CN110970740A

CN110970740A - 天线系统

Info

Publication number: CN110970740A
Application number: CN201811148407.3A
Authority: CN
Inventors: 詹长庚; 徐杰圣
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2018-09-29
Filing date: 2018-09-29
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2038-09-29
Also published as: CN110970740B

Abstract

一种天线系统。该天线系统用来收发无线电信号，该天线系统包括一第一复合天线，包括一第一介质层；一第一接地金属板；第一至第四阵列天线；以及一第一传输线装置，用来传输射频信号至该第一至第四阵列天线；一第二复合天线，以一夹角而相对该第一复合天线固定，该包括一第二介质层；一第二接地金属板；第五至第八阵列天线；以及一第二传输线装置，用来传输射频信号至该第五至第八阵列天线；以及一馈入装置，用来通过该第一及第二传输线装置交替输出射频信号至该第一复合天线及该第二复合天线，并切换输出至该第一至该第八阵列天线的射频信号的相位。本发明的天线系统具有适应性波束能力、高天线增益值及波束覆盖率、低成本、及较小的体积。

Description

天线系统

技术领域

本发明涉及一种天线系统，尤其涉及一种具有适应性波束能力，高天线增益值及波束覆盖率，低成本，及较小体积的天线系统。

背景技术

具有无线通信功能的电子产品通过天线来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号，进而存取无线网络。随着无线通信技术不断演进，传输容量及无线网络性能的需求也日益提升，因此许多无线通信系统已支持多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)通信技术，其可在不增加带宽或总发射功率耗损(Transmit Power Expenditure)的情况下，大幅地增加系统的数据吞吐量(Throughput)及传送距离，进而有效提升无线通信系统的频谱效率及传输速率而能改善通信质量。

支持多输入多输出通信技术的天线有许多种类。其中，平板式(panel-type)天线结构简单且成本较低，但在水平切面上的波束宽度较窄，意即波束覆盖(Beam Coverage)率较低，因此不易精准架设，且缺乏适应性波束(Adaptive Beam Alignment)的能力。若藉由一驱动马达而使平板式天线可对应旋转至具有最佳信号接收质量的方向，则能弥补平板式天线的缺点，但驱动马达会增加成本，对于架设的场所限制较多，且无法满足电子产品体积缩小的趋势。至于圆柱天线罩(radome)式的复合天线虽不需驱动马达，但其体积较大，且天线增益值较低。

因此，如何在有限体积及成本下，增加天线增益值及波束覆盖率，且兼顾适应性波束能力，也就成为业界所努力的目标之一。

因此，需要提供一种天线系统来解决上述问题。

发明内容

因此，本发明主要提供一种天线系统，其具有适应性波束能力，高天线增益值及波束覆盖率，低成本，及较小的体积。

本发明公开一种天线系统，该天线系统用来收发无线电信号，该天线系统包括：一第一复合天线，该第一复合天线包括：一第一介质层；一第一接地金属板，该第一接地金属板固定于该第一介质层之上，并与该第一介质层间隔一第一间距而形成一第一空气介质层；一第一、一第二、一第三及一第四阵列天线，该第一、第二、第三及第四阵列天线以一4×4矩阵方式排列而固定于该第一接地金属板之上，并与该第一接地金属板间隔一第二间距而形成一第二空气介质层；以及一第一传输线装置，该第一传输线装置形成于该第一介质层面对该第一接地金属板的一面，用来传输射频信号至该第一至该第四阵列天线；一第二复合天线，该第二复合天线以一夹角而相对该第一复合天线固定，该第二复合天线包括：一第二介质层；一第二接地金属板，该第二接地金属板固定于该第二介质层之上，并与该第二介质层间隔一第三间距而形成一第三空气介质层；一第五、一第六、一第七及一第八阵列天线，该第五、第六、第七及第八阵列天线以该4×4矩阵方式排列而固定于该第二接地金属板之上，并与该第二接地金属板间隔一第四间距而形成一第四空气介质层；以及一第二传输线装置，该第二传输线装置形成于该第二介质层面对该第二接地金属板的一面，用来传输射频信号至该第五至该第八阵列天线；以及一馈入装置，该馈入装置耦接于该第一传输线装置及该第二传输线装置，用来交替输出射频信号至该第一复合天线及该第二复合天线，以通过该第一复合天线或该第二复合天线发射无线电信号，并切换输出至该第一至该第八阵列天线的射频信号的相位，以改变该第一至该第八阵列天线所产生的波束的特性。

本发明的天线系统的外观接近平板状，可缩小体积，可有效提升增益值、隔离度及操作带宽，可提供4×4多输入多输出功能，并可有效提升水平切面及垂直切面的波束覆盖范围。

附图说明

图1A为本发明实施例一天线系统的等视角示意图。

图1B为图1A的天线系统的俯视示意图。

图1C为图1A的天线系统的后斜视角示意图。

图2A至图2D分别为图1A中一阵列天线的剖面示意图、外观示意图、移除单元天线后的示意图以及移除接地金属板后的示意图。

图3A、图3B为图1A中一第一复合天线不同角度的局部放大示意图。

图4为图1A的天线系统中一馈入装置的功能框图。

图5A为图4中一馈入模块的一实施例的功能框图。

图5B为图5A中一相位平移器的一实施例的示意图。

图6为图1A的天线系统中一阵列天线的共振特性及隔离度示意图。

图7A为图1A的天线系统中二阵列天线的垂直极化天线在波束合成的后垂直切面上的增益值场型图。

图7B为图1A的天线系统中二阵列天线的水平极化天线在波束合成的后垂直切面上的增益值场型图。

图8A为图1A的天线系统中二阵列天线的垂直极化天线当两者相位差为0度时，其在波束合成的后水平切面上的增益值场型图。

图8B为图1A的天线系统中二阵列天线的水平极化天线当两者相位差为0度时，其在波束合成的后水平切面上的增益值场型图。

图9A为图1A的天线系统中二阵列天线的垂直极化天线当两者相位差为+110度时，其在波束合成的后水平切面上的增益值场型图。

图9B为图1A的天线系统中二阵列天线的水平极化天线当两者相位差为+110度时，其在波束合成的后水平切面上的增益值场型图。

图10A为图1A的天线系统中二阵列天线的垂直极化天线当两者相位差为-110度时，其在波束合成的后水平切面上的增益值场型图。

图10B为图1A的天线系统中二阵列天线的水平极化天线当两者相位差为-110度时，其在波束合成的后水平切面上的增益值场型图。

图11A为图1A的天线系统中二阵列天线的垂直极化天线在水平切面上的波束覆盖图。

图11B为图1A的天线系统中二阵列天线的水平极化天线在水平切面上的波束覆盖图。

主要组件符号说明：

10 天线系统

12 第一复合天线

14 第二复合天线

16 馈入装置

120、140 介质层

124、144 传输线装置

122、142 接地金属板

126、146 反射板

ANT_1～ANT_8 阵列天线

U 单元天线

TXM 传输线模块

TL_1、TL_2 传输线

ANG 夹角

G1、G2 间距

ARL_1、ARL_2 空气介质层

400、402、404、406 馈入模块

SL 槽孔

PB 馈入件

500 功率分配器

502、504 相位平移器

508 切换器

510 延迟单元

512 输出线

具体实施方式

请参考图1A、图1B、图1C，图1A为本发明实施例一天线系统10的等视角示意图，图1B为天线系统10的俯视示意图，而图1C为天线系统10的后斜视角示意图。图1A、图1B、图1C及后续图示中标示有x、y、z的坐标系，用以表示天线系统10的空间关系。天线系统10用以收发无线电信号，并可提供4×4多输入多输出功能，其包含有一第一复合天线12、一第二复合天线14及一馈入装置16(未绘示于图1A、图1B、图1C)。第一复合天线12包含有一介质层120、一接地金属板122、一传输线装置124、一反射板126及阵列天线ANT_1～ANT_4，而第二复合天线14包含有一介质层140、一接地金属板142、一传输线装置144、一反射板146及阵列天线ANT_5～ANT_8。第一复合天线12与第二复合天线14以单边固定，两者间的夹角为ANG，且夹角ANG大致介于70度至150度之间，其主要相关于天线系统10的增益值与波束覆盖率，较佳地为120度。当夹角ANG增加时，增益值可提高但波束覆盖率会下降；反之，若减小夹角ANG，增益值虽减低但可改善波束覆盖率。阵列天线ANT_1～ANT_8皆为1×2阵列天线，即各别包含二个上下排列的单元天线U，而每一单元天线U具有相同的结构及尺寸。

第一复合天线12及第二复合天线14的结构相似，其由下至上(背面至表面)依序为反射板126、146、介质层120、140、传输线装置124、144、接地金属板122、142以及阵列天线ANT_1～ANT_8，且阵列天线ANT_1～ANT_8以4×4矩阵方式排列而固定于接地金属板122、142之上。关于第一复合天线12及第二复合天线14的详细结构以下以第一复合天线12的阵列天线ANT_1为例说明，请一并参考图2A至图2D，图2A至图2D分别为阵列天线ANT_1的剖面示意图、外观示意图、移除单元天线U后的示意图以及移除接地金属板122后的示意图。在天线系统10中，单元天线U为双极化微带天线，即其可产生垂直极化及水平极化的辐射场型。在此情形下，为了使单元天线U可正确运作，本发明实施例采用复合式馈入方式，即利用直接馈入及耦合馈入来将射频信号传送至单元天线U。详细来说，如图2A至图2D所示，传输线装置124形成于介质层120上，其包含四个传输线模块TXM分别对应于阵列天线ANT_1～ANT_4(图2B至图2D仅绘示对应于阵列天线ANT_1的传输线模块TXM)，而每一传输线模块TXM由传输线TL_1、TL_2所组成，并电性连接于馈入装置16(未绘示于图2A至图2D)，用以将射频信号馈入至单元天线U。其中，传输线TL_1对应于垂直极化操作，其未电性连接于单元天线U，而是搭配接地金属板122上的槽孔SL(如图2C所示)，以耦合馈入方式将射频信号传输至单元天线U。传输线TL_2则对应于水平极化操作，其具有馈入件PB电性连接于单元天线U(如图2A、图2C、图2D所示)，用来以直接馈入方式将射频信号传输至单元天线U；其中，接地金属板122还包含对应于馈入件PB的槽孔，使馈入件PB可穿过接地金属板122。此外，由图2A可知，接地金属板122分别与介质层120及单元天线U间隔间距G1、G2，而形成空气介质层ARL_1、ARL_2，其主要目的为降低传输线的能量损耗。进一步地，请参考图3A、图3B，图3A、图3B为第一复合天线12不同角度的局部放大示意图，藉此可了解各元件的相对关系。

接下来，请参考图4，图4为天线系统10中馈入装置16的功能框图。馈入装置16电性连接于传输线装置124、144，可通过传输线装置124、144而交替输出射频信号至第一复合天线12及第二复合天线14，使同一时间只有一个复合天线被开启，而另一复合天线被关闭，并且，同一复合天线内的四个阵列天线是被同时开启，或者是被同时关闭。在此情形下，藉由馈入装置16的操作，加上单元天线U是双极化天线，因此，天线系统10可以提供4×4多输入多输出功能。此外，馈入装置16可切换输出至阵列天线ANT_1～ANT_8的射频信号的相位，以改变阵列天线ANT_1～ANT_8所产生的波束的特性，从而增加水平切面(即x-y平面)上波束覆盖的范围。

详细来说，馈入装置16包含有馈入模块400、402、404、406，其分别对应于阵列天线ANT_1～ANT_8中两水平相邻的阵列天线。也就是说，馈入模块400通过传输线装置124(的二个传输线模块TXM)输出射频信号至水平相邻的阵列天线ANT_1、ANT_2，馈入模块402通过传输线装置124(的二个传输线模块TXM)输出射频信号至水平相邻的阵列天线ANT_3、ANT_4，馈入模块404通过传输线装置144(的二个传输线模块TXM)输出射频信号至水平相邻的阵列天线ANT_5、ANT_6，以及馈入模块406通过传输线装置144(的二个传输线模块TXM)输出射频信号至水平相邻的阵列天线ANT_7、ANT_8。在此情形下，水平相邻的阵列天线ANT_1、ANT_2可形成第一组波束形成(Beamforming)，水平相邻的阵列天线ANT_3、ANT_4可形成第二组波束形成，水平相邻的阵列天线ANT_5、ANT_6可形成第三组波束形成，以及水平相邻的阵列天线ANT_7、ANT_8可形成第四组波束形成，藉此可增加波束覆盖的范围。更进一步地，馈入模块400、402、404、406可切换输出至阵列天线ANT_1～ANT_8的射频信号的相位，以改变阵列天线ANT_1～ANT_8所产生的波束的特性，进而增加水平切面上的波束覆盖范围。

馈入模块400、402、404、406的架构相同，以下以馈入模块400为例进行说明。请参考图5A，图5A为馈入模块400的一实施例的功能框图。在此实施例中，馈入模块400包含一功率分配器500及相位平移器502、504。功率分配器500为一对二功率分配器，即包含一输入端及二输出端，用以由输入端接收一信号源的信号，并将信号源产生的射频信号分配至二输出端，以传送至相位平移器502、504，进而通过传输线装置124(的二个传输线模块TXM)输出射频信号至水平相邻的阵列天线ANT_1、ANT_2。要达成同一时间只有一个复合天线被开启，在一实施例中，可在信号源与功率分配器500间增加开关电路，利用开关电路控制信号源与功率分配器500间的连接。然而，不限于此，任何可使同一时间只有一个复合天线被开启而另一复合天线被关闭的方式皆可用于本发明。此外，信号源仅是表示射频处理电路的输出信号，而馈入模块400、402、404、406所连接的信号源可以整合为同一信号源或多个信号源。另一方面，相位平移器502、504可切换操作于不同相位平移方式，以切换输出至传输线模块TXM的射频信号的相位，而可进一步使功率分配器500输出的射频信号以多个相位状态传送至单元天线U。其中，在一相位状态中，相位平移器502、504所输出的射频信号不具有相位差，而在其他相位状态，相位平移器502、504所输出的射频信号则具有相位差。如此一来，利用不同相位状态，阵列天线ANT_1～ANT_8所接收的射频信号可具有不同相位差或不具有相位差，而可在水平切面产生向左偏、向右偏或不偏的波束，从而增加水平切面的波束覆盖范围。

举例来说，若相位平移器502、504皆具有0度和110度两种相位平移方式，且相位平移器502输出的射频信号经由传输线模块TXM传送至阵列天线ANT_1，而相位平移器504输出的射频信号经由传输线模块TXM传送至阵列天线ANT_2。在一第一相位状态中，相位平移器502、504皆操作于0度相位平移方式，即相位平移器502、504所输出的射频信号不具有相位差，则阵列天线ANT_1、ANT_2所接收的射频信号为0度差的连续相位输入。在一第二相位状态中，相位平移器502操作于0度相位平移方式，相位平移器504操作于110度相位平移方式，则阵列天线ANT_1、ANT_2所接收的射频信号为+110度差的连续相位输入。在一第三相位状态中，相位平移器502操作于110度相位平移方式，相位平移器504操作于0度相位平移方式，则阵列天线ANT_1、ANT_2所接收的射频信号为-110度差的连续相位输入。换句话说，在第一相位状态、第二相位状态、第三相位状态中，阵列天线ANT_1、ANT_2的输入相位值分别为波束不偏的0度差连续输入、波束向右偏的+110度差连续输入和波束向左偏的-110度差连续输入，从而可以形成三种波束来增加水平切面的波束覆盖范围。因此，只要适度切换或调整相位平移器502的相位平移方式，即可使阵列天线ANT_1、ANT_2具有不同角度的相位输入，据此可产生不同波束，以增加水平切面的波束覆盖范围。

要达成相位平移器502分别具有两种相位平移方式，在一实施例中，可利用切换器与延迟单元的组合。举例来说，请参考图5B，图5B为相位平移器502的一实施例的示意图。在此实施例中，相位平移器502包含有一切换器508、一延迟单元510及一输出线512。切换器508耦接于功率分配器500，其可根据不同相位状态，而将功率分配器500输出的射频信号输出至延迟单元510或输出线512。在此实施例中，延迟单元510对应于110度相位平移方式，可将射频信号的相位延迟110度；而输出线512则对应于0度相位平移方式，亦即不改变射频信号的相位。如此一来，只要通过切换器508切换输出射频信号至延迟单元510或输出线512，就可以达成110度或0度的相位差。

由上述可知，天线系统10不需形成环状结构，因此可节省成本与缩小体积，使外观上接近平板状，适合外挂于墙上。就天线结构而言，单元天线U为双极化微带天线，且采用复合式馈入方式，同时具有直接馈入及耦合馈入，可有效改善垂直极化和水平极化天线的特性，包括共振带宽和场型前后比。再者，阵列天线ANT_1～ANT_8中任两水平相邻的阵列天线可搭配而执行波束形成，使同一复合天线中具有两组波束形成天线，再加上馈入装置16同一时间只开启一个复合天线，而关闭另一复合天线，因此藉由波束的切换可以增加天线系统在水平切面上的波束覆盖，进而可达到半面波束覆盖，并提供系统4×4多输入多输出功能。另一方面，馈入装置16并通过改变阵列天线ANT_1～ANT_8所接收的射频信号的相位排列，从而改变波束形成时波束的方向，进而增加每个复合天线在水平切面的波束覆盖范围。

为了验证天线系统10的功能，首先，经由HFSS模拟软件的计算，可以获得天线系统10中阵列天线ANT_1的共振特性及隔离度示意图，如图6所示，其中粗实线及细实线分别表示垂直及水平极化天线的共振特性(S-参数)，可知阵列天线ANT_1的S11小于-10.9dB，且适用于长期演进无线通信系统中Band48使用频段(如图6中B48区域)。同时，图6中虚线表示阵列天线ANT_1内部垂直极化天线和水平极化天线之间的隔离度(S-参数)，可知两者间的隔离度大于24.2dB。而其他阵列天线亦有相近特性，不再赘述。

接着，图7A为阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的垂直极化天线当两者具有0度相位差时在波束合成之后，在3550MHz时，垂直切面(即x-z平面)上的增益值场型图(其中虚线、实线分别表示垂直切面上不同极化方向的增益值场型，即同极化(Co-pol)和交叉极化(Cx-pol)的增益值场型)；此时的3dB波束宽度约为41度，可满足无线通信需求。而图7B为阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的水平极化天线在波束合成之后，在3550MHz时，垂直切面上的增益值场型图(其中虚线、实线分别表示垂直切面上不同极化方向的增益值场型，即Co-pol和Cx-pol的增益值场型)；此时的3dB波束宽度约为43度，亦可满足无线通信需求。换言之，阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的垂直及水平极化天线在波束合成之后，在垂直切面上皆具足够波束宽度。

另一方面，如前所述，馈入装置16可改变阵列天线ANT_1～ANT_8所接收的射频信号的相位排列方式，而可在水平切面产生向左偏、向右偏或不偏的波束，从而可形成三个波束来增加波束覆盖的范围。首先，当阵列天线ANT_1、ANT_2需输出不偏的波束时，即图5A的相位平移器502、504操作于0度相位平移方式，对应的水平切面上的增益值场型图如图8A、图8B所示。其中，图8A为阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的垂直极化天线在波束合成之后，在3550MHz时，水平切面上的增益值场型图(其中虚线、实线分别表示水平切面上不同极化方向的增益值场型，即Co-pol和Cx-pol的增益值场型)，此时的3dB波束宽度约为44度。而图8B为阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的水平极化天线在波束合成之后，在3550MHz时，水平切面上的增益值场型图(其中虚线、实线分别表示水平切面上不同极化方向的增益值场型，即Co-pol和Cx-pol的增益值场型)，此时的3dB波束宽度约为38度。因此，由图8A、图8B可知，阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2在波束合成之后的3dB波束宽度尚不足60度，无法满足特定无线通信需求(如120度的涵盖范围)。

接下来，相位平移器502操作于0度相位平移方式，相位平移器504操作于110度相位平移方式，则阵列天线ANT_1、ANT_2所接收的射频信号为+110度差的连续相位输入，对应的水平切面上的增益值场型图如图9A、图9B所示。其中，图9A为阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的垂直极化天线在波束合成之后，在3550MHz时，水平切面上的增益值场型图(其中虚线、实线分别表示水平切面上不同极化方向的增益值场型，即Co-pol和Cx-pol的增益值场型)；而图9B为阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的水平极化天线在波束合成之后，在3550MHz时，水平切面上的增益值场型图(其中虚线、实线分别表示水平切面上不同极化方向的增益值场型，即Co-pol和Cx-pol的增益值场型)。因此，由图9A、图9B可知，当相位平移器502操作于0度相位平移方式，且相位平移器504操作于110度相位平移方式时，阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2在波束合成之后可在水平切面上产生向右偏移的场型。

最后，相位平移器502操作于110度相位平移方式，相位平移器504操作于0度相位平移方式，则阵列天线ANT_1、ANT_2所接收的射频信号为-110度差的连续相位输入，对应的水平切面上的增益值场型图如图10A、图10B所示。其中，图10A为阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的垂直极化天线在波束合成之后，在3550MHz时，水平切面上的增益值场型图(其中虚线、实线分别表示水平切面上不同极化方向的增益值场型，即Co-pol和Cx-pol的增益值场型)；而图10B为阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的水平极化天线在波束合成之后，在3550MHz时，水平切面上的增益值场型图(其中虚线、实线分别表示水平切面上不同极化方向的增益值场型，即Co-pol和Cx-pol的增益值场型)。因此，由图10A、图10B可知，当相位平移器502操作于110度相位平移方式，且相位平移器504操作于0度相位平移方式时，阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2在波束合成之后可在水平切面上产生向左偏移的场型。

由图8A至图10B可知，通过改变相位平移器502、504的相位平移方式，阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2在波束合成之后可在水平切面上产生三个波束，其可整合为如图11A、图11B所示的场型波束覆盖图。其中，图11A为第一复合天线12的阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的垂直极化天线与第二复合天线14的阵列天线ANT_5与阵列天线ANT_6的垂直极化天线在水平切面上的波束覆盖图；此时，在120度的波束覆盖范围内，天线增益值约11.6至12.8dBi，最大值接近于13dBi。而图11B为第一复合天线12的阵列天线ANT_1与阵列天线ANT_2的水平极化天线与第二复合天线14的阵列天线ANT_5与阵列天线ANT_6的水平极化天线在水平切面上的波束覆盖图；此时，在120度的波束覆盖范围内，天线增益值约11.2至12.7dBi，最大值也接近于13dBi。因此，通过馈入装置16，天线系统10可达成半面波束覆盖，且波束可以覆盖至少120度的范围，并具有良好的天线增益值。

需注意的是，天线系统10为本发明的实施例，本领域普通技术人员应当可根据以上实施例做不同的变化及修饰。举例来说，天线系统10的第一复合天线12与第二复合天线14除了以单边连接而相互固定外，亦可以一连接轴而互相连接，或是两者可不电性连接而固定在一底座上。此外，第一复合天线12与第二复合天线14依据特定的夹角ANG而相对固定，但第一复合天线12与第二复合天线14亦可经适当机构设计后，使夹角ANG可在一定的角度区间内变动，以增加信号收发的灵活性，并确保架设与使用上的便利性，亦属本发明的范畴。此外，传输线装置124、144用以传送射频信号，其中传输线TL_1、TL_2的形状、位置、延伸长度等可适当调整，且不限于直接馈入与耦合馈入的组合，只要能维持天线效能，亦可皆为直接馈入或皆为耦合馈入。介质层120可以是FR4、塑料基板等，但不限于此。反射板126、146的目的是反射背向辐射的电磁波，用以改善天线辐射场型的前后比(F/B)，在不同应用中，可视系统需求而调整其形状、位置、材质等，或者由天线系统10移除。接地金属板122与介质层120及单元天线U的间距G1、G2用以形成空气介质层ARL_1、ARL_2，以降低传输线的能量损耗，可根据不同应用而适当调整间距G1、G2。另一方面，馈入装置16在同一时间仅开启一个复合天线而可达成4×4多输入多输出功能，并通过改变相位排列而改变波束形成方式，凡可达成此功能者皆适用于本发明。

综上所述，本发明的天线系统的外观接近平板状，可缩小体积，可有效提升增益值、隔离度及操作带宽，可提供4×4多输入多输出功能，并可有效提升水平切面及垂直切面的波束覆盖范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种天线系统，该天线系统用来收发无线电信号，该天线系统包括：

一第一复合天线，该第一复合天线包括：

一第一介质层；

一第一接地金属板，该第一接地金属板固定于该第一介质层之上，并与该第一介质层间隔一第一间距而形成一第一空气介质层；

一第一、一第二、一第三及一第四阵列天线，该第一、第二、第三及第四阵列天线以一4×4矩阵方式排列而固定于该第一接地金属板之上，并与该第一接地金属板间隔一第二间距而形成一第二空气介质层；以及

一第一传输线装置，该第一传输线装置形成于该第一介质层面对该第一接地金属板的一面，用来传输射频信号至该第一至该第四阵列天线；

一第二复合天线，该第二复合天线以一夹角而相对该第一复合天线固定，该第二复合天线包括：

一第二介质层；

一第二接地金属板，该第二接地金属板固定于该第二介质层之上，并与该第二介质层间隔一第三间距而形成一第三空气介质层；

一第五、一第六、一第七及一第八阵列天线，该第五、第六、第七及第八阵列天线以该4×4矩阵方式排列而固定于该第二接地金属板之上，并与该第二接地金属板间隔一第四间距而形成一第四空气介质层；以及

一第二传输线装置，该第二传输线装置形成于该第二介质层面对该第二接地金属板的一面，用来传输射频信号至该第五至该第八阵列天线；以及

一馈入装置，该馈入装置耦接于该第一传输线装置及该第二传输线装置，用来交替输出射频信号至该第一复合天线及该第二复合天线，以通过该第一复合天线或该第二复合天线发射无线电信号，并切换输出至该第一至该第八阵列天线的射频信号的相位，以改变该第一至该第八阵列天线所产生的波束的特性。

2.如权利要求1所述的天线系统，其中该夹角介于70度至150度之间。

3.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一至该第八阵列天线分别为一1×2阵列天线，该1×2阵列天线包括二单元天线，且该二单元天线具有相同的结构及尺寸。

4.如权利要求3所述的天线系统，其中该馈入装置包括四个馈入模块，分别对应于该第一至该第八阵列天线中两水平相邻的阵列天线，每一馈入模块包括：

一功率分配器，该功率分配器包括一输入端，耦接于一信号源，及二输出端，用来将该信号源产生的射频信号分配至该二输出端；

一第一相位平移器，该第一相位平移器耦接于该二输出端的一输出端，并通过该第一传输线装置或该第二传输线装置而耦接于该两水平相邻的阵列天线的一阵列天线，用来将该功率分配器输出的射频信号以多个相位状态传送至该阵列天线；以及

一第二相位平移器，该第二相位平移器耦接于该二输出端的另一输出端，并通过该第一传输线装置或该第二传输线装置而耦接于该两水平相邻的阵列天线的另一阵列天线，用来将该功率分配器输出的射频信号以该多个相位状态传送至该另一阵列天线；

其中，在该多个相位状态中一相位状态，该第一相位平移器与该第二相位平移器所输出的射频信号不具有相位差，而在该多个相位状态中其他相位状态，该第一相位平移器与该第二相位平移器所输出的射频信号具有相位差；

其中，该第一相位平移器及该第二相位平移器分别在至少二相位平移方式间切换，以切换输出至该两水平相邻的阵列天线的射频信号的相位。

5.如权利要求4所述的天线系统，其中该第一相位平移器及该第二相位平移器的每一相位平移器包括：

一输出线，该输出线耦接于该第一传输线装置或该第二传输线装置，对应于该至少二相位平移方式的一相位平移方式；

一延迟单元，该延迟单元耦接于该第一传输线装置或该第二传输线装置，对应于该至少二相位平移方式的另一相位平移方式；以及

一切换器，该切换器耦接于该输出线及该延迟单元，用来将该功率分配器输出的射频信号输出至该输出线及该延迟单元其中之一。

6.如权利要求3所述的天线系统，其中该二单元天线的每一单元天线是一双极化微带天线。

7.如权利要求6所述的天线系统，其中该第一传输线装置及该第二传输线装置分别包括四个传输线模块，对应于该第一至该第八阵列天线，每一传输线模块包括：

一第一传输线，该第一传输线电性连接于该馈入装置而未电性连接于该双极化微带天线，用来以耦合馈入方式传输射频信号至该双极化微带天线；以及

一第二传输线，该第二传输线电性连接于该双极化微带天线与该馈入装置，用来以直接馈入方式传输射频信号至该双极化微带天线；

其中，该第一接地金属板及该第二接地金属板还形成有多个槽孔，对应于该第一传输线。

8.如权利要求1所述的天线系统，其中该第一复合天线还包括一第一反射板，该第一反射板设置于该第一介质层之下，而该第二复合天线还包括一第二反射板，该第二反射板设置于该第二介质层之下。