TWI623207B - 傳送器與接收器 - Google Patents

傳送器與接收器 Download PDF

Info

Publication number
TWI623207B
TWI623207B TW105141826A TW105141826A TWI623207B TW I623207 B TWI623207 B TW I623207B TW 105141826 A TW105141826 A TW 105141826A TW 105141826 A TW105141826 A TW 105141826A TW I623207 B TWI623207 B TW I623207B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
phase
transmission signal
long side
signal
polarization direction
Prior art date
Application number
TW105141826A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201824770A (zh
Inventor
郭芳銚
姜哲揚
顏世杰
陳文江
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 財團法人工業技術研究院 filed Critical 財團法人工業技術研究院
Priority to TW105141826A priority Critical patent/TWI623207B/zh
Priority to US15/389,821 priority patent/US9800396B1/en
Priority to CN201611228304.9A priority patent/CN108206705B/zh
Priority to EP16206954.6A priority patent/EP3336965B1/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI623207B publication Critical patent/TWI623207B/zh
Publication of TW201824770A publication Critical patent/TW201824770A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/14—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex
    • H04L5/1423—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex for simultaneous baseband signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H01Q13/085—Slot-line radiating ends
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0018—Space- fed arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/02—Channels characterised by the type of signal
    • H04L5/04—Channels characterised by the type of signal the signals being represented by different amplitudes or polarities, e.g. quadriplex

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本發明係為包括複數個第一與第二收發元件之傳送器與接收器。各個第一與第二收發元件包含第一與第二片狀輻射體與設置於其上的第一與第二收發電路。在傳送器中，第一與第二收發元件先透過第一與第二片狀輻射體而接收具有第一與第二極性的第一與第二內部傳送信號，再透過第一與第二片狀輻射體傳送經轉換產生的第一與第二外部傳送信號。在接收器中，第一與第二收發元件先透過第一與第二片狀輻射體而接收具有第一與第二極性的第一與第二外部接收信號，再透過第一與第二片狀輻射體傳送經轉換產生的第一與第二內部接收信號。

Description

傳送器與接收器
本發明是有關於一種傳送器與接收器，且有關於一種傳送及/或接收具有雙極化方向的高頻無線通訊信號之傳送器與接收器。
隨著無線通訊資訊服務量的急遽成長，人們對通訊品質的要求越來越高。第五代行動通訊(簡稱為5G)的無線通訊技術，同樣需滿足高速率、高容量與高品質等運作需求。由於目前常用的頻譜已經非常壅擠，必須朝向更高頻段(>6GHz)的應用。在此類頻段中，單一系統頻寬可較為寬闊(例如：可達500MHz至2GHz)，可以提升資料傳輸容量與系統效能。為確保無線通訊信號的傳送品質，習用技術使用具有高增益的天線傳送無線通訊信號。
請參見第1A圖，其係使用低頻段傳送無線通訊信號的收發器，採用高增益功率的天線之示意圖。為能使信號傳送至較廣的範圍，利用低頻段(例如：3G頻段)傳送無線通訊信號的收發器13，會採用具有較大發射功率的輻射天線13b。收發器13包含具有較大發射功率的輻射天線13b，以及射頻(radio frequency， 簡稱為RF)與基頻(base band circuit，簡稱為BB)電路13a。控制器11透過射頻與基頻電路(RF+BB)13a產生無線傳送信號後，再利用輻射天線13b傳送至空中。然而，發射功率較大的天線13b容易產生高熱，並使收發器13的溫度增加。
基於5G頻段的路徑損失(path loss)較大、傳輸穿透能力較低、雜訊較高等因素，收發器傳送5G頻段的無線通訊信號時，必須以較大的功率傳送。如前所述，發射功率越大的輻射天線13b越容易產生高溫，連帶使收發器13的特性變差。據此，第1A圖的收發器13並不適合用在5G頻段。為此，另一種習用的收發器改為採用數量較多，但是發射功率較小的輻射天線之作法。
請參見第1B圖，其係收發器使用多個低發射功率的天線之示意圖。收發器17包含多個低發射功率的輻射天線17b，以及射頻與基頻電路17a。採用此種作法的輻射天線17b須搭配多個放大器使用，在射頻與基頻電路17a設置多個放大器，並藉由該些放大器的增益功率，提高收發器傳送信號的效果。但是，使用多個具有較低發射功率的輻射天線17b時，控制器15透過從射頻與基頻電路17a產生的信號，必須利用複雜的接線傳送無線通訊信號。隨著天線數目的增加，收發器17內部的接線與控制的複雜度也大幅提升。
承上，如何在高頻應用時，提供效率較佳且易於控制的收發器設計，為一待解決的議題。
本發明係有關於一種傳送器與接收器，用於傳送及/或接收具有雙極化方向的高頻無線通訊信號。
根據本發明之第一實施例，提出一種傳送器，用於傳送具有第一極化方向之至少一第一外部傳送信號，以及傳送具有第二極化方向之至少一第二外部傳送信號。傳送器包含：複數個第一收發元件與複數個第二收發元件。其中各第一收發元件包含：第一片狀輻射體與一第一收發電路。第一片狀輻射體具有第一短邊與第一長邊，分別平行於第一方向與第三方向。第一收發電路設置於第一片狀輻射體上。第一收發電路從第一長邊之第一端饋入具有第一極化方向之至少一第一內部傳送信號，在對至少一內部傳送信號進行第一傳送轉換而產生至少一第一外部傳送信號後，將至少一第一外部傳送信號饋入第一長邊之第二端。各第二收發元件包含：第二片狀輻射體與第二收發電路。第二片狀輻射體具有第二短邊與第二長邊，分別平行於第二方向與第三方向。第二收發電路設置於該第二片狀輻射體上。第二收發電路從第二長邊之第一端饋入具有第二極化方向之至少一第二內部傳送信號，在對至少一第二內部傳送信號進行第二傳送轉換而產生至少一第二外部傳送信號後，將至少一第二外部傳送信號饋入第二長邊之第二端。其中，第一極化方向與第二極化方向係彼此正交。第一方向、第二方向與第三方向係彼此垂直。
根據本發明之第二實施例，提出一種接收器。接收 具有第一極化方向之至少一第一外部接收信號，以及接收具有第二極化方向之至少一第二外部接收信號。接收器包含：複數個第一收發元件與複數個第二收發元件。各該第一收發元件包含：第一片狀輻射體與第一收發電路。第一片狀輻射體具有第一短邊與第一長邊，分別平行於第一方向與第三方向。第一收發電路設置於第一片狀輻射體上。第一收發電路從第一長邊之一第二端饋入至少一第一外部接收信號，在對至少一外部接收信號進行第一接收轉換而產生具有第一極化方向之至少一第一內部接收信號後，將至少一第一內部接收信號饋入第一長邊之第一端。各第二收發元件包含：第二片狀輻射體與第二收發電路。第二片狀輻射體具有第二短邊與第二長邊，分別平行於一第二方向與該第三方向。第二收發電路設置於第二片狀輻射體上。第二收發電路從第二長邊之第二端饋入至少一第二外部接收信號，在對至少一第二外部接收信號進行第二接收轉換而產生具有第二極化方向之至少一第二內部接收信號後，將至少一第二內部接收信號饋入第二長邊之第一端。其中，第一極化方向與第二極化方向係彼此正交。第一方向、第二方向與第三方向彼此垂直。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
11、15、20、40、44、81‧‧‧控制器
13、17、30‧‧‧收發器
13a、17a、231、31、80a、911b、911c、912c、912d、913b、913c、914c、914d、915c、915d、915e、915f、916c、916d、916e、916f、917c、917d、917e、917f、918c、918d、918e、918f‧‧‧射頻與基頻電路
13b、17b‧‧‧輻射天線
233、33、50、60、70、80b、911a、912a、912b、913a、914a、914b、915a、915b、916a、916b、917a、917b、918a、918b‧‧‧饋入天線
23、80‧‧‧收發器
235、35、51、61、80c、90、811b、833b、853b、851b‧‧‧收發元件陣列
235a~235g、351、353、531、541、43、45、47、 51~51g、71a~71g‧‧‧收發元件
Sint_tr‧‧‧內部傳送信號
Sext_tr、533、543、931a、932a、931b、932b、931c、932c、931c、932d、931e、931f、932e、932f、931g、931h、932g、932h、931i、932i、931j、932j、931k、932k、931m、932m‧‧‧外部傳送信號
d1、d2‧‧‧相對距離
△d‧‧‧差值
WF1‧‧‧球面波前
WF2、WFP(t1)、WFP(t2)、WFP(t3)‧‧‧平面波前
NL‧‧‧法線方向
H-Pol、H1、H2‧‧‧水平極化方向
V-Pol、V1、V2‧‧‧垂直極化方向
535、545、95c、95d、95e、95f、95g、95h、95i、95j、95k、95m、95n、813a、833a、853a‧‧‧手機
433、453‧‧‧收發電路
40a~40g、44a~44f‧‧‧控制信號
431、451‧‧‧片狀輻射體
435、455‧‧‧外部饋入路徑
431a、451a‧‧‧第一端
431b、451b‧‧‧第二端
e1‧‧‧短邊
e2‧‧‧長邊
437、457‧‧‧內部饋入路徑
433c‧‧‧衰減器
437a、457a‧‧‧第一相位饋入路徑
437b、457b‧‧‧第二相位饋入路徑
433a、453a‧‧‧相位開關
433b、453b‧‧‧相位偏移器
433d、433g、453c、453f‧‧‧功能切換開關
433f、453e‧‧‧傳送放大器
433e、453d‧‧‧低雜訊放大器
63、651、653‧‧‧輻射場型
661a、661b、663a、663b‧‧‧照射損耗
661c、661d、663c、663d‧‧‧外溢損耗
C72、C74‧‧‧曲線
AGa~AGg‧‧‧放大器增益
θ 1~θ 7‧‧‧相位延遲
NL(t1)‧‧‧第一法線方向
NL(t2)‧‧‧第二法線方向
NL(t3)‧‧‧第三法線方向
Str_dec‧‧‧衰減傳送信號
Str_sft‧‧‧偏移傳送信號
Str_sft1‧‧‧第一相位傳送信號
Str_sft2‧‧‧第二相位傳送信號
Sint_rv‧‧‧內部接收信號
Sext_rv‧‧‧外部接收信號
Srv_namp‧‧‧低雜訊接收信號
Srv_dec‧‧‧衰減接收信號
Srv_sft‧‧‧偏移接收信號
Srv_sft1‧‧‧第一相位接收信號
Srv_sft2‧‧‧第二相位接收信號
815、835、855‧‧‧無線通訊網路
811、831、851‧‧‧第一通訊裝置
813、833、853‧‧‧第二通訊裝置
811a、831a、851a‧‧‧基地台
81、83、85‧‧‧通訊系統
第1A圖，其係使用低頻段傳送無線通訊信號的收發器，採 用高增益功率的天線之示意圖。
第1B圖，其係收發器使用多個低發射功率的天線之示意圖。
第2圖，其係控制器利用收發器傳送無線通訊信號時，從射頻與基頻電路產生球面波至收發元件之示意圖。
第3圖，其係以三維方式呈現經過收發電路的轉換後，外部傳送信號改為以平面波的方式傳出之示意圖。
第4A圖，其係在第3圖中，短邊平行於x軸方向之片狀輻射體的排列方式之示意圖。
第4B圖，其係以收發元件傳送具有水平極化方向的外部傳送信號之輻射功率場型的示意圖。
第5A圖，其係在第3圖中，短邊平行於y軸方向之片狀輻射體的排列方式之示意圖。
第5B圖，其係以收發元件傳送具有垂直極化方向的外部傳送信號之輻射功率場型的示意圖。
第6A圖，其係一種收發元件之示意圖。
第6B圖，其係另一種收發元件之示意圖。
第6C圖，其係收發元件陣列中，沿y軸方向排列之收發電路之示意圖。
第7A圖，其係收發元件排列為外開式的陣列之俯視圖。
第7B圖，其係收發元件排列為閉合式的陣列之俯視圖。
第8圖，其係收發元件透過調整內部傳送信號之傳送路徑的方式，使外部傳送信號傳出收發元件陣列時，具平面波前之示意圖。
第9A圖，其係饋入天線將內部傳送信號輻射至收發元件陣列時，理想的信號強度分布之示意圖。
第9B圖，其係饋入天線將內部傳送信號輻射至收發元件陣列時，實際的信號強度分布較理想強度分布更窄之示意圖。
第9C圖，其係饋入天線將內部傳送信號輻射至收發元件陣列時，實際的信號強度分布較理想強度分布更寬之示意圖。
第10圖，其係饋入天線將內部傳送信號輻射傳送至收發元件陣列後，收發元件陣列針對內部傳送信號的強度加以調整之示意圖。
第11圖，其係收發元件陣列內的收發電路個別設定偏移相位之示意圖。
第12圖，其係收發器利用收發元件陣列對外部傳送信號之平面波前的方向進行動態調整，進而達到波束掃描功能之示意圖。
第13圖，其係以一個具有雙極化功能的饋入天線，同時將水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號，傳送至單一個手機之示意圖。
第14圖，其係以第13圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。
第15圖，其係收發器同時以兩個饋入天線分別將水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號，傳送至單一個手機之示意圖。
第16圖，其係以一個饋入天線分別以水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號傳送至兩個手機之示意圖。
第17圖，其係以第16圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向 的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。
第18圖，其係分別以兩個饋入天線，將水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號傳送至兩個手機之示意圖。
第19A圖，其係分別以兩個饋入天線，將兩組水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號傳送至兩個相對距離較遠的手機之示意圖。
第19B圖，其係以第19A圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。
第20A圖，其係分別以兩個饋入天線，將兩組水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號傳送至兩個相對距離較近的手機之示意圖。
第20B圖，其係第20A圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。
第21A圖，其係分別以兩個饋入天線，將兩組水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號傳送至四個相對距離較遠的手機之示意圖。
第21B圖，其係以第21A圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。
第22A圖，其係分別以兩個饋入天線，將兩組水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號，傳送至四個相對距離較近的手機之示意圖。
第22B圖，其係以第22A圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。
第23A圖，其係以第6A圖的收發電路作為傳送器使用之示意圖。
第23B圖，其係以第6A圖的收發電路作為接收器使用之示意圖。
第24A圖，其係收發元件陣列僅設置於第一通訊裝置之示意圖。
第24B圖，其係收發元件陣列僅設置於第二通訊裝置之示意圖。
第24C圖，其係第一通訊裝置與第二通訊裝置均設有收發元件陣列之示意圖。
為能在維持無線傳送信號的傳送品質之前提下，兼顧降低輻射天線的功率與減少接線複雜度之考量，本揭露使用多個低增益且具有寬頻特性的收發元件。本揭露的收發元件以片狀輻射體作為天線，透過無線通訊信號接收或傳送無線通訊信號，進而減少從射頻與基頻電路接線的數量。本揭露的做法可以讓整個天線陣列系統的視野(field of view)具有一定的覆蓋範圍，且片狀輻射體之間的距離可以最小化(例如，小於半波長)。本揭露提供的收發器可以產生足夠的等效全向輻射功率(Equivalent isotropically radiated power，簡稱為EIRP)進行遠距離通訊。
關於接線複雜度的降低，本揭露的射頻與基頻電路搭配饋入天線，以無線傳送的方式，將內部傳送信號Sint_tr傳送至收發元件陣列。關於減少輻射天線之功率消耗的部分，本揭露使用多個收發元件組成的收發元件陣列將外部傳送信號Sext_tr輻射至空中。此外，本揭露的收發元件陣列設置有兩種擺設方向的收發元件。這兩種擺設方向的收發元件分別用於輻射傳送及/或輻射接收水平極化方向與垂直極化方向的無線通訊信號。附帶一提的是，本文所述之輻射傳送與輻射接收係指經由天線進行無線通訊信號的傳送與接收。再者，本揭露的收發元件還具有相位延遲與增益調整的功能，能對外部傳送及/或接收信號的波前加以調整。為便於說明，以下的說明著重在以收發器作為傳送器的情形，但是收發器也可以做為接收器使用。
請參見第2圖，其係控制器利用收發器傳送無線通訊信號時，從射頻與基頻電路產生球面波至收發元件之示意圖。在此圖式中，收發器23包含射頻與基頻電路231、饋入天線233與收發元件陣列235。其中，饋入天線233可為單元天線或者陣列天線，且收發元件陣列235進一步包含多個收發元件235a~235g。收發元件235a~235g設置於同一個平面上，從側面觀之，收發元件235a~235g形同排列於一水平方向。
控制器20透過射頻與基頻電路231與饋入天線233，將內部傳送信號Sint_tr輻射傳送至收發元件陣列235。其後，收發元件陣列235進一步將內部傳送信號Sint_tr轉換為外部傳送信號Sext_tr後，才將外部傳送信號Sext_tr輻射傳出收發器23。然而，因為饋入天線233與收發元件235a~235g之間的相對距離並不相同的緣故，收發元件235a~235g實際接收 到內部傳送信號Sint_tr的時點並不會完全相同。例如，饋入天線233與收發元件235d之間的相對距離d1，小於饋入天線233與收發元件235g之間的相對距離d2。其中，相對距離d2與相對距離d1之間存在差值△d(即，d2=d1+△d)。
也就是說，從饋入天線233輻射傳送內部傳送信號Sint_tr至靠近外側的收發元件235g時，內部傳送信號Sint_tr需要多傳送一段相對距離的差值△d。若收發元件235a~235g在各自接收到內部傳送信號Sint_tr後，隨即按照各自接收到內部傳送信號Sint_tr的時點，立刻轉換並產生外部傳送信號Sext_tr。則，位於收發元件陣列235相對中間位置的收發元件235d，會較早接收到內部傳送信號Sint_tr，也會較早轉換並傳送外部傳送信號Sext_tr。據此，從收發器23傳送的外部傳送信號Sext_tr的波前呈現球面(球面波前WF1)。如此一來，遠端的接收器接收外部傳送信號Sext_tr的時點並不一致。
為避免因為在饋入天線233與收發元件235a~235g之間使用無線傳輸時，因為收發元件235a~235g所在位置與饋入天線233之間的相對距離不一致的影響，導致內部傳送信號Sint_tr傳送到收發元件的時點不一致，甚而影響產生並傳送外部傳送信號Sext_tr時點的情形，本揭露收發元件235a~235g可由控制器20控制，使得收發元件陣列235接收內部傳送信號Sint_tr後，收發元件235a~235g會依據各自在收發元件陣列235的相對位置，進行對內部傳送信號Sint_tr進行相對應的調整。也就是說，收發元件235a~235g接收內部傳送信號Sint_tr後，會對內部傳送信號Sint_tr進行不同的轉換處理(例如：相位延遲、增益調整等)，使得實際傳出的外部傳 送信號Sext_tr的波前為平面波前WF2。
請參見第3圖，其係以三維方式呈現經過收發器的轉換後，外部傳送信號改為以平面波的方式傳出之示意圖。收發器30包含射頻與基頻電路31、饋入天線33以及收發元件陣列35。在毫米波頻段，波長都十分小，因此，收發元件陣列35內的每一個收發元件351、353之間的間距都很狹窄，能設置信號線的空間有限。為避免信號線彼此干擾並產生不必要的能量耗損，甚至造成整體效益下降的情形，收發元件351、353進一步搭配無線通訊信號而信號連接於射頻與基頻電路31。據此，可以節省從射頻與基頻電路31佈線至收發元件陣列35的複雜度。收發器30從饋入天線33輻射傳送內部傳送信號Sint_tr，內部傳送信號Sint_tr經過收發元件陣列35後，將轉換為以平面波前進的外部傳送信號Sext_tr。其後，收發元件陣列35再將部傳送信號Sext_tr傳送至收發器30外。在第3圖中，假設平面波的法線方向NL平行於z軸。
當收發器30作為傳送用途時，收發元件351、353接收從饋入天線33輻射發出的內部傳送信號Sint_tr，並將內部傳送信號Sint_tr轉換為外部傳送信號Sext_tr。並且，將轉換產生的外部傳送信號Sext_tr輻射至空中。當收發器30作為接收用途時，收發元件351、353用於接收空中的外部接收信號Sext_rv，並將外部接收信號Sext_rv轉換為內部接收信號Sint_rv。並且，將轉換產生的內部接收信號Sint_rv輻射發出至饋入天線33。
本案的收發元件陣列具有空間能量重新分配與合成(spatial power split/combine)的效果。收發元件陣列35所包含的收發元件351、353被排列成格狀。為便於說明，假設格狀排列的列方向與行方向形成直角，其中列方向平行於x軸方向，且行方向平行於y軸方向。依據收發元件351、353位於格狀排列之列方向或行方向的不同，收發元件351、353分別用於轉換兩種具有不同極化方向且彼此正交的外部傳送信號Sext_tr。例如，當位於列方向的收發元件351用於傳送具有水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號Sext_tr時，位於行方向的收發元件353便用於傳送具有垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號Sext_tr，反之亦然。
由第3圖可以看出，因為收發元件的數量眾多，排列形成的整體面積較大，可以將收發電路產生熱源有效分散。據此，收發元件陣列35並不會使大量的熱源集中於一小範圍，進而達到散熱的效果。為便於表示，可以定義收發元件351、353所形成的格狀排列包含M行與N列個方格。以第3圖的收發元件陣列35為例，其格狀排列共包含5行與7列個方格。即，M=5、N=7。收發元件陣列35進一步包含兩個子元件陣列，即，第一子元件陣列與第二子元件陣列。此處假設第一子元件陣列由平行於x軸方向的收發元件351組成；以及假設第二子元件陣列由平行於y軸方向的收發元件353組成。
請參見第4A圖，其係在第3圖中，短邊平行於x軸方向之收發元件的排列方式之示意圖。第一子元件陣列中的收發元件351排列為6列，且每一列包含5個收發元件351。因此，第3圖的第一子元件陣列共包含30個(5*6=30)平行於x軸方向的收發元件351。
請參見第4B圖，其係以收發元件傳送具有水平極化方向的 外部傳送信號之輻射功率場型的示意圖。本文以輻射功率場型表示外部傳送信號Sext_tr的強度，其中以主波瓣(Main Lobe)為最大輻射能量集中之輻射瓣；背波辦(Back Lobe)為輻射能量集中於天線之背向之輻射辦；以及以旁波瓣(Side Lobes)為除了主波辦、背波辦以外的輻射瓣。
收發元件531朝向手機535傳送具有水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號533，其中具有水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號533的波前為平面波前。為便於說明，本文以水平方向的網底代表具有水平極化方向(H-Pol)。
請參見第5A圖，其係在第3圖中，短邊平行於y軸方向之收發元件的排列方式之示意圖。在收發元件陣列35中，平行於y方向的收發元件353排列為4行，且每一行包含7個收發元件353。因此，第3圖的第二子元件陣列共包含28個(7*4=28)平行於y軸方向的收發元件353。
請參見第5B圖，其係以收發元件傳送具有垂直極化方向的外部傳送信號之輻射功率場型的示意圖。收發元件541朝向手機545傳送具有垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號543，其中具有垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號543的波前為平面波前。為便於說明，本文以垂直方向的網底代表具有垂直極化方向(V-Pol)。
第6A、6B圖為根據本揭露構想的收發元件之實施例。根據本揭露的構想，每一個收發元件43、45包含一個外觀大致為矩形的片狀輻射體431、451，以及設置於片狀輻射體431、451上的收發電路433、453。
片狀輻射體431、451為導電材質，並具有長邊e2與短邊e1，其長邊e2平行於z軸方向。片狀輻射體的短邊e1則依據收發元件43、 45在收發元件陣列中的位置，可能平行於x軸方向或是y軸方向。若收發元件43、45位於第一子元件陣列，則其片狀輻射體431、451平行於x軸方向；若收發元件43、45位於第二子元件陣列，則其片狀輻射體431、451平行於y軸方向。
此處將片狀輻射體431、451的長邊e2朝向饋入天線的一端(第6A、6B圖的下方)定義為第一端431a、451a，以及將片狀輻射體431、451朝向通訊裝置外的一端(第6A、6B圖的上方)定義為第二端431b、451b。據此，片狀輻射體431、451的長邊e2的第一端431a、451a與饋入天線之間的相對距離，小於片狀輻射體431、451的長邊e2的第二端431b、451b與饋入天線之間的相對距離。另一方面，片狀輻射體431、451的長邊e2的第一端431a、451a與外部的接收裝置之間的相對距離，大於片狀輻射體431、451的長邊e2的第二端431b、451b與位於外部的接收裝置之間的相對距離。片狀輻射體431、451之長邊e2的兩端均為具有寬頻特性之漸變槽線天線(tapered slot antenna)結構，操作頻率為26GHz至42GHz。收發電路433、453設置於片狀輻射體431、451上，具有對外部接收信號Sext_rv進行接收轉換，進而產生內部接收信號Sint_rv的功能，以及對內部傳送信號Sint_tr進行傳送轉換，進而產生外部傳送信號Sext_tr的功能。
當收發元件43、45用於傳送外部傳送信號Sext_tr時，片狀輻射體431、451的第一端431a、451a用於從饋入天線接收內部傳送信號Sint_tr，並將內部傳送信號Sint_tr傳送至收發電路433、453，供收發電路433、453進行傳送轉換。收發電路433、453對內部傳送信號Sint_tr進行傳送轉換產生外部傳送信號Sext_tr。其後，片狀輻射體431、451的第二端 431b、451b從收發電路433、453接收外部傳送信號Sext_tr，以及將外部傳送信號Sext_tr輻射傳送至空中。
當收發元件43、45用於接收外部接收信號Sext_rv時，片狀輻射體431、451的第二端431b、451b先從空中接收外部接收信號Sext_rv，並將外部接收信號Sext_rv傳送至收發電路433、453，供收發電路433、453進行接收轉換。收發電路433、453對外部接收信號Sext_rv進行接收轉換產生內部接收信號Sint_rv。其後，片狀輻射體431、451的第一端431a、451a從收發電路433、453接收內部接收信號Sint_rv，以及將內部接收信號Sint_rv輻射傳送至饋入天線。
請參見第6A圖，其係一種收發元件之示意圖。收發電路433包含內部饋入路徑437、外部饋入路徑435、相位開關433a、相位偏移器433b、衰減器433c、功能切換開關433d、433g、傳送放大器433f與低雜訊放大器433e。其中，功能切換開關433d、433g會根據收發元件是作為傳送用途或接收用途而導通傳送放大器433f與低雜訊放大器433e之一者。在第6A圖中，控制器40發出控制信號40a~40g至收發電路433。
內部饋入路徑437進一步包含第一相位饋入路徑437a與第二相位饋入路徑437b，第一相位饋入路徑437a與第二相位饋入路徑437b會同時從片狀輻射體431的長邊e2的第一端接收信號。利用第一相位饋入路徑437a與第二相位入路徑437b的饋入方向相反，其物理特性會使經由第一相位饋入路徑437a與第二相位饋入路徑437b的信號之間的相位差為180度。根據相位開關433a的切換，相位偏移器433b即可選取要使用哪一個相位饋入路徑作為信號來源。如此一來，相位偏移器433b在對傳送信號 及/或接收信號進行相位延遲時，僅需調整一小部分的相位延遲。
例如：若收發電路433需要對內部傳送信號提供30度的相位延遲時，相位偏移器433b選擇從第一相位饋入路徑437a接收信號，且相位偏移器433b須提供30度的相位延遲；若收發電路433需要對內部傳送信號需要提供210度的相位延遲時，相位偏移器433b選擇從第二相位饋入路徑437b接收信號，此時相位偏移器433b同樣僅須提供30度的相位延遲。此種以外觀結構方式提供反相信號(相差180度)的架構，可以大幅減少相位偏移器433b本身的損耗，以及降低相移誤差。與一般相位偏移器不同的是，第一相位饋入路徑437a與第二相位饋入路徑437b之間的180度相位差的物理特性，並不會隨著頻率的變化而改變。因此，此種基於物理結構所設計之饋入路徑，相當適合用在寬頻設計，並可減少設計相位偏移器433b的複雜度與損耗。
其中，衰減器433c搭配傳送放大器433f與低雜訊放大器433e使用，用於對傳送放大器433f與低雜訊放大器433e的增益進行調整，一為補償饋入天線場型不完美之損耗，二可做為抑制旁波瓣之用途。相位偏移器433b作為相位控制使用，一來可以補償路徑差產生之相位差，二來可作為波束成型(Beam forming)的相位調整用途。
當收發電路433作為傳送用途時，功能切換開關433d、433g會導通傳送放大器433f與衰減器433c及外部饋入路徑435之間的連線。當收發電路433作為接收用途時，收發電路433停止使用傳送放大器433f。此時功能切換開關433d、433g會導通低雜訊放大器433e與衰減器433c及外部饋入路徑435之間的連線。
請參見第6B圖，其係另一種收發元件之示意圖。收發電路453包含內部饋入路徑457、外部饋入路徑455、相位開關453a、相位偏移器453b、功能切換開關453c、453f、傳送放大器453e與低雜訊放大器453d。其中，內部饋入路徑457進一步包含第一相位饋入路徑457a與第二相位饋入路徑457b。此外，功能切換開關453c、453f會根據收發元件是作為傳送用途或接收用途而導通傳送放大器453e與低雜訊放大器453d之一者。在第6B圖中，控制器44發出控制信號44a~44f至收發電路453。
在第6A圖中，傳送放大器433f與低雜訊放大器433e僅具有定量的增益調整功能，故需搭配衰減器433c使用。另一方面，第6B圖的傳送放大器453e與低雜訊放大器453d本身即具有較彈性的增益調整功能，因此，收發電路453並未提供衰減器。
請參見第6C圖，其係收發元件陣列中，沿y軸方向排列之收發電路之示意圖。此圖式以片狀輻射體47的短邊平行於y軸的收發元件為例，進一步說明多個收發元件如何排列。由第6C圖可以看出，片狀輻射體47的厚度相當薄，因此在彼此平行的兩兩片狀輻射體47間，能有足夠的距離設置收發電路。
延續第3圖的例子，以下假設收發元件排列於M=5、N=7之格線的情形。其中，第7A圖假設收發元件被排列為外開式的陣列；第7B圖假設收發元件排列為閉合式的陣列。實際應用時，收發元件所排列成的陣列的外觀、大小，或是各個側邊為外開或閉合等，並不需要限定。在第7A、7B圖中，以水平方向的網底表示平行x軸方向排列的收發元件531；以及，以垂直方向的網底表示平行y軸方向排列的收發元件541。
請參見第7A圖，其係收發元件排列為外開式的陣列之俯視圖。在第7A圖中，第一子元件陣列包含5*6=30個平行x軸方向排列的收發元件531；第二子元件陣列包含4*7=28個平行y軸方向排列的收發元件541。據此，當收發元件531、541排列為外開式的陣列時，平行x軸方向排列的收發元件531的數量為M*(N-1)個；平行y軸方向排列的收發元件541的數量為(M-1)*N個。
請參見第7B圖，其係收發元件排列為閉合式的陣列之俯視圖。在第7B圖中，第一子元件陣列包含5*8=40個平行x軸方向排列的收發元件531；第二子元件陣列包含6*7=42個平行y軸方向排列的收發元件541。據此，當收發元件531、541排列為閉合式的陣列時，平行x軸方向排列的收發元件531的數量為M*(N+1)個；平行y軸方向排列的收發元件541的數量為(M+1)*N個。
請參見第8圖，其係收發元件透過調整內部傳送信號之傳送路徑的方式，使外部傳送信號傳出收發元件陣列時，具有平面波前之示意圖。根據本揭露的構想，饋入天線50將內部傳送信號Sint_tr傳送至收發元件陣列51後，收發元件51a~51g會分別對與其對應接收之內部傳送信號Sint_tr的傳送路徑加以調整。如前所述，每個收發元件51a~51g有各自的片狀輻射體與收發電路。
例如，位於外側的收發元件51a、51g因為接收到內部傳送信號Sint_tr的時間較遲。因此，收發元件51a、51g透過片狀輻射體朝向饋入天線的一端接收到內部傳送信號Sint_tr後，會將內部傳送信號Sint_tr直接傳送至片狀輻射體朝向外部的另一端。另一方面，位置在最中間的收發 元件51d，因為最早接收到內部傳送信號Sint_tr，必須等待其他收發元件51a、51b、51c、51e、51f、51g接收內部傳送信號Sint_tr。因此，收發元件51d在接收到內部傳送信號Sint_tr後，對針對所接收到的內部傳送信號Sint_tr，提供一個較彎折、較長的路徑，藉以延遲內部傳送信號Sint_tr傳送至片狀輻射體的另一端所需的時間。同理，相對靠近中間的收發元件51c、51e延遲內部傳送信號Sint_tr的期間，會較相對靠近外側的收發元件51b、51f延遲內部傳送信號Sint_tr的期間長一些。
據此，從收發元件陣列51傳出的外部傳送信號Sext_tr，便能具有一致的波前。例如，第8圖標示的波前以垂直的法線方向NL前進。第8圖所繪式的傳送路徑，可進一步區分為增益與相位兩個面向。亦即，收發電路會針對內部傳送信號Sint_tr的增益與相位加以調整，達到改變傳送路徑的效果。關於增益的調整，將於第9A、9B、9C、10圖進一步說明；關於相位的調整，將於第11、12圖說明。
請參見第9A圖，其係饋入天線將內部傳送信號輻射至收發元件陣列時，理想的信號強度分布之示意圖。饋入天線60理想的輻射場型(radiation pattern)63應為扇形，且扇形的開合角度與收發元件陣列61的夾角相同，其餘方向皆無能量輻射，此理想場型才可達到最大的效率。然而，饋入天線60之場型實際上會以法線方向最強，越往周圍會漸弱。因此，位於不同位置的收發元件，從饋入天線60接收到的內部傳送信號Sint_tr的實際強度並不會相等。
請參見第9B圖，其係饋入天線將內部傳送信號輻射至收發元件陣列時，實際的信號強度分布較理想強度分布更窄之示意圖。若饋入 天線60產生較窄的輻射場型651時，與理想的輻射場型63間將形成照射損耗(illumination loss)661a、661b，以及形成外溢損耗(Spillover loss)661c、661d。其中，照射損耗是因為收發元件陣列61越靠近外側的部分，接收到的信號會較小所導致。外溢損耗則是因為饋入天線60產生的信號並未傳送至收發元件陣列61所導致。
請參見第9C圖，其係饋入天線將內部傳送信號輻射至收發元件陣列時，實際的信號強度分布較理想強度分布更寬之示意圖。當饋入天線60產生較寬的輻射場型653時，與理想的輻射場型63間，仍舊存在照射損耗663a、663b，以及外溢損耗(Spillover loss)663c、663d的現象。
根據第9B、9C圖的說明可以得知，饋入天線60傳送內部傳送信號Sint_tr時，存在照射損耗661a、661b、663a、663b的現象。也就是說，位置在收發元件陣列61相對外側的收發元件，從饋入天線60接收到的內部傳送信號Sint_tr的強度較弱。為了提升輻射效益，控制器會控制在收發元件陣列61內的收發電路，使得從各個收發電路產生的外部傳送信號Sext_tr能夠具有一致的強度。也因此，第6A、6B圖所示的收發電路433、453設有傳送放大器433f、453e與衰減器433c。
請參見第10圖，其係饋入天線將內部傳送信號輻射傳送至收發元件陣列後，收發元件陣列針對內部傳送信號的強度加以調整之示意圖。假設收發元件71a~71g位於同一行或同一列上，並共同用於接收從饋入天線70傳進來內部傳送信號Sint_tr。內部傳送信號Sint_tr經過收發電路的轉換處理後，將產生外部傳送信號Sext_tr。本揭露利用位於同一列或同一行的收發電路中的傳送放大器、與衰減器對傳送信 號的強度進行調整。例如，假設曲線C72代表內部傳送信號Sint_tr的輸入功率強度(input power magnitude)，則收發元件71a~71g對內部傳送信號Sint_tr提供的放大器增益(amplifier gain)AGa~AGg的數值並不等。一般而言，對位於同一行或同一列的多個收發元件而言，位置在中間的收發元件，其收發電路中的傳送放大器提供最低的增益。對位於同一行或同一列的多個收發元件而言，位置在越靠近外側的收發元件，其收發電路中的傳送放大器提供越高的增益。此外，曲線C74代表從收發元件陣列產生的外部傳送信號Sext_tr的輸出功率強度(output power magnitude)。
除了產生波前為平面波方向的外部傳送信號Sext_tr外，對位於同一行或同一列的多個收發元件而言，其傳送放大器的增益間，也可以依據不同的函數而決定。例如，藉由調整增益的分布，使外部傳送信號Sext_tr依據柴比雪夫、泰勒…等函數產生，僅而產生具有降低輻射場型的旁波瓣等。
請參見第11圖，其係收發元件陣列內的收發電路個別設定偏移相位之示意圖。根據本揭露的構想，每個收發電路內的相位偏移器可以獨立的針對內部傳送信號Sint_tr的相位調整不同幅度的相位延遲θ 1~θ 7，使得從片狀輻射體輻射出的外部傳送信號Sext_tr的波前具有一致的方向，進而提升輻射效率。例如：收發元件71a將從饋入天線70接收到的內部傳送信號Sint_tr的相位延遲θ 1的幅度；收發元件71b將從饋入天線70接收到的內部傳送信號Sint_tr延遲θ 2的幅度，其餘類推。透過將外部傳送信號Sext_tr調整至相同相位的方式，使得外部傳送信號Sext_tr的波前呈現平面波方向，且其法線方向NL平行於z軸方向。
更進一步的，除了使平面波的波前平行於z軸方向外，相位偏移器還可用於偏轉波束方向。亦即，透過整體性的對收發元件陣列內的相位偏移器進行控制，使得平面波的前進方向改變。
在3G通訊系統中，基地台的一個扇形區域(sector)為120度。因此，360度的範圍須由與3個天線對應之扇形區域涵蓋。因為3個天線可各自涵蓋120度的範圍，從3G基地台的天線發出的波束為固定式的。與5G通訊系統相較，低頻的3G通訊系統具有較小的損耗，所以3G通訊系統的基地台使用的天線可涵蓋120度的範圍。
另一方面，對使用毫米波頻段的5G通訊技術而言，傳送無線通訊信號時會產生較大的損耗。為克服此種損耗較大的現象，5G通訊系統的基地台需使用增益較高的天線陣列。然而，天線的增益與傳送波束的涵蓋範圍的角度是相對的。隨著天線增益的增加，天線陣列所傳送的波束的涵蓋範圍將越小。為克服因為提升天線增益所衍生之，波束涵蓋範圍變小的影響，5G通訊系統的天線陣列，必須基於波束偏轉技術，進一步提供波束掃描的功能。例如，針對5G通訊系統仍需要涵蓋360度範圍的要求，同樣設置三組天線陣列，並假設這三組天線陣列各自對應60度的扇形區域。則，可以控制波束方向隨著時間改變，控制每一個天線陣列在120度的扇形區域內來回掃描。此種控制波束方向來回移動的作法，稱為波束掃描技術。
承上，對使用毫米波段的5G通訊協定而言，因為波束寬度較窄的緣故，經常需要使用波束掃描的功能。為此，本案的收發元件陣列還可提供波束掃描的功能。
請參見第12圖，其係收發器利用收發元件陣列對外部傳送信號之平面波前的方向進行動態調整，進而達到波束掃描功能之示意圖。控制器82電連接於射頻與基頻電路80a、收發元件陣列80c。收發器80包含射頻與基頻電路80a、饋入天線80b與收發元件陣列80c。當收發器80傳送外部傳送信號Sext_tr時，可以透過相位偏移器的調整，使得輻射發出之外部傳送信號Sext_tr的波束產生偏折，提供波束成型的效果。
例如，在第12圖中，在時點t1時，控制器82控制收發元件陣列80c的相位偏移與強度調整功能，使外部傳送信號Sext_tr的平面波前WFP(t1)朝向第一法線方向NL(t1)；在時點t2時，控制器82控制收發元件陣列80c的相位偏移與強度調整功能，使外部傳送信號Sext_tr的平面波前WFP(t2)改為朝向第二法線方向NL(t2)；在時點t3時，控制器82控制收發元件陣列80c的相位偏移與強度調整功能，使外部傳送信號Sext_tr的平面波前WFP(t3)改為朝向第三法線方向NL(t3)。
採用極化分集(polarization diversity)時，做為接收端的通訊裝置(用戶端)可以同時接收兩個資料流，增加通道容量，提高傳輸速度。針對此種應用，收發元件陣列可使用具有雙極化功能的饋入天線，同時產生不同極化方向的波束，指向同一用戶端，形成多重輸入多重輸出(multiple-input and multiple-output，簡稱為MIMO)。
請參見第13圖，其係以一個具有雙極化功能的饋入天線，同時以水平極化方向與垂直極化方向傳送無線通訊信號至單一個手機之示意圖。水平極化方向(H-Pol)與垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號Sint_tr分別由獨立之射頻與基頻電路911b、911c提供。亦即，也就是射頻與基頻 電路911b、911c將產生兩個資料流(data stream)。此處假設射頻與基頻電路911b、911c共同使用具有雙極化功能的饋入天線911a，饋入天線911a可以同時輻射兩個極化方向(水平極化方向(H-Pol)與垂直極化方向(V-Pol))的內部傳送信號Sint_tr至收發元件陣列90。
收發元件陣列90接收內部傳送信號Sint_tr後，依據極化方向的不同，以不同的收發元件將內部傳送信號Sint_tr轉換為外部傳送信號Sext_tr。其中，位於第一子元件陣列的收發元件將轉換後的水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號931a傳至用戶端的手機95c；位於第二子元件陣列的收發元件則將轉換後的垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號932a傳至用戶端的手機95c。
在此圖式中，用戶端的手機95c可以同時接收兩個資料流。據此，收發器與手機95c之間的通道容量得以增加，並能提高基地台與手機之間的傳輸速度。經過收發元件陣列傳出的水平極化方向(H-Pol)與垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號Sext_tr，會指向同一個用戶端的手機95c。由此可知，本揭露的收發器可支援單一用戶端的MIMO。
請參見第14圖，其係以第13圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。橫軸的半徑距離代表收發元件在收發元件陣列90內的相對位置，縱軸相位延遲代表收發元件對內部傳送信號Sint_tr進行相位延遲的調整幅度。其中，橫軸與縱軸交會處對應於位置在收發元件中心位置的收發元件。因為水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號Sint_tr是由同一個饋入天線輻射產生，在第14圖中，收發元件 陣列對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號Sint_tr的相位延遲之調整是一致的。
請參見第15圖，其係收發器同時以兩個饋入天線分別傳送水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號至單一個手機之示意圖。此圖式說明本揭露亦可使用兩個用於不同極化方向的饋入天線。從射頻與基頻電路912c、912d產生的兩個資料流，分別由饋入天線912a、912b傳送。其中，饋入天線912b用於傳送水平極化方向(H-Pol)的內部傳送信號Sint_tr、饋入天線912a用於傳送垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號Sint_tr。
其後，收發元件陣列90透過第一子元件陣列內的收發元件，將水平極化方向(H-Pol)的內部傳送信號Sint_tr轉換為水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號931b；以及，透過第二子元件陣列內的收發元件，將垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號Sint_tr轉換為垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號932b。用戶端的手機95d亦可同時從水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號931b、垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號932b接收兩個資料流的內容。據此，根據本揭露構想的收發器能增加通道容量，提高傳輸速度。
在第13、15圖中，水平極化方向的外部傳送信號與垂直極化方向的外部傳送信號是從同一個傳送裝置傳送至同一個接收裝置。因此，第15圖對應之收發元件陣列對水平極化方向的內部傳送信號與垂直極化方向的內部傳送信號的相位延遲與徑向距離之間的關係，同樣對應於第14圖。附帶一提的是，本文所述之傳送裝置與接收裝置，均可為基地台、手機、手持式裝置等具有通訊功能的電子裝置。
根據本揭露的構想，收發元件陣列為可重組態的 (reconfigurable)，可因應不同使用情況調整其焦距，也可因應不同饋入天線而做調整。第13~15圖說明饋入天線可為一個具有雙極化功能，或兩個彼此傳送信號之的極化方向為正交的饋入天線作為發射與接收天線。透過調整收發元件陣列中之相位偏移器，使得兩個產生彼此正交之極化方向的收發電路之相位分布不同，產生不同方向之波束，分別服務不同用戶端。再者，除了使單一用戶之通道容量增加外，收發器也可支援多個用戶端之應用。在第16圖以後的說明中，收發器可支援多個饋入天線，收發元件陣列從多個饋入天線接收內部傳送信號Sint_tr後，將對應產生多個外部傳送信號Sext_tr的波束，並能同時服務多個用戶端。收發元件陣列實際產生之外部傳送信號Sex_tr的波束數量，會依據用戶端的多寡、饋入天線所傳送之內部傳送信號Sint_tr所具有的極化方向、饋入天線的數量等因素而不同。
根據本揭露的構想，收發元件陣列也可以透過搭配單一個具有雙極化功能的饋入天線的方式，支援兩個用戶端的MIMO。經過收發元件陣列產生的外部傳送信號Sext_tr，可因應用戶端的位置，產生具有不同的相位分布之水平極化方向與垂直極化方向的外部傳送信號。透過產生兩個不同極化方向之外部傳送信號Sext_tr的波束，達到支援兩個用戶端之MIMO的效果。
請參見第16圖，其係以一個饋入天線分別將水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號傳送至兩個手機之示意圖。射頻與基頻電路913b、913c共同使用具有雙極化功能的饋入天線913a。其中，射頻與基頻電路913b產生垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號932c；射頻與基頻電路913c產生水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號931c。
此圖式的收發元件陣列90會針對不同的極化方向，以不同的方式調整各個收發元件內的相位偏移器與傳送放大器。即，第一子元件陣列內的收發元件，利用相位偏移器與傳送放大器調整水平極化(H-Pol)方向的內部傳送信號Sint_tr之傳送路徑；以及，第二子元件陣列內的收發元件，利用相位偏移器與傳送放大器調整垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號Sint_tr之傳送路徑。據此，從收發元件陣列90產生的水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號931c、垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號932c，將具有不同的相位分布，且其波束方向也不相同。據此，可以利用不同的波束分別服務不同用戶端的手機。例如，將水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號931c傳送至手機95e；將垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號932c傳送至手機95f。
請參見第17圖，其係以第16圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。由於手機95e、95f相對於收發元件陣列90之位置不同，在收發元件陣列中，位於第一子元件陣列的收發元件，以及位於第二子元件陣列的收發元件對於水平極化方向(H-Pol)與垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號Sint_tr所進行之相位與增益調整的方式也不相同。
在第17圖中，虛線表示位於第一子元件陣列的收發元件，對於水平極化方向(H-Pol)的內部傳送信號Sint_tr所提供之相位延遲；實線表示位於第二子元件陣列的收發元件，對於垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號Sint_tr所提供之相位延遲。其中可以看出，雖然在第16圖中，水平 極化方向(H-Pol)的內部傳送信號Sint_tr與垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號Sint_tr均從同一個饋入天線913a傳出，但是第一子元件陣列與第二子元件陣列對於這兩種極化方向的內部傳送信號Sint_tr所進行之轉換並不一致。
在第一子元件陣列中，位置在收發元件陣列90相對右側的收發元件，需要對水平極化方向(H-Pol)的內部傳送信號調整較小的幅度；位置在收發元件陣列90相對左側的收發元件，需要對水平極化方向(H-Pol)的內部傳送信號調整較大的幅度。另一方面，在第二子元件陣列中，位置在收發元件陣列90相對右側的收發元件，需要對垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號調整較大的幅度；位置在收發元件陣列90相對左側的收發元件，需要對垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號調整較小的幅度。
請參見第18圖，其係分別以兩個饋入天線，將水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號傳送至兩個手機之示意圖。此圖式說明本揭露亦可使用兩個分別用於傳送不同極化方向之內部傳送信號Sint_tr的饋入天線。從射頻與基頻電路914c、914d產生的兩個資料流，分別由兩個饋入天線914a、914b輻射傳送。用戶端的手機95g用於接收水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號931d。並且，透過水平極化方向(H-Pol)的外部傳送信號931d接收一個資料流的內容。在此同時，用戶端的手機95h用於接收垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號932d。並且，透過垂直極化方向(V-Pol)的外部傳送信號932d中接收另一個資料流的內容。據此，根據本揭露構想的收發器能利用不同極化方向的信號傳送方式，增加無線通訊信號的通道容量，進而提高傳輸速度。
在第16、18圖中，兩個用戶端與收發器之間的相對位置大致相同。因此，第18圖對應之收發元件陣列90對水平極化方向的內部傳送信號與垂直極化方向的內部傳送信號的相位延遲與徑向距離之間的關係，同樣對應於第17圖。
請參見第19A圖，其係分別以兩個饋入天線，將兩組水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號，傳送至兩個相對距離較遠的手機之示意圖。射頻與基頻電路915c產生第一組水平極化方向(H1)的內部傳送信號、射頻與基頻電路915d產生第一組垂直極化方向(V1)的內部傳送信號後，由具有雙極化功能的饋入天線915a傳送。射頻與基頻電路915e產生第二組水平極化方向(H2)的內部傳送信號、射頻與基頻電路915f產生第二組垂直極化方向(V2)的內部傳送信號後，由具有雙極化功能的饋入天線915b傳送。
收發元件陣列90轉換產生第一組水平極化方向(H1)的外部傳送信號931e、第一組垂直極化方向(V1)的外部傳送信號932e、第二組水平極化方向(H2)的外部傳送信號931f、第二組垂直極化方向(V2)的外部傳送信號932f後，將其傳送至用戶端。其中，第一組水平極化方向(H1)的外部傳送信號931e，以及第一組垂直極化方向(V1)的外部傳送信號932e用於傳送至手機95j；第二組水平極化方向(H2)的外部傳送信號931f，以及第二組垂直極化方向(V2)的外部傳送信號932f則傳送至手機95i。
請參見第19B圖，其係以第19A圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。第一組水平極化方向(H1)與垂直 極化方向(V1)的內部傳送信號同樣由饋入天線915a輻射產生，並須傳送至同一個手機95j。第二組水平極化方向(H2)與垂直極化方向(V2)的內部傳送信號同樣由饋入天線915b輻射產生，並須傳送至同一個手機95i。因此，在第19B圖中，收發元件陣列90對水平極化方向(H-Pol)的內部傳送信號Sint_tr(包含第一組水平極化方向(H1)與第二組水平極化方向(H2))；以及與垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號Sint_tr(包含第一組垂直極化方向(V1)與第二組垂直極化方向(V2))的相位延遲之調整是一致的。
請參見第20A圖，其係分別以兩個饋入天線，將兩組水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號，傳送至兩個相對距離較近的手機之示意圖。與第19A圖相較，在第20A圖中，手機95k、95m之間的相對距離變得較近。
射頻與基頻電路916c產生第一組水平極化方向(H1)的內部傳送信號、射頻與基頻電路916d產生第一組垂直極化方向(V1)的內部傳送信號後，由具有雙極化功能的饋入天線916a傳送。射頻與基頻電路916e產生第二組水平極化方向(H2)的內部傳送信號、射頻與基頻電路916f產生第二組垂直極化方向(V2)的內部傳送信號後，由具有雙極化功能的饋入天線916b傳送。
收發元件陣列90產生第一組水平極化方向(H1)的外部傳送信號931g、第一組垂直極化方向(V1)的外部傳送信號932g、第二組水平極化方向(H2)的外部傳送信號931h、第二組垂直極化方向(V2)的外部傳送信號932h後，將該些外部傳送信號傳送至用戶端。其中，第一組水平極化方 向(H1)的外部傳送信號931g，以及第一垂直極化方向(V1)的外部傳送信號932g用於傳送至手機95m；第二組水平極化方向(H2)的外部傳送信號931h,以及第二組垂直極化方向(V2)的外部傳送信號932h則傳送至手機95k。
請參見第20B圖，其係以第20A圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。由於第20A圖之饋入天線所傳送的內部傳送信號Sint_tr之極化方向，以及接收外部傳送信號Sext_tr的手機間的對應關係與第19A圖相同。因此，在第20B圖中，收發元件陣列90對水平極化方向(H-Pol)的內部傳送信號Sint_tr(包含第一組水平極化方向(H1)與第二組水平極化方向(H2))；以及與垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號Sint_tr(包含第一組垂直極化方向(V1)與第二組垂直極化方向(V2))的相位延遲之調整是一致的。
在第20A圖中，因為手機95k、95m之間的相對距離變得較近的緣故，收發元件陣列90傳送外部傳送信號Sext_tr之角度範圍較小，所以第20A圖的收發元件陣列90對於內部傳送信號Sint_tr須調整的相位延遲之幅度，會較第19A圖的收發元件陣列90對於內部傳送信號Sint_tr須調整的相位延遲之幅度更小。也因此，第20B圖所示之，收發元件陣列90對內部傳送信號Sint_tr提供之相位延遲的幅度會較第19B所示之相位延遲的幅度低。
請參見第21A圖，其係分別以兩個饋入天線，將兩組水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號傳送至四個相對距離較遠的手機之示意圖。四個射頻與基頻電路917c、917d、917e、917f分別產生兩組水平極 化方向(H1、H2)的內部傳送信號Sint_tr與兩組垂直極化方向(V1、V2)的內部傳送信號Sint_tr，搭配兩個具有雙極化功能的饋入天線917a、917b使用。具有雙極化功能的饋入天線917a用於輻射第一組水平極化方向(H1)的內部傳送信號Sint_tr與第一組垂直極化方向(V1)的內部傳送信號Sint_tr；具有雙極化功能的饋入天線917b用於輻射第二組水平極化方向(H2)的內部傳送信號Sint_tr，與第二組垂直極化方向(V2)的內部傳送信號Sint_tr。
收發元件陣列90同時接收第一組水平極化方向(H1)的內部傳送信號、第一組垂直極化方向(V1)的內部傳送信號Sint_tr、第二組水平極化方向(H2)的內部傳送信號Sint_tr、第二組垂直極化方向(V2)的內部傳送信號Sint_tr後，轉換產生具有相對應之極化方向的外部傳送信號Sext_tr。其中，外部傳送信號Sext_tr包含：接收並轉換第一組水平極化方向(H1)的內部傳送信號所產生之，用於傳送至手機95p的第一組水平極化方向(H1)的外部傳送信號931i；接收並轉換第一組垂直極化方向(V1)的內部傳送信號Sint_tr所產生之，用於傳送至手機95r的第一組垂直極化方向(V1)的外部傳送信號932i；接收並轉換第二組水平極化方向(H2)的內部傳送信號Sint_tr所產生之，用於傳送至手機95n的第二組水平極化方向(H2)的外部傳送信號931j；以及，接收並轉換第二組垂直極化方向(V2)的內部傳送信號Sint_tr所產生之，用於傳送至手機95q的第二組垂直極化方向(V2)的外部傳送信號932j。
承上，在第21A圖中，兩組水平極化方向(H1、H2)的外部傳送信號，都需要傳送至相對位置較左側的手機；兩組垂直極化方向(V1、V2)的外部傳送信號，都需要傳送至相對位置較右側的手機。
請參見第21B圖，其係以第21A圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。雖然在第21A圖中，第一組水平極化方向(H1)的內部傳送信號Sint_tr與第一組垂直極化方向(V1)的內部傳送信號同樣是從饋入天線917a傳出，但是第一組水平極化方向(H1)的外部傳送信號931i與第一組垂直極化方向(V1)的外部傳送信號932i會傳送至不同的手機95p、95r。同樣的，第二組水平極化方向(H2)的內部傳送信號Sint_tr與第二組垂直極化方向(V2)的內部傳送信號Sint_tr同樣是從饋入天線917b傳出，但是第二組水平極化方向(H2)的外部傳送信號931j與第二組垂直極化方向(V2)的外部傳送信號932j會傳送至不同的手機95n、95q。因此，第一子元件陣列內的收發元件針對第一組與第二組水平極化方向(H1、H2)的內部傳送信號號Sint_tr調整的相位延遲幅度，會與第二子元件陣列內的收發元件對於第一組與第二組垂直極化方向(V1、V2)的內部傳送信號Sint_tr調整的相位延遲幅度不同。
在第一子元件陣列中，位置在收發元件陣列90相對右側的收發元件，對水平極化方向(H-Pol)的內部傳送信號Sint_tr調整的相位延遲幅度較小；位置在收發元件陣列90相對左側的收發元件，對水平極化方向(H-Pol)的內部傳送信號Sint_tr調整的相位延遲幅度較大。另一方面，在第二子元件陣列中，位置在收發元件陣列90相對右側的收發元件，對垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號調整的幅度較大；位置在收發元件陣列90相對左側的收發元件，對垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號調整的相位延遲的幅度較小。
請參見第22A圖，其係分別以兩個饋入天線，將兩組水平極化方向與垂直極化方向的傳送信號，傳送至四個相對距離較近的手機之示意圖。與第21A圖相較，手機95s、95t、95u、95v之間的相對距離變得較近。射頻與基頻電路918c、918d、918e、918f分別產生兩組水平極化方向(H1、H2)的內部傳送信號與兩組垂直極化方向(V1、V2)的內部傳送信號，搭配兩個具有雙極化功能的饋入天線918a、918b使用。
收發元件陣列90接收第一組水平極化方向(H1)的內部傳送信號、第一組垂直極化方向(V1)的內部傳送信號、第二組水平極化方向(H2)的內部傳送信號、第二組垂直極化方向(V2)的內部傳送信號後，轉換產生相對應的外部傳送信號Sext_tr。第一組水平極化方向(H1)的外部傳送信號931k，用於傳送至手機95t。第一組垂直極化方向(V1)的外部傳送信號932k，用於傳送至手機95v。第二組水平極化方向(H2)的外部傳送信號931m，用於傳送至手機95s。第二組垂直極化方向(V2)的外部傳送信號932m，用於傳送至手機95u。
請參見第22B圖，其係以第22A圖方式傳送無線通訊信號時，收發元件陣列內的各個收發元件，如何對水平極化方向與垂直極化方向的內部傳送信號進行相位延遲之示意圖。由於第22A圖之饋入天線所傳送的內部傳送信號Sint_tr之極化方向，以及接收外部傳送信號Sext_tr的手機間的對應關係與第21A圖相同。因此，在第22B圖中，收發元件陣列90對於水平極化方向(H-Pol)的內部傳送信號Sint_tr；以及對於垂直極化方向(V-Pol)的內部傳送信號Sint_tr的相位延遲之調整方式都與第21B圖類似。
因為在第22A圖中，手機95s、95t、95u、95v之間的相對距離變得較近的緣故，代表收發元件陣列90傳送外部傳送信號Sext_tr所需的角度較小。因此，第22B圖所示之，收發元件陣列90對於內部傳送信號Sint_tr的相位延遲之幅度較第21B圖小。
根據本揭露的構想，關於射頻與基頻電路、饋入天線，以及用戶端的個數，以及彼此之間的對應關係等，並不需要特別限定。參看第13圖至第22A、22B圖的例子可以得知，射頻與基頻電路的個數、饋入天線的個數、用戶端的個數，均可根據實際應用的不同而調整。另須留意的是，為便於說明，第13圖至第22A、22B圖係以一個維度繪式射頻與基頻電路、饋入天線，以及用戶端間的關係。但是，實際應用時，射頻與基頻電路、饋入天線與收發元件均可排列成二維方向。
此外，第13圖至第22A、22B圖的例子均為假設收發元件陣列設置於傳送裝置(例如基地台)，且基地台透過收發元件陣列傳送無線通訊信號至手機的情形。然而，實際應用時，收發元件陣列內的收發元件，也可能設置於接收裝置，做為接收用途使用。第23A、23B圖分別為收發電路作為傳送器使用以及作為接收器使用的說明。此外，收發元件陣列並不限於用在基地台。第24A、24B、24C圖為收發元件陣列設置於不同傳送裝置及/或接收裝置的使用情形。
請參見第23A圖，其係以第6A圖的收發電路作為傳送器使用之示意圖。第一相位饋入路徑437a從片狀輻射體431的長邊e2之第一端饋入內部傳送信號Sint_tr後，產生第一相位傳送信號Str_sft1。第二相位饋入路徑437b從片狀輻射體431的長邊之第一端431a饋入第一內部傳送 信號Sint_tr後，產生第二相位傳送信號Str_sft2。如第6A、6B圖所說明，第一相位傳送信號Str_sft1與第二相位傳送信號Str_sft2彼此反相。
相位開關433a的一端電連接於第一相位饋入路徑437a與第二相位饋入路徑437b之一者。相位開關433a的另一端電連接於相位偏移器433b。相位偏移器433b透過相位開關433a而接收第一相位傳送信號Str_sft1或第二相位傳送信號Str_sft2後，對接收的第一相位傳送信號Str_sft1或第二相位傳送信號Str_sft2進行相位偏移並產生偏移傳送信號Str_sft。衰減器433c調整偏移傳送信號Str_sft的強度，並據以產生衰減傳送信號Str_dec。
當收發電路433作為傳送用途時，功能切換開關433d導通衰減器433c與傳送放大器433f；且功能切換開關433g導通傳送放大器433f與外部饋入路徑435。衰減器433c產生的衰減傳送信號Str_dec經過功能切換開關433d而傳送至傳送放大器433f。其後，傳送放大器433f調整衰減傳送信號Str_dec的強度，並據以產生外部傳送信號Sext_tr。功能切換開關433g再將傳送放大器433f產生的外部傳送信號Sext_tr傳送至外部饋入路徑435，由外部饋入路徑435將外部傳送信號Sext_tr饋入片狀輻射體431的長邊e2的第二端431b。
請參見第23B圖，其係以第6A圖的收發電路作為接收器使用之示意圖。當收發電路433作為接收用途時，外部饋入路徑435透過片狀輻射體431的長邊e2的第二端431b接收外部接收信號Sext_rv。功能切換開關433g將外部接收信號Sext_rv導通至低雜訊放大器433e後，低雜訊放大器433e將產生低雜訊接收信號Srv_namp。
此時，功能切換開關433d會導通衰減器433c與低雜訊放大器433e。因此，衰減器433c會接收並調整低雜訊接收信號Srv_namp的強度，並據以產生衰減接收信號Srv_dec。相位偏移器433b對衰減接收信號Srv_dec進行相位偏移後，產生偏移接收信號Srv_sft。第一相位饋入路徑437a透過相位開關433a而接收偏移接收信號Srv_sft後，產生第一相位接收信號Srv_sft1，並將第一相位接收信號Srv_sft1饋入片狀輻射體431的長邊之第一端431a。第二相位饋入路徑437b透過相位開關433a而接收偏移接收信號Srv_sft後，產生第二相位接收信號Srv_sft2，並將第二相位接收信號Srv_sft2饋入片狀輻射體431的長邊之第一端431a。其中，相位開關433a將相位偏移器433b導通至第一相位饋入路徑437a與第二相位饋入路徑437b之一者。若相位開關433a導通相位偏移器433b與第一相位饋入路徑437a時，片狀輻射體431將以第一相位接收信號Srv_sft1作為內部接收信號Sint_rv；若相位開關433a導通相位偏移器433b與第二相位饋入路徑437b時，片狀輻射體431將以第二相位接收信號Srv_sft2作為內部接收信號Sint_rv。如第6A、6B圖所說明，第一相位接收信號Srv_sft1與第二相位接收信號Srv_sft2彼此反相。
根據本揭露構想的實施例，收發元件陣列可設置於不同類型的通訊裝置(例如：手機、基地、手持式裝置等)。以下以第24A~24C圖為例，說明無論是手機或是基地台，均可搭配收發元件陣列傳送及/或接收無線通訊信號。
請參見第24A圖，其係收發元件陣列僅設置於第一通訊裝置之示意圖。在通訊系統81中，第一通訊裝置811與第二通訊裝置813透 過無線通訊網路815而信號連接。此處假設作為第一通訊裝置811的基地台811a具有收發元件陣列811b，作為第二通訊裝置813的手機813a並未設有收發元件陣列。
請參見第24B圖，其係收發元件陣列僅設置於第二通訊裝置之示意圖。在通訊系統83中，第一通訊裝置831與第二通訊裝置833透過無線通訊網路835而信號連接。此處假設作為第一通訊裝置831的基地台831a並未設有收發元件陣列，作為第二通訊裝置833的手機833a具有收發元件陣列833b。
請參見第24C圖，其係第一通訊裝置與第二通訊裝置均設有收發元件陣列之示意圖。在通訊系統85中，第一通訊裝置851與第二通訊裝置853透過無線通訊網路855而信號連接。此處假設作為第一通訊裝置851的基地台851a具有收發元件陣列851b；以及，作為第二通訊裝置853的手機853a亦設有收發元件陣列853b。
根據第24A~24C圖的說明可以得知，本揭露的收發元件陣列之使用可相當彈性，並可搭配不同類型的通訊裝置使用。
承上，本揭露的收發器設置數目較多的收發元件，故能搭配功率較小的放大器使用。如此一來，收發器的直流功率得以降低，使收發器產生的熱量分布較平均且利於散熱。再者，因為饋入天線與片狀輻射體間，以無線方式傳送內部傳送/接收信號，能降低控制器控制收發元件陣列的複雜度。此外，本揭露除了兼顧功率增益與接線複雜度的考量外，還在其他面向進一步提供更彈性且具有更佳效果的應用。例如，本揭露的收發元件陣列可以改變平面波的法線方向，以及提供波束掃描之功能。再者， 本揭露的收發元件陣列還以不同的極化方向傳送及/或接收無線通訊信號，此種作法可以提高通道的容量，具有MIMO的功能。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (20)

  1. 一種傳送器，傳送具有一第一極化方向之至少一第一外部傳送信號，以及傳送具有一第二極化方向之至少一第二外部傳送信號，其中該傳送器係包含：複數個第一收發元件，其中各該第一收發元件係包含：一第一片狀輻射體，具有一第一短邊與一第一長邊，分別平行於一第一方向與一第三方向；以及一第一收發電路，設置於該第一片狀輻射體上，其係從該第一長邊之一第一端饋入具有該第一極化方向之至少一第一內部傳送信號，在對該至少一內部傳送信號進行一第一傳送轉換而產生該至少一第一外部傳送信號後，將該至少一第一外部傳送信號饋入該第一長邊之一第二端；以及複數個第二收發元件，其中各該第二收發元件係包含：一第二片狀輻射體，具有一第二短邊與一第二長邊，分別平行於一第二方向與該第三方向；以及一第二收發電路，設置於該第二片狀輻射體上，其係從該第二長邊之一第一端饋入具有該第二極化方向之至少一第二內部傳送信號，在對該至少一第二內部傳送信號進行一第二傳送轉換而產生該至少一第二外部傳送信號後，將該至少一第二外部傳送信號饋入該第二長邊之一第二端，其中該第一極化方向與該第二極化方向係彼此正交，且該第一方向、該第二方向與該第三方向係彼此垂直。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該至少一第一內部傳送信號與該至少一第二內部傳送信號係由一第一饋入天線傳送。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之傳送器，其中，該第一長邊之該第一端與該第一饋入天線間的相對距離，小於該第一長邊之該第二端與該第一饋入天線間的相對距離間的相對距離；以及該第二長邊之該第一端與該第一饋入天線間的相對距離，小於該第二長邊之該第二端與該第一饋入天線間的相對距離。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該至少一第一內部傳送信號係由一第二饋入天線傳送，且該至少一第二內部傳送信號係由一第三饋入天線傳送。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該至少一第一外部傳送信號與該至少一第二外部傳送信號係由一第一接收裝置接收。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之傳送器，其中，該第一長邊之該第二端與該第一接收裝置間的相對距離，小於該第一長邊之該第一端與該第一接收裝置間的相對距離；以及該第二長邊之該第二端與該第一接收裝置間的相對距離，小於該第二長邊之該第一端與該第一接收裝置間的相對距離。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中，該至少一第一外部傳送信號係由一第二接收裝置接收，且該至少一第二外部傳送信號係由一第三接收裝置接收。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該第一收發電路係包含：一第一第一相位饋入路徑，電連接於該第一片狀輻射體，其係從第一長邊之該第一端饋入該至少一第一內部傳送信號後，產生一第一第一相位傳送信號；一第一第二相位饋入路徑，電連接於該第一片狀輻射體，其係從第一長邊之該第一端饋入該至少一第一內部傳送信號後，產生一第一第二相位傳送信號，其中該第一第一相位傳送信號與該第一第二相位傳送信號係彼此反相；一第一相位開關，電連接該第一第一相位饋入路徑與該第一第二相位饋入路徑；以及一第一相位偏移器，電連接於該第一相位開關，其係透過該第一相位開關而接收該第一第一相位傳送信號與該第一第二相位傳送信號之一者後，對其進行相位偏移並產生一第一偏移傳送信號，其中該至少一第一外部傳送信號係透過對該第一偏移傳送信號的強度進行調整後產生。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該第二收發電路係包含：一第二第一相位饋入路徑，電連接於該第二片狀輻射體，其係從第二長邊之該第一端饋入該至少一第二內部傳送信號後，產生一第二第一相位傳送信號；一第二第二相位饋入路徑，電連接於該第二片狀輻射體，其係從第二長邊之該第一端饋入該至少一第二內部傳送信號後，產生一第二第二相位傳送信號，其中該第二第一相位傳送信號與該第二第二相位傳送信號係彼此反相；一第二相位開關，電連接該第二第一相位饋入路徑與該第二第二相位饋入路徑；以及一第二相位偏移器，電連接於該第二相位開關，其係透過該第二相位開關而接收該第二第一相位傳送信號與該第二第二相位傳送信號之一者後，對其進行相位偏移並產生一第二偏移傳送信號，其中該至少一第二外部傳送信號係透過對該第二偏移傳送信號的強度進行調整後產生。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該第一片狀輻射體與該第二片狀輻射體係為一導電材質，且該第一片狀輻射體之該第一長邊之該第一端、第一片狀輻射體之該第一長邊之該第二端、該第二片狀輻射體之該第二長邊之該第一端，以及該第二片狀輻射體之該第二長邊之該第二端均為一漸變槽線天線結構。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該第一長邊與該第二長邊等長，且該第一短邊與該第二短邊等長。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該第一片狀輻射體與該第二片狀輻射體透過該第一長邊與該第二長邊而彼此鄰接，且該第一片狀輻射體與該第二片狀輻射體形成一直角。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中該等第一收發元件與該等第二收發元件係於一平面上，共同形成具有M行與N列之一格狀排列，其中該格狀排列之一列方向係平行於該第一方向，且該格狀排列之一行方向係平行於該第二方向，其中該等第一收發元件的該第一片狀輻射體之該第一短邊係平行於該列方向，且該等第二收發元件的該第二片狀輻射體之該第二短邊係平行於該行方向。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之傳送器，其中，該第一極化方向係為一水平極化方向與一垂直極化方向之一者，且該第二極化方向係為該水平極化方向與該垂直極化方向之另一者。
  15. 一種接收器，接收具有一第一極化方向之至少一第一外部接收信號，以及接收具有一第二極化方向之至少一第二外部接收信號，該接收器係包含：複數個第一收發元件，其中各該第一收發元件係包含：一第一片狀輻射體，具有一第一短邊與一第一長邊，分別平行於一第一方向與一第三方向；以及一第一收發電路，設置於該第一片狀輻射體上，其係從該第一長邊之一第二端饋入該至少一第一外部接收信號，在對該至少一外部接收信號進行一第一接收轉換而產生具有該第一極化方向之至少一第一內部接收信號後，將該至少一第一內部接收信號饋入該第一長邊之一第一端；以及複數個第二收發元件，其中各該第二收發元件係包含：一第二片狀輻射體，具有一第二短邊與一第二長邊，分別平行於一第二方向與該第三方向；以及一第二收發電路，設置於該第二片狀輻射體上，其係從該第二長邊之一第二端饋入該至少一第二外部接收信號，在對該至少一第二外部接收信號進行一第二接收轉換而產生具有該第二極化方向之至少一第二內部接收信號後，將該至少一第二內部接收信號饋入該第二長邊之一第一端，其中該第一極化方向與該第二極化方向係彼此正交，且該第一方向、該第二方向與該第三方向係彼此垂直。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之接收器，其中該第一收發電路係包含：一第一相位偏移器，其係對強度經過調整之該至少一第一外部接收信號進行相位偏移，並據以產生一第一偏移接收信號；一第一相位開關，電連接於該第一相位偏移器；一第一第一相位饋入路徑，電連接於該第一相位開關與該第一片狀輻射體，其係透過該第一相位開關而接收該第一偏移接收信號後，產生一第一第一相位接收信號，並將該第一第一相位接收信號饋入該第一長邊之該第一端；以及一第一第二相位饋入路徑，電連接於該第一相位開關與該第一片狀輻射體，其係透過該第一相位開關而接收該第一偏移接收信號後，產生一第一第二相位接收信號，並將該第一第二相位接收信號饋入該第一長邊之該第一端，其中，該第一相位開關係將該第一相位偏移器導通至該第一第一相位饋入路徑與該第一第二相位饋入路徑之一者，且該第一第一相位接收信號與該第一第二相位接收信號係彼此反相。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之接收器，其中該第二收發電路係包含：一第二相位偏移器，其係對強度經過調整之該至少一第二外部接收信號進行相位偏移，並據以產生一第二偏移接收信號；一第二相位開關，電連接於該第二相位偏移器；一第二第一相位饋入路徑，電連接於該第二相位開關與該第二片狀輻射體，其係透過該第二相位開關而接收該第二偏移接收信號後，產生一第二第一相位接收信號，並將該第二第一相位接收信號饋入該第二長邊之該第一端；以及一第二第二相位饋入路徑，電連接於該第二相位開關與該第二片狀輻射體，其係透過該第二相位開關而接收該第二偏移接收信號後，產生一第二第二相位接收信號，並將該第二第二相位接收信號饋入該第二長邊之該第一端，其中，該第二相位開關係將該第二相位偏移器導通至該第二第一相位饋入路徑與該第二第二相位饋入路徑之一者，且該第二第一相位接收信號與該第二第二相位接收信號係彼此反相。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之接收器，其中該第一片狀輻射體與該第二片狀輻射體係為一導電材質，且該第一片狀輻射體之該第一長邊之該第一端、第一片狀輻射體之該第一長邊之該第二端、該第二片狀輻射體之該第二長邊之該第一端，以及該第二片狀輻射體之該第二長邊之該第二端均為一漸變槽線天線結構。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之接收器，其中該等第一收發元件與該等第二收發元件係於一平面上，共同形成具有M行與N列之一格狀排列，其中該格狀排列之一列方向係平行於該第一方向，且該格狀排列之一行方向係平行於該第二方向，其中該等第一收發元件的該第一片狀輻射體之該第一短邊係平行於該列方向，且該等第二收發元件的該第二片狀輻射體之該第二短邊係平行於該行方向。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之接收器，其中該第一長邊與該第二長邊等長，且該第一短邊與該第二短邊等長，其中該第一片狀輻射體與該第二片狀輻射體透過該第一長邊與該第二長邊而彼此鄰接，且該第一片狀輻射體與該第二片狀輻射體形成一直角。
TW105141826A 2016-12-16 2016-12-16 傳送器與接收器 TWI623207B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105141826A TWI623207B (zh) 2016-12-16 2016-12-16 傳送器與接收器
US15/389,821 US9800396B1 (en) 2016-12-16 2016-12-23 Transmitter and receiver
CN201611228304.9A CN108206705B (zh) 2016-12-16 2016-12-27 传送器与接收器
EP16206954.6A EP3336965B1 (en) 2016-12-16 2016-12-27 Space-fed active phased antenna array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105141826A TWI623207B (zh) 2016-12-16 2016-12-16 傳送器與接收器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI623207B true TWI623207B (zh) 2018-05-01
TW201824770A TW201824770A (zh) 2018-07-01

Family

ID=58098385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105141826A TWI623207B (zh) 2016-12-16 2016-12-16 傳送器與接收器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9800396B1 (zh)
EP (1) EP3336965B1 (zh)
CN (1) CN108206705B (zh)
TW (1) TWI623207B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10320450B2 (en) * 2017-09-06 2019-06-11 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Antenna arrangement for two polarizations
GB201803433D0 (en) * 2018-03-02 2018-04-18 Secr Defence Dual polarised antenna
KR102598629B1 (ko) * 2019-01-23 2023-11-07 삼성전자주식회사 안테나를 포함하는 전자 장치
WO2021221978A1 (en) * 2020-04-26 2021-11-04 Arris Enterprises Llc High-gain reconfigurable antenna
US20220006187A1 (en) * 2020-07-03 2022-01-06 Sequans Communications S.A. Antenna element arrangement
CN112737653B (zh) * 2020-12-28 2022-03-25 重庆邮电大学 一种利用球面波模型的非均匀天线阵列系统设计方法
US11916641B2 (en) * 2021-04-14 2024-02-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of synchronizing the H and V phase in a dual-polarized phased array system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4301457A (en) * 1978-09-01 1981-11-17 Bogner Richard D Antenna employing curved parasitic end-fire directors
US20120115548A1 (en) * 2010-11-09 2012-05-10 Hitachi Cable, Ltd. Mobile communication base station antenna and mobile communication base station antenna system
US20140184457A1 (en) * 2011-08-17 2014-07-03 CBF Networks, Inc. Backhaul radio with a substrate tab-fed antenna assembly

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4010471A (en) * 1975-06-20 1977-03-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Polarization rotator for phase array antennas
US4381509A (en) * 1981-02-23 1983-04-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Cylindrical microwave lens antenna for wideband scanning applications
US4939527A (en) * 1989-01-23 1990-07-03 The Boeing Company Distribution network for phased array antennas
US5103233A (en) * 1991-04-16 1992-04-07 General Electric Co. Radar system with elevation-responsive PRF control, beam multiplex control, and pulse integration control responsive to azimuth angle
US6281838B1 (en) * 1999-04-30 2001-08-28 Rockwell Science Center, Llc Base-3 switched-line phase shifter using micro electro mechanical (MEMS) technology
US6421021B1 (en) 2001-04-17 2002-07-16 Raytheon Company Active array lens antenna using CTS space feed for reduced antenna depth
US6650291B1 (en) * 2002-05-08 2003-11-18 Rockwell Collins, Inc. Multiband phased array antenna utilizing a unit cell
US6822615B2 (en) 2003-02-25 2004-11-23 Raytheon Company Wideband 2-D electronically scanned array with compact CTS feed and MEMS phase shifters
US7446601B2 (en) 2003-06-23 2008-11-04 Astronix Research, Llc Electron beam RF amplifier and emitter
US7170446B1 (en) * 2004-09-24 2007-01-30 Rockwell Collins, Inc. Phased array antenna interconnect having substrate slat structures
US7728772B2 (en) 2006-06-09 2010-06-01 The Regents Of The University Of Michigan Phased array systems and phased array front-end devices
JP5157521B2 (ja) * 2007-03-20 2013-03-06 富士通株式会社 偏波多重光受信機、偏波多重光送受信システムおよび偏波多重光送受信システムの制御方法
US7474263B1 (en) * 2007-10-31 2009-01-06 Raytheon Company Electronically scanned antenna
CN102047604A (zh) * 2008-05-28 2011-05-04 爱立信电话股份有限公司 极化协调
US8248320B2 (en) 2008-09-24 2012-08-21 Raytheon Company Lens array module
IT1392314B1 (it) 2008-12-18 2012-02-24 Space Engineering Spa Antenna a lente discreta attiva aperiodica per coperture satellitari multifascio
WO2011064585A1 (en) * 2009-11-27 2011-06-03 Bae Systems Plc Antenna array
CN104781984A (zh) 2012-12-10 2015-07-15 英特尔公司 具有rf和基带波束形成的模块化天线阵列
WO2014161566A1 (en) * 2013-04-02 2014-10-09 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) A radio antenna alignment tool
US20170062952A1 (en) * 2015-09-02 2017-03-02 Ace Antenna Company Inc. Dual band, multi column antenna array for wireless network

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4301457A (en) * 1978-09-01 1981-11-17 Bogner Richard D Antenna employing curved parasitic end-fire directors
US20120115548A1 (en) * 2010-11-09 2012-05-10 Hitachi Cable, Ltd. Mobile communication base station antenna and mobile communication base station antenna system
US20140184457A1 (en) * 2011-08-17 2014-07-03 CBF Networks, Inc. Backhaul radio with a substrate tab-fed antenna assembly

Also Published As

Publication number Publication date
EP3336965A1 (en) 2018-06-20
US9800396B1 (en) 2017-10-24
EP3336965B1 (en) 2020-05-06
CN108206705A (zh) 2018-06-26
CN108206705B (zh) 2020-02-21
TW201824770A (zh) 2018-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI623207B (zh) 傳送器與接收器
US11552397B2 (en) High gain and large bandwidth antenna incorporating a built-in differential feeding scheme
US9209526B2 (en) Broadband dual-polarized omni-directional antenna and feeding method using the same
US10116061B2 (en) Beam steerable communication apparatus
Rajagopal et al. Antenna array design for multi-gbps mmwave mobile broadband communication
US20190229401A1 (en) Antenna assembly and mobile terminal
US20150195015A1 (en) Power control method and device for forming multiple beams in wireless communication system
US10331179B1 (en) Antenna system and mobile terminal
US20240283138A1 (en) Antenna system and base station antenna feeder system
TW201824768A (zh) 傳送裝置與接收裝置
WO2022213549A1 (en) Small cell beamforming antennas suitable for use with 5g beamforming radios and related base stations
TW202005178A (zh) 相位陣列天線模組以及包括所述相位陣列天線模組的通訊裝置
Artemenko et al. Multiple-feed integrated lens antenna with continuous scanning range
Yang et al. Advanced multifunctional antennas for 5G and beyond
WO2024021780A1 (zh) 一种天线和通信设备
Elsakka et al. On the use of focal-plane arrays in mm-wave 5G base stations
KR102428139B1 (ko) 밀리미터파용 균일 원형 배열 안테나
KR102742813B1 (ko) 테라헤르츠 광대역 안테나 및 이를 설계하는 방법
Abdaljabar et al. A Comprehensive Study of Massive MIMO Antenna Arrays in the Next Generation of Communication Networks
CN106549226A (zh) 射频收发系统
TWI857411B (zh) 圓極化陣列天線模組及無線通訊裝置
CN204741067U (zh) 双天线波束成形的移动终端
US20250379642A1 (en) mmWave Passive Beamforming Repeaters for Millimeter Wave
WO2025025851A1 (zh) 一种天线和通信设备
WO2025044700A1 (zh) 基站天线和基站