專利名稱：：具有頻率抑制的、用于數(shù)字地面電視的緊湊便攜天線的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種便攜緊湊天線，具體地涉及一種^皮設計來在諸如膝上型計算機、PDA(個人數(shù)字助理)或者需要天線來接收電^茲信號的任何其他類似裝置的便攜電子裝置上接收電視信號的天線，特別是涉及數(shù)字信號的接收。
背景技術：
：在當前的配件市場上，存在可以在膝上型計算機上直接地接收地面數(shù)字電視(TNT)的信號的多種設備。在膝上型計算機上接收地面數(shù)字電視信號可以受益于所述計算機解碼數(shù)字圖像的計算能力，特別是用于解碼以MPEG2或者MPEG4格式的數(shù)字圖像流的計算能力。頻繁地以具有兩個接口的單元的形式在市場上銷售這種設備，所述兩個接口即一個RF(射頻)無線電接口，用于連接到內部或者外部VHF-UHF天線；以及USB接口，用于連接到所述計算機。當前在市場上的裝置一般由在承載USB連接器的單元上安裝的獨立天線構成，所述獨立天線諸如鞭型天線或者環(huán)型天線。在2005年4月20日提交的法國專利第0551009號中，申請人提出了一種緊湊的寬帶天線，其覆蓋整個UHF波段，并且由偶極型天線構成。這種天線與可以連接到(特別是通過使用USB型連接器而連接到)便攜裝置的電子卡相關聯(lián)。具體地，在法國專利申請第0551009號中描述的天線包括差分供電的第一和第二傳導臂，所述臂中的被稱為第一臂的一個臂形成電子卡的至少一個外殼。優(yōu)選的是，第一臂具有盒子形狀，其中插入了包括有偶極型天線所接收的信號的處理電路的電子卡。這些電路經(jīng)常連接到USB型連接器，所述USB型連接器使得能夠連接到膝上型計算機或者任何其他類似的裝置。已經(jīng)在2005年8月1日以本申請人的名義提交的法國專利申請第0552401中提出了對于這種天線的改進，其顯著地使得能夠獲得分集。而且，在與本申請同日才是交并且名稱為"Portablecompactantennaforterrestrialdigitaltelevision(用于地面數(shù)字電^L的^f更攜緊湊天線)"的法國專利申請中，描述了熱臂的一個新的實施例，所述熱臂由在絕緣基底上實現(xiàn)的U形傳導元件構成，并且可以在該U形元件的分支之間包括在VHF波段內工作的第二輻射元件。在上述專利申請中所提出的、專用于地面數(shù)字電視(TNT)的便攜接收的方案經(jīng)歷與蜂窩電話GSM系統(tǒng)的干擾。幾個原因導致產(chǎn)生這個問題1.GSM發(fā)送波段(880-915MHz)接近UHF波段的上限(862MHz)。事實上，與DVB-H系統(tǒng)相反，當已經(jīng)確定將這些系統(tǒng)的UHF廣播波段限制在高頻698MHz以用于DVB-T中的TNT廣播時，可以使用所有的UHF頻道，因此可以^f吏用最高頻道。2.與便攜TNT接收器的靈敏度(大約-80犯m)相關聯(lián)的、由蜂窩電話發(fā)出的電平之間的大差別(原理上，允許2瓦特=33dBm的ERIP(等效輻射全向功率))。3.而且，在便攜情況下，并且特別是為了保證在以下前提下的接收即，"室內"(其中，信號經(jīng)歷與多徑相關聯(lián)的衰落和用于在建筑物內(pentrate)穿透的附加衰減)，通過在TNT接收器的輸入端加上低噪聲放大器LNA(低噪聲放大器)來尋求改善接收器的靈敏度閾值。這種放大器的出現(xiàn)增加了使得所述接收器飽和的風險。4.便攜電話的大量使用增加了靠近GSM發(fā)射器的可能性。另外，用于TNT的便攜接收的準全向模式天線的使用增加了捕獲GSM信號的機會。用于減少與GSM系統(tǒng)的干擾這個問題的第一解決方案可能在于將濾波器布置在接收器的輸入端，使得能夠抑制所述GSM波段。但是，這種低通或者陷波濾波器因為下述原因而不容易實現(xiàn)i)極其接近要從有用UHF波段的頂部中抑制的波段，這利用這種濾波器的非常高的抑制系數(shù)(非常高階的濾波器211極(pole))ii)要求這種濾波器緊湊，以能夠將其包含在USB密鑰內。事實上，所要求的抑制越高，則濾波器的尺寸越大。而且，使用對GSM波段具有高抑制性的濾波器表示位于UHF波段的頂部的頻率也經(jīng)歷衰減。
發(fā)明內容因此，本發(fā)明提出了一種天線解決方案，其特別符合尺寸以及UHF與VHF波段接收的限制，并且使得能夠抑制接近這些頻帶的發(fā)送頻帶，諸如GSM波段。因此，本發(fā)明涉及一種便攜緊湊天線，其由在第一頻帶內工作的第一偶極型輻射元件形成，并且包括差分供電的第一傳導臂和至少一個第二傳導臂，被稱為冷臂的第一臂形成電子卡的至少一個外殼，被稱為熱臂的第二臂在供電的層面上鏈接到所述冷臂。按照本發(fā)明的一個特性，所述熱臂包括形成濾波器的至少一個狹縫，所述狹縫蝕刻在所述熱臂的傳導部分內并且設計其尺寸使得在第二頻帶內諧振。如上所述的狹縫的使用通過以這種方式修改諧振頻率的當前分布來消除所述天線的初始輻射，使得在該特定頻率處能夠獲得抑制，并且因此使能了其抑制。按照一種優(yōu)選實施例，所述狹縫是在熱臂的傳導部分內蝕刻的U形狹縫，該傳導部分能夠由u形元件構成，所述u形元件是在絕緣基底上實現(xiàn)的，如在與本申"i青同日牙是交并且名一爾為"Portablecompactantennaforterrestrialdigitaltelevision"的法國專利申i青內所述的。為了在特定頻率處獲得諧振，所述狹縫的總長度特別等于其中，是所述狹縫內的導波波長(guidedwavelength),人g=人0A/ereff，并且ereff是通過所述狹縫看上去的材料的等效介電常數(shù)。按照一個特定實施例，所述第一頻帶是UHF波^殳(在470和862MHz之間的波段)，所述第二頻帶是GSM波段(在880和915MHz之間的波段)。根據(jù)使得能夠放大和/或改善在第二頻帶內的抑制的本發(fā)明的其他特性，所述熱臂包括蝕刻在所述熱臂的傳導部分內的幾個不同長度的狹縫，使得每個狹縫在不同的頻率處諧振，這使得能夠放大所述第二頻帶的抑制。按照另一種方案，可以修改所述狹縫的末端使得其在兩個不同長度的狹縫內終止。在這種情況下，所述狹縫在兩個接近的頻率處諧振，這使得能夠放大所述抑制波段。根據(jù)本發(fā)明的另一個特性，當通過其中蝕刻了所述狹縫的傳導U形元件來實現(xiàn)所述第二臂時，如在與本申請同日提交的所述法國專利申請中所述的，第二輻射元件。在這種情況下，設計所述第二輻射元件的尺寸以使其工作在第三頻帶內，諸如VHF波段，具體地是VHF-III(174-225-230MHz)。在閱讀了不同實施例的說明后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將明顯，本說明書是參考所包含的附圖而被實現(xiàn)的，其中圖1是以申請人的名義在法國專利第0551009內所述的天線的概略透視圖。圖2是天線的第一實施例(諸如圖1的天線)的概略透視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的天線的第一實施例的概略透^L圖。圖4示出了在頻帶400MHz-1000MHz內仿真的圖3的天線的實部和虛部。圖5是在天線輸出端的阻抗匹配電路的概略圖示。圖6示出了圖3的天線的效率曲線。圖7示出了通過仿真按照圖3的天線而獲得的增益和方向性曲線。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的由狹縫提供的天線的效率的偏移。圖9表示根據(jù)本發(fā)明的天線的第二實施例，該天線具有GSM抑制并工作在UHF和VHF波段內。圖10示出了圖9的天線的輻射效率。圖11是與圖9的天線一起使用的阻抗匹配電路的概略圖示。圖12示出了圖10的天線的效率曲線。圖13示出了圖IO的天線的增益和方向性曲線。圖14示出了通過仿真按照圖10的天線而獲得的分別在UHF和VHF波段內的輻射圖案。圖15、16、17、18和19示出了根據(jù)本發(fā)明的天線的實施例變型。圖20是與根據(jù)本發(fā)明的天線一起使用的電子卡的圖示。為了筒化說明，相同的元件具有與附圖相同的附圖標號。具體實施例方式參考圖1,首先說明可以用于在膝上型計算機或者類似裝置上接收地面數(shù)字電視的偶極型天線的實施例，如在以申請人的名義提交的法國專利申請第0551009號中所述的。如圖1所示，該偶極型天線包括也被稱為冷臂的第一傳導臂1和也被稱為熱臂的第二傳導臂2,兩個臂通過位于每個臂的一個末端的聯(lián)結區(qū)3彼此連接。具體地，臂1明顯地具有盒子形狀，其特別地能夠容納電子卡，將隨后說明電子卡的實施例。所述盒子具有明顯矩形的部分la，其通過逐漸地展開以便逐漸地輻射能量的彎曲部分lb延伸，這在較寬的頻帶上改善了阻抗匹配。臂1的長度L1明顯地等于X1/4，其中XI是在中央工作頻率的波長。因此，臂1的長度Ll接近112毫米，以在UHF波段(在470和862MHz之間的波段)內工作。如國1所示，天線包括第二臂2，其圍繞銷子3旋轉安裝，所述銷子3也是天線到信號處理電路的連接點，即，天線到被插入由臂1形成的盒子內的、未示出的電子卡的連接點。通過金屬帶，諸如同軸電纜或者類似的電纜，來進行天線的電氣連接，而旋轉銷子由相對可透射電磁波的材料制成。如圖l所示，可以圍繞銷子3聯(lián)結的臂2具有特別等于？d/4的長度Ll。臂2也具有彎曲的輪廓，其后接著平坦的矩形部分，使得在閉合位置臂2能夠完全地面對臂1折回。臂2相對于臂1在3處旋轉地安裝，這使得能夠改變臂2的方向，以便優(yōu)化電視信號的接收。參考圖2，現(xiàn)在描述偶極型天線的另一實施例，該實施例是在與本申請同日才是交并且名4爾為"Portablecompactantennaforterrestrialdigitaltelevision"的專利申請的主題如圖2所示，所述天線包括第一臂l,其被稱為冷臂，具有盒子形狀；以及第二臂，其被稱為熱臂，其通過聯(lián)結3連接到臂1。在此情況下，熱臂由在絕緣基底20上實現(xiàn)的、傳導材料的U形元件21構成。按照非限定性實施例，所述基底由被覆蓋了銅層的、被稱為"KAPTON"的材料構成，蝕刻所述銅層以實現(xiàn)所述U形元件。如上所述，冷臂和熱臂每個具有明顯等于Xl/4的長度L1，其中，XI表示在中央工作頻率處的波長。因此，U21的每個分支具有明顯等于？J/4的長度。如圖2清楚所示的，在聯(lián)結3的層面上，所述U形元件通過諸如金屬帶的電子連接元件而鏈接到被插入到由冷臂1形成的盒子內的、未示出的電子卡。因此，設計圖2的天線的尺寸使其工作在UHF波段?，F(xiàn)在參考圖3來說明根據(jù)本發(fā)明的緊湊天線的第一實施例。該天線因此包括第一臂1或者冷臂，其像圖1和2的冷臂1一樣具有以傳導材料制成的、能夠容納電子卡的盒子形狀。冷臂1通過4皮稱為熱臂的第二臂擴展，在所示的實施例中，所述熱臂與圖2的熱臂20具有相同的類型。以更具體的方式，熱臂20由在絕緣基底上實現(xiàn)的U形傳導元件21構成。作為示例，可以將U形傳導元件21蝕刻到在覆蓋"Kapton"基底的金屬層中。在進行電氣連接的層面上，該熱臂20通過銷子3而旋轉地連接到冷臂1。為了在UHF波段工作，即接收地面數(shù)字電視(TNT)信號，如圖1和圖2所示地，設計臂1和20的尺寸。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在熱臂20的U形傳導元件21上實現(xiàn)狹縫40。設計該狹縫的尺寸以便在圍繞給定頻率(即，在本發(fā)明的一個實施例中為GSM頻率)的窄波段內諧振。更具體地，狹縫40是按照傳導元件21的U形形狀的U形狹縫。所述狹縫的總的電長度大致等于入g/2，其中，Xg是狹縫內的導波波長，使得Xg=人0/Vsreff,sreff是通過狹縫看上去的材料的等效介電常數(shù)。另外，狹縫的寬度使得能夠適配抑制級別。在頻帶(400MHz-lOOOMHz)內在基于矩量方法(momentmethod)的電磁軟件正3D上仿真圖3的天線。在示出了天線的實部和虛部的圖4內示出了仿真結果，其示出了在900MHz處諧振。已經(jīng)通過在天線的電子卡和低噪聲放大器之間使用如圖5所示的阻抗匹配電路來執(zhí)行另外的仿真。該電路包括在天線輸出端A和點p之間串聯(lián)地布置的12pF的電容器Cl;在點p和地之間布置的42nH的自阻抗Ll;在點p和到電子卡的LNA的連接點pl之間串聯(lián)地布置的1.6pF的第二電容器C2;以及在點pl和地之間布置的、由1pF的電容器C3和14nH的自阻抗L2形成的并聯(lián)LC電路。使用圖3的天線和圖5的阻抗匹配電路實現(xiàn)的仿真已經(jīng)給出了在圖6和圖7內所示的效率、增益和方向性曲線。圖6的曲線D1示出了使用阻抗匹配單元，在UHF波段內天線的總的效率大于65%,并且很好地接收GSM波段，這是因為在900MHz附近的效率介于在1和10%之間。曲線D2示出了在900MHz周圍對天線的輻射效率的抑制。而且，圖7的曲線D3示出了在UHF波段內天線的0dBi左右的增益和在GSM波段周圍(即大約900MHz)在10dB和20dB之間的抑制。事實上，所實現(xiàn)的仿真示出了必須將抑制頻帶的中心重新定位在900MHz左右。事實上需要說明用于實現(xiàn)所述裝置的技術，特別是用于實現(xiàn)第二臂的材料的介電常數(shù)。在圖8內給出的結果示出了在厚度1毫米和相對介電常數(shù)sr等于3的塑料材料的情況下，相對于在相對介電常數(shù)sr-1的材料上蝕刻的狹縫，由U形狹縫提供的天線的輻射效率向低頻偏移，通過對于寬度1毫米且總長度小于理論長度的狹縫考慮等于1.2的介電常數(shù)而獲得的中心重新定位。以下面的方式來說明這種現(xiàn)象。因為天線的長度依賴于seff,因此，如果在空氣中進行設計，則狹縫的長度是X0/2。對于在狹縫周圍添加的塑料，seff不再是l,而是例如2(在空氣的er和塑料的sr之間的混合值)。因此，對于相同的狹縫物理長度，所述長度在電氣方面更大，并且其諧振頻率更小。為了糾正該問題，減少狹縫的長度已足以將其重新調整到正確的諧振頻率。參見閨9-14,現(xiàn)在說明本發(fā)明的第二實施例，其也使得能夠在諸如VHF波段的第三頻帶內工作。像在與本發(fā)明同日提交的法國專利中所提出的，該實施例提出在熱臂的U形傳導元件的分支之間實現(xiàn)由被折成彎曲狀的傳導元件構成的第二輻射元件。設計該傳導元件的尺寸以使其在VHF頻帶(具體地是VHF-III頻帶(174-230MHz))內工作。因此，彎曲的傳導元件的總的電長度等于k*X2/2-Ll，其中，入2是第三頻帶的中央頻率的波長，Ll是冷臂的長度，k是表示第三頻帶的諧波的正整數(shù)。在圖9所示的實施例內，所述天線包括冷臂1和熱臂20，僅僅示出了冷臂1的一部分，在連接操作電路的層面上，由聯(lián)結3實現(xiàn)所述兩個臂到操作電路的連接。在絕緣基底上，所述熱臂20包括U形傳導元件21,在該U形傳導元件21中已經(jīng)蝕刻了U形狹縫40,就像圖2的實施例那樣。按照該實施例，在U形傳導元件21的分支之間實現(xiàn)了彎曲的傳導元件50。在此情況下，定形彎曲的元件50使得具有最小長度的彎曲的部分50，與分支21平行，這是因為在U形導體的邊緣內和在所述彎曲內循環(huán)的垂直方向的電流大大地減少了耦合。這在圖IO的曲線所示的仿真結果得到確認，圖10的曲線給出了圖9的天線的效率。而且，為了優(yōu)化在三個頻帶內的結果，在天線A和低噪聲放大器LNA之間布置了如圖11內所示的阻抗匹配電^各。所述阻抗匹配電路包括在天線的輸出點p，和地之間布置的2pF的電容器C，1;在點p，和點p，l之間串聯(lián)地布置的35nH的自阻抗L，l;在點p，l和地之間布置的35pF的第二電容器C，2;在點p，l和到LNA放大器的連接點p，2之間布置的第二自阻抗L，2;以及在點p，2和地之間布置的第三自阻抗L，3。在圖12內，曲線D，l示出了使用圖11的阻抗匹配電路的、圖9的仿真天線的效率。因此獲得大于65%的效率，并且在900MHz左右(GSM波段)具有良好的抑制。曲線D2表示在900MHz左右獲得的對天線的輻射效率的抑制。在圖13內，曲線C'3示出了UHF波段內天線的0dB附近的增益；900MHz左右的GSM波段內1OdB和20dB之間的抑制；以及VHF波段內-10dBi級的增益。而且，圖14示出了圖9的仿真天線在VHF波段和UHF波段內的輻射圖案。這些圖案示出了天線輻射的全向特性。圖15-17示出了根據(jù)本發(fā)明的天線的不同實施例變型。在圖15內，第二輻射元件50，由彎曲的傳導元件形成，改變了各彎曲之間的距離。在此情況下，減小了區(qū)50，的長度，并且可以限制在該區(qū)與U形傳導元件21的分支之間的耦合。在圖16內，蝕刻在U形傳導元件21內實現(xiàn)的狹縫40，，使得以平行地形成兩個狹縫元件40，A和40，B的方式來折彎在每個分支內形成的狹縫部分。這種解決方案使得能夠在所述U形元件的分支的上部增加表面面積。這涉及在U的分支內的狹縫的更緊湊的變型。圖17相應地示出了根據(jù)本發(fā)明的天線的另一實施例的透視圖以及熱臂的徑向部分。在此情況下，在塑料基底20內，實現(xiàn)了兩種天線樣式，即U形傳導元件21和第二輻射元件50。按照該實施例，額外的塑料材料的厚度60被置于在U形傳導元件21內實現(xiàn)的狹縫(未示出)上。天線的其他部分，即冷臂1和聯(lián)結區(qū)與圖1或者圖2的冷臂1和聯(lián)結區(qū)相同。圖18和19示出了抑制狹縫的實施例變型。在圖18內，已經(jīng)在包含第二輻射元件50的熱臂20的U形傳導元件21內蝕刻了三個不同長度的狹縫40、41和42。這三個具有不同電氣長度的狹縫40、41和42在不同的頻率上諧振。因此有可能加寬GSM波—度的抑制。圖19示出了在U形傳導元件上實現(xiàn)的狹縫40的末端。在此情況下，所述末端被劃分為兩個不同長度的部分40A和40B。所述狹縫因此在兩個頻率上諧振，其使得能夠放大抑制頻帶的寬度。天線，諸如USB密鑰，其覆蓋整個UHF波段，并且可能覆蓋VHF-III波段，同時使得能夠良好地抵抗與蜂窩電話GSM系統(tǒng)的干擾。參考圖20,現(xiàn)在說明尺寸為70-80毫米乘以15-25毫米的電子卡的實施例，所述電子卡可以引入到由冷臂1形成的盒子中，并且可以連接到天線。該電子卡100包括低噪聲放大器101，在聯(lián)結3的層面上，天線的同軸電纜連接到所述低噪聲放大器101。LNA101連接到內含的調諧器102,所述調諧器102用于處理VHF波段和UHF波段。調諧器102連接到解調器103,解調器103的輸出連接到USB接口104,USB接口104本身連接到USB連接器105。因此，該系統(tǒng)有可能將天線連接到膝上型計算機或者任何其他顯示元件的USB輸入端，這特別使得能夠在計算機、PDA或者任何其他便攜裝置上接收地面數(shù)字電視。對于本領域內的技術人員而言顯而易見的是可以修改如上所述的實施例，特別是關于必須筒單地滿足如上所述的長度、寬度和間隙的標準的狹縫和/或彎曲的形狀和布置。而且，為了獲得分集，可將至少兩個具有如上所述的特性的熱臂連接到冷臂的末端。權利要求1.一種便攜緊湊天線，其由在第一頻帶內工作的第一偶極型輻射元件形成，并且包括差分供電的第一傳導臂(1)和至少一個第二傳導臂(20)，被稱為冷臂的第一臂形成電子卡的至少一個外殼，被稱為熱臂的第二臂在供電的層面上鏈接到所述冷臂，其特征在于，所述熱臂(20)包括形成濾波器的至少一個狹縫(40，41，42)，所述狹縫蝕刻在所述熱臂的傳導部分內并且設計其尺寸使得在第二頻帶內諧振。2.根據(jù)權利要求l的天線，其特征在于，所述熱臂由在絕緣基底上實現(xiàn)的U形傳導元件(21)構成。3.根據(jù)權利要求l或者2的天線，其特征在于，所述狹縫(40)是U形狹縫。4.根據(jù)權利要求3的天線，其特征在于，所述狹縫的總長度明顯等于Xg/2,其中，Xg是所述狹縫內的導波波長，Xg=AX)Wsreff,并且sreff是通過所述狹縫看上去的材料的等效介電常數(shù)。5.根據(jù)權利要求l-4之一的天線，其特征在于，所述熱臂包括在所述熱臂的傳導部分內蝕刻的幾個不同長度的狹縫(40,41,42)。6.根據(jù)權利要求l-5之一的天線，其特征在于，所述狹縫的末端由至少兩個不同長度的平行狹縫元素(40A，40B)構成。7.根據(jù)權利要求l-6之一的天線，其特征在于，所述第一頻帶是UHF波段(在470和862MHz之間的波段)，并且所述第二頻帶是GSM波段(在880和915MHz之間的波段)。8.根據(jù)權利要求2-7之一的天線，其特征在于，在所述熱臂上在所述U形傳導元件的分支之間實現(xiàn)在第三頻帶內工作的第二輻射元件(50)。9.根據(jù)權利要求8的天線，其特征在于，所述第二輻射元件由被折成彎曲狀的傳導元件構成。10.根據(jù)權利要求7和8之一的天線，其特征在于，設計所述傳導元件的尺寸以在VHF波段內工作。全文摘要本發(fā)明涉及一種便攜緊湊天線，其由在第一頻帶內工作的第一偶極型輻射元件形成，并且包括差分供電的第一傳導臂(1)和至少一個第二傳導臂(20)，被稱為冷臂的第一臂形成電子卡的至少一個外殼，被稱為熱臂的第二臂在供電的層面上鏈接到所述冷臂。根據(jù)本發(fā)明，所述熱臂(20)包括至少一個狹縫(40)，其在諸如GSM波段的第二頻帶內諧振。文檔編號H01Q1/22GK101443953SQ200780017323公開日2009年5月27日申請日期2007年5月4日優(yōu)先權日2006年5月12日發(fā)明者菲利普·米納德,讓-弗朗索瓦·平托斯,阿利·洛澤爾申請人:湯姆森特許公司