多模天線結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及多模天線結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個或多個實施例涉及一種用于在通信設(shè)備中發(fā)射和接收電磁信號的多模天線結(jié)構(gòu)。該通信設(shè)備包括用于處理傳送至天線結(jié)構(gòu)的和從天線結(jié)構(gòu)傳送出的信號的電路。該天線結(jié)構(gòu)被配置成在指定頻率范圍內(nèi)優(yōu)化運行，該天線結(jié)構(gòu)包括：多個天線端口，其可操作的耦合到所述電路；多個天線元件，每一個都可操作的耦合到一個不同的天線端口。流過一個天線元件和鄰近天線元件的電流通常是量值相同的，以便在指定的期望信號頻率范圍內(nèi)在不使用連接到所述天線端口的去耦網(wǎng)絡(luò)的情況下由一個天線端口激勵的天線模式通常與由另一個天線端口激勵的模式電隔離，并且所述天線結(jié)構(gòu)生成多樣的天線方向圖。
【專利說明】多模天線結(jié)構(gòu)
[0001]本申請是于2009年12月18日進入中國國家階段的申請?zhí)枮?00880020727.9且發(fā)明名稱為“多模天線結(jié)構(gòu)”的中國發(fā)明專利申請的分案申請，
相關(guān)申請的交叉引用
本申請以下述美國專利申請為基礎(chǔ)并要求了下述美國專利申請的優(yōu)先權(quán):2008年4月8日提交的標(biāo)題為Multimode Antenna Structure的美國專利申請N0.12/099，320,它是2007年6月27日提交的標(biāo)題為Multimode Antenna Structure的美國專利申請N0.11/769，565的部分延續(xù)，其基于2007年4月20日提交的標(biāo)題為Multimode AntennaStructure的美國臨時專利申請N0.60/925, 394，和2007年5月8日提交的標(biāo)題為Multimode Antenna Structure的美國臨時專利申請N0.60/916, 655,所有這些都通過參考結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明總體上涉及無線通信設(shè)備，更特別地涉及被用于這些設(shè)備的天線。
【背景技術(shù)】
[0003]許多通信設(shè)備具有密集封裝在一起的多個天線(例如彼此相隔少于1/4波長)，而且可以同時在相同的頻帶內(nèi)運行。這些通信設(shè)備的通用實例包括諸如蜂窩手機之類的便攜式通信產(chǎn)品、個人數(shù)字助理(personal digital assistants, PDA),以及無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或個人計算機(personal computers, PC)的數(shù)據(jù)卡。許多系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(諸如多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO))和用于移動式無線通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(諸如用于無線LAN的802.11，以及諸如802.16e(WiMAX)、HSDPA和IxEVDO之類的3G數(shù)據(jù)通信)需要同時運行的多個天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個或多個實施例指向一種用于在通信設(shè)備中發(fā)射和接收電磁信號的多模天線結(jié)構(gòu)。通信設(shè)備包括用于處理傳送至天線結(jié)構(gòu)的和從天線結(jié)構(gòu)傳送的信號的電路。天線結(jié)構(gòu)被配置成在指定頻率范圍內(nèi)優(yōu)化運行。天線結(jié)構(gòu)包括可操作地耦合到所述電路的多個天線端口，以及每一個都可操作地耦合到一個不同的天線端口的多個天線元件。多個天線元件的每一個都被配置成具有所選擇的電長度，以在所述指定頻率范圍內(nèi)提供優(yōu)化運行。天線結(jié)構(gòu)還包括電連接所述天線元件的一個或多個連接元件，以便一個天線元件上的電流流向所連接的鄰近天線元件，并且通常繞過(bypass)稱合到鄰近天線元件的天線端口。流過一個天線元件和鄰近天線元件的電流通常是量值相同的，以便在指定的期望信號頻率范圍內(nèi)在不使用連接到所述天線端口的去耦網(wǎng)絡(luò)的情況下由一個天線端口激勵的天線模式通常與由另一個天線端口激勵的模式電隔離，并且天線結(jié)構(gòu)生成多樣的天線方向圖。
[0005]本發(fā)明的一個或多個其他實施例指向一種用于在包括天線方向圖(antennapattern)控制機構(gòu)的通信設(shè)備中發(fā)射和接收電磁信號的多模天線結(jié)構(gòu)。通信設(shè)備包括用于處理傳送至天線結(jié)構(gòu)的和從天線結(jié)構(gòu)傳送的信號的電路。天線結(jié)構(gòu)包括可操作地耦合到電路的多個天線端口，以及每一個都可操作地耦合到一個不同的天線端口的多個天線元件。天線結(jié)構(gòu)還包括電連接于天線元件的一個或多個連接元件，以便一個天線元件上的電流流向連接的鄰近天線元件并且通常繞過耦合到鄰近天線元件的天線端口。流過一個天線元件和鄰近天線元件的電流通常是量值相同的，以便在指定的期望信號頻率范圍內(nèi)由一個天線端口激勵的天線模式通常與由另一個天線端口激勵的模式電隔離，并且天線結(jié)構(gòu)生成多樣的天線方向圖。天線結(jié)構(gòu)還包括可操作地耦合到多個天線端口的天線方向圖控制機構(gòu)，以用于調(diào)整饋送至鄰近天線端口的信號之間的相對相位，以便饋送至一個天線端口的信號與饋送至鄰近天線端口的信號具有不同的相位，從而提供天線方向圖控制。
[0006]本發(fā)明的一個或多個其他實施例涉及一種用于在發(fā)射和接收電磁信號的通信設(shè)備中控制多模天線結(jié)構(gòu)的天線方向圖的方法。所述方法包括下述步驟:(a)提供包括天線結(jié)構(gòu)和用于處理傳送至天線結(jié)構(gòu)的和從天線結(jié)構(gòu)傳送出的信號的電路的通信設(shè)備，天線結(jié)構(gòu)包括:可操作地耦合到電路的多個天線端口 ；多個天線元件，每一個都可操作地耦合到一個不同的天線端口 ；以及電連接于多個天線元件的一個或多個連接元件，以便一個天線元件上的電流流向連接的鄰近天線元件并且通常繞過耦合到鄰近天線元件的天線端口，流過一個天線元件和鄰近天線元件的電流通常是量值相同的，以便在指定的期望信號頻率范圍內(nèi)由一個天線端口激勵的天線模式通常與由另一個天線端口激勵的模式電隔離并且天線結(jié)構(gòu)生成多樣的天線方向圖；以及(b)調(diào)整在饋送至天線結(jié)構(gòu)的鄰近天線端口的信號之間的相對相位，以便饋送至一個天線端口的信號與饋送至鄰近天線端口的信號具有不同的相位，從而提供天線方向圖控制。
[0007]本發(fā)明的一個或多個其他實施例指向提供一種用于在具有帶阻開縫特性的通信設(shè)備中發(fā)射和接收電磁信號的多模天線結(jié)構(gòu)。通信設(shè)備包括用于處理傳送至天線結(jié)構(gòu)的和從天線結(jié)構(gòu)傳送出的信號的電路。天線結(jié)構(gòu)包括可操作地耦合到電路的多個天線端口。天線結(jié)構(gòu)還包括多個天線元件，每一個都可操作地耦合到一個不同的天線端口。多個天線元件中的一個包括在其中限定了兩個分支諧振器的開縫。天線結(jié)構(gòu)還包括電連接于多個天線元件的一個或多個連接元件，以便一個天線元件上的電流流向連接的鄰近天線元件并且通常繞過耦合到鄰近天線元件的天線端口。流過一個天線元件和鄰近天線元件的電流通常是量值相同的，以便在指定的期望信號頻率范圍內(nèi)由一個天線端口激勵的天線模式通常與由另一個天線端口激勵的模式電隔離，并且天線結(jié)構(gòu)生成多樣的天線方向圖。在多個天線元件中的一個中存在的開縫導(dǎo)致在指定信號頻率范圍內(nèi)在所述多模天線結(jié)構(gòu)的多個天線元件中的一個和另一個天線元件之間的失配，從而進一步隔離天線端口。
[0008]在下面的詳細(xì)說明中將提供本發(fā)明的各種實施例。如將認(rèn)識到的那樣，本發(fā)明可以具有其他的和不同的實施例，并且在不脫離本發(fā)明的情況下可以在各種方面對其一些細(xì)節(jié)進行修改。因此，附圖和描述本質(zhì)上被認(rèn)為是說明性的，并不具有限制或約束的意義，本申請的范圍在權(quán)利要求中被指示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1A舉例說明了具有兩個平行偶極子的天線結(jié)構(gòu)。[0010]圖1B舉例說明了由圖1A的天線結(jié)構(gòu)中的一個偶極子激勵產(chǎn)生的電流。
[0011]圖1C舉例說明了與圖1A的天線結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的模型。
[0012]圖1D是舉例說明圖1C的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的曲線圖。
[0013]圖1E是舉例說明圖1C的天線結(jié)構(gòu)的電流比率的曲線圖。
[0014]圖1F是舉例說明圖1C的天線結(jié)構(gòu)的增益方向圖的曲線圖。
[0015]圖1G是舉例說明圖1C的天線結(jié)構(gòu)的包絡(luò)(envelope)相關(guān)性的曲線圖。
[0016]圖2A舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有兩個平行偶極子的天線結(jié)構(gòu)，其中所述兩個平行偶極子通過連接元件相互連接。
[0017]圖2B舉例說明了與圖2A的天線結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的模型。
[0018]圖2C是舉例說明圖2B的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的曲線圖。
[0019]圖2D是舉例說明圖2B的在兩個端口具有阻抗匹配的集總元件的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的曲線圖。
[0020]圖2E是舉例說明圖2B的天線結(jié)構(gòu)的電流比率的曲線圖。
[0021]圖2F是舉例說明圖2B的天線結(jié)構(gòu)的增益方向圖的曲線圖。
[0022]圖2G是舉例說明圖2B的天線結(jié)構(gòu)的包絡(luò)相關(guān)性的曲線圖。
[0023]圖3A舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有兩個平行偶極子的天線結(jié)構(gòu)，其中所述兩個平行偶極子通過曲型(meandered)連接元件連接。
[0024]圖3B是示出圖3A的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的曲線圖。
[0025]圖3C是舉例說明圖3A的天線結(jié)構(gòu)的電流比率的曲線圖。
[0026]圖3D是舉例說明圖3A的天線結(jié)構(gòu)的增益方向圖的曲線圖。
[0027]圖3E是舉例說明圖3A的天線結(jié)構(gòu)的包絡(luò)相關(guān)性的曲線圖。
[0028]圖4舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有地線或地網(wǎng)(counterpoise)的天線結(jié)構(gòu)。
[0029]圖5舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的平衡天線結(jié)構(gòu)。
[0030]圖6A舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的天線結(jié)構(gòu)。
[0031]圖6B是示出了圖6A的具有特定偶極子寬度尺寸的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的曲線圖。
[0032]圖6C是示出了圖6A的具有另一偶極子寬度尺寸的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的曲線圖。
[0033]圖7舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的在印刷電路板上制造的天線結(jié)構(gòu)。
[0034]圖8A舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有雙諧振(dual resonance)的天線結(jié)構(gòu)。
[0035]圖SB是舉例說明圖8A的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的曲線圖。
[0036]圖9舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的可調(diào)頻天線結(jié)構(gòu)。
[0037]圖1OA和IOB舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有連接元件的天線結(jié)構(gòu)，其中所述連接元件位于天線單元長度上的不同位置。
[0038]圖1OC和IOD分別是舉例說明圖1OA和IOB的天線結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)的曲線圖。
[0039]圖11舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的包括連接元件的天線結(jié)構(gòu)，所述連接元件具有開關(guān)。
[0040]圖12舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有連接元件的天線結(jié)構(gòu)，所述連接元件具有耦合到其上的濾波器。
[0041]圖13舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有兩個連接元件的天線結(jié)構(gòu)，所述連接元件具有耦合到其上的濾波器。
[0042]圖14舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有可調(diào)連接元件的天線結(jié)構(gòu)。
[0043]圖15舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的安裝在PCB組件上的天線結(jié)構(gòu)。
[0044]圖16舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的安裝在PCB組件上的另一個天線結(jié)構(gòu)。
[0045]圖17舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的安裝在PCB組件上的替換天線結(jié)構(gòu)。
[0046]圖18A舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的三模天線結(jié)構(gòu)。
[0047]圖18B是舉例說明圖18A的天線結(jié)構(gòu)的增益方向圖的曲線圖。
[0048]圖19舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的對天線結(jié)構(gòu)的天線和功率放大器組合器應(yīng)用。
[0049]圖20A和20B舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個其他實施例的例如可用于WiMAXUSB或ExpressCard/34設(shè)備中的多模天線結(jié)構(gòu)。
[0050]圖20C舉例說明了用于測量圖20A和20B的天線的性能的試驗組件。
[0051]圖20D至20J舉例說明了圖20A和20B的天線的試驗測量結(jié)果。
[0052]圖21A和21B舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個替換實施例的例如可用在WiMAXUSB安全裝置(dongle)中的多模天線結(jié)構(gòu)。
[0053]圖22A和22B舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個替換實施例的例如可用在WiMAXUSB安全裝置中的多模天線結(jié)構(gòu)。
[0054]圖23A舉例說明了用于測量圖21A和21B的天線的性能的試驗組件。
[0055]圖23B至23K舉例說明了圖21A和21B的天線的試驗測量結(jié)果。
[0056]圖24是根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有波束控制(beam steering )機構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)的示意性框圖。
[0057]圖25A至25G舉例說明了圖25A的天線的試驗測量結(jié)果。
[0058]圖26舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的作為饋電點間的相角差的函數(shù)的天線結(jié)構(gòu)的增益優(yōu)勢。
[0059]圖27A是舉例說明簡單的雙頻帶分支單極天線結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0060]圖27B舉例說明了圖27A的天線結(jié)構(gòu)中的電流分布。
[0061]圖27C是舉例說明馬刺狹孔(spurline)帶阻濾波器的示意圖。
[0062]圖27D和27E是舉例說明圖27A的天線結(jié)構(gòu)中的頻率截止的試驗結(jié)果。
[0063]圖28是舉例說明根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有帶阻開縫的天線結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0064]圖29A舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的具有帶阻開縫的替換天線結(jié)構(gòu)。[0065]圖29B和29C舉例說明了圖29A的天線結(jié)構(gòu)的測量測量結(jié)果。
【具體實施方式】
[0066]根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，提供了一種在通信設(shè)備中用于發(fā)射和接收電磁信號的多模天線結(jié)構(gòu)。通信設(shè)備包括用于處理傳送到天線結(jié)構(gòu)以及從天線結(jié)構(gòu)傳送出的信號的電路。天線結(jié)構(gòu)包括可操作地耦合到電路的多個天線端口和多個天線元件，每一個天線元件都可操作地耦合到不同的天線端口。天線結(jié)構(gòu)還包括一個或多個電連接于天線元件的連接元件，以便在指定信號頻率范圍內(nèi)由一個天線端口激勵的天線模式通常與由另一個天線端口激勵的模式電隔離。另外，由端口產(chǎn)生的天線方向圖展示了具有低相關(guān)性的明確的方向圖多樣性。
[0067]根據(jù)本發(fā)明各種實施例的天線結(jié)構(gòu)在下述的通信設(shè)備中是特別有用的，所述通信設(shè)備需要被密集封裝一起的多個天線(例如彼此相隔小于1/4波長)，并且在所述通信設(shè)備中還包括在相同頻帶內(nèi)同時并特別使用的多于一個的天線。在這些設(shè)備的通用實例中，天線結(jié)構(gòu)可以被用來包括諸如蜂窩手機之類的便攜式通信產(chǎn)品、PDA、以及無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或PC的數(shù)據(jù)卡。天線結(jié)構(gòu)還對這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特別有用，諸如需要同時運行多個天線的MIMO和移動無線通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(諸如用于無線LAN的802.11，以及諸如802.16e (WiMAX),HSDPA和IxEVDO之類的3G數(shù)據(jù)通信)。
[0068]圖1A-1G舉例說明了天線結(jié)構(gòu)100的運行。圖1A示意性地舉例說明了具有兩個平行天線的天線結(jié)構(gòu)100，具體而言具有長度為L的平行偶極子102、104。偶極子102、104由距離d間隔開，并且不通過任何連接元件連接。偶極子102、104具有大約等于L= λ /2的基波諧振頻率。每個偶極子都與獨立的發(fā)射/接收系統(tǒng)相連接，所述發(fā)射/接收系統(tǒng)可以運行在相同的頻率上。對兩個天線而言，所述系統(tǒng)連接可以具有相同的特性阻抗ζο，在該實例中為50ohms。
[0069]當(dāng)一個偶極子發(fā)射信號時，由該偶極子發(fā)射的一些信號可以被直接耦合到鄰近的偶極子。耦合的最大量通常出現(xiàn)在各個偶極子的半波諧振頻率附近，并且當(dāng)間隔距離d被制成越小時則該最大量會增大。例如，對于d〈 λ/3，耦合的量值大于0.1或-10dB，并且對于d〈 λ /8,稱合的量值大于_5dB。
[0070]期望在天線之間沒有耦合(即完全隔離)或降低耦合。如果耦合例如是-1OdBJP么發(fā)射功率的10%將因為功率量被直接耦合到鄰近天線中而丟失。還存在其他有害的系統(tǒng)影響，諸如連接到鄰近天線的接收機飽和或靈敏度降低(desensitization),或者連接到鄰近天線的發(fā)射機的性能退化之類。與由單獨的偶極子生成的增益方向圖相比，鄰近天線上感應(yīng)到的電流將使得增益方向圖變形。公知該作用將降低由偶極子產(chǎn)生的增益方向圖之間的相關(guān)性。因此，雖然耦合可以提供一些方向圖的多樣性，但如上所述其具有有害的系統(tǒng)影響。
[0071]因為強耦合，天線無法獨立運行，并且可被看作是具有兩對末端或端口的天線系統(tǒng)，所述兩對末端或端口對應(yīng)于兩個不同的增益方向圖。使用任意一個端口實質(zhì)上涉及包括兩個偶極子的整個結(jié)構(gòu)。鄰近偶極子的附加(parasitic)激勵使得在緊密的偶極子間隔中實現(xiàn)了多樣性，但還在經(jīng)過電源阻抗的偶極子上激勵了電流，并因此在端口之間出現(xiàn)了互耦合。[0072]圖1C舉例說明了用于模擬的與圖1所示的天線結(jié)構(gòu)100相對應(yīng)的模型偶極子對。在該實例中，偶極子102、104具有ImmX Imm的方形截面和56mm的長度(L)。當(dāng)附接于50-ohm的源時，這些尺寸將產(chǎn)生2.45GHz的中心諧振頻率。在該頻率處的自由空間波長是122mm。如圖1D示出了間隔距離(d)為IOmm或大約λ/12時的散射參數(shù)Sll和S12的圖形。因為平衡性和互易性，所以S22=S11并且S12=S21。簡單起見，僅示出和討論了 Sll和S12，在該配置中，由S12表示的偶極子之間的耦合達到-3.7dB的最大值。
[0073]圖1E示出了在端口 106被激勵并且端口 108被被動終止情況下天線結(jié)構(gòu)的偶極子104上的垂直電流與偶極子102上的垂直電流的比率(在圖中標(biāo)識為“量值12/11”)。(偶極子104/偶極子102)的電流比率最大的頻率對應(yīng)于偶極子電流間具有180度相位差的頻率，并且該頻率比圖1D所示的最大耦合點的頻率僅稍高一點。
[0074]圖1F示出了具有端口 106的激勵的一些頻率的方位角增益方向圖。該方向圖并非全方位相同的，并且因為耦合量值和相位上的變化而隨頻率發(fā)生變化。由于對稱性，端口108激勵生成的方向圖應(yīng)該是端口 106激勵生成的方向圖的鏡像。因此，方向圖從左到右越來越不對稱，方向圖的更多多樣性依賴于增益量值。
[0075]方向圖之間相關(guān)系數(shù)的計算提供了方向圖多樣性的定量表征。圖1G示出了端口106和端口 108天線方向圖之間的計算的相關(guān)性。與理想偶極子的Clark模型所預(yù)測的相關(guān)性相比，其相關(guān)性低得多。這歸因于由互耦合引入的方向圖中的差異。
[0076]圖2A-2F舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的示例性兩端口天線結(jié)構(gòu)200的運行。兩端口天線結(jié)構(gòu)200包括兩個緊密間隔(closely — spaced)的諧振天線元件202、204，并在端口 206、208之間提供了低的方向圖相關(guān)性和低耦合。圖2A示意地舉例說明了兩端口天線結(jié)構(gòu)200。該結(jié)構(gòu)類似于圖1B所示的包括偶極子對的天線結(jié)構(gòu)100，但是另外還包括在端口 206、208任一側(cè)上的偶極子之間的水平導(dǎo)電連接元件210、212。兩個端口 206、208的位置與圖1的天線結(jié)構(gòu)中的位置相同。當(dāng)一個端口被激勵時，組合結(jié)構(gòu)展示出了與獨立的偶極子對的諧振相類似的諧振，但顯著降低了耦合并增加了方向圖的多樣性。
[0077]在圖2B中示出了具有IOmm偶極子間隔的天線結(jié)構(gòu)200的示例性模型。該結(jié)構(gòu)通常具有與圖1C所示的天線結(jié)構(gòu)100相同的幾何形狀，但另外還具有電連接略微在端口之上和之下的天線元件的兩個水平連接元件210、212。該結(jié)構(gòu)示出了由于獨立偶極子的相同頻率處的強諧振，但具有與圖2C所示的散射參數(shù)完全不同的散射參數(shù)。在耦合上具有低于_20dB的深度下降(drop - out)，并且如Sll所指示的那樣在輸入阻抗上有移位。在該實例中，最佳阻抗匹配(Sll最小值)與最低耦合(S12最小值)不一致。匹配網(wǎng)絡(luò)可用于改善輸入阻抗匹配，并仍能實現(xiàn)如圖2D所示的極低耦合。在該實例中，在每個端口和結(jié)構(gòu)之間添加包括分路電容器之后的串聯(lián)電感器的集總元件匹配網(wǎng)絡(luò)。
[0078]圖2E示出了由端口 206激勵而引起的偶極子元件204上的電流到偶極子元件202上的電流的比率(在圖中標(biāo)識為“量值12/11”)。該圖示出了在諧振頻率以下，偶極子元件204上的電流實際上更大。在諧振附近，隨著頻率的增加，偶極子元件204上的電流相對于偶極子元件202上的電流開始減少。最小耦合點(在該情況下是2.44 GHz)出現(xiàn)在兩個偶極子元件上的電流在量值上通常相等的頻率附近。在該頻率處，偶極子元件204上的電流相位滯后偶極子元件202上的電流相位大約160度。
[0079]不同于圖1C中沒有連接元件的偶極子，圖2B組合的天線結(jié)構(gòu)200的天線元件204上的電流不會被迫通過端口 208的終端阻抗。相反地，如圖2A中的箭頭所指示的那樣，在電流向下流過天線元件204，通過連接元件210、212，并向上流過天線元件202的地方產(chǎn)生諧振模式。(注意到該電流流動表示諧振循環(huán)的一半；在另一半期間，電流方向是相反地)。組合結(jié)構(gòu)的諧振模式具有以下特征:(1)天線元件204上的電流在很大程度上繞過端口 208，因此在端口 206、208之間提供(allow for)高隔離，以及(2)兩個天線元件202，204上的電流量值是近似相等的，如下文中將詳細(xì)描述的，這提供不相似和不相關(guān)的增益方向圖。
[0080]因為天線元件上的電流量值幾乎相等，所以比圖1C中具有獨立偶極子的天線結(jié)構(gòu)100的情況更能產(chǎn)生更加定向的方向圖(如圖2F所示)。當(dāng)電流相等時，x(或Phi=O)方向上的方向圖為零的條件是偶極子204上的電流相位滯后于偶極子202上的電流相位-kd的數(shù)量(其中k=2Ji / λ，且λ是有效波長)。在該條件下，從偶極子204在phi=0方向上傳播的場將超過偶極子202的場的相位180度，并且因此二者的組合在phi=0方向上為零。
[0081]在圖2Β的示例性實例中，d是IOmm或者是λ/12有效電長度。在該情況下，kd等于^ /6或30度，因此對于具有朝向Phi=O的零和朝向phi=180的最大增益的方位角輻射方向圖的條件是偶極子204上的電流滯后偶極子202上的電流150度。在諧振處，電流通過接近于該情況(如圖2E所示)，這解釋了方向圖的方向性。在偶極子204激勵的情況下，輻射方向圖與圖2F的輻射方向圖鏡像相反，并且最大增益位于Phi=O的方向。如圖2G所示，從兩端口產(chǎn)生的天線方向圖中的差異具有相關(guān)的低預(yù)測包絡(luò)相關(guān)性。因此組合天線結(jié)構(gòu)具有兩個端口，所述兩個端口彼此隔離并能產(chǎn)生低相關(guān)性的增益方向圖。
[0082]因此，耦合的頻率響應(yīng)取決于連接元件210、212的特性，包括它們的阻抗和電長度。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，維持所期望的隔離量的頻率或帶寬是通過適當(dāng)配置連接元件的方式控制的。配置交叉連接的一種方式是改變連接元件的物理長度。圖3A的多模天線結(jié)構(gòu)300示出了一個這種實例，其中曲件已經(jīng)被添加到連接元件310、312的交叉連接路徑上。這具有增加了兩個天線元件302、304間的連接的電長度和阻抗的通用效果。在圖3B、3C、3D和3E中分別示出了該結(jié)構(gòu)的性能特征，包括散射參數(shù)、電流比率、增益方向圖和方向圖相關(guān)性。在該實施例中 ，物理長度上的變化不會顯著改變結(jié)構(gòu)的諧振頻率，但S12會發(fā)生顯著的變化，其比沒有曲件的結(jié)構(gòu)具有更大的帶寬和更大的最小值。因此，通過改變連接元件的電氣特性可以優(yōu)化或改善隔離性能。
[0083]根據(jù)本發(fā)明各種實施例的示例性多模天線結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計成從地線或地網(wǎng)(counterpoise) 402 (如圖4的天線結(jié)構(gòu)400所示)激勵，或者作為平衡結(jié)構(gòu)(如圖5的天線結(jié)構(gòu)500所示)。不論哪種情況，每個天線結(jié)構(gòu)都包括兩個或更多個天線元件(圖4中的402,404,圖5中的502、504)以及一個或多個電導(dǎo)電連接元件(圖4中的406，圖5中的506、508)。為便于說明，在實例圖中僅舉例說明了兩端口的結(jié)構(gòu)。然而，根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，還有可能將所述結(jié)構(gòu)擴展為包括多于兩個端口。在每一個天線元件處都提供到天線結(jié)構(gòu)或端口(圖4中的418、412，圖5中的510、512)的信號連接。連接元件在所關(guān)心的頻率或頻率范圍處在兩個天線元件之間提供了電連接。雖然天線物理上和電氣上是一個結(jié)構(gòu)，但可以通過將其考慮成兩個獨立的天線來解釋其運行。對諸如天線結(jié)構(gòu)100之類的不包括連接元件的天線結(jié)構(gòu)而言，該結(jié)構(gòu)的端口 106可以被說成是與天線102相連接，端口 108可以被說成是與天線104相連接。然而,在諸如天線結(jié)構(gòu)400之類的這種組合結(jié)構(gòu)的情況下,端口 418可以被認(rèn)為是與一個天線模式相關(guān)聯(lián)，端口 412可以被認(rèn)為是與另一個天線模式相關(guān)聯(lián)。
[0084]在所期望的操作頻率或頻率范圍處，天線元件被設(shè)計成是諧振的。當(dāng)天線元件具有四分之一波長的電長度時，將發(fā)生最低階諧振。因此，在不平衡配置的情況下，簡單元件設(shè)計是四分之一波長單極天線。還有可能使用更高階模式。例如，由四分之一波長單極形成的結(jié)構(gòu)還展示出雙模天線性能，其中在三倍基頻的頻率處具有高隔離。因此，更高階模式可以被采用以產(chǎn)生多頻帶天線。類似地，在平衡配置中，因為位于半波中心饋電偶極子中，所以天線元件可以是互補四分之一波長元件。然而，天線結(jié)構(gòu)還可以由其他類型的天線元件形成，所述天線元件在所期望的頻率或頻率范圍處是諧振的。其他可能的天線元件配置包括但不限于:螺旋線圈、寬帶平面形狀、晶片型天線、曲型形狀、環(huán)、以及諸如平面式倒F天線(Planar Inverted-F Antennas, PIFA)之類的感應(yīng)分流形式。
[0085]根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的天線結(jié)構(gòu)的天線元件無需具有相同幾何形狀，或者是相同類型的天線元件。天線元件的每一個都在所期望的操作頻率或頻率范圍處具有諧振。
[0086]根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，天線結(jié)構(gòu)的天線元件具有相同的幾何形狀。這通常是簡化結(jié)構(gòu)所期望的，當(dāng)連接到任一個端口的天線性能要求相同時尤其期望。
[0087]組合天線結(jié)構(gòu)的帶寬和諧振頻率可以由天線元件的帶寬和諧振頻率進行控制。因此，較寬的帶寬元件可用于生成產(chǎn)生寬帶寬的組合結(jié)構(gòu)模式，例如在圖6A、6B和6C中所示的那樣。圖6A舉例說明了包括兩個偶極子602、604的多模天線結(jié)構(gòu)600，所述兩個偶極子602、604通過連接元件606、608連接。每一個偶極子602、604都具有寬度(W)和長度(L)，并且由距離(d)間隔開。圖6B舉例說明了具有下述示例性尺寸的結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)，所述尺寸是W=Imm, L=57.2mm,d=10mm。圖6C舉例說明了具有下述示例性尺寸的結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)，所述尺寸是W=IOmm, L=50.4mm, d=10mm。如所示，將W從I mm增加到10 mm,同時保持其他尺寸通常相同，這導(dǎo)致天線結(jié)構(gòu)具有更寬的隔離帶寬和阻抗帶寬。
[0088]還發(fā)現(xiàn)在天線元件之間間距的增加將增加天線結(jié)構(gòu)的隔離帶寬和阻抗帶寬。
[0089]通常，連接元件是組合諧振結(jié)構(gòu)的強電流區(qū)域。因此優(yōu)選地使連接元件具有高導(dǎo)電性。
[0090]因為涉及端口是否需要以單獨天線來操作，所以端口位于天線元件的饋電點。匹配元件或結(jié)構(gòu)可被用于將端口阻抗與所期望的系統(tǒng)阻抗相匹配。
[0091]根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，如圖7所示，多模天線結(jié)構(gòu)可以是例如被合并成印刷電路板的平面結(jié)構(gòu)。在該實例中，天線結(jié)構(gòu)700包括在端口 708、710處由連接元件706連接的天線元件702、704。天線結(jié)構(gòu)被制造在印刷電路板基板712上。圖中所示的天線元件是簡單的四分之一波長單極天線。然而，天線元件可以是任何幾何形狀，其產(chǎn)生等效的有效電長度。
[0092]根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，具有雙諧振頻率的天線元件可用于產(chǎn)生組合天線結(jié)構(gòu)，所述組合天線結(jié)構(gòu)具有雙諧振頻率，并因此具有雙操作頻率。圖8A示出了多模偶極子結(jié)構(gòu)800的示例性模型，其中偶極子天線元件802、804分別被分成具有不等長度的兩個指狀元件(finger)806、808和810、812。偶極子天線元件具有與兩個不同的指狀元件長度的每一個相關(guān)的諧振頻率，因此展示出雙諧振。類似地，如圖8B所示，使用雙諧振偶極子懸臂的多模天線結(jié)構(gòu)也展示出獲得高隔離(或小S21)的兩個頻帶。[0093]根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，圖9所示的多模天線結(jié)構(gòu)900具有可變長度的天線元件902、904，從而形成可調(diào)頻天線。這可以通過使用每一個天線元件902、904處的諸如RF開關(guān)906、908之類的可控設(shè)備來改變天線元件的有效電長度的方式來實現(xiàn)。在該實例中，開關(guān)可以被打開(通過操作可控設(shè)備的方式)以產(chǎn)生更短的電長度(用于高頻操作)，或者可以被關(guān)閉以產(chǎn)生更長的電長度(用于低頻操作)。包括高隔離特性的天線結(jié)構(gòu)900的操作頻帶可以通過調(diào)諧兩個天線元件的方式進行調(diào)諧。該方案可用于改變天線元件的有效電長度的各種方法，包括例如使用可控介質(zhì)材料、加載具有諸如MEM設(shè)備、變抗器或可調(diào)介質(zhì)電容器之類的可變電容器的天線元件，以及開啟或關(guān)閉寄生元件。
[0094]根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，一個或多個連接元件提供了天線元件之間的電連接，所述天線元件具有近似等于所述元件之間的電距離的電長度。在這個條件下，并且當(dāng)連接元件附接在天線元件的端口末端處時，端口在接近天線元件的諧振頻率的頻率處是隔離的。該布置可以產(chǎn)生特定頻率處幾乎理想的隔離。
[0095]可替換地，如上所討論的那樣，連接元件的電長度可能被增加以擴大隔離超過特定值的帶寬。例如，在天線元件之間的直接連接可以產(chǎn)生特定頻率處_25dB的最小S21，并且對于S21〈-10dB的帶寬可以是IOOMHz。通過增加電長度，在最小S21增加到-15dB的情況下可以獲得新的響應(yīng)，但S21〈-10dB的帶寬可以增加到150MHz。
[0096]根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的各種其他的多模天線結(jié)構(gòu)也是可能的。例如，連接元件可以具有可變的幾何形狀，或者可以被構(gòu)造成包括改變天線結(jié)構(gòu)性質(zhì)的組件。這些組件例如可以包括無源電感器和電容器元件、諧振器或濾波器結(jié)構(gòu)、或者諸如移相器之類的有源組件。
[0097]根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，連接元件沿著天線元件長度的位置可以被改變以調(diào)整天線結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。通過將連接元件在天線元件上的附接點移動得遠(yuǎn)離端口并朝向天線元件的遠(yuǎn)端的方式，可以在頻率上向上移位端口被隔離的頻帶。圖1OA和IOB分別舉例說明了多模天線結(jié)構(gòu)1000、1002，每一個都具有電連接至天線元件的連接元件。在圖1OA的天線結(jié)構(gòu)1000中，連接元件1004位于這樣的結(jié)構(gòu)中，以使得連接元件1004和地平面1006的頂部邊緣之間的間距是3mm。圖1OC示出了下述結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)，在該配置中在1.15 GHz的頻率處能獲得高隔離。匹配網(wǎng)絡(luò)的分流電容器/串聯(lián)電感器用于提供1.15GHz處的阻抗匹配。圖1OD示出了圖1OB的結(jié)構(gòu)1002的散射參數(shù)，其中連接元件1008和地平面的頂部邊緣1010間的距離是19mm。圖1OB的天線結(jié)構(gòu)1002展示了大約1.50 GHz處的具有高隔離的操作頻帶。
[0098]圖11示意地舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個其他實施例的多模天線結(jié)構(gòu)1100。天線結(jié)構(gòu)1100包括兩個或更多個連接元件1102、1104，每個連接元件電連接天線元件1106、1108。(為便于說明，在圖中僅示出了兩個連接元件。應(yīng)當(dāng)理解:也可以預(yù)期使用多于兩個的連接元件)。連接元件1102、1104沿著天線元件1106、1108彼此分開一定距離。每一個連接元件1102、1104都包括開關(guān)1112、1110。通過控制開關(guān)1110、1112可以選擇峰值隔離頻率。例如，通過關(guān)閉開關(guān)1110并打開開關(guān)1112的方式可以選擇頻率fl。通過關(guān)閉開關(guān)1112并打開開關(guān)1110的方式可以選擇不同頻率f2。
[0099]圖12舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個替換實施例的多模天線結(jié)構(gòu)1200。天線結(jié)構(gòu)1200包括具有可操作地與其耦合的濾波器1204的連接元件1202。濾波器1204可以是選擇的低通或帶通濾波器，以使得天線元件1206、1208之間的連接元件連接是在諸如高隔離諧振頻率之類的期望頻帶內(nèi)唯一有效的。在更高的頻率處，所述結(jié)構(gòu)將作為兩個不由電導(dǎo)電連接元件耦合的單獨的天線元件，所述電導(dǎo)電連接元件是斷路的。
[0100]圖13舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個替換實施例的多模天線結(jié)構(gòu)1300。天線結(jié)構(gòu)1300包括兩個或更多個連接元件1302、1304，所述連接元件1302、1304分別包括濾波器1306、1308。(為了便于說明，在附圖中僅示出了兩個連接元件。應(yīng)當(dāng)理解還可以預(yù)期使用多于兩個的連接元件。)在一個可能的實施例中，天線結(jié)構(gòu)1300具有在連接元件1304(其接近天線端口)上的低通濾波器1308以及在連接元件1302上的高通濾波器1306，以便產(chǎn)生具有高隔離的兩個頻帶的天線結(jié)構(gòu)即雙頻帶結(jié)構(gòu)。
[0101]圖14舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個替換實施例的多模天線結(jié)構(gòu)1400。天線結(jié)構(gòu)1400包括一個或多個連接元件1402，所述連接元件1402具有可操作與其連接的可調(diào)諧元件1406。天線結(jié)構(gòu)1400還包括天線元件1408、1410?？烧{(diào)諧元件1406改變電連接的延遲或相位,或者改變電連接的無功阻抗。散射參數(shù)S21/S12的量值和頻率響應(yīng)受電延遲或阻抗的變化的影響，因此天線結(jié)構(gòu)可以被適配成或通常使用可調(diào)諧元件1406優(yōu)化以在特定頻率處實現(xiàn)隔離。
[0102]圖15舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個替換實施例的多模天線結(jié)構(gòu)1500。多模天線結(jié)構(gòu)1500例如可被用于WIMAX USB安全裝置中。天線結(jié)構(gòu)1500例如可以被配置成在從2300到2700MHz的WiMAX頻帶內(nèi)運行。
[0103]天線結(jié)構(gòu)1500包括兩個天線元件1502、1504，其通過導(dǎo)電連接元件1506連接。天線元件包括開縫以增加元件的電長度，從而獲得所期望的操作頻率范圍。在該實例中，優(yōu)化該天線結(jié)構(gòu)以具有2350MHz的中心頻率。開縫的長度可以被減少以獲得更高的中心頻率。天線結(jié)構(gòu)被安裝在印刷電路板組件1508上。在每一個天線饋電點上提供二分量集總元件匹配。
[0104]天線結(jié)構(gòu)1500例如可以通過金屬壓模的方式制造。例如可以使用0.2mm厚的銅合金薄板制造。天線結(jié)構(gòu)1500包括在該結(jié)構(gòu)質(zhì)心的連接元件上的拾波零件(feature) 1510,所述拾波零件1510可被用于自動拾取和安置組件處理中。天線結(jié)構(gòu)還與表面安裝回流組件相兼容。
[0105]圖16舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個替換實施例的多模天線結(jié)構(gòu)1600。與圖15的天線結(jié)構(gòu)1500相同，天線結(jié)構(gòu)1600也可以用于例如WIMAX USB安全裝置之類的設(shè)備中。天線結(jié)構(gòu)可以被配置成例如在從2300到2700 MHz的WiMAX頻帶內(nèi)運行。
[0106]天線結(jié)構(gòu)1600包括兩個天線元件1602、1604，每一個天線元件都包括曲型單極。曲件的長度確定了中心頻率。優(yōu)化圖中所示的示例性設(shè)計以具有2350 MHz的中心頻率。為了獲得更高的中心頻率，曲件的長度可以被減少。
[0107]連接元件1606電連接天線元件。在每一個天線饋電處提供二分量的集總元件匹配。
[0108]天線結(jié)構(gòu)例如可以使用銅來制造成安裝在塑料載體1608上的柔性印刷電路(flexible printed circuit,FPC)。天線結(jié)構(gòu)可以由FPC的金屬化部件來產(chǎn)生。塑料載體提供了機械支撐，并且有助于安裝到PCB組件1610上?？商鎿Q地，天線結(jié)構(gòu)可以由金屬薄板形成。[0109]圖17舉例說明了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的多模天線結(jié)構(gòu)1700。該天線設(shè)計例如可被用于USB、Express 34和Express 54數(shù)據(jù)卡格式。圖中所示的示例性天線結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計成在從2.3到6GHz的頻率處運行。天線結(jié)構(gòu)例如可以由金屬薄板或者通過FPC在塑料載體1702上制造。
[0110]圖18A舉例說明了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的多模天線結(jié)構(gòu)1800。天線結(jié)構(gòu)1800包括具有三個端口的三模天線。在該結(jié)構(gòu)中，三個單極天線元件1802、1804、1806使用連接元件1808來連接,所述連接元件1808包括連接到鄰近天線元件的導(dǎo)電環(huán)。天線元件使用公共地網(wǎng)或襯套1810平衡，所述襯套1810是單個的中空導(dǎo)電圓柱體。天線具有三個同軸電纜1812、1814、1816，其將天線結(jié)構(gòu)連接到通信設(shè)備。同軸電纜1812、1814、1816穿過襯套1810的中空內(nèi)部。天線組件還可以使用卷成圓柱體的單個柔性印刷電路構(gòu)造，并可以包裝在圓柱體狀塑料外殼中以提供代替三個單獨天線的單個天線組件。在一個示例性的布置中，圓柱體的直徑是IOmm,天線的全長是56mm,從而在2.45GHz處在端口之間以高隔離操作。該天線結(jié)構(gòu)例如能被用于諸如操作在中2.4到2.5GHz頻帶內(nèi)的MMO或802.1lN系統(tǒng)之類的多個天線無線電系統(tǒng)。除了端到端的隔離，有利地是每一個端口都產(chǎn)生如圖18B所示的不同的增益方向圖。雖然這是一個特定實例，但是應(yīng)當(dāng)理解該結(jié)構(gòu)可以被定標(biāo)以在任何期望的頻率處操作。還應(yīng)當(dāng)理解，在先前關(guān)于兩端口天線的上下文中所描述的用于調(diào)諧、操縱帶寬并產(chǎn)生多頻帶結(jié)構(gòu)的方法也適用于該多端口結(jié)構(gòu)。
[0111]雖然上述的實施例被示出成確切的圓柱體，但也有可能使用三個天線元件和連接元件的能產(chǎn)生相同優(yōu)點的其他布置。這包括但不限于:具有直的連接的布置，以便連接元件形成三角形或別的多邊形的幾何形狀。還有可能通過類似地將代替三個單極元件的三個單獨的偶極子元件與公共地網(wǎng)連接的方式來構(gòu)造類似的結(jié)構(gòu)。此外，雖然有利地的是天線元件的對稱布置從每個端口都產(chǎn)生同等的性能，例如相同的帶寬、隔離、阻抗匹配等，但還有可能取決于應(yīng)用來布置不對稱的天線元件或具有不等間隔的天線元件。
[0112]圖19舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的在組合器應(yīng)用中的多模天線結(jié)構(gòu)1900的使用。如圖所示，發(fā)射信號可以被同時應(yīng)用到天線結(jié)構(gòu)1900的兩個天線端口。在該配置中，多模天線可以充當(dāng)天線和功率放大器組合器。在天線端口之間的高隔離限制了兩個放大器1902、1904之間的交互作用，眾所周知這具有諸如信號失真和效率降低之類的不期望效果。在天線端口處可以提供在1906處的可選阻抗匹配。
[0113]圖20A和20B舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個替換實施例的多模天線結(jié)構(gòu)2000。天線結(jié)構(gòu)2000例如還可以被用于WiMAX USB或ExpressCard/34設(shè)備中。天線結(jié)構(gòu)可被配置成例如在從2300到6000MHz的WiMAX頻帶內(nèi)運行。
[0114]天線結(jié)構(gòu)2000包括兩個天線元件2001、2004，每一個都包括寬的單極。連接元件2002電連接天線元件。開縫(或其他的切除部分)2005可以被用來改進5000MHz以上的輸入阻抗匹配。優(yōu)化圖中所示的示例性設(shè)計以覆蓋從2300到6000 MHz的頻率。
[0115]天線結(jié)構(gòu)2000例如可以通過金屬壓模的方式來制造。例如,可以由0.2 mm厚的銅合金薄板制成。天線結(jié)構(gòu)2000包括通常位于該結(jié)構(gòu)的質(zhì)心的連接元件2002上的拾波零件2003，所述拾波零件2003可被用在自動拾取和放置組件處理中。天線結(jié)構(gòu)還與表面安裝回流組件鍵入。天線的饋電點2006提供了與PCB上無線電路的連接點，并且充當(dāng)將天線結(jié)構(gòu)安裝到PCB上的支撐。附加的觸點2007也提供了結(jié)構(gòu)支撐。[0116]圖20C舉例說明了試驗組件2010，用于測量天線2000的性能。該圖還示出了遠(yuǎn)場方向圖的坐標(biāo)參考。天線2000被安裝在代表ExpressCard/34設(shè)備的30 x 88 mm的PCB2011上。PCB 2011的接地部附接于較大的金屬薄板2012 (在該實例中具有165 x 254 mm的尺寸)，代表筆記本式計算機的典型平均尺寸。PCB 2011上的測試端口 2014、2016通過50-ohm的帶狀線連接到天線。
[0117]圖20D示出了在測試端口 2014、2016處測量的VSWR。圖20E示出了在測試端口之間測量的耦合(S21或S12)。例如有利地在從2300到6000 MHz的寬的頻率范圍內(nèi)，VSWR和耦合較低。圖20F示出了從測試端口 2014 (端口 1)、2016 (端口 2)參考的測量輻射效率。圖20G示出了在由測試端口 2014 (端口 I)產(chǎn)生的輻射方向圖和由測試端口 2016 (端口 2)的激勵產(chǎn)生的輻射方向圖之間的計算相關(guān)性。雖然有利地的是在所關(guān)心頻率處方向圖之間的相關(guān)性較低，但有利地輻射效率較高。圖20H示出了在2500MHz頻率處通過測試端口2014 (端口 I)或測試端口 2016 (端口 2)的激勵的遠(yuǎn)場增益方向圖。圖201和20J分別示出了在頻率3500和5200 MHz處相同的方向圖測量。在Φ=0或XZ平面中以及在Θ =90或XY平面中，由測試端口 2014 (端口 I)產(chǎn)生的方向圖與由測試端口 2016 (端口 2)產(chǎn)生的方向圖不同并互補。
[0118]圖21Α和21Β舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個或多個替換實施例的多模天線結(jié)構(gòu)2100。天線結(jié)構(gòu)2100例如還可以用于WiMAX USB安全裝置中。天線結(jié)構(gòu)可以被配置成例如在從2300到2400 MHz的WiMAX頻帶內(nèi)運行。
[0119]天線結(jié)構(gòu)2100包括兩個天線元件2102、2104，每一個都包括曲型單極。曲件的長度確定了中心頻率。諸如螺旋線圈和環(huán)之類的其他的彎曲配置也可以被用于提供所期望的電長度。優(yōu)化圖中所示的示例性設(shè)計以具有2350 MHz的中心頻率。連接元件2106(圖21Β所示)電連接天線元件2102、2104。在每一個天線饋電處提供二分量的集總元件匹配。
[0120]天線結(jié)構(gòu)例如可以由銅制成為安裝在塑料載體2101上的柔性印刷電路(FPC)2103。天線結(jié)構(gòu)可以由FPC 2103的金屬化部產(chǎn)生。塑料載體2101提供了用于將天線附接到PCB組件(未示出)的插腳(mounting pin)或卡腳(pip)2107以及用于將FPC 2103固定在載體2101的卡腳2105。金屬化部2103包括暴露部或墊2108，用于將天線電接觸至PCB上的電路。
[0121]為了獲得更高的中心頻率，元件2102、2104的電長度可以被減小。圖22A和22B舉例說明了多模天線結(jié)構(gòu)2200，優(yōu)化該多模天線結(jié)構(gòu)2200的設(shè)計以具有2600 MHz的中心頻率。因為元件2202、2204端部處的敷金屬已經(jīng)被除去，并且在饋電末端的元件的寬度已經(jīng)增加，所以元件2202、2204的電長度比圖21A和21B的元件2102、2104的電長度短。
[0122]圖23A舉例說明了使用圖21A和21B的天線的試驗組件2300以及遠(yuǎn)場方向圖的坐標(biāo)參考。圖23B示出了在測試端口 2302 (端口 I)、2304 (端口 2)測量的VSWR。圖23C示出了在測試端口 2302 (端口 1)、2304 (端口 2)之間測量的耦合(S21或S12)。有利地，例如在2300到2400MHz的所關(guān)心的頻率處，VSffR和耦合都很低。圖23D示出了從測試端口參考的測量輻射效率。圖23E示出了在由測試端口 2302 (端口 I)的激勵所產(chǎn)生的輻射方向圖和由測試端口 2304 (端口 2)的激勵所產(chǎn)生的輻射方向圖之間的計算相關(guān)性。雖然有利地是在所關(guān)心的頻率處方向圖之間的相關(guān)性很低，但有利地福射效率很聞。圖23F 7]\出了在2400MHz頻率處由測試端口 2302 (端口 I)或測試端口 2304 (端口 2)激勵的遠(yuǎn)場增益方向圖。當(dāng)φ=0時或在XZ平面以及當(dāng)Θ =90或在XY平面，由測試端口 2302 (端口 I)產(chǎn)生的圖不同于且互補于由測試端口 2304 (端口 2)產(chǎn)生的圖。
[0123]圖23G示出了測量于裝置2300的測試端口的VSWR，所述裝置2300具有天線2200而不是天線2100。圖23Η示出了在測試端口之間測得的耦合(S21或S12)。例如在2500到2700MHz的所關(guān)心頻率處，VSWR和耦合都有利地較低。圖231示出了從測試端口參考的測量方向效率。圖23J示出了在由測試端口 2302 (端口 I)的激勵所產(chǎn)生的輻射方向圖和由測試端口 2304 (端口 2)的激勵所產(chǎn)生的輻射方向圖之間的計算相關(guān)性。雖然有利地是在所關(guān)心的頻率處方向圖之間的相關(guān)性很低，但有利地輻射效率很高。圖23K示出了在2600MHz頻率處由測試端口 2302 (端口 I)或測試端口 2304 (端口 2)激勵的遠(yuǎn)場增益方向圖。在Φ=0或XZ平面中以及在Θ =90或XY平面中，由測試端口 2302 (端口 I)產(chǎn)生的方向圖與由測試端口 2304 (端口 2)產(chǎn)生的方向圖不同并互補。
[0124]本發(fā)明的一個或多個其他實施例涉及用于波束方向圖控制的技術(shù)，以便達到零引導(dǎo)(null steering)或波束指引(beam pointing)的目的。當(dāng)這樣的技術(shù)被應(yīng)用于傳統(tǒng)的陣列天線(包括間隔部分波長的分離的天線元件)時，陣列天線的每一個元件都被饋送給信號，所述信號是參考信號或波形的相移版本。對于具有相等激勵的均勻線性陣列，所產(chǎn)生的波束方向圖可以由陣列因數(shù)F來描述，所述陣列因數(shù)F依賴于每一個單獨元件的相位和元件間的元件間距d。
【權(quán)利要求】
1.一種在頻率范圍內(nèi)運行的天線結(jié)構(gòu)，該天線結(jié)構(gòu)包括: 多個天線端口； 多個天線元件，其中所述多個天線元件中的每一個都耦合到所述多個天線端口中的不同的一個，并且其中所述多個天線元件中的每一個都在所述頻率范圍內(nèi)運行；以及 電耦合所述多個天線元件的一個或多個元件，其中所述一個或多個元件包括用于改變所述天線結(jié)構(gòu)的頻率范圍的可調(diào)諧元件，其中所述可調(diào)諧元件改變各天線元件之間的電耦合的延遲、相位或阻抗，其中所述多個天線元件中的一個上的電流繞過耦合到所述多個天線元件中的鄰近天線元件的多個天線端口中的一個而流向所述多個天線元件中的該鄰近天線元件，其中流過所述多個天線元件中的一個天線元件和所述多個天線元件中的鄰近天線元件的電流具有下面這樣的量值:使得在期望的信號頻率范圍在不將去耦網(wǎng)絡(luò)耦合到所述多個天線端口的情況下由所述多個天線端口中的一個天線端口激勵的第一天線模式與由所述多個天線端口中的另一個天線端口激勵的第二天線模式實質(zhì)上電隔離，并且其中所述天線結(jié)構(gòu)生成多樣的天線方向圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述多個天線元件的有效電長度被調(diào)整成改變所述天線結(jié)構(gòu)的頻率范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述天線結(jié)構(gòu)包括用于發(fā)射和接收電磁信號的多模天線結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述天線結(jié)構(gòu)被用在包括用于處理傳送至天線結(jié)構(gòu)的和從天線結(jié)構(gòu)傳送出的信號的電路的通信設(shè)備中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述一個或多個元件電連接到所述天線元 件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述一個或多個元件電連接所述多個天線元件，所述電連接處在與耦合到其的多個天線端口中的一個間隔開的每個天線元件上的位置處，以便形成單個輻射結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述多個天線元件的每一個都具有彎曲配置以提供在所述頻率范圍中運行的電長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述彎曲配置包括曲型配置、螺旋線圈或環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述多個天線元件中的每一個都包括開縫以提供所述電長度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述多個天線元件和所述一個或多個元件包括印刷電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述天線結(jié)構(gòu)被用在通信設(shè)備中，并且其中所述通信設(shè)備包括蜂窩手機、個人數(shù)字助理、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或用于個人計算機的數(shù)據(jù)卡中的一個。
12.—種天線結(jié)構(gòu)，包括: 多個天線端口； 多個天線元件，其中所述多個天線元件中的每一個都耦合到所述多個天線端口中的不同的一個，并且其中所述多個天線元件中的每一個都在頻率范圍內(nèi)運行；以及 電耦合所述多個天線元件的一個或多個元件，其中所述多個天線元件中的一個上的電流流向所述多個天線元件中的鄰近天線元件，其中所述電流具有下面這樣的量值:使得在期望的信號頻率范圍在不將去耦網(wǎng)絡(luò)耦合到所述多個天線端口的情況下由所述多個天線端口中的一個天線端口激勵的第一天線模式與由所述多個天線端口中的另一個天線端口激勵的第二天線模式實質(zhì)上電隔離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述天線結(jié)構(gòu)生成多樣的天線方向圖。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述電流繞過耦合到所述多個天線元件中的鄰近天線元件的多個天線端口中的一個。
15.一種天線結(jié)構(gòu)，包括: 多個天線端口； 多個天線元件，其中所述多個天線元件中的每一個都耦合到所述多個天線端口中的不同的一個，并且其中所述多個天線元件中的每一個都在頻率范圍內(nèi)運行；以及 耦合所述多個天線元件的一個或多個元件，其中所述多個天線元件中的一個上的電流流向所述多個天線元件中的鄰近天線元件，其中所述電流具有下面這樣的量值:使得在期望的信號頻率范圍在不使用去耦網(wǎng)絡(luò)的情況下由所述多個天線端口中的一個天線端口激勵的第一天線模式實質(zhì)上與由所述多個天線端口中的另一個天線端口激勵的第二天線模式去耦。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的天線結(jié)構(gòu)，其中所述一個或多個元件電耦合到所述多個天線元件。
【文檔編號】H01Q3/26GK103474750SQ201310138098
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2007年4月20日
【發(fā)明者】M.T.蒙特戈梅里, F.M.凱米, M.W.基什勒 申請人:斯凱克羅斯公司