CN102195129B - 发送/接收元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发送/接收元件，包括：多个金属层，其每一个都设置为与另一个间隔开；以及开关，用于控制金属层之间的电连接。开关包括接触点组和驱动部分，接触点组包括多个接触点对，每对都并列地设置在每两个金属层之间，驱动部分机械地驱动接触点组，用于使每个所述接触点对在接触与非接触之间进行状态切换。

Description

发送/接收元件

技术领域

本发明涉及适合于用作天线的发送/接收元件，通过切换控制可以改变其频率特性。

背景技术

近年来，期待发送/接收电路覆盖更宽范围的频率且准备用于发散(diversity)和波束形成。因此，这样的期待导致并列布置的天线数增加。然而，因为天线是尺寸很大的部件，占据发送/接收电路中大部分的面积，所以大量的天线意味着更大的电路面积，但这不认为是所希望的。为了解决这样的问题，已经在开发称为可再构造天线的天线。该可再构造天线在电介质层上提供有多个金属图案，每个电介质层例如用作辐射部分(发射/传播部分)。这些金属图案通过开关按照它们的电耦接被控制，从而辐射部分的电气长度可以改变。

这样的可再构造天线主要包括两种类型，一种类型是频率(辐射频率)可通过任意切换被控制，另一种类型是天线的方向性可以任意控制。频率通过切换控制类型的天线例如描述在US2009-0207091中，并且这样的天线辐射频率对应于辐射部分的电气长度的电磁波。通常，对于任何一个具体的电气长度，天线辐射频率为基础频率(ω)整数倍(即，ω、2ω和3ω等)的电磁波。另一方面，由于能够通过切换控制而改变电气长度，所以可再构造天线可单独地发送和接收任何频率的电磁波，而彼此不必为整数倍。这相应地帮助减小设置天线所需的空间尺寸。

作为示例，Helen K.Pan等的“Reconfigurable Antenna Implementation inMulti-radio Platform”(Intel Corporation，University of Illinois atUrbana-Champaign)描述了一种可再构造天线，其为部分提供有MOSFET(金属氧化物半导体场效晶体管)开关的单极天线。该可再构造天线可响应来自外部的控制信号而改变状态，即，可在状态1(以频率0.8GHz、0.9GHz和2.4GHz)和状态2(以频率1.8GHz、1.9GHz、2.1GHz和5.0GHz)之间改变。这里，在状态1下，频率0.8GHz和0.9GHz彼此不是整数倍。这是因为可再构造天线设计为具有宽范围的谐振频率，并且由一个谐振频率覆盖任何接近的频率。

发明内容

这里的问题是，对于上述的可再构造天线，为了设置开关，金属图案的每一个都提供为与另一个具有间隔。这样的间隔最终导致在金属图案导通时使具有辐射特性的带变窄的问题，且使所得到的辐射图案变形。另一个问题是降低了天线的方向性，这是由于从包括切换控制使用的配线图案的驱动电路辐射电磁波。为了不引起这样的问题，可以有这样的设计理念，将开关自身设置在金属图案外面，但是这样的构造也没有解决上述的金属图案之间的间隔造成影响的问题。考虑到如果开关设置得太远离而使得天线方向性下降的事实，开关可以每一个都设置在对应间隔部分的每一端附近。然而，这样的构造也没有解决上述金属图案之间的间隔造成的影响，此外，开关的驱动电路增加了数量。

因此，所希望的是提供这样的发送/接收元件，其能够在多个图案当中进行频率切换，同时能够满意地保持辐射特性。

根据本发明一方面的发送/接收元件提供有多个金属层和开关，每个金属层都设置为与另一个隔开，开关用于控制这些金属层的电连接。开关提供有接触点组和驱动部分。接触点组包括多个接触点对，每对都并列地设置在每两个对应的金属层的之间。驱动部分机械地驱动接触点组，用于在接触与非接触之间切换接触点对的每一个的状态。

对于根据本发明一方面的发送/接收元件，当开关中的驱动部分开始驱动接触点组时，接触点对的每一个都在接触与非接触之间切换状态，从而金属层的电连接被控制。对于这样的开关控制，遍及所有导通的整个金属层，无线电波以对应于金属层的电气长度的频率发送/接收。这里，通过这样机械地驱动接触点组，驱动电路的每一个都可以设置为与对应的金属层具有间隔，从而抑制了来自驱动电路的电磁波引起的任何可能的影响。而且，当金属层的每一个都设置为与另一个具有物理间隔时，任何所希望水平的辐射特性确实难以获得，但是，对于多个接触点对的每一个都并列地设置在接触点组中的构造，金属层之间的这样的物理间隔的尺寸被减小。

根据本发明一方面的发送/接收元件，在控制多个金属层的电连接的开关中，驱动部分机械地驱动接触点组，因此，可以抑制来自驱动电路的电磁波的辐射。而且，对于多个接触点对的每一个都并列地设置在接触点组中的构造，金属层之间的物理间隔的尺寸可以减小，从而可更加容易地获得任何所希望水平的辐射特性。从而，为了满意地获得辐射特性，在多个图案当中可以进行频率切换。

附图说明

图1是本发明第一实施例中的可再构造天线的平面图，示出了其示意性构造；

图2是沿着I-I线剖取的图1中的可在构造天线的截面图；

图3A和3B的每一个都是图1的可再构造天线的平面图，示出了区域II附近部分的构造，具体地讲，图3A示出了在开状态下的可再构造天线，而图3B示出其在闭状态下；

图4A和4B是示出图1的可再构造天线的操作效果的示意图；

图5A和5B分别为比较示例1和2中的可再构造天线的示意图，示出了它们的示意性构造；

图6是示出图1的可再构造天线的辐射特性的示意图；

图7是示出示例1中频率和反射强度之间的关系的特性图；

图8是修改示例1的可再构造天线的平面图，示出了其示意性构造；

图9A至9C是示出图8的可再构造天线的操作效果的示意图；

图10是本发明第二实施例中可再构造天线的平面图，示出了其示意性构造；

图11A至11C是示出图10的可再构造天线的操作效果的示意图；

图12是本发明第三实施例中的可再构造天线的平面图，示出了其示意性构造；

图13A至13C是示出图12的可再构造天线的操作效果的示意图；

图14是本发明第四实施例中可再构造天线的平面图，示出了其示意性构造；

图15A和15B的每一个都是示出图14的可再构造天线的操作效果的示意图；

图16是示出示例2中的频率和反射强度之间的关系的特性图；

图17是比较示例3的可再构造天线的平面图，示出了其示意性构造；

图18是修改示例2的可再构造天线的平面图，示出了其示意性构造；

图19A至19C是示出图18的可再构造天线的操作效果的示意图；

图20是本发明第五实施例中的可再构造天线的平面图，示出了其示意性构造；以及

图21A至21C是示出图20的可再构造天线的操作效果的示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细描述本发明的实施例。应当注意的是，按以下面的顺序给出描述。

1.第一实施例(金属图案成列设置的示范性可再构造天线)

2.修改示例1(第一实施例的另一个示例)

3.第二实施例(金属图案二维设置的示范性可再构造天线)

4.第三实施例(示范性单极天线)

5.第四实施例(示范性蝴蝶领结天线)

6.修改示例2(第四实施例的另一个示例)

7.第五实施例(三角形金属图案二维设置的示范性可再构造天线)

8.应用示例(采用发送/接收元件的示范性电子装置)

(第一实施例)

(可再构造天线1的构造)

图1是示出本发明第一实施例中可再构造天线1的示意性构造的示意图。图2是沿着I-I线剖取的图1的可再构造天线1的截面图。这样的可再构造天线1是拼接天线(patch antenna)(微带天线)，能够通过切换控制在多个图案当中进行频率切换。这样的可再构造天线1包括两个金属图案13a和13b，它们例如在电介质层110的表面上的预定区域中彼此间隔设置。两个金属图案之一，例如在该示例中的金属图案13a，沿着给电方向(feedingdirection)E提供有用于提供电流(电压)的给电点12。接触点组10提供到金属图案13a和13b之间的间隔，并且该接触点组10经由推杆(push rod)30与驱动部分20耦接。该驱动部分20驱动接触点组10。这些部件，即，接触点组10、驱动部分20和推杆30，全部用作根据其间的电耦接控制金属图案13a和13b的开关。接地层111形成在电介质层的下表面上，并且接地。

基板11是电介质基板，由表面上覆盖绝缘膜的硅(Si)基板构造，该绝缘膜例如由氮化硅(SiN)或氧化硅(SiO₂)等制造。

金属图案13a和13b的每一个都用作可再构造天线1中的辐射部分(发射和传播部分)，并且每一个都包括由金(Au)、铝(Al)和铜(Cu)等制造的金属膜。该金属膜和基板11之间可夹设用作紧密接触层的由钛(Ti)、铬(Cr)和钨(W)等制造的薄膜。作为选择，金属图案13a和13b可以包括贵金属，如铂(Pt)、钌(Ru)和铑(Rh)。在该实施例中，这些金属图案13a和13b例如在平面图中看时每一个都成形为矩形形状，并且沿着给电方向E成列(in series)设置，且在一个边处彼此相对。在该示例中，与稍后描述的活动接触点14a和固定接触点14b相类似。金属图案13a和13b每一个也都是层叠膜，包括钛制造的膜上形成的金制造的膜。

这样的金属图案13a和13b通过在电介质层110上彼此隔开设置而彼此电绝缘，并且通过接触点组10在开路操作(OFF操作)和闭合操作(ON操作)之间切换而根据其间的电耦接进行控制。这样的切换将在稍后详细描述。具体地讲，当金属图案13a和13b彼此电绝缘时，只有金属图案13a用作辐射部分，即，辐射部分11A。当金属图案13a和13b电导通时，跨越金属图案的整个区域，即从金属图案13a到金属图案13b的区域，用作辐射部分，即辐射部分11B。

接触点组10包括多个接触点对10a，其每对都并列设置。作为示例，这些接触点对10a设置为沿着金属图案13a和13b的相对边，几乎完全跨越其间的间隔。接触点组10设置在推杆30的一个端侧，推杆30延伸在接触点对10a沿其布置的方向上。

驱动部分20构造为包括致动器20a和驱动致动器20a的驱动电路20b。作为致动器20a，可适当采用例如由MEMS技术制作的MEMS(微机电系统)致动器，且特别是通过横向驱动操作的静电致动器。

推杆30的一端耦接到驱动部分20，并且接触点组的一部分，具体地讲，稍后将描述的接触点杆30a和活动接触点14a，提供在另一端侧。

参考图3A和3B，描述这些部件的具体构造，即，接触点组10(接触点对10a)、驱动部分20和推杆30的具体构造。图3A和3B的每一个都是示出图1的区域II附近部分，即，接触点组10以及金属图案13a和13b与驱动部分20之间的边界附近的部分的示意图。具体地讲，图3A示出了可再构造天线在OFF状态下，而图3B示出其在ON状态。

在该实施例中，金属图案13a和13b之间的间隔是腔体11a，其中容放可滑动的推杆30。推杆30是杆状构件，沿着接触点对10a布置的方向，即沿着操作轴Z延伸。推杆提供有多个接触点杆30a，其每一个都在与操作轴Z垂直的方向上突出。腔体11a的壁表面，即金属图案13a和13b彼此相对的平面，成形为凹状和凸状，以与推杆30的形状和对应的接触点杆30a的形状相匹配，即成形为类梳齿状。金属图案13a和13b设置为夹设其间的推杆30和接触点杆30a，以允许这样具有凹状和凸状的形状与每个对应的突出接触点杆30a之间的啮合。

推杆30和接触点杆30a的每一个都由基底构造，基底的表面上覆盖有金属膜130。基底构造为类似于基板11，并且金属膜130例如由类似于活动接触点14a和固定接触点14b的材料制造。这里应当注意的是，在推杆30中，金属膜130仅覆盖对应于金属图案13a和13b的部分，即辐射部分11A和11B。

对于腔体11a的壁表面，即，其中金属图案13a和13b彼此相对且成形有凹状和凸状的表面，多个固定接触点14b的每一个都并列设置。固定接触点14b的每一个都是对应的接触点对10a的一部分。在推杆30中，接触点杆30a的每一个都以一方式提供有活动接触点14a，以便使其相对于对应的固定接触点14b。这些部件，即接触点杆30a、活动接触点14a和固定接触点14b，构成一个接触点对10a。在这样的接触点对10a中，响应于推杆30的滑动运动，即其沿着操作轴Z的位置改变，活动接触点14a和固定接触点14b在接触(ON状态)和非接触(OFF状态)之间改变状态。

这样的腔体11a可通过采用例如包括光刻和干蚀刻的MEMS技术通过处理基板11而形成。在蚀刻期间，形成(即获得)推杆30和接触点杆30a。在基板11形成有这样的腔体11a后，所获得的基板11可在表面上形成有金属图案13a和13b，并且金属膜130可以形成在接触点杆30a和推杆30的预定区域。

活动接触点14a和固定接触点14b的每一个都是层叠膜，其包括例如设置在由钛制作的层上的由金制作的层。这样的层叠膜例如可以通过溅射和光刻形成，并且，在该膜中，例如，钛层的厚度为0.1μm，而金层的厚度为2.0μm。

在驱动部分20中，如上所述的这样的腔体11a形成为延伸，并且，在该腔体11a中，设置致动器20a。就是说，致动器20a形成在基板11中，与接触点组10共享基板11，并且连接到推杆30。这里应当注意的是，推杆30位于这样的驱动部分20的一区域中的部分未形成有金属膜130，并且例如由这部分暴露了由与基板11相同材料制造的基底。更具体地讲，推杆30的该部分是接触点组10和致动器20a之间的部分。就是说，驱动部分20提供到辐射部分11A和11B之外的区域，并且接触点组10和致动器20a彼此电绝缘，但是由推杆30物理地连接在一起。在驱动部分20中，致动器20a的驱动电路20b提供到致动器20a之外的区域，并且充分远离接触点对10a以及金属图案13a和13b。

致动器20a构造为包括活动电极21和固定电极22。活动电极21沿着与推杆30相同的操作轴(即操作轴Z)滑动，并且固定电极22固定到基板11。该致动器20a是所谓的静电MEMS致动器，通过横向驱动操作，也就是，操作为通过静电力沿着操作轴Z移动活动电极21。

活动电极21和固定电极22的每一个都是梳齿状电极，并且设置为彼此啮合。这样的活动电极21和固定电极22例如如下形成。就是说，基板11采用蚀刻和光刻进行三维处理，以形成梳齿状的基底。所形成的基底以金属膜覆盖在表面上，该金属膜类似于上述的活动接触点14a和固定接触点14b，即包括金层和钛层的层叠膜。活动电极21连接到推杆30，或者与其形成为为一体，并且推杆30构造为响应于活动电极21的滑动运动而滑动。

应当注意的是，在该示例中，致动器20a非必须限定为这样的静电致动器，而是可以采用利用MEMS能力操作在另一驱动模式下的任何其他类型的致动器，例如，压电式致动器、电磁致动器和双金属致动器。

(可再构造天线1的操作效果)

(频率切换的操作效果)

在该实施例中，如图1所示，两个金属图案13a和13b设有夹设于其间的接触点组10，并且这些金属图案13a和13b之间的电连接通过接触点组10在OFF操作和ON操作之间的切换控制。具体地讲，在OFF操作期间，金属图案13a和13b彼此电绝缘，并且仅来自包括给电点12的金属图案13a(即辐射部分11A)的电磁波处于工作中。另一方面，在ON操作期间，金属图案13a和13b电导通，并且来自跨越区域的整体中的这些金属图案13a和13b(即辐射部分11B)的电磁波处于工作中。

在这样的可再构造天线1中，电磁波以对应于其中辐射部分的电气长度的频率辐射。作为示例，如图4A所示，在OFF操作期间，电磁波以对应于辐射部分11A的电气长度λ_A的频率f_A辐射。另一方面，如图4B所示，在ON操作期间，电磁波以对应于辐射部分11B的电气长度λ_B的频率f_B辐射。假设金属图案13a和13b形成在例如由FR4(阻燃剂型4)制造的电路板上，则当λ_A＝1.1且λ_B＝1.5时，获得两个频率(基频)f_A＝60GHz和f_B＝50GHz。

可从天线辐射的电磁波是基频，以及基频整数倍的频率。从而，该实施例中从天线辐射的电磁波是频率f_A和f_B以及频率f_A和f_B的整数倍的频率，即频率f_A、2f_A和3f_A等以及f_B、2f_B和3f_B等。换言之，通过接触点组10控制两个金属图案13a和13b之间的电连接，可以根据两个频率f_A和f_B进行频率切换。

(辐射特性的操作效果)

图5A示出了比较示例1中的可再构造天线100，而图5B示出了比较示例2中的可再构造天线102。这些可再构造天线100和102通过控制之间设有间隔的两个金属图案100A和100B之间的电连接，根据两个频率采用开关101执行频率切换。

可再构造天线100构造为仅在邻近金属图案100A和100B之间的中央间隙的区域中包括开关101。这样，在可再构造天线100中，当金属图案100A和100B电导通时，辐射部分中的辐射表面(辐射表面S100)形成有大的凹口X1。这样形成的凹口X1导致使辐射特性带变窄的问题，并且所产生的辐射图案变形。而且，由于开关101与用于切换控制使用的驱动电路DC连接的构造，受从驱动电路DC辐射的电磁波X2的影响，最终降低了天线的方向性。换言之，与金属图案100A和100B电导通时的任何理想辐射表面(辐射表面SB)不同，辐射表面S100难以实现任何希望水平的辐射特性。

另一方面，可再构造天线102构造为在金属图案100A和100B之间的间隔的每一端部附近包括开关101。这样，可再构造天线102中的开关101设置为靠近外侧，从而驱动电路DC可以远离金属图案100A和100B设置。因此，这减小了如上所述的来自驱动电路DC的电磁波辐射的影响。然而，这里的间题是，当金属图案100A和100B电导通时，辐射部分中辐射表面(辐射表面S102)上仍然存在凹口X1。换言之，与辐射表面SB不同，辐射表面S102仍然难以实现任何希望水平的辐射特性。

另一方面，在该实施例中，金属图案13a和13b通过机械驱动接触点组10的驱动部分20控制其间的电耦接。具体地讲，采用如图3A和3B所示的致动器20a，切换控制操作执行如下。

当接收闭合操作指令时，即在没有电压施加的OFF状态下切换到ON状态时，驱动部分20在致动器20a中的活动电极21和固定电极22之间施加驱动电压。响应于此，在活动电极21和固定电极22之间产生电磁力，并且活动电极21沿着操作轴Z滑动，以靠近固定电极22。据此，推杆30沿着操作轴Z滑动，然后与接触点对10d接触，从而状态改变到ON状态(图3B)。另一方面，当接收到开路操作的指令时，即在具有电压施加的ON状态下切换到OFF状态时，驱动部分20停止在活动电极21和固定电极22之间施加电压。响应于此，在活动电极21和固定电极22之间不再产生电磁力，并且活动电极21沿着操作轴Z滑动，以远离固定电极22移动。据此，推杆30沿着操作轴Z滑动，然后断开与接触点对10d的接触，从而推杆30返回到图3A的位置。应当注意的是，在驱动电路20b(图3A和3B中未示出)中，致动器20a期望地驱动为使活动电极21接地，并且使固定电极22在控制电位。这是因为推杆30可以通过与活动电极21的连接而保持在GND电位。

这样，当推杆30被致动器20a驱动时，并且当推杆30运动为沿着操作轴Z滑动(移动)时，响应于这样的滑动运动，接触点组10中的接触点对10a的状态在接触与非接触之间改变。通过这样的状态改变，金属图案13a和13b根据其间的电连接被控制。

来自驱动电路20a的驱动力在致动器20a中转换成机械运动，并且该机械运动经由推杆30传输给接触点对10a的每一个。换言之，仅在接触点组10和驱动部分20之间进行机械连接，并且布局中的部件可以保持彼此绝缘，由此能够减少受到来自包括切换控制线等的驱动电路20b的电磁波辐射的任何可能影响。

而且在该实施例中，接触点组10的多个接触点对10a的每一个都并列地设置在金属图案13a和13b之间。对于这样的构造，如图6所示，当金属图案13a和13b电导通时，辐射部分11B中的辐射表面(辐射表面SB₀)形成有多个凹口X0，且取决于接触点对10a之间的间隔。然而，这些凹口X0的每一个在尺寸上极小，因此所产生的辐射表面SB₀约等于辐射表面SB。而且，这样的多个接触点对10a可以由一个驱动部分20共同驱动，从而，与接触点对每一个都包括驱动部分的构造相比，驱动电路和控制线在数量上可以显著减少。

此外，在该实施例中，如图3A和3B所示，腔体11a的壁表面，即金属图案13a和13b彼此相对的平面，成形为凹状和凸状，以与推杆30的形状和接触点杆30a的形状匹配，并且推杆30和接触点杆30a的每一个都在表面上被金属膜130覆盖。对于这样的构造，如图6所示，金属图案13a和13b之间的间隔在尺寸上进一步减小到一程度，从而辐射表面SB₀上的凹口X0也在尺寸上减小。结果，辐射部分11B的辐射表面SB₀更加类似于理想的辐射表面SB。

作为第一实施例的示例，即示例1，可再构造天线1的相对于频率(GHz)的反射强度(dB)采用电磁模拟器计算。图7示出了计算结果。应当注意的是，虚线箭头所示的特性是金属图案13a和13b彼此电绝缘(即OFF状态下)的辐射部分11A(电气长度λ_A和频率f_A)的特性。实线箭头所示的特性是金属图案13a和13b电导通(即ON状态下)的辐射部分11B(电气长度λ_B和频率f_B)的特性。在OFF状态下，设定为λ_A＝1.1，且在ON状态下λ_B＝1.5。而且，对于上述比较示例2中的可再构造天线102，相对于频率的反射强度类似于该示例1的比较示例进行计算。

关于示例1和比较示例2二者的计算结果，在OFF状态(电气长度λ_A＝1.1)被观测谐振频率为60GHz，并且在ON状态(电气长度λ_B＝1.5)，谐振频率被观察为50GHz。由这些结果可知，示例1和比较示例2实施的可再构造天线包括两个基频值，即50GHz和60GHz。应当注意的是，在ON状态，示例1中的反射强度显示的峰值比比较示例2高出约2dB。这表示示例1中的可再构造天线与比较示例2中的天线相比具有较高的增益以及良好的方向性。换言之，可知，对于包括每个都并列设置的多个接触点对10a的构造且通过机械驱动这些接触点对10a，改善了辐射特性。

这样，在该实施例中，驱动部分20通过机械驱动接触点组10按着金属图案13a和13b之间的电连接控制金属图案13a和13b，从而驱动电路20b可以设置为远离接触点组10。该构造相应地减少了来自驱动电路20b的电磁波的任何可能的影响。而且，接触点组10包括每一个都并列设置的多个接触点对10a，从而金属图案13a和13b减小了其间的物理间隔，并且这有利地帮助所产生的可再构造天线具有任何所希望的辐射特性。这样，该实施例中的可再构造天线可以在多个图案当中执行频率切换(在该示例中，根据基频F_A和F_B的频率切换)，同时能够满意地保持辐射特性。

(修改示例1)

图8是示出上述第一实施例的修改示例中可再构造天线2的示意性构造的示意图。与上述的可再构造天线1相类似，该可再构造天线2是拼接天线(patch antenna)，其中多个矩形形状的金属图案沿着给电方向E经由接触点组10成列设置。接触点组10分别经由推杆30与驱动部分20A和20B连接，且机械地驱动，从而其中的接触点对10a在接触与非接触之间转换状态。应当注意的是，与上述第一实施例类似的部件提供有相同的参考标号，并且如果合适则不再描述。

然而，与上述可再构造天线1不同，该修改示例中的可再构造天线2提供有合计三个金属图案，除了金属图案13a和13b外还包括金属图案13c，并且接触点组10提供在金属图案13a和13b之间以及金属图案13b和13c之间。这些接触点组10分别与驱动部分20A和20B连接。类似于上述驱动部分20，驱动部分20A和20B的每一个都提供有连接到对应的推杆30的致动器20a和用于驱动致动器20a的驱动电路20b。

这些金属图案13a至13c通过在电介质层上彼此间隔开设置而彼此电绝缘，而与上述第一实施例相类似，通过接触点组10在开路操作(OFF操作)和闭合操作(ON操作)之间的切换而控制它们的电耦接。而且，根据金属图案13a和13b之间的电连接状态，激活辐射部分11A或11B的任何一个。应当注意的是，在该修改示例中，使金属图案13b和13c电导通，以激活跨越金属图案的区域，即，从金属图案13a到金属图案13c的区域作为辐射部分，即，辐射部分11C。

在该修改示例中，三个金属图案13a至13c设有夹设在其间的接触点组10，并且这些接触点组10的每一个都用于控制金属图案13a和13b之间以及金属图案13b和13c之间的电连接。如图9A所示，当这些金属图案彼此电绝缘时，电磁波从辐射部分11A以对应于其电气长度λ_A的频率f_A辐射。另一方面，如图9B所示，当金属图案13a和13b由驱动相应的接触点组10的驱动部分20A电导通时，电磁波从辐射部分11B以对应于其电气长度λ_B的频率f_B辐射。而且，如图9C所示，当金属图案13a和13b由驱动相应的接触点组10的驱动部分20A彼此电导通时，并且当金属图案13b和13c也通过驱动相应的接触点组10的驱动部分20B彼此电导通时，电磁波从辐射部分11C以对应于其电气长度λ_C的频率f_C辐射。这样，在该修改示例中，所辐射的电磁波的频率为f_A、f_B和f_C，以及频率f_A、f_B和f_C的整数倍的频率，即频率f_A、2f_A和3f_A等、f_B、2f_B和3f_B等及频率f_C、2f_C和3f_C等。换言之，可以根据频率值(即f_A、f_B和f_C)执行频率转换。

这样，在电介质层上彼此设有间隔的金属图案的数量不必限于前面第一实施例中所述的两个，并且可以是该修改示例中的三个，或者可以是四个或更多。在任何情况下，可以实现类似于上述第一实施例中的效果，只要接触点组夹设在金属图案之间且驱动部分被提供而用于每个接触点组的机械驱动。在该修改示例中，由机械驱动接触点组和并列设置接触点对实现的效果变得更加明显，这是因为随着金属图案数量的增加，并且随着适合切换的频率范围变得较宽，所采用的切换数量增加。

而且，当该修改示例中提供的金属图案数为三或更多时，这意味着接触点组10的数量为二或更多。在此情况下，接触点组10的驱动可以从给电点12侧设置的任何一个开始接连地开始，以从OFF状态改变到ON状态。这样的驱动过程也可应用于下面将要描述的实施例和修改示例。

(第二实施例)

图10是示出本发明第二实施例中可再构造天线3的示意性构造的示意图。与上述的第一实施例中的可再构造天线1相类似，该可再构造天线3是能够在多个图案当中频率切换的拼接天线，并且接触点组10夹设在彼此设有间隔的多个金属图案15a至15c的每两个之间。这些接触点组10的每一个都经由推杆30连接到驱动部分，并且通过其的机械驱动而在接触与非接触之间切换状态。这里应当注意的是，类似于上述第一实施例的任何部件提供有相同的参考标号，如果合适则不再描述。

然而，与上述第一实施例中的可再构造天线1不同，第二实施例的可再构造天线3中的金属图案15a至15c二维地设置在两个方向上，即沿着给电方向E的方向d1和垂直于给电方向E的方向d2。具体地讲，沿着方向d1，金属图案15a至15c从给电点12侧开始按着15a、15b和15c的顺序设置，并且沿着方向d2，金属图案15a与另一个设置成行，金属图案15b与另两个设置成行，而金属图案15c与另三个设置成行。在该示例中，分别使这样的金属图案15a至15c的组同时电导通。换言之，金属图案的电连接根据沿着方向d2排列的组被控制。在图10中，为了方便起见，金属图案15a至15c的每一个都由“A”至“C”的任何一个表示，这取决于其属于哪个组。

在这些金属图案15a至15c的任何两个之间的间隔中，提供接触点组10。然而，不是每个间隔都包括接触点组10，而是沿着方向d1彼此相邻的任何两个金属图案，即，不同组的金属图案之间的间隔以及沿着方向d2彼此相邻的任何两个金属图案，即，相同组的金属图案之间的间隔包括接触点组10。

接触点组10根据其沿着方向d1或d2而连接到驱动部分20A1至20C1的任何一个或者驱动部分20A2至20C2的任何一个。具体地讲，给电点12和金属图案15a之间的接触点组10连接到驱动部分20A1，金属图案15a和15b之间的接触点组10连接到驱动部分20B1，并且金属图案15b和15c之间的接触点组10连接到驱动部分20C1。两个金属图案15a之间的接触点组10连接到驱动部分20A2，三个金属图案15b的预定两个之间的接触点组10连接到驱动部分20B2，并且四个金属图案15c的预定两个之间的接触点组10连接到驱动部分20C2。驱动部分20A1至20C1以及驱动部分20A2至20C2的每一个都提供有类似于上述第一实施例中的驱动部分20的连接到推杆30的致动器20a以及驱动致动器20a的驱动电路20b。

在该实施例中，如上所述，金属图案15a至15c沿着两个方向二维设置，即，沿着给电方向E的方向d1和垂直于给电方向E的方向d2二维设置。这些金属图案的电耦接由接触点组10机械地控制。对于拼接天线，其平面形状沿着给电方向E的长度是频率的控制因素，其垂直于给电方向E的长度是带(即天线方向性)的控制因素。换言之，在该实施例中，方向d1是频率切换的基础，并且方向d2是控制天线方向性的基础。

具体地讲，当驱动部分20A1和20A2使得给电点12和金属图案15a以及两个金属图案15a电导通时，从给电点12到金属图案15a的区域用作辐射部分，并且电磁波从其以带宽H_A和频率f_A辐射(图11A)。当驱动部分20B1和20B2进行电导通金属图案15a和15b以及三个金属图案15b时，从给电点12到金属图案15b的区域用作辐射部分，并且电磁波从其以频率f_B和H_B的带宽辐射(图11B)。而且，当驱动部分20C1和20C2进行电导通金属图案15b和15c以及四个金属图案15c时，从给电点12到金属图案15c的整个区域用作辐射部分，并且电磁波以频率f_C及带宽H_C辐射(图11C)。

如上所述，在第二实施例中，通过采用接触点组10机械地控制每一个都与另一个设有间隔的金属图案15a至15c之间的电连接可实现如上所述第一实施例所实现的类似效果。而且，通过沿着两个方向d1和d2二维布置的金属图案15a至15c，并且通过金属图案15a至15c的渐增电导通，所得到的天线不仅可以控制频率，还可以控制方向性。

在比较示例1和2中，如上所述，如果开关设置到用作辐射部分的区域的中间部分及其周围，则来自驱动电路等的电磁波负面影响辐射特性。为了避免这样的负面影响，除了在天线的外面设置开关外并无它法。结果，与该实施例中的可再构造天线不同，所得到的可再构造天线不能通过二维尺寸的改变而控制频率和方向性二者。另一方面，对于在二维尺寸上可任意控制的该实施例中的可再构造天线，天线特性可关注细节而进行控制，这是因为发送和接收环境的任何改变作为实现优化发送-接收敏感性的基础。

应当注意的是，在上述第二实施例中，二维布置的金属图案在沿着方向d2布置的组的基础上控制它们的电连接。这不必定是限制性的，作为选择，金属图案之间的电连接可以在沿着方向d1设置的组的基础上进行控制，或者可以在金属图案的基础上进行控制。

(第三实施例)

图12是示出本发明第三实施例中的可再构造天线4的示意性构造的示意图。可再构造天线4类似于上述的第一实施例中的可再构造天线1，能够在多个图案当中进行频率切换。在可再构造天线4中，三个金属图案16a至16c的每一个都沿着给电方向E与另一个设有间隔，并且接触点组10提供在这些金属图案16a至16c的每两个之间，以分别由驱动部分20A和20B机械地驱动。应当注意的是，与上述第一实施例中类似的部件提供有相同的参考标号，并且如果合适则不再重复描述。

应当注意的是，该实施例中的可再构造天线4是所谓的单极天线，并且金属图案16a至16c形成在沿着给电方向E延伸的圆柱电介质体的表面上。可再构造天线4也提供有驱动部分20A和20B。驱动部分20A负责驱动金属图案16a和16b之间设置的接触点组10，驱动部分20B负责驱动金属图案16b和16c之间设置的接触点组10。

还是在该实施例中，如上所述，金属图案16a至16c的每一个都沿着给电方向E与另一个设有间隔，并且这些金属图案之间的电连接由接触点组10机械地控制。在这样的可再构造天线中，当金属图案16a和16b彼此电绝缘时，金属图案16a用作辐射部分，并且电磁波从其以基频f_A辐射(图13A)。另一方面，当驱动部分20A进行电导通金属图案16a和16b时，跨越金属图案的区域，即从金属图案16a到金属图案16b的区域，用作辐射区域，并且从其而来的电磁波为基频f_B(图13B)。而且，当驱动部分20B进行电导通金属图案16b和16c时，跨越金属图案的区域，即从金属图案16a到金属图案16c的区域，用作辐射部分，并且电磁波从其以基频f_C辐射(图13C)。对于这样的构造，可以实现与上述第一实施例中实现的类似的效果。这里，这样的单极天线不必为唯一选择，并且所谓的双极天线也有应用的可能性。

(第四实施例)

图14是示出本发明第四实施例中的可再构造天线5的示意性构造的示意图。可再构造天线5是拼接天线，与上述第一实施例中的可再构造天线1类似，能够在多个图案当中进行频率切换。在可再构造天线5中，两个金属图案17a和17b的每一个都沿着给电方向E与另一个设有间隔，并且接触点组10提供在其间，以由驱动部分20机械地驱动。这里应当注意的是，与上述第一实施例中类似的任何部件提供有相同的参考标号，并且如果合适则不再重复描述。

然而，与上述第一实施例中的可再构造天线1不同，该实施例中的可再构造天线5是所谓的蝴蝶领结天线，并且关于给电点12对称。为了这样的关于给电点12对称，可再构造天线5例如提供有一对金属图案17a和一对金属图案17b。金属图案17a的每一个都例如在平面图中成形为三角形，并且每一个都设置为三角形的顶点指向给电点12。金属图案17b的每一个都例如在平面图中成形为梯形，并且每一个都设置为梯形的上底相对于成形为三角形的对应金属图案17a的底。

还是在该实施例中，金属图案17a和17b的每一个都沿着给电方向E与另一个设有间隔，并且这些金属图案17a和17b之间的电连接由接触点组10机械地控制。在这样的可再构造天线中，当金属图案17a和17b彼此电绝缘时，仅成对的金属图案17a用作辐射部分，并且电磁波从其以基频f_A辐射(图15A)。另一方面，当驱动部分20进行电导通金属图案17a和17b时，跨越金属图案的区域，即从金属图案17a到金属图案17b的区域，用作辐射部分，并且电磁波从其以基频f_B辐射(图15B)。换言之，频率切换可以基于两个频率值(即，f_A和f_B)执行。这样，可以实现上述第一实施例中实现的类似的效果。

作为第四实施例的示例，即示例2，可再构造天线5的相对于频率(GHz)的反射强度(dB)采用电磁模拟器计算。图16示出了计算结果。应当注意的是，虚线箭头所指示的特性是金属图案17a和17b彼此电绝缘(即处于OFF状态)时的辐射部分(电气长度λ_A，频率f_A)的特性。实线箭头所指示的特性是金属图案17a和17b电导通(即处于ON状态)时的辐射部分(电气长度λ_B，频率f_B)的特性。这里，在OFF状态下，设定为λ_A＝1.1，在ON状态下为λ_B＝1.5。作为该示例2的比较示例，即比较示例3，这样的相对于频率的反射强度的计算也对图17所示的可再构造天线103执行。这里，与示例2中的可再构造天线相类似，比较示例3中的可再构造天线103提供有一对金属图案103a和一对金属图案104a，提供的方式为关于给电点对称。这里，开关101仅设置在金属图案103a和103b之间的间隔的每一端。

关于示例2和比较示例3二者中的计算结果，谐振频率在OFF状态下(电气长度λ_A＝1.1)观测为60GHz，并且在ON状态(电气长度λ_B＝1.5)下，谐振发生在50GHz。由这些结果可知，示例2和比较示例3二者实现的可再构造天线包括两个基频值，即50GHz和60GHz。这里应当注意的是，在ON状态下，示例2中的反射强度示出的峰值比比较示例3中的高出约3dB。这显示，示例2中的可再构造天线与比较示例3中的天线相比具有更高的增益，并且方向性良好。换言之，由此可见，对于包括每一个都并列设置的多个接触点对10a且通过机械驱动这些接触点对10a的构造，辐射特性被改善。

(修改示例2)

图18是示出上述第四实施例的修改示例(即修改示例2)中的可再构造天线6的示意性构造的示意图。可再构造天线6是蝴蝶领结天线，与上述的可再构造天线5相类似，能够在多个图案当中频率切换。在可再构造天线6中，多个金属图案的每一个沿着给电方向E与另一个设有间隔，并且接触点组10提供在每两个金属图案之间，以由驱动部分机械驱动。这样的多个金属图案设置为关于给电点12对称。这里应当注意的是，与上述第一和第四实施例类似的任何部件提供有相同的参考标记，并且如果合适则不再重复描述。

然而，与上述的可再构造天线5不同，该修改示例中的可再构造天线6提供有合计四个金属图案17a至17d。金属图案17c和17d的每一个都与金属图案17b类似成形为在平面图中的梯形，并且设置为梯形的底例如彼此相对。在可再构造天线6中，驱动部分20A驱动金属图案17a和17b之间的接触点组10，驱动部分20B驱动金属图案17b和17c之间的接触点组10，并且驱动部分20C驱动金属图案17c和17d之间的接触点组10。

还是在该修改示例中，金属图案17a至17d的每一个都如上所述沿着给电方向E彼此设有间隔，并且这些金属图案之间的电连接由接触点组10机械地控制。在这样的可再构造天线中，当金属图案17a和17b彼此电绝缘时，只有成对的金属图案17a用作辐射部分，并且电磁波从其以基频f_A辐射(未示出)。另一方面，当驱动部分20A进行电导通金属图案17a和17b时，跨越金属图案的区域，即从金属图案17a到金属图案17b的区域，用作辐射部分，并且电磁波从其以基频f_B辐射(图19A)。而且，当驱动部分20B进行电导通金属图案17b和17c时，跨越金属图案的区域，即从金属图案17a到金属图案17c的区域，用作辐射部分，并且电磁波从其以基频f_C辐射(图19B)。而且，当驱动部分20C进行电导通金属图案17c和17d时，跨越金属图案的区域，即从金属图案17a到金属图案17d的区域，用作辐射部分，并且电磁波从其以基频f_D辐射(图19C)。换言之，频率切换可以基于四个频率值(即f_A至f_D)而执行。

这样，金属图案的数量不必限定到上述第四实施例中的两个，而是可以为该修改示例中的四个，或者可以是三个或五个或更多。在任何情况下，可以实现与上述第一至第四实施例中类似的效果，只要接触点组夹设在金属图案的每两个之间，并且驱动部分提供为机械地驱动接触点组的每一个。

(第五实施例)

图20是示出本发明第五实施例中的可再构造天线7的示意性构造的示意图。可再构造天线7属于蝴蝶领结天线的范畴，其与上述第四实施例中的可再构造天线5相类似，能够在多个图案当中进行频率切换。在可再构造天线7中，多个金属图案18a至18d的每一个都与另一个设有间隔，并且接触点组10提供在每两个金属图案之间，以由驱动部分机械地驱动。这些金属图案18a至18d设置为关于给电点12对称。这里应当注意的是，与上述第一和第四实施例中类似的任何部件提供有相同的参考标号，并且如果合适则不再重复描述。

然而，与上述第四实施例中的可再构造天线5不同，在该实施例的可再构造天线7中，金属图案18a至18d全部成形为在平面图中的三角形，并且设置为从给电点12侧开始沿着给电方向E在数量上逐渐增加。具体地讲，金属图案18a至18d从给电点12侧开始依次布置成四行，即，第一行包括一个金属图案18a，第二行包括两个金属图案18b，第三行包括三个金属图案18c，并且第四行包括四个金属图案18d。换言之，从给电点12侧开始的第n行(其中n是1或更大的整数，并且在该示例中，n为4或更小)包括n个金属图案。

在这些行的金属图案18a至18d中，金属图案18a至18d排列在相同的方向上，即，三角形的顶点都朝向给电点12，并且设置为一个三角形的顶点接近其它三角形的顶点附近。换言之，每三个金属图案18a至18d的三个边形成的空间也为三角形形状。以这样的规则布置的金属图案18a至18d提供为关于给电点12对称，并且总体上是所谓的碎片形状。应当注意的是，在图20中，为了方便，金属图案18a至18d分别由“A”至“D”表示。

在这样的金属图案18a至18d之间，接触点组10设置在每两个三角形的顶点之间，并且以行为基础被驱动。具体地讲，金属图案18a和18b之间的接触点组10由驱动部分20A驱动，金属图案18b和18c之间的接触点组10由驱动部分20B驱动，并且金属图案18c和18d之间的接触点组10由驱动部分20C驱动。

在该实施例中，金属图案18a至18d的每一个都以预定布置隔开设置，并且这些金属图案18a至18d之间的电连接由这些接触点组10机械地驱动。在这样的可再构造天线中，当金属图案18a和18b彼此电绝缘时，只有成对的金属图案18a用作辐射部分，并且电磁波从其以基频f_A辐射(未示出)。另一方面，当驱动部分20A进行电导通金属图案18a和18b时，跨越金属图案的区域，即从金属图案18a到金属图案18b的区域，用作辐射部分，以基频f_B辐射电磁波(图21A)。而且，当驱动部分20B进行电导通金属图案18b和18c时，跨越金属图案的区域，即从金属图案18a到金属图案18c的区域，用作辐射部分，以基频f_C辐射电磁波(图21B)。当驱动部分20C进行电导通金属图案18c和18d时，跨越金属图案的区域，即从金属图案18a到金属图案18d的区域，用作辐射部分，以基频辐f_D射电磁波(图21C)。换言之，可以基于四个频率值(即f_A至f_D)执行频率切换。这样，可以实现与上述第一实施例中实现的类似的效果。

对于这样以碎片形状布置的金属图案18a至18d，所产生的辐射部分在频率转换时形状可以都类似。这在切换可用的频率范围内有利地导致类似的频率响应。具体地讲，中间频率fr与其带宽δf之比，即，δf/fr，可以保持相同。对于通常的可再构造天线，频率响应通过频率切换显示出很大的改变，但是对于该实施例中的可再构造天线7，易于防止这样的频率响应改变。

此外，对于比较示例1和2中描述的开关101的布置，金属图案不能设置成多行，尤其是像该实施例设置成为三行或多行。这是因为，对于比较示例1和2中的可再构造天线，将金属图案设置成三行或多行意味着将开关101设置在中间部分中以及辐射部分附近，这因如上所述的来自驱动电路的电磁波而对辐射特性产生负面影响。另一方面，在该实施例中，接触点组10可以与驱动部分电绝缘，并且与其间隔设置。从而，这允许接触点组10布置在中心部分中以及用作辐射部分的区域附近而没有降低辐射特性。具体地讲，接触点组10可以设置在金属图案18b和18c之间的内部位置以及金属图案18c和18d之间的两个内部位置。这样，对于碎片形状提供满意的辐射特性的优点，金属图案可以设置成很多行，并且切换可用的频率范围可以变得很宽。

尽管本发明已经通过实施例进行了详细描述，但是前面的描述是所有方面的示例而不是限制。应当理解的是，可以设计出众多的其它修改和变化。例如，本发明该方面中的发送/接收元件由能够频率切换的可再构造天线进行了示例，但是，作为选择，采用本发明的原理，即通过机械控制改变金属图案的状态，方向性可控的可再构造天线也是可能的。作为示例，天线对称性的改变意味着控制天线的方向性，更具体地讲，意味着控制辐射方向和辐射表面的扩展。作为选择，天线可以不是通过改变频率和天线方向性而是基于天线的有效面积而控制灵敏度。这可以通过控制拼接天线中使用的有效天线数来实现，例如，拼接天线中的金属图案设置为阵列。

本申请包含与2010年2月1日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP 2010-020371中公开的相关的主题，其全部内容通过引用结合于此。

本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

Claims (14)

1.一种发送/接收元件，包括：

多个金属层，每个都设置为与另一个间隔开；以及

开关，用于控制所述金属层之间的电耦接，其中

所述开关包括：

接触点组，包括多个接触点对，每对都并列地设置在每两个所述金属层之间，以及

驱动部分，机械地驱动所述接触点组，用于使每个所述接触点对在接触与非接触之间进行状态切换，

其中所述发送/接收元件还包括：

活动构件，一端耦接到所述驱动部分，另一端侧提供有多个杆，并且被允许在所述接触点对的排列方向上滑动，其中

每个所述接触点对都提供有固定接触点和活动接触点，所述固定接触点提供到所述金属层侧，所述活动接触点提供到所述活动构件的每个所述杆。

2.根据权利要求1所述的发送/接收元件，其中

所述驱动部分与所述接触点组电绝缘。

3.根据权利要求1所述的发送/接收元件，其中

所述驱动部分设置到与所述接触点组共享的平面中的区域且设置到设置有所述金属层的区域之外的区域。

4.根据权利要求1所述的发送/接收元件，其中

所述活动构件和所述杆在对应于所述接触点组的区域中覆盖有金属膜。

5.根据权利要求1所述的发送/接收元件，其中

所述金属层和所述接触点组提供到电介质层的一个表面侧，并且所述电介质层的另一个表面侧用作接地天线。

6.根据权利要求5所述的发送/接收元件，其中

所述金属层的每一个都制作成平坦的。

7.根据权利要求6所述的发送/接收元件，其中

每个所述金属层在平面图中都是矩形形状，

所述金属层沿给电方向设置且所述矩形的边彼此相对，并且

所述接触点组设置在相对的所述边之间。

8.根据权利要求7所述的发送/接收元件，其中

所述金属层沿着所述给电方向的方向以及与所述给电方向垂直的方向二维布置。

9.根据权利要求6所述的发送/接收元件，其中

所述金属层关于给电点对称。

10.根据权利要求9所述的发送/接收元件，其中

所述金属层在平面图中全部为大致相同的三角形形状，并且在多行中沿相同的方向排列，

n个所述金属层设置在从所述给电点侧开始的第n行(其中n为1或大于1的整数)中，并且

所述接触点组设置在每两个所述金属层的顶点之间。

11.根据权利要求5所述的发送/接收元件，其中

所述金属层的每一个都为圆柱形状。

12.根据权利要求1所述的发送/接收元件，其中

所述驱动部分集体地驱动所述接触点组中的所述接触点对。

13.根据权利要求1所述的发送/接收元件，其中

所述驱动部分包括微机电系统致动器。

14.根据权利要求13所述的发送/接收元件，其中

所述微机电系统致动器是由横向驱动所操作的静电微机电系统致动器。