射樣時’電力可大於單一電容。當此TL當做零階諧振裔（Zeroth Order Resonator，z〇R)使用時，它允許整個諧振器具有常數振幅與相位諧振。此Z0R模式可以用來建立基於MTM之功率結合器/分離器，方向輕合器，匹配網路，以及漏波天線。

在RH TL諧振器中，諧振頻率根據電子長度決定，其中i為Tl的長度，以及m=1,2,3，...。 TL長度必須長到可以達到諧振頻率的低寬頻譜。純正LH 材料的操作頻率為低頻頻率。CRLH超穎材料與rh以及LH 材料非常的不一樣，使用它可以達到RH以及LH材料之高與低的RF頻譜區域。 M434316 第1圖為平衡CRLH超穎材料之散佈圖。CRLH超穎材料可提供低頻譜以及在對應到無線波長之m = 〇轉移點時，產生#父尚頻率。如此CRLH天線元件可以無接縫地與方向耦合器，匹配網路，放大器，濾波器，以及功率結合器與分離器做整合。在-些實施例中，RF或是微波電路以及裝置可以做成CRLH MTM架構，如方向耦合器，匹配網路，放大器，濾波器，以及功率結合器與分離器。CRLH超穎材料可以建立-電力控制漏波天線，而該電力控制漏波天線像是具有漏波傳輸功能之單一大天線元件。此單一大天線元件包括多個相互間隔的晶格以產生可以指向的窄波束。第2圖為具有四個MTM單位晶格之—維陣列crlh _ 裝置200之實施例。在此使用介質基質2〇ι以製作謂單位晶^四個導電平板211分散且不直接接地而形成在介質基質2〇1的表面上。二個鄰近導電平板211之間且有間隔220以使得它們可以電容耗合。二個鄰近導電平板⑴ 之間可以用不同的方式相互地接合。比如說，每一導電平 I21:的邊緣可以具有交又的形狀，以插入另-個也具有父又形狀邊緣的導雷平杯911 ㈣等電十板211，而加強平板間的耦合。在 "質基質201的下表面有一接單位晶格提供共同電子接觸二“ 2〇2,它對不同的事置200.查，接地導電層202可以使

^達到預定的性質或效能。導電貫孔212形成在A 質201内，以公&丨政道+ τ 土在此—Η /料電平板211連接到接地導電層202。 HU nTM單位晶格的大小對應的導電平板211，以及連接、條相平板211與接地導電 10 州 4316 曰202的一相對應導電貫孔2丨2。在此實施例中，一導電饋入線230形成在上表面，以及其中一邊很接近但不連接到—維陣列一邊的單位晶格之導電平板211。可以在單位晶格的旁邊放一個導電發射墊（丨aunch丨叫pad),以及導電饋入線可連接到此發射台，而導電發射台則連接單位晶。裝置200可以由單位晶格形成一混合左右手法則（c壯η) 超碩材料架構。裝置2〇〇可以是CRLH MTM天線，可經由平板211傳迗接收信號。也可以將此架構與一維陣幻另一端的第二條饋入線連接，以建立CRLH mtm傳輸線。第2Α、2Β、以及2C圖係顯示第2圖中每一 ΜΤΜ單位日曰格之電磁特性與元件功能以及相關的等效電路。第Μ圖顯示導電平板2Π與接地導電層202之間的電容耦合，以及沿上平板21丨傳輸之電感。第2Β圖係顯示二個鄰近平 11之間的電谷耗合。第2 C圖係顯示導電貫孔212之電感耦合。第3圖為根據本創作之另一實施例，具有ΜΤΜ單位晶格310之二維陣列的CRLHMTM裝置300。每一單位晶格31〇可乂建立如第2圖之單位晶格。在此實施例中，單位晶格 31 〇 >、有不同的晶格架構，而且在金屬_絕緣體·金屬 (metal insuiat〇r_metal，ΜΙΜ)架構中，它在上平板 Η】勺下方匕括另一導電層350以增強二個相鄰單位晶格31〇之間左手電各Cl的電容耦合。可以使用二個基質與三個金屬層完成此晶格設計。如圖所示，導電層350具有導電電谷，該等導電電容對稱地與間隔地位於貫孔連接器 11 M434316 上。-條饋入線331以及332置於基質2〇1的上表面，以正交的方向分別連接到CRLH陣列。饋入點341與342形成在基質2〇1的上表面，以及與它們相對應且分別由饋入線 331以及332連接的晶格平板川有所區隔。此二維陣列可以在不同的應用中當作包括雙頻帶之CRLH mtm天線。第4圖為根據本創作一天線陣列4〇〇之實施例其天線元件410以一維或二維陣列的形式形成在基質4〇ι上。每一天線元件410皆為CRLH ΜΤΜ元件，並且包括一個或是多個平行四邊形晶格架構之⑶⑶…肘單位晶格412(如第2 或3圖之晶格）。每一天線元件41 〇之crlh mtm單位晶格 412可以直接建立在天線陣列4〇〇之基質上，或是建立在基質401延伸出去的另一分散介電基質411上。在每一天線7〇件内，二個或是更多之CRLH ΜΤΜ單位晶格412可以不同的方式做安裝，包括了丨_D陣列或2_D陣列。第4 圖亦顯示每一晶格之等效電路。CRLH MTM天線元件可以在天線陣列400内提供有用之功能或性質，比如寬頻帶，多頻帶，或是極寬頻的操作。多重發送器以及多重接收器可以在同一時間以及同一地點，使用多個不相關之通訊路徑，以相同的頻帶傳送以及/或接收多重資料流。此方法稱做多重輸入與多重輸出 (Multiple Input Multiple Output，ΜΙΜΟ)，是為智慧型天線（Smart Antennas，SA)的特例。第5圖為基於第4圖中具有CRLH MTM天線元件410之天線陣列400的ΜΙΜΟ天線子系統500。每一天線元件41〇 12 M434316 可以連接到濾波器51 0以及放大器520以形成一條信號鏈。渡波器510以及放大器520也可以是CRLH ΜΤΜ裝置。類比信號處理裝置530位於天線元件410以及ΜΙΜΟ數位信號處理單元之間。此ΜΙΜΟ天線子系統500可以有許多的應用’包括如WiFi路由器的無線存取點（access p〇int，ΑΡ)，無線網路的基地台（base station，BS)，以及使用在電腦和其他裝置之無線通訊USB接收器或是接收卡（如pCi

Express 卡或是 PCMCIA 卡）。

第6A圖係顯示基於CRLH MTM天線610之無線用戶端 601。此無線用戶端601可以是pda，行動電話，膝上型電腦’桌上型電腦’或是其他與無線通訊網路進行通益線裝置。CRLH MTM天線610可以使用crlh MTM架構。舉例來說，每一 MTM單位晶格的大小可以小於CRLH超穎材料之諧振信號波長的六分之一或是十分之一，以及二個相鄰 MTM單位晶格的間隔距離為波長的四分之一或是更短。在應用上，CRLH MTM天線610可以為ΜΙΜΟ天線。在此應用中，CRLHMTM的設計以及實現技術可以結合ΜΙΜ〇以及CRLH MTM以提供多重通道，比如小裝置6 〇丨内可以有二個或是四個通道。第6B圖係顯示使用在Bs或Ap 6〇2之無線通訊系統之 CRLH MTM天線620。與第6A圖不同的是，天線62〇使用較大的CRLH MTM天線。舉例來說，第5圖之天線子系統可以使用在BS或AP 602。具有多重CRLH MTM單位晶格的漏波天線也可以使用天線620。 13 M434316 第7圖為無線通処系統實現第6A以及6B圖的實施例。第7圖之無線通訊系統在空氣中使用電磁波以提供各種不同的通訊服務。因為需要更高的通訊速度以服務寬頻’所以使得無線通訊技術不斷地發展，並藉由最佳化頻譜使用率，位元/秒/赫茲的數目，以克服在最佳化功率效率時所犧牲的rF頻譜以及高成本。在無線通訊系統之數位 t號處理子系統中’最佳是要達到由所需要的位元錯誤率 (Bit Error Rate，BER)與訊雜比（Signal to Noise Ratio， SNR)表示之香儂容量（Shannon Capaci ty)，，限制。在各種不同的應用中，壓縮，編碼，以及調變技術之最佳化都已磴明可以增進通道的容量。這些先進的數位技術使得工程師們可以克服無線通訊的最終問題”空中干擾”，比空間。因此，可以由多重發送器/接收器，在同一時間以及同一地點，使用多個不相關之通訊路徑，以相同的頻帶

智慧型天線由天線元件陣列組成饋入網路驅動該等天線元件，以根據以及由各種不同的 Τχ信號相位以及振幅。元件，以根據”權重”動態地調整這些移相天線陣列可以是窄波束， 14 M434316 寬頻’或甚至是根據幾何以及孔徑對稱性的獨立頻率。在九十年代，SA原理增加額外的數位信號處理技術以運用多重路徑干擾’而不是消除它們。除了傳統的L〇s SA外，此演算法也擴展到非視線範圍（Non_Line 〇f sight，NLOS) 的應用。在通訊連結的二端，使用Τχ與Rx天線陣列，鏈，以及平行-碼，這二種演算法都可增加更多的位元/秒/ 赫兹。無線系統可以設計成ΜΙΜΟ系統一樣，使用多重天線的傳收器。ΜIΜ0天線為SA裝置，而且在ΜIΜ0系統中的發送器與接收器都使用天線的情況下’可以利用NL0S多重路徑傳輸的特性而提供不少好處’包括增加容量與頻譜效益，降低因為多樣性的衰減，以及增進干擾的抵抗度。此種端點對端點的系統模組應包括信號在空氣中傳輸’如極化，樣式（pattern)，或是空間多樣化的天線/天線系統特性。因為包括了三種不同無線通訊技術：數位RF， RF-天線，以及天線-空氣干擾，這使得系統工程師面對了強大的挑戰。在每一步驟中，通道間的相關性必須最小化，以達到最佳的ΜΙΜΟ效能。當信號沿NL0S通訊路徑反射時，因為只能得到三個完全正交極化（然而因為實際的限制，只會使用二個完全正交極化-垂直/水準或左手圓以及右手圓極化（circular polarization))以及其衰減，很難在實做 ΜΙΜΟ時僅考量極化的多樣性。因此需要使用空間多樣性，也就是將全方向的ΜΙΜ0天線做分割，以在不同方向接收不同路彳空的彳§號’如此也會增大天線陣列。另一方面，樣式 15 M434316 —- - - .. - 一 - _ ___ —— . _ _ 多樣性會依據ΜΙΜΟ陣列之天線元件的似正交（非相關性）輻射樣式，更適合ΜΙΜΟ陣列之天線元件的微型化應用。為簡化ΜΙΜΟ系同模型，一些通訊系統工程師遵循傳統通汛方式，將通道“Η”的定義為H = RF +天線+空氣傳輸，如此有一簡單的關係式r(t) = H(t) s(t)，其中^為接收的數位信號，s為發送的數位信號，H為通道，以及是根據 Tx以及Rx系統架構。舉例來說，NTxNR系統的r(t)為陣列’ s(t)為NTxl陣列，η為NRxNT矩陣，以及為矩陣乘法運算元。第一 ΜΙΜΟ演算法使用每一天線元件/通道傳送Ντ個不同資料流，以使每一NR接收元件/通道可以接收所有NT的信號。根據接收演算法，NR可以少於、等於、或是多於NT，把接收信號去相關性，而回復NT傳送之資料流。這可藉由在NR接收#號上使用通道係數以及初始值以處理ντ之τχ 賓料而元成NT資料流之回復。成功地回復ντ Τχ資料流的主要關鍵是要維持信號在NT通訊路徑上保持“非相關性”。此稱為“通道多樣化（Channel DiVersity， ChDiv)” 。空間多重化（Spatial Multiplexing，SM)是利用不同的資料流在NT Tx通道中傳送’以及當所有NT通道為非相關性以及每一通道得到的增益最小時，它可以達到最大的頻譜增益。當ΜΙΜΟ天線元件之間的耦合最小，以及多重路徑是因為環境所造成之反射與折射時，此通道為非相關性。在沒有多重路徑的情況下（即LOS)，SM接收信號不會 16 以避免接收器對NT Tx資料流執行解

成。Η需要更新之速度與移動點的速度有關。因為過多的成為非相關性信號，以避免接相關性（decorrelate)。因此，是可以得到最大多重信號，則的優點。因為诵當#田去：^ a 通道楝測，需要通訊時間，經常性的更新通道會大大地降低有效的”位元/秒/赫茲。使用空間-時間區塊編碼（Space_Time B1〇ck ， STBC)之第二型態MIM0演算法可解決這個問題。STBC不需要準確的通道係數，也就是容許通道誤差，所以不需要經韦性的通道探測。此外，如前面所述，對通訊系統而言， φ 它必須有能力操作在混合NL0S以及L0S的環境之下，也就疋Rx信號包括一直接Tx-Rx L0S路徑以及多重路徑。在空間-時間區塊編碼（STBC)中’重複TX資料流NT次，以及每資料流的編碼的方式不一樣。但在SM中則是傳送NT個不同的資料流。在傳送前’發送器執行空間（相關於天線空間多樣性-SpDi v)以及時間（關關於位元延遲線，bi t delay 1 ines)編石馬。至少有二種不同的SA以及三種技術可增加頻譜效盈·（ 1)根據相位陣列天線或頻率-獨立多重臂天線 17 M434316 (frequency-independent multi-arm ant ennas )之波束成型（Beamforming，BF)以及波束成型與零化（Beamforming and nul 1 ing ’ BFN)，（2)MIM0以及發送技術之高等信號處理（i)在多重通道發送不同資料流（SM) : NLOS，準確的通道特性以及高度非相關性通道，（i i )在多重通道發送相同資料流（STBC) : NLOS，NL0S + L0S ’通道特性容許誤差以及低相關性通道’以及（i i i )BF以及BFN，其中L0S的通道特性與波束樣式有關’以及準破的通道特性為下列其中之一： 1)不同波束樣式之間的類比交換器，2 )調適性地整波與指鲁向波束’ 3 )除了類比波東交換器與整波外，使用數位bf與 BFN以達最佳化效能。此外’不需要類比相位移位元元器，延遲線，或其他直接耦合，以及匹配網路，傳統之BF與BFN也可以製作 ΜΙΜΟ系統。但此數位BF與BFN需要昂貴信化處理裝置，所以無法貫現。比較合適的方式是結合數位/類比與 BFN。 '

具有ΜΙΜΟ之二種無線通訊商用標準已被批准，它們提供較高頻率的載波以支援現存以及未來的寬頻應用服務。第一個標準IEEE 802.1 1η主要著重在區域網路（L〇cai Area Networks，LAN)，而第二個標準 IEEE 8〇2 16e 則是著重在廣域網路（ffide Area Netw〇rk，WAN)，而且也可以田LAN使用。目則也有其他正在進行之標準如以及4G UMTS系統。在大部分的標準中，㈣議至少要— 的ΜΙΜ〇。也就是說，兩邊的用戶以及AP/BS端都需使用4Τχ 18 M434316 以及4 Rx天線。目前為止，包括SM' STBC、以及BF演算法之已批准商業標準都讓開發者自行研究，在如無線通訊USB、 PCMCIA/PCI Express卡、以及手持計算與多媒體裝置等小型用戶裝置上，實現非相關M丨M〇路徑原則以及根據L〇s、 NLOS、固定、以及動態通道情況，實現調適演算法。兒些應用之設計與技術滿足了大部分無線通訊工業的需求，而這些需求為實現固定式與移動式之寬頻商業標準所需更高的位元/秒/赫茲。這些技術是基於：把多重天線以及射頻收發器安置在一小型機構内，如此需要低功率損耗，不降低效能，以及將整合此架構在手持裝置，無線通訊卡（如PCMCIA以及pci Express卡以及無線通訊USB收發器），PDA，以及甚至是輕薄短小之膝上型裝置。這些設計與技術的實現可以全部使用MIM〇子系統，以使得任何移動或是固定裝置不需考慮係數型式或功率損耗，都能利用多重並行通道。許多ΜIM0系統使用傳統右手（RH)法則材料之μ I M〇天線，而此種ΜΙΜΟ天線之電磁波的電場與磁場皆遵守右手法則。RH天線材料對於天線的尺寸（一般是信號波長的一半）以及天線陣列之相鄰天線間的距離（大於信號波長的一半）限制較少。這種限制被隱藏在各種不同無線通訊裝置的 ΜΙΜΟ系統中，如手機、pda、以及其他無線通訊之手持裝置。在此描述之天線陣列，無線系統，以及相關之通訊應 19 M434316 * - - -- - -… . _ ___ 用都使用混合左右手法則（CRLH)超穎材料，以在mim〇系統中建立實用之天線陣列。此種由CRLH超穎材料建立之ΜΙΜΟ 系統維持了傳統ΜΙΜΟ系統的優點，並且具有傳統Μιμ〇系統無法實現的額外好處。此應用的設計與技術包括一個或是多個下列的特徵： 1 ·小型化印刷天線元件的尺寸大於λ /6，以便整合在小型裝置(如四分之一波長λ/4的等級，或是更小的天線工間）内，以及天線元件間具有最小耦合。此小型ΜIΜ0天線ax汁適用於SM，空間-時間區塊編碼，以及提供與零化特性之大型基地台或存取點。而使用CRLH先進超穎材料可減小尺寸。 2. 使用印刷MTM方向耦合器以及匹配網路以更進一步降低近場（Near-Field，NF)以及遠場（Far_Field，FF)的耦合0 3. 使用多重MTM天線建立單一 MIM〇天線，如此不管使用或不使用_演算法，都可執行波束整形，交換，以及指向。 4. 使用印刷MTM之1到n功率結合器/分離器，以結合多重MTM天線，而建立單一子Mim〇陣列天線。 5. 使用單一 MTM漏波天線，如此不管使用或不使用 _0演算法，都可執行波束整形，交換以及指向。 6. 也可建立基於MTM之濾波器以及頻率多工器 (diplexer)/多工器（duplexer)，以及當叮鏈形成時，可以與天線和功率結合器，方向耦合器，以及匹配網路整合 20 M434316 在一起。只有直接接到RFIC 天線、濾波器、頻率多工器耗合器、以及匹配網路之之外部埠需要遵50Ω的規定。、多工器、功率結合器、方向間所有的内部埠可以不等於 50 Ω，以在這些RF元件間達到最佳匹配道 7.天線饋網路以及rf 。CRHL MTM之設計允許將電路設計驅動四個或是更多通這些小型化天線與它們的饋網

路、放大器、濾波器 '以及功奎八 a 1刀率分離盗/結合器作簡單的整合，以在降低耦合損失時，可县』取仏化整個RF電路。此整個整合架構稱為主動天線（A a )。 8.特徵1和2考慮具有小型化天線元件“議。薄膜 (_brane)” ’該“咖薄膜”整合在2D的薄膜表面，以如第5圖所示，與通訊裝置整合在一起。 9.最佳化通訊連結數位信號處理是為了：效能之後-（Τχ端）以及前_(Rx端） a)非對稱以及對稱連結（BS用戶，

用戶-用戶，模型-空間多樣性商規之系統。 )’ b)動態通道，c)遵守最難的技術之—就是遵循商規，提供SM、STBC、以及 BF和零化，操作在幾十到幾百驗的多重頻帶，遵守功率相耗的規定’以及將四個式β φ" τ ,, Λ 個或疋更多的ΜΙΜΟ通道（天線以及RF鏈）安裝在手持裝詈、| &…線USB傳輸器或jjsb卡（PCMCIA或PCI EXpress)、無線通訊USB傳輸器行動式BS、小型AP、以及其他應用裝置。、土裝置要在此應用令實現這些設計與技術必須克服三個技術問題· 21 M434316 ι·小型化天線元件必須具最小耦合以整合到最小裝置。此先進之小型MIMG天線設計適用於SM，空間_時間區塊編碼，以及提供BS與零化特性之大型基地台或存取點。使用CRLII先進超穎材料可減小尺寸。一。 RF電路設計驅動四個通道。CRHL 與它們的饋網路、放大器、濾波器、 2.天線饋網路以及允許將這些小型化天線以及功率分離器/結合器作簡時，最佳化整個RF子元件。據這些說明，導引出允許2D 概念，以符合裝置幾何。單的整合’以在降低耦合損失此整個整合架構稱為AA。根 ΜIM0天線之新“ μ IM0薄膜” 3.遵守商業ΜΙΜΟ規定之後_(Τχ端）以及前_(Κχ端）信號處理’小型化天線（如手機）miMO Α線系統（㈣ BS)連結，以及小型天線系統（點對點）。 ΜΙΜΟ夕认性在無線通訊中是最好的。空間多樣性 (Spatial Diversity，SpDlv)或是結合 SpDiv 與極化多樣性（？〇1&1'1“1：1〇111)“打^1：7，15〇1)^)可以使用在如“之大型ΜΙΜΟ系統中。小型化之MIM〇系統會對樣式多樣性 (Pattern DiVersity，PaDiv)產生槓桿作用。當點對點通訊系統僅把通道當作空氣傳輸的一部份，也就是把天線與 RF电路從傳統H矩陣巾操取出來當作通訊模型肖，此樣式多樣性就會發生。因為PaDiv與輻射波束的角度分散以及極化特性有關’所以有必要修正或是偏斜此波束。然^)，超I貞材料不僅可以操作近場輕射以消除附近天線的近場Μ，而且還 22 M434316 •可以在多重路徑的環境下，進行整波，交換，以及指向波束’以得到樣式多樣化的效果。

PaDlv 可以運用在 OFDM_MIM〇(〇rth〇g〇nai fre(juency division multiplexing，0FDM:正交分頻多工），ρΗ_ΜΐΜ〇 (frequency hopping，FH:跳頻），以及 DSS_MJM〇(direct spread spectrum，DSS:直接展頻）通訊系統，以及相關之結合應用。PaDiv也可運用在ΜΙΜΟ數位調變。此應用的设計與技術在無線通訊系統的實施例中涵蓋了多頻帶，以及/或寬頻，以及/或極寬頻RF頻譜。只要在 OFDM或DSS中使用新創作之空氣介面，類比’以及數位mim〇處理器，就可以降低多重路徑的影響。當然這些新穎的裝置必須要能置於小型之通訊裝置内，如PDA ’手機，以及無線通訊USB連接器或是USB連接卡（即PCMCIA以及pci Express)。ΜΙΜΟ包括具有數位信號處理之SA陣列系統’ 以在多重通道間發送數位信號。對於工作在Nl〇s，L0S， φ 以及結合NL0S與L〇S環境之固定式或是移動式的裝置，多重通道包括SM，STBC，以及BM/BFN。第8A圖顯示L0S連結之二個分散之線性Τχ天線陣列與線性Rx天線陣列。第8Β圖顯示L0S與NL0S連結之二個分散之線性Τχ天線I5車列與線性Rx天線陣列。第9A圖顯示BF以及/或零化之相位天線陣列系統。第9B圖顯示SM演算法之ΜΙΜΟ系統。第9C圖顯示STBC演算法之ΜΙΜΟ系統。在前-Μ IΜ0時代，sΑ包括相位天線，發送不同振幅以 23 M434316 及不同相位’但具有延遲的時序之相同信號，以整形或是指向波束（第9A圖）。在接收端也使用相同之類比接點延遲線（tap delay line)做掃描，以在發送方向增加接收增益，以及零化其他信號。這些相位陣列技術最主要工作在類比桓式，以及在接收方向會加強信號能量以增加SNR，因而限制了它在LOS環境下工作。發送彳。號藉由反射以及/或繞射程序以跳過障礙物（第 8B圖），在接收時可以當作不同大小以及不同延遲時間之七號〜、和。不同延遲時間之信號因為低於整體的別R，所以稱做多重路徑干擾”，而且包括了 NLOS信號。不論是相位陣列天線或是傳統SIS〇系統，都可以克服多重路徑干擾，並把它們當作雜訊看待。卞在夕重路拴絃土兄中，發送信號把障礙物當作具有相同負料ληι (第9 C圖）5^ χ ；)：日ρη :欠止.丨γ 〇一）次不相同貝枓流（第ΘΒ圖）之非相關信號。這些虛擬之通道兔介、為工間刀散輻射源與接收元件（空間多 ’ ！·生SpDlv) ’正父極化（極化多樣性士心），或是差動賴射樣式（ί式多樣性—PaDiV)。_通道可以寫成： (1) ap :路徑增益/振幅 Ω (妒，0 ) : TX與RX夭蟪.％笛 . 天線，口第p個路徑之Tx與RX波末的角度方位性。很明顯的，在固 e(P，0 ) : Tx與Rx波束的角度與極方程式（1 )定義每-點所看到的通道 24 M434316 疋的直心項都表示了—定的複雜度以通訊1程師職設最簡單通道多樣性（⑽v)，而且專: 在處理多重路徑干擾以提昇訊雜比（snr)之數位演算法。，數位發送與接收信號與通道Rx 式可寫為：心 •V丨 ^11 "* ^\ΝΤ • * · • · · χχ ' J^NR\ ** ^NRNT ^ ,ΧΝΤ_ + ,nNR^ 或 ^ ' _ uu … U\NR 0 - :·. : • · . v.*. ’· V1AT X丨· "wi ' ^NR_ .UNR\ ··· UNRit — 0 ··· x L 八 ΛΤ _ * ·νΛ7Ί * · • « .· VΝΐΝΤ ·ΧΝΤ· + _nNR_ 其中，矩陣H的7L素為hij，H可分解為Η = υΛν*

陣V與矩陣U的7L素為調適發送χ與接收γ向量的權重，、建立NT虛擬非相關平行通道。回顧第9a圖之相仇天線陣列的實施例，V肖U權重具有驅動相位移位器之^ 比權重的效能。所以’需要平衡數位與類比之信號處理複雜度的新概S。此新概念不僅最佳化效能以及降低系統複雜度，還可以增加系統效率。下面描述通道多樣性。若天線間的距離為△ λ C，λ C為自由空間載波波長，以及△為正規化天線間距，則線性陣列的L〇s路徑（第Μ 圖）一階近似可以看做遠距離平行線，如方程式（2)所表示： dik=d-(/-l)Ai^ccos(^r) + (k-\)ΑτΛcos(^) / = i jr 以及灸=i 遞 (2) 其中d為第一 Tx與RX天線之間的距離，0 τχ與 25 财34316 分別為Τχ與Rx天線陣列L〇S的入射角。此線性概念可以延展到2D陣列’可以包括但不限定第7與5圖之架構。在此實施例中，L0S通道矩陣元件正比於：

Jnt 如/4 •〜。心叫】

\.··ΝΤ 以及 k = l...NR (3) 其中第二與第三項表示具有-致極化之全方向天線元件的正規化Rx波束器。^與Rx權重分別由w與^ 表示’代表了指向Tx的波束以及Rx增益。當每一天線元件由不同的角度與極性做特性化時，這些項目會乘與天線樣式e,(卜’Θ。與…“。之3D向量(與方程式⑴一致）’其中方位角與仰亩分另，丨炎_ I . th . 、丨用刀別參考^與kth天線元件。第 9A圖為每一元件都传用T | 定用U與Rx杻重之BS系統的實施例。當天線總長度[Τχ=(ΝΤ-·η λ 1 τ / 又 LTX υΔτχλ。以及 Lrx=(nr_1)ArxAc 小於時λ c，Τχ與Rx丰轉益生6 ΚΧ糸統無法解出小於Ac/Lrx或入。/^^ 角度的信號。換白士壬％，说m ^ I 4 5兒使用天線接收理論，小型天線具皮束mx及可以看到所有方向之信1。因此很難在然而洛端之間建立使用小型MIM0天線之BS以增加SNR。 : 田，、中螭為BS/AP時，可以達到此目的。我們使用“上傳”矣- 、不訊息從使用者發送到BS/AP，以及“下傳” 表不相反的大/_

°。因此’在高密度居住的區域内，若BS/AP 不使用單—、鱼接而是改以發送或接收以增加網路處理能力，則 BS/AP 可 ^

„ 备作BS。此全體用戶之天線元件在BS/AP 的方向具有更言尺I的輻射波束。 26 M434316 當Τχ與RX端之間的連線包括札卯時方裎式（？）要修改成包括NLOS路徑的反射項。第8β圖顯示三種路徑： LOS，多重路# 1(P1)，以及多重路經2(p2)。由表面… S2反射之信號會改變它們的傳輸方向，而且可能改變它們的極性，以及/或強度，或是兩者都會改變。這些改變根據這些表面的位置，折射係數，以及構造/方位（0ρι以及必Μ 而決定。當天線元件报靠近時，若障礙物離Τχ與h天線报遠時’則距離1、,，^广"以接近於零、然而，以及d u路徑之間的差異會使接收器沿這些路徑對此三個信號執行解相關性。若是其中一端為Bs/Ap，則針對對非零之距離广❹與1”"，“，天線元件會間隔安裝，或是使用波束整形，指向，或是交換技術，以對通道多樣化提供額外的訊息。可以使用小體積以及較近間隔的的天線元件設計crlh MTM天線，以同時達到降低/小型化它們之間的耦合效應以 • 及相對應的RF鏈。這樣的天線可以連到下列一個或是多個目標：1)降低天線尺寸，2)匹配最佳化，3)使用方向耦合器以及匹配網路’以降低相鄰天線之間的輕合與樣式正交的復原’以及4)具有整合遽波器’頻率多工器/多工号以及放大器的能力。第4項的天線稱做aa。無線通sfl有許多射頻裝置’包括類比/數位轉換哭，震盪器（直接轉換之單一震盪器以及多重步驟RF轉換之多重震盪器）’匹配網路’耗合器，遽波器，頻率多工哭，夕工斋’移相裔’以及放大器。這些元件昂貴，不易緊密地整 27 合’並且常常損失多工器也可以…“t慮〜及頻率多工器/ 配網路-起建2:率結合器’方向•合器，以及匹至RFH：之外立”正形成一條^鏈。只有直接連結之外。"阜才需要遵守5〇ω的規定頻率多工器、多工器、功率結合器、w;J匹 I網路之間所有的内部埠可以不等於50ω，元件間達到最佳匹配。因此，謂架構可二效地整合在-起，而節省成本效益。有

CM超賴技術允許咖天線最小化，以及呈有整A 饋電路’放大器，以及任何功率結合器/分離器的能力。此取小化之咖天線也可應用在緊密間隔天線元件之⑼陣列。舉例來說’在某些應用+，如第7圖所示，薄膜會覆在手機的上面或是手持PDA以及膝上型裝置的邊緣。我們稱它做“M·薄膜” ’而且它都是位於使用者不會妨礙到的區域。因為此種咖模式使用在高處理能力的應用所以使用者不會為了存取多媒體或是資料，而把它放在頭部附近的位置。此外’如通道多樣性章節所解釋此創新之空氣介面可以使用傳統SpDiv/p〇Dlv技術，而與Bs/Ap進行通訊。 —此薄膜包括許多整合在一起的RF元件，以致於輸“ 信號會經由權重調整，前饋或回饋到MIM〇資料通道，以及映對到Μ個RF信號與NT/NR資料流之間。上面說明權重調整以及映對的實施列為移相器以及耦合器。第5圖描述 ΜΙΜ0薄膜的區塊圖。 28 M434316 第9B以及9C圖描述SM以及STBC演算法之ΜΙΜΟ系統。CRLH ΜΤΜ之小型ΜΙΜΟ空氣介面可以應用在這些演算法’以及可以動態調整它們與BS/AP BF與BFN演算法，以在動態通道以及各種使用應用中’得到最佳化連結處理能力。此混何數位/類比演算法是由第9Β以及9C圖之“通道控制”完成。“通道控制，’可以平衡數位信號處理權重調整（私準規範，standard comp 1 iant)與類比權重（標準理論，standardagnostic)。第10圖顯示控制演算法的高階函數。ΜΙΜΟ系統把數位處理器當作通訊裝置的一部份，以貫現控制演算法。在ΜΙΜ〇 '系統中，數位處理器與類比電路之間使用類比數位介面。

時，雙向都需要通道探測。因為這些如PCMCIA PCMCIA卡以及手持裝置裝置都有功率損耗限制之小型無線通訊整，以降低通道更新的需求以維持一定的運算量，數位以及類比電路會實施通道調求。因此，較低的處理複雜度可以就是筇省了能源。此特徵允許每 29 M434316 —使用者執行自己的通道條件，因此具有提供手持—手持 ΜΙΜΟ連結的能力。在第1 0圖中，通道探測首先作用在類比電路，以判斷信號為第8Α以及8Β圖之L0S或NL0S。此第一階估測初步的通道特性。若是通道完全為L0S(或L0S>>NL0S)，則通知 BS/AP開始根據抵達角度（Angle of Arrival，AoA)，遠離角度（Angle of Departure，AoD)，或是用戶端發送之波束權重’執行BS演算法。此功能僅跟BS/AP功能有關，而且用戶端所要做的只是使用全部天線元件，以當作單一天線而增加輸出功率。天線元件發送出之結合信號的行為模式將會當作單一大天線發送出之信號一樣。我們稱此功能為集體單一天線陣列（C〇iiective Single Antenna Array， CSAA) ’包括了個別波束偏向（beani t i 11 i ng)功能。用戶端無法提供給BS或零化功能。在LOS實施例中，若通道為高度動態’也就是權重一直劇烈變動，則選擇STBC，否則維持使用BF/BFN以及CSAA。前段之混合數位/類比波束器可以用純類比波束器，波束掃描器（beam-steering)，以及波束交換器（beam_switch) 取代。若NL0S以及LOS為平衡，則使用STBC演算法。在 NL0S成分為主的例子中，若通道不是高度動態，則使用 SM ’不然就使用較安全之STBC演算法。動態通道項由基準| |H(t+r )_H(1：)丨丨〉截止係數決定，其中Η為NTxNR通道矩陣。NL〇s以及L〇s可用二個階段來表示。在類比階段，首先粗略的定義連結^絕對的L〇s， 30 fA”43l6 或是組合形式。此係數由通道控制數位信號處理器做測量。略 MTM技術可以用來設計與發展射頻（RF)元件以及子系统。在如λ /40的天線長度下，MTM技術所設計與發展之敦能會相似或是超過傳統RF架構。不論是單一頻帶或是寬頻帶天線，各種不同MTM天線（以及一般之諧振）必須限制諧振頻率附近為窄頻帶。 % 基於此因素，本應用將說明設計基於MTM寬頻帶，多頻帶，或是極寬頻帶傳輸線（TL)架構之技術，以應用在卯元件以及如天線之子系統。此技術可以驗證合適之具有低成本以及易製造，並保有高效益，高增益，與小體積的架構。此種架構的實施例也使用如HFSS之全波模擬工具。在另一實施例中，設計演算法包括（1)定義架構之諧振 y員率以及（2)決定错振附近之散佈曲線斜率以分析頻寬。不僅是TL與其他MTM架構，以及在其他諧振頻率之讨“天 _ 線輻射而言，此方法可提供展頻之觀察與指示。此演算法亦包括（3 ) •—旦決定之BW大小是可行的，則對饋入線與邊緣端點（當存在時）找出適當之匹配機制。也就是在譜振點附近的寬頻帶上，提出一常數匹配負載阻抗ZL(或匹配網路）。使用此演算法，可用傳輪線（TL)分析以最佳化βΒ， MB，以及/或UWB MTM的設計，然後再使用在天線設計上。 MTM架構可用以加強與延展rf元件，電路，以及子系統之設計與能力。可以產生RH與LH諧振之混合左右手法則（CRLH)TL架構展示了最佳對稱，提供設計靈活性，以及 31 M434316 ^ ~ ~~ ~~ _ — — — — _ — - —. . — __ ___ 可乂滿足如操作頻率與頻帶之特殊應用的需求。各種不同MTM 1D與2D之傳輸線具有窄頻諧振的問題目刖的天線設計允許1D與2D寬頻，多頻，以及極寬頻TL架構。在一種設計中，使用N_晶格散佈關係以及輸輪出阻抗，以設定頻帶以及它們相對應的頻寬。在一例 s中2D MTM陣列包括2D異向性樣式，沿陣列的二個不同方向使用—個TL埠，以在晶格靜止結束時激勵不同的諧振0 2D異向性分析由具有一輸入與一輸出TL做表示，一中矩陣符號由方程式H —Η表示。特別地使用一個偏,、貝刀析以増強χ與y方向的多重諧振，而增加頻帶 Vin _ A B丫Vout)

Iin c °Ai〇utJ (!!_!_!) 具有寬頻諧振之CRLHMTM陣列符具有下列特徵q1)1D 與2D架構在㈣τ方具有縮小之接地面（gnd)，⑵具有偏中心饋源（offset feedk 2D異向性架構，以及架構下方具有全GND，（3)改進端點以及饋點之阻抗匹配。架構以及天線的設這樣的設計包括下

各種不同之1D與2D CRLH MTM TL 計都可用於寬頻，多頻，以及極寬頻。列一項或是多項的特徵： 1D架構包括N個一致的晶格’都具有分流(ll，⑻盥串聯(LR，⑴係數。這五個係數決定㈣振頻率，相應之頻寬，以及這些諧振點附近輸入/輸出η阻抗變化。因此對於小至

這五個係數也決定架構/天線維度 32 M434316 λ /40長度之小型化設計必須小心考慮，其中又為自由空間之傳輸波長。在同時具有TL以及天線的例子中，當這些諧振點附近

的放佈曲線之斜率為陡峭時，諧振的頻寬可以延展。在1D 的例子中’斜率方程式已被證明與晶格的數目Ν無關。立已知道高RH頻率〇8之架構具有較大的頻寬。這是出人思料的，因為大部分適當的LH諧振都會發生在分流諧振 ω sh附近，所以低CR值表示較高的頻帶。因此較低諧振意味較高的CR值。可以糟由縮小平板（Patch)下方之GDN區域以達到低 CR值’而該平板透過貫孔與GND連接。加—頻頻寬’以及長度確定後’下一步將考慮把架構匹配到饋入線’以及適當地終止晶格的邊緣以達到最佳頻帶與頻寬。特殊的例子為使用較寬的饋入線’以及加入在最佳率匹配附近之終端電容，以增加BW。土定義適當饋入/終端匹配阻抗的最大挑戰在於讓它 =佳頻帶之間必須是頻率獨立。所以，我們使用譜：、目似阻抗，對選擇之架構做完整的分析。在做這些分析以及執行FEM模擬的方向上，我們、主 2率間隔内的不同模式。基本上，LH(…）以及_ :™私式。然而，介於LH與RH之間的拉式為TE模式。 /、這些TE模式比LH模式具有較高的卯，而且對於相 33 M434316 的架構，它可以藉由操作而達到較低的頻率。在應用上，我們將用實施例做說明。 2D架構是相似的，但分析上更複雜。2D的優點是比 1D增加更多的自由度。在2D架構中’可以根據1D的步驟，結合又與y方向的多重諧振以延展頻寬。我們將在下面做說明。 2D架構包括Nx的行（c〇iumn：^时的列（r〇s)，以呈現一個NyxNx晶格。每一晶格的特性由它在义與y軸的_ % 阻抗 Zx(LRx’ CLx)與 Zy(LRy，CLy)以及分流導納 Y(LL，CR) # 決定。每一晶格由具有四個分支的RF網路表示。每一 RF網路包括在X軸的二個分支以及在y軸的二個分支。在卯架構中，單位元晶格由二個分支的RF網路表示，在分析上比 2D架構單純。這些晶格利用它的四個内部分支相互連接成像Leg〇架構。在ID架構中，僅用二個分支相互連接。也稱為邊緣（edge)的内部分支要不由外部來源（輸入籲埠）激勵，而當作一輸出埠，不然就是由“終端阻抗，，當終端點。2D架構有NyxNx個邊緣分支。在1D架構中，只有二個邊緣分支以當作輸入，輪出’輸入/輸出，或終端埠。舉例來說，使用在天線設計之1D TL架構的一端當作輸入/ 輸出埠，而另一端使用阻抗Zt當終端點，其中zt大都是無限大以表示延伸之天線基質。所以，2D架構在分析上是比較複雜的。 34 M434316 取一般化的例 ny;， Κηχ，ny)，與 γ(ηχ，ny)，以及所有、鹆 Ztx(l，ny)，乙tx(Nx，ny) ’ zt(nx，1)，與 Zt(nx，Ny)# * 从 * _ 件表示，而且貝入點為不同質的（i nh〇m〇geneous) 〇雖钬 OD …、每樣的架構具有早-特性而適合於一些應用，但它的分析非常的複雜:、而且相較於對稱架構，比較難實現。這當然需要在諧振頻率附近増加額外展頻。在本創作之2D部分，我們限制晶格分別在χ—方向， y-方向，以及分流上具有相同的Zx，Zy，以及Y。而：同 CR值則是常見的。雖然此架構可由任何的阻抗ztx以及zty做終端以最佳化輸入與輸出埠的阻抗匹配，我們考慮用無限大之與Zty以簡化架構。無限大阻抗意味著在這些終端邊緣具有無限大基質/接地面。非無限大Ztx與Zty之架構使用相互匹配限制，一樣

:以遵循本創作之程序。此種非無限大阻抗的例子為在2D 架構中使用包含電磁⑽）波之表面電流，且不影響相鄰之另一2D架構。另—有趣的例子為當輸入饋點位於晶格邊緣中心偏移的位置。即使饋入點僅沿著其中一個方向，這會轉變成在 X跟y方向之非對稱EM波傳輸。 ’概迚叙NzxNy的例子，然後解成1X2的架構。冰我們使用對稱晶格架構。在Νχ = ι j\jy = 2例子中（以 1x2 /Jn ) ί v/C ^ 1 Ί、〇 , 〇 U，1 ) a日格輸入，以及沿（2, 1 )晶格輸出。然 35 M434316 後’我們解出傳輸[A B c D]矩陣以計算散射係數si 1與 S12。相同的計算方式也用在縮小的GND，混合RH/LH TE模式’以及最佳Η取代E場GND的架構中。 1D與2D的設計都被印刷在基質（2層）的二面，並且使用貝孔。或疋印刷在多層基質上，並在頂層與底層之間使用額外的金屬層。具有寬頻帶（broadband，BB)，多頻帶（multi-band，

MB)以及極寬頻帶（ultra wideband，UWB)之 ID MTM TL 以及天線的性質。第11圖為使用四個單一，丄以 wan何竹1L的施例。此四個平板置於介電基質的上方，以及在平板的央有-貫孔連接到接地面。帛11A圖係顯示第u圖裝置等效網路電路。丨n’ W JS 7T , ZLin以及ZL0ut，分別為輸入與輪出載阻抗，並且位於TL的兩端。

第 UA、11B、11C、12A、19R

ZA 12B、以及12C圖為第U

的等效電路，它們顯示了在傳牡得輸線权式以及天線模式下各種不同的情況。這是-個印噌糸構的例子。來去 2A-2C圖，顯示了第u圖與第 /考 “⑽“， ⑴圖之間對應的關係，恥電感以及分流電容位於平板與接地面之 ⑺“ LH電容位於二個相鄰平板之間，; 電至分流LH電感。 ·，由貫孔每一個獨立的内部晶格之串聯阻對應到二個魏心以及" Μ分流導納匕們之間的關係為： 36 M434316 * yiLLCR' 其中 Z = y〇>/jf(II-1-2)

jcoCL

aR=7Lm a ^ y=jc〇cR ωι. 4ll cl

jcoLL 第11A圖之一個輸入/輸出邊緣晶格並不包含表示相鄰MTM晶格之間的CL電容’而CL電容也不會出現在這些輸入/輸出料。邊緣晶格不包含α電容，可防止^頻率。白振ϋ此，只有ω SH出現在n = 〇的諧振頻率。為了簡化分析，第12A圖包括ZUn，與，串俨

電容以㈣CL電容。如此，所有的N個晶格都具有相同的H 係數。第11B與12B圖分別為第11A與12A圖之二埠網路矩陣’但不包括負載阻抗。當TL當天線設計時，第11C盘 12C圖為類似天線電路。使用與方程式n + "目似的矩陣符號，第12B圖可表示為：

"Vin^TAN BNYVouA

Iin CN AN Ji lout 當由vin與Vout端看入時，因為第12八圖CRLH電路為對稱的，所以我們設定AN-—DpGR為此架構對應之輕射電阻，以及ζτ為終端阻抗。注意的是，ζτ基本上為第iib 圖架構的最佳終端，並且還有額外的2α _聯電容。同樣的，ZLin’與ZLout’可表示為： Λ „ • - 5 ZLout'=ZLin +z_ JaCL jc〇a ζτ，=ζτ+ ZLin'=ZLin + —

jwCL 37 M434316 因為GR可由建立天線或是使用jjFSS模擬得到，它很難隨天線架構做最佳化。因此，較佳的是使用TL方法，然後根據不同终端ZT的天線做模擬。方程式π-卜2也可以用在第11A圖，只要將-,，BN，，以及⑶，做修改以反應映出二邊緣晶格的CL部分即可。 ID CRLH頻帶 N個CRLH晶格架構在η π傳輪相位上之諧振方程式決定頻帶，其中η = 〇，+1，+2，…+M , — _i ±N。在此’每一 N crlh 晶

格由方程式Π —卜2之2與Y表示，其t Z以及γ與第⑴ 圖不同’以及晶格並不包含α。因此，可以知道這二種架構具有不同的諧振。然而，計算顯示除了㈣之外，所有譜振都相同’其中第-架構的諸振為心與“，以及第二架構⑽振僅在“（第11Α圖正相位移（州對應到 R Η區域的言皆振，而負相位銘（η ^ 、貝相位私（η<0)則對應到U區域。

具有Z與γ(方程式1卜卜2 A

所疋義）之N個相同CRLH 晶格具有下列關係： 2)}

N/? p=cos'](AN), =>| AN| ^ 1 其中AN=1在偶諧振|n|=2m X =-ΖΥ$ 4VN s {〇, 2, 4,…2xInt((N_l)/ 以及 -1)} AN = _1在奇諧振ln|=2m eU，3,…（2xInt(N/2) (II-1-5) •卜2 ’ N個相同CRLH電以及P為晶格大小。奇

其中’Z與γ定義在方程式i 路或是第12A圖之電路可得到AN 38 M434316 數n = (2m + l)以及偶數n = 2m之諧振分別與AN = -1以及AN=1 有關。對於第11A圖與第11B圖之AN’ ，以及因為邊緣晶格沒有CL，所以不論晶格數目多募，n = 0模式只會在 Wci=6Jsh諸振，而不是同時在（i)SE與£Ush諧振。下列方程气表示表1中不同％值之較高頻率： F〇rn>0，<=4+6|^±·

^SH + ¾ +Μω\ ω,

SH^SE (ΙΙ-1-6) 鲁表1針對N = 1 ’ N = 2’ N = 3，以及N = 4，表示％值。有趣的是，不論邊緣是否有CL(第12Α圖以及第11Α圖），較高諧振是相同的。此外’如方程式11-卜5所示，接近η=〇的5皆振具有小Ζ值（接近ζ下界〇)，而較高的譜振趨近 %上界4。表1 : Ν=卜2，3，以及4之晶格的諧振 N模式 In :0 |n|=l ln|=2 |n|=3 N=1 X 0,0)=〇 ; 6l) 0= ύι) SH N=2 x (2,0)=〇； Οϋ o= sh X (2.1)=2 N=3 X (3,0)=0 ； 6l) o- 6l) SH X (3.1)=1 X (3.2)=3 N=4l X (4.0)=0 ； ω 〇= Ol) SH X{A,\) ~ 2-V2 X (4, 2)=2 如第12圖所不，在ω SE=W SH平衡（第12Α圖）以及〇SE表0SH不平衡（第11B圖）的例子中，散佈曲線点為ω 的函數。在後面的例子中，min( ω SE，ω SH)與max( ω % ω sh) 之間有一頻率間隔。限制頻率ω SE與ω SH由相同之諧振方矛王式11 -1 -6得到，而X由下列方程式到達上界％ =4 : 39 M434316 ω· min max

CII-1-7) 弟1 3A以及13B圖位蕊§ 一、;L # e a I — 圔饪顯不沿者鍾型曲線之諧振位置的貫知例。第1 3A圖顯示[尺pi =丨ί γρ沾亚也 K LL-LL CR的平衡狀況，以及第 13Β圖顯示LH與RH區域之門呈古„ 场•之間具有間隔的非平衡狀況。在RH區域（η>〇)，架構的大小為7=Νρ，其中ρ為晶格大小。當頻率降低時，Ρ會增大。與LH區域比較，使用較 j的Νρ可以達到車父低的頻率’也會因此縮小尺寸。点曲線指出這些諧振附近的貝見舉例末5兄，因為石曲線幾乎是平的’所以LH譜振受窄頻影響。在RH區域，因曲線陡峭’所以頻寬比較大，或可表示為： d{AN) άω λ/ι-4

COND BB情況 dl άω ω ύύ ± 1 = 6ι) +2 => άβ άω dx άω (ΙΙ-1-8) <<1，Ρ=晶格尺寸以及立 άω (Ι α)

/、中尤定義在方程式11-1-5，以及定義在方程 ' 從方程式丨1_1_5之散佈關係知道，諧振發生在丨AN|_1的時候，但卻會導致方程式II-1-8的第一 bb條件（C0ND1)為零分母。要提醒的是，AN a N個相同晶格之

40 第-傳輸矩陣項（第12A以及12B圖）。該計算顯示c_ ^ N無關，而且可由方程式Π_Η的第：項表卜由分子二矛1表不之/疋義散佈曲線的斜率，以及可能的頻寬。目標架構的尺寸最長為ΝΡ=λ/40,以及⑽超過竹" 對於小晶格尺寸Ρ之架槿，方奸4 Τ τ】。士 ρ永構方釭式清楚的指出高值會滿足CONDI，即低CR « τ d P低LK以及LR值。這是因為n<〇的諧振發生在表1的4,或是說（1_之/4—〇)。 ID CRLH TL 匹配

如前面所述，-旦散佈曲線的斜率是陡山肖時，則下一步料定義合適的匹配。理想的匹配阻抗為固定值，而且不需要大匹配網路足印t h · g network footprints)。在此，“匹配阻抗”為如天線之星一，息& 山之早一邊饋入之饋線以及終编。分析輸入/輸出匹配網路f η· 而戈°卞异第12Β圖中TL電路之Ζιη以及Zout。因為第12A圖之 . 疋、.罔路疋對稱的，所以可置接冩成Zin = Zout。我們也根攄下 M . a_ 冢下面方程式，證明Zin與

N無關； z -2=BN/CN=B1/C1=Z/Y(1-y /Λλ (11_1-9) 义/4)，其中僅有正實數值的丨ΑΝΙ S 1條件， B1/C1大於零是因為方程式以及可以推出下列阻抗條件： ~ΖΥ= ^ ^ 4. 附近微微地變化，以匹配Z i η ’包括方程第2個BB條件為Zin在諧振頰率維持常數匹配。要記住的是，真實的式Π-1-4描述的CL串聯電容部分。 41 M434316 C0ND2: 2ed (II-1-10) BB情況：接近諧振，dZin/dw丨接近天線阻抗匹配不像第11圖以及第11B圖之TL例子，天線必須有一端開啟纟就是為匹配架構邊緣的無線大阻抗。終端電容可表示為： ZT=AN/CN，與N有關而且為純虛數 ⑴+⑴ 因為LH諸振基本上比RH窄，選擇之匹配值比較接近 n<〇 ° 縮小GND之ID CRLH架構為增加LH譜振的頻寬，可以降低分流電容.如方程式11 -1 -8所解釋，此胳彻+ e v士么1 ^ 此降低-电今值會使較陡峭之鍾型曲線具有較高的值。降低cr有許吝方沐，汗夕方法，包括：1)增加基貝厚度，2)減少頂層晶格平板區域丁败匕域或3)減少頂層晶格平板之GND。在設計裝置時，二種太^ ^ —種方法之任―方式都可應用在攻後的設計。第14Α圖顯示具有料GND之實施例，其巾⑽的面積小於位於頂層晶格平板下方㈣層平板。接地導電芦包括-條帶線(stnp llne)141。’該帶線連接到至少」早位晶格之導電貫孔連接器，刀汉落帶線通過部份輩仿曰格之導電平板的下方。帶線141〇的寬度曰：之導電路徑。使用縮小GND可以比i 、早位日日格現在商用裝置上，其中基質厚度小，貫不地貫 .Λ 及因為天線效益較低’所以頂層平板區域不能縮小。 | & 42 M434316 當底層GND縮小時，如第14A圖所示，會有电感

Lp (第14B圖）連接貫孔與主GND。第1 5A以及1 5B圖顯示另一縮小GND之實施例。在實施例中，接地導電層包括一共模接地導電區域15〇1，2 及帶線1510。帶線1510的第一末端連接到共模接地導電區域1501，以及帶線1510的第二末端連接到至少一部份早位晶格之導電貫孔連接器。而該導電貫孔連接器置於部份單位晶格之導電平板的下方。帶線寬度小於每一單位晶格之導電路徑。縮小GND的方程式可推導得到。諧振依據如方程式及表1，可以由下面解釋得到：方法1 (第14A以及14B圖）谐振：將LR改成LR + Lp後，與方程式Η — "，6，7以及表1相同 CR變得很小

此外，對於| Π丨4 〇，每一模式都有二個諧振 1)ω±η ’ LR—LR+LP 其中Ν為晶格的數目

4 )λ~Χ~Χρ!Ν 其中义 2) ω，±„，LR—LR + LP/N， (II-1-12)

阻抗方程式變成：ZW=^ = ! = Z CN Cl γ υζ以及χ =—ΥΖρ，Ζρ=〗ω Lp，以及方程式11 —υ定義i

與Y ^~~~~~ --------- ，攸阻抗方程式1卜卜12可以知道，二個諧振ω以及 ω刀別具有高與低的阻抗。因此，總是很容易在諸振ω 43 M434316 附近做調整》___ 方法2(第15A以及15B圖）諧振：將LL改成LL+Lp後，與方程式11-1-2，6，7以及表1相同 CR 變得很小_( Π -1 -1 3)______ 在方法2的例子中，結合分流電感（LL + Lp)會增大，而結合分流電容會減低，因此可以達到較低的LH頻率。天線實施例下面描述之天線包括： 50Ω CPW(共面波導，co_painar waveguide)饋入線（頂層）上接地（GND)，位於cpw饋入線附近（頂層）導電發射墊（頂層）單一晶格：上金屬化晶格平板（頂層），連接頂層與底層之貫孔’以及連接貫礼與主底層GND(底層）之窄帶線。

使用HFSS EM軟體模擬天線。此外，也由測量結果得到設計方法與特徵。天線元件參數也述产二 ---~ 仿胥天線元件母一大琛兀件已栝一 MTM晶格，該MTM晶格經由發射塾連到50Ω CPW線。發射墊以及饋入線都置於某蜇的卜而。饋入線使用50Ω aw踝運接到發射墊β 頂層發射墊平行四邊4 發射墊之β 〒的形狀。連結ΜΤΜ晶格與饋入線。在μτμ晶格盜 »1 有一間隔 WGap。頂層晶格平板平行四邊行的形狀。 - 頂層卜TM晶格1 貫孔 ^ΜΓ\ JtL 圓柱形狀’運接晶格平板與GND熱。 jND堅小型四方墊’連接貫孔底部斑GND綠。麻届 _ jM)線連接GM)墊與主GND: ---f^ri 44 M434316 下歹i貫施例說明縮小接地導電層在不同幾何圖形的特性。只她例1 · USB接傳輸器用之λ /48χλ /2〇 2χ2 WiFi ΜΙΜΟ天線設計以及HFSS模擬結果都顯示在第16八， 16B’以及16C圖。此為操作在2. 4GHz以及之肋 USB接傳輸器。天線的大小在2· 5GHz時為又a 。基質為FR4’其介電係數ε為44，寬度21μ，長度 31mm ’以及厚度0 787mm。 GND 大小為 21x20mm。曰曰格大小為2. 5x5. 8mm，以及晶格與頂層GND有14mm 的間隔差距。 cpw鋼線寬度〇.3mm，與頂層GND間隔差距〇15龍（如弟16A圖所示）。在-l〇dB’ 頻帶為 2·44_2·55，以及 4 23_5.47。最大模擬增益在2.49GHz為l_4dBi，以及在5.0GHz 為3· 4dB 1。此結果指出天線在極小尺寸的情況下能具有適當之效盈。在2. 4GHz的頻寬接近5%。實施例2 : USB接傳輸器用之小型2χ2 WiFi (晶格形狀）另一種ΜΙΜΟ天線設計以及HFSS模擬結果顯示在第 ΠΑ，17B’以及17C圖。與第16A圖之天線相比，此天線在2_ 4GHz具有較好的隔離，以及2dBi之最大增益。也就疋/、有較好的效記。此天線設計說明任何晶格平板的幾何形狀都可與貫孔一起應用。基質為FR4 ’其介電係數ε為4 4，寬度21随，長度 45 M434316 ’以及厚度0.787mm。 GND 大小為 21x20mm。 CPW銅線寬度〇.3_’與頂層gnd間隔差距〇15職（如弟15A圖所示）。在-10dB，頻帶為 2. 39-2. 50。實施例3 : 890MHz小型天線如第18A圖所示，本實施例顯示當連接貫孔與底層⑽ ^線超過較長的距離時’頻率如何調整到較低的值，也就疋對應到較大的電感Lp。天線的大小纟89眶2時為 _ λ /28χ λ /28 〇基質為FR4,其介電係數ε為4·4，寬度3〇mm，長度 37_，以及厚度0. 787mm。 GND 大小為 20x30mm。晶格大小為12x5mm，以及晶格與頂層GND有14mm的間隔差距。CPW銅線寬度1. 3mm，與頂層GND間隔差距1mm(如弟16A圖所示在-6dB，頻帶為78〇-83〇MHz(量測得到）。鲁其他較高頻帶在-l〇dB時，為3. 90-4. 20GHz以及 4· 46-5. 31 GHz(量測得到）。最大模擬增益在890MHz為-2dBi，以及在5.0GHz為 2. 8dB i °此結果指出天線在極小尺寸的情況下，能具有適當之效益。該效益以及輻射樣式在Satimo 64室中做驗證，發現在89 0MHz以及4. 5GHz時，效益範圍在55-60%之間。在890MHz的頻寬接近3. 5%。 46 M434316 實施例4 : UWB天線此天線不用Lp ’而是在發射墊與晶格之間使用較大之輕合電容CL，以得到較好的匹配。設計以及結果分別顯示在第19A，19B，以及19C圖。天線的大小在3. 2GHz時為 λ /23x 入 /6。基質為FR4，其介電係數ε為4. 4，寬度2〇難，長度 35mm ’ 以及厚度〇. 787mm。 GND 大小為 20x20_。晶格大小為14x4mm ’以及晶格與頂層GND有14mm的間隔差距。 CPW銅線寬度丨· 3mm ’與頂層GN])間隔差距丨_(如第 1 6 A圖所示）。

較大之耗合電容使用内數位電容做設計，以及二個指狀（finger)的寬度為〇. 3mm，相互之間的間隔為〇丨關。在 6dB頻▼為1 63-2. 34GHz(量測得到）。其他較高頻帶在 1〇dB % ’為 3.20~4.54GHz 以及 5.17_5.56GHz(量測得到）。最大杈擬增益在3· 3GHz為3. 5dBi。效益範圍在1. 6 都是60-7Q%之間。這對於此等尺寸之天線而。’使非吊兩的效益。它的頻寬也很大。一維CRLH超賴材料架構可以根據單位晶格陣列之非對稱設計或是連垃$ 遷接至夕、—條饋入線，以沿二個不同方向建立空間等向公你。Τ"»» 佈下面將分析2D架構，沿著X與y方向接到不同的埠，如π β 了件到NxxNy晶格之EM場強度的分佈資而仔到特殊之輕射樣式，以設計m 47 因為在X與y方向會有不同之諧振產生，所以⑼架構 *可用在雙頻天線。這些諧振可以結合在-起以增加頻見。这些2D架構也有頻率多工器與多工器的功能。 2D 異向（arusotropic)CRLH 架構形成1D架構疋很直接的’然而因為現在晶格具有四個連接，*使得分析變複雜。2D的分析將制下面符號。有Nx的仃與Ny的列。每一晶格由它在陣列架構的位置作私5己.（ΠΧ，町)’其中nx為行的位置，以及ny為列的位置。

如同1D的例子’我們使用對稱晶格，也就是在X軸貫 L的每邊都具有Ζχ/2阻抗，以及在y軸貫孔的每一邊都具有Zy/2阻抗。此對稱符號不僅簡化計算，而且還是可實現的表示方式。邊緣晶格記為nx=1或是Νχ，以及ny = 1或是以。輸入阜在（1’ nyin)，以及輸出埠在（Νχ，ny〇ut)。除了輸入與輸出阳格外，其他邊緣晶格ηχ=1或是Νχ由“ Ztx”做終端，以及ny = l或是Ny由“ Zty”做终端。沿ηχ=1的電壓為 …，以及沿的電壓為ν'Νχ + ι ny〕。而它們對應的電流分別為 Ιχ(ι.…以及 r(Nx+1，ny)，其中 vin = vx( ，π 41 1 、嚴,nyin) 5

Vout = Vx(Nx+1.nyout)，以及 I〇ut=r(Nx + i ny(jut) 〇 ID例子中使用的符號也用在2D的分析中，如 V〇ut = Vx(Nx+,.nyout) ’ 而且 2D 分析使用（ΝχΗ，ny〇ut)下標。為知·到方私式Eq. 11 一 1 一 1中之a ’ B ’ C，以及D係數，使用RF網路矩陣解出所有邊界以及終端情況： 48 M434316 ^(0 7(ί). ηχ=\

ηχ~Νχ ηχ-Νχ Y\TxThTx^ Π πχ=1 [l]A(yxA(v Zx/2[lf [1] [〇]、 11] Zx/2[lf vx Λ ^L^NyxNy [i]J J〇] [1] > J{Nx)j jcoCyL Yg = jcoCgR + jaLgL 其中，Zx = j〇)LxR + — ，Zy = jcoLyR +

jcjCxL 其中’ V與I為具有N y個係數之行向量，以使得 V Ϊ n = VX( 1, nyin) ’ I ΐ Π= I , nyin) ， V 0 U t = V * ( N x + 1 , nyout)，

Iout=r(_丨.ny〇ut)’以及終端邊緣晶格為V'丨ny> = Ztx厂（丨ny) 與 V ( N )!+1，n y ) = Z t X I ( N )t + 1，n y )。 # 所有中括號[..]對應到NyxNy矩陣，[1 ]為單位矩陣’以及[0]為全零矩陣。而矩陣[X]由Cai〇z以及Itoh， ^Electromagnetic Metamaterials： Transmission Line Theory and Microwave Applications，，’ John Wiley & Sons (2 006).推導得到。

方程式Π-2-1之2Nyx2Ny矩陣以及它的相互連接和終端限制，可以簡化成方程式n + k 1D架構。下面使用特例5兒明這個程式，其中N χ =；[以及N y = 2。我們推導特性阻抗Zc(aj ) = Vin/nn，u·此u J νιη/ΐιη，此特性阻抗在我們 nyin = nyout之對稱晶.格年份朱構中也等於 ) = Vout/I〇ut。具有四個埠靶捃也柊MM構的建立區塊）之晶匕的散佈關係為：一 - w ，▼八>χ 1 (Π-2-2) 方程式ΙΙ-2-1在下面情況下可_ 變成1D架構：了稭由方程式: 49 丄 Ο

Py 或 /5 y— 0 2y —> 〇〇與1D架構相似，；^ x盥一、^的可能值為： a)對於OS /5 χΡχ$冗以及a "2)=>0S z x$4(lD 的例子） b)對於/5 χΡχ= π以及 yPy = cos''(l + 2Zy/Zx- ^ y/2)^〇 ^ y = 〇 ; β xPx = cos''(i ΰ ^ β yPy ^ π ; β c) 對於獨立的/3 χ與万ν德 —Ζ 8

X y 傳輸；/3 uPu = cos-lM u/4bOQ48,其中 u = x，y C〇S ° d) —般情況：方程式n a 5〜）〇$ h，0幺 y，

及h垃心小/4;2)(^ ~XV u e{X)y} 乂及 h 1^4,其中# (II-2-3) 在ID的例子中，χ限制在〇頻時會達到4。2D架構比1D “之間，亚且在較低 1D相似的架構（方程式n_2_3之多的項。它不僅提供與獨立傳輸（方程式u_2_3之c項之a項）以及x與y方向的搞合傳輸。、而且還有如b與c項之為能在接近諧振ηχ與ny 重諧振以增加頻寬广合傳輸，可以結合多方向微”你 b項，其中Zx提供沿y 微調政佈關係，以得較大之頻寬。 _ j較陡之斜李，如此可得到 =1以及Ny = 2之實施例在廷貫施例中，我們考慮Ztx〜〇〇，Zty— 〇〇，以及 50 M434316 之特例。在此，電流成分厂。把坆些值f到方程式，四個未知帛丨1)， hn^u，"，Vxu’2)，以及 Γ(2 2)必須靠 v〇ut = r(2 丨）與 I〇ut=「(2’"計算才能得到。使用方㈣直接計算以 'Vin / V Zx , (Ya2 -Yb2l ~η~~~ 鲁其中 ’ γα=}^+. 〔1+彔⑽ 、、 -Yb2) ) (V〇uty 1+盖伽2- -Yb1) J \lout j Yb Zy Zy!2 + ZtY -- Zy

Yc = Yg +

Zy (II-2-4) 在上面的方程式Φ , y— 00反映出y-軸邊緣之開路。根據A B C D值，可以户.1 , Λ 于到此1x2 2D架構的散佈曲線，以及匹配情況。如方程式 ^ 八所不，A決定諧振以及BWe與1D卒構不同，2D架構在2v B ^ y具有二個增加的設計項《若是我們在Yg選擇在\與7方方向有不同值之CR，則會有第三項。因為Nx = l，所以 χ ηΧ = 〇會發生諧振。然而，因為在y 方向有一個晶格，當 | , , b ^ Z广2 %，A = 1。這樣對應到表1之 Iny 1 = 1諧振。結合這_ 、一種可能性可以建立結合諧匹配阻抗Zc可IV + 在諧振頻率上設定成匹配輸入/輸出丨且抗。因為不淪從哪— 7. _7 鸽看進去，網路是完全對稱的，所 Zin-Zout。接著，計曾广7y ZC以決疋在最佳頻帶之架構·· Vin ^ Iin lout ^=Vin = Vout = ri^(ya2-Yb2)]

Zx ZC + ZX[i + 4^(Ya2~Yb2) ^^JZc + 1-|~(Va2-Yb〇 51 肖根據1D陣列之分析，描述把單位晶格排列成列之CRLH MTM架構。這樣單位晶格之2])陣列可以在不同的應用t建立各種不同之m架構。舉例來說，沿著乂方向建立之_架構可以在NxxNy晶格中達到最佳EM場的分佈，以及對特殊應用提供特定之輻射樣式。偏中心饋源（〇ffset feed)設計上述之例子說明信號沿單-方向或沿X與y方向傳輸。另-可以增加頻寬以及最佳化匹配情況的係數為偏移饋也就是將饋入線置於χ方向偏移中心點的位置，以 /B y平面的上層與下層為非對稱。這可以使⑽波在丫方向傳輸’但在7方向不會有分散的饋入而觸發ny模式。舉例來說，在3x3架構中，若饋入位於中心y邊緣的晶格（㈣，㈣），㈣中心饋入。若饋人位於中心y邊緣的晶格(，卜㈣或(，卜㈣，則為偏中心。若饋入仍然位於（nx = l，riv-9、曰士会 1 ny-2)晶格，以及在y邊緣上有—空間偏移占，則可以得到相同的諧振。二在此種偏中心饋源下’散佈曲線心與“可是幾乎在最上層’以致於具有接近的^與”共振值，以及相似的頻寬（BW)(斜率）。第20A到20E圖為此超穎天線以及激勵X與乂模式之實施例。第3圖為在x與y方向具有二個I/Q璋之c似超顆天線的特例。多重晶格__架構可以設計成如同單 -天線之2D異向超穎架構。因為單位晶格在X與y方向2 有不同物理維度（以及不同等價電路係數），所以⑽一）譜振 52 1叫4316 松式會激勵二個不同（最佳）頻率。這些諧振父與y模式可以相同或是不同之階數，即二者都是n=丨或一個為n=〇個為Π- 1。一者都沿χ與y方向饋入到中間晶格的中心點。因為這二種模式都可由天線對應的埠做激勵，最佳頻帶的信號僅能由裝置的Τχ或Rx埠使用，因此不需要多工益。此外，藉由適當地設計天線之傳輸線，可匹配相對應 RF鏈之阻抗，而藉由這些線可以提供信號的選擇濾波。在此情況下，也可以不使用BP濾波器，以更近一步降低裝置尺寸與複雜度。如第20A到20E圖的特例，單位晶格包括二個基質以及三個金屬層D較厚之基# R〇 435〇具有低介電係數 (erl 3·5 hl-3. 048mm) ’以及較薄之基質R〇 3〇1〇具有高介電係數ur2=10.2, h2=0 25mm),而二個基質疊

起。每一單位晶格包括一形平板與鄰近平板之間的接地面之金屬貫孔。四個個4. 8x4. 8mm2的方形平板，該方間距為0. 2mm，以及包括連接到 MTM電容在x與y方向連接到鄰近之單位晶格，以及分別^ d C 2也。。2 馬4. 5mro與3. 8_。然而，設計時並不限定僅使用這些材料，斗任何適合於RF與微波應用之介電材料都可使用。整個mtm 13.2mm(寬），13.2mm(長），以及 14x2微帶線’置於頂層金屬層。天線子系統的大小為 3. 278mm(高）。饋入線為味没逐立在全波高頻模鞭

Ansoft HFSS。第 20F 圖顯千笛 ΟΛΑ 口…貝不第20Α到20Ε圖中2-埠2 53 财34316 天線的HFSS模擬結果。在此調整異向性以使天線可以操作在WCDMA頻率用之頻率分工器。傳送中心頻率為195GHz，以及接收中心頻率為2. 14GHz ^埠1的逆向損耗表示埠} 在傳送之Μ。埠2的逆向損耗表料2在接收之諸振。從S12圖證明從Τχ路徑到Rx路徑可以得到大於25肋的隔離。當沿X軸之埠被激勵時，EM場會沿2D架構分佈，而且大部分的縱列會集中在間隔’以直接激勵。

第20G圖為基於第2〇A圖雙埠雙頻帶MTM天線之MM FDD裝置。在此實施例中，MTM裝置包括雙埠超潁天線，具有獨立發运（Τχ)與獨立接收（Rx)埠之RFI(：與T…一條饋入線，饋入丨線以及饋入線2 以及分別連接到Tx^Rx—鏈之帶通遽波器，，以作頻帶中選擇信號。田知， ▼一，、 / j m Mi.fc |i2i

之二蟑超賴天線；以及分別連接相對應天線埠之二條衰線’以在me電路建立之傳送頻率上載人傳送通道右 Tx’以及從天線得到不同接收頻率之接收通道信號超穎天線為2D異向天線’提供二個諧振模式，以及每一振模式藉由相對應之天線璋做激勵。此外4超穎天線可以包括二個天料，以 =對應天線埠之二條饋入線，以在㈣電路建立: 頻率之傳料道信號Tx，以及從天線得到不同接道信號RX。這二條饋入線分別在不同二、叹鏈之阻抗。此方法並不使用帶通濾波器 54 M434316 也就是說，在傳送通道信，接收頻率信號進行遽波u ’不會對傳送頻率信號以及個諧振模式，而# % 。'天線為2D異向天線，提- 向母—諧振模式蕻出知* 捉供一勵。此裝置可包括分別接到h以曰士應之天線埠做激器以及接收頻帶濾波器。I以及RX~鏈之傳輪帶通濾波根據上述MTM料之騎f 天線，RFIC電路，以及-放、置可以包括二埠超穎及一條饋入線〇复中，_

線蟑具有二個天線痒，即譜振在傳送頻率之:超穎天相振在不同於傳送頻率之接收頻率及括傳卿璋以及接收㈤蟑，以在傳：C電路包信號，以及在接收頻率上獨、蜀立傳运饮”又琨。—條饋入綾公f 、接相對應之天線埠與RFIC電路的Tx蟑，以及連接相對應之天料與㈣電路的Rx埠。0使㈣㈣波器的情況下’該等天線饋入線可以阻抗匹配於對應之阳c電路。在另一實施例中，超穎天線為2〇異向天線，提供二個不同諧振模式，而每一諧振模式僅藉由相對應之天線埠做激勵。如第21A到21E圖係顯示二模式CRLHMTM天線的另一實施例。2D天線在X與y方向可以具有不同的係數，即異向性MTM架構。因為異向的關係，相同階數之[η諸振可以在不同頻率激勵。使用合適CRLH係數設計之天線，χ與y 才果式可以相當的罪近’因此可以建立結合B W (等於個別諸振BW的總和）的天線。這種實現的特徵是可以在MTM架構 55 的一個點❹偏移饋源，以允許激具有全全屬& /、y杈式。該底層有王金屬GND面，以及一條偏移此CRUi MTM架構也可建立方^ P轴的饋入線。 +人苒乜Ί建立方向性卯耦合器，豆中兮方向性RF耦合器在ΜΙΜ〇天線、^ |β ^ ^ fe ... 吏用方向耦合器以降低相 Π 如第Μ®所示，方向輕合器為四痒裝間隔之緊也、相鄰天線間的隔離，以回復k號間的正交性你+綠性攸天線接收之信號使用90。或180。之方向麵合器退耗。因為可建立非相關路徑，所以降間的竊合。這在設計麵天線陣列時是非常重要的：’、傳統之方向搞合器需要具有數段λ /4長度之TL。使請UMTM架構可以降低9〇。或·方向輕合器的大小。由設計四埠方向輕合器而完成其中二蜂接到天線以及另二槔接到射頻接收器。可使用二種不同之激勵以降低隔離’如(〇。’9°。)以及(9〇。，〇。）。如此天線的輻射樣式會變成正交。使用18°。麵合器的情況下，二種不同激勵為（〇，0 )以及（0 ，180。）。即對應到輸入信號之間的和與差。第23圖係顯示MTM退耦匹配網路的實施例。因為方向耗&器低相鄰天線間的#纟，所u設計之最佳&配網路裝置不僅可以把非常相鄰之天線退耦同時也可以指定每一天線蜂之波束樣式。有—種實用之方法可以建立此種被動、及…、損耗之退耗與樣式整形匹配網路（D e c 〇 u ρ 1 i n g

and Pattern Shaping Matching Networks ， DPSN) 。 DPSN 連接N個天線埠以及N個傳收器這與僅有二個天線可以 56 M434316 同時退搞的方向耦合器不同。整個匹配網路包括N個埠與N個傳收器之間相位偏移值。所以方。固天線狗5益视為 DPSN的特例，其t Ν = 2以及相位偏移9〇。或18 古… 裡也使用平衡CRLF TL以設計DPSN與降低DPSN的尺寸。天線陣列結合多重MTM天線以使它們的佈月 π句马不同圖

形，如此可根據最後的應用最佳化輻射樣式以及極化◊舉例來說，在WiFi存取點（ΑΡ)的例子，天線可以沿板子的^ 邊印刷，以及利用CPW線連接功率結合器/分離器以及交換器。也可以在膝上型電腦顯示器或其他通訊裝置做相同的製作。第2 4以及2 5圖顯示二個實施例。如二極體之交換 (switch)元件使用在天線元件與功率結合器/分離器模組之間。波束交換控制器（Beam Switching c〇ntr〇u打，bsc) 控制二極體以達到僅使用一個天線陣列的子系統。交換元件可置於離功率結合器/分離器λ/2處，以改進匹配情況其中Α為傳輸波之波長。更可使用相位移位器以及/ 或延遲線以加強選擇天線之波束樣式。功率結合器/分離器 (Power* Combiner/Divider，PCD)在板子上可以是現成元件或直接印刷在板子上。印刷PCS可以根據如Wilkinson PCD之傳統設計，或如第零階功率結合器與分離器（揭露在UCLA 2〇〇5)之mTM 設計。下面我們說明Wilkinson PCD。從PCD之輸入/輸出信號饋入到傳輸器做處理。數位信號處理器具有求出連結效能的能力。這可由封包錯誤率以 57 M434316 及RSSI(接收信號強度，『咖㈣討rength intenSlty)而得到。數位信號處理器會根據信號效能而回饋到BSC。田在某時間與地點，轉換成最佳波束樣式以適用在通訊環境時，BSC的操作具有下列階段：掃描換式.¾疋初始程序，#中在傳輸窄波束前，首 :使用較寬波束以窄化強波之方向。多重方向可顯示相同 L號強度。這些樣式在存入記憶體之前，#會加入用戶的資料與時間。 $ 鎖住杈式：鎖住具有最強信號強度的信號樣式。重複掃描模式.若開始的連結顯示較低效能，則啟動重複掃也核式’先將波東樣式存入記憶體然後改變從這些方向進來之波束方位。 ΜΙΜΟ板式：在MlM〇系統中，最佳的是在鎖住這些方 :的ΜΙΜΟ夕重天線樣式之前’首先找出功率大的多重路位因此’天線的多重子集合會同時操作以及連接到ΜίΜ〇傳輸器。籲 Z0R功率結合分離器力率結合盗可包括零階混合左/右手法則（CRLH)傳輸線（TL)，並日. 且具有一個輸出埠以及Ν個分支的輸入埠。每一輸入埠從天線接收輸出信號。輸人埠藉由ZGRTL化合成同相’以建立輸出信號。z〇R模式對應到無線波長穩定波諸振裔，盆中八士 +6从、刀克埠為低度耦合以結合它們的信號，以及 TL之其他邊· α 運马開路。可以使用電感與電容建立功率結合 58 M434316 器。饋入線可以是印刷微帶線或是CPW饋入線。輸出埠設計成匹配連接裝置的阻抗βΝ分支的輸入線具有一個整合交換器以啟動或是關閉輪入埠。此交換器可以為二極體或是ΜΤΜ裝置。It〇h等人發表之美國專利序號 20060066422 > ,5 zeroth-order resonator" > May 30 . 2006，说明零階CRLH ΜΤΜ傳輸線。此篇專利在此當作參考文件。功率分離器可包括零階混合左/右手法則（crlh)傳輸線（TL)，亚且具有一個輸入埠以及N個分支的出輪埠。每 -輸出埠從天線傳送信號。輸人信號等量地分離成同相以建立N個出輸埠。_模式對應到無線波長穩定波諸振器，其中分支埠為低度轉合以等量地從住輸入谭分離信號，以及TL之其他邊為開路。可以使用電感與電容建立功率分離器。饋入線可以是印刷微帶線或是cpw饋入線。輸入蜂設計成匹配連接裝置的阻抗。N分支的輸出線具有—個

交換器以啟動或是關閉輸出璋。此交換器可以為: 是MTM裝置。 A 若不使用ΜΤΜ天線結合功率結合"分離器，可 ΜΤΜ漏波天線以整形’指向，或交換波束樣式。第 -個實施例。可以使用ZGRTL建立漏波m τ =一端連接到射頻傳輸器，而另—端則由與輸人同之阻抗做成終端。早子目轄射樣式的波束寬度與几的晶格數目有關格數目可窄化波束寬度。TL正交方向與_頻率有關，： 59 M434316 中前向與背向波束分別對應到仙與LH區域。因為天線在建立不同波束方向時，必須操作在同一頻率，戶斤以電容與在相同頻率。藉由把功率結合器/分離器架構當作漏波天線，天線可結合功率結合器/分離器與MTM漏波天線—起使用。這是因為除了 TL埠的終端使用與主輸入/輸出埠相同之阻抗外，漏波天線的設計與功率结合器/分離器相似。

第27圖顯示一天線系統。該系統使用N個MTM天線，以及這些天線連結到類比電路。而類比電路的信號連接到一個或是多個ΜΙΜΟ，SM，STBC，BF，以及BFN。在第24-27

圖之實施例中，至少一元件由CRLH ΜΤΜ製造，以說明非 ΜΤΜ木構之技術或工程議題。當天線或天線陣列由crlh μτμ 衣造’以及連接到天線或天線陣列之電路元件也為 ΜΤΜ架構時，這二種ΜΤΜ架構是不同的。在設計不同之RF

元件，裝置’以及系統時，MTM架構可提供額外的設計彈性與操作。使用1D與2D之ΜTM原則，單一與多重層可以遵守rf 晶圓包裴技術做設計。第一方法使用低溫共燒陶瓷 (Low-Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)設計與製造技術之系統裝構（System-on-Package，S0P)原理。多層MTM 架構藉由高介電係數ε設計成LTCC，如DuPont 951 ε =7. 8 以及損化切線為〇· 0004。較高的ε值意味較小的尺寸β 因此前面描述之設計與實施例都使用ε =4. 4的FR4基值。 60 這可以藉由= 介電r 9調整串接與分流電容以及電感以符合LTCC高 ^基值之要求，以轉成LTCC。基值^ ;而；1電係數之LTCC基值，另一技術使用GaAs 乂及薄聚西& 以降>ί 暇胺（Polyamide)層之單晶微波IC(MMIC)，值厝 a 印刷MTM設計。在二種例子中，微調設計 x Xu Μ Τ Μ 及厚声 ’以遵守LTCC與MMIC基值/層的介電係數以

:材料電路之分流電容 il「es 員材料電路之串接電感赛體單二

61 M434316 OFDM 正交分頻多工 PaDiv 樣式多樣性 PoDiv 極化多樣性 RHCpol 右手圓極化(Right-Handed Circular Polarization) RHM 右手材料 Rx 接收器 SA 智慧型天線 SISO 單一輸入單一輸出 SM 空間多工 SNR 訊雜比 SpDiv 空間多樣性 STBC 空時區塊碼 TDD 分時多工 TL 傳輸線 Tx 發送器 Vpol 垂直極化本創作包括許多特例，但本創作並不限制僅使用於此。本創作在各個實施例描述之特徵可以結合而實現在一個實施例中。同樣的，本創作在單一實施例描述之特徵可實現在多個實施例中。此外，雖然上述之特徵可當作某種結合，申請專利範圍定義之一個或更多特徵可經由結合而執行，以及申請專利範圍之結合可以當作子結合或是子結合的變化。在此僅揭露一些實施例。然而可以了解的是，可以建立各種不同的變化與增強應用。雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟知技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍内，當可作些許更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 62 M434316 【圖式簡單說明】第1圖為CRLH超穎材料之散佈圖（dispersi〇n diagram) 〇第2圖為根據本創作之實施例，具有四個單位格之一維陣列的CRLH ΜΤΜ裝置。第2Α、2Β、以及2C圖係顯示第2圖中每一 ΜΤΜ單位晶格之電磁特性與元件功能以及相關的等效電路。

第3圖為根據本創作之另一實施例，具有m單位晶格之二維陣列的CRLH ΜΤΜ裝置。第4圖為根據本創作之一實施例，一天線陣列包括一維或二維陣列以及由_ m架構形成之天線元件。第5圖為基於第4圖天線陣列之咖天線子系統。 ^ u μ 6Β圖為CRLH ΜΤΜ天線子系統應用在無 sfl的貫施例。

第7圖為無線通第 8A 、 8B 、 9A 、的各種不同狀況。訊系統實現第6A以及6B圖的實施例。 9B、以及9C圖顯示無線發送與接收第第 10圖為無線 11圖為使用例0 網路中控制演算法的例子。四個單位晶格cRLH MTM傳輪線的實施第 11Α、ιιβ、ιιγ 的笙螃士、12Α ' 12Β、以及12C圖為第u囿的寺效電路，它彳門甚 u句罘i 1圖 I、員不了在傳輸線模式各種不同的情況。、式以及天線杈式下，第1 3A以及1 3R固 _ 係員不沿著第11圖鍾型曲線（beta 63 M434316 curve)的諸振位置。弟14A以及14B圖係顯示具有縮小接地傳導層設計之CRLH MTM裝置實施例。第1 5A以及1 5B圖係顯示具有縮小接地傳導層設計之 CRLH MTM裝置的另一實施例。第16A到19D圖係顯示CRLH MTM天線的實施例。第20A到20E圖為根據本創作之另一實施例，基於二維單位晶格之雙埠雙頻帶CRLH MTM天線系統。第2〇F圖係顯示第2〇a圖之天線效能。籲第20G圖係顯示基於第20A圖天線之FDD裝置。第21A到21E圖為單埠雙頻帶CRLH MTM天線之實施例。

第22、23、24、25、26、以及27圖係顯示基於CRLH MTM 天線或RF電路元件之裝置以及子系統的實施例。【主要元件符號說明】 200 ’ 300〜CRLH MTI1裝置；201〜介質基質； 202〜接地導電層； 211〜晶格導電平板； $ 212〜導電貫孔； 220〜間隔； 230〜導電饋入線； 310〜單位晶格； 331，332〜饋入線； 341，342〜饋入點； 350~導電層； 400〜天線陣列； 401〜基質； 410〜天線元件； 41卜介電基質； 412〜CRLH MTM單位晶格； 500〜ΜΙΜΟ天線子系統； 510〜濾波器； 64 M434316 520〜放大器； 530〜 60卜無線用戶端； 602〜 610，620〜CRLH MTM 天線； 1410 1501〜共模接地導電區域。類比信號處理裝置；基地台；，1510〜帶線；

65

Claims

M434316 六、申請專利範圍： 1. 一種包括此合左右手法則（c〇mp〇si te 1以七and right handed，CRLH)架構的天線裝置，包括：複數天線兀件’該等天線元件相互間隔安置，形成一混合左右手法則（CRLH)超穎材料架構，其中該等天線元件之架構與CRLH超穎材料之邊緣阻抗相匹配。 2. 如申請專利範圍第丨項所述之天線裝置，其中該等天線元件構成之架構提供空間多工（)。 3. 如申請專利範圍第i項所述之天線裝置，其中該等 _ 天線元件構成之架構提供空—時區塊編碼（STBC )。 4. 如申請專利範圍第丨項所述之天線裝置，其中該等天線元件構成之架構提供波束成型。 5. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中該等天線7L件構成之架構提供波束成型以及零化。 6·如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，包括：一基質，其中該等天線元件形成在基質上。 _ 7. 如申請專利範圍第6項所述之天線裝置，其中該等天線元件形成一二維陣列。 * 8. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，六*甲遠等天線元件之架構可實行帶通濾波器，而該濾士· „ 益的中心頻率位於CRLH超穎材料之諧振信號的波長。 9·如申請專利範圍^項所述之天線裝置， T 5¾ 笼天線7L件之架構可諧振至少二個不同的波長。 66 M434316 10.如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中該等天線元件之架構可實行信號相位移位器’以在一信號内產生相位移。 11. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中該等天線7L件為傳輸與接收信號之無線通訊的一部分。 12. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中該等天線兀件為傳輸與接收信號之手持無線通訊裝置的一部分0

1 3.如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中該等天線7L件為傳輸與接收信號之膝上型電腦的一部分。 14.如申請專利範圍第丨項所述之天線裝置，包括： W电路元件，該 Μ %崎凡1干興xe稍；^科—起正口其中該RF電路元件為回授網路，放大器，濾波器功率分離器或是功率結合器的其中一種。〜° K如申請專利範圍第14項所述之天線裝置 RF電路元件包括—CRLH超穎材料。 ' - I6.如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，包括. 具有咖超賴材料之方㈣合器，該方至少一部分的天線元件。為連接 17. —種包括混合左右手置，包括：去則（CRLH)架構的天線裝接地電極；導電平板；電谷輕合到導電平板的饋入架構；以及 67 M434316 電感調整元#，該電感_整元件將導電平板麵合到接地電極’ 其中該接地電極構成之架構排除基本上圍繞和接近電感調整元件的導電部分。 18_如申請專利範圍第17項所述之天線裝置還包括：將電感調整元件耦合到導電平板的電感元件。 19. 如申請專利範圍第18項所述之天線裝置，其中：電感元件穿過基質將電感調整元件連接到導電平板。 20. 如申請專利範圍第17_19項中任一項所述之天線裝置，其中：電感調整元件的尺寸小於導電平板的尺寸。 21. 如申請專利範圍第17項所述之天線裝置，其中：天線褒置知:供在不同頻率上的二個模式。 22. 如申請專利範圍第21項所述之天線裝置，其中：二個模式包括左手（LH)模式和右手（RH)模式。 23. 如申請專利範圍第17項所述之天線裝置其中：該裝置構成之架構提供空間多工（SM )。 24. 如申請專利範圍第丨7項所述之天線裝置其中： 5玄裝置提供空-時區塊編碼（STBC)。 25·如申請專利範圍第17項所述之天線裝置，其中： 5亥裝置提供波束成型以及零化。 26.如申請專利範圍第17項所述之天線裝置，其中： δ亥天線裝置構成之架構可實行以下之一：中心頻率位於天線裝置之諧振信號的波長的帶通濾波器，以及在輸入 68 州 4316 ^號内產生相位移的信號相位移位器。 27. 如申請專利範圍第I?項所述之天線裳置其該天線裝置傳輸和接收無線信號❶ ’ 28. —種包括如申請專利範圍第17項所的膝上型電腦。裝置 29. —種包括统，包括： %合左右手法則α_架構的無㈣

輻射結構，包括：接地電極；導電平板；電磁輕合到導電平板的饋入架構；電感調整元件’該電感調整元件將導電平板耦合到接 RF電路元件，該RF電路元件耦合到輻射結構。 30.如申請專利範圍第29項所述之無線系統，其中：至少一部分的輻射架構形成混合左右手法則（CRLH ) 架構。、 31 ·如申請專利範圍第29項所述之無線系統，其中：至少-部分的RF電路元件構成之構架形成混合左右予法則（CRLH)架構。 32. 如申請專利範圍第29項所述之無線系統其中： RF電路元件包括濾波器。 '、 33. 如申請專利範圍第29項所述之無線系統，其中： RF電路元件包括功率分離器。 69 M434316 34. 如申請專利範圍第29項所述之無線系統，其中： RF電路元件包括功率結合器。 35. 如申請專利範圍第29項所述之無線系統，其中： RF電路元件包括方向耦合器。 36. 如申請專利範圍第29項所述之無線系統，其中： RF電路元件包括匹配網路。 37. 如申請專利範圍第29項所述之無線系統，其中：輻射架構包括多重輸入多重輸出天線陣列。

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