CN110771048A - 与机电谐振器动态匹配的天线 - Google Patents

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Abstract

用于发射数字信息的RF发射设备和方法，其中所述设备连接到或可连接到天线，RF发射设备具有RF源或发射器、电子开关、各自连接到电子开关的多个机电谐振器。电子开关将机电谐振器中选择的一个或选择的多个机电谐振器连接在RF源或发射器与天线之间。可替代地，电子开关将机电谐振器中选择的一个或选择的多个机电谐振器连接在天线的不同部分之间。电子开关由数字控制单元控制，以促使电子开关将由RF源或发射器产生的RF能量经由多个机电谐振器中选择的一个或选择的多个耦合到天线。

Description

与机电谐振器动态匹配的天线
【相关申请的交叉引用】
本申请是2017年6月29日提交的名称为“装载有机电谐振器的天线”的美国专利申请序列号15/638,052的部分继续申请，其公开内容通过引用并入本文。本申请还要求于2016年6月30日提交的名称为“装载有机电谐振器的天线”的美国临时专利申请序列号62/356,734的权益，其公开内容通过引用并入本文。
【关于联邦政府资助的研究或开发的声明】
无
【技术领域】
本发明涉及将机电谐振器与天线一起使用。谐振器动态切换为与所有或部分天线串联连接。
【背景技术】
许多场所，例如密集市区、森林和水下环境，对无线信号的接收和传输提出了重大挑战。在30MHz以下运行的射频系统在穿透这些困难的环境时效率更高，但是生成和接收这些电波所需的系统通常很大、很重且效率低下，这使得它们对于许多小型和/或移动平台不切实际。在上述美国专利申请中教导，使用由高Q值机电谐振器组成的匹配网络可以极大地提高电小偶极子天线和单极子天线的效率。这些谐振器通过产生具有比传统线圈电感器明显更少的损耗或更高Q值的电感性电抗值来提高传统小天线匹配技术的效率。但是，增加与天线匹配网络相关的Q值也会减少天线带宽，从而限制了可从天线发送的信息量。
因此，需要进一步改进上述美国专利申请的技术，以增加天线(特别是电小天线)的带宽，尤其是那些使用由高Q值机电谐振器组成的匹配网络的天线的带宽。如下所讨论的，尽管本发明可以方便地与电小天线一起使用，但是本发明不限于电小天线，而是可以与更大的天线，更全尺寸的(或完全全尺寸的)天线一起使用，如果需要的话。
【发明内容】
所公开的技术旨在改进与现有技术的天线，特别是电小天线(ESA)，相关的带宽限制。在上述美国专利申请中描述的技术中，通过动态切换用于匹配电小单极子和偶极子天线的机电谐振器，能够实现高数据速率开关键控(OOK)和频移键控(FSK)传输方案。如下所讨论的，如果需要的话，当前公开的技术可以与比ESA天线更大的天线一起使用。
在一个非常基础的实施例中，本发明包括偶极子或单极子天线(例如)，该天线通过单个机电谐振器与连续波(CW)发射器相匹配。单拉双掷(SPDT)开关将该谐振器连接到上述天线，其中该开关的第一输出端连接到天线的输入端，该开关的第二输出端连接优选具有与天线相同的电抗的电容器。通过操作此开关在天线和电容器之间切换，可以辐射出高数据速率的OOK波形。
在另一个实施例中，本发明包括通过一组机电谐振器与调频(FM)发射器相匹配的偶极子或单极子天线。FM发射器优选地输出CW信号(在任何给定时刻)，其CW(或载波)频率以步进方式被调制。该组中的每个谐振器用于使天线与FM发射器输出的不同频率匹配。通过使用例如连接到这些机电谐振器的单拉多掷(SPMT)开关，可以将天线的阻抗匹配频率与发射器的输出频率同步切换，从而实现辐射高数据速率FSK波形。频移键控可以像传统的FSK信号中一样仅包含两个音调，或者其可以包含多音调跳频扩频信号。所使用的机电谐振器的数量通常将等于可以传输的不同音调的数量。在任何时刻都只会产生一种音调。机电谐振器和开关的网络可以放置在天线的馈送端，或者沿着单极子天线的长度上的任何位置放置，或者沿着偶极子天线的至少一个臂的任何位置放置。
本发明的新颖特征是动态地匹配使用机电谐振器的发射器的单极子或偶极子天线，从而使得能够从天线辐射出高效率和高带宽的信号。
本发明提供一种从天线发射RF信号的方法，该方法包括：由能够生成多个单音调信号的RF源或发射器一次一个地生成单音调信号，并将RF源或发射器的输出端经由多个谐振器中的选择的一个谐振器耦合到电短天线，多个谐振器中的所述选择的一个谐振器根据触发信号选择，该触发信号还选择由RF源或发射器生成的单音调。
在前面的段落中提及的单音调信号也可以包括多音调信号，所述多音调信号在频率方向上彼此足够接近，以使得它们落在多个谐振器中前述选择的一个的可接受带宽内。
【附图说明】
图1例示本发明的一个实施例，其使用单个机电谐振器动态地匹配偶极子天线或单极子天线以产生宽带OOK信号；机电谐振器的电特性可以建模为串联的电感器、电容器和电阻与电容器并联，如图1-1的等效电路图所示。
图2a和2b是来自使用图1所示的动态匹配网络配置的12英寸偶极子天线的模拟辐射功率的图，如下所述。图2b示出图2a的图的一部分，并且表示如果图2a可以表示为更大的图片的话图2a的整个图看起来是什么样的(除了功率在图2a的开始处较低之外)。
图3例示本发明的另一实施例，其使用一组机电谐振器来动态地匹配偶极子天线或单极子天线，以产生宽带FSK信号或宽带扩频信号。
图4例示本发明的第三实施例，其中，一组机电谐振器用于动态居中装载到单极子天线。
图5例示本发明的第四实施例，其中，一组机电谐振器用于动态地居中装载到偶极子天线的两个臂。
图6例示一个实施例，其中电子开关被放置在一组谐振器距RF源或发射器的下游。
【具体实施方式】
呈现以下描述以使本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明并将其结合到特定应用的环境中。各种修改以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可以应用于各种实施例。因此，本发明不旨在限于所呈现的实施例，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最宽范围相一致。
在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的更透彻的理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以实践本发明而不必限于这些特定细节。在其他实例中，以框图的形式而不是详细地示出了公知的结构和设备，以避免使本发明晦涩难懂。
读者的注意力集中在与本说明书同时提交并且随本说明书向公众开放的所有论文和文献中，所有这些论文和文献的内容都通过引用并入本文。除非另有明确说明，否则本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)可以由具有相同、等同或相似目的的替代特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一系列等同或相似特征的示例。
现在参考图1描述本发明的一个实施例。在图1中，偶极子或单极子天线10经由导体11连接到单推双掷(SPDT)开关12SPDT的一个输出端，单推双掷(SPDT)开关12SPDT的输入端连接到机电谐振器14，该机电谐振器14又连接到连续波(CW)源或发射器16CW。开关12的另一个输出端连接至电容器18，该电容器18优选地具有与天线10相同的电抗。导体11可以是具有接地屏蔽的同轴电缆或在传输电路中常见的一对平行导体。在一些实施例中，可以在天线10和导体11之间利用平衡-不平衡变换器(balun，未示出)。开关12的控制信号(参见标号22)由控制单元20提供，该控制单元20经由其他控制信号(参见标号24)与源或发射器16的相位同步，以确保仅在源或发射器16的最小电流下才发生开关12的切换。通过操作开关12在天线10和电容器18之间切换，可以由天线10辐射高数据速率开关键控(OOK)波形。下面将更详细地描述数字控制单元20。
机电谐振器14优选地构造为MEMS(微机电系统)谐振器，其可以由多种不同的材料形成，例如但不限于石英，Si和LiNbO3，并且可以由该设备所属领域技术人员设计，以根据期望的操作频率而以各种不同的模式进行操作。在UHF-VHF频率下，石英谐振器可构建为以剪切模式操作，而在HF和MF频率下，其可以构建为以拉伸模式操作；在VLF和LF频率下，其可以构建为作为音叉谐振器操作。谐振器14的电特性可以建模为串联的电感器、电容器和电阻器与电容器并联，如图1-1的等效电路14所示。等效电路14，也称为巴特沃斯〃范戴克(Butterworth-Van Dyke,BVD)模型，具有串联和并联谐振。最高的谐振器电感值位于谐振器的串联谐振和并联谐振之间，因此，在此范围内会发生最佳匹配。
SPDT开关12可以由诸如GaN晶体管之类的半导体晶体管来实现，但是如果期望的话，可以替代地使用其他晶体管类型和/或化学性质。同样，开关12可以包括一个以上的晶体管。
为了演示当前动态机电天线匹配技术的效果，在COMSOL中对32MHz剪切模式谐振器进行了仿真。在该仿真中，使用在31.9MHz下操作的4W源来激发偶极子天线10。图1中所示的开关12以0.01ns的上升和下降时间、0.333μs的周期以及50％的占空比操作。
用于该仿真的图1的机电谐振器14的等效电路14等效(如图1-1所示)的Butterworth-Van Dyke(BVD)模型的参数在下面的表I中给出：
表I
参数 值
C<sub>o</sub> 0.8pF
C<sub>1</sub> 5fF
L<sub>1</sub> 5mH
R<sub>1</sub> 3Ω
在31.9MHz左右，该谐振器14表现出31.5μH的电感以及520的大品质因数(Q)。该品质因数约为商用现货(COTS)芯片电感器的十倍，从而使电小天线的辐射效率增加大约10dB，但同一天线的带宽也将减小10倍。但是，通过在天线10和负载电容器18之间周期性地切换机电谐振器的输出，可以辐射出具有显著更大带宽的波形。为了演示这一点，使用商用电路仿真软件对12英寸偶极子天线(具有6英寸臂的驱动元件)与从上述31.9MHz剪切模式谐振器14提取的等效电感进行匹配的瞬态仿真。在32MHz下谐振的全尺寸1/4波偶极子天线将具有大约7英尺长的元件(偶极端到端为14英尺)，如果与本模拟中使用的6英寸元件相比，则偶极子天线10当然是电短天线(ESA)。在没有匹配谐振器14的情况下的该电短偶极子天线10的标称带宽约为93KHz。然而，通过利用图1所示的动态天线匹配配置的实施例，可以以3MHz的速率调制同一天线的输出辐射(见图2a和图2b)。图2a和图2b是使用如上所述的图1中所示的动态匹配网络配置的12英寸偶极子天线的模拟辐射功率的图。图2b示了图2a的图的一部分，并且表示如果图2a可以表示为更大的图片的话图2a的整个图看起来是什么样的(除了功率在图2a的开始处较低之外)。
现在参考图3描述本发明的另一个实施例。在该实施例中，偶极子或单极子天线10(可以是-但不一定是-ESA)被串联连接到机电谐振器141...14n的组14组和单拉多掷(SPMT)开关12SPMT以及调频(FM)源或发射器16FM。FM源或发射器16FM优选地输出CW(或载波)信号(在任何给定的时刻)，该CW(或载波)信号的频率与机电谐振器141...14n接通或断开FM源或发射器16FM与天线10之间的连接切换同步地以步进方式调制，该切换由信号线22上的触发或同步信号(Trig)控制以选择谐振器141...14n中的一个来将源或发射器16FM连接到天线10。组14组中的每个谐振器141...14n用于将天线10匹配到FM源或发射器16FM输出的不同CW频率。当与天线10匹配时，切换到源或发射器16FM与天线之间串联连接的(组14组中的谐振器组中)的所选谐振器在发射频率下具有高Q，并且优选在所发射的频率处的Q大于500。开关12SPMT的信号线22上的触发或同步信号由图1的稍微复杂一点版本的外部控制单元20提供，该外部控制单元20通过提供调频源或发射器16FM的相位和频率的线24上的参考信号(Ref)先验同步，以帮助确保信号线22上的触发或同步信号(Trig)在发射RF最小电流时出现。使用图3的控制单元20的实施例，该匹配网络中的谐振器141...14n被同步地切换，以在流经机电谐振器141...14n的组中的所选谐振器的电流为最小的时间点将源或发射器16FM的输出频率匹配到天线10。这种时变天线匹配方案可以辐射高数据速率FSK波形。在图3的实施例中，谐振器141...14n的组和实现12SPMT的GaN开关的组优选定位在单极子或偶极子天线10的基部或附近，尽管它们也可以被放置在沿着偶极子天线的臂的长度的任意位置(参见图4和5)，可理解，这将改变天线10的谐振频率和辐射电阻。
一些FSK信号仅涉及两个发射频率(两个音调tone)。在具有两个不同发射频率的2音调FSK信号的情况下，则n＝2，并且仅需要两个不同的机电谐振器141和142。如果FSK信号涉及其他音调(如在扩频信号的情况下)，则FM源或发射器16FM发射的不同频率的数量(n个频率，每个频率出现在不同的时隙中)和机电谐振器141...14n的数量(n)将大于2(并且可能显著大于2)。
此外，如果FM源或发射器16FM旨在在不同的频带中和/或在多对音调上操作(和/或在多组n音调上用于扩频操作)，则谐振器组14组中的谐振器141...14n的总数n可以非常大(数百个甚至数千个)。
由于优选地将谐振器141...14n实施为MEMS装置，因此即使将发射器实施为手持式装置，也可以将大量的谐振器放置在MEMS装置中。另外，根据需要，天线10可以物理地固定在这种手持设备上或与这种手持设备固定或者可以是可移动的。
如果音调彼此足够紧密地隔开，则在一些实施例中，可以将谐振器组中的单个谐振器用于多于一个音调，因此在这种情况下，谐振器的数量可以小于传输的音调的数量。
图4例示本发明的实施例，其与图3的实施例相似，但是其中机电谐振器的组14组被用来动态地居中装载到单极子天线10(其可以可选地为电小型)。图5例示本发明的另一实施例，其与图3和图4的实施例相似，但是其中机电谐振器的组14组用于动态地居中装载到偶极子天线10(也可以可选地为电小型)的每个臂。图4和图5的实施例在其他方面在操作上与图3的实施例相同(应该理解的是，根据需要调整各个机电谐振器的Q以匹配所使用的特定天线10)。尽管图4和图5的实施例中的机电谐振器的组14组优选地沿天线10的发射元件的长度被中心装载，但是在一些实施例中，机电谐振器的组14组可以位于除天线10的发射元件的中心之外的位置，并且因此可以在这些其他实施例中被定位为更靠近(或位于)天线10的驱动端10DE或天线10的远端10RE。两根信号线22被示出于这些实施例，两根信号线22传输相同信息，但是在信号线22上与天线元件的一部分平行的触发控制信号在这些实施例中可以实施为光信号，以避免与天线10发生任何不希望的电磁耦合，而通往源16FM的信号线22上的触发控制信号的控制信号可以实现为电信号。用于操作晶体管开关16的功率也可以光学地发送到它。此外，在再一实施例中，如果需要，可以在天线10的一个或多个驱动端10DE或天线10的一个或多个远端10RE之间使用多组14组的机电谐振器(每个具有相关联的开关12)。另外，在这样的再一实施例中，可以在天线10的一个或多个驱动端10DE与FM源或发射器16FM之间使用一组14组机电谐振器(具有关联的开关12)。
图1、图3、图4和图5中描绘的控制单元20将包含要在要发送的RF信号上调制的信息的数字数据流26作为输入。数据流26中的数据的来源可以来自微处理器或微控制器，或者可能来自数据存储器。流26中的数据可以转换成在信号线22上的调幅的电压触发信号，在这种情况下，该信号优选由离散的电压电平组成。在图1的实施例的情况下，信号线22上的触发信号在两个电压电平之间切换，并且用作SPDT开关12SPDT的输入信号以控制该开关。这些离散电压电平之间的转换时序与线24上的来自RF(射频)源16CW的参考信号(Ref)同步，以确保当由源或发射器16提供的RF电流为最小时，信号线22上的触发信号发生切换。
在图3、图4和图5所示的调频实施例的情况下，信号线22上的触发信号优选地包括多个电压电平(或如果使用光信令技术，则包括多个光强度(或颜色)等级)，并且用作这些图中所示的SPMT开关12SPMT的输入信号。这些电压或光学等级(或颜色)之间的转换时序与线路24上的来自RF源的参考(Ref)信号同步，以帮助确保在由源或发射器16FM提供的RF电流等于(或接近)最小时发生切换以延长其中的晶体管开关的寿命。因此，在通往源或发射器的信号线22上的触发信号会告诉源或发射器要在哪个RF频率上传输，而线24上的来自源或发射器16FM的信号Ref则可以切换到不同的频率(如信号线22上的触发信号所指示的)以在等于或接近RF最小电流时发生。与组16组中不同谐振器的接通同步发生切换到不同频率。
图6描绘了一个实施例，其中电子开关12放置在谐振器组16组的下游而不是上游(如在图3的实施例的情况下)。谐振器优选地独立地与源16和天线10串联连接，开关12和谐振器组14组的相对位置也是如此。如果需要，可以类似地修改图4和图5的实施例。
当然，可以设想比图3-6的实施例中描绘的SPMT开关更复杂的开关12。例如，如果需要，可以在任何时间将多个谐振器电路连接在源16和天线10之间的电路中，这有使开关12的设计复杂化的风险。所描绘的实施例中，由于开关12的设计相对简单，因此优选在任何时刻都只有一个谐振器14耦合在源16与天线10之间，但是本发明本身并不受此限制，除非权利要求特别要求。
现在已经根据专利法规的要求描述了本发明，本领域技术人员将理解如何对本发明进行改变和修改以满足其特定要求或条件。在不脱离本文所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行这种改变和修改。
本公开包括以下构思：
构思1、一种RF发射设备，包括：RF源或发射器、具有输入端以及第一输出端和第二输出端的SPDT开关、连接在所述RF发射设备和所述SPDT开关输入端之间的机电谐振器，所述SPDT开关第一输出端连接到或可连接到天线，所述SPDT开关第二输出端连接到或可连接到具有阻抗的设备，所述SPDT开关由数字控制单元控制，所述数字控制单元被配置为将所述RF源或发射器连接到所述天线或所述具有阻抗的设备。
构思2、根据构思1所述的RF发射设备，其中，所述数字控制单元响应于由所述RF源或发射器产生的RF能量，并且被配置为切换所述SPDT开关，从而促使由所述RF源或发射器产生的RF能量在处于或接近RF电流最小值时在所述天线与所述具有阻抗的设备之间切换。
构思3、根据构思1或构思2所述的RF发射设备，其中，所述数字控制单元被配置为实现开关键控。
构思4、根据构思1-3中任一项所述的RF发射设备，其中，所述天线是电小偶极子或单极子天线，并且所述具有阻抗的设备是电容器。
构思5、一种RF发射设备，包括RF源或发射器以及天线，所述天线具有耦合到所述RF源或发射器的至少一个发射元件，电子开关和各自连接到所述电子开关的多个机电谐振器，所述电子开关和所述多个机电谐振器电连接(i)在所述至少一个发射元件的至少第一部分和第二部分之间和/或(ii)在所述RF源或发射器与天线之间，所述电子开关由数字控制单元控制，以选择所述多个机电谐振器中的特定一个或特定多个机电谐振器，以在给定的时刻(i)在所述至少一个发射元件的至少第一部分和第二部分之间和/或(ii)在所述RF源或发射器与所述天线之间进行连接。
构思6、根据构思5所述的RF发射设备，其中，所述电子开关是晶体管化的SPMT开关。
构思7、根据构思5或构思6所述的RF发射设备，其中，所述数字控制单元被配置为实现频移键控。
构思8、根据构思5或构思6所述的RF发射设备，其中，所述数字控制单元被配置为实现扩频键控。
构思9、根据构思4-8中任一项所述的RF发射设备，其中，所述天线是电短偶极子天线或电短单极子天线。
构思10、根据构思4-9中任一项所述的RF发射设备，其中，在由所述控制单元生成的触发信号的控制下，所述RF源或发射器在给定时间段内发射n个不同音调中的选择的一个音调，并且其中，所述控制单元还促使所述电子开关改变状态，从而与所述机电谐振器中未选择的一个机电谐振器在所述给定时间段内被替代连接在所述RF源或发射器与所述天线之间相比，所述多个机电谐振器中的开关选择的一个或开关选择的多个机电谐振器在所述给定时间段内以相对较高Q值将n个不同音调中的开关选择的一个音调耦合到所述天线。
构思11、根据构思4-10中任一项所述的RF发射设备，其中，所述电子开关和所述多个机电谐振器设置在所述天线的所述至少一个发射元件的第一端和第二端之间。
构思12、根据构思4-11中任一项所述的RF发射设备，其中，所述电子开关和所述多个机电谐振器设置在所述天线的所述至少一个发射元件的驱动端与所述RF源或发射器之间。
构思13、一种RF发射设备，包括：RF源或发射器、与所述RF源或发射器耦合的天线、电子开关、各自连接到所述电子开关的多个机电谐振器，所述电子开关将所述天线的一部分经由所述多个机电谐振器中的开关选择的一个或多个机电谐振器连接到所述天线的另一部分，所述电子开关由数字控制单元控制，用于选择所述多个机电谐振器中的所述开关选择的一个或多个机电谐振器以在一些给定的时刻在所述天线的所述部分之间连接。
构思14、根据构思13所述的RF发射设备，其中，所述RF源或发射器响应于所述数字控制单元，用于控制由所述RF源或发射器产生的RF能量的所选频率，所述RF源或发射器产生的RF能量的选择频率与所述多个机电谐振器中的被选择用于在所述天线的所述部分之间连接的所述开关选择的一个或多个机电谐振器的谐振频率相关联。
构思15、一种从天线发射RF信号的方法，包括：
由能够生成多个不同信号的RF源或发射器一次一个地生成信号；
经由多个谐振器中选择的一个或多个谐振器将RF源或发射器的输出耦合到天线，多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器根据触发信号来选择，该触发信号还选择由所述RF源或发射器生成的相应信号。
构思16、根据构思15所述的方法，其中，由RF源或发射器一次一个地生成信号的步骤包括一次一个地生成单个音调，并且其中，所述多个谐振器是多个MEMS谐振器。
构思17、根据构思16所述的方法，其中，所述触发信号由数字控制单元生成，所述数字控制单元响应于由所述RF源或发射器生成的RF，以改变(i)由所述RF源或发射器生成的单个音调，和(ii)在由RF源或发射器生成的RF电流处于或接近最小电流的时间内，将RF源或发射器的输出耦合到天线的多个MEMS谐振器中的选择的一个MEMS谐振器。
构思18、根据构思16或构思17所述的方法，其中，根据选择的要发送的音调在由所述RF源或发射器生成的RF上编码信息。
构思19、根据构思18所述的方法，其中，所述信息通过频移键控发送。
构思20、根据构思18所述的方法，其中，所述信息通过扩频键控发送。
构思21、根据构思16-20中任一项所述的方法，其中，多个MEMS谐振器中的每个MEMS谐振器具有串联和并联谐振频率，并且当传递具有在所述串联和并联谐振频率之间的频率的信号时，具有大于500的相关Q。
构思22、根据构思16-21中任一项所述的方法，其中，与所述机电谐振器中未选择的一个或多个机电谐振器在给定时间段内被替代连接在所述RF源或发射器与所述天线之间相比，多个MEMS机电谐振器中的选择的一个或多个MEMS机电谐振器在所述给定时间段内以相对较高的Q将所述天线耦合到所述RF源或发射器。
构思23、根据构思15-22中任一项所述的方法，其中，所述天线是电小天线。
构思24、一种从天线发射RF信号的方法，包括：
由能够生成多个不同信号的RF源或发射器一次一个地生成信号，
将所述RF源或发射器的输出耦合到所述天线，所述天线具有经由多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器彼此连接的至少第一和第二部分，多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器根据触发信号选择，该触发信号也选择由所述RF源或发射器生产的相应信号。
构思25、根据构思24所述的方法，其中，由RF源或发射器一次一个地生成的步骤包括一次一个地生成单个音调，并且其中，所述多个谐振器是多个MEMS谐振器。
构思26、根据构思25所述的方法，其中，所述触发信号由数字控制单元生成，所述数字控制单元响应于由所述RF源或发射器生成的RF，以改变(i)由所述RF源或发射器生成的单个音调，和(ii)在由所述RF源或发射器生成的RF电流处于或接近最小电流的时间内，将RF源或发射器的输出耦合到天线的多个MEMS谐振器中的选择的一个MEMS谐振器。
构思27、根据构思26所述的方法，其中，根据选择的要发送的音调在由所述RF源或发射器生成的RF上编码信息。
构思28、根据构思27所述的方法，其中，所述信息通过频移键控发送。
构思29、根据构思27所述的方法，其中，所述信息通过扩频密钥发送。
构思30、根据构思24-29中任一项所述的方法，其中，多个MEMS谐振器中的每个MEMS谐振器具有串联和并联谐振频率，并且当传递具有在所述串联和并联谐振频率之间的频率的信号时，具有大于500的相关Q。
构思31、根据构思30所述的方法，其中，与所述机电谐振器中未选择的一个或多个机电谐振器在给定时间段内被替代连接在所述RF源或发射器与所述天线之间相比，多个MEMS机电谐振器中的选择的一个或多个MEMS机电谐振器在所述给定时间段内以相对较高的Q将所述天线耦合到所述RF源或发射器。
构思32、根据构思24-31中任一项所述的方法，其中，所述天线是电小天线。
构思33、一种用于从天线发射RF信号的装置，包括：
RF源或发射器，能够一次一个地生成多个不同信号；
天线，所述RF源或发射器经由多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器与所述天线耦合；
数字控制单元，所述多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器根据所述数字控制单元生成的触发信号选择，该触发信号还选择由所述RF源或发射器生成的不同信号中的相应一个。
构思34、一种用于从天线发射RF信号的装置，包括：
RF源或发射器，能够一次一个地生成多个不同信号；
天线，所述RF源或发射器与所述天线耦合，所述天线具有经由多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器彼此连接的至少第一和第二部分；
数字控制单元，所述多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器根据所述数字控制单元产生的触发信号选择，该触发信号还选择由所述RF源或发射器生成的不同信号中的相应一个。
概括地，本文公开了至少以下内容：用于发射数字信息的RF发射设备和方法，其中所述设备连接至或可连接至天线，所述RF发射设备具有RF源或发射器、电子开关、各自连接至所述电子开关的多个机电谐振器。所述电子开关将所述机电谐振器中选择的一个或多个机电谐振器连接在所述RF源或发射器与所述天线之间。可替换地，所述电子开关将机电谐振器中选择的一个或多个机电谐振器连接在天线的不同部分之间。所述电子开关由数字控制单元控制，以促使所述电子开关将所述RF源或发射器产生的RF能量经由所述多个机电谐振器中选择的一个或多个机电谐振器耦合至所述天线。
为了说明和公开的目的，根据法律的要求呈现示例性和优选实施例的前述详细描述。既不是穷举也不是将本发明限制为所描述的精确形式，而是仅使本领域的其他技术人员能够理解本发明如何适合于特定的用途或实施方式。修改和变化的可能性对于本领域技术人员将是显而易见的。示例性实施例的描述无意于限制，所述示例性实施例可以具有包括的公差，特征尺寸，特定的操作条件，工程规格等，并且可以在实施方式之间或随着状态的改变而变化，不应由此暗示任何限制。申请人已经相对于当前技术水平做出了本公开，但是还考虑了进步，并且未来的修改可以考虑那些进展，即根据当时的现有技术水平。本发明的范围旨在由权利要求书限定为书面的，并且等同物为适用的。
除非明确声明，否则以单数形式提及权利要求要素无意表示“一个且只有一个”。此外，本公开中的任何元件、组件，方法或处理步骤都不旨在奉献给公众，无论该元件、组件或步骤是否在权利要求中明确表述。本文的任何权利要求要素均不可根据35U.S.C.第112条的规定解释，由于它在其提交日即存在，除非该要素使用“...的手段”明确表述，并且不可在这些规定下解释本文的方法或处理步骤，除非使用短语“包括...的一个或多个步骤”明确叙述一个或多个步骤。
在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本文描述的系统、装置和方法进行修改、增加或省略。系统和装置的组件可以集成或分离。而且，系统和装置的操作可以由更多、更少或其他组件来执行。该方法可以包括更多、更少或其他步骤。另外，可以以任何合适的顺序执行步骤。如本文中所使用的，“每个”是指集合的每个构件或集合的子集的每个构件。
本文描述的所有元件、部件和步骤都是优选包括的。应当理解，这些元件、部件和步骤中的任意元件、部件和步骤均可由其他元件、部件和步骤代替或一起删除，这对本领域普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (34)

1.一种RF发射设备，包括：RF源或发射器、具有输入端以及第一输出端和第二输出端的SPDT开关、连接在所述RF发射设备和所述SPDT开关输入端之间的机电谐振器，所述SPDT开关第一输出端连接到或可连接到天线，所述SPDT开关第二输出端连接到或可连接到具有阻抗的设备，所述SPDT开关由数字控制单元控制，所述数字控制单元被配置为将所述RF源或发射器连接到所述天线或所述具有阻抗的设备。
2.根据权利要求1所述的RF发射设备，其中，所述数字控制单元响应于由所述RF源或发射器产生的RF能量，并且被配置为切换所述SPDT开关，使由所述RF源或发射器产生的RF能量在处于或接近RF电流最小值时在所述天线与所述具有阻抗的设备之间切换。
3.根据权利要求1所述的RF发射设备，其中，所述数字控制单元被配置为实现开关键控。
4.根据权利要求1所述的RF发射设备，其中，所述天线是电小偶极子或单极子天线，并且所述具有阻抗的设备是电容器。
5.一种RF发射设备，包括：RF源或发射器以及天线，所述天线具有耦合到所述RF源或发射器的至少一个发射元件，电子开关和各自连接到所述电子开关的多个机电谐振器，所述电子开关和所述多个机电谐振器电连接(i)在所述至少一个发射元件的至少第一部分和第二部分之间和/或(ii)在所述RF源或发射器与天线之间，所述电子开关由数字控制单元控制，以选择所述多个机电谐振器中的特定一个或特定多个机电谐振器，以在给定的时刻(i)在所述至少一个发射元件的至少第一部分和第二部分之间和/或(ii)在所述RF源或发射器与所述天线之间进行连接。
6.根据权利要求5所述的RF发射设备，其中，所述电子开关是晶体管化的SPMT开关。
7.根据权利要求5所述的RF发射设备，其中，所述数字控制单元被配置为实现频移键控。
8.根据权利要求5所述的RF发射设备，其中，所述数字控制单元被配置为实现扩频键控。
9.根据权利要求5所述的RF发射设备，其中，所述天线是电短偶极子天线或电短单极子天线。
10.根据权利要求5所述的RF发射设备，其中，在由所述控制单元生成的触发信号的控制下，所述RF源或发射器在给定时间段内发射n个不同音调中的选择的一个音调，并且其中，所述控制单元还促使所述电子开关改变状态，从而与所述机电谐振器中未选择的一个机电谐振器在所述给定时间段内被替代连接在所述RF源或发射器与所述天线之间相比，所述多个机电谐振器中的开关选择的一个或开关选择的多个机电谐振器在所述给定时间段内以相对较高Q值将n个不同音调中的开关选择的一个音调耦合到所述天线。
11.根据权利要求10所述的RF发射设备，其中，所述电子开关和所述多个机电谐振器设置在所述天线的所述至少一个发射元件的第一端和第二端之间。
12.根据权利要求10所述的RF发射设备，其中，所述电子开关和所述多个机电谐振器设置在所述天线的所述至少一个发射元件的驱动端与所述RF源或发射器之间。
13.一种RF发射设备，包括：RF源或发射器、与所述RF源或发射器耦合的天线、电子开关、各自连接到所述电子开关的多个机电谐振器，所述电子开关将所述天线的一部分经由所述多个机电谐振器中的开关选择的一个或多个机电谐振器连接到所述天线的另一部分，所述电子开关由数字控制单元控制，用于选择所述多个机电谐振器中的所述开关选择的一个或多个机电谐振器以在一些给定的时刻在所述天线的所述部分之间连接。
14.根据权利要求13所述的RF发射设备，其中，所述RF源或发射器响应于所述数字控制单元，用于控制由所述RF源或发射器产生的RF能量的所选频率，所述RF源或发射器产生的RF能量的所选频率与所述多个机电谐振器中的被选择用于在所述天线的所述部分之间连接的所述开关选择的一个或多个机电谐振器的谐振频率相关联。
15.一种从天线发射RF信号的方法，包括：
由能够生成多个不同信号的RF源或发射器一次一个地生成信号；
经由多个谐振器中选择的一个或多个谐振器将RF源或发射器的输出耦合到天线，多个谐振器中选择的一个或多个谐振器根据触发信号来选择，该触发信号还选择由所述RF源或发射器生成的相应信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，由RF源或发射器一次一个地生成信号的步骤包括一次一个地生成单个音调，并且其中，所述多个谐振器是多个MEMS谐振器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述触发信号由数字控制单元生成，所述数字控制单元响应于由所述RF源或发射器生成的RF，以改变(i)由所述RF源或发射器生成的单个音调，和(ii)在由RF源或发射器生成的RF电流处于或接近最小电流的时间内，将RF源或发射器的输出耦合到天线的多个MEMS谐振器中的选择的一个MEMS谐振器。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，根据选择的要发送的音调在由所述RF源或发射器生成的RF上编码信息。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述信息通过频移键控发送。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述信息通过扩频键控发送。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，多个MEMS谐振器中的每个MEMS谐振器具有串联和并联谐振频率，并且当传递具有在所述串联和并联谐振频率之间的频率的信号时，具有大于500的相关Q。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，与所述机电谐振器中未选择的一个或多个MEMS机电谐振器在给定时间段内被替代连接在所述RF源或发射器与所述天线之间相比，多个MEMS机电谐振器中的选择的一个或多个MEMS机电谐振器在所述给定时间段内以相对较高的Q将所述天线耦合到所述RF源或发射器。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述天线是电小天线。
24.一种从天线发射RF信号的方法，包括：
由能够生成多个不同信号的RF源或发射器一次一个地生成信号，
将所述RF源或发射器的输出耦合到所述天线，所述天线具有经由多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器彼此连接的至少第一和第二部分，多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器根据触发信号选择，该触发信号也选择由所述RF源或发射器生成的相应信号。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，由RF源或发射器一次一个地生成信号的步骤包括一次一个地生成单个音调，并且其中，所述多个谐振器是多个MEMS谐振器。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述触发信号由数字控制单元生成，所述数字控制单元响应于由所述RF源或发射器生成的RF，以改变(i)由所述RF源或发射器生成的单个音调，和(ii)在由所述RF源或发射器生成的RF电流处于或接近最小电流的时间内，将RF源或发射器的输出耦合到天线的多个MEMS谐振器中的选择的一个MEMS谐振器。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，根据选择的要发送的音调在由所述RF源或发射器生成的RF上编码信息。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述信息通过频移键控发送。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述信息通过扩频密钥发送。
30.根据权利要求24所述的方法，其中，多个MEMS谐振器中的每个MEMS谐振器具有串联和并联谐振频率，并且当传递具有在所述串联和并联谐振频率之间的频率的信号时，具有大于500的相关Q。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，与所述机电谐振器中未选择的一个或多个机电谐振器在给定时间段内被替代连接在所述RF源或发射器与所述天线之间相比，多个MEMS机电谐振器中的选择的一个或多个MEMS机电谐振器在所述给定时间段内以相对较高的Q将所述天线耦合到所述RF源或发射器。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述天线是电小天线。
33.一种用于从天线发射RF信号的装置，包括：
RF源或发射器，能够一次一个地生成多个不同信号；
天线，所述RF源或发射器经由多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器与所述天线耦合；
数字控制单元，所述多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器根据所述数字控制单元生成的触发信号选择，该触发信号还选择由所述RF源或发射器生成的不同信号中的相应一个。
34.一种用于从天线发射RF信号的装置，包括：
RF源或发射器，能够一次一个地生成多个不同信号；
天线，所述RF源或发射器与所述天线耦合，所述天线具有经由多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器彼此连接的至少第一和第二部分；
数字控制单元，所述多个谐振器中的选择的一个或多个谐振器根据所述数字控制单元生成的触发信号选择，该触发信号还选择由所述RF源或发射器生成的不同信号中的相应一个。
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