专利名称：可重构式多频天线系统及其电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天线系统，且特别涉及一种可重构式多频天线系统及具有此可重 构式多频天线系统的电子装置。
背景技术：
无线通讯技术中的各种通讯规格相继订定，例如第一代手机通讯系统采用先进移 动电话系统(AMPS)的规格，第二代手机通讯系统采用泛欧数字式移动电话系统O^SM)的规 格，第三代手机通讯系统采用宽频多重分码存取(WCDMA)的规格，第3. 5代手机通系统采用 高速下行分组接入(HSDPA)的规格，第四代手机通讯系统采用全球互通微波存取(WiMAX) 与长期演进技术(LTE)的规格。另外，还有其它的数据和图像传输规格，如无线区域网络 (WLAN)、地面数字图像广播(DVB-T)以及手持数字图像广播(DVB-H)等，也相继地被订定与 改良。然而，上述这些通讯规格的操作频率不同，所占据的频带也不同，因此手机通讯装置 必须具有能够同时接收多个不同频带信号的天线，才能支持多个不同的通讯规格。近年来手机不再只是单纯的语音收发工具，而是数据、影音甚至是娱乐的界面，更 强调卫星导航(GPS)、HSDPA、频率调制(FM)、WLANJP DVB-T...等整合的功能，但不同的通 讯系统，其操作频率不同，因此所需的天线结构也不同，在不增加电路面积的情况下，则必 须用单一天线实现多操作频段，以满足不同系统的需求。
发明内容
本发明的示范例子提供一种可重构式多频天线系统，其包括信号传输金属、接地 金属、至少二个共振腔与至少二个开关。信号传输金属与接地金属分别为可重构式天线系 统的信号馈入端与接地端。至少二个共振腔设置于信号传输金属的至少一侧，每一开关单 独连接于至少二个共振腔或其中的一共振腔，每一开关具有控制端，每一开关分别单独接 收至少二个控制信号其中的一控制信号。其中至少二个控制信号分别单独控制开关的短路 与断路，至少二个共振腔形成半封闭或封闭的一共振腔配置(configuration)，并根据共振 腔配置以激发出具有某一频率的信号。本发明的示范例子提供一种电子装置，包括收发芯片与可重构式多频天线系统， 其中收发芯片与可重构式多频天线系统电性连结。可重构式多频天线系统包括信号传输金 属、接地金属、至少二个共振腔与至少二个开关。信号传输金属与接地金属分别为可重构式 天线系统的信号馈入端与接地端。至少二个共振腔设置于信号传输金属的至少一侧，每一 开关单独连接于至少二个共振腔或其中的一共振腔，每一开关具有控制端，每一开关分别 单独接收至少二个控制信号其中的一控制信号。其中至少二个控制信号分别单独控制开关 的短路与断路，至少二个共振腔形成半封闭或封闭的一共振腔配置，并根据共振腔配置以 激发出具有某一频率的信号。基于上述，可重构式多频天线系统可通过改变控制信号来控制开关的短路或断路 (亦即被关闭而未导通)，以使得最后所产生的共振腔的配置不全相同，而能够让可重构式7多频天线系统操作于不同的操作频段。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详 细说明如下。
图1是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统100的平面结构图。图2是示范例子所提供用于可重构式多频天线系统100的板材结构的示意图。图3A 图31分别是可重构式多频天线系统100在不同共振腔配置所形成的共振 腔的示意图。图4A 图41是对应于图3A 31的共振腔配置的折返损失曲线图。图5是可重构式多频天线系统100根据控制信号Cl C4所产生的多个操作频段 Bff_l BW_9与各通讯规格采用的频段的对照示意图。图6是图4A 图41的各种共振腔配置所对应的最大/中心/最小频率及其增益 的表格。图7A是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统200的平面结构图。图7B是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统220的平面结构图。图8A是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统300的平面结构图。图8B是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统320的平面结构图。图9是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统400的平面结构图。图IOA是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统500的平面结构图。图IOB是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统530的平面结构图。图IOC是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统560的平面结构图。图IlA是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统600的平面结构图。图IlB是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统620的平面结构图。图IlC是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统630的平面结构图。图IlD是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统640的平面结构图。图IlE是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统650的平面结构图。图IlF是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统660的平面结构图。图IlG是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统670的平面结构图。图12A是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统800的平面结构图。图12B是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统820的平面结构图。图12C是示范例子所提供的--种可构式多频天线系统840的平面结构图。图13是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统900的平面结构图。图14是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统990的平面结构图。主要元件符号说明100 可重构式多频天线系统101 104 半封闭共振腔106 信号传输金属108 接地金属8
110:控制单元111 114:开关111-1、112-1、113-1、114-1、111-2、112-2、113-2、114-2 开关的一端101-1、102-1、103-1、104-1、101-2、102-2、103-2、104-2 半封闭共振腔的一端200 可重构式多频天线系统201 203 半封闭共振腔204 信号传输金属206 接地金属210 控制单元211 213:开关211-1、212-1、213-1、211-2、212-2、213-2 开关的一端201-1、202-1、203-1、201-2、202-2、203-2 半封闭共振腔的一端220 可重构式多频天线系统221、222 半封闭共振腔223 封闭共振腔224 信号传输金属226 接地金属230 控制单元231、232:开关221-1、222-1、221-2、222-2 开关的一端221-1、222-1、221-2、222-2 半封闭共振腔的一端300 可重构式多频天线系统301 304 半封闭共振腔320 可重构式多频天线系统321 324 半封闭共振腔400 可重构式多频天线系统401 404 半封闭共振腔411 414:开关411-1、412-1、413-1、414-1、411-2、412-2、413-2、414-2 开关的一端401-1、402-1、403-1、404-1、401-2、402-2、403-2、404-2 半封闭共振腔的一端500 可重构式多频天线系统501 504 半封闭共振腔521 524 内嵌共振腔506 信号传输金属510 控制单元512、513、516、517 内嵌共振腔控制开关511、514、515、518 开关511-1、514-1、515-1、518-1、511-2、514-2、515-2、518-2 开关的一端501-1、502-1、503-1、504-1、501-2、502-2、503-2、504-2 半封闭共振腔的一端
530可重构式多频天线系统531 534:内嵌共振腔541 M4:内嵌共振腔控制开关541--1、542-1、543-1、544-1、541-2,542--2,543--2一端531--1、532-1、533-1、534-1、531-2,532--2,533--2560可重构式多频天线系统561 564 内嵌共振腔571 574:内嵌共振腔控制开关571--1、572-1、573-1、574-1、571-2,572--2,573--2一端561--1、562-1、563-1、564-1、561-2,562--2,563--2600可重构式多频天线系统601 604 半封闭共振腔610控制单元611 618 开关611--1、612-1、613-1、614-1、615-1,616--1,617614-2、615-2、616-2、617-2、618-2 开关的--端601--1、602-1、603-1、604-1、601-2,602--2,603604-3、601-4、602-4、603-4、604-4 半封闭共振腔的一端620可重构式多频天线系统901 916 非封闭共振腔921 940 开关921--1、922-1、923-1、924-1、921-2,922--2,923--2901--1、902-1、903-1、904-1、901-2,902--2,903--2630可重构式多频天线系统640可重构式多频天线系统650可重构式多频天线系统660可重构式多频天线系统670可重构式多频天线系统800可重构式多频天线系统820可重构式多频天线系统840可重构式多频天线系统900可重构式多频天线系统990可重构式多频天线系统
具体实施例方式
首先，请参照图1，图1是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统100的平 面结构图。可重构式多频天线系统100是一种能够操作于多种不同频率的单一天线系统，且可重构式多频天线系统100包括了四个半封闭共振腔101 104、信号传输金属106、接 地金属108、四个开关111 114与控制单元110。信号传输金属106用以做为重构式天线 系统100的信号馈入端，接地金属108用以作为重构式天线系统100的接地端，且半封闭共 振腔101 104均勻且对称地分布于信号传输金属106的两侧。开关111的其中一端111-1连结半封闭共振腔101的其中一端101-1，开关112的 其中一端112-1连结半封闭共振腔102的其中一端102-1，开关111的另一端111-2连结半 封闭共振腔102的另一端102-2，开关112的另一端112-2连结半封闭共振腔101的另一 端101-2。113的其中一端113-1连结半封闭共振腔103的其中一端103-1，开关114的其 中一端114-1连结半封闭共振腔104的其中一端104-1，开关113的另一端113-2连结半封 闭共振腔104的另一端104-2，开关114的另一端114-2连结半封闭共振腔103的另一端 103-2。控制单元110用以产生控制信号Cl C4以分别控制开关111 114的控制端，控 制信号Cl C4可以控制开关111 114的短路或断路。当开关111 114全短路时，半 封闭共振腔101 104会形成两个封闭共振腔，换句话说，此时的共振腔配置为两个封闭共 振腔。要说明的是，上述的信号传输金属106与半封闭共振腔101 104可以用微带线 作成，但并非限定以微带线来实施可重构式多频天线系统100。上述的开关111 114为 射频(RF)开关，且可以用P参杂-本质硅-N参杂二极管(PIN 二极管)、射频微机电系统 (Radio Frequency MicroElectroMechanical System, RF MEMS)开关或金属氧化物半导 体(Metal-Oxide-kmiconductor，M0S)开关来实施，但开关111 114未必限定要使用前 述类型的开关来实施。另外，请参照图2，图2是示范例子所提供于可重构式多频天线系统 100的板材结构的示意图。可重构式多频天线系统100所使用的板材可以是耐燃材料等级 4(FR4)双层板，其厚度为1. 4厘米，且其上面的铜层厚度为0. 036厘米。换句话说，可重构 式多频天线系统100具有FR4双层板的基板(substrate)。另外，图2所提供于可重构式多 频天线系统100的板材结构仅是一种实施方式，并非用以限定本发明。可重构式多频天线系统100的信号采微带线方式馈入单极天线(monopole antenna)，之后再激发四个半封闭共振腔101 104，以激发出对应频率的信号。更详细地 说，可重构式多频天线系统100通过控制信号Cl C4来切换开关111 114，以控制四个 半封闭共振腔101 104的连结关系，而使可重构式多频天线系统100产生多种不同的共 振腔配置，并激发出各种不同的频率信号。控制单元110是根据使用者所要接收或发射的 信号频率来产生控制信号Cl C4，并通过控制信号Cl C4控制可重构式多频天线系统 100的共振腔配置。除此之外，控制单元110也可以根据天线增益的大小来产生控制信号， 以选择适合于当下通讯环境的共振腔配置，以维持良好的通讯品质。值得一提的是，半封闭共振腔101 104与开关111 114所形成的共振腔所激 发出的信号的频率会是其所形成的共振腔长度与位置(信号传输金属106与形成的共振腔 的相对位置)的二维函数。请参照图3A 图31，图3A 图31分别是可重构式多频天线系 统100在不同共振腔配置所形成的共振腔的示意图。在此使用F表示开关处于断路状态， N表示开关处于短路状态，并用开关111 114的状态来表示各种共振腔配置。在图3A中，开关111 114皆断路时，四个半封闭共振腔101 104彼此不连结， 而形成如同图3A所示“FFFF”共振腔配置。同理，可类推得知图:3B 图31的共振腔配置分11别是 “ FNFF ”、“ NFNF ”、“ NFFF ”、“ FNNF ”、“ NFNN”、“ NNNF ”、“ NNNN” 与 “ NFFN” 共振腔配置。要 说明的是，图3C的“NFNF”共振腔配置与图3E的“FNNF”共振腔配置所形成的两个共振的长 度皆相同，但因为半封闭共振腔101 104与开关111 114所形成的共振腔所激发出的 信号的频率会是其所形成的共振腔长度与位置的二维函数，因此其共振模态并不相同。可 重构式多频天线系统100能够使用单一天线结构来产生不同的共振模态，又不需大量地增 加电路面积，因此可重构式天线系统100满足目前手机多功能化与小型化的趋势。接着，请参照图4A 图41，图4A 图41是对应于图3A 图31的共振腔配置的 折返损失(return loss)曲线图。由图4A 图41可以得知，当可重构式多频天线系统100 操作于不同共振腔配置时，其将会有不同的共振模态。请参照图5，图5是可重构式多频天线系统100根据控制信号Cl C4所产生的多 个操作频段BW_1 BW_9与各通讯规格采用的频段的对照示意图。图5的频段的对照示意 图是可重构式多频天线系统100以电压驻波比(VSWR)为3 1的基准，所获得的结果。根 据图4A 图41，可重构式多频天线系统100的9种共振腔配置共可以产生图5所示的频 段BW_1 BW_9。由图5可以知道，可重构式多频天线系统100的操作频段涵盖了目前各种 通讯规格所采用的操作频段，上述的各种通讯规格例如数字蜂窝式系统(DCQ、个人手持式 电话系统(PHS)、个人通讯服务系统(PCS)、UMTS、第三代移动通讯(3G)、蓝牙(Bluetooth)、 IEEE 802. lib、IEEE 802. Ilg 与 WiMAX 等规格。另外，请参照图6，图6是图4A 图41的各种共振腔配置所对应的最大/中心/ 最小频率及其最大增益的表格。如同图6所示的表格，可重构式多频天线系统100可以使 用不同共振腔配置来获得所要的操作频段。亦即，对应不同共振腔配置的操作频段会同时 涵盖到某一特定频段。因此，控制单元110也可以根据天线增益的大小来产生控制信号，以 选择适合于当下通讯环境的共振腔配置，以维持良好的通讯品质。接着，请参照图7A，图7A是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统200的 平面结构图。可重构式多频天线系统200包括了半封闭共振腔201 203、信号传输金属 204、接地金属206、控制单元210与开关211 213。信号传输金属204、接地金属206与 图1的信号传输金属106、接地金属108相同，在此便不再赘述。与图1相异的是，图7A仅 具有三个半封闭共振腔201 203与三个开关211 213，且控制单元仅产生三个控制信 号Cl C3来控制开关211 213的短路与断路。开关211的其中一端211-1连结半封闭 共振腔201的其中一端201-1，开关212的其中一端212-1连结半封闭共振腔202的其中 一端202-1，开关211的另一端211-2连结半封闭共振腔202的另一端202-2，开关212的 另一端212-2连结半封闭共振腔201的另一端201-2。213的其中一端213-1连结半封闭 共振腔203的其中一端203-1，开关213的另一端213-2连结半封闭共振腔203的另一端 203-2。当开关211-213短路时，半封闭共振腔201 203与开关211 213会形成两个封 闭共振腔。控制单元210—样可以通过控制信号来控制可重构式多频天线系统200的共振腔 配置，例如，在开关211 213全断路，而产生“FFF”共振腔配置时，此共振腔配置所形成的 共振腔如同图3B所示。又例如，在开关211与212短路，开关213断路，而产生“NNF”共振 腔配置时，此共振腔配置所形成的共振腔如同图3G所示。综上所述，上述的可重构式多频 天线系统200亦能使用单一天线结构来产生各种不同的共振模态。
接着，请参照图7B，图7B是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统220的 平面结构图。可重构式多频天线系统220包括了半封闭共振腔221 222、封闭共振腔223、 信号传输金属224、接地金属226、控制单元230与开关231、232。信号传输金属224、接地 金属2 与图1的信号传输金属106、接地金属108相同，在此便不再赘述。与图1相异的 是，图7B仅具有两个半封闭共振腔221、222与两个开关231、232，并多使用一个封闭共振 腔223来取代半封闭共振腔103、104，且控制单元仅产生两个控制信号Cl C2来控制开 关231、232的短路与断路。开关231的其中一端231-1连结半封闭共振腔221的其中一端 221-1，开关232的其中一端232-1连结半封闭共振腔222的其中一端222-1，开关231的另 一端231-2连结半封闭共振腔222的另一端222-2，开关232的另一端232-2连结半封闭共 振腔221的另一端221-2。当开关231与232短路时，半封闭共振腔221、222、封闭共振腔 223与开关231、232共形成两个封闭共振腔。
控制单元230 —样可以通过控制信号来控制可重构式多频天线系统220的共振腔 配置，例如，在开关231、232全短路，而产生“NN”共振腔配置时，此共振腔配置所形成的共 振腔如同图3H所示。又例如，在开关231短路，开关232断路，而产生“NF”共振腔配置时， 此共振腔配置所形成的共振腔如同图3F所示。综上所述，上述的可重构式多频多线系统 220亦能使用单一天线结构来产生各种不同的共振模态。接着，请参照图8A，是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统300的平面 结构图。图8A与图1不同的是，图1的半封闭共振腔101 104为均勻线宽(线阻抗相 同)的共振腔，然而图8A的半封闭共振腔301 304为非均勻线宽(线阻抗不相同)的共 振腔。除此之外，图IA的半封闭共振腔101 104是对称地分布在信号传输金属106的两 侧，然而，图8A的半封闭共振腔301 304却是不对称地分布在信号传输金属306的两侧， 也就是说，半封闭共振腔303与304线宽较大的一边未靠近信号传输金属306，而半封闭共 振腔301与302线宽较大的一边靠近信号传输金属306。另外，请参照图8B，图8B是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统320的 平面结构图。图8A与图8B不同的是，图8B的半封闭共振腔321 3 是对称地分布在信 号传输金属3 的两侧，也就是说半封闭共振腔321 3M线宽较大的一边皆靠近信号传 输金属3沈。请参照图9，图9是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统400的平面结构 图。此可重构式多频天线系统400与图1的可重构式多频天线系统100不同的是，可重构 式多频天线系统400的开关411 414与半封闭共振腔401 404的连结方式是采用交叉 方式。开关411的其中一端411-1连结半封闭共振腔401的其中一端401-1，开关412的其 中一端412-1连结半封闭共振腔402的其中一端402-1，开关411的另一端411-2连结半封 闭共振腔402的另一端402-2，开关412的另一端412-2连结半封闭共振腔401的另一端 401-2。开关413的其中一端413-1连结半封闭共振腔403的其中一端403-1，开关414的 其中一端414-1连结半封闭共振腔404的其中一端404-1，开关413的另一端413-2连结半 封闭共振腔404的另一端404-2，开关414的另一端414-2连结半封闭共振腔403的另一端 403-2。当开关411 414全短路时，半封闭共振腔401 404与开关411 414会形成两 个像“8”字型的封闭共振腔。接着，请参照图10A，图IOA是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统500的平面结构图。在图IOA的例子中，可重构式多频天线系统500比图1的可重构式多频天 线系统100多出数个内嵌共振腔521 5 与数个内嵌控制开关512、513、516、517，其中这 些内嵌共振腔521 5 亦为半封闭共振腔且被半封闭共振腔501 504所包围。开关511的其中一端511-1连结半封闭共振腔501的其中一端501-1，开关514的 其中一端514-1连结半封闭共振腔502的其中一端502-1，开关511的另一端511-2连结半 封闭共振腔502的另一端502-2，开关514的另一端514-2连结半封闭共振腔501的另一端 501-2。开关515的其中一端515-1连结半封闭共振腔503的其中一端503-1，开关518的 其中一端518-1连结半封闭共振腔504的其中一端504-1，开关515的另一端515-2连结半 封闭共振腔504的另一端504-2，开关518的另一端518-2连结半封闭共振腔503的另一端 503-2。内嵌开关512的其中一端512-1连结内嵌共振腔521的其中一端521-1，内嵌开 关513的其中一端513-1连结内嵌共振腔522的其中一端522-1，内嵌开关512的另一端 512-2连结内嵌共振腔522的另一端522-2，内嵌开关513的另一端513-2连结内嵌共振 腔521的另一端521-2。内嵌开关516的其中一端516-1连结内嵌共振腔523的其中一端 523-1，内嵌开关517的其中一端517-1连结内嵌共振腔524的其中一端524-1，内嵌开关 516的另一端516-2连结内嵌共振腔524的另一端524-2，内嵌开关517的另一端517-2连 结内嵌共振腔523的另一端523-2。当控制单元510将所有的开关511 518短路时，信号 传输金属506的两侧会分别有两个封闭共振腔，且其中一个封闭共振腔会包围另一个封闭 共振腔。接着，请参照图IOB与图10C，图IOB是示范例子所提供的一种可重构式多频天线 系统530的平面结构图，而图IOC是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统560的 平面结构图。图IOB与图IOA不同的是，可重构式多频天线系统530的内嵌共振腔531 534的摆放方式与图IOA不同。内嵌开关Ml的其中一端Ml-I连结内嵌共振腔531的其 中一端531-1，内嵌开关M2的其中一端542-1连结内嵌共振腔532的其中一端532-1，内 嵌开关Ml的另一端M1-2连结内嵌共振腔532的另一端532-2，内嵌开关M2的另一端 542-2连结内嵌共振腔531的另一端531-2。内嵌开关543的其中一端543-1连结内嵌共 振腔533的其中一端533-1，内嵌开关M4的其中一端544-1连结内嵌共振腔534的其中 一端534-1，内嵌开关M3的另一端543-2连结内嵌共振腔534的另一端534-2，内嵌开关 544的另一端544-2连结内嵌共振腔533的另一端533-2。当内嵌控制开关541 544短 路时，内嵌共振腔531 534并不会形成两个封闭共振腔，而形成两个类似“H”字型的半封 闭共振腔。图IOC与图IOA不同的是，内嵌共振腔561 564不是半封闭共振腔，而是封闭共 振腔。内嵌开关571的其中一端571-1连结内嵌共振腔561的其中一端561-1，内嵌开关 572的其中一端572-1连结内嵌共振腔562的其中一端562-1，内嵌开关571的另一端571-2 连结内嵌共振腔562的另一端562-2，内嵌开关572的另一端572-2连结内嵌共振腔561的 另一端561-2。内嵌开关573的其中一端573-1连结内嵌共振腔563的其中一端563-1，内 嵌开关574的其中一端574-1连结内嵌共振腔564的其中一端564-1，内嵌开关573的另 一端573-2连结内嵌共振腔564的另一端564-2，内嵌开关574的另一端574-2连结内嵌 共振腔563的另一端563-2。当内嵌控制开关571 574皆短路时，内嵌共振腔561 56414会形成两个类似“ 8 ”字型的封闭共振腔。接着，请参照图11A，图IlA是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统600 的平面结构图。图IlA与图1不同的是，图IlA多出了数个在水平方向上的开关611 614， 开关611 614分别连结半封闭共振腔601 604的两端，换句话说，可重构式多频天线系 统600采用一种环状组合型结构来连结各个半封闭共振腔601 604。开关611的一端611-1连结半封闭共振腔601的一端601-1，开关611的一端 611-2连结半封闭共振腔601的一端601-2，开关616的一端616-1连结半封闭共振腔601 的一端601-3，开关615的一端615-1连结半封闭共振腔601的一端601-4。开关615的一 端615-2连结半封闭共振腔602的一端602-1，开关612的一端612-1连结半封闭共振腔 602的一端602-2，开关612的一端612-2连结半封闭共振腔602的一端602-3，开关616的 一端616-2连结半封闭共振腔602的一端602-4。开关617的一端617-1连结半封闭共振腔603的一端603-1，开关613的一端 613-1连结半封闭共振腔603的一端603-2，开关613的一端613-2连结半封闭共振腔603 的一端603-3，开关618的一端618-1连结半封闭共振腔603的一端603-4。开关618的一 端618-2连结半封闭共振腔604的一端604-1，开关614的一端614-1连结半封闭共振腔 604的一端604-2，开关614的一端614-2连结半封闭共振腔604的一端604-3，开关617的 一端617-2连结半封闭共振腔604的一端604-4。当控制单元610控制开关611 614短路，而开关615 618断路时，半封闭共振 腔601 604会形成四个封闭共振腔。接着，请参照图11B，图IlB是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统620 的平面结构图。可重构式多频天线系统620是采用一种环状组合型结构来连结各个共振 腔。可重构式多频天线系统620的非封闭共振腔901 916中的每四个非封闭共振腔901 904,905 908、909 912、913 916 可以通过多个开关 921 924、927 930、931 934、 937 940而连结成封闭形状，其中非封闭共振腔902与905之间又通过开关925连结，非 封闭共振腔904与907之间又通过开关拟6连结，非封闭共振腔912与914之间又通过开 关935连结，非封闭共振腔911与913之间又通过开关936连结。开关921的一端921-1连结非封闭共振腔901的一端901_1，开关921的一端 921-2连结非封闭共振腔903的一端903-2。开关922的一端922-1连结非封闭共振腔903 的一端903-1，开关922的一端922-2连结非封闭共振腔904的一端904-2。开关923的一 端923-1连结非封闭共振腔904的一端904-1，开关923的一端923-2连结非封闭共振腔 902的一端902-2。开关拟4的一端924-1连结非封闭共振腔902的一端902-1，开关拟4的 一端924-2连结非封闭共振腔的一端901-2。另外，每四个非封闭共振腔905 908、909 912,913 916可以通过多个开关927 930、931 9；34、937 940连结成封闭形状的连 结方式则可以依此类推。图IlB的共振腔并非是半封闭共振腔，且其共振腔数目也与图IlA的共振腔数目 不同，图IlB的共振腔虽为非封闭共振腔，但与图IlA同样的是，当所有的开关皆短路时，这 些共振腔都会形成数个封闭共振腔。图IlB的每一个非封闭共振腔的两端分别通过开关与 邻近的另外两个非封闭共振腔相连，除此之外，更有数个非封闭共振腔的两端以外的另一 端通过开关与邻近的两个非封闭共振腔外的另一个邻近的非封闭共振腔相连。
接着，请参照图11C、图11D，图IlC是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系 统630的平面结构图，图IlD是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统640的平面 结构图。可重构式多频天线系统630与640同样是采用一种环状组合型结构来连结各个共 振腔，只是可重构式多频天线系统630的共振腔的摆放位置并不对称，其呈现了一种上下 不对称的结构，同样地，可重构式多频天线系统640的共振腔的摆放位置亦不对称，但其呈 现了一种左右不对称的结构。请参照图11E，图IlE是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统650的平 面结构图。可重构式多频天线系统650亦是采用一种环状组合型结构来连结各个共振腔， 但可重构式多频天线系统650的共振腔左右两侧的共振腔数目不对称。请参照图IlF与图 11G，图IlF是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统660的平面结构图，图IlG是 示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统670的平面结构图。可重构式多频天线系统 660与670同样是采用一种环状组合型结构来连结各个共振腔，其中可重构式多频天线系 统660的左右两侧的共振腔的数目并无限制，且可以自左右两侧随意延长。另外，可重构式 多频天线系统670的上下两侧的共振腔的数目并无限制，且可以自上方或下方随意延长。接着，请参照图12A 图12C，图12A是示范例子所提供的一种可重构式多频天线 系统800的平面结构图，图12B是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统820的平 面结构图，而图12C是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统840的平面结构图。可 重构式多频天线系统800的共振腔为长方形或矩形的共振腔，可重构式多频天线系统820 的共振腔为任意四边形共振腔(例如梯形共振腔)，另外，可重构式多频天线系统840的半 圆型或半椭圆形的共振腔，除了图12A 图12C所绘示的共振腔的形状之外，共振腔的形况 也可以是任意的多边形，例如等腰三角形、正五边形与十二边形等。接着，请参照图13，图13是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统900的 平面结构图。可重构式多频天线系统900的左右两侧采用了不同型式的共振腔结构，其左 侧使用四边形与半椭圆形的共振腔，右侧则是采用数个用以构成环形的共振腔。其中需说 明的是，在另一实施例中，共振腔结构也可为左侧使用数个用以构成环形的共振腔，右侧则 是采用四边形与半椭圆形的共振腔(未绘于图式)。最后，请参照图14，图14是示范例子所提供的一种可重构式多频天线系统990的 平面结构图。前述的可重构式多频天线系统皆为2维平面结构，但为了再增加共振模态以 及缩小面积，图14的可重构式多频天线系统990则采用了简单的3维结构，如图14所示， 除了原本的上下两平面共振腔外，在板材背面再增加相同的共振腔，此上下共振腔作适当 的连接，以达到立体结构的可重构性。根据上面多种不同示范例子所提供的可重构式天线系统，可以知道上述的共振腔 的形状、连结方式、数目与摆放位置等，都没有一定的限制。另外，上述的可重构式天线系统 皆可以应用于电子装置，其中上述的可重构式多频天线系统会与电子装置的收发芯片电性 连结。综上所述，可重构式多频天线系统可通过改变控制信号来控制开关的短路或断 路，以使得最后所产生的共振腔的共振腔配置不全相同，而能够让可重构式多频天线系统 操作于不同的操作频段。另外，上述的可重构式多频天线系统的电路面积小，且能达到单一 天线结构接收多种不同频率的信号的功能。
虽然本发明已以数个示范例子公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当 视所附权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种可重构式多频天线系统，包括一信号传输金属，为该可重构式天线系统的一信号馈入端；一接地金属，为该可重构式天线系统的一接地端；至少二个共振腔，设置于该信号传输金属的至少一侧；以及至少二个开关，每一开关单独连接于该至少二个共振腔或其中的一共振腔，该每一开 关具有一控制端，该每一开关分别单独接收至少二个控制信号其中的一控制信号；其中该至少二个控制信号分别单独控制该开关的短路与断路，该至少二个共振腔形成 半封闭或封闭的一共振腔配置，根据该共振腔配置以激发出具有一频率的一信号。
2.如权利要求1所述的可重构式多频天线系统，其中该可重构式多频天线系统包括 四个共振腔与四个开关，且该每一开关的该控制端分别单独接收四个控制信号其中的一控 制信号，该四个共振腔包含一第一半封闭共振腔、一第二半封闭共振腔、一第三半封闭共振 腔、一第四半封闭共振腔，该第一半封闭共振腔具有一第一端以及一第二端，该第二半封闭 共振腔具有一第三端以及一第四端，该第三半封闭共振腔具有一第五端以及一第六端，该 第四半封闭共振腔具有一第七端以及一第八端，该四个开关包含一第一开关、一第二开关、 一第三开关、一第四开关，该四个控制信号包含一第一控制信号、一第二控制信号、一第三 控制信号以及一第四控制信号，其中该第一半封闭共振腔以及该第二半封闭共振腔设置于 该信号传输金属的一侧，该第三半封闭共振腔以及该第四半封闭共振腔设置于相对于该信 号传输金属该侧的另一侧，该第一开关连接于该第一端以及该第三端之间，该第二开关连 接于该第二端以及该第四端之间，该第三开关连接于该第五端以及该第七端之间，该第四 开关连接于该第六端以及该第八端之间，当该第一控制信号、该第二控制信号、该第三控制 信号以及该第四控制信号分别控制该第一开关、该第二开关、该第三开关以及该第四开关 短路时，该共振腔配置为该第一半封闭共振腔与该第二半封闭共振腔，以及该第三半封闭 共振腔与该第四半封闭共振腔所形成的二个封闭共振腔的组合。
3.如权利要求1所述的可重构式多频天线系统，其中该可重构式多频天线系统包括三 个共振腔与三个开关，且该每一开关的该控制端分别单独接收三个控制信号其中一控制信 号，该三个共振腔包含一第一半封闭共振腔、一第二半封闭共振腔与一第三半封闭共振腔， 该第一半封闭共振腔具有一第一端以及一第二端，该第二半封闭共振腔具有一第三端以及 一第四端，该第三半封闭共振腔具有一第五端以及一第六端，该三个开关包含一第一开关、 一第二开关与一第三开关，该三个控制信号包含一第一控制信号、一第二控制信号与一第 三控制信号，其中该第一半封闭共振腔以及该第二半封闭共振腔设置于该信号传输金属的 一侧，该第三半封闭共振腔设置于相对于该信号传输金属该侧的另一侧，该第一开关连接 于该第一端以及该第三端之间，该第二开关连接于该第二端以及该第四端之间，该第三开 关连接于该第五端以及该第六端之间，当该第一控制信号、该第二控制信号与该第三控制 信号分别控制该第一开关、该第二开关与该第三开关短路时，该共振腔配置为该第一半封 闭共振腔与该第二半封闭共振腔，以及该第三半封闭共振腔所形成的二个封闭共振腔的组合。
4.如权利要求1所述的可重构式多频天线系统，其中该可重构式多频天线系统包括 三个共振腔与二个开关，且该每一开关分别单独接收二个控制信号其中的一控制信号，该 三个共振腔包含一第一半封闭共振腔、一第二半封闭共振腔与一第一封闭共振腔，该第一半封闭共振腔具有一第一端以及一第二端，该第二半封闭共振腔具有一第三端以及一第四 端，该二个开关包含一第一开关与一第二开关，该二个控制信号包含一第一控制信号与一 第二控制信号，其中该第一半封闭共振腔以及该第二半封闭共振腔设置于该信号传输金属 的一侧，该第一封闭共振腔设置于相对于该信号传输金属该侧的另一侧，该第一开关连接 于该第一端以及该第三端之间，该第二开关连接于该第二端以及该第四端之间，当该第一 控制信号与该第二控制信号分别控制该第一开关与该第二开关短路时，该共振腔配置为该 第一半封闭共振腔与该第二半封闭共振腔，以及该第一封闭共振腔所形成的二个封闭共振 腔的组合。
5.如权利要求2所述的可重构式多频天线系统，其中该四个共振腔为非均勻线宽的共 振腔，且该四个共振腔不对称地分布于该信号传输金属的两侧。
6.如权利要求2所述的可重构式多频天线系统，其中该四个共振腔为非均勻线宽的共 振腔，且该四个共振腔对称地分布于该信号传输金属的两侧。
7.如权利要求2所述的可重构式多频天线系统，还包括四个内嵌共振腔与四个内嵌 开关，且该每一内嵌开关具有一控制端，该每一内嵌开关的该控制端接收四个内嵌控制信 号其中的一内嵌控制信号，该四个内嵌共振腔包含一第一内嵌半封闭共振腔、一第二内嵌 半封闭共振腔、一第三内嵌半封闭共振腔、一第四内嵌半封闭共振腔，该第一内嵌半封闭共 振腔具有一第九端以及一第十端，该第二内嵌半封闭共振腔具有一第十一端以及一第十二 端，该第三内嵌半封闭共振腔具有一第十三端以及一第十四端，该第四内嵌半封闭共振腔 具有一第十五端以及一第十六端，该四个开关包含一第一内嵌开关、一第二内嵌开关、一第 三内嵌开关、一第四内嵌开关，该四个内嵌控制信号包含一第一内嵌控制信号、一第二内嵌 控制信号、一第三内嵌控制信号以及一第四内嵌控制信号，其中该第一内嵌半封闭共振腔 以及该第二内嵌半封闭共振腔设置于该信号传输金属的一侧，且该第一内嵌半封闭共振腔 以及该第二内嵌半封闭共振腔分别位于该第一半封闭共振腔与该第二半封闭共振腔的内 侧，该第三半封闭共振腔以及该第四半封闭共振腔设置于相对于该信号传输金属该侧的另 一侧，且该第三内嵌半封闭共振腔以及该第四内嵌半封闭共振腔分别位于该第三半封闭 共振腔与该第四半封闭共振腔的内侧，该第一内嵌开关连接于该第九端以及该第十一端 之间，该第二内嵌开关连接于该第十端以及该第十二端之间，该第三内嵌开关连接于该第 十三端以及该第十五端之间，该第四内嵌开关连接于该第十四端以及该第十六端之间，当 该第一内嵌控制信号、该第二内嵌控制信号、该第三内嵌控制信号以及该第四内嵌控制信 号分别控制该第一内嵌开关、该第二内嵌开关、该第三内嵌开关以及该第四内嵌开关短路， 且该第一控制信号、该第二控制信号、该第三控制信号以及该第四控制信号分别控制该第 一开关、该第二开关、该第三开关以及该第四开关短路时，该共振腔配置为该第一半封闭共 振腔与该第二半封闭共振腔，该第三半封闭共振腔与该第四半封闭共振腔所形成的二个封 闭共振腔，以及该第一内嵌半封闭共振腔与该第二内嵌半封闭共振腔，该第三内嵌半封闭 共振腔与该第四内嵌半封闭共振腔所形成的二个内嵌封闭共振腔的组合。
8.如权利要求2所述的可重构式多频天线系统，还包括四个内嵌共振腔与四个内嵌 开关，且该每一内嵌开关具有一控制端，该每一内嵌开关的该控制端接收四个内嵌控制信 号其中的一内嵌控制信号，该四个内嵌共振腔包含一第一内嵌半封闭共振腔、一第二内嵌 半封闭共振腔、一第三内嵌半封闭共振腔、一第四半内嵌封闭共振腔，该第一内嵌半封闭共振腔具有一第九端以及一第十端，该第二内嵌半封闭共振腔具有一第十一端以及一第十二 端，该第三半封闭共振腔具有一第十三端以及一第十四端，该第四半封闭共振腔具有一第 十五端以及一第十六端，该四个开关包含一第一内嵌开关、一第二内嵌开关、一第三内嵌开 关、一第四内嵌开关，该四个内嵌控制信号包含一第一内嵌控制信号、一第二内嵌控制信 号、一第三内嵌控制信号以及一第四内嵌控制信号，其中该第一内嵌半封闭共振腔以及该 第二内嵌半封闭共振腔设置于该信号传输金属的一侧，且该第一内嵌半封闭共振腔以及该 第二内嵌半封闭共振腔分别位于该第一半封闭共振腔与该第二半封闭共振腔的内侧，该第 三半封闭共振腔以及该第四半封闭共振腔设置于相对于该信号传输金属该侧的另一侧，且 该第三内嵌半封闭共振腔以及该第四内嵌半封闭共振腔分别位于该第三半封闭共振腔与 该第四半封闭共振腔的内侧，该第一内嵌开关连接于该第九端以及该第十一端之间，该第 二内嵌开关连接于该第十端以及该第十二端之间，该第三内嵌开关连接于该第十三端以及 该第十五端之间，该第四内嵌开关连接于该第十四端以及该第十六端之间，当该第一内嵌 控制信号、该第二内嵌控制信号、该第三内嵌控制信号以及该第四内嵌控制信号分别控制 该第一内嵌开关、该第二内嵌开关、该第三内嵌开关以及该第四内嵌开关短路，且该第一控 制信号、该第二控制信号、该第三控制信号以及该第四控制信号分别控制该第一开关、该第 二开关、该第三开关以及该第四开关短路时，该共振腔配置为该第一半封闭共振腔与该第 二半封闭共振腔，该第三半封闭共振腔与该第四半封闭共振腔所形成的二个封闭共振腔， 以及该第一内嵌半封闭共振腔与该第二内嵌半封闭共振腔，该第三内嵌半封闭共振腔与该 第四内嵌半封闭共振腔所形成的二个内嵌半封闭共振腔的组合。
9.如权利要求2所述的可重构式多频天线系统，还包括四个内嵌共振腔与四个内嵌开 关，且该每一内嵌开关具有一控制端，该每一内嵌开关的该控制端接收四个内嵌控制信号 其中的一内嵌控制控制信号，该四个共内嵌振腔包含一第一内嵌封闭共振腔、一第二内嵌 封闭共振腔、一第三内嵌封闭共振腔、一第四内嵌封闭共振腔，该第一内嵌封闭共振腔具有 一第九端以及一第十端，该第二内嵌封闭共振腔具有一第十一端以及一第十二端，该第三 内嵌封闭共振腔具有一第十三端以及一第十四端，该第四内嵌封闭共振腔具有一第十五端 以及一第十六端，该四个开关包含一第一内嵌开关、一第二内嵌开关、一第三内嵌开关、一 第四内嵌开关，该四个内嵌控制信号包含一第一内嵌控制信号、一第二内嵌控制信号、一第 三内嵌控制信号以及一第四内嵌控制信号，其中该第一内嵌封闭共振腔以及该第二内嵌封 闭共振腔设置于该信号传输金属的一侧，且该第一内嵌封闭共振腔以及该第二内嵌封闭共 振腔分别位于该第一半封闭共振腔与该第二半封闭共振腔的内侧，该第三半封闭共振腔以 及该第四半封闭共振腔设置于相对于该信号传输金属该侧的另一侧，且该第三内嵌封闭共 振腔以及该第四内嵌封闭共振腔分别位于该第三半封闭共振腔与该第四半封闭共振腔的 内侧，该第一内嵌开关连接于该第九端以及该第十一端之间，该第二内嵌开关连接于该第 十端以及该第十二端之间，该第三内嵌开关连接于该第十三端以及该第十五端之间，该第 四内嵌开关连接于该第十四端以及该第十六端之间，当该第一内嵌控制信号、该第二内嵌 控制信号、该第三内嵌控制信号以及该第四内嵌控制信号分别控制该第一内嵌开关、该第 二内嵌开关、该第三内嵌开关以及该第四内嵌开关短路，且该第一控制信号、该第二控制信 号、该第三控制信号以及该第四控制信号分别控制该第一开关、该第二开关、该第三开关以 及该第四开关短路时，该共振腔配置为该第一半封闭共振腔与该第二半封闭共振腔，该第三半封闭共振腔与该第四半封闭共振腔所形成的二个封闭共振腔，以及该第一内嵌封闭共 振腔与该第二内嵌封闭共振腔，该第三内嵌封闭共振腔与该第四内嵌封闭共振腔所形成的 二个内嵌封闭共振腔的组合。
10.如权利要求2所述的可重构式多频天线系统，其中该可重构式多频天线系统还包 括一第五开关、一第六开关、一第七开关与一第八开关，该第一半封闭共振腔还具有一第九 端与一第十端，该第二半封闭共振腔还具有一第十一端与一第十二端，该第三半封闭共振 腔还具有一第十三端与一第十四端，该第四半封闭共振腔还具有一第十五端与一第十六 端，该第五开关、该第六开关、该第七开关与该第八开关分别具有一控制端，以分别接收一 第五控制信号、一第六控制信号、一第七控制信号与一第八控制信号，该第五开关的两端分 别耦接于该第九端与该第十端，该第六开关的两端分别耦接于该第十一端与该第十二端， 该第七开关的两端分别耦接于该第十三端与该第十四端，该第八开关的两端分别耦接于该 第十五端与该第十六端。
11.如权利要求1所述的可重构式多频天线系统，该可重构式多频天线系统包括至少 四个共振腔与至少四个开关，且该每一开关的该控制端分别单独接收该至少四个控制信号 其中的一控制信号，该至少四个共振腔为非封闭共振腔且设置于该信号传输金属的一侧， 该四个非封闭共振腔包含一第一非封闭共振腔、一第二非封闭共振腔、一第三非封闭共振 腔、一第四非封闭共振腔，该第一非封闭共振腔具有一第一端以及一第二端，该第二非封闭 共振腔具有一第三端以及一第四端，该第三非封闭共振腔具有一第五端以及一第六端，该 第四非封闭共振腔具有一第七端以及一第八端，该四个开关包含一第一开关、一第二开关、 一第三开关、一第四开关，该四个控制信号包含一第一控制信号、一第二控制信号、一第三 控制信号以及一第四控制信号，该第一开关连接该第一端与该第八端之间，该第二开关连 接该第二端与该第三端之间，该第三开关连接该第四端与该第五端之间，该第四开关连接 该第六端与该第七端之间，当该至少四个控制信号控制该至少四个开关短路时，该共振腔 配置为该四个非封闭共振腔所形成的至少一个封闭共振腔。
12.如权利要求2所述的可重构式多频天线系统，其中该四个共振腔的每一个为一方 形共振腔、一任意四边形共振腔、一圆形共振腔、一多边形共振腔或一椭圆形共振腔。
13.如权利要求11所述的可重构式多频天线系统，其中该可重构式多频天线系统还包 括至少一第一半封闭共振腔、至少一第二共振腔、至少一第五开关与至少一第六开关，该第 一半封闭共振腔与第二半封闭共振腔设置于该信号传输金属的另一侧，该第五开关与该第 六开关分别具有一控制端，以分别接收一第五与第六控制信号，该第一半封闭共振腔具有 一第九端与一第十端，第二半封闭共振腔具有一第十一端与一第十二端，该第五开关连接 于该第九端与该第十一端之间，该第六开关连接于该第十端与该第十二端之间，当该第一 至该第六控制信号控制至少该第一至该第六个开关短路时，该共振腔配置为该四个非封闭 共振腔，以及该第五与该第六半封闭共振腔所形成二个封闭共振腔的组合。
14.如权利要求1所述的可重构式多频天线系统，其中该至少二个开关的每一个为一 PIN 二极管、一射频微机电系统RF MEMS开关或一金属氧化物半导体MOS开关。
15.如权利要求1所述的可重构式多频天线系统，还包括一控制单元，用以产生该至少 二个控制信号。
16.如权利要求15所述的可重构式多频天线系统，其中这些控制信号根据目前的一通道环境或一通讯规格而产生。
17.如权利要求1所述的可重构式多频天线系统，其中该可重构式多频天线系统包括 一基板。
18.一种电子装置，包括 一收发芯片；以及一可重构式多频天线系统，电性连结于该收发芯片，包括 一信号传输金属，为该可重构式天线系统的一信号馈入端； 一接地金属，为该可重构式天线系统的一接地端； 至少二个共振腔，设置于该信号传输金属的至少一侧；以及至少二个开关，每一开关单独连接于该至少二个共振腔或其中的一共振腔，该每一开 关具有一控制端，该每一开关的该控制端分别单独接收至少二个控制信号其中的一控制信 号；其中该至少二个控制信号分别单独控制该开关的短路与断路，该至少二个共振腔形成 半封闭或封闭的一共振腔配置，根据该共振腔配置以激发出具有一频率的一信号。
全文摘要
一种可重构式多频天线系统及其电子装置。该可重构式多频天线系统包括信号传输金属、接地金属、至少二个共振腔与至少二个开关。信号传输金属与接地金属分别为可重构式天线系统的信号馈入端与接地端。至少二个共振腔设置于信号传输金属的至少一侧，每一开关单独连接于至少二个共振腔或其中的一共振腔，每一开关具有控制端，每一开关分别单独接收至少二个控制信号其中的一控制信号。其中至少二个控制信号分别单独控制开关的短路与断路，至少二个共振腔形成半封闭或封闭的一共振腔配置，并根据共振腔配置以激发出具有某一频率的信号。
文档编号H01Q5/01GK102055071SQ20091020798
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者刘昌炽, 张立奇, 晋国强, 蔡承桦, 陈昌升, 陈韦廷 申请人:财团法人工业技术研究院