TWI627835B - Antenna device and signal transmitting and receiving method - Google Patents

Abstract

本發明之天線裝置（10）具備：複數之天線（11、12），分別含有匹配電路（11b、12b）；控制電路（15），藉由控制各天線的匹配電路，而調整各天線的阻抗；以及無線電路（13），處理各天線所發送接收的信號。控制電路，選擇複數之天線中任一個，控制所選擇之天線的匹配電路，而達成此所選擇之天線與無線電路之阻抗匹配，且控制未受選擇之天線的匹配電路，而使此未受選擇之天線與無線電路不阻抗匹配。而且，控制電路於信號發送時，將無線電路控制為將信號輸出至所選擇之天線，且於信號接收時，將無線電路控制為將來自所選擇之天線之信號加以接收。

Description

天線裝置及信號發送接收方法

本發明係關於具有複數之天線之天線裝置及信號發送接收方法。

就使用複數之天線而將信號加以發送或接收之天線裝置而言，已知有專利文獻1所記載的技術。此天線裝置於將信號加以發送或接收時，使二個天線中任一天線阻抗匹配於無線電路部。藉此，將發送或接收所使用之天線加以切換。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

日本特開2010－81161號公報

〔發明所欲解決之問題〕 然而，以往構成之中，天線間有時產生耦合。舉例而言，於二個天線配置在近距離時，產生此種耦合，且發送位準或接收位準降低。本發明著眼於如此問題點，且目的為提供：天線裝置及信號發送接收方法，能於信號發送接收時抑制發送接收位準之降低。 〔解決問題之方式〕

本發明之一態樣之天線裝置具備：複數之天線，分別包含將阻抗加以調整之匹配電路；控制電路，藉由控制前述各天線的前述匹配電路，而調整前述各天線的阻抗；以及無線電路，處理前述各天線所發送接收的信號；且前述控制電路，選擇前述複數之天線中任一個，控制所選擇之天線的前述匹配電路而達成前述所選擇之天線與前述無線電路之阻抗匹配，且控制未受選擇之天線的前述匹配電路而使前述未受選擇之天線與前述無線電路阻抗不匹配，並於信號發送時，將前述無線電路控制為將信號輸出至所選擇之天線，於信號接收時，將前述無線電路控制為將來自所選擇之天線之信號加以接收。

本發明之一態樣之信號發送接收方法，使用複數之天線而將信號加以發送接收，且具備：步驟（a），選擇前述複數之天線中任一者；步驟（b），將前述所選擇之天線的阻抗加以調整為所選擇之天線與無線電路係匹配；以及步驟（c），將前述未受選擇之天線的阻抗加以調整為使未受選擇之天線與前述無線電路不匹配。前述步驟（c）包含使前述未受選擇之天線與前述無線電路呈非連接之步驟、或使前述未受選擇之天線所連接之前述無線電路不運作之步驟。 〔發明之效果〕

上述天線裝置及信號發送接收方法，於信號發送接收時抑制發送接收位準之降低。

〔實施發明之較佳形態〕 圖1（a）顯示第一實施形態所示之天線裝置使用的系統1。系統1具備：電氣設備2（例如照明）；開關3，使電氣設備2運作；以及控制器4，控制電氣設備2。照明的開關3基於從控制器4發送之信號而使照明運作。控制器4有時將信號發送至開關3、又有時將來自開關3之信號加以接收。信號的頻率係規定為100MHz～10GHz範圍內的特定頻率（例如426MHz）。為了提昇開關3與控制器4之間的發送接收的可靠度，而利用分集效果。具體而言，控制器4內的天線裝置10（參照圖2）具備複數之天線。

圖1（b）顯示第二實施形態所示之天線裝置使用的系統5之範例。系統5具有：複數之電氣設備6、7；第一控制裝置6a（例如開關），使第一電氣設備6運作；第二控制裝置7a，控制第二電氣設備7；以及管理裝置8，管理第一控制裝置6a與第二控制裝置7a。第一電氣設備6例如係照明，第二電氣設備7例如係太陽能電池。管理裝置8使用頻率不同的信號而分別與第一控制裝置6a及第二控制裝置7通信。舉例而言，管理裝置8使用第一頻率（例如426MHz）的信號而與第一控制裝置6a通信。管理裝置8使用第二頻率（例如920MHz）的信號而與第二控制裝置7a通信。管理裝置8的天線裝置30（參照圖6）具備將第一頻率的信號加以發送接收之天線、將第二頻率的信號加以發送接收之天線。

如同上述，以無線信號控制電氣設備之情形下，將複數之天線配置在控制器4或管理裝置8。控制器4或管理裝置8的配置空間宜小，且此大小有限制。因此，配置在控制器4或管理裝置8內之複數之天線間的距離變近。於此，「近」係表示短於下者：於信號之發送或接收時，在複數之天線間不產生耦合之天線間距離的最小距離。因此，於天線間的距離為近之情形下，此等裝置（控制器4或管理裝置8）之中，可能於信號發送時或接收時，在天線間產生耦合。以下所示之天線裝置10、30（參照圖2及圖6）抑制天線間的耦合。

（第一實施形態） 參照圖2及圖3，說明第一實施形態之天線裝置10。將天線裝置10使用於例如圖1（a）所示之系統1。天線裝置10使用複數之天線11、12而將特定頻率（例如426MHz）的信號加以發送接收。天線裝置10具備第一天線11、第二天線12、無線電路13、切換電路14、控制電路15、記憶裝置16。第一天線11具有天線部11a與匹配電路11b。天線部11a構成為例如環狀或棒狀。天線部11a連接至接地。第二天線12具有天線部12a與匹配電路12b。第一天線11與第二天線12具有相同構造。

匹配電路11b係用以將第一天線11的阻抗加以變更之電路。如圖3所示，於環狀天線之情形下，匹配電路11b可設於環狀天線內。匹配電路11b包含可變電容元件21與電容元件22。可變電容元件21表示可藉由輸入信號（例如施加電壓）而進行靜電電容的調整之元件。就可變電容元件21而言，例如使用可變電容二極體。

無線電路13有時形成發送信號、有時處理由第一天線11或第二天線12接收之接收信號。切換電路14係配置在第一天線11與無線電路13之間兼第二天線12與無線電路13之間。切換電路14基於控制電路15的指令，而切換為第一連接狀態A1與第二連接狀態A2中任一狀態。第一連接狀態A1表示切換電路14將第一天線11與無線電路13連接、且不將第二天線12連接至無線電路13之狀態。第二連接狀態A2表示切換電路14將第二天線12與無線電路13連接、且不將第一天線11連接至無線電路13之狀態。於第一連接狀態A1及第二連接狀態A2中任一狀態中，第一天線11與第二天線12之間均為非連接狀態。切換電路14例如由半導體開關元件構成。

控制電路15於信號發送時及信號接收時（包含等待信號之待機時），控制第一天線11、第二天線12、及切換電路14。具體而言，控制電路15使第一天線11及第二天線12有時阻抗匹配、有時阻抗不匹配於無線電路13。

使天線11、12阻抗匹配之控制之中，控制電路15將施加至匹配電路11b、12b之參數（例如施加電壓）加以調整，用於使針對無線電路13之天線11、12的發送位準或接收位準變高。天線11、12預先設定有阻抗匹配於無線電路13之參數（施加電壓）。舉例而言，於天線裝置10製造時，使輸入至匹配電路11b、12b之施加電壓變化，而偵測出阻抗匹配於無線電路13之施加電壓（使發送位準及接收位準高於第一基準値之施加電壓）。偵測出之施加電壓紀錄在天線裝置10的記憶裝置16。以下，使天線阻抗匹配於無線電路13之參數（施加電壓）係稱作「匹配信號」。

使天線11、12阻抗不匹配之控制之中，控制電路15將施加至匹配電路11b、12b之參數（例如施加電壓）加以調整，用以使針對發送信號或接收信號之天線11、12的發送位準或接收位準變低。天線11、12預先設定有阻抗不匹配於無線電路13的參數（施加電壓）。舉例而言，於天線裝置10製造時，使輸入至匹配電路11b、12b之施加電壓變化，而偵測出阻抗不匹配於無線電路13的施加電壓（使發送位準及接收位準低於比第一基準値更低的第二基準値之施加電壓）。偵測出之施加電壓記錄在天線裝置10的記憶裝置16。以下，使天線阻抗不匹配於無線電路13之參數（施加電壓）係稱作「不匹配信號」。

參照圖2及圖4，說明信號發送時之天線裝置10的運作。 控制電路15於信號發送時，使用第一天線11與第二天線12而將發送信號加以發送。具體而言，控制電路15於信號發送時使切換電路14運作，而將第一天線11與第二天線12與無線電路13之連接狀態在第一連接狀態A1與第二連接狀態A2之間周期性切換。

切換電路14為第一連接狀態A1時，控制電路15將各天線11、12控制如下。控制電路15將匹配信號V11輸入至第一天線11的匹配電路11b並使第一天線11阻抗匹配於無線電路13，且將不匹配信號V22輸入至第二天線12的匹配電路12b並使第二天線12阻抗不匹配於無線電路13。又，於匹配信號V11輸入至第一天線11之期間，無線電路13將發送信號輸出至第一天線11。

切換電路14為第二連接狀態A2時，控制電路15將各天線11、12控制如下。控制電路15將不匹配信號V12輸入至第一天線11的匹配電路11b並使第一天線11阻抗不匹配於無線電路13，且將匹配信號V21輸入至第二天線12的匹配電路12b並使第二天線12阻抗匹配於無線電路13。又，於匹配信號V21輸入至第二天線12之期間，無線電路13將發送信號輸出至第二天線12。如同上述，天線裝置10周期性切換第一天線11與第二天線12，而將發送信號加以發送。

參照圖2及圖5，說明信號接收之待機時及信號接收時之天線裝置10的運作。控制電路15於信號接收之待機時，交替將第一天線11與第二天線12切換為可接收狀態。具體而言，控制電路15於信號接收之待機時使切換電路14運作，而將第一天線11及第二天線12與無線電路13之間的連接狀態，在第一連接狀態A1與第二連接狀態A2之間周期性切換。

切換電路14為第一連接狀態A1時，控制電路15將各天線11、12控制如下。控制電路15將匹配信號V11輸入至第一天線11的匹配電路11b並使第一天線11阻抗匹配於無線電路13，且將不匹配信號V22輸入至第二天線12的匹配電路12b並使第二天線12阻抗不匹配於無線電路13。

於切換電路14為第二連接狀態A2時，控制電路15將各天線11、12控制如下。控制電路15將不匹配信號V12輸入至第一天線11的匹配電路11b並使第一天線11阻抗不匹配於無線電路13，且將匹配信號V21輸入至第二天線12的匹配電路12b並使第二天線12阻抗匹配於無線電路13。

又，控制電路15將二天線11、12的輸出信號與閾値加以比較。控制電路15於判斷哪一個輸出信號高於閾値時，在預定比較期間TC將第一天線11的輸出信號與第二天線12的輸出信號加以比較，而選擇輸出位準高的天線。而且，藉由切換電路14將所選擇之天線與無線電路13連接。再者，控制電路15控制匹配電路11b、12b，而使所選擇之天線與無線電路13阻抗匹配，並使未受選擇之天線與無線電路13阻抗不匹配。

其次，說明控制電路15的作用。以往技術之中，使第一天線11及第二天線12中一者為阻抗匹配，且使另一者為阻抗不匹配。即使僅以如此構成，二天線11、12間的耦合亦會降低，但會有基於二天線11、12的耦合而無法達成充分增益之情形。此原因為雖然二天線11、12具有增益的差，但於發送接收時，二天線11、12會一併運作，而二天線11、12耦合。於是，如同上述，控制電路15於發送信號發送時、信號接收之待機時、或接收信號接收時，將一天線連接至無線電路13、並將匹配信號輸入至一天線，藉以使一天線阻抗匹配於無線電路13。再者，藉由另一天線與無線電路13不連接、並將不匹配信號輸入至另一天線，而使此天線阻抗不匹配於無線電路13。藉此，二天線11、12產生增益的差、且在未受選擇之天線不易形成電場，因此二天線11、12間的耦合降低。又，因為二天線11、12間非連接，因此亦抑制經由電路（亦即形成在基板上的導體或基板上之電容構件）的耦合。

（第二實施形態） 參照圖6，說明第二實施形態之天線裝置30。 將第二實施形態之天線裝置30使用於例如圖1（b）所示之系統5。天線裝置30使用複數之天線而將頻率不同的信號加以發送接收。

天線裝置30具備第一天線31、第二天線32、連接至第一天線31之第一無線電路33、連接至第二天線32之第二無線電路34、控制電路35、記憶裝置36。第一天線31具有天線部31a與匹配電路31b。第二天線32具有天線部32a與匹配電路32b。天線部31a、32a及匹配電路31b、32b之構成係按照第一實施形態所示。記憶裝置36係按照第一實施形態所示，且記憶各天線31、32所設定之匹配信號及不匹配信號（即各個施加電壓）。

第一無線電路33有時形成特定頻率（例如426MHz）的發送信號、又有時處理由第一天線31接收之特定頻率的接收信號。第二無線電路34或者形成特定頻率（例如920MHz）的發送信號、或者處理由第二天線32接收之特定頻率的接收信號。第一無線電路33所處理之信號與第二無線電路34所處理之信號的頻率不同。

控制電路35於信號發送時及信號接收時，控制第一天線31及第二天線32。具體而言，控制電路35使第一天線31及第二天線32有時阻抗匹配於無線電路、又有時阻抗不匹配於無線電路。使天線阻抗匹配於無線電路之控制、及使天線阻抗不匹配於無線電路之控制，係按照第一實施形態所示之控制。

說明天線裝置30的運作。 控制電路35於信號發送時，選擇第一天線31及第二天線32中任一者，而以所選擇之天線將發送信號加以發送。而且，控制電路35控制所選擇之天線的匹配電路，用於使所選擇之天線與連接至所選擇之天線之無線電路在發送頻率為匹配。又，控制電路35控制所選擇之天線的匹配電路，且控制未受選擇之天線的匹配電路，用於使未受選擇之天線與連接至未受選擇之天線之無線電路在發送頻率不匹配。匹配電路31b、32b的控制方法係按照第一實施形態。又，控制電路35僅使第一無線電路33與第二無線電路34中之連接至所選擇之天線之無線電路運作，而使連接至未受選擇之天線之無線電路不運作。

控制電路35於信號接收之待機時，交替將第一天線31與第二天線32切換為可接收狀態。 控制電路35控制匹配電路31b、32b，使所選擇之天線與連接至所選擇之天線之無線電路在接收頻率為匹配，且使未受選擇之天線與連接至未受選擇之天線之無線電路在接收頻率為不匹配。匹配電路31b、32b的控制方法係按照第一實施形態。又，控制電路35僅使第一無線電路33與第二無線電路34中之連接至所選擇之天線之無線電路運作，而使連接至未受選擇之天線之無線電路不運作。

而且，於以任一天線將接收信號加以接收時，控制電路35將各天線31、32的匹配電路控制如下。亦即，控制電路35控制將接收信號加以接收之一天線的匹配電路，用於使此一天線與連接至此一天線之無線電路在接收頻率為匹配。又，控制電路35控制另一天線的匹配電路，用於使此另一天線與連接至此另一天線之無線電路在接收頻率為不匹配。此時，控制電路35使連接至已阻抗匹配之天線之無線電路運作，而使其它無線電路不運作。

其次說明控制電路35的作用。本實施形態之中，以各天線31、32發送接收之信號的頻率不同。於一信號的頻率成為另一信號的頻率的整數倍或與其相近値之情形（例如426MHz與920MHz）下，會有信號的發送接收時，產生天線31、32間的耦合，無法獲得充分增益之情形。於是，如同上述，發送信號之發送時、信號接收之待機時、或接收信號之接收時，控制電路35藉由控制所選擇之天線的匹配電路，使此天線與連接至此天線之無線電路在發送接收頻率為匹配。另一方面，藉由控制未受選擇之天線的匹配電路，使此天線與連接至此天線之無線電路在發送接收頻率不匹配。再者，控制電路35使連接至未受選擇之天線之無線電路不運作。藉此，二天線31、32產生增益的差、且在未受選擇之天線不易形成電場，因此二天線31、32的耦合降低。

說明上述各實施形態之天線裝置10、30的效果。 （一）第一及第二實施形態之天線裝置10（30）之中，控制電路15（35）進行如下的控制。

信號發送時，控制電路15（35）將無線電路13（33、34）控制為：使所選擇之天線與連接至所選擇之天線之無線電路在發送頻率為匹配，且僅將發送信號輸出至所選擇之天線。

又，信號接收時，將無線電路13（33、34）控制為：使所選擇之天線與連接至所選擇之天線之無線電路在接收頻率為匹配，且僅從所選擇之天線將信號加以接收。藉此，在未受選擇之天線不易產生電場，抑制二天線11、12（31、32）間之耦合產生，而於信號發送接收時將發送接收位準之降低加以抑制。

（二）第一實施形態之天線裝置10將特定頻率的信號加以發送接收，且具有切換電路14。信號的發送接收時，控制電路15控制切換電路14，而連接所選擇之天線與無線電路13，且不連接未受選擇之天線與無線電路13。藉由此構成，二天線不會連接，因此不易產生經由無線電路13之二天線11、12間的耦合。

（三）第二實施形態之天線裝置30將複數之特定頻率的信號加以發送接收。控制電路35使所選擇之天線與連接至所選擇之天線之無線電路在發送接收頻率為匹配，且使連接至所選擇之天線之無線電路運作。又，控制電路35使未受選擇之天線與連接至未受選擇之天線之無線電路不匹配，且使連接至未受選擇之天線之無線電路不運作。藉此，因為抑制電場形成在未受選擇之天線，所以抑制二天線31、32間之耦合。

（四）依據第一實施形態及第二實施形態所示之信號發送接收方法，則電場不易產生在未受選擇之天線，抑制二天線11、12（31、32）間之耦合產生，而於信號發送接收時將發送接收位準之降低加以抑制。

〔其他實施形態〕 第一及第二實施形態之中，天線裝置10、30具備二個天線，但天線的個數亦可為三個以上。此情形下，依序切換所使用之天線。又，匹配電路11b、12b，31b、32b的構成不限定於實施形態，而可包含線圈或電阻。

以下記載能由上述各實施形態掌握之技術思想。 （附錄1） 一種天線裝置（10；30），具備： 複數之天線（11、12；31、32），分別包含將阻抗加以調整之匹配電路（11b、12b；31b、32b）； 控制電路（15；35），藉由控制前述各天線的前述匹配電路，而調整前述各天線的阻抗；以及 無線電路（13；33；34），處理前述各天線所發送接收的信號； 且前述控制電路，選擇前述複數之天線中任一個，控制所選擇之天線的前述匹配電路而達成前述所選擇之天線與前述無線電路之阻抗匹配，且控制未受選擇之天線的前述匹配電路而使前述未受選擇之天線與前述無線電路阻抗不匹配，並於信號發送時，將前述無線電路控制為將信號輸出至所選擇之天線，於信號接收時，將前述無線電路控制為將來自所選擇之天線之信號加以接收。

（附錄2） 如附錄1所記載之天線裝置（10），其中， 更具備：切換電路（14），將前述無線電路（13）連接至前述複數之天線（11、12）中任一個； 且於信號的發送接收時，前述控制電路（15）將前述切換電路控制為：連接前述所選擇之天線與前述無線電路、且不連接前述未受選擇之天線與前述無線電路。

（附錄3） 如附錄1所記載之天線裝置（30），其中， 前述無線電路（33；34）係將頻率不同的信號加以處理之複數之無線電路（33、34）中的一個， 前述複數之天線（31、32）的各者連接至前述複數之無線電路（33、34）中一者，且前述複數之天線係將頻率不同的信號加以發送接收， 前述控制電路（35），於信號的發送接收時，使連接至前述所選擇之天線之前述無線電路運作，並使連接至前述未受選擇之天線之前述無線電路不運作。

（附錄4） 一種信號發送接收方法，使用複數之天線（11、12；31、32）而將信號加以發送接收，具備： 步驟（a），選擇前述複數之天線中任一者； 步驟（b），將前述所選擇之天線的阻抗加以調整為所選擇之天線與無線電路（13；33；34）係匹配；以及 步驟（c），將前述未受選擇之天線的阻抗加以調整為未受選擇之天線與前述無線電路不匹配； 且前述步驟（c）包含：使前述未受選擇之天線與前述無線電路呈非連接之步驟、或使連接至前述未受選擇之天線之前述無線電路不運作之步驟。

1‧‧‧系統
2‧‧‧電氣設備
3‧‧‧開關
4‧‧‧控制器
5‧‧‧系統
6‧‧‧電氣設備
6a‧‧‧第一控制裝置
7‧‧‧電氣設備
7a‧‧‧第二控制裝置
8‧‧‧管理裝置
10‧‧‧天線裝置
11‧‧‧第一天線
11a‧‧‧天線部
11b‧‧‧匹配線路
12‧‧‧第二天線
12a‧‧‧天線部
12b‧‧‧匹配電路
13‧‧‧無線電路
14‧‧‧切換電路
15‧‧‧控制電路
16‧‧‧記憶裝置
21‧‧‧可變電容元件
22‧‧‧電容元件
30‧‧‧天線裝置
31‧‧‧第一天線
31a‧‧‧天線部
31b‧‧‧匹配電路
32‧‧‧第二天線
32a‧‧‧天線渡
32b‧‧‧匹配電路
33‧‧‧第一無線電路
34‧‧‧第二無線電路
35‧‧‧控制電路
36‧‧‧記憶裝置
A1‧‧‧第一連接狀態
A2‧‧‧第二連接狀態
V11、V21‧‧‧匹配信號
V12、V22‧‧‧不匹配信號
TC‧‧‧預定比較期間

圖1（a）係第一實施形態之天線裝置所使用之系統的示意圖，（b）係第二實施形態之天線裝置所使用之系統的示意圖。 圖2係第一實施形態之天線裝置的方塊圖。 圖3係圖2之天線裝置的第一天線的電路圖。 圖4係信號發送時之天線裝置的時序圖。 圖5係信號接收時之天線裝置的時序圖。 圖6係第二實施形態之天線裝置的方塊圖。

Claims (4)

1. 一種天線裝置，具備：複數之天線，分別包含將阻抗加以調整之匹配電路；控制電路，藉由控制各該天線的該匹配電路，而調整各該天線的阻抗；以及無線電路，處理各該天線所發送接收的信號；且該控制電路，選擇該複數之天線中任一個，向所選擇之天線的該匹配電路供給匹配信號，而達成該所選擇之天線與該無線電路之阻抗匹配，且向未受選擇之天線的該匹配電路供給不匹配信號，而使該未受選擇之天線與該無線電路阻抗不匹配，並於信號發送時，將該無線電路控制為將信號輸出至所選擇之天線，於信號接收時，將該無線電路控制為將來自所選擇之天線之信號加以接收。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之天線裝置，其中，更具備：切換電路，將該無線電路連接至該複數之天線中任一個；且該控制電路，於信號的發送接收時，將該切換電路控制為：連接該所選擇之天線與該無線電路、且不連接該未受選擇之天線與該無線電路。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之天線裝置，其中，該無線電路係將頻率不同的信號加以處理之複數之無線電路中的一個，該複數之天線的各者連接至該複數之無線電路中一者，且該複數之天線係將頻率不同的信號加以發送接收；該控制電路，於信號的發送接收時，使連接至該所選擇之天線之該無線電路運作，並使連接至該未受選擇之天線之該無線電路不運作。
4. 一種信號發送接收方法，使用複數之天線而將信號加以發送接收，該複數天線分別具備調整阻抗用之匹配電路；該信號發送接收方法包含以下步驟：步驟(a)，選擇該複數之天線中任一者；步驟(b)，向所選擇之天線的該匹配電路供給匹配信號，而將該所選擇之天線的阻抗加以調整為該所選擇之天線與無線電路係相匹配；以及步驟(c)，向未受選擇之天線的該匹配電路供給不匹配信號，而將該未受選擇之天線的阻抗加以調整為該未受選擇之天線與該無線電路係不匹配；且該步驟(c)包含使該未受選擇之天線與該無線電路呈非連接之步驟、或使連接至該未受選擇之天線之該無線電路不運作之步驟。