[发明专利]RF发射设备及从天线发射RF信号的方法

说明书

用于发射数字信息的RF发射设备和方法，其中所述设备连接到或可连接到天线，RF发射设备具有RF源或发射器、电子开关、各自连接到电子开关的多个机电谐振器。电子开关将机电谐振器中选择的一个或选择的多个机电谐振器连接在RF源或发射器与天线之间。可替代地，电子开关将机电谐振器中选择的一个或选择的多个机电谐振器连接在天线的不同部分之间。电子开关由数字控制单元控制，以促使电子开关将由RF源或发射器产生的RF能量经由多个机电谐振器中选择的一个或选择的多个耦合到天线。

【相关申请的交叉引用】

本申请是2017年6月29日提交的名称为“装载有机电谐振器的天线”的美国专利申请序列号15/638,052的部分继续申请，其公开内容通过引用并入本文。本申请还要求于2016年6月30日提交的名称为“装载有机电谐振器的天线”的美国临时专利申请序列号62/356,734的权益，其公开内容通过引用并入本文。

【关于联邦政府资助的研究或开发的声明】

无

【技术领域】

本发明涉及将机电谐振器与天线一起使用。谐振器动态切换为与所有或部分天线串联连接。

【背景技术】

许多场所，例如密集市区、森林和水下环境，对无线信号的接收和传输提出了重大挑战。在30MHz以下运行的射频系统在穿透这些困难的环境时效率更高，但是生成和接收这些电波所需的系统通常很大、很重且效率低下，这使得它们对于许多小型和/或移动平台不切实际。在上述美国专利申请中教导，使用由高Q值机电谐振器组成的匹配网络可以极大地提高电小偶极子天线和单极子天线的效率。这些谐振器通过产生具有比传统线圈电感器明显更少的损耗或更高Q值的电感性电抗值来提高传统小天线匹配技术的效率。但是，增加与天线匹配网络相关的Q值也会减少天线带宽，从而限制了可从天线发送的信息量。

因此，需要进一步改进上述美国专利申请的技术，以增加天线(特别是电小天线)的带宽，尤其是那些使用由高Q值机电谐振器组成的匹配网络的天线的带宽。如下所讨论的，尽管本发明可以方便地与电小天线一起使用，但是本发明不限于电小天线，而是可以与更大的天线，更全尺寸的(或完全全尺寸的)天线一起使用，如果需要的话。

【发明内容】

所公开的技术旨在改进与现有技术的天线，特别是电小天线(ESA)，相关的带宽限制。在上述美国专利申请中描述的技术中，通过动态切换用于匹配电小单极子和偶极子天线的机电谐振器，能够实现高数据速率开关键控(OOK)和频移键控(FSK)传输方案。如下所讨论的，如果需要的话，当前公开的技术可以与比ESA天线更大的天线一起使用。

在一个非常基础的实施例中，本发明包括偶极子或单极子天线(例如)，该天线通过单个机电谐振器与连续波(CW)发射器相匹配。单拉双掷(SPDT)开关将该谐振器连接到上述天线，其中该开关的第一输出端连接到天线的输入端，该开关的第二输出端连接优选具有与天线相同的电抗的电容器。通过操作此开关在天线和电容器之间切换，可以辐射出高数据速率的OOK波形。

在另一个实施例中，本发明包括通过一组机电谐振器与调频(FM)发射器相匹配的偶极子或单极子天线。FM发射器优选地输出CW信号(在任何给定时刻)，其CW(或载波)频率以步进方式被调制。该组中的每个谐振器用于使天线与FM发射器输出的不同频率匹配。通过使用例如连接到这些机电谐振器的单拉多掷(SPMT)开关，可以将天线的阻抗匹配频率与发射器的输出频率同步切换，从而实现辐射高数据速率FSK波形。频移键控可以像传统的FSK信号中一样仅包含两个音调，或者其可以包含多音调跳频扩频信号。所使用的机电谐振器的数量通常将等于可以传输的不同音调的数量。在任何时刻都只会产生一种音调。机电谐振器和开关的网络可以放置在天线的馈送端，或者沿着单极子天线的长度上的任何位置放置，或者沿着偶极子天线的至少一个臂的任何位置放置。

本发明的新颖特征是动态地匹配使用机电谐振器的发射器的单极子或偶极子天线，从而使得能够从天线辐射出高效率和高带宽的信号。