TWI509990B - 利用接收器從超高頻帶接收通道訊號用之天線系統 - Google Patents

Description

利用接收器從超高頻帶接收通道訊號用之天線系統

本發明係關於一種天線系統，包括電氣小天線(ESA)，供接收超高頻(UHF)帶通道訊號。

本發明得以使用從UHF頻區帶的下部份，至其解放上部份內1 GHZ。事實上，此區帶原先以類比方式用於廣播電視。電視廣播從類比通到數位，即解放此區帶。此等頻率專供視聽廣播器，以實施高清晰度(HD)廣播服務，和手動電話運算子，目的在經由算格網路(cell networks)，對網際網路發動存取服務。其在UHF定位於1 GHz以下，確保長距離範圍，和建築物內之良好穿透。

但網際網路存取服務按程式規則出現在UHF頻譜之上部份，在干擾DVB_T或DVB_H標準接收服務方面，明顯會有共存問題。事實上，宜對電子通訊指定全套副帶790-862 MHz，或9通道。

此外，設備之迷你化可攜式項目，係多帶和多模態，並且有許多重要的無線功能。

超平坦終端即把天線整合於其蓋內，有些覆蓋4-5頻帶，而寬帶天線一般有普通水準的效能，仍然較大型，且天線品質差，又狹帶。

使用位於470-862 MHz的UHF帶，使迷你型天線設計更精緻。因而涉及電氣小天線，其實體維度遠比波長為小。

因此，效率之績效普通而已。效率特別因地平面、耦合、在不同大量電路內之定位，和阻抗匹配之影響而定。

寬帶阻抗匹配電氣小天線之電路和方法，已見於文件US 6 121 940號。

此阻抗匹配電路係由模擬非浮士特(Foster)電抗行為之主動電路形成，諸如在負電容和負電感之電路，以獲得電氣小天線之寬帶匹配。此阻抗匹配電路可使天線的等效電抗中和。

總之，對大約1公尺長度的偶極，此電路係關於頻率30-88 MHz，不適於本發明所用頻率，相當於UHF通路。

為實現非浮士特電感，使用來自正阻抗、電容和電感之主動電路，會實現其形象阻抗。此種結構稱為負阻抗變換器。

負阻抗變換器之原則，如參見第1圖所述。二電晶體T1和T2以微分方式安裝，使第一電晶體T1的基極，經電阻R2中介接到地平面，而第二電晶體T2的基極，接至電容元件C2。

為補正天線電抗，把此變換器定位於與天線串即可，意即第二電晶體T2之射極，接至天線的端口1，而第一電晶體之射極接至接收器之端口2，以獲得寬帶阻抗匹配。

以UHF帶內的小天線而言，天線的反射係數顯示，在UHF帶內電感有例如0.6 pF至3.5 pF之變異，結果是天線電感的完美補正，需要遵循同樣的變異定律。

然而此項稱為Linvill概念，只在低頻有效。

另方面，若分析在高頻之此項微分結構，可知與矽科技中實現負電阻所用者相似，以致從接收器側看來，補正留有附加正電阻的缺陷。

再者，此電路係位在天線正後面，重要的是不會引進衰弱，有損如此結構之靈敏度或增益。

因此，若必須確保1 GHz的增益，電阻R2所界定的截止頻率，和電晶體T2集極的寄生電容，必須大於1 GHz。

本發明旨在克服此等問題。

本發明係關於利用接收器從UHF帶接收通道訊號用之天線系統，包括電氣小天線。此系統包括主動阻抗匹配機件，連接在天線端口和接收器間，以命令訊號控制，視接收器所接收訊號的品質而定，以補正與天線相關的環境引起的阻抗變化，並排除鄰接接收通道的干擾通道頻率，不致干擾天線之主動阻抗匹配。

本發明構想得以透過增加主動阻抗匹配機件，以保證電氣小天線在全部UHF帶之效能水準，容許有最適靈敏度水準。另添加可調諧的拒斥濾波器網路，利用終端的管理器管理，可確保管理來自UHF頻譜上部份之潛在干擾，又保持接收此頻率區帶所擬新服務之可能性。

主動阻抗匹配機件宜包括可變電容之負阻抗變換器，由微分安裝的第一電晶體和第二電晶體形成，各電晶體之射極分別利用抗流雙電感(Choke double inductance)連接至電源，在RF位準產生脫耦參考點。

主動阻抗匹配機件宜包括濾波網路，由連接至抗流雙電感各極端的主動拒斥濾波器並式網路形成。

負阻抗變換器的第一電晶體之基極，經電感的中介接到地平面，而負阻抗變換器的第二電晶體之基極，則經可變電容的中介接到地平面，實現阻抗匹配。

負阻抗變換器可變電容控制用之第一命令訊號，和濾波網路可變電容控制用之命令訊號的輸送，係經由意指所接收位準的接收器資訊，或經與接收器相關控制段分析的高位準干擾的存在。

上述發明之特徵和優點，由如下參照附圖之說明，即可更為清楚明白。

第2圖描述本發明之原理。本發明天線系統包括電氣小天線，其中輸入端口1經阻抗匹配機件的端口2，連接接收器，經由標準接收器，例如本身包括放大器A、調諧器元件T和解調器D之DVB_H接收器，接收UHF帶通道訊號。

阻抗匹配機件首先由數位阻抗變換器CIN形成，如借助地1圖所述，包括添加電感L2，連接至電晶體T1之基極，使二者可實現UHF帶的頻率限制中之增益，例如6至8 dB，又按照所接收訊號之頻率，使電容補正呈線型。

可變電容Cv取代第1圖所示負阻抗變換器CIN之電容C2。係由接收器解調器相關的命令段BC管理之訊號S1控制，且使訊號S1得以傳輸，作用於可變電容Cv，顧及控制效果，視天線結構和/或終端，導致誤匹配現象和損失靈敏度。按照界定臨限值檢測電壓，授權傳輸控制電壓，修飾變換器之電容Cv，直接作用於天線之阻抗匹配，亦即其效率。

阻抗匹配機件包括濾波網路，與負阻抗變換器CIN按下述方式關聯，可利用命令段BC管理的控制訊號S2調諧。事實上，就網際網路存取服務頻譜上部份，與因而潛在對DVB_H接收器干擾的元件共存，有必要管理主動阻抗匹配系統之干擾元件。

亦為阻抗匹配機件之一部份，連接到電晶體T1和T2射極之電源A，確保電晶體T1和T2之DC極化。

電晶體T1和T2的射極利用抗流雙電感L3-1和L3-2，在位準RF脫耦。因此，確保各射極連接到此抗流雙電感L3-1和L3-2極端之一的電晶體極化，而連接至電源A的此雙電感之中央點P，即為在位準RF脫耦的參考點(冷點)。

參考點P在此巧妙使用，以置設拒斥濾波器組成之濾波網路。事實上對電感L3在高值(抗流)共鳴即夠，因此不會干擾電容足以實現拒斥濾波器之變換器的RF功能。

濾波網路包括主動拒斥濾波器LC的並式網路，連接到各電晶體射極，以接收器處理器相關的命令段BC管理之訊號S2控制。此項結構可使拒斥提高。第2圖表示聯結到「數位贈品」(digital dividend)的三個干擾通道之拒斥，相當於使用在解放GHz以下的頻譜區帶，拒斥濾波器數視干擾通道數而定。

在數位贈品環境內終端之功能脈絡裡，掃描方法使干擾元件是位在高位準，記得頻率，終端係呈DVB_H接收模態，來自寬帶檢測器(WBD)的資訊，可使干擾待檢測接收之元件存在，此資訊傳輸至控制段，再授權最接近所接收DVB_H通道的干擾元件上之拒斥濾波器活化。若來自WBD的資訊回到界定臨限值以上，干擾元件即被過濾。若干擾持續，則在最接近的相鄰干擾元件上，授權第二拒斥器活化。

此構想可以在UHF頻譜的上部份，取消例如3個網際網路存取型通道干擾元件。

此主動阻抗匹配構想，已在電氣小天線上的UHF帶驗效。

結果是阻抗匹配項呈現明顯改進，單單天線回流損失係數低於1 dB，或傳輸損失在16 dB程度。

在室內環境測量可使如此構想之增益高漲，按C/N比，邊際平移3-6 dB，確保無誤接收所需品質規範。

可調諧的拒斥濾波器之擬議網路，可用MEMS(微電機系統)技術實施，使在小型基材上有大量可變換電容。

控制段BC傳輸控制負阻抗變換器的可變電容Cv之第一命令訊號S1，和控制濾波網路可變電容之命令訊號S2。來自接收器有所接收訊號品質之資訊，諸如意指所接收位準的自動增益控制(AGC)上之資訊，或來自WBD檢測器意指高位準干擾元件存在之資訊，或意指錯誤(ECC)或干擾之其他資訊，均利用此控制段BC，按照界定臨限值分析，以界定變換器CIN的可變電容Cv和拒斥濾波器網路的可變電容C之命令。主要設有DAC(數位類比電路)，因此確保與電壓所控制MEMS技術之電容界面。

A．．．放大器

BC．．．命令段

C．．．電容

Cv．．．可變電容

CIN．．．負阻抗變換器

D．．．解調器

F．．．濾波網路

L．．．電感

P．．．中央點

S．．．訊號

T．．．電晶體

第1圖說明電氣小天線使用先前技術負阻抗變換器之適應情形；

第2圖說明本發明天線。

A．．．放大器

BC．．．命令段

C．．．電容

Cv．．．可變電容

CIN．．．負阻抗變換器

D．．．解調器

F．．．濾波網路

L．．．電感

P．．．中央點

S．．．訊號

T．．．電晶體

Claims (3)

1. 一種利用接收器從超高頻帶接收通道訊號之天線系統，包括電氣小天線，該系統包括控制段(BC)，提供控制訊號，該控制訊號是根據就接收器資訊的界定臨限值之分析，指示天線系統所接收訊號位準，或存在高階干擾；主動阻抗匹配機件，連接在接到天線的端口(端口1)和接到接收器的端口(端口2)間，包括可變電容器之負阻抗變換器，以控制訊號(S1,S2)之第一控制訊號(S1)控制，以補正天線相關環境引起的阻抗變異；拒斥濾波器網路，具有可變電容，以控制訊號之第二控制訊號(S2)控制，以拒斥鄰近接收通道的干擾通道之頻率，不致干擾天線之主動阻抗匹配者。
2. 如申請專利範圍第1項之天線系統，其中可變電容(Cv)的負阻抗變換器(CIN)，係由微分安裝的第一電晶體(T1)和第二電晶體(T2)形成，第一電晶體(T1)之基極經電感(L2)接至地平面，而第二電晶體(T2)之基極經可變電容(Cv)接至地平面，以實現阻抗匹配，其各電晶體(T1,T2)之射極分別經由抗流雙電感(L3-1,L3-2)接至電源(A)，產生參考點(P)，在位準(RF)脫耦者。
3. 如申請專利範圍第2項之天線系統，其中拒斥濾波器網路包括連接至抗流雙電感(L3-1,L3-2)各極端的主動拒斥濾波器之並式網路。