用以接收及傳送無線信號的天線系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用以接收及傳送無線信號的天線系統，包括一天線及N個集成被動組件。該N個集成被動組件的每一集成被動組件的第一端是直接耦接于該天線，用以由該天線接收該集成被動組件對應的頻帶信號，且濾除該N個集成被動組件中其它集成被動組件對應的頻帶信號，其中N是大于1的整數。通過本發明實施例的設置，該天線系統可防止不同波段之間的信號互相干擾，從而改善信號非線性失真的情形，此外也可降低寄生電容效應。
【專利說明】用以接收及傳送無線信號的天線系統
【技術領域】
[0001]本發明是關于一種用以接收及傳送無線信號的天線系統，尤指一種可有效改善信號非線性失真的天線系統。
【背景技術】
[0002]一般的天線系統在進行信號傳輸時，通常具有一定程度的功率損耗(powerloss),例如當傳送ldBm(分貝毫瓦)的輸出信號時，若天線系統功率損耗為0.5dBm時,貝Ij會輸出0.5dBm的輸出信號。然而，由于現有的天線系統傳送功率較高的輸出信號會產生非線性失真，例如當天線系統傳送IOdBm的輸出信號時，功率損耗會由原先的0.5dBm增加為
1.5dBm,因此僅會輸出8.5dBm的輸出信號,且可能導致信號失真。
[0003]請參考第I圖，第I圖為天線系統中輸出功率Pout對輸入功率Pin的曲線圖，在第I圖中，虛線代表信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的輸出功率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IdBm時，其所對應的輸入功率Pin即為低一分貝毫瓦點(PldBm)。由于信號達到低一分貝毫瓦點時，非線性失真已經極為嚴重，因此，通過觀察天線系統的信號是否達到低一分貝毫瓦點，即可判斷信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，也就相對改善信號的非線性失真。
[0004]集成被動組件技術，可實現許多功能塊，如阻抗匹配電路，諧波濾波器、耦合器、平衡-不平衡轉換器和功率合成器/分頻器。集成被動組件一般使用標準晶圓廠技術，如薄膜和光刻加工制造。由于手持無線設備的不斷進一步減少尺寸、成本并增加功能的需求，集成被動組件(集成無源器件)正吸引著越來越多的關注。
【發明內容】
[0005]本發明的一實施例是公開一種用以接收及傳送無線信號的天線系統，包括一天線及N個集成被動組件。該N個集成被動組件的每一集成被動組件的第一端是直接耦接于該天線，用以由該天線接收該集成被動組件對應的頻帶信號，且濾除該N個集成被動組件中其它集成被動組件對應的頻帶信號，其中N為大于I的整數。
[0006]本發明的另一實施例是公開一種用以接收及傳送無線信號的天線系統，包括一天線、M個接收開關及一集成被動組件。該M個接收開關的每一接收開關的第一端是耦接于該天線，用以于開啟時傳送經由該天線傳來的信號。該集成被動組件的第一端是直接耦接于該天線，用以由該天線接收該集成被動組件對應的頻帶信號，且濾除該M個接收開關對應的頻帶信號，其中M是為正整數。
[0007]本發明的另一實施例是公開一種用以接收及傳送無線信號的天線系統，包含一天線、M個接收開關、N個集成被動組件，及一傳輸開關。該M個接收開關的每一接收開關的第一端是耦接于該天線，用以于開啟時傳送經由該天線傳來的信號。該N個集成被動組件的每一集成被動組件的第一端是直接耦接于該天線，用以由該天線接收該集成被動組件對應的頻帶信號，且濾除該M個接收開關及該N個集成被動組件中其它集成被動組件對應的頻帶信號。該傳輸開關的第一端是耦接于該天線，用以于開啟時傳送無線信號至該天線。M為正整數，且N為大于I的整數。
[0008]通過本發明實施例的設置，天線系統可防止不同頻帶之間的信號互相干擾，從而改善信號非線性失真的情形，此外也可降低寄生電容效應。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是天線系統中輸出功率對輸入功率的曲線圖。
[0010]圖2是本發明第一實施例天線系統的示意圖。
[0011]圖3是本發明第二實施例天線系統的示意圖。
[0012]圖4是本發明第三實施例天線系統的示意圖。
[0013]其中，附圖標記說明如下:
[0014]10天線
[0015]20、30、420_1 至 420_N集成被動組件
[0016]40傳輸開關
[0017]60串聯開關組
[0018]200,300,400天線系統
[0019]350_1 至 350_M接收開關
[0020]Pout輸出功率
[0021]Pin輸入功率
[0022]PldBm低一分貝毫瓦點
[0023]RX接收器
[0024]S20、S30、S350_l 至 S350_M、分流開關
[0025]S420_l 至 S420_N
[0026]TX傳輸器
【具體實施方式】
[0027]請參考第2圖，第2圖是為本發明第一實施例天線系統200的示意圖。如第2圖所示，天線系統200是用以接收及傳送無線信號的天線系統，且包括一天線10、兩個集成被動組件20及30、一傳輸開關40、一接收器RX、一傳輸器TX、兩個分流開關S20及S30，及一串聯開關組60。集成被動組件20、30的第一端均耦接于天線10，用以由天線10接收集成被動組件20所對應的頻帶信號(例如2.4G頻帶信號)或接收集成被動組件30所對應的頻帶信號(例如5G頻帶信號)。當天線10接收2.4G頻帶信號時，集成被動組件20會濾除5G頻帶信號；當天線10接收5G頻帶信號時，集成被動組件30會濾除2.4G頻帶信號。傳輸開關40的第一端是耦接于天線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傳送無線信號至天線10。
[0028]分流開關S20耦接于集成被動組件20的第二端及地端(ground)之間，且分流開關S30耦接于集成被動組件30的第二端及地端之間。分流開關S20、S30的開啟阻抗大于傳輸開關40的開啟阻抗的十倍以上。分流開關S20、S30的閘極寬度可以設置為遠小于一般開關的閘極寬度，如遠小于傳輸開關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，且相較于一般開關，分流開關S20、S30不會產生顯著的寄生電容效應。
[0029]接收器RX是耦接于集成被動組件20、30的第二端，用以處理經由集成被動組件20,30傳來的無線信號(例如2.4G、5G的頻帶信號)，亦即接收器RX具有多任務處理的功能。傳輸器TX是耦接于傳輸開關40的第二端，用以產生無線信號，以經由傳輸開關40傳輸無線信號至天線10。
[0030]當傳輸器TX傳送2.4G頻帶信號或5G頻帶信號時，分流開關S20、S30及傳輸開關40是開啟，以使2.4G頻帶信號和5G頻帶信號可以通過傳輸開關40而由天線10傳送，且由于分流開關S20、S30于開啟后可分別將集成被動組件20、30傳向接收器RX的信號接地，因此接收器RX不會接收到傳輸器TX傳出的信號。此外，當傳輸器TX是傳送5G頻帶信號時，分流開關S20可選擇性地開啟或關閉，因為即使分流開關S20是關閉，集成被動組件20也會濾除5G頻帶信號，使接收器RX不會接收到傳輸器TX傳送的5G頻帶信號；反之，若傳輸器TX是傳送2.4G頻帶信號，分流開關S30也可選擇性地開啟或關閉。
[0031]當接收器RX在接收由天線10經集成被動組件20傳來的2.4G頻帶信號時，分流開關S20及傳輸開關40是關閉，且分流開關S30是開啟，以使集成被動組件20傳來的2.4G頻帶信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或經由集成被動組件30傳至接收器RX。同理，當接收器RX在接收由天線10經集成被動組件30傳來的5G頻帶信號時，分流開關S30及傳輸開關40是關閉，且分流開關S20是開啟。
[0032]串聯開關組60是耦接于傳輸開關40的第二端與地端之間，可如第2圖中設置為包括多個串聯的開關，但本發明并不限制串聯開關組60內串聯的開關的數量，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是根據傳輸器TX的功率大小來決定，愈大的傳輸器TX功率需要愈多個串聯開關。
[0033]通過天線系統200于接收2.4G頻帶信號時濾除5G頻帶信號，或接收5G頻帶信號時濾除2.4G頻帶信號，防止不同頻帶之間頻帶信號互相干擾，因而改善現有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。同時，此實施例中的所有集成組件可整合為一集成電路(integrated circuit, IC),更進一步大幅降低寄生效應。
[0034]雖然在第一實施例中為方便舉例說明，天線系統200僅包括兩個集成被動組件，然而，本發明亦可將天線系統設置為包括更多集成被動組件，且接收器RX亦可用多任務處理更多不同頻帶信號。此外，若是在天線系統200中設置更多的集成被動組件，例如共有N個集成被動組件，且N>2，則每一集成被動組件的第一端是耦接于天線10，用以由天線10接收其對應的頻帶信號，并濾除N個集成被動組件中其它集成被動組件對應的頻帶信號，且每個集成被動組件皆可如同集成被動組件20、30，在其第二端與地端之間耦接一分流開關。
[0035]更進一步舉例，如集成被動組件20、集成被動組件30、接收器RX的阻抗值在所對應頻帶下皆為50歐姆(Ω )。當接收器RX要接收天線10所傳送的對應于集成被動組件20的2.4G頻帶信號時，從天線10端看進集成被動組件30及看進傳輸開關40的等效阻抗值應為無窮大較佳，也就是相對于天線10端而言，集成被動組件30及傳輸開關40必須是開路的，以避免對信號傳輸上造成干擾，因此必須關閉傳輸開關40，由于集成被動組件30可濾除2.4G頻帶信號，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頻帶信號，此時就天線10端而言，從集成被動組件20看進去的等效阻抗值會等同于集成被動組件20阻抗值平方后再除以接收器RX的阻抗值，因此集成被動組件20的等效阻抗值為50*50/50=50 歐姆。
[0036]同樣地，當接收器RX要接收天線10所傳送的對應于集成被動組件30的5G頻帶信號時，從天線10端看進集成被動組件20及看進傳輸開關40的等效阻抗值應為無窮大較佳，也就是相對于天線10端而言，集成被動組件20及傳輸開關40必須是開路的，以避免對信號傳輸上造成干擾，因此必須關閉傳輸開關40，由于集成被動組件20可濾除5G頻帶信號，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頻帶信號，此時就天線10端而言，從集成被動組件30看進去的等效阻抗值會等同于集成被動組件30阻抗值平方后再除以接收器RX的阻抗值，因此集成被動組件30的等效阻抗值為50*50/50=50歐姆。
[0037]請參考第3圖，第3圖是為本發明第二實施例天線系統300的示意圖。天線系統300是用以接收及傳送無線信號，且包括一天線10、M個接收開關350_1至350_M、一集成被動組件20、一傳輸開關40、一接收器RX、一傳輸器TX、分流開關S20及S350_l至S350_M，及一串聯開關組60。接收開關350_1至350_M中每個接收開關的第一端是耦接于天線10，用以于開啟時傳送經由天線10傳來信號。集成被動組件20的第一端是耦接于天線10，用以由天線10接收集成被動組件20對應的頻帶信號，且濾除M個接收開關350_1至350_M對應的頻帶信號。M是為正整數。傳輸開關40的第一端是耦接于天線10，用以于開啟時傳送無線信號至天線10。
[0038]相似于第一實施，在第二實施例中，分流開關S20耦接于集成被動組件20的第二端及地端之間，此外，分流開關S350_l是耦接于接收開關350_1的第二端及地端之間，且分流開關S350_2是耦接于接收開關350_2的第二端及地端之間，以此類推，分流開關S350_M是耦接于接收開關350_M的第二端及地端之間。分流開關S20、S350_1至S350_M的開啟阻抗大于傳輸開關40的開啟阻抗的十倍以上。分流開關S20、S350_l至S350_M的閘極寬度可以設置為遠小于一般開關的閘極寬度，如遠小于傳輸開關40的閘極寬度，而使分流開關S20、S350_l至S350_M具有比一般開關更小的面積，且相較于一般開關，分流開關S20、S350_l至S350_M不會產生顯著的寄生電容效應。
[0039]接收器RX是耦接于集成被動組件20的第二端及接收開關350_1至350_M的第二端，用以處理經由集成被動組件20及接收開關350_1至350_M傳來的無線信號。傳輸器TX是耦接于傳輸開關40的第二端，用以產生無線信號以經由傳輸開關40傳輸無線信號至天線10。
[0040]當傳輸器TX傳送對應集成被動組件20及接收開關350_1至350_M之一者的信號時，分流開關S20及傳輸開關40均開啟，接收開關350_1至350_11均關閉，以使信號可以通過傳輸開關40而由天線10傳送，并將經集成被動組件20傳向接收器RX的信號接地，且接收開關350_1至350_M于關閉后會阻隔信號的傳輸，因此接收器RX不會被傳輸器TX傳送的信號所影響。除此之外，當傳輸器TX傳送對應集成被動組件20及接收開關350_1至350_M之一者的信號時，另可開啟分流開關S350_l至S350_M，以確保接收開關350_1至350_M的第二端接地。[0041]當接收器RX由天線10接收對應集成被動組件20的信號時，分流開關S20、傳輸開關40及接收開關350_1至350_11是關閉，以使經集成被動組件20傳來的信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接收對應集成被動組件20的信號時，另可開啟分流開關S350_l至S350_M，以確保接收開關350_1至350_M的第二端接地。
[0042]當接收器RX由天線10接收對應接收開關350_1至350_M中之一接收開關的信號，如接收對應開關350_1的信號時，傳輸開關40、接收開關350_2至350_M及分流開關S350_l是關閉，以使經接收開關350_1傳來的信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或經由集成被動組件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的信號時，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的第二端接地。
[0043]串聯開關組60是耦接于傳輸開關40的第二端與地端之間，可如第3圖中設置為包括多個串聯的開關，但本發明并不限制串聯開關組60內串聯的開關的數量，串聯開關組60亦可設置為僅有一個串聯開關，串聯開關的數量是根據傳輸器TX的功率大小來決定。
[0044]同理于第一實施例，通過第二實施例天線系統300于天線10接收集成被動組件20對應的頻帶信號時，濾除接收開關350_1至350_M對應的頻帶信號，防止不同頻帶之間的信號互相干擾，因而改善現有技術中非線性失真嚴重的情況。此外，分流開關S20、S350_l至3350_11具有高開啟阻抗及小閘極寬度，可降低寄生電容效應。同時，此實施例中的所有集成組件可整合為一集成電路，更進一步大幅降低寄生效應。
[0045]請參考第4圖，第4圖是為本發明第三實施例天線系統400的示意圖。天線系統400是用以接收及傳送無線信號，且包括一天線10、M個接收開關350_1至350_M、N個集成被動組件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_l至S420_N及S350_l至S350_M，及一串聯開關組60。接收開關350_1至350_M中每個接收開關的第一端是耦接于天線10，用以于開啟時傳送經由天線10傳來信號。集成被動組件420_1至420_N中每個集成被動組件的第一端是耦接于天線10，用以由天線10接收其對應的頻帶信號，且濾除M個接收開關350_1至350_M及集成被動組件420_1至420_N中其它集成被動組件對應的頻帶信號。傳輸開關40的第一端是耦接于天線10，用以于開啟時傳送無線信號至天線10。在第4圖中，M為正整數，且N為大于I的正整數。
[0046]分流開關S350_l至S350_M中每一分流開關是耦接于接收開關350_1至350_M的第二端及地端之間，且分流開關S420_l至S420_N中每一分流開關是耦接于集成被動組件420_1至420_N的第二端及地端之間。分流開關S420_l至S420_N及S350_l至S350_M的開啟阻抗大于傳輸開關40的開啟阻抗的十倍以上。分流開關S420_l至S420_N及S350_l至S350_M的閘極寬度可以設置為遠小于一般開關的閘極寬度，如遠小于傳輸開關40的閘極寬度，而使分流開關S420_l至S420_N& S350_l至S350_M具有比一般開關更小的面積，且相較于一般開關，分流開關S420_l至S420_N及S350_l至S350_M不會產生顯著的寄生電容效應。
[0047]接收器RX是耦接于集成被動組件420_1至420_N的第二端及接收開關350_1至350_M的第二端，用以處理經由集成被動組件420_1至420_N及接收開關350_1至350_皿傳來的無線信號。傳輸器TX是耦接于傳輸開關40的第二端，用以產生無線信號，以經由傳輸開關40傳輸無線信號至天線10。
[0048]當傳輸器TX傳送對應集成被動組件420_1至420_N及接收開關350_1至350_M之一者的信號時，分流開關S420_l至S420_N及傳輸開關40是均開啟，接收開關350_1至350_11是均關閉，以使信號可以通過傳輸開關40而由天線10傳送，且由于分流開關S420_l至S420_N于開啟后可分別將集成被動組件420_1至420_N傳向接收器RX的信號接地，接收開關350_1至350_M于關閉后會阻隔信號的傳輸，因此接收器RX不會被傳輸器TX傳送的信號所影響。除此之外，當傳輸器TX傳送對應集成被動組件420_1至420_N及接收開關350_1至350_11之一者的信號時，另可開啟分流開關S350_l至S350_M，以確保接收開關350_1至350_M的第二端接地。
[0049]當接收器RX由天線10接收對應集成被動組件420_1至420_N之一者的信號時，例如對應集成被動組件420_1的信號，分流開關S420_l、傳輸開關40及接收開關350_1至350_M是關閉，且分流開關S420_2至S420_N均開啟，以使集成被動組件420_1傳來的信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或經由集成被動組件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接收對應集成被動組件420_1的信號時，亦可開啟分流開關S350_l至S350_M，以確保接收開關350_1至350_M的第二端接地。
[0050]當接收器RX由天線10接收對應接收開關350_1至350_M中之一接收開關的信號，如接收開關350_1的信號時，傳輸開關40、接收開關350_2至350_M及分流開關S350_l是關閉，分流開關S420_l至S420_N是開啟，以使經接收開關350_1傳來的信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或經由集成被動組件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的信號時，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的第二端接地。
[0051]串聯開關組60是耦接于傳輸開關40的第二端與地端之間，可如第4圖中設置為包括多個串聯的開關，但本發明并不限制串聯開關組60內串聯的開關的數量，串聯開關組60亦可設置為僅有一個串聯開關，串聯開關的數量是根據傳輸器TX的功率大小來決定。
[0052]同理于第一實施例，通過第三實施例天線系統400于天線10接收集成被動組件420_1至420_N中的一集成被動組件對應的頻帶信號時，濾除接收開關350_1至350_M及集成被動組件420_1至420_N中其它集成被動組件對應的頻帶信號，防止不同頻帶之間的信號互相干擾，因而改善現有技術中非線性失真嚴重的情況。此外，分流開關S420_l至S420_N及S350_l至3350_11具有高開啟阻抗及小閘極寬度，可降低寄生電容效應。同時，此實施例中的所有集成組件可整合為一集成電路，更進一步大幅降低寄生效應。又，相較于第一實施例，第三實施例天線系統400由于使用了較多級的集成被動組件，因而可處理對應較多頻帶的信號。
[0053]綜上所述，通過本發明實施例的設置，天線系統200至400可防止不同頻帶之間的信號互相干擾，而改善信號非線性失真的情形，此外也可降低寄生電容效應。
[0054]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用以接收及傳送無線信號的天線系統，包括: 一天線； 該天線系統的特征在于還包括: N個集成被動組件，每一集成被動組件的第一端是直接耦接于該天線，用以由該天線接收該集成被動組件對應的頻帶信號，且濾除該N個集成被動組件中其它集成被動組件對應的頻帶信號； 其中N為大于I的整數。
2.如權利要求1所述的天線系統，其特征在于，還包括: 一傳輸開關，該傳輸開關的第一端是耦接于該天線，用以于開啟時傳送無線信號至該天線。
3.如權利要求2所述的天線系統，其特征在于，還包括: N個分流開關，每一分流開關耦接于對應的該集成被動組件的第二端及一地端之間； 其中該N個分流開關的開啟阻抗大于該傳輸開關的開啟阻抗的十倍。
4.如權利要求2所述的天線系統，其特征在于，還包括: 一組串聯開關，耦接于該傳輸開關的第二端與該地端之間。
5.如權利要求2所述的天線系統，其特征在于，還包括: 一接收器，耦接于該N個集成被動組件的第二端，用以處理經由該N個集成被動組件傳來的無線信號；及 一傳輸器，耦接于該傳輸開關的第二端，用以傳輸無線信號，以經由該傳輸開關傳輸無線信號至該天線。
6.如權利要求1所述的天線系統，其特征在于，還包括: M個接收開關，每一接收開關的第一端是耦接于該天線，用以于開啟時傳送經由該天線傳來的信號； 其中M為正整數。
7.如權利要求6所述的天線系統，其特征在于，還包括: 一傳輸開關，該傳輸開關的第一端是耦接于該天線，用以于開啟時傳送無線信號至該天線。
8.如權利要求7所述的天線系統，其特征在于，還包括: M個分流開關，每一分流開關耦接于對應的該接收開關的第二端及一地端之間； 其中該M個分流開關的開啟阻抗大于該傳輸開關的開啟阻抗的十倍。
9.一種用以接收及傳送無線信號的天線系統，包括: 一天線； 該天線系統的特征在于還包括: M個接收開關，每一接收開關的第一端是耦接于該天線，用以于開啟時傳送經由該天線傳來的信號；及 一集成被動組件，該集成被動組件的第一端是直接耦接于該天線，用以由該天線接收該集成被動組件對應的頻帶信號，且濾除該M個接收開關對應的頻帶信號； 其中M為正整數。
【文檔編號】H01Q23/00GK103515719SQ201310248392
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月21日 優先權日:2012年6月21日
【發明者】陳智圣 申請人:立積電子股份有限公司