專利名稱：用于導航和通信的鉤形繞桿式天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及多頻帶天線，并且更具體地涉及針對在全球衛(wèi)星定位和通信系統(tǒng)中使用的鉤形多頻帶天線。
背景技術：
諸如全球定位系統(tǒng)(GPS)之類的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS’ s)中的接收機使用基于由衛(wèi)星廣播的視線信號的范圍測量。接收機測量一個或者多個廣播信號的到達時間。此到達時間測量包括基于信號的粗獲取編碼部分(被稱為偽范圍)的時間測量以及相位測量。在GPS中，由衛(wèi)星廣播的信號具有處于一個或若干個頻帶中的頻率，所述頻帶包括 Ll 頻帶(1565 至 1585 MHz)、L2 頻帶(1217 至 1237MHz)、L5 頻帶(1164 至 1189MHz)以及 L頻帶通信(1525至1560MHz)。其它GNSS’ s在相似頻帶中廣播信號。為了接收一個或多個廣播信號，GNSS’ s中的接收機通常具有對應于由衛(wèi)星廣播的信號的頻帶的多個天線。多個天線以及相關的前端電子設備增加GNSS’ s中接收機的復雜度和費用。另外，使用在物理上相對于彼此放置的多個天線可能使范圍測量以及因而由接收機確定的定位的精度降級。 另外，在汽車、農業(yè)、以及工業(yè)應用中，期望具有緊湊、堅固的導航接收機。這種緊湊且堅固的接收機取決于應用可以被安裝在車輛內部或外部。用于從GPS衛(wèi)星接收信號的理想天線將對于朝向天空的上半球具有3dB各向同性的增益，并且對于朝向地面的下半球不具有增益。另外，其將具有右手圓極化(RHCP)。近年來，其它GNSS已增補了 GPS信號，并且它們的信號最好地利用理想的GPS天線的相同的增益方向圖和極化來接收。有時，這些GNSS信號的精度利用由參考接收機生成并在略低于 GPS Ll的頻率處在衛(wèi)星下行鏈路上傳輸的差分校正來增強。幸好，這些校正信號也是RHCP 的，但是它們與GNSS信號相比趨于具有更低的功率并且可從更少的衛(wèi)星獲得。這些GNSS 與通信頻帶所有一起覆蓋從1150MHz至1610MHz的頻率。已經做出了利用具有期望的增益方向圖以及適當的成本和尺寸的RHCP天線來接收所有這些頻率的各種嘗試。這些中的大多數具有在高仰角(即接近豎直)時相當好、但在更接近水平時迅速下降的增益方向圖。因此，存在對于用于GNSS’ s中的接收機以解決與現有天線相關聯的問題的改進的緊湊天線的需要
發(fā)明內容
一些實施例提供了一種包括第一天線元件和第二天線元件的天線，其中所述第一天線元件和第二天線元件兩者都被配置為鉤形。所述天線還包括與第一天線元件耦合的第一阻抗匹配電路和與第二天線元件耦合的第二阻抗匹配電路，其中所述第一阻抗匹配電路包括第一多個濾波器，其中所述第二阻抗匹配電路包括第二多個濾波器。在一些實施例中，所述天線包括接地平面。在這些實施例中，相應的天線元件包括基本上垂直于接地平面的第一部分、耦合到第一部分并且基本上平行于接地平面的第二部分、耦合到第二部分并且基本上垂直于接地平面的第三部分、以及耦合到第三部分并且基本上平行于接地平面的第四部分。在一些實施例中，相應的阻抗匹配電路包括低通濾波器和高通濾波器。在一些實施例中，所述低通濾波器和所述高通濾波器串聯耦合。在一些實施例中，相應的阻抗匹配電路在第一頻帶以及更高的第二頻帶兩者的中心頻率處提供基本上50歐姆的阻抗。在一些實施例中，所述天線包括接地平面，并且第一天線元件和第二天線元件每個具有輻射元件，其具有基本上平行于接地平面的預定義范圍。在各實施例中，相對于具有帶有具有基本上平行于接地平面的相同的預定義范圍的輻射元件的倒L形天線元件的天線，鉤形增加基本上在水平線處的仰角處接收的信號的增益。在一些實施例中，所述天線包括耦合到第一阻抗匹配電路和第二阻抗匹配電路的饋送網絡電路，其中饋送網絡電路具有對應于由第一天線元件和第二天線元件接收的信號的組合的輸出。在一些實施例中，相應的天線元件包括絕緣基板，其具有指定的厚度和指定的介電常數；以及絕緣基板的兩側上的導電材料。在一些實施例中，第一天線元件和第二天線元件基本上沿著天線的第一軸布置。在一些實施例中，所述天線包括第三天線元件和第四天線元件，其中所述第三天線元件和第四天線元件兩者都被配置為鉤形。所述天線還包括耦合到第三天線元件的第三阻抗匹配電路以及耦合到第四天線元件的第四阻抗匹配電路，其中所述第三阻抗匹配電路包括第三多個濾波器，其中所述第四阻抗匹配電路包括第四多個濾波器。在一些實施例中，第一天線元件和第二天線元件基本上沿著天線的第一軸布置。 第三天線元件和第四天線元件基本上沿著天線的第二軸布置。在一些實施例中，第一軸和第二軸基本上彼此垂直。在一些實施例中，所述天線包括耦合到第一阻抗匹配電路、第二阻抗匹配電路、第三阻抗匹配電路、以及第四阻抗匹配電路的饋送網絡電路，其中所述饋送網絡電路具有對應于由第一天線元件、第二天線元件、第三天線元件、以及第四天線元件接收的信號的組合的輸出。在一些實施例中，所述饋送網絡電路被配置為將從相應的天線元件接收的信號相對于從天線中相鄰的天線元件接收的信號相移基本上90度。在一些實施例中，第一天線元件、第二天線元件、第三天線元件、以及第四天線元件被配置為接收圓極化的輻射。在一些實施例中，輻射是右手圓極化的輻射。一些實施例提供了一種系統(tǒng)，其包括天線、阻抗匹配電路、饋送網絡電路、低噪聲放大器、以及采樣電路。所述天線包括多個天線元件，每個被配置為鉤形。阻抗匹配電源耦合到天線，其中所述阻抗匹配電路包括多個濾波器。饋送網絡電路耦合到阻抗匹配電路。低噪聲放大器耦合到饋送網絡電路。采樣電路耦合到低噪聲放大器輸出。


圖IA是圖示根據一些實施例的鉤形多頻帶天線的側視圖的框圖。圖IB是圖示根據一些實施例的鉤形多頻帶天線的頂視圖的框圖。圖2A是圖示根據一些實施例的四元鉤形多頻帶天線的側視圖的框圖。圖2B是圖示根據一些實施例的四元鉤形多頻帶天線的頂視圖的框圖。圖2C是圖示根據一些實施例的用于使用矢量網絡分析器來測試四元鉤形多頻帶天線的裝置的框圖。圖3A是圖示根據一些實施例的用于多頻帶天線的饋送網絡電路的框圖。圖3B是圖示根據一些實施例的具有饋送網絡、低噪聲放大器、以及數字電子設備模塊的多頻帶天線系統(tǒng)的框圖。圖3C是圖示根據一些實施例的用于四元鉤形多頻帶天線的另一個饋送網絡電路的框圖。圖4A是根據一些實施例的具有用于多頻帶天線的共享元件的阻抗匹配電路的框圖。圖4B是根據一些實施例的具有帶有共享元件的多個濾波器的阻抗匹配電路的電路圖。圖5A是根據一些實施例的用于示例性鉤形多頻帶天線的頂點處的增益與頻率之間的關系的曲線圖。圖5B是根據一些實施例的用于示例性鉤形多頻帶天線的Ll增益與仰角之間的關系的曲線圖。圖5C是根據一些實施例的用于示例性鉤形多頻帶天線的L2增益與仰角之間的關系的曲線圖。圖5D是根據一些實施例的用于示例性倒L多頻帶天線的頂點處的增益與頻率之間的關系的曲線圖。圖5E是根據一些實施例的用于示例性倒L多頻帶天線的Ll增益與仰角之間的關系的曲線圖。圖5F是根據一些實施例的用于示例性倒L多頻帶天線的L2增益與仰角之間的關系的曲線圖。圖6示出根據一些實施例的對應于全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的頻帶。圖7是圖示根據一些實施例的使用用于多頻帶天線的集總的元件阻抗匹配電路的方法的實施例的流程圖。圖8是根據一些實施例的帶有組合網絡和低噪聲放大器的、具有包括集總的元件阻抗匹配電路的四元多頻帶鉤形天線的系統(tǒng)的實施例的混合的框圖和電路圖。圖9A和9B示出根據一些實施例的阻抗匹配電路的替代實施例。貫穿各附圖，相似的參考標號指代對應的部件。
具體實施例方式
現在將對本發(fā)明的實施例進行詳細的參考，所述實施例的示例在附圖中圖示。在以下的詳細描述中，闡述許多特定細節(jié)以便提供本發(fā)明的徹底的理解。然而，對于本領域普通技術人員而言將是明顯的是可以在沒有這些特定細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。在其它實例中，未詳細描述公知的方法、程序、組件、以及電路，以便不會非必要地混淆本發(fā)明的各方在本文獻中，術語“基本上平行”和“基本上垂直”分別意味著相對于平行或垂直的五度(5°)內；術語“基本上沿著”特定軸意味著相對于該軸的十度(10°)內；術語“基本上恒定的阻抗”意味著阻抗的幅度的變化小于百分之十；術語“頻帶基本上被通過”意味著該頻帶中的信號在幅度上衰減小于IdB (百分之二十六)。被稱為“近似”的值和測量這里被定義為相對于所述值或測量結果的百分之十五(15%)內。在一些實施例中，鉤形多頻帶天線實現與尺寸相當倒L形天線相比、關于上半球中的仰角在增益上更一致的增益方向圖，同時在下半球中具有低增益。通過天線元件的鉤形并且通過在其上放置天線元件的基板材料的高介電常數而使鉤形多頻帶天線的物理高度最小化。在一些實施例中，鉤形多頻帶天線被配置為通過具有四個相同的天線元件以及正交饋送網絡電路來傳送和/或接收右手圓極化(RHCP)輻射。盡管增益方向圖在感興趣的頻帶上是相對一致的，但是天線的阻抗不是恒定的，并且不是典型的50歐姆。由此，在一些實施例中，將阻抗匹配網絡用在四個天線元件中的每一個上，以將感興趣的頻帶處天線元件的阻抗變換為大約50歐姆(例如50歐姆士20歐姆)，以使得可以通過傳統(tǒng)的電路來傳送和處理信號。鉤形多頻帶天線覆蓋可能分開得太遠而不能使用單個現有的天線來覆蓋的頻率范圍。在示例性實施例中，鉤形多頻帶天線用于在Ll頻帶(1565至1585 MHz)、L2頻帶 (1217 至 1237MHz)、L5 頻帶(1164 至 1189MHz)以及 L 頻帶通信(1525 至 1560MHz)中傳送和/或接收信號。這些四個L頻帶被當作兩個不同的頻帶范圍是從大約1160至1252MHz 的第一頻帶，以及范圍是從大約1525至1610MHz的第二頻帶。這些兩個頻帶的中心頻率大約位于1206MHz (f\)和1567MHz (f2)處。這些特定頻率和頻帶僅為示例性的，在其它實施例中可以使用其它頻率和頻帶。在一些實施例中，鉤形多頻帶天線被配置為在第一頻帶和第二頻帶中具有基本上恒定的阻抗(有時被稱為共用阻抗)。這些特征可以允許諸如GPS之類的GNSS’ s中的接收機使用較少的或者甚至一個天線來接收多個頻帶中的信號。盡管用于GPS的鉤形多頻帶天線的實施例在以下的討論中被用作說明性示例， 但是應當理解鉤形多頻帶天線可被應用于各種應用，包括無線通信、蜂窩電話、以及其它 GNSS’s。這里描述的技術可被廣泛應用于用于在不同頻率范圍中使用的各種天線類型和設計?，F在注意力朝向鉤形多頻帶天線的實施例。圖IA和圖IB是圖示根據一些實施例的鉤形多頻帶天線100的側視圖和頂視圖的框圖。鉤形多頻帶天線100包括接地平面110 以及兩個鉤形天線元件102。鉤形天線元件102基本上沿著鉤形多頻帶天線100的第一軸布置。在一些實施例中，導體106被放置在基板104上以形成鉤形天線元件102。例如導體 106可以是使用標準印刷電路板(PCB)制造技術放置在基板104上的金屬層。在一些實施例中，導體106被放置在基板104的兩側上，并且具有寬度122。使用信號線130將電信號 132耦合到鉤形天線元件102并將該鉤形天線元件102耦合到電信號132。在一些實施例中，信號線130是同軸電纜，并且接地平面110是適合于微波應用的金屬層(例如在PCB中或者在PCB上)。每個鉤形天線元件102分別具有Ai+A2+A3+A4 (例如分別為天線元件102的第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分)的總長度以及Bi+B2+B3+B4的總長度。注意部分~、 A3、Bp以及B3基本上垂直于接地平面110，并且部分A2、A4、B2、以及B4基本上平行于接地平面110。還應注意“基本上平行”用于指相對于平行十度內的角度，并且“基本上垂直”用于指相對于垂直十度內的角度。參照圖1B，基板104具有指定的厚度134和指定的介電常數。在一些實施例中，指定的厚度134大約為0. 05英寸，并且介電常數大約為10. 2。例如， 來自Rogers Corporation的材料R03210可被用于基板104。在一些實施例中，相應的鉤形天線元件102的高度(例如A1或&)大約為1. 9英寸。注意為了利用更傳統(tǒng)的低介電常數的材料來實現等效的增益方向圖，將需要元件的高度增加大約百分之五十。鉤形天線元件102的另一特征是鉤形天線元件102的第四部分(例如A4和B4),其轉向中心Z軸。這些部分具有將增益方向圖向下拉、因此增加更接近水平線的仰角處的增益的效果。另外，這些部分為天線元件增加長度，因此改進其效率并且擴展其對更低頻率的響應。在一些實施例中，鉤形多頻帶天線100可以包括附加的組件或者更少的組件。兩個或者更多個組件的功能可被組合。一個或者多個組件的位置可被修改。在一些實施例中，鉤形多頻帶天線100 (圖IA和圖1B)可以包括附加的鉤形天線元件。這些實施例在圖2A和圖2B中圖示。圖2A和圖2B是圖示根據一些實施例的四元鉤形多頻帶天線200的側視圖和頂視圖的框圖。圖2A和圖2B圖示了具有四個鉤形天線元件102-1至102-4的四元鉤形多頻帶天線200的實施例。圖2A示出了四元鉤形多頻帶天線200的側視圖。注意由于是側視圖，所以僅三個鉤形天線元件102可見，但是存在四個鉤形天線元件102。圖2B示出了具有四個鉤形天線元件102-1至102-4的四元鉤形多頻帶天線200的頂視圖。每個鉤形天線元件102具有厚度134。鉤形天線元件102-1和102-2基本上沿著四元鉤形多頻帶天線200 的第一軸布置。鉤形天線元件102-3和102-4基本上沿著四元鉤形多頻帶天線200的第二軸布置。第二軸基本上垂直于第一軸(相對于第一軸旋轉大約90°)。在一些實施例中，導體 106-1至106-4被放置在基板104-1至104-4上，以形成鉤形天線元件102-1至102-4。例如，導體106可以是使用標準印刷電路板(PCB)制造技術放置在基板104上的金屬層。使用四元信號線230將四元電信號232耦合到鉤形天線元件102并將該鉤形天線元件102耦合到該四元電信號232。在一些實施例中，四元信號線230是同軸電纜，并且接地平面110 是適合于微波應用的金屬層(例如在PCB中或者在PCB上)。注意僅示出了四個四元信號 232中的兩個以及四個四元信號線230中的兩個，但是存在四個。如上面所討論的，每個鉤形天線元件102分別具有、+A2+A3+A4以及Bi+B2+B3+B4的總長度。此外，如上面所討論的，基板104具有指定的厚度134和指定的介電常數。圖2C示出了圖示用于使用矢量網絡分析器270來測試四元鉤形多頻帶天線200 的裝置的框圖。待測試的鉤形天線元件(102-3)經由屏蔽電纜280 (具有屏蔽282)連接到矢量網絡分析器270。其它的鉤形天線元件(102-1、102-2、以及102-4)中的每一個耦合到相應電阻器272、274、以及276的一端(其另一端耦合到電壓源，諸如電路接地)。在一些實施例中，電阻器272、274、以及276中的每一個具有50歐姆或者大約50歐姆(例如50歐姆加上或者減去0. 5歐姆)的電阻。圖3A是圖示根據一些實施例的用于四元鉤形多頻帶天線200的饋送網絡電路300 的框圖。饋送網絡電路300可被耦合到四元鉤形多頻帶天線200 (圖2A和圖2B)，以向鉤形天線元件102提供適當定相的電信號310。在傳送實施例中，180°混合電路312接受輸入電信號310并且輸出相對于彼此大約180°異相的兩個電信號。這些電信號中的每一個被耦合到90°混合電路314中的一個。 每個90°混合電路314輸出兩個電信號232。諸如電信號232-1之類的相應的電信號可以因此相對于相鄰的電信號232具有大約90°的相移。在此配置中，饋送網絡電路300被稱為正交饋送網絡電路。電信號232的相位配置導致具有圓極化的輻射方向圖的四元鉤形多頻帶天線200 (圖2A和圖2B)。所述輻射可以是右手圓極化(RHCP)或者左手圓極化(LHCP) 的。注意電信號232的相對相移更接近90°，并且電信號232的幅度彼此匹配得甚至更均勻，四元鉤形多頻帶天線200 (圖2A和圖2B)的軸比將更好。在接收實施例中，電信號232由鉤形天線元件102接收，并且通過饋送網絡電路 300組合，從而產生被提供給接收電路以進行處理的信號310。注意接收實施例與傳送實施例相同，但信號以相反方向(接收，而非傳送)來處理，如下面所描述的。圖3B是圖示根據一些實施例的具有饋送網絡電路300、低噪聲放大器330、以及數字電子設備模塊370的多頻帶天線系統(tǒng)的框圖。圖3B示出天線模塊360，其包括耦合到四個相應的阻抗匹配電路350 (分別是350-1至350-4)的四個鉤形天線元件102 (102-1至 102-4)。阻抗匹配電路350向饋送網絡電路300提供四元電信號232 (例如圖3A)。饋送網絡電路300向低噪聲放大器300提供組合的信號310。低噪聲放大器330的功能是放大弱的接收信號，而不引入(或僅引入最小或額定的)失真或噪聲。低噪聲放大器330的輸出被耦合到數字電子設備模塊370，其包括采樣電路340和其它電路342。在一些實施例中， 采樣電路340包括模擬到數字(A/D)轉換器(ADC)并且可以包括諸如下變頻器之類的頻率變換電路。例如，其它電路342可以包括數字信號處理(DSP)電路、存儲器、微處理器、以及一個或多個用于將信息傳達給其它設備的通信接口。在一個實施例中，數字電子設備模塊 370處理所接收的信號以確定位置。在一個實施例中，天線模塊360在單個緊湊電路板上， 并且以適合于在戶外和苛刻的環(huán)境中使用的方式而被封裝。圖3C是圖示根據一些實施例的用于四元鉤形多頻帶天線的替代饋送網絡電路 380的框圖。在饋送網絡電路380中，四元信號232 (232-1至232-4)被耦合到第一組的 180°混合電路(有時被稱為相移器)364。180°混合電路被耦合到90°混合電路(有時被稱為相移器)362。90°混合電路362也被耦合到組合的信號310。與饋送網絡電路300 —樣，饋送網絡電路380可被用在接收模式或傳送模式。在一些實施例中，饋送網絡電路300或380可以包括附加的組件或者較少的組件。 兩個或者更多個組件的功能可被組合。一個或者多個組件的位置可被修改?，F在注意力朝向在感興趣的兩個或者更多個頻帶中發(fā)生的多頻帶天線和相位關系的說明性實施例。盡管討論關注于四元鉤形多頻帶天線200 (圖2A和圖2B)，應當理解所述方法可被應用于其它天線實施例。參照圖2A和圖2B，可以基于對應于第一頻帶(諸如第一頻帶的中心頻率f\)的波長λ (真空中)來確定鉤形天線元件102的幾何形狀。(中心頻率的波長λ等于c/fi， 其中c是真空中的光速。)在一些實施例中，通過基本上垂直于接地平面110的印刷電路板來支撐鉤形天線元件102。例如，鉤形天線元件102可以是放置在印刷電路板104上的金屬層導體106，所述印刷電路板104被垂直于接地平面110安裝，從而實現圖1和圖2中圖示的幾何形狀。在一些實施例中，印刷電路板材料是0.05英寸厚的Rogers R03210，其是適合于微波應用的印刷電路板材料(其具有低損耗特性并且其10. 2的介電常數ε非常始終如一)。使用圖1Α、圖1Β、圖2Α、以及圖2Β作為說明，長度、(以及B1)是1. 8英寸，A2 (以及化)是1. 8英寸，A3 (以及B3)是1. 4英寸，A4 (以及B4)是0. 6英寸，導體106的寬度122 是0. 4英寸，導體IM之間的間距是0. 375英寸，并且印刷電路板的厚度134是0. 05英寸。 注意這些對于A1ZiB1至Α4/Β4的值是從基于計算機的電磁仿真器獲得的預測值，以便在上述GNSS頻率范圍中產生所期望的頻率響應。如果使用具有更低介電常數ε的基板，并且類似的增益與仰角之間的關系的方向圖是期望的，則鉤形天線元件102的導體106的長度對于給定的中心頻率將較大。將必須通過實驗或者通過基于計算機的電磁仿真器來確定確切的尺寸。注意天線元件102 之間的分離距離1 近似依賴于ε。圖4Α是根據一些實施例的用于鉤形多頻帶天線的阻抗匹配電路420的框圖400。 阻抗匹配電路420被耦合到饋送網絡電路300、以及位于接地平面410上的鉤形天線元件 102-1。阻抗匹配電路420 “匹配”鉤形天線元件102-1與負載(例如饋送網絡電路300)之間的阻抗(或者更確切地說，降低阻抗失配)，以便最小化(或減少)反射并且最大化(或者提高)能量傳送。電信號232-1耦合在饋送網絡電路300與阻抗匹配電路420之間。圖4Β是根據一些實施例的用于鉤形多頻帶天線的具有帶有共享元件的多個濾波器的阻抗匹配電路420的電路圖。在此實施例中，阻抗匹配電路420包括與低通濾波器440 串聯耦合的高通濾波器430。高通濾波器430包括接地的并聯電感器(L2)、以及串聯連接的電容器(Cl)和電感器(Li)。低通濾波器440包括接地的電容器(C2)、以及串聯連接的電容器(Cl)和電感器(Li)。由此，高通濾波器430和低通濾波器440具有共享元件450，即串聯的電容器(Cl)以及電感器(Li)。電信號232-1耦合在負載、饋送網絡電路300、以及阻抗匹配電路420的并聯的L2電感器和串聯的Cl電容器之間。在一些實施例中，阻抗匹配電路420中元件的大小大約如下電容器Cl :1.8pF，電感器Li: 6. &ιΗ，電容器C2 :1. 2pF， 以及電感器L2:3.9nH。當然，在其它實施例中可以使用許多其他組的組件值。在這些實施例中，阻抗匹配電路420導致具有小于10%的幅度的圖6所示的第一和第二頻帶612-1和 612-2內的通過天線元件102的信號反射。圖5A是根據一些實施例的用于示例性鉤形多頻帶天線的頂點處的增益與頻率之間的關系的曲線圖500。通過組合兩組正交線性極化響應(對應于電場的極化的Hpol和 Vpol)來得出圓極化響應(RHCP)。曲線圖500中圖示的測量結果在源在頂點處(例如直接在示例性鉤形多頻帶天線的上方)的情況下取得。已經通過測量結果確定了增益相對于頻率的變化隨著入射角改變得非常少。曲線圖500反映了阻抗變換網絡(例如阻抗匹配電路 420)的兩個頻帶性質，并且示出鉤形多頻帶天線在較低頻率處比在較高頻率處更高效(具有更高的增益)。圖5D中的曲線圖530圖示了用于類似尺寸的倒L天線的頂點處的增益與頻率之間的關系。圖5B是根據一些實施例的用于示例性鉤形多頻帶天線的Ll增益(S卩，Ll頻帶中的增益)與仰角之間的關系的曲線圖510。曲線圖510圖示了各向同性的RHCP增益如何作為仰角的函數而變化?？梢钥吹皆鲆嬖陧旤c(90度)處最大，并且在水平線(0度)處向下降到大約_3dBi。相似尺寸的倒L天線在水平線處具有更接近于_4dBi的增益(Li頻帶中)， 如圖5E的曲線圖540中所圖示的。圖5C是根據一些實施例的、用于示例性鉤形多頻帶天線的L2增益(S卩，L2頻帶中的增益)與仰角之間的關系的曲線圖520。曲線圖520類似于圖5B中的曲線圖510。圖5F 中的曲線圖陽0圖示了用于類似尺寸的倒L天線的增益與仰角之間的關系。注意圖5A-5F中的曲線圖反映了在傳統(tǒng)的消聲室中進行、以使得僅直接能量而沒有反射的能量將從參考源天線到達測試天線的測量。此外，測試天線安裝在機動定位器上，以使得入射波的角度可以被改變。圖6是示出了對應于全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的頻帶612的圖600，所述系統(tǒng)包括L1頻帶(1565 至 1585 MHz)、L2 頻帶(1217 至 1237MHz)、L5 頻帶(1164 至 1189MHz)以及 L 頻帶 (1525至1560MHz)。頻率610在χ軸上示出。在鉤形多頻帶天線的一些實施例中，第一頻帶612-1包括1160-1252ΜΗζ，并且第二頻帶612-2包括1525_1610ΜΗζ。這些頻帶的中心頻率(也被稱為頻帶中心頻率)分別為1206MHz和1567. 5MHz。出于計算期望的天線特性的目的，可以使用近似的中心頻率(例如1206MHz和1567MHz)來代替它們的確切值。鉤形多頻帶天線組件(即，鉤形元件、相關聯的匹配網絡以及組合網絡)在第一頻帶612-1以及第二頻帶612-2兩者中具有低回波損耗(例如小于百分之十)。此外，第一頻帶612-1包含L2和L5 頻帶，且第二頻帶612-2包含Ll頻帶和L頻帶。由此，單個鉤形多頻帶天線能夠在這些四個GNSS頻帶中傳送和/或接收信號?，F在將注意力轉向使用具有集總的元件阻抗匹配的多頻帶天線的過程的實施例。 圖7是圖示使用鉤形多帶天線的方法700的流程圖。該方法包括對耦合到天線中的第一天線元件的電信號進行濾波，并對耦合到天線中的第二天線元件的電信號進行濾波(710)。在一些實施例中，該方法包括對從多頻帶天線的每個天線元件(例如全部四個天線元件102-1 至102-4，圖2B)接收的電信號進行濾波(或者對發(fā)送到所述每個天線元件的電信號進行濾波)。用于完成此步驟的電路在圖3B以及本文獻的其他附圖中示出，如上文和下文所討論的。所述方法包括對電信號進行變換，以使得通過上頻帶和下頻帶(712)。在一些實施例中， 所述方法包括對電信號進行變換，以使得高于上頻帶且低于下頻帶的信號被衰減并且基本上通過中心頻帶(714)。在一些實施例中，所述方法包括對電信號進行變換，以使得通過上頻帶和下頻帶并且中心頻帶被衰減(716)。在一些實施例中，所述方法在中心頻帶的兩個子頻帶(例如圖6的子頻帶612-1和612-2)中提供基本上類似的阻抗。在一些實施例中，使用鉤形多頻帶天線的方法700包括更少的或者附加的操作。 可以改變操作的順序?？梢詫⒅辽賰蓚€操作組合為單個操作。圖8描繪了具有包括集總的元件阻抗匹配元件812、814、816和818的四元鉤形多頻帶天線的系統(tǒng)800，其具有正交饋送網絡電路820以及低噪聲放大器(LNA) 830。在阻抗匹配元件812中，鉤形天線元件102-1被耦合到阻抗匹配電路(例如圖8所圖示的)。阻抗變換元件812的輸出被耦合到正交饋送網絡電路820。正交饋送網絡電路820被耦合到LNA 830。類似地，第二(814)、第三(816)、以及第四(818)阻抗變換元件每個都包括耦合到阻抗匹配電路的鉤形天線元件，并且被耦合到正交饋送網絡電路820。在一些實施例中，使用集總的元件阻抗匹配電路來實現系統(tǒng)800。在一些實施例中，系統(tǒng)800(不包括天線元件102) 在具有大約六英寸的直徑的單個緊湊電路板上實現。在一些實施例中，這種電路板提供了用于GNSS接收的期望的增益方向圖。通過使得直徑更大或更小，可以改變增益方向圖以在較低的仰角處提供較多的增益并且在高仰角處提供較少的增益，反之亦然。確切的效果將隨頻率變化。在特定實現方式中，發(fā)現天線元件阻抗特性是電路板(以及因此接地平面)的直徑的非常弱的函數。在一些實施例中，系統(tǒng)800在具有大約三英寸和六英寸之間的直徑的緊湊電路板上實現。在一些實施例中，系統(tǒng)800在具有大約五英寸和七英寸之間的直徑的緊湊電路板上實現。在一些實施例中，系統(tǒng)800在具有大約三英寸和八英寸之間的直徑的緊湊電路板上實現。在一些實施例中，系統(tǒng)800在具有大約二英寸和九英寸之間的直徑的緊湊電路板上實現。在一些實施例中，系統(tǒng)800在具有大約一英寸和十二英寸之間的直徑的緊湊電路板上實現。具有小于三英寸(例如直徑在大約1英寸和三英寸之間)的直徑的緊湊電路板的實施例可與比適用于上面討論的頻帶的鉤形天線元件更小的鉤形天線元件一起使用，并因此將適用于在比上面討論的頻帶更高的頻帶中進行接收和/或傳送。上面討論了作為要被接收或傳送的頻帶的中心頻率的波長的函數來確定鉤形天線元件的尺寸的示例。圖9A和圖9B示出了替代的阻抗匹配電路。圖9A示出了根據一些實施例的用于六極共享元件阻抗匹配電路的電路900。圖9B示出了根據一些實施例的用于八極共享元件阻抗匹配電路的電路950。在一些實施例中，所描述的阻抗匹配電路可以包括更少的或者附加的元件或者極。可以改變元件的順序?？梢詫⒅辽賰蓚€元件組合為單個元件。已經參照特定實施例描述了用于解釋的目的的上述描述。然而，上面的說明性討論不意在是窮舉的或者將本發(fā)明限于所公開的確切形式。鑒于上面的教導，許多修改和變化是可能的。選擇并且描述實施例，以便最好地解釋本發(fā)明及其實際應用的原理，從而使得本領域技術人員能夠最好地利用適合于所設想的特定用途的本發(fā)明以及具有各種修改的各種實施例。
權利要求
1.一種天線，包括第一天線元件和第二天線元件，其中所述第一天線元件和第二天線元件兩者都被配置為鉤形；耦合到第一天線元件的第一阻抗匹配電路，其中所述第一阻抗匹配電路包括第一多個濾波器；以及耦合到第二天線元件的第二阻抗匹配電路，其中所述第二阻抗匹配電路包括第二多個濾波器。
2.如權利要求1所述的天線，包括 接地平面；其中相應的天線元件包括基本上垂直于接地平面的第一部分；耦合到第一部分并且基本上平行于接地平面的第二部分；耦合到第二部分并且基本上垂直于接地平面的第三部分；以及耦合到第三部分并且基本上平行于接地平面的第四部分。
3.如權利要求1所述的天線，其中相應的阻抗匹配電路包括 低通濾波器；以及高通濾波器。
4.如權利要求3所述的天線，其中所述低通濾波器和所述高通濾波器串聯耦合。
5.如權利要求3所述的天線，其中相應的阻抗匹配電路在第一頻帶以及更高的第二頻帶兩者的中心頻率處提供基本上50歐姆的阻抗。
6.如權利要求1所述的天線，包括接地平面；其中第一天線元件和第二天線元件每個都具有輻射元件，所述輻射元件具有平行于接地平面的預定義范圍；以及其中相對于具有倒L形天線元件的天線，鉤形增加基本上在水平線處的仰角處接收的信號的增益，所述倒L形天線元件帶有具有平行于接地平面的相同的預定義范圍的輻射元件。
7.如權利要求1所述的天線，包括耦合到第一阻抗匹配電路和第二阻抗匹配電路的饋送網絡電路，其中所述饋送網絡電路具有對應于由第一天線元件和第二天線元件接收的信號的組合的輸出。
8.如權利要求1所述的天線，其中相應的天線元件包括 絕緣基板，其具有指定的厚度和指定的介電常數；以及絕緣基板的兩側上的導電材料。
9.如權利要求1所述的天線，其中第一天線元件和第二天線元件基本上沿著天線的第一軸布置。
10.如權利要求1所述的天線，包括第三天線元件和第四天線元件，其中所述第三天線元件和第四天線元件兩者都被配置為鉤形；耦合到第三天線元件的第三阻抗匹配電路，其中所述第三阻抗匹配電路包括第三多個濾波器；以及耦合到第四天線元件的第四阻抗匹配電路，其中所述第四阻抗匹配電路包括第四多個濾波器。
11.如權利要求10所述的天線，其中第一天線元件和第二天線元件基本上沿著天線的第一軸布置；以及其中第三天線元件和第四天線元件基本上沿著天線的第二軸布置。
12.如權利要求11所述的天線，其中第一軸和第二軸基本上彼此垂直。
13.如權利要求10所述的天線，包括耦合到第一阻抗匹配電路、第二阻抗匹配電路、 第三阻抗匹配電路、以及第四阻抗匹配電路的饋送網絡電路，其中所述饋送網絡電路具有對應于由第一天線元件、第二天線元件、第三天線元件、以及第四天線元件接收的信號的組合的輸出。
14.如權利要求13所述的天線，其中所述饋送網絡電路被配置為將從相應的天線元件接收的信號相對于從天線中相鄰的天線元件接收的信號相移基本上90度。
15.如權利要求10所述的天線，其中第一天線元件、第二天線元件、第三天線元件、以及第四天線元件被配置為接收圓極化的輻射。
16.如權利要求15所述的天線，其中所述輻射是右手圓極化的輻射。
17.一種系統(tǒng)，包括天線，其包括多個天線元件，每個所述天線元件都被配置為鉤形；耦合到天線的阻抗匹配電路，其中所述阻抗匹配電路包括多個濾波器；耦合到阻抗匹配電路的饋送網絡電路；耦合到饋送網絡電路的低噪聲放大器；以及耦合到低噪聲放大器的采樣電路。
全文摘要
一種天線(100)包括第一天線元件(102-1)和第二天線元件(102-2)，其中所述第一天線元件(102-1)和第二天線元件(102-2)或者它們的導體(106-1，106-2)兩者都被配置為鉤形。所述天線(100)還包括耦合到第一天線元件(102-1)的第一阻抗匹配電路，其中所述第一阻抗匹配電路包括第一多個濾波器；以及耦合到第二天線元件(102-2)的第二阻抗匹配電路，其中第二阻抗匹配電路包括第二多個濾波器。
文檔編號H01Q1/50GK102273010SQ200980153417
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權日2008年12月31日
發(fā)明者C. 馬 L., L. 倫茨 M. 申請人:納夫科姆技術公司