專利名稱：無線電設(shè)備和天線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線結(jié)構(gòu)，并且尤其涉及用于諸如移動(dòng)站之類的無線電設(shè)備中的內(nèi)部天線。
背景技術(shù)：
由于無線通信變得越來越普遍，對(duì)于不同的無線系統(tǒng)需要更多新的頻率范圍。同時(shí)對(duì)支持幾個(gè)無線系統(tǒng)的諸如移動(dòng)站之類的無線終端設(shè)備的需求也在增長(zhǎng)。最近的移動(dòng)站模型一般使用以下幾種系統(tǒng)和頻率范圍EGSM 900(880到960兆赫茲)、GSM 1800(1710到1880兆赫茲)、GSM 1900(1850到1990兆赫茲)、WCDMA 2000(1920到2170兆赫茲)、US-GSM 850(824到894兆赫茲)、US-WCDMA 1900(1850到1990兆赫茲)和US-WCDMA 1700/2100(Tx 1710到1770兆赫茲，Rx 2110到2170兆赫茲)。于是例如GSM 1900和一些WCDMA頻率范圍至少部分重疊。
在諸如移動(dòng)站之類的小型無線電設(shè)備中，該目標(biāo)常常是借助于單天線來在所有系統(tǒng)和頻率范圍內(nèi)來實(shí)現(xiàn)傳輸和接收。所述小型無線電設(shè)備提供很小的空間，因此只使用一個(gè)天線往往是合理的。然而在這種情況下，必須借助于有損開關(guān)來把不同的頻率范圍組合到共用天線。該問題結(jié)合WCDMA系統(tǒng)時(shí)尤為嚴(yán)重，其中由于發(fā)射和接收同時(shí)發(fā)生，所以對(duì)于發(fā)射和接收這二者使用單天線要求“雙工濾波器(duplexfilter)”。例如在US-WCDMA 1900中，在發(fā)射和接收之間頻率的“雙工分離”是非常小的，這樣由于嚴(yán)格的濾波要求，所以必須使用具有盡可能小損失的雙工濾波器，諸如陶瓷雙工器。這種雙工濾波器相當(dāng)大并且另外，一般把其方便地安裝在天線下面，這意味著所述天線具有很小的空間因而所述天線的輻射效率下降了。
因此，為了移動(dòng)站的大小并使損失最小化，使用包括兩個(gè)天線的天線結(jié)構(gòu)并且在不同的天線之間劃分例如在所述WCDMA系統(tǒng)中的發(fā)射和接收可能會(huì)是更為有益的。這就可能會(huì)避免了大的、易遭受損失的雙工濾波器而由簡(jiǎn)單的帶通濾波器來代替。
在這種解決辦法中，上述重疊頻率范圍帶來了這樣的問題，其中發(fā)射和接收同時(shí)發(fā)生。在單天線結(jié)構(gòu)中提供的并且至少部分在相同的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行的兩個(gè)天線，或者更確切地說兩個(gè)輻射器在使用期間互相強(qiáng)有力地耦合。這意味著當(dāng)把功率供應(yīng)給第一輻射器時(shí)，該功率的一部分傳送到第二輻射器，這削弱兩個(gè)輻射器的輻射功率并且導(dǎo)致所述移動(dòng)站消耗額外功率。換句話說，在兩個(gè)天線即輻射器之間的隔離是不夠的，一般數(shù)量級(jí)小于10dB。
申請(qǐng)人的較早歐洲專利申請(qǐng)1 202 386公開了一種用于無線電設(shè)備的平面天線結(jié)構(gòu)，其中平面輻射器包括至少一個(gè)不導(dǎo)電的溝槽以便使所述平面輻射器能夠被分成至少兩個(gè)部分，優(yōu)選地是，由所述兩個(gè)部分提供的頻率范圍是不同的。這種天線結(jié)構(gòu)例如在多頻移動(dòng)站中是有益的，但是即不可以使用這種天線結(jié)構(gòu)來在相同的頻率范圍內(nèi)對(duì)于同時(shí)發(fā)生發(fā)射和接收而沒有損失；也不能由這種結(jié)構(gòu)單獨(dú)來解決上述的隔離問題。

發(fā)明內(nèi)容
從而本發(fā)明的目的是提供一種天線結(jié)構(gòu)以便能夠減輕上述問題。本發(fā)明的目的是由天線結(jié)構(gòu)和無線電設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的，其特征已經(jīng)在獨(dú)立權(quán)利要求中公開。
在從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明基于意想不到的發(fā)現(xiàn)，即當(dāng)使用包括兩個(gè)輻射器的天線結(jié)構(gòu)時(shí)，所述兩個(gè)輻射器至少在部分相同的頻率范圍內(nèi)匹配，至少一個(gè)輻射器是與幾個(gè)頻率范圍相匹配的上述溝槽平面天線，在所述輻射器之間提供了相當(dāng)大的隔離。從而這種天線結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)接地平面、位于離所述接地平面具有一定距離之處的至少第一和第二輻射器，以及在所述接地平面和所述輻射器之間的隔離層，所述兩個(gè)輻射器被配置為提供至少一個(gè)諧振頻率，以便提供至少一個(gè)頻帶。
所述天線結(jié)構(gòu)還包括用于至少兩個(gè)輻射器的各自的饋送點(diǎn)，由接地點(diǎn)把所述輻射器接地到至少某個(gè)接地平面，并且至少所述第一輻射器是溝槽平面天線，其被配置為提供至少兩個(gè)頻帶，優(yōu)選至少一個(gè)低頻帶和至少一個(gè)高頻帶，所述頻帶中的至少一個(gè)與由所述第二輻射器提供的至少一個(gè)頻帶至少部分地重疊。使用在上述天線結(jié)構(gòu)中的這種溝槽平面天線在所述輻射器之間產(chǎn)生非常有力的隔離，以致基本上避免至少在部分重疊的頻率范圍內(nèi)所述輻射器的互相耦合。
依照測(cè)量結(jié)果，在所述輻射器之間的隔離至少在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)基本上在10dB以上，優(yōu)選在20dB以上。
依照本發(fā)明實(shí)施例的無線電設(shè)備包括用于遞送射頻信號(hào)的上述天線結(jié)構(gòu)，借此在所述無線電設(shè)備中，在所述第一和第二輻射器之間區(qū)分至少在部分重疊頻率范圍內(nèi)同時(shí)發(fā)生的發(fā)射和接收射頻信號(hào)。
此外，在上述天線結(jié)構(gòu)中，在所述輻射器之間的偏振基本上是正交的，以致至少在所述輻射器之間的分集比在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)基本上接近于零。依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，那么可以利用上述天線結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)在無線電設(shè)備中的分集接收，所述無線電設(shè)備包括用于遞送射頻信號(hào)的上述天線結(jié)構(gòu)，借此同時(shí)接收射頻信號(hào)被配置為借助于所述第一和第二輻射器來作為分集接收來執(zhí)行，其中至少在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)發(fā)生所述同時(shí)接收射頻信號(hào)。
本發(fā)明提供了相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是在所述輻射器之間的隔離是相當(dāng)有力的，這意味著從一個(gè)輻射器到另一個(gè)輻射器幾乎沒有功率損耗發(fā)生。然而，所述輻射器的輻射功率即使在重疊頻率范圍內(nèi)也極其好。利用本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)的無線電設(shè)備提供了以下優(yōu)點(diǎn)，可以在不同的輻射器之間區(qū)分發(fā)生在重疊頻率范圍內(nèi)的射頻信號(hào)的同時(shí)發(fā)射和接收，這能夠?qū)崿F(xiàn)更小的結(jié)構(gòu)和更小的功率消耗。另一方面，本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是由于在所述輻射器之間的分集比至少在部分重疊頻率范圍內(nèi)非常小，所以優(yōu)選地是，所述天線結(jié)構(gòu)使得能夠?qū)崿F(xiàn)分集接收。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是支持WCDMA系統(tǒng)的無線電設(shè)備的雙工濾波器特別可以由更簡(jiǎn)單解決方法代替，其會(huì)產(chǎn)生更小的損失。


現(xiàn)在結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例并且參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1示出了依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的天線結(jié)構(gòu)；圖2是示出依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)射和接收前端的框圖；圖3a和3b示出了在圖2的布置中所安排的圖1的天線結(jié)構(gòu)的輻射器的頻率特性；圖4示出了圖1的天線結(jié)構(gòu)的模擬電流分布；圖5a和5b是示出依照本發(fā)明一些優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)射和接收前端的框圖；和圖6示出了依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的分集接收布置。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，在下面將要描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1示出了被稱作PIFA(平面反相F天線)天線結(jié)構(gòu)的平面天線結(jié)構(gòu)100，包括接地平面110、第一輻射器120和第二輻射器130。輻射器120、130位于與所述接地平面110一定的距離，以致在所述接地平面110和所述輻射器120、130之間提供了空氣或另一介質(zhì)材料作為隔離材料。所述第一輻射器120是“溝槽平面天線”，其由接地點(diǎn)122連接到所述接地平面110，并且從饋送點(diǎn)124向該第一輻射器120供給輻射功率。構(gòu)成接地線路的接地點(diǎn)122基本上位于所述輻射器120的邊緣?？梢园阉鲳佀忘c(diǎn)124實(shí)現(xiàn)為同軸饋送例如作為來自所述接地平面的引線，以致其與所述輻射器邊緣存在相當(dāng)大的距離。還可以通過采用與接地點(diǎn)類似的方式把饋送點(diǎn)124放置在輻射器120的邊緣，來實(shí)現(xiàn)所述饋送點(diǎn)124。
所述平面輻射器120具有第一溝槽126和第二溝槽128，所述溝槽是不包含導(dǎo)電材料的分段。這種溝槽平面天線結(jié)構(gòu)適于在一個(gè)以上的頻率范圍內(nèi)使用。第一溝槽126的開端位于在所述接地點(diǎn)122和所述饋送點(diǎn)12之間、所述輻射器12的邊緣120a。第二溝槽128的開端位于在所述饋送點(diǎn)124和所述邊緣120b之間、所述輻射器120的邊緣120a。第二溝槽128通過把右側(cè)分支與所述輻射器分開來生成低頻范圍，而存在于接地點(diǎn)122和饋送點(diǎn)124之間的第一溝槽126還把所述輻射器120分成兩個(gè)不同的分支，即面向接地點(diǎn)的元件和面向饋送點(diǎn)的元件，這兩個(gè)分支負(fù)責(zé)生成高頻范圍。為了按要求操作所述溝槽平面天線，所述第一溝槽126被放置在接地點(diǎn)122和饋送點(diǎn)124之間的輻射器中，以致在所述接地點(diǎn)122和所述饋送點(diǎn)124之間提供的線段與第一溝槽126交叉，借此在所述特定線段的溝槽126的開端一邊，即在邊緣120a的一邊提供了溝槽126的一小部分。整個(gè)溝槽126的表面區(qū)域的第一溝槽126的小部分的比例在其最大時(shí)也只有百分之幾左右的數(shù)量級(jí)。
可以通過改變所述輻射器120的尺寸，例如通過改變所述溝槽的形狀、長(zhǎng)度和寬度和/或通過改變所述饋送點(diǎn)或接地點(diǎn)的位置，按要求設(shè)計(jì)溝槽平面天線的特性；這種改變始終影響由所述輻射器生成的諧振頻率和輻射功率。至于本發(fā)明，要點(diǎn)是把所述溝槽平面天線配置為至少在一個(gè)低頻范圍內(nèi)和在一個(gè)或多個(gè)高頻范圍內(nèi)輻射。結(jié)合本申請(qǐng)，大體上在1GHz以下的頻率(近似800到1000兆赫茲)被認(rèn)為是低頻范圍，而基本上為2GHz(近似1700到2200兆赫茲)的頻率被認(rèn)為是高頻范圍；通常由不同的移動(dòng)通信系統(tǒng)來使用這些頻率范圍。然而，本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)不只局限于這些頻率，而是還可以應(yīng)用于其它頻率，尤其是大體上在2GHz以上的頻率。歐洲專利申請(qǐng)1 202386詳細(xì)地討論了溝槽平面天線的實(shí)現(xiàn)，和與其不同的實(shí)施例有關(guān)的細(xì)節(jié)。
第二輻射器130是狹窄的平面輻射器，在該實(shí)施例中，其表面面積基本上小于所述第一輻射器120的表面面積。第二輻射器130還包括把輻射器130連接到接地平面110的接地點(diǎn)132，和供給輻射功率的饋送點(diǎn)134。構(gòu)成接地線路的接地點(diǎn)132基本上位于所述輻射器130的邊緣?？梢园阉鲳佀忘c(diǎn)134實(shí)現(xiàn)為同軸饋送例如作為來自所述接地平面的引線，以致其與所述輻射器邊緣存在相當(dāng)大的距離。還可以通過采用與接地點(diǎn)類似的方式把饋送點(diǎn)134放置在輻射器120的邊緣，來實(shí)現(xiàn)所述饋送點(diǎn)134。把所述第二輻射器配置為在與所述第一輻射器的至少一個(gè)頻率范圍—優(yōu)選是高頻范圍—至少部分地重疊的頻率范圍內(nèi)輻射。至于涉及本發(fā)明的操作，所述第二輻射器130相對(duì)于所述第一輻射器120的形狀或位置是無關(guān)的；唯一要點(diǎn)是兩個(gè)輻射器都具有它們自己的饋送點(diǎn)，并且優(yōu)選而并非必要地，具有共同的接地平面。
優(yōu)選地是，可以把圖1的天線結(jié)構(gòu)配置為作為多頻移動(dòng)站的天線結(jié)構(gòu)來操作。多頻移動(dòng)站的例子是被配置為支持EGSM 900(880到960兆赫茲)、GSM 1900(1850到1990兆赫茲)、WCDMA 2000(1920到2170兆赫茲)系統(tǒng)和頻率范圍的移動(dòng)站。那么所述GSM 1900和WCDMA2000頻率范圍會(huì)部分地重疊。在使用US-WCDMA 1900(1850到1990兆赫茲)和GSM 1900(1850到1990兆赫茲)頻率范圍或US-WCDMA1700/2100(Tx 1710到1770兆赫茲，Rx 2110到2170兆赫茲)和GSM 1800(1710到1880兆赫茲)系統(tǒng)的移動(dòng)站中也會(huì)出現(xiàn)類似的情況。如上所述，為了移動(dòng)站的大小并使損失最小化，在這種移動(dòng)站中使用包括兩個(gè)天線的天線結(jié)構(gòu)并且在不同的天線之間劃分在所述WCDMA系統(tǒng)中的發(fā)射和接收往往更為有益。這使得能夠避免大的、易遭受損失的雙工濾波器而由兩個(gè)簡(jiǎn)單的低耗濾波器來代替，根據(jù)所述情況，所述兩個(gè)簡(jiǎn)單的低耗濾波器可以是低通、高通或帶通濾波器。
這使得能夠使用例如圖2的天線結(jié)構(gòu)。在圖2的框圖中，天線A1相當(dāng)于圖1的第一輻射器120，并且類似地，天線A2相當(dāng)于圖1的第二輻射器130。經(jīng)由開關(guān)S，依照所有上述系統(tǒng)把所述天線A1配置為接收(RX)數(shù)據(jù)發(fā)射。另外，經(jīng)由所述開關(guān)S，把所述天線A1配置為發(fā)射(TX)信號(hào)，所述信號(hào)由放大器組件Amp1在兩個(gè)GSM頻率即EGSM900和GSM 1900放大。當(dāng)移動(dòng)站使用任何一個(gè)GSM頻率范圍時(shí)，所述開關(guān)S用于控制在所述特定的頻率范圍內(nèi)分時(shí)出現(xiàn)交替的發(fā)射和接收。另一方面，如果使用WCDMA 2000系統(tǒng)，那么始終切斷所述開關(guān)S并且借助于帶通濾波器BPF1來把所接收的信號(hào)過濾為正確的頻帶。只把所述天線A2配置為發(fā)射將要經(jīng)由放大器Amp2和帶通濾波器BPF2饋送的WCDMA 2000信號(hào)。從而在不同的天線之間劃分在所述WCDMA 2000系統(tǒng)中的發(fā)射和接收。
如上所述，可以通過改變輻射器的尺寸，按要求設(shè)計(jì)溝槽平面天線的特性，這種改變始終影響由所述輻射器生成的諧振頻率和輻射功率。如果把圖1的天線結(jié)構(gòu)布置在圖2的結(jié)構(gòu)中以便相對(duì)于使用的頻帶來優(yōu)化所述天線的輻射性特性，那么對(duì)于輻射器120和130，依照?qǐng)D3a的匹配和依照?qǐng)D3b的輻射效率將生成。輻射效率指的是輻射器的效率，其中已經(jīng)考慮所述輻射器的匹配。
在圖3a中，由曲線圖S11指定第一輻射器120的匹配，并且由曲線圖S22指定第二輻射器130的匹配。如在圖3a中可以看出，第一輻射器120的第一匹配(低頻范圍)基本上位于900到1000兆赫茲的頻率范圍內(nèi)，峰值在近似930兆赫茲的值。此外，第一輻射器120的第二匹配(高頻范圍)基本上位于1900到2020兆赫茲的頻率范圍內(nèi)，峰值在近似1980兆赫茲的值。把第二輻射器130基本上配置在1800到2100兆赫茲的頻率范圍內(nèi)，峰值在近似1960兆赫茲的值。在圖3b中可以看出，當(dāng)用50％的效率(-3dB)考慮時(shí)，第一輻射器120的頻帶停留在近似880到980兆赫茲和1820到2030兆赫茲的范圍之內(nèi)。類似地，所述第二輻射器130的頻帶停留在近似1780到2120兆赫茲的范圍內(nèi)。從而第一輻射器120的第二匹配范圍和高頻帶基本上與第二輻射器130的匹配范圍和頻帶重疊。
然而，就本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)而言，要點(diǎn)是在輻射器120和130之間的隔離，這由在圖3a中的曲線圖S21指定。這示出了在GSM 1900和WCDMA 2000的1920到1990兆赫茲的重疊頻率范圍內(nèi)和在該頻率范圍周圍，在所述輻射器120和130之間的隔離基本上在20dB以上。換句話說，所述隔離是非常有力的，這意味著從一個(gè)輻射器到另一個(gè)輻射器的功率傳輸即損耗是最小的。優(yōu)選地是，這還減少了功率消耗和熱損失，而且增加了移動(dòng)站的操作時(shí)間。
圖4示出了當(dāng)WCDMA天線(輻射器130)在2083兆赫茲的頻率是有源之時(shí)，圖1的天線結(jié)構(gòu)的模擬電流分布。GSM/WCDMA天線(輻射器120)是無源的；其既不發(fā)射也不接收信號(hào)。由于有源的WCDMA天線(輻射器130)，電流流到在第一溝槽126的閉端周圍的GSM/WCDMA天線(輻射器120)。然而所述電流具有相反的方向(依照相反方向的箭頭)，這意味著它們互相抵銷。在這種情況下，事實(shí)上根本沒有功率從所述輻射器130傳播到所述輻射器120，這使得在所述輻射器120和130之間實(shí)現(xiàn)了非常有力的隔離。就生成有力隔離而言，第二輻射器130相對(duì)于第一輻射器120的形狀和位置是無關(guān)的；要點(diǎn)是兩個(gè)輻射器具有它們自己的饋送點(diǎn)，而且把所述第二輻射器配置為在與所述第一輻射器的至少一個(gè)高頻范圍至少部分重疊的頻率范圍內(nèi)輻射。
圖4的電流分布舉例說明了本發(fā)明的基本思想當(dāng)使用天線結(jié)構(gòu)時(shí)，其中兩個(gè)輻射器與相同的接地平面耦合并且其中所述輻射器具有它們自己的饋送點(diǎn)并且被配置為至少在部分相同的頻率范圍內(nèi)輻射，并且其中至少一個(gè)輻射器是溝槽平面天線，那么在所述輻射器之間提供了相當(dāng)強(qiáng)有力的隔離。通過修改所述溝槽平面天線的不同尺寸可以調(diào)整溝槽平面天線的工作范圍和匹配；這例如在歐洲專利申請(qǐng)1202386中有所描述。然而，就實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而言，要點(diǎn)是把所述溝槽平面天線配置為至少在兩個(gè)頻率范圍內(nèi)輻射，其中一個(gè)范圍優(yōu)選為高頻范圍，至少部分地處在與第二輻射器的頻率范圍相同的頻率范圍內(nèi)。從而例如在圖2描述的天線結(jié)構(gòu)中，可以利用在所述輻射器之間提供的有力隔離，圖2描述的天線結(jié)構(gòu)接下來又能夠?qū)崿F(xiàn)方便地簡(jiǎn)化移動(dòng)站并且節(jié)省功率。
從本發(fā)明的上述基本思想中可以明顯看出，本發(fā)明不只局限于圖1的天線結(jié)構(gòu)，而是類似的隔離現(xiàn)象出現(xiàn)在滿足上述要求的所有天線結(jié)構(gòu)。因此，可以這樣實(shí)現(xiàn)所述天線結(jié)構(gòu)例如以致兩個(gè)輻射器都是溝槽平面天線。例如這可以被實(shí)現(xiàn)為另外與上述天線結(jié)構(gòu)相似的天線結(jié)構(gòu)，除所述第二輻射器被溝槽平面天線代替之外。通過提供具有能夠?qū)崿F(xiàn)所希望頻率范圍的結(jié)構(gòu)的兩個(gè)溝槽平面天線，可以表明在重疊頻率范圍內(nèi)，在所述溝槽平面天線之間的隔離基本上在20dB以上，這產(chǎn)生從一個(gè)輻射器到另一個(gè)輻射器的最小功率傳輸，即損耗。
在上述例子中，通過實(shí)現(xiàn)GSM頻率的發(fā)射和接收以及用一個(gè)天線來進(jìn)行WCDMA接收這二者來利用本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)，而另一個(gè)天線只用于WCDMA發(fā)射。然而本發(fā)明不局限于這種結(jié)構(gòu)，但是就依照實(shí)施例的大部分天線結(jié)構(gòu)而言，唯一要點(diǎn)是在不同的天線之間區(qū)分同時(shí)出現(xiàn)的發(fā)射和接收，而在這樣情況下，有益的天線結(jié)構(gòu)能夠在發(fā)射和接收天線之間實(shí)現(xiàn)足夠的隔離。
因此例如，可以把圖5a的實(shí)施例用作為天線結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)在其他方面與圖2的結(jié)構(gòu)相似，除了WCDMA發(fā)射和WCDMA接收交換了位置。同樣在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)所述移動(dòng)站使用任何一個(gè)GSM頻率范圍時(shí)，開關(guān)S用于控制在特定的頻率范圍內(nèi)發(fā)射和接收交替按照分時(shí)發(fā)生。當(dāng)使用WCDMA 2000系統(tǒng)時(shí)，始終切斷開關(guān)S，并且由放大器Amp2放大的、并且經(jīng)由帶通濾波器BPF2過濾為正確頻率范圍的WCDMA 2000信號(hào)被發(fā)射。只把天線A2配置為接收由帶通濾波器BPF1過濾的所接收的信號(hào)。同樣在該結(jié)構(gòu)中，在不同的天線之間劃分在所述WCDMA 2000系統(tǒng)中的發(fā)射和接收。
此外，本發(fā)明不局限于這樣的天線結(jié)構(gòu)，其中第二天線A2只作為WCDMA發(fā)射或接收天線操作，但是例如可以在所述第二天線A2中配置一些GSM功能。因此，例如可以把圖5b的實(shí)施例用作為天線結(jié)構(gòu)，其中把GSM 1900系統(tǒng)的功能(發(fā)射和接收)連同WCDMA 2000系統(tǒng)接收一起移到所述第二天線A2。在這種情況下，如上所述，應(yīng)該結(jié)合所述第二天線A2提供開關(guān)S，以便控制所使用的系統(tǒng)的發(fā)射和接收。
還可以借助于雙工濾波器在一個(gè)天線A1中配置所有的GSM功能，并且類似地，在另一個(gè)天線A2中配置所有的WCDMA功能(發(fā)射和接收)。當(dāng)然，雖然提供避免使用雙工濾波器沒有優(yōu)點(diǎn)，但是在天線之間有力的隔離還是降低了在這種結(jié)構(gòu)中在所述天線之間的功率損耗；優(yōu)選地是，這同樣減少了所述移動(dòng)站的熱損失和功率消耗。
此外，依照實(shí)施例，還可以在分集接收中利用所公開的天線結(jié)構(gòu)，其中經(jīng)由幾個(gè)天線分支接收多路傳播的信號(hào)，這使得能夠減少由衰減和干擾所導(dǎo)致的組合信號(hào)的噪聲和干擾。于是還可以使用低功率的信號(hào)來執(zhí)行接收，這又增強(qiáng)了用戶系統(tǒng)的能力。此外，高質(zhì)量接收的信號(hào)使得能夠增加數(shù)據(jù)速率。分集接收一般用于基站接收，因?yàn)樵谝苿?dòng)站的已知天線解決辦法中，在天線之間的隔離和分集比一般很差，這意味著為了增強(qiáng)信號(hào)從分集接收的潛在增益一直也是最小的。作為替代，在本公開的天線結(jié)構(gòu)中，在天線之間的隔離相當(dāng)有力，而分集比是相當(dāng)小的，這使得能夠在移動(dòng)站的分集接收中也有效地利用所述天線結(jié)構(gòu)。
例如，在圖1的天線結(jié)構(gòu)的第一和第二輻射器之間的偏振幾乎是正交的。那么在所述輻射器之間的分集比也非常小。例如在1950兆赫茲的頻率下，其中第一輻射器的效率基本上是50％而第二輻射器的效率基本上是75％，那么在所述輻射器之間的分集比基本上是0.02。從而這種結(jié)構(gòu)極其適合在分集接收中利用。
圖6是示出用于實(shí)現(xiàn)分集接收的優(yōu)選實(shí)施例的框圖。在圖6的框圖中，天線A1相當(dāng)于圖1的第一輻射器120，并且類似地，天線A2相當(dāng)于圖1的第二輻射器130。經(jīng)由開關(guān)S，把天線A1配置為依照兩個(gè)GSM頻率來接收(RX)數(shù)據(jù)發(fā)射。另外，經(jīng)由所述開關(guān)S，把所述天線A1配置為發(fā)射(TX)信號(hào)，所述信號(hào)由放大器組件Amp1在兩個(gè)GSM頻率即EGSM 900和GSM 1900放大。此外，所述天線A1作為在WCDMA2000系統(tǒng)的接收中的第一分集分支(RX1)操作，其主要負(fù)責(zé)WCDMA 2000接收。當(dāng)移動(dòng)站使用任何一個(gè)GSM頻率范圍時(shí)，所述開關(guān)S用于控制在所述特定的頻率范圍內(nèi)分時(shí)地出現(xiàn)交替的發(fā)射和接收。另一方面，如果使用WCDMA 2000系統(tǒng)，那么始終切斷所述開關(guān)S并且借助于帶通濾波器BPF1來把所接收的信號(hào)過濾為正確的頻帶。
把天線A2配置為發(fā)射將要經(jīng)由放大器Amp2饋送的WCDMA 2000信號(hào)。另外，所述天線A2作為在WCDMA 2000系統(tǒng)的接收中的第二分集分支(RX1)操作，其輔助負(fù)責(zé)WCDMA 2000接收。由于把所述天線A2配置為所述WCDMA 2000系統(tǒng)的發(fā)射和接收，所以在發(fā)射分支和接收分支之間要求雙工濾波器DPF。然而該雙工濾波器的特性與在所述天線A2中提供WCDMA 2000系統(tǒng)的所有功能(RX/TX)的情況下幾乎不一樣關(guān)鍵。因而優(yōu)選地是，可以使用具有較不復(fù)雜的濾波特性的小型雙工濾波器來實(shí)現(xiàn)所述分集接收，而同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)分集接收的上述優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選地是，還可以在GSM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分集接收，而在這樣情況下所述GSM接收經(jīng)由兩個(gè)天線A1和A2發(fā)生。
為了說明性的原因，把不同的GSM和WCDMA系統(tǒng)用作為在上述實(shí)施例中的例子，其優(yōu)選地是可以結(jié)合本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)來應(yīng)用。然而，對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來說顯而易見的是，還可以結(jié)合任何其它無線數(shù)據(jù)傳送來利用由本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的相當(dāng)有力的隔離，在所述無線數(shù)據(jù)傳送中發(fā)射和接收在相同的或鄰近的頻率范圍內(nèi)基本上同時(shí)發(fā)生。因此優(yōu)選地是，例如利用擴(kuò)頻技術(shù)可以把本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)應(yīng)用于無線局域網(wǎng)系統(tǒng)IEEE 802.11b，利用時(shí)分技術(shù)可以把本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)應(yīng)用于無線藍(lán)牙系統(tǒng)，二者都在2400到2483.5兆赫的頻率范圍內(nèi)操作。不管所述頻率范圍的重疊特性，優(yōu)選地是，可以把這兩個(gè)系統(tǒng)與本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)耦合。此外，在用來GPS衛(wèi)星定位的天線和不同的蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)的天線之間將提供有力的隔離，不過所述GPS系統(tǒng)(1227/1575)的頻率范圍并不與通常使用的蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)重疊。
對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來說顯而易見的是隨著技術(shù)的發(fā)展，可以采用許多不同的方式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基本思想。從而本發(fā)明及其實(shí)施例不局限于上述例子，而是可以在權(quán)利要求范圍內(nèi)改變。
權(quán)利要求
1.一種天線結(jié)構(gòu)(100)，包括至少一個(gè)接地平面(110)、位于離所述接地平面具有一定距離之處的至少第一輻射器和第二輻射器(120，130)，以及在所述接地平面和所述輻射器之間的隔離層，所述兩個(gè)輻射器被配置為提供至少一個(gè)諧振頻率，以便提供至少一個(gè)頻帶，其特征在于所述天線結(jié)構(gòu)還包括用于至少兩個(gè)輻射器的各自的饋送點(diǎn)(124，134)，由接地點(diǎn)(122，132)把所述輻射器接地到接地平面，和至少第一輻射器被配置為提供至少兩個(gè)頻帶，至少一個(gè)所述頻帶與由所述第二輻射器提供的至少一個(gè)頻帶至少部分地重疊，并且在所述天線結(jié)構(gòu)中，至少所述第一輻射器是溝槽平面天線，以致基本上避免了所述輻射器互相至少在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)的耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的天線結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述輻射器之間的隔離至少在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)基本上在10dB以上，優(yōu)選地是在20dB以上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的天線結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述輻射器之間的偏振基本上是正交的，以致在所述輻射器之間的分集比至少在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)基本上幾乎為零。
4.如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的天線結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一輻射器被配置為提供至少三個(gè)頻帶，包括至少一個(gè)低頻帶和至少兩個(gè)高頻帶。
5.如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的天線結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一輻射器的至少一個(gè)高頻帶被配置為與由所述第二輻射器提供的至少一個(gè)頻帶至少部分地重疊。
6.一種包括用于遞送射頻信號(hào)的天線結(jié)構(gòu)(100)的無線電設(shè)備，所述天線結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)接地平面(110)、位于離所述接地平面具有一定距離之處的至少第一輻射器和第二輻射器(120，130)，以及在所述接地平面和所述輻射器之間的隔離層，所述兩個(gè)輻射器被配置為提供至少一個(gè)諧振頻率，以便提供至少一個(gè)頻帶，其特征在于所述天線結(jié)構(gòu)還包括用于至少兩個(gè)輻射器的各自的饋送點(diǎn)(124，134)，由接地點(diǎn)(122，132)把所述輻射器接地到接地平面，和至少第一輻射器被配置為提供至少兩個(gè)頻帶，至少一個(gè)所述頻帶與由所述第二輻射器提供的至少一個(gè)頻帶至少部分地重疊，并且至少第一輻射器是溝槽平面天線，以致基本上避免所述輻射器至少在部分重疊頻率范圍內(nèi)互相耦合，并且在所述第一輻射器和第二輻射器之間區(qū)分至少在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)發(fā)生的射頻信號(hào)的同時(shí)發(fā)射和接收。
7.如權(quán)利要求6所述的無線電設(shè)備，其特征在于至少在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)同時(shí)發(fā)射和接收的射頻信號(hào)被配置為由帶通濾波器、高通濾波器或低通濾波器來過濾。
8.如權(quán)利要求6或7所述的無線電設(shè)備，其特征在于所述第一輻射器被配置為用于發(fā)射和接收諸如GSM信號(hào)之類的時(shí)分射頻信號(hào)，并且用于接收諸如WCDMA信號(hào)之類的頻分射頻信號(hào)，并且所述第二輻射器被配置為發(fā)射諸如WCDMA信號(hào)之類的頻分射頻信號(hào)。
9.如權(quán)利要求6或7所述的無線電設(shè)備，其特征在于所述第一輻射器被配置為用于發(fā)射和發(fā)射諸如GSM信號(hào)之類的時(shí)分射頻信號(hào)，并且用于發(fā)射諸如WCDMA信號(hào)之類的頻分射頻信號(hào)，并且所述第二輻射器被配置為用于接收諸如WCDMA信號(hào)之類的頻分射頻信號(hào)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的無線電設(shè)備，其特征在于所述第二輻射器也被配置為用于發(fā)射和接收諸如GSM信號(hào)之類的時(shí)分射頻信號(hào)。
11.如權(quán)利要求6到10中任何一個(gè)所述的無線電設(shè)備，其特征在于所述無線電設(shè)備包括耦合裝置，用于耦合時(shí)分射頻信號(hào)和頻分射頻信號(hào)的發(fā)射和接收。
12.一種包括用于遞送射頻信號(hào)的天線結(jié)構(gòu)(100)的無線電設(shè)備，所述天線結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)接地平面(110)、位于離所述接地平面具有一定距離之處的至少第一輻射器和第二輻射器(120，130)，以及在所述接地平面和所述輻射器之間的隔離層，所述兩個(gè)輻射器被配置為提供至少一個(gè)諧振頻率，以便提供至少一個(gè)頻帶，其特征在于所述天線結(jié)構(gòu)還包括用于至少兩個(gè)輻射器的各自的饋送點(diǎn)(124，134)，由接地點(diǎn)(122，132)把所述輻射器接地到接地平面，至少第一輻射器被配置為提供至少兩個(gè)頻帶，至少一個(gè)所述頻帶與由所述第二輻射器提供的至少一個(gè)頻帶至少部分地重疊，至少第一輻射器是溝槽平面天線，以致基本上避免所述輻射器至少在部分重疊頻率范圍內(nèi)互相耦合，并且至少在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)發(fā)生的射頻信號(hào)的同時(shí)接收被配置為借助于所述第一和第二輻射器來執(zhí)行為分集接收。
13.如權(quán)利要求6或12所述的無線電設(shè)備，其特征在于在所述輻射器之間的偏振基本上是正交的，以致在所述輻射器之間的分集比至少在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)基本上幾乎為零。
14.如權(quán)利要求6到13中任何一個(gè)所述的無線電設(shè)備，其特征在于所述無線電設(shè)備是一個(gè)移動(dòng)站，其中以下至少一個(gè)被配置為由移動(dòng)站和輻射器的頻帶支持的系統(tǒng)EGSM 900(880到960兆赫茲)、GSM 1800(1710到1880兆赫茲)、GSM 1900(1850到1990兆赫茲)、WCDMA 2000(1920到2170兆赫茲)、US-GSM 850(824到894兆赫茲)、US-WCDMA 1900(1850到1990兆赫茲)和US-WCDMA 1700/2100(Tx 1710到1770兆赫茲，Rx 2110到2170兆赫茲)。
全文摘要
一種無線電設(shè)備和一種天線結(jié)構(gòu)(100)，包括接地平面(110)、至少第一(120)和第二(130)輻射器，所述兩個(gè)輻射器被配置為用于提供至少一個(gè)諧振頻率以便提供至少一個(gè)頻帶。所述天線結(jié)構(gòu)還包括兩個(gè)輻射器的各自的饋送點(diǎn)(124，134)，所述兩個(gè)輻射器與所述接地平面接地(122，132)。至少第一輻射器被配置為提供至少兩個(gè)頻帶，至少一個(gè)所述頻帶與由所述第二輻射器提供的至少一個(gè)頻帶至少部分地重疊，另外，至少所述第一輻射器是溝槽平面天線，以致基本上避免所述輻射器互相至少在所述部分重疊頻率范圍內(nèi)耦合。
文檔編號(hào)H01Q9/04GK1706070SQ200380101862
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2003年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
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