天线信号传输装置以及天线信号传输方法与流程

【技术领域】

本发明是有关于一种天线，且特别是有关于一种天线信号传输装置以及天线信号传输方法。

背景技术：

天线是许多无线通信系统不可或缺的必备组件，随着通讯技术的进步，天线在日常生活中已经到处可见。一般来说，天线依照方向性可区分为无向性(isotropic)天线、全向性(omni-directional)天线与指向性天线。其中，指向性(directive)天线是针对特定方向的电磁波能量进行传送与接收，因此可以广泛定地应用在以定向性(fixeddirection)为主的无线通信系统内。

然而，一般来说，当两无线通信装置通过天线进行通讯时，通常需先将接收到的射频信号转为基频信号，并在进行基频信号处理的阶段才能得知对方的方位，从而据以回传信号，以完成联机的动作。如此之做法，因为需经基频信号处理后才得以得知射频信号的来向，而无法实时得知对方的方位以及快速调整回传信号的发射角度，而可能造成指向的误差及联机的不稳定。

技术实现要素：

本发明提供一种天线信号传输装置及天线信号传输方法，可快速地对应射频输入信号的入射方向发射射频输出信号，以快速地完成天线信号传输装置的联机动作。

本发明的天线信号传输装置包括多个天线以及信号传输控制模块。多个天线形成天线数组，用以接收射频输入信号。信号传输控制模块对应射频输入信号的入射角度查找发射角度信息，并依据发射角度信息控制天线数组对应射频输入信号的入射方向发射射频输出信号。

在本发明的一实施例中，上述的信号传输控制模块包括多个相位调整单元，各相位调整单元分别包括查找表单元，查找表单元依据射频输入信号的入射角度查找与入射角度对应的各天线的发射角度信息，以使相位调整单元依据发射角度信息分别输出馈入信号激发天线产生辐射波束，而使天线数组发射射频输出信号。

在本发明的一实施例中，上述的发射角度信息包括上述多个天线所产生的辐射波束间的相位差信息，相位差信息为依据上述多个天线所接收到的射频输入信号间的相位差所决定。

在本发明的一实施例中，上述的各相位调整单元还包括馈入信号产生单元，其耦接对应的查找表单元，依据查找表单元提供的发射角度信息将电源信号转换为与其对应的天线的馈入信号。

在本发明的一实施例中，上述的馈入信号产生单元包括90度分合波器、第一可调增益放大器、第二可调增益放大器、第一180度分合波器、第二180度分合波器、第一切换单元、第二切换单元以及第三可调增益放大器。90度分合波器依据电源信号产生第一实部信号与第一虚部信号。第一可调增益放大器耦接90度分合波器以及查找表单元，受控于查找表单元对第一实部信号进行增益放大，以产生实部放大信号。第二可调增益放大器耦接90度分合波器以及查找表单元，受控于查找表单元对第一虚部信号进行增益放大，以产生虚部放大信号。第一180度分合波器耦接第一可调增益放大器，依据实部放大信号产生第二实部信号以及第三实部信号，其中第二实部信号与第三实部信号的相位相差180度。第二180度分合波器耦接第二可调增益放大器，依据虚部放大信号，产生第二虚部信号以及第三虚部信号，其中第二虚部信号与第三虚部信号的相位相差180度。第一切换单元耦接第一180度分合波器以及查找表单元，受控于查找表单元切换输出第二实部信号或第三实部信号。第二切换单元耦接第二180度分合波器以及查找表单元，受控于查找表单元切换输出第二虚部信号或第三虚部信号。合成单元耦接第一切换单元与第二切换单元，将第一切换单元与第二切换单元的输出信号进行合成，以产生合成信号。第三可调增益放大器耦接合成单元以及查找表单元，受控于查找表单元放大合成信号，以产生用以激发各天线产生辐射波束的馈入信号。

在本发明的一实施例中，上述的信号传输控制模块还包括多个切换单元、多个相位侦测单元以及加法单元。切换单元分别耦接与其对应的天线以及相位调整单元。各相位侦测单元分别与其对应的两切换单元以及与其对应的两天线耦接，相位侦测单元依据天线的信号收发状态控制切换单元的切换状态，并依据天线所接收的射频输入信号产生多个相位数据。加法单元耦接上述多个相位侦测单元以及查找表单元，将上述多个相位数据进行加法运算，以产生入射角度信息至查找表单元，以使查找表单元依据入射角度信息提供发射角度信息。

在本发明的一实施例中，上述的多个相位侦测单元于输出相位数据后切换与其对应的切换单元的状态，以使各天线连接至与其对应的相位调整单元，并于经过一段预设时间后，再次切换切换单元的状态，以使各天线连接至对应的相位侦测单元。

本发明的天线信号传输方法包括下列步骤。通过多个天线形成的天线数组接收射频输入信号。对应射频输入信号的入射角度查找发射角度信息。依据发射角度信息控制天线数组对应射频输入信号的入射方向发射射频输出信号。

在本发明的一实施例中，上述的天线信号传输方法包括，对应射频输入信号的入射角度自各天线对应的查找表中查找与入射角度对应的各天线的发射角度信息。

在本发明的一实施例中，上述的发射角度信息包括上述多个天线所产生的辐射波束间的相位差信息，相位差信息为依据天线所接收到的射频输入信号间的相位差所决定。

在本发明的一实施例中，上述的依据发射角度信息控制天线数组对应射频输入信号的入射方向发射射频输出信号的步骤包括下列步骤。依据发射角度信息将电源信号转换为与各天线对应的馈入信号。分别输出馈入信号至对应的天线，以激发天线产生辐射波束，而使天线数组发射射频输出信号。

基于上述，本发明实施例通过依据射频输入信号的入射角度查找发射角度信息，以快速地得知对应射频输入信号的发射角度信息，并据以控制天线数组沿射频输入信号的入射方向的相反方向发射射频输出信号，如此便可不须等到基频信号处理的阶段才能得知发送射频输入信号的通讯装置的方位，而可快速地完成天线信号传输装置与发送射频输入信号的通讯装置间的联机动作。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

【附图说明】

图1是依照本发明一实施例的天线信号传输装置的示意图。

图2是依照本发明的一实施例的相位侦测单元的示意图。

图3是依照本发明的一实施例的相位调整单元的示意图。

图4是依照本发明的一实施例的天线信号传输方法的流程示意图。

【具体实施方式】

图1是依照本发明的一实施例的天线信号传输装置的示意图，请参照图1。天线信号传输装置100包括多个天线a1～a8、信号传输控制模块102、功率分配器d1以及信号源sc1。其中天线a1～a8形成天线数组，其用以接收射频信号(如图1的天线a1～a8可分别接收射频输入信号s1～s8并将其传送给对应的切换单元)。当天线a1～a8分别接收射频输入信号时，信号传输控制模块102可对应射频输入信号的入射角度查找发射角信息，并依据发射角度信息控制天线数组沿射频输入信号的入射方向的相反方向发射射频输出信号(如图1的天线a1～a8可分别沿其对应的射频输入信号s1～s8的入射方向的相反方向发射射频输出信号)。如此通过查找发射角信息的方式，可在短时间内找出发送射频输入信号的通讯装置的方位，并据以发射射频输出信号，由于整个信号处理过程皆在射频信号处理的阶段完成，而尚未进入到基频信号处理的阶段，因此可快速地完成天线信号传输装置与发送射频输入信号的通讯装置间的联机动作。

详细来说，图1实施例的信号传输控制模块102可包括切换单元sw1～sw8、相位侦测单元104-1～104-4、加法单元106以及多个相位调整单元108-1～108-8。其中切换单元sw1～sw8分别耦接对应的天线a1～a8以及相位调整单元108-1～108-8，其中切换单元sw1、sw2还耦接相位侦测单元104-1，切换单元sw3、 sw4还耦接相位侦测单元104-2，切换单元sw5、sw6还耦接相位侦测单元104-3，切换单元sw7、sw8还耦接相位侦测单元104-4。相位侦测单元104-1～104-4还分别耦接加法单元106，加法单元106则还耦接相位调整单元108-1～108-8。另外，功率分配器d1则耦接相位调整单元108-1～108-8以及信号源sc1。

相位侦测单元104-1～104-4可分别自与其对应的两天线接收射频输入信号，并分别依据射频输入信号产生多个相位数据。例如，相位侦测单元104-1可分别通过切换单元sw1与sw2接收来自天线a1与a2的射频输入信号s1、s2，并依据射频输入信号s1、s2产生相位数据，其余相位侦测单元104-2～104-4依此类推，在此不再赘述。

图2是依照本发明的一实施例的相位侦测单元的示意图，请参照图2。详细来说，上述相位侦测单元104-1～104-4可例如分别以图2实施例的方式来实施。相位侦测单元可包括分波器202、90度分合波器204及208以及处理电路210，其中分波器202耦接90度分合波器204以及90度分合波器208，90度分合波器206耦接90度分合波器204以及90度分合波器208，处理电路210耦接90度分合波器204以及90度分合波器208，处理电路206可例如以微控制器来实施，然不以此为限。

假设本实施例的相位侦测单元为相位侦测单元104-1，其对应的天线为天线a1与天线a2。分波器202用以接收对应天线a1的射频输入信号s1，以将射频输入信号s1分别输出至90度分合波器204以及90度分合波器208。另外，90度分合波器206用以接收射频输入信号s2，90度分合波器204、206以及208的直通端口的输出信号与耦合端口的输出信号间具有90度的相位差。处理电路210可依据90度分合波器204以及90度分合波器208的输出信号产生实部信号si1、虚部信号sq1以及若干信号sz1、sz2，此些相位资料(也即si1、sq1、sz1以及sz2)可表示射频输入信号s1与射频输入信号s2间的相位差。进一步来说，将射频输入信号s1与射频输入信号s2分别以实部值a1、a2表示，则实部信号si1为(a1-a2)、虚部信号sq1为(-j)(a1+a2)、若干信号sz1为(a1-ja2)、若干信号sz2为(-j)(a1+ja2)。依此类推，其余相位侦测单元104-2～104-4也可分别依据其对应的两天线获得相位数据，在此不再赘述。

加法单元106可将对应各个相位侦测单元104-1～104-4的相位数据进行加法运算，也即将对应各个相位侦测单元104-1～104-4的实部信号si1相加，将对应各个相位侦测单元104-1～104-4的虚部信号sq1相加，将对应各个相位侦测单元104-1～104-4的若干信号sz1相加，以及对应将各个相位侦测单元104-1～104-4的若干信号sz2相加，以产生入射角度信息(其包括相加后的实部信号si1t、虚部信号sq1t、若干信号sz1t以及若干信号sz2t)。在本实施例中，由于各个相位侦测单元所对应的两天线间的相位差相同，将对应各个相位侦测单元104-1～104-4的相位数据进行相加可提高相位侦测的灵敏度。

功率分配器d1可将来自信号源sc1的输入信号进行分割，以产生多个功率信号sp1～sp8，并将功率信号sp1～sp8分别传送给相位调整单元108-1～108-8，而相位调整单元108-1～108-8则可分别依据接收到的功率信号来产生馈入信号sf1～sf8。相位调整单元108-1～108-8可分别接收来自加法单元106的入射角信息，以依据入射角信息查找出对应的发射角度信息，并分别依据发射角度信息及对应的输出信号sp1～sp8分别输出馈入信号sf1～sf8激发对应的天线a1～a8产生辐射波束，而使天线数组发射射频输出信号。其中发射角度信息包括天线a1～a8所产生的辐射波束间的相位差信息，此相位差信息为依据天线a1～a8所接收到的射频输入信号间的相位差所决定。举例来说，假设相邻天线间所接收到的射频输入信号的相位差为θ，天线a8所接收到的射频输入信号超前天线a1所接收到的射频输入信号的相位为7θ，相位调整单元108-8依据发射角度信息激发天线a8所发射的射频输出信号的相位将会落后相位调整单元108-1激发天线a1所发射的射频输出信号的相位7θ，以使得天线数组沿射频输入信号的入射方向的相反方向发射射频输出信号。

进一步来说，各个相位调整单元108-1～108-8的实施方式可例如图3所示，在此以相位调整单元108-1为例进行说明，其它的相位调整单元108-2～108-8也可以相同方式实施。相位调整单元108-1包括馈入信号产生单元302以及查找表单元304，馈入信号产生单元302耦接查找表单元304。其中查找表单元304包括查找表，查找表单元304可接收来自加法单元106的入射角度信息(其包括相加后的实部信号si1t、虚部信号sq1t、若干信号sz1t以及若干信号sz2t)，并依据射频输入信号的入射角度信息自查找表中查找入射角度，而后得知对应的天线的发射角度信息，馈入信号产生单元302则可依据查找表单元304提供的发射角度信息将功率信号sp1转换为与其对应的天线的馈入信号sf。

详细来说，馈入信号产生单元302可包括90度分合波器306、可调增益放大器308、可调增益放大器310、180度分合波器312、180度分合波器314、切换单元316、切换单元318、合成单元320以及可调增益放大器322。其中可调增益放大器308耦接90度分合波器306、180度分合波器312以及查找表单元304，可调增益放大器310耦接90度分合波器306与180度分合波器314以及查找表单元304，切换单元316耦接180度分合波器312、合成单元320以及查找表单元304，切换单元318耦接180度分合波器314、合成单元320以及查找表单元304。可调增益放大器322耦接合成单元320以及查找表单元304。(未绘示可调增益放大器322与查找表单元304的耦接关系)

90度分合波器306用以接收功率信号sp1，并据以产生实部信号si2与虚部信号sq2。可调增益放大器308与310分别受控于查找表单元304而对实部信号si1与虚部信号sq2进行增益放大，以分别产生实部放大信号si3与虚部放大信号sq3。180度分合波器312可依据实部放大信号si3，产生实部信号si3以及实部信号 -si3，其中实部信号si3与实部信号-si3的相位相差180度。类似地，180度分合波器314可依据虚部放大信号sq3，产生虚部信号sq3以及虚部信号-sq3，其中虚部信号sq3与虚部信号-sq3的相位相差180度。切换单元316受控于查找表单元304切换输出实部信号si3或实部信号-si3，而切换单元318受控于查找表单元304切换输出虚部信号sq3或虚部信号-sq3。合成单元320则合成切换单元316与切换单元318的输出信号，以产生合成信号so。此合成信号so可用以激发对应的天线产生辐射波束，使天线沿所接收到的射频输入信号的入射方向的相反方向发射射频输出信号，然通过合成信号so所激发出的射频输出信号可能振幅太小，也即能量不足。此时可利用可调增益放大器322，其受控于查找表单元322放大合成信号so，以产生馈入信号sf至对应的切换单元，通过馈入信号sf激发出足够能量的射频输出信号。

查找表单元304可例如以内存来实施，进一步来说，查找表单元304可依据入射角度信息(其包括相加后的实部信号si1t、虚部信号sq1t、若干信号sz1t以及若干信号sz2t，在本实施例中入射角度信息可例如为32位信号)输出位控制信号至可调增益放大器308、可调增益放大器310、切换单元316、切换单元318以及可调增益放大器322。举例来说，在本实施例中，查找表单元304可分别输出8位的控制信号sb1、sb2、sb3至可调增益放大器308、可调增益放大器310以及可调增益放大器322，以控制可调增益放大器308、可调增益放大器310以及可调增益放大器322的放大倍数，并分别输出1位的控制信号sb4、sb5给切换单元316以及切换单元318，以控制切换单元316以及切换单元318的切换状态。其中各位控制信号所包括的位数据为依据入射角度信息决定。

此外，各个切换单元的切换状态由对应的相位侦测单元所控制，各个相位侦测单元依据其对应天线的信号收发状态控制与各个相位侦测单元对应的切换单元的切换状态。例如在图1实施例中，切换单元sw1与切换单元sw2的切换状态由相位侦测单元104-1所控制。相位侦测单元104-1于输出该些相位数据至加法单元106后，便切换切换单元sw1与切换单元sw2的状态，也即将切换单元sw1自原本使天线a1与相位侦测单元104-1连接的状态切换为使天线a1与相位调整单元108-1连接的状态，如此可使天线a1在通过切换单元sw1传送射频输入信号s1后，接着通过切换单元sw1接收馈入信号sf1。其中相位侦测单元104-1于输出该些相位数据至加法单元106后经过一默认时间，再次切换单元sw1的状态，以使天线a1连接至对应的相位侦测单元104-1。依此类推，切换单元sw2的切换方式也与切换单元sw1类似，在此不再赘述。此外，相位侦测单元104-1～相位侦测单元104-4与其对应的切换单元也以类似的方式作动，在此也不再赘述。

另外，上述实施例虽以具有8个天线a1～a8的天线数组的实施例进行说明，然实际应用上天线的个数并不以此为限，在其它实施例中天线的个数以及对应 的切换单元、相位侦测单元以及相位调整单元皆可视实际应用情形进行设计调整。

图4是依照本发明的一实施例的天线信号传输方法的流程示意图，请参照图4。由上述实施例可知，天线信号传输装置的天线信号传输方法可包括下列步骤。首先，通过多个天线形成的天线数组接收射频输入信号(步骤s402)。接着，对应射频输入信号的入射角度查找发射角度信息(步骤s404)，也即可对应射频输入信号的入射角度自各天线对应的查找表单元中查找与入射角度对应的各天线的发射角度信息，其中发射角度信息包括天线所产生的辐射波束间的相位差信息，相位差信息为依据天线所接收到的射频输入信号间的相位差所决定。最后再依据发射角度信息控制天线数组对应射频输入信号的入射方向发射射频输出信号(步骤s406)，进一步来说，可先依据发射角度信息将电源信号转换为与各天线对应的馈入信号，然后再分别输出馈入信号至对应的天线，以激发天线产生辐射波束，而使天线数组发射射频输出信号。

综上所述，本发明的实施例通过依据射频输入信号的入射角度查找发射角度信息，以快速地得知对应射频输入信号的发射角度信息，并据以控制天线数组对应射频输入信号的入射方向发射射频输出信号，由于整个信号处理过程皆在射频信号处理的阶段完成，因此可不须等到基频信号处理的阶段才能得知发送射频输入信号的通讯装置的方位，而可快速地完成天线信号传输装置与发送射频输入信号的通讯装置间的联机动作。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。