TWI408910B - 訊號分路裝置及無線通訊裝置 - Google Patents

Description

訊號分路裝置及無線通訊裝置

本發明係關於一種訊號分路裝置，特別係關於一種被動式的訊號分路裝置。

在無線通訊系統之收發裝置中，係包含一收發機連接一天線部分，其中該收發機用以處理待發射及已接收之訊號，而該天線部分則用以發射及接收訊號。若收發機包含一發射部及一接收部，則該收發裝置需要兩條獨立之訊號傳送路徑以對應該發射部及該接收部，用以避免訊號間之干擾。在傳統之收發裝置中，為達成兩條獨立之訊號傳送路徑，該天線部分可包含兩個天線以分別對應該發射部及該接收部。然而，雙天線之收發裝置將增加該收發裝置之尺寸，進而增加其製作成本而不符使用需求。

另一方面，可應用一訊號分路器於該天線部分及該收發器之間。圖1顯示一應用傳統之訊號分路器於一無線收發裝置之示意圖。如圖1所示，該訊號分路器100包含一第一連接埠102、一第二連接埠104、一第三連接埠106及一控制埠108。該第一連接埠102係連接至一天線部110。該第二連接埠104係經由一電容130連接至一收發器120之一接收部122。該第三連接埠106係經由一電容140連接至該收發器120之一發射部124。該控制埠108係經由一控制訊號線連接至該收發器120之一控制埠126。

當該收發器120運作於一發射模式時，該收發器120經由該控制埠108，透過該控制訊號線切換該訊號分路器100，使得第一連接埠102與第二連接埠104電性導通，以將該天線部110連接至該發射部124。當該收發器120運作於一接收模式時，該收發器120經由該控制埠108，透過該控制訊號線切換該訊號分路器100，使得第一連接埠102與第三連接埠106電性導通，以將該天線部110連接至該接收部122。根據圖1之無線收發裝置，該天線部110僅需包含一天線，故能達到節省成本之目的。然而，該訊號分路器100和該收發器120之間另需以該控制訊號線連接而增加該無線收發裝置佈線之面積。此外，該收發器120需主動控制該訊號分路器100之切換，進而增加該收發器120之設計複雜度。

據此，業界所需要的是一種訊號分路裝置，其可取代現有的訊號分路器而不需額外之控制訊號線，且該訊號分路裝置具有成本低廉之優勢。

本發明揭示一種信號分路裝置，包含一金屬導線、一第一電感和一第二電感。該金屬導線之一第一端點和一第二端點分別經由一第一電容和一第二電容接地，且該第一端點和該第二端點分別用以電性連接至一收發機之接收部及該收發機之發射部。該第一電感之一端電性連接至該金屬導線之該第一端點，而另一端經由一第三電容接地，且該另一端用以電性連接至一天線部。該第二電感之一端電性連接至該金屬導線之該第二端點，而另一端用以電性連接至該天線部。

本發明揭示一種無線通訊裝置，包含一基頻處理器、一收發機和一訊號分路裝置。該收發機係耦合至該基頻處理器。該訊號分路裝置係耦合至該收發機，並包含一金屬導線、一第一電感和一第二電感。該金屬導線之一第一端點和一第二端點分別經由一第一電容和一第二電容接地，且該第一端點和該第二端點分別用以電性連接至該收發機之接收部及該收發器之發射部。該第一電感之一端電性連接至該金屬導線之該第一端點，而另一端經由一第三電容接地，且該另一端用以電性連接至一天線部。該第二電感之一端電性連接至該金屬導線之該第二端點，而另一端用以電性連接至該天線部。

圖2顯示本發明之一實施例之訊號分路裝置應用於一無線收發裝置之示意圖。如圖2所示，該訊號分路裝置200係安裝於一收發機400和一天線部500之間，並包含一金屬導線202、一第一電感204和一第二電感206。該金屬導線202包含一第一端點208和一第二端點210，並分別經由一第一電容302和一第二電容304接地。該第一端點208用以電性連接至該收發機400之接收部402，而該第二端點210用以電性連接至該收發機400之發射部404。該第一電感204之一端電性連接至該金屬導線202之該第一端點208，而該第一電感204之另一端則經由一第三電容306接地，且該另一端用以電性連接至該天線部500。該第二電感206之一端電性連接至該金屬導線202之該第二端點210，而另一端用以電性連接至該天線部500。較佳的，該第一電感204、該第二電感206、該第一電容302、該第二電容304和該第三電容306皆為集總式元件(lumped element)。相較於圖1之傳統之訊號分路器，該等電容130及140可獨立於該收發機400之外，或是整合於該收發機400之中。如圖2所示，在本實施例中，該等電容係已整合於該收發機400之中。

在本實施例中，該收發機400之系統特徵阻抗Z₀ 為50歐姆。為降低圖2之無線收發裝置於收發訊號時之能量損失，該天線部500之負載阻抗亦設計以匹配該收發機400之系統特徵阻抗Z₀ 。在本實施例中，該收發機400具有下列特性：當該收發機400運作於一接收模式時，該接收部402之負載阻抗匹配該收發機400之系統特徵阻抗Z₀ ，而該發射部404之負載阻抗大於該接收部402之負載阻抗，例如該發射部404之負載阻抗為該接收部402之負載阻抗10倍以上。較佳的，當該收發機400運作於一接收模式時，該發射部404之負載阻抗為該接收部402之負載阻抗20倍以上。

當該收發機400運作於一發射模式時，該發射部404之負載阻抗匹配該收發機400之系統特徵阻抗Z₀ ，且該發射部404之負載阻抗小於該接收部402之負載阻抗，例如該接收部402之負載阻抗為該發射部404之負載阻抗10倍以上。較佳的，當該收發機400運作於一發射模式時，該接收部402之負載阻抗為該發射部404之負載阻抗20倍以上。

圖3顯示本發明之一實施例之無線通訊裝置之示意圖。如圖3所示，該無線通訊裝置600包含一基頻處理器700、一收發機400及一訊號分路裝置200，其中該收發機400係相應於圖2之收發機400，並耦合至該基頻處理器700，而該訊號分路裝置200係相應於圖2之訊號分路裝置200，並耦合至該收發機400及一天線部500。

圖4顯示當該收發機400運作於一接收模式時，一接收訊號行進方向示意圖。當該天線部500接收一接收訊號時，該發射部404之負載阻抗遠大於該天線部500之負載阻抗，且該接收部402之負載阻抗匹配該天線部500之負載阻抗。根據訊號行進之原理，若有兩端口可供選擇，訊號會選擇較匹配訊號輸出端之負載阻抗之端口方向行進。因此，該接收訊號即沿著圖4所示箭頭方向進入該接收部402。

圖5顯示當該收發機400運作於一發射模式時，一發射訊號行進方向示意圖。當該發射部404發射一發射訊號時，由於該接收部402之負載阻抗遠大於該發射部404之負載阻抗，且該發射部404之負載阻抗匹配該天線部500之負載阻抗，根據訊號行進之原理，該發射訊號即沿著圖5所示箭頭方向進入該天線部500。

圖6顯示該收發機400運作於一接收模式時，該接收部402、該發射部404和該天線部500之散射特性。在本實施例中，該金屬導線202之長度介於10mm~1000mm之間，寬度介於5mm~150mm之間。該第一電感204之電感值介於1nH~100nH之間。該第二電感206之電感值介於1nH~100nH之間。該第一電容302之電容值介於0.3pF~220pF之間，該第二電容304之電容值介於0.3pF~220pF之間，而該第三電容306之電容值介於0.3pF~220pF之間。當該收發機400運作於一接收模式時，該發射部404之負載阻抗為該接收部402之負載阻抗之20倍。當該收發機400運作於一發射模式時，該接收部402之負載阻抗大於該發射部404之負載阻抗之20倍。該訊號分路裝置200係運作於2.4GHz至2.5GHz之頻段。

如圖6所示，該天線部500之反射損耗，即反射回該天線部500之訊號能量和該天線部500輸出之訊號能量之比值，在2.4GHz至2.5GHz之頻段間係低於-10dB。該發射部404和該接收部402之隔離度，即接收訊號傳至該發射部404之訊號能量和接收訊號傳至該接收部402訊號能量之比值，在2.4GHz至2.5GHz之頻段間亦低於-10dB。該接收部402對該天線部500之介入損耗，即接收訊號傳至該接收部402之訊號能量和該天線部500輸出之訊號能量之比值，在2.4GHz至2.5GHz之頻段間係高於-1dB。由此可知，當本實施例之無線收發裝置操作於2.5GHz之頻段且運作於接收模式時，該天線部500和該收發機400之間可達到低損耗及高隔離度之特性。

圖7顯示該收發機400運作於一發射模式時，該接收部402、該發射部404和該天線部500之散射特性。如圖7所示，該發射部404之反射損耗，即反射回該發射部404之訊號能量和該發射部404輸出之訊號能量之比值，在2.4GHz至2.5GHz之頻段間係低於-10dB。該接收部402和該發射部404之隔離度，即發射訊號傳至該接收部402之訊號能量和該發射部404輸出之訊號能量之比值，在2.4GHz至2.5GHz之頻段間亦低於-10dB。該天線部500對該發射部404之介入損耗，即發射訊號傳至該天線部500之訊號能量和該發射部404輸出之訊號能量之比值，在2.4GHz至2.5GHz之頻段間係高於-1dB。由此可知，當本實施例之無線收發裝置操作於2.5GHz之頻段且運作於發射模式時，該天線部500和該收發機400之間亦可達到低損耗及高隔離度之特性。

綜上所述，本發明之訊號分路裝置藉由收發機操作於接收或發射模式時，動作端與不動作端二者間的負載阻抗差異，達成自行進行訊號分路之特點，故可取代現有的訊號分路器而不需額外之控制訊號線。此外，由於本發明之訊號分路裝置僅使用電感元件及金屬傳導線，故具有成本低廉之優勢。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

100．．．訊號分路器

102．．．第一連接埠

104．．．第二連接埠

106．．．第三連接埠

108．．．控制埠

110．．．天線部

120．．．收發器

122．．．接收部

124．．．發射部

126．．．控制埠

130．．．電容

140．．．電容

200．．．訊號分路裝置

202．．．金屬導線

204．．．第一電感

206．．．第二電感

208．．．第一端點

210．．．第二端點

302．．．第一電容

304．．．第二電容

306．．．第三電容

400．．．收發機

402．．．接收部

404．．．發射部

500．．．天線部

600．．．無線通訊裝置

700．．．基頻處理器

圖1顯示一應用傳統之訊號分路器於一無線收發裝置之示意圖；

圖2顯示本發明之一實施例之訊號分路裝置應用於一無線收發裝置之示意圖；

圖3顯示本發明之一實施例之無線通訊裝置之示意圖；

圖4顯示本發明之一實施例之收發機之一接收訊號行進方向示意圖；

圖5顯示本發明之一實施例之收發機之一發射訊號行進方向示意圖；

圖6顯示本發明之一實施例之無線收發裝置於接收模式時之散射特性；以及

圖7顯示本發明之一實施例之無線收發裝置於發射模式時之散射特性。

200．．．訊號分路裝置

202．．．金屬導線

204．．．第一電感

206．．．第二電感

208．．．第一端點

210．．．第二端點

302．．．第一電容

304．．．第二電容

306．．．第三電容

400．．．收發機

402．．．接收部

404．．．發射部

500．．．天線部

Claims (28)

1. 一種訊號分路裝置，包含：一金屬導線，其一第一端點和一第二端點分別經由一第一電容和一第二電容接地，且該第一端點和該第二端點分別用以電性連接至一收發機之接收部及該收發機之發射部；一第一電感，其一端電性連接至該金屬導線之該第一端點，而另一端經由一第三電容接地，且該另一端用以電性連接至一天線部；以及一第二電感，其一端電性連接至該金屬導線之該第二端點，而另一端用以電性連接至該天線部。
2. 根據請求項1之訊號分路裝置，其中當該收發機運作於一接收模式時，該發射部之負載阻抗大於該接收部之負載阻抗之10倍，而該接收部之負載阻抗匹配該天線部之負載阻抗。
3. 根據請求項2之訊號分路裝置，其中當該收發機運作於一接收模式時，該發射部之負載阻抗大於該接收部之負載阻抗之20倍。
4. 根據請求項1之訊號分路裝置，其中當該收發機運作於一發射模式時，該接收部之負載阻抗大於該發射部之負載阻抗之10倍，而該發射部之負載阻抗匹配該天線部之負載阻抗。
5. 根據請求項4之訊號分路裝置，其中當該收發機運作於一發射模式時，該接收部之負載阻抗大於該發射部之負載阻抗之20倍。
6. 根據請求項1之訊號分路裝置，其中該金屬導線之長度為10mm~1000mm，寬度為5mm~150mm。
7. 根據請求項1之訊號分路裝置，其中該第一電感之電感值為1nH~100nH。
8. 根據請求項1之訊號分路裝置，其中該第二電感之電感值為1nH~100nH。
9. 根據請求項1之訊號分路裝置，其中該第一電容之電容值為0.3pF~220pF。
10. 根據請求項1之訊號分路裝置，其中該第二電容之電容值為0.3pF~220pF。
11. 根據請求項1之訊號分路裝置，其中該第三電容之電容值為0.3pF~220pF。
12. 根據請求項1之訊號分路裝置，其係運作於2.4GHz至2.5GHz之頻段。
13. 根據請求項1之訊號分路裝置，其中該第一電容、該第二電容和該第三電容為集總式電容器。
14. 根據請求項1之訊號分路裝置，其中該第一電感和該第二電感為集總式電感器。
15. 一種無線通訊裝置，包括：一基頻處理器；一收發機，耦合至該基頻處理器；以及一訊號分路裝置，耦合至該收發機，其中該訊號分路裝置包括：一金屬導線，其一第一端點和一第二端點分別經由一第一電容和一第二電容接地，且該第一端點和該第二端點分別用以電性連接至該收發機之接收部及該收發器之發射部；一第一電感，其一端電性連接至該金屬導線之該第一端點，而另一端經由一第三電容接地，且該另一端用以電性連接至一天線部；以及一第二電感，其一端電性連接至該金屬導線之該第二端點，而另一端用以電性連接至該天線部。
16. 根據請求項15之無線通訊裝置，其中當該收發機運作於一接收模式時，該發射部之負載阻抗大於該接收部之負載阻抗之10倍，而該接收部之負載阻抗匹配該天線部之負載阻抗。
17. 根據請求項16之無線通訊裝置，其中當該收發機運作於一接收模式時，該發射部之負載阻抗大於該接收部之負載阻抗之20倍。
18. 根據請求項15之無線通訊裝置，其中當該收發機運作於一發射模式時，該接收部之負載阻抗大於該發射部之負載阻抗之10倍，而該發射部之負載阻抗匹配該天線部之負載阻抗。
19. 根據請求項18之無線通訊裝置，其中當該收發機運作於一發射模式時，該接收部之負載阻抗大於該發射部之負載阻抗之20倍。
20. 根據請求項15之無線通訊裝置，其中該金屬導線之長度為10mm~1000mm，寬度為5mm~150mm。
21. 根據請求項15之無線通訊裝置，其中該第一電感之電感值為1nH~100nH。
22. 根據請求項15之無線通訊裝置，其中該第二電感之電感值為1nH~100nH。
23. 根據請求項15之無線通訊裝置，其中該第一電容之電容值為0.3pF~220pF。
24. 根據請求項15之無線通訊裝置，其中該第二電容之電容值為0.3pF~220pF。
25. 根據請求項15之無線通訊裝置，其中該第三電容之電容值為0.3pF~220pF。
26. 根據請求項15之無線通訊裝置，其係運作於2.4GHz至2.5GHz之頻段。
27. 根據請求項15之無線通訊裝置，其中該第一電容、該第二電容和該第三電容為集總式電容器。
28. 根據請求項15之無線通訊裝置，其中該第一電感和該第二電感為集總式電感器。