TWI511479B - 用以接收及傳送無線訊號的天線系統 - Google Patents

用以接收及傳送無線訊號的天線系統 Download PDF

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Description

用以接收及傳送無線訊號的天線系統
本發明係關於一種用以接收及傳送無線訊號的天線系統，尤指一種可有效改善訊號非線性失真的天線系統。
一般的天線系統在進行訊號傳輸時，通常具有一定程度的功率損耗(power loss)，例如當接收到1dBm(分貝毫瓦)的輸入訊號時，若天線系統功率損耗為0.5dBm時，則會輸出0.5 dBm的輸出訊號。然而，由於習知的天線系統接收功率較高的輸入訊號會產生非線性失真，例如當天線系統接收到10dBm的輸入訊號時，功率損耗會由原先的0.5 dBm增加為1.5 dBm，因此僅會輸出8.5 dBm的輸出訊號，且可能導致訊號失真。
請參考第1圖，第1圖係為天線系統中輸出功率Pout對輸入功率Pin之曲線圖，在第1圖中，虛線代表訊號沒有非線性失真的輸出功率Pout對輸入功率Pin的曲線，實線代表天線系統在實際使用時，在具有非線性失真的情況下產生之輸出功率Pout對輸入功率Pin的曲線。當沒有非線性失真的輸出功率Pout與有非線性失真的輸出功率Pout相差1dBm時，其所對應的輸入功率Pin即為低一分貝毫瓦點(P1dBm)。由於訊號達到低一分貝毫瓦點時，非線性失真已經極為嚴重，因此，透過觀察天線系統之訊號是否達到低一分貝 毫瓦點，即可判斷訊號非線性失真的程度。此外，若能提高低一分貝毫瓦點，亦即輸出功率Pout需要較高的功率才能達到低一分貝毫瓦點，也就相對改善訊號的非線性失真。
本發明之一實施例係關於一種用以接收及傳送無線訊號的天線系統，包含一天線、N個積體被動元件，及一傳輸開關。該N個積體被動元件之每一積體被動元件的第一端係耦接於該天線，用以由該天線接收該積體被動元件對應之頻帶的無線訊號，且濾除該N個積體被動元件中其他積體被動元件對應之頻帶的無線訊號。該傳輸開關之第一端係耦接於該天線，用以於開啟時傳送無線訊號至該天線。N係為大於1之整數。
本發明之另一實施例係關於一種用以接收及傳送無線訊號的天線系統，包含一天線、M個接收開關、一積體被動元件，及一傳輸開關。該M個接收開關之每一接收開關之第一端係耦接於該天線，用以於開啟時傳送經由該天線傳來的無線訊號。該積體被動元件之第一端係耦接於該天線，用以由該天線接收該積體被動元件對應之頻帶的無線訊號，且濾除該M個接收開關對應之頻帶的無線訊號。該傳輸開關之第一端係耦接於該天線，用以於開啟時傳送無線訊號至該天線。M係為正整數。
本發明之另一實施例係關於一種用以接收及傳送無線訊號的天 線系統，包含一天線、M個接收開關、N個積體被動元件，及一傳輸開關。該M個接收開關之每一接收開關之第一端係耦接於該天線，用以於開啟時傳送經由該天線傳來的無線訊號。該N個積體被動元件之每一積體被動元件之第一端係耦接於該天線，用以由該天線接收該積體被動元件對應之頻帶的無線訊號，且濾除該M個接收開關及該N個積體被動元件中其他積體被動元件對應之頻帶的無線訊號。該傳輸開關之第一端係耦接於該天線，用以於開啟時傳送無線訊號至該天線。M係為正整數，且N係為大於1之正整數。
透過本發明實施例之設置，天線系統至可防止不同頻帶之間的訊號互相干擾，而改善訊號非線性失真的情形，此外也可降低寄生電容效應。
請參考第2圖，第2圖係為本發明第一實施例天線系統200之示意圖。如第2圖所示，天線系統200係用以接收及傳送無線訊號的天線系統，且包含一天線10、二積體被動元件20及30、一傳輸開關40、一接收器RX、一傳輸器TX、二分流開關S20及S30，及一串聯開關組60。積體被動元件20、30之第一端係均耦接於天線10，用以由天線10接收積體被動元件20所對應之頻帶訊號(例如2.4G頻帶訊號)或接收積體被動元件30所對應之頻帶訊號(例如5G頻帶訊號)。當天線10係接收2.4G頻帶訊號時，積體被動元件20會濾除5G頻帶訊號；當天線10係接收5G頻帶訊號時，積體被動元件 30會濾除2.4G頻帶訊號。傳輸開關40之第一端係耦接於天線10，其中當傳輸開關40開啟時，由傳輸器TX可通過傳輸開關40傳送無線訊號至天線10。
分流開關S20耦接於積體被動元件20之第二端及地端(ground)之間，且分流開關S30耦接於積體被動元件30之第二端及地端之間。分流開關S20、S30的開啟阻抗大於傳輸開關40之開啟阻抗的十倍以上。分流開關S20、S30之閘極寬度可以設置為遠小於一般開關的閘極寬度，如遠小於傳輸開關40的閘極寬度，而使分流開關S20、S30具有比一般開關更小的面積，且相較於一般開關，分流開關S20、S30不會產生顯著的寄生電容效應。
接收器RX係耦接於積體被動元件20、30之第二端，用以處理經由積體被動元件20、30傳來之無線訊號(例如2.4G、5G之頻帶訊號)，亦即接收器RX具有多工處理的功能。傳輸器TX係耦接於傳輸開關40之第二端，用以產生無線訊號，以經由傳輸開關40傳輸無線訊號至天線10。
當傳輸器TX傳送2.4G頻帶訊號或5G頻帶訊號時，分流開關S20、S30及傳輸開關40係開啟，以使2.4G頻帶訊號和5G頻帶訊號可以通過傳輸開關40而由天線10傳送，且由於分流開關S20、S30於開啟後可分別將積體被動元件20、30傳向接收器RX的訊號接地，因此接收器RX不會接收到傳輸器TX傳出的訊號。此外， 當傳輸器TX係傳送5G頻帶訊號時，分流開關S20可選擇性地開啟或關閉，因為即使分流開關S20係關閉，積體被動元件20也會濾除5G頻帶訊號，使接收器RX不會接收到傳輸器TX傳送5G頻帶訊號；反之，若傳輸器TX係傳送2.4G頻帶訊號，分流開關S30也可選擇性地開啟或關閉。
當接收器RX在接收由天線10經積體被動元件20傳來之2.4G頻帶訊號時，分流開關S20及傳輸開關40係關閉，且分流開關S30係開啟，以使積體被動元件20傳來2.4G頻帶訊號可以完整被接收器RX接收而不會接地，且亦不會經由傳輸開關40傳至傳輸器TX或經由積體被動元件30傳至接收器RX。同理，當接收器RX在接收由天線10經積體被動元件30傳來之5G頻帶訊號時，分流開關S30及傳輸開關40係關閉，且分流開關S20係開啟。
串聯開關組60係耦接於傳輸開關40之第二端與地端之間，可如第2圖中設置為包含多個串聯之開關，但本發明並不限制串聯開關組60內串聯的開關之數量，串聯開關組60亦可設置為僅有一個串聯開關，設置串聯開關的數量係根據傳輸器TX之功率大小來決定，愈大的傳輸器TX功率需要愈多個串聯開關。
透過天線系統200於接收2.4G頻帶訊號時濾除5G頻帶訊號，或接收5G頻帶訊號時濾除2.4G頻帶訊號，防止不同頻帶之間頻帶訊號互相干擾，因而改善習知技術中非線性失真的情況。此外，分 流開關S20、S30具有高開啟阻抗及小閘極寬度，可降低寄生電容效應。
雖然在第一實施例中為方便舉例說明，天線系統200僅包含二積體被動元件，然而，本發明亦可將天線系統設置為包含更多積體被動元件，且接收器RX亦可用以多工處理更多不同頻帶的無線訊號。此外，若是在天線系統200中設置更多的積體被動元件，例如共有N個積體被動元件，且N>2，則每一積體被動元件的第一端係耦接於天線10，用以由天線10接收其對應之頻帶的無線訊號，並濾除N個積體被動元件中其他積體被動元件對應之頻帶的無線訊號，且每個積體被動元件皆可如同積體被動元件20、30，在其第二端與地端之間耦接一分流開關。
更進一步舉例，如積體被動元件20、積體被動元件30、接收器RX的阻抗值皆為50歐姆(ohm)，當接收器RX要接收天線10所傳送之對應於積體被動元件20的2.4G頻帶訊號時，從天線10端看進積體被動元件30及看進傳輸開關40的等效阻抗值應為無窮大較佳，也就是相對於天線10端而言，積體被動元件30及傳輸開關40必須是開路的，以避免對無線訊號傳輸上造成干擾，因此必須關閉傳輸開關40，由於積體被動元件30可濾除2.4G頻帶訊號，因此已可被視為開路，但若再開啟分流開關S30，可更完全地濾除2.4G頻帶訊號，此時就天線10端而言，從積體被動元件20看進去的等效阻抗值會等同於積體被動元件20阻抗值平方後後再除以接收器RX 的阻抗值，因此積體被動元件20的等效阻抗值為50*50/50=50(歐姆)。
同樣地，當接收器RX要接收天線10所傳送之對應於積體被動元件30的5G頻帶訊號時，從天線10端看進積體被動元件20及看進傳輸開關40的等效阻抗值應為無窮大較佳，也就是相對於天線10端而言，積體被動元件20及傳輸開關40必須是開路的，以避免對訊號傳輸上造成干擾，因此必須關閉傳輸開關40，由於積體被動元件20可濾除5G頻帶訊號，因此已可被視為開路，但若再開啟分流開關S20，可更完全地濾除5G頻帶訊號，此時就天線10端而言，從積體被動元件30看進去的等效阻抗值會等同於積體被動元件30阻抗值平方後再除以接收器RX的阻抗值，因此積體被動元件30的等效阻抗值為50*50/50=50(歐姆)。
請參考第3圖，第3圖係為本發明第二實施例天線系統300之示意圖。天線系統300係用以接收及傳送無線訊號，且包含一天線10、M個接收開關350_1至350_M、一積體被動元件20、一傳輸開關40、一接收器RX、一傳輸器TX、分流開關S20及S350_1至S350_M，及一串聯開關組60。接收開關350_1至350_M中每個接收開關之第一端係耦接於天線10，用以於開啟時傳送經由天線10傳來的無線訊號。積體被動元件20之第一端係耦接於天線10，用以由天線10接收積體被動元件20對應之頻帶訊號，且濾除M個接收開關350_1至350_M對應之頻帶的無線訊號。傳輸開關40之第 一端係耦接於天線10，用以於開啟時傳送無線訊號至天線10。M係為正整數。
相似於第一實施，在第二實施例中，分流開關S20耦接於積體被動元件20之第二端及地端之間，此外，分流開關S350_1係耦接於接收開關350_1之第二端及地端之間，且分流開關S350_2係耦接於接收開關350_2之第二端及地端之間，以此類推，分流開關S350_M係耦接於接收開關350_M之第二端及地端之間。分流開關S20、S350_1至S350_M的開啟阻抗大於傳輸開關40之開啟阻抗的十倍以上。分流開關S20、S350_1至S350_M之閘極寬度可以設置為遠小於一般開關的閘極寬度，如遠小於傳輸開關40的閘極寬度，而使分流開關S20、S350_1至S350_M具有比一般開關更小的面積，且相較於一般開關，分流開關S20、S350_1至S350_M不會產生顯著的寄生電容效應。
接收器RX係耦接於積體被動元件20之第二端及接收開關350_1至350_M之第二端，用以處理經由積體被動元件20及接收開關350_1至350_M傳來之無線訊號。傳輸器TX係耦接於傳輸開關40之第二端，用以產生無線訊號以經由傳輸開關40傳輸無線訊號至天線10。
當傳輸器TX傳送對應積體被動元件20及接收開關350_1至350_M之一者的訊號時，分流開關S20及傳輸開關40係均開啟， 接收開關350_1至350_M係均關閉，以使訊號可以通過傳輸開關40而由天線10傳送，並將經積體被動元件20傳向接收器RX的訊號接地，且接收開關350_1至350_M於關閉後會阻隔訊號的傳輸，因此接收器RX不會被傳輸器TX傳送的訊號所影響。除此之外，當傳輸器TX傳送對應積體被動元件20及接收開關350_1至350_M之一者的訊號時，另可開啟分流開關S350_1至S350_M，以確保接收開關350_1至350_M之第二端接地。
當接收器RX由天線10接收對應積體被動元件20的訊號時，分流開關S20、傳輸開關40及接收開關350_1至350_M係關閉，以使經積體被動元件20傳來的訊號可以完整被接收器RX接收而不會接地，且亦不會經由傳輸開關40傳至傳輸器TX或經由接收開關350_1至350_M傳至接收器RX。除此之外，當接收器RX由天線10接收對應積體被動元件20的訊號時，另可開啟分流開關S350_1至S350_M，以確保接收開關350_1至350_M之第二端接地。
當接收器RX由天線10接收對應接收開關350_1至350_M中之一接收開關的訊號，如接收對應開關350_1的訊號時，傳輸開關40、接收開關350_2至350_M及分流開關S350_1係關閉，以使經接收開關350_1傳來的訊號可以完整被接收器RX接收而不會接地，且亦不會經由傳輸開關40傳至傳輸器TX或經由積體被動元件20及接收開關350_2至350_M傳至接收器RX。除此之外，當接收器RX由天線10接收對應接收開關350_1的訊號時，另可開啟分流開關 S350_2至S350_M，以確保接收開關350_2至350_M之第二端接地。
串聯開關組60係耦接於傳輸開關40之第二端與地端之間，可如第3圖中設置為包含多個串聯之開關，但本發明並不限制串聯開關組60內串聯的開關之數量，串聯開關組60亦可設置為僅有一個串聯開關，串聯開關的數量係根據傳輸器TX之功率大小來決定。
同理於第一實施例，透過第二實施例天線系統300於天線10接收積體被動元件20對應之頻帶的無線訊號時，濾除接收開關350_1至350_M對應之頻帶的無線訊號，防止不同頻帶之間的訊號互相干擾，因而改善習知技術中非線性失真嚴重的情況。此外，分流開關S20、S350_1至S350_M具有高開啟阻抗及小閘極寬度，可降低寄生電容效應。
請參考第4圖，第4圖係為本發明第二實施例天線系統400之示意圖。天線系統400係用以接收及傳送無線訊號，且包含一天線10、M個接收開關350_1至350_M、N個積體被動元件420_1至420_N、一傳輸開關40、一接收器RX、一傳輸器TX、分流開關S420_1至S420_N及S350_1至S350_M，及一串聯開關組60。接收開關350_1至350_M中每個接收開關之第一端係耦接於天線10，用以於開啟時傳送經由天線10傳來的無線訊號。積體被動元件420_1至420_N中每個積體被動元件之第一端係耦接於天線10，用以由天線10接收其對應之頻帶的無線訊號，且濾除M個接收開關350_1至350_M 及積體被動元件420_1至420_N中其他積體被動元件對應之頻帶的無線訊號。傳輸開關40之第一端係耦接於天線10，用以於開啟時傳送無線訊號至天線10。在第4圖中，M係為正整數，且N係為大於1之正整數。
分流開關S350_1至S350_M中每一分流開關係耦接於接收開關350_1至350_M之第二端及地端之間，且分流開關S420_1至S420_N中每一分流開關係耦接於積體被動元件420_1至420_N之第二端及地端之間。分流開關S420_1至S420_N及S350_1至S350_M的開啟阻抗大於傳輸開關40之開啟阻抗的十倍以上。分流開關S420_1至S420_N及S350_1至S350_M之閘極寬度可以設置為遠小於一般開關的閘極寬度，如遠小於傳輸開關40的閘極寬度，而使分流開關S420_1至S420_N及S350_1至S350_M具有比一般開關更小的面積，且相較於一般開關，分流開關S420_1至S420_N及S350_1至S350_M不會產生顯著的寄生電容效應。
接收器RX係耦接於積體被動元件420_1至420_N之第二端及接收開關350_1至350_M之第二端，用以處理經由積體被動元件420_1至420_N及接收開關350_1至350_M傳來之無線訊號。傳輸器TX係耦接於傳輸開關40之第二端，用以產生無線訊號，以經由傳輸開關40傳輸無線訊號至天線10。
當傳輸器TX傳送對應積體被動元件420_1至420_N及接收開關 350_1至350_M之一者的訊號時，分流開關S420_1至S420_N及傳輸開關40係均開啟，接收開關350_1至350_M係均關閉，以使訊號可以通過傳輸開關40而由天線10傳送，且由於分流開關S420_1至S420_N於開啟後可分別將積體被動元件420_1至420_N傳向接收器RX的訊號接地，接收開關350_1至350_M於關閉後會阻隔訊號的傳輸，因此接收器RX不會被傳輸器TX傳送的訊號所影響。除此之外，當傳輸器TX傳送對應積體被動元件420_1至420_N及接收開關350_1至350_M之一者的訊號時，另可開啟分流開關S350_1至S350_M，以確保接收開關350_1至350_M之第二端接地。
當接收器RX由天線10接收對應積體被動元件420_1至420_N之一者的訊號時，例如對應積體被動元件420_1的訊號，分流開關S420_1、傳輸開關40及接收開關350_1至350_M係關閉，且分流開關S420_2至S420_N係均開啟，以使積體被動元件420_1傳來的訊號可以完整被接收器RX接收而不會接地，且亦不會經由傳輸開關40傳至傳輸器TX或經由積體被動元件420_2至420_N及接收開關350_1至350_M傳至接收器RX。除此之外，當接收器RX由天線10接收對應積體被動元件420_1的訊號時，亦可開啟分流開關S350_1至S350_M，以確保接收開關350_1至350_M之第二端接地。
當接收器RX由天線10接收對應接收開關350_1至350_M中之一接收開關的訊號，如接收開關350_1的訊號時，傳輸開關40、接收開關350_2至350_M及分流開關S350_1係關閉，分流開關S420_1 至S420_N係開啟，以使經接收開關350_1傳來的訊號可以完整被接收器RX接收而不會接地，且亦不會經由傳輸開關40傳至傳輸器TX或經由積體被動元件420_1至420_N及接收開關350_2至350_M傳至接收器RX。除此之外，當接收器RX由天線10接收對應接收開關350_1的訊號時，另可開啟分流開關S350_2至S350_M，以確保接收開關350_2至350_M之第二端接地。
串聯開關組60係耦接於傳輸開關40之第二端與地端之間，可如第4圖中設置為包含多個串聯之開關，但本發明並不限制串聯開關組60內串聯的開關之數量，串聯開關組60亦可設置為僅有一個串聯開關，串聯開關的數量係根據傳輸器TX之功率大小來決定。
同理於第一實施例，透過第三實施例天線系統400於天線10接收積體被動元件420_1至420_N中之一積體被動元件對應之頻帶的無線訊號時，濾除接收開關350_1至350_M及積體被動元件420_1至420_N中其他積體被動元件對應之頻帶的無線訊號，防止不同頻帶之間的訊號互相干擾，因而改善習知技術中非線性失真嚴重的情況。此外，分流開關S420_1至S420_N及S350_1至S350_M具有高開啟阻抗及小閘極寬度，可降低寄生電容效應。又，相較於第一實施例，第三實施例天線系統400由於使用了較多級的積體被動元件，因而可處理對應較多頻帶的訊號。
綜上所述，透過本發明實施例之設置，天線系統200至400可防 止不同頻帶之間的訊號互相干擾，而改善訊號非線性失真的情形，此外也可降低寄生電容效應。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧天線
20、30、420_1至420_N‧‧‧積體被動元件
40‧‧‧傳輸開關
60‧‧‧串聯開關組
200、300、400‧‧‧天線系統
350_1至350_M‧‧‧接收開關
Pout‧‧‧輸出功率
Pin‧‧‧輸入功率
P1dBm‧‧‧低一分貝毫瓦點
RX‧‧‧接收器
S20、S30、S350_1至S350_M、S420_1至S420_N‧‧‧分流開關
TX‧‧‧傳輸器
第1圖係為天線系統中輸出功率對輸入功率之曲線圖。
第2圖係為本發明第一實施例天線系統之示意圖。
第3圖係為本發明第二實施例天線系統之示意圖。
第4圖係為本發明第三實施例天線系統之示意圖。
10‧‧‧天線
20、30‧‧‧積體被動元件
40‧‧‧傳輸開關
60‧‧‧串聯開關組
200‧‧‧天線系統
RX‧‧‧接收器
S20、S30‧‧‧分流開關
TX‧‧‧傳輸器

Claims (7)

  1. 一種用以接收及傳送無線訊號的天線系統，包含：一天線；N個積體被動元件，每一積體被動元件的一第一端係直接耦接於該天線，用以由該天線接收該積體被動元件對應之頻帶訊號，且濾除該N個積體被動元件中其他積體被動元件對應之頻帶訊號；及N個分流開關，每一分流開關耦接於對應之積體被動元件之一第二端及一地端之間；其中N係為大於1之整數。
  2. 如請求項1所述之天線系統，另包含一傳輸開關，其第一端係耦接於該天線，用以於開啟時傳送無線訊號至該天線。
  3. 如請求項1所述之天線系統，其中該N個分流開關的開啟阻抗大於該傳輸開關之開啟阻抗的十倍。
  4. 如請求項3所述之天線系統，另包含：一組串聯開關，耦接於該傳輸開關之第二端與該地端之間。
  5. 如請求項2所述之天線系統，另包含：一接收器，耦接於該N個積體被動元件之第二端，用以處理經由該N個積體被動元件傳來之頻帶訊號；及 一傳輸器，耦接於該傳輸開關之第二端，用以產生無線訊號，以經由該傳輸開關傳輸無線訊號至該天線。
  6. 如請求項1所述之天線系統，另包含：M個接收開關，每一接收開關之第一端係耦接於該天線，用以於開啟時傳送經由該天線傳來之訊號；其中M係為正整數。
  7. 一種用以接收及傳送無線訊號的天線系統，包含：一天線；M個接收開關，每一接收開關之第一端係耦接於該天線，用以於開啟時傳送經由該天線傳來的訊號；一積體被動元件，其第一端係直接耦接於該天線，用以由該天線接收該積體被動元件對應之頻帶訊號，且濾除該M個接收開關對應之頻帶訊號；及(M+1)個分流開關，該(M+1)個分流開關中之M個分流開關之每一分流開關耦接於對應之接收開關之第二端及一地端之間，且該(M+1)個分流開關中之一個分流開關耦接於該積體被動元件之第二端及該地端之間；其中M係為正整數。
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