天線電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種天線電路，包括：被調(diào)諧至第一基波頻率(f1)的第一天線(a1)；被調(diào)諧至與第一基波頻率不同的第二基波頻率(f2)的第二天線(a2)；第一濾波器(LP1)，具有連接至第一天線的第一端子，并且被配置為衰減在由第一基波頻率或者其諧波限定的頻帶之外的頻率成分；第二濾波器(LP2)，具有耦合至第二天線的第二端子，并且被配置為衰減在由第二基波頻率或者其諧波限定的頻帶之外的頻率成分；以及重組合元件(10)，將兩個濾波器的第二端子耦合至第一公共端子(F1)。
【專利說明】天線電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及在若干標(biāo)準(zhǔn)頻帶上使用的天線電路，特別是在移動電話通訊系統(tǒng)領(lǐng)域中。
【背景技術(shù)】
[0002]移動電話被設(shè)計(jì)為在多個射頻頻帶中操作以兼容現(xiàn)有的電信標(biāo)準(zhǔn)(例如GSM、3G、WCDMA、LTE或者4G)。這些標(biāo)準(zhǔn)在國家與國家之間可能不同。
[0003]圖1示出了 3G和LTE標(biāo)準(zhǔn)所使用的頻帶。白色頻帶用于3G標(biāo)準(zhǔn)，即824_960MHz、1710-1990MHz和2110_2170MHz。陰影頻帶是LTE標(biāo)準(zhǔn)增加的頻帶，即698_824MHz、1427-1496MHz 和 2300_2690MHz。
[0004]在這些頻率(特別是在824-960MHZ頻帶中)，天線具有相對窄的有用帶寬。有用帶寬為大約80MHz，其導(dǎo)致寬頻帶天線設(shè)計(jì)中的困難。
[0005]圖2A示意性地示出了可以覆蓋3G標(biāo)準(zhǔn)的所有頻帶的天線的物理結(jié)構(gòu)。此天線被稱作IFA (倒F型天線)，其形式為具有兩個腿的“F”。一個腿G形成接地端子，并且另一個腿F形成天線的饋源(feed)端子。在兩個方便選擇的頻率上調(diào)諧不同長度的兩個臂。頻率Π用于更長的臂并且頻率f2用于更短的臂。
[0006]圖2B是圖示IFA天線的反射系數(shù)Sll根據(jù)頻率變化的曲線圖。當(dāng)系數(shù)Sll最小時，天線的匹配最大。據(jù)知當(dāng)Sll < -6dB時天線的匹配是充分的。
[0007]頻率fl被選擇在824-960MHZ的中心處。系數(shù)Sll在這一頻率周圍表現(xiàn)為凹陷，并且在頻帶的主要部分上保持低于_6dB。頻率f I的第一諧波2f I恰好在1710-1990MHZ頻帶的開始處，此處系數(shù)Sll有新的凹陷。頻率f2被選擇以使得在頻率2Π開始的凹陷維持在-6dB以下直到2110-2170MHZ頻帶結(jié)束處。
[0008]為了覆蓋圖1中缺少的頻帶，可以考慮將適當(dāng)大小的臂添加到圖2A的IFA天線。然而事實(shí)證明，多臂IFA天線只有在基礎(chǔ)諧振頻率之間的間隙足夠大時才能正常操作。因此，在實(shí)際情況中IFA天線不具有多于兩個臂。另一個可能是使用寄生接地元件來代替第二臂。
[0009]為了覆蓋所有頻帶，現(xiàn)已提出使用可以修改天線的匹配以使其在更大數(shù)目的頻帶上工作的調(diào)諧電路。這種方法具有未改變窄頻帶性質(zhì)的缺點(diǎn)。因此可以提出更寬的頻帶，但是不能同時覆蓋頻帶的所有頻率。
[0010]此外，為了增加吞吐量，LTE標(biāo)準(zhǔn)提供聚集多個路徑的能力，該多個路徑可以位于標(biāo)準(zhǔn)頻帶中的任何位置。如果在這一情況下使用天線調(diào)諧電路技術(shù)，則將存在兩個聚集的路徑位于未被相同的設(shè)置同時覆蓋的兩個頻帶中的可能性。因此一個或者多個聚集的路徑將不可使用。
[0011]注意到，低698-960MHZ頻帶特別難以利用單個天線來覆蓋，這是因?yàn)槿鐖D2B所示，在這一區(qū)間中天線最多覆蓋大約80MHz的頻帶?？梢蕴峁┢漕l率2fl和f2在698-960MHZ頻帶中的IFA天線，但是在360MHz的量級上的基波頻率fl將需要尺寸極大的天線臂，并且造成向移動電話中集成的問題。
[0012]在Pulse Electronics 的網(wǎng)站上可用的文章【Mult1-Feed RF Front-Ends andCellular Antennas For Next Generation Smartphones,Pekka Ikonen,Juha Ella EdgarSchmidhammer,Pasi Tikka, Prasadh Ramachandran, Petteri Annamaa】提出了通過三個單獨(dú)的饋源提供對所有標(biāo)準(zhǔn)頻帶的訪問的天線電路。此類天線電路使用三個獨(dú)立的RF處理路徑，以及特別設(shè)計(jì)的電子電路。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0013]本實(shí)用新型的實(shí)施例旨在提供一種通過單個饋源提供對標(biāo)準(zhǔn)頻帶同時訪問的天線電路。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，提供一種天線電路，包括:[0015]第一天線，被調(diào)諧至第一基波頻率；
[0016]第二天線，被配置為具有兩個調(diào)諧頻率，所述兩個調(diào)諧頻率分別在不同于所述第一基波頻率的第二基波頻率和接近于所述第一基波頻率或者所述第二基波頻率的第一諧波的第三基波頻率上；
[0017]第一濾波器，具有連接至所述第一天線的第一端子，并且被配置為衰減在由所述第一基波頻率或者其諧波限定的頻帶之外的頻率成分；
[0018]第二濾波器，具有耦合至所述第二天線的第一端子，并且被配置為衰減在由所述第二基波頻率或者其諧波限定的頻帶之外的頻率成分；
[0019]第一無源重組合元件，將所述兩個濾波器的第二端子耦合至第一公共端子；
[0020]無源高通濾波器，具有耦合至所述第二天線的第一端子，并且截至頻率高于所述第二基波頻率；以及
[0021]第二無源重組合元件，將所述第一公共端子和所述高通濾波器的第二端子耦合至形成所述天線電路的單個饋源的第二公共端子。
[0022]優(yōu)選地，所述第二無源重組合元件是雙工器，所述雙工器具有在所述第一公共端子側(cè)的低通路徑和在所述高通濾波器側(cè)的高通路徑。
[0023]優(yōu)選地，在698-960MHZ頻帶中選擇所述第一基波頻率和所述第二基波頻率。
[0024]本實(shí)用新型的實(shí)施例提供對多個獨(dú)立天線的使用，每個天線被調(diào)諧至該范圍的不同頻率。通過調(diào)整天線的基波和諧波頻率，可以覆蓋頻率范圍內(nèi)的所需頻帶。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]其它優(yōu)點(diǎn)和特征將通過本實(shí)用新型的僅出于示例目的提供并且在附圖中呈現(xiàn)的具體實(shí)施例的以下描述將變得更加明顯，在附圖中:
[0026]圖1圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的3G和LTE標(biāo)準(zhǔn)所使用的頻帶；
[0027]圖2A和圖2B呈現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的IFA天線及其反射系數(shù)的曲線圖；
[0028]圖3示意性地示出根據(jù)本實(shí)用新型的包括通過單個饋源可同時訪問的多個天線的天線電路的實(shí)施例；
[0029]圖4A至圖4C是圖3的天線電路在各個點(diǎn)處的反射系數(shù)的波形；
[0030]圖5示意性地示出根據(jù)本實(shí)用新型的包括通過單個饋源可同時訪問的多個天線的天線電路的另一實(shí)施例；以及
[0031]圖6A至圖6D是圖5的天線電路在各個點(diǎn)處的反射系數(shù)的波形。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了覆蓋擴(kuò)展的頻率范圍，提供對多個獨(dú)立天線的使用，每個天線被調(diào)諧至該范圍的不同頻率。通過調(diào)整天線的基波和諧波頻率，可以覆蓋頻率范圍內(nèi)的所需頻帶。
[0033]如果一起使用所有天線，則不足以將它們直接連接至共同的饋源。事實(shí)上，天線之間的相互影響使得天線電路將有可能變得無效。這就是為什么在常規(guī)多天線電路中在單個饋源上獨(dú)立地切換天線。該切換保證了被選擇的天線與其它天線隔離。
[0034]在示例實(shí)施例中，每個天線在無源濾波器的幫助下與其它天線隔離，該無源濾波器被調(diào)諧以衰減在天線的有用頻帶之外的頻率成分。然后，根據(jù)樹狀拓?fù)渫ㄟ^重組合元件將與天線相關(guān)聯(lián)的單獨(dú)濾波路徑兩兩結(jié)合，終止于單個饋源。這允許同時訪問天線的所有有用頻帶。
[0035]濾波器和重組合元件優(yōu)選為雙向的，這允許將相同的天線電路用于發(fā)射和接收兩者，正如常規(guī)的簡單天線那樣。
[0036]圖3示意性地示出從這一原理取得的包括兩個天線的天線電路的實(shí)施例。特別地，這一實(shí)施例特別地適合于覆蓋難以用單個天線覆蓋的寬頻帶，如圖1的698-960MHZ頻帶。
[0037]此天線電路包括兩個簡單的天線al和a2，該兩個天線al和a2被調(diào)諧到不同的基波頻率Π和f2。天線al和a2中的每個天線分別連接至無源濾波器LPl和LP2的第一端子。每個濾波器被設(shè)計(jì)為衰減相關(guān)聯(lián)的天線的不需要的頻率成分。
[0038]采用此配置可以期望例如保持基波頻率并且衰減其諧波。則此濾波器為具有在基波頻率和第一諧波之間的截止頻率的低通濾波器。截止頻率優(yōu)選為盡可能低，以增加對第一諧波的衰減并且限制天線與其它天線之間的相互影響。用簡單二階LC濾波器獲得了令人滿意的結(jié)果。
[0039]無源重組合元件10將濾波器LPl、LP2中的每個濾波器的第二端子耦合至公共端子F1，該公共端子Fl用作去往所示天線電路的單個饋源。當(dāng)頻率f I和f2接近時，元件10優(yōu)選為諸如威爾金森功分器(Wilkinson divider)的功率分配器。據(jù)知當(dāng)天線被調(diào)諧至覆蓋相同頻率組的頻帶的兩個頻率時，此兩個頻率是接近的。當(dāng)頻率fl和f2相距很遠(yuǎn)時，元件10為雙工器。雙工器是是低通濾波器和高通濾波器的組合。
[0040]在此示例中考慮頻率是接近的，并且元件10是功率分配器。功率分配器總體包括限制其帶寬的無源元件。
[0041]圖4A至4C圖示了圖3的天線電路在如下配置中的操作，此配置被設(shè)計(jì)為覆蓋低頻帶B，例如698-960MHZ頻帶。頻率fI和f2是不同的并且位于頻帶B以內(nèi)。舉例來說，它們在形成頻帶B的半帶的中心。
[0042]圖4A用實(shí)線圖示了在天線al和濾波器LPl之間的節(jié)點(diǎn)上測量的Sll反射特性，并且用虛線圖示了在天線a2和濾波器LP2之間的節(jié)點(diǎn)上測量的Sll特性。這些特性被理想化地示出，并且對應(yīng)于天線將單獨(dú)具有的特性。實(shí)際上，兩個天線之間的相互影響持續(xù)存在。為了應(yīng)用將天線的頻率響應(yīng)分為若干部分的原理，在設(shè)計(jì)天線時，(天線之間的)最小隔離是優(yōu)選的，例如-10dB。下文將給出更理想的示例。
[0043]如圖所示，這兩個特性在基波頻率(fl、f2)處表現(xiàn)出第一凹陷，并且在第一諧波頻率(2fl、2f2)處表現(xiàn)出較不明顯的第二凹陷。
[0044]圖4B圖示了在濾波器和功率分配器10之間的節(jié)點(diǎn)上測量的Sll特性。觀察到，圖4A的特性在諧波頻率2Π和2f2處具有衰減的凹陷。此衰減取決于濾波器LPl和LP2的階、它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和它們的截止頻率。
[0045]圖4C示出了在饋源Fl上測量的Sll特性。實(shí)線曲線對應(yīng)于理想化的特性。注意至|J，其對應(yīng)于圖4B的特性的和，其中在諧波2fl、2f2處的凹陷已經(jīng)由于功率分配器10的受限制的帶寬而被去除。
[0046]相對于圖4A的特性經(jīng)受微小衰減的實(shí)線特性對應(yīng)于其中天線電路的元件是理想的的情況。實(shí)際上，真實(shí)的元件(特別是電感器)包括寄生串聯(lián)電阻，這會降低品質(zhì)因數(shù)。在實(shí)際中觀察到圖4C的特性更平更寬，如虛線所示。
[0047]雖然通常不希望品質(zhì)因數(shù)下降，但是其在這一情況下看起來是有利的。事實(shí)上，通過功率分配器10觀察到的這個現(xiàn)象對于給定數(shù)目的天線而言可以加寬天線電路所覆蓋的頻帶?；氐綀D2B，可以注意到，使用兩個接近頻率的天線的傳統(tǒng)的天線切換技術(shù)將不能覆蓋698-960MHZ頻帶。每個天線頻率提供大約80MHz的頻帶覆蓋，而希望的頻帶是262MHz。其將采用至少三個天線來覆蓋這個頻帶。圖3的天線電路可以僅用兩個天線覆蓋整個頻帶。
[0048]圖5示意性地示出了從圖3的電路取得的具有兩個天線的天線電路的實(shí)施例。在電路的節(jié)點(diǎn)上測量的Sll特性被用符號表示于節(jié)點(diǎn)的旁邊。
[0049]此配置目的在于覆蓋698-960MHZ和1710_2170MHz頻帶。與圖2A的IFA天線相t匕，尋求覆蓋附加的698-824MHZ頻帶。
[0050]與圖3的電路相比，簡單天線a2被IFA天線a2’替換，IFA天線a2’具有被調(diào)諧至基波頻率f2的長臂和被調(diào)諧至基波頻率f3的短臂。濾波器LP2被設(shè)計(jì)為通過頻率f2并且衰減頻率2f2和f3。此電路還包括無源高通濾波器HP2，其第一端子連接至天線a2’。濾波器HP2被設(shè)計(jì)為衰減更低的基波頻率f2。其截止頻率被選擇為低于頻率f3和2f2中的最低頻率。濾波器LP2和HP2形成雙工器。
[0051]無源重組合元件12將公共端子Fl和濾波器HP2的第二端子耦合至新的公共端子F2，用作天線電路的單個饋源。重組合元件12的兩個路徑看見以接近2的比例不同的頻率，元件12優(yōu)選為雙工器。如此，在端子Fl側(cè)的路徑是低通濾波器LP3，并且在濾波器HP2側(cè)的路徑是高通濾波器HP3。濾波器HP3可以具有與濾波器HP2相同的截止頻率，同時濾波器LP3可以具有與濾波器LPl和LP2中的最高截止頻率相等的截止頻率。
[0052]如同功率分配器10，雙工器12在公共端子F2上提供Sll特性，其為在其另兩個端子上呈現(xiàn)的Sll特性的經(jīng)濾波的和。
[0053]圖6A至圖6C圖示使用在被設(shè)計(jì)為覆蓋698-960MHZ和1710_2170MHz頻帶的示例天線電路中的真實(shí)元件在圖5的節(jié)點(diǎn)上測量的Sll特性。天線al和a2’的頻率為:
[0054]fl = 775MHz, f2 = 925MHz,以及 f3 = 2000MHz。
[0055]因此考慮以下諧波:
[0056]2fl = 1550MHz,以及 2f2 = 1900MHz。
[0057]圖5中的所有濾波器都為二階LC濾波器。截至頻率為:[0058]LPl: 1550MHz,
[0059]LP2: 1710MHz,
[0060]10:(當(dāng)天線加載該元件時)在700至1000MHz之間受限制的帶寬，
[0061]HP2:925MHz,
[0062]LP3:1710MHz，以及
[0063]HP3: 960MHz ο
[0064]圖6A圖示了在天線al上測量的Sll特性。注意到，此特性與圖4A中理想化的特性不同。事實(shí)上第一諧波頻率2fl的凹陷比基波頻率fl的凹陷更明顯。觀察到由于第二諧波頻率3fl而造成的凹陷，在頻率中向上偏移。
[0065]在Sll特性上可以觀察到基波頻率和兩個諧波。該基波頻率沒有提供最佳匹配。匹配取決于天線的阻抗分部。在所示Sll特性中，天線與諧波頻率更好地匹配。如下文所討論的，這不是此情況中的問題。
[0066]圖6B圖示了在IFA天線a2’處測量的Sll特性。注意到此特性也與圖2B中所示的特性不同。事實(shí)上在基波頻率f2和f3處的凹陷不如諧波頻率2f2的凹陷明顯。對于頻率f2而言該特性幾乎不能達(dá)到_6dB，如果天線被單獨(dú)使用這將是不足夠的。IFA天線a2’與圖2B的IFA天線不同在于接地平面和部署長度。接地平面的大小是修改諧波頻率相對于基波頻率的相對匹配水平的因子。
[0067]圖6C示出了在公共端子Fl處測量的Sll特性。其包括在頻率f I和f2處的兩個凹陷。功率分配器10從每個天線al和a2’聚集此兩個凹陷。這產(chǎn)生具有更寬頻帶的更深凹陷。
[0068]圖6D圖示了在饋源F2處測量的Sll特性。盡管其外觀粗糙，注意到這一特性在由矩形圖示的選擇的頻帶中保持在希望的_6dB閾值之下。
[0069]根據(jù)樹狀拓?fù)?，向天線電路添加頻帶僅僅需要將現(xiàn)有的路徑與針對新天線創(chuàng)建的路徑聚集。也可以創(chuàng)建用于現(xiàn)有天線的諧波頻率的新路徑。例如，為了添加1427-1496MHZ頻帶，可以使用帶通濾波器將諧波頻率2Π與天線al隔離，并且通過雙工器將新路徑與連接濾波器HP2和HP3的路徑聚集。在這種情況下，濾波器HP3被設(shè)計(jì)為具有低于1550MHz的截止頻率。
[0070]圖5的天線電路通過低通和高通濾波器示出。事實(shí)證明，這類濾波器在所示示例中足以有效地隔離兩個天線的希望的頻率成分。在具有多于兩個天線的更復(fù)雜情況下，或者如果需要隔離諧波頻率，可能必需使用帶通濾波器。
【權(quán)利要求】
1.一種天線電路，其特征在于，包括: 第一天線(al)，被調(diào)諧至第一基波頻率(fl)； 第二天線(a2)，被配置為具有兩個調(diào)諧頻率，所述兩個調(diào)諧頻率分別在不同于所述第一基波頻率的第二基波頻率(f2)和接近于所述第一基波頻率或者所述第二基波頻率的第一諧波(2f2)的第三基波頻率(f3)上； 第一濾波器(LPl)，具有連接至所述第一天線的第一端子，并且被配置為衰減在由所述第一基波頻率或者其諧波限定的頻帶之外的頻率成分； 第二濾波器(LP2)，具有耦合至所述第二天線的第一端子，并且被配置為衰減在由所述第二基波頻率或者其諧波限定的頻帶之外的頻率成分； 第一無源重組合元件(10)，將所述兩個濾波器的第二端子耦合至第一公共端子(Fl)；無源高通濾波器(HP2)，具有耦合至所述第二天線(a2’)的第一端子，并且截至頻率高于所述第二基波頻率(f2);以及 第二無源重組合元件(12)，將所述第一公共端子(Fl)和所述高通濾波器(HP2)的第二端子耦合至形成所述天線電路的單個饋源的第二公共端子(F2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線電路，其特征在于，所述第二無源重組合元件(12)是雙工器，所述雙工器具有在所述第一公共端子(Fl)側(cè)的低通路徑(LP3)和在所述高通濾波器側(cè)的高通路徑(HP3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線電路，其特征在于，在698-960MHz頻帶中選擇所述第一基波頻率和所述第二基波頻率。
【文檔編號】H01Q21/30GK203660066SQ201320749367
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】F·索納拉, R·皮拉德, F·賈納塞洛, C·迪朗 申請人:意法半導(dǎo)體(克洛爾2)公司, 意法半導(dǎo)體有限公司