專利名稱：包括用于交換射頻信號的天線的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括用于與其它設備交換射頻信號的天線的設備，并且還涉及天線和方法。
這樣一種設備的例子包括家庭影院設備、環(huán)繞聲設備、無線耳機設備、第二房間無線音頻設備、移動終端和無線接口。
背景技術：
在JP2002-271118中公開了一種現(xiàn)有技術天線，它公開的天線單元具有一個無源元件。這個無源元件能夠在一個規(guī)定的方向抑制無線電波的輻射。換言之，這個天線單元不是一個全向的天線。
已知的天線是有缺點的，尤其是由于它不是一個全向天線的這一事實。當然，全向天線是已知的，例如已有的偶極子天線。偶極子天線在半波長處諧振。例如在開放的空氣中的864兆赫茲，這對應于16cm，這是相當大的。當減小現(xiàn)有技術的偶極子天線的長度時，將使天線阻抗減小。借助于一個有缺陷的匹配電路可以匹配這個減小的天線阻抗。在不匹配的情況下，減小的天線阻抗將使電效率低下并且使回波損耗很差(反射很大)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的具體來說是提供包括一個相當小的具有足夠的天線阻抗的全向天線的設備。
本發(fā)明的另外的目的具體來說是提供包括一個相當小的具有足夠的天線阻抗的全向天線的設備，以及與相當小的具有足夠的天線阻抗的全向天線組合使用的方法。
按照本發(fā)明的設備包括用于與其它設備交換射頻信號的天線，這個天線包括兩個元件，這些元件的第一外端相互耦合，這些元件的第二外端相互耦合，每個元件都包括兩個子元件，兩個子元件隔開一個間隙，元件的長度小于射頻信號的半波長。
這個天線的長度小于射頻信號的半波長。因此，天線是相當小的。天線的形狀導致全向天線圖形，并且導致具有足夠的天線阻抗的天線。這個天線的其它優(yōu)點是，它不需要匹配網(wǎng)絡，不需要超大尺寸的功率放大器，并且不引入額外的功率消耗。這個天線可以用于發(fā)射射頻信號以及接收射頻信號。
應當說明的是，較短的現(xiàn)有技術偶極子天線是存在的，可以使這種較短的偶極子天線與兩個負載線圈諧振。這些現(xiàn)有技術偶極子天線本身不具備足夠的天線阻抗并且需要有缺陷的匹配電路。
所說設備例如還包括集成的無線音頻解決方案，它包括一個集成的無線音頻無線電集成電路(ic)和一個集成的無線音頻基帶處理器。射頻信號例如在850兆赫茲和950兆赫茲之間。
按照本發(fā)明的設備的一個實施例由為平行元件的元件確定，元件的長度值在射頻信號半波長的40％和80％之間，元件的寬度值在長度的0.1％和20％之間，元件的間隙距離值小于長度的20％，平行元件之間的元件距離值在長度0.1％和20％之間。在這些條件下天線運行最佳。
按照本發(fā)明的設備的一個實施例由不靠著(against)地表面操作的天線確定。這樣一種地表面習慣上起天線圖像的作用。這樣就允許將天線用在非水平位置，并且減小了天線的必要空間。天線可用在垂直位置，并且可安裝在例如電視接收器的背面。
按照本發(fā)明的設備的一個實施例由為平面元件的元件確定，元件的外端經(jīng)過另一個平面元件相互耦合。這樣一種天線容易集成。
按照本發(fā)明的設備的一個實施例由包括兩個另外元件的天線確定。所述兩個另外元件的第一外端相互耦合，所述兩個另外元件的第二外端相互耦合，所述兩個另外元件的長度小于射頻信號的半波長。引入例如定位在平行于所說元件的平面的一個平面的兩個另外元件(進一步)增加了天線阻抗，結果，改善了天線的回波損耗。當使用用于接收射頻信號的天線時，這尤其重要。
按照本發(fā)明的設備的一個實施例由兩個元件和兩個另外元件確定，所說兩個元件是印刷在電路板的第一側上的平面元件，所說兩個另外元件是印刷在電路板的第二側上的另外平面元件。這樣一種天線容易集成。電路板使元件對相互電隔離。
按照本發(fā)明的設備的一個實施例由為平行元件的元件和為平行另外元件的另外元件確定，元件的長度值在射頻信號半波長的40％和80％之間，元件的寬度值在長度的0.1％和20％之間，元件的間隙距離值小于長度的20％，平行元件之間的元件距離值以及平行的另外元件之間的元件距離值在長度0.1％和20％之間，元件的厚度值等于或小于寬度的10％，電路板所包括的基板材料厚度值等于或小于寬度。在這些條件下，提高了天線阻抗的天線運行最好。
按照本發(fā)明的設備的一個實施例由另外元件之一確定，所說另外元件包括兩個子元件，兩個子元件由與元件的饋電間隙對邊(diagonally)相對的一個間隙分開，另一個另外元件沒有間隙。這個天線的標稱模擬回波損耗具有一個下跌。
按照本發(fā)明的設備的一個實施例由另外元件的兩個子元件之間的間隙距離確定，間隙距離的數(shù)值小于至少一個長度的20％。在這個條件下，提高了天線阻抗的天線運行最好。
按照本發(fā)明的設備的一個實施例由另外元件之一確定，另外元件包括兩個子元件，兩個子元件由與元件的饋電間隙非對邊(non-diagonally)相對的一個間隙分開，另一個另外元件沒有間隙。這個天線的標稱模擬回波損耗具有兩個下跌。有益地，這樣一種天線例如可用在GSM/UMTS頻率和WLAN頻率(例如2.5GHz和5.2GHz)的雙頻段環(huán)境。
按照本發(fā)明的天線實施例和按照本發(fā)明的方法的實施例對應于按照本發(fā)明的設備的實施例。
本發(fā)明具體來說基于如下的認識現(xiàn)有技術的偶極子天線或者相當龐大或者在長度減小的情況下天線阻抗不足夠大，本發(fā)明具體來說基于如下基本思路，通過相互耦合元件的第一外端，并且通過相互耦合元件的第二外端，可以從兩個元件制造出具有足夠天線阻抗的相當小的天線，借此，每個元件包括兩個子元件，兩個子元件分開一定間隙。
本發(fā)明解決的問題具體來說是提供包括相當小的并且具有足夠的天線阻抗的全向天線，本發(fā)明的優(yōu)點具體來說是，天線不需要匹配網(wǎng)絡，不需要超大尺寸的功率放大器，并且不會引入額外的功率消耗。這個天線可用于發(fā)射以及接收射頻信號。
從下述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面都是顯而易見的。


圖1示意地表示按照本發(fā)明的設備，它包括按照本發(fā)明的天線；
圖2更加詳細地示意地表示按照本發(fā)明的天線，上側是2A，下側是2B；圖3表示按照本發(fā)明的天線的三維視圖；圖4表示在900MHz操作的現(xiàn)有技術偶極子天線的模擬回波損耗；圖5表示在900MHz操作的在印刷電路板上的現(xiàn)有技術偶極子天線的模擬回波損耗；圖6表示按照本發(fā)明的天線對于915MHz的三維視圖；圖7表示按照本發(fā)明的天線對于915MHz的模擬回波損耗；圖8表示按照本發(fā)明的天線對于915MHz的模擬輻射圖形；圖9表示按照本發(fā)明的天線對于915MHz的模擬三維輻射圖形；圖10表示按照本發(fā)明的天線的三維視圖，用于在2.5GHz和5.2GHz的雙頻段操作；圖11表示按照本發(fā)明的天線在2.5GHz和5.2GHz的雙頻段操作的模擬回波損耗；圖12表示按照本發(fā)明的天線在2.5GHz的雙頻段操作的模擬輻射圖形；圖13表示按照本發(fā)明的天線在5.2GHz的雙頻段操作的模擬輻射圖形。
具體實施例方式
在圖1中表示的按照本發(fā)明的設備1包括按照本發(fā)明的天線2、3，用于與其它設備(未示出)交換射頻信號。天線2、3耦合到濾波/開關電路11。電路11經(jīng)過集成的無線音頻求解電路12、13耦合到接口14，集成的無線音頻求解電路12、13包括集成的無線音頻無線電集成電路12和集成的無線音頻基帶處理器電路13。在發(fā)射模式，接口14耦合到或者形成一個源，如麥克風、計算機、播放器、等。源信號經(jīng)過電路13、12、11流動到一個或多個天線2、3。在接收模式，目標信號經(jīng)過一個或多個天線2、3到達并且經(jīng)過電路11、12、13流動到接口14。接口14耦合到或者形成一個目的地，例如揚聲器、計算機、記錄器、等。設備1例如包括家庭影院系統(tǒng)(的一部分)、環(huán)繞聲系統(tǒng)(的一部分)、無線耳機系統(tǒng)(的一部分)、第二房間無線音頻系統(tǒng)(的一部分)、移動終端、無線接口、等。
圖2所示的按照本發(fā)明的天線2(和/或3)例如在印刷電路板的上側包括兩個元件21、22，例如平面元件。元件21、22的第一外端例如經(jīng)過另外一個平面元件29相互耦合，元件21、22的第二外端例如經(jīng)過另外一個平面元件30相互耦合。元件21(22)包括分開一個間隙27(28)的兩個子元件23、24(25、26)。元件21、22的長度小于射頻信號半波長。
通常，天線2、3在發(fā)射模式的輸入端以及天線2、3在接收模式的輸出端都是通過子元件25、26的靠近(饋電)間隙28的外端形成的。因此，這個(饋電)間隙28具有相當小的間隙距離。間隙27的間隙距離可以是較大的，一直大到下面將要確定的邊界值。元件22是一個有源元件，元件21是一個無源元件。
天線2(和/或3)例如在印刷電路板的下側可以進一步還包括兩個另外元件41、42，例如平面元件。另外元件41、42的第一外端例如經(jīng)過另外一個平面元件49相互耦合，另外元件41、42的第二外端例如經(jīng)過另外一個平面元件50相互耦合。另外元件41包括分開一個間隙47的兩個子元件43、44。另外元件42沒有間隙?？商鎿Q地，另外元件41沒有間隙，在這種情況下另外元件42將有一個間隙。另外元件41、42的長度小于射頻信號半波長，通常是無源元件。
優(yōu)選地，元件21、22是平行的元件，另外元件41、42是平行的另外元件。一個元件21、22、41、42的長度值在射頻信號半波長的40％和80％之間，一個元件21、22、41、42的寬度值在長度的0.1％和20％之間。間隙27、28、47的間隙距離值小于長度的20％。平行元件21、22之間的元件距離值以及平行的另外元件41、42之間的元件距離值在長度的0.1％和20％之間。元件21、22、41、42的厚度值等于或小于寬度的10％，電路板所包括的基板材料厚度值等于或小于寬度。
按照現(xiàn)有技術的天線理論，平行的元件21、22之間的元件距離值以及平行的另外元件41、42之間的元件距離值例如應該是波長的1/4。然而，按照本發(fā)明，這個元件距離值最好應該比波長的1/4小得多，例如約為元件21、22、41、42的寬度。
天線2、3的長度小于射頻信號半波長。因此，天線2、3相當小。天線2、3的形狀將產(chǎn)生全向天線圖形，并且產(chǎn)生具有足夠大天線阻抗的天線2、3。射頻信號例如在850MHz和950MHz之間。天線2、3不需要靠著大地表面進行操作。這就允許天線2、3用在非水平位置，例如用在垂直位置，并且減小了天線2、3所需的空間。例如按照電視接收機的形式，可將天線2、3安裝在設備1的背面。
引入兩個另外元件41、42，另外元件41、42例如定位在平行于元件21、22所在平面的平面內，(進一步)增加了阻抗。結果，天線2、3的回波損耗得到改善。當天線2、3用于接收射頻信號時，這具有重要性。在其另外元件41包括由與(饋電)間隙28對邊相對的間隙47分開的兩個子元件43、44的情況下，天線2、3具有只有一個下跌的標稱模擬回波損耗，如圖7所示。在其另外元件41不包括間隙和其另外元件42包括與(饋電)間隙28非對邊相對的間隙的情況下，天線2、3具有兩個下跌的標稱模擬回波損耗，如圖11所示。這樣一種天線2、3例如可以有益地用于GSM/UMTS頻率和WLAN頻率(例如2.5GHz和5.2GHz)的雙頻段環(huán)境。
在元件21、22、41、42的長度對應于x軸和元件21、22、41、42的寬度對應于y軸的情況下，元件21、22的xy平面以及元件41、42的xy平面基本上是平行的平面。元件21、22、41、42的厚度和基板材料的厚度將對應于z軸。這些平面的每一個將在z軸具有基本不同的位置。通常，元件21、22在一個平面內的x、y大小和x、y坐標將基本上對應于元件41、42在另一個平面內的x、y大小和x、y坐標(相差小于20％)。
在圖3中，表示按照本發(fā)明的天線2、3的一個三維視圖。
在圖4中，表示在900MHz操作的現(xiàn)有技術偶極子天線的模擬回波損耗，y軸是分貝，x軸是GHz。這個現(xiàn)有技術偶極子天線包括兩個串聯(lián)部分，每一個部分的長度約為80mm。
圖5表示在900MHz操作的在印刷電路板上的現(xiàn)有技術偶極子天線的模擬回波損耗，y軸是分貝，x軸是GHz。這個現(xiàn)有技術偶極子天線包括兩個串聯(lián)元件，每一個元件的長度約為62mm，寬度為1mm。
在圖6中，表示對于915MHz的按照本發(fā)明的天線2、3的三維視圖。由此，元件21、22、41、42的長度為38mm，寬度為2.5mm，元件距離為2.5mm，基板材料厚度為1.6mm，銅的厚度為0.035mm。
在圖7中，表示圖6的按照本發(fā)明的天線的模擬回波損耗，y軸是分貝，x軸是GHz。
在圖8中，表示圖6的按照本發(fā)明的天線的模擬輻射圖形。
在圖9中，表示圖6的按照本發(fā)明的天線的模擬三維輻射圖形。
在圖10中，表示在2.5GHz和5.2GHz的雙頻段操作的按照本發(fā)明的天線的三維視圖。由此，元件21、22、41、42的長度為12mm，寬度為1mm，元件距離為1mm，基板材料厚度為1.6mm，銅的厚度為0.035mm。
在圖11中，表示圖10的按照本發(fā)明的天線的模擬回波損耗，y軸是分貝，x軸是GHz。第二個下跌來源于如下的事實在這種情況下，另外元件41是沒有間隙的，而另外元件42現(xiàn)在包括一個間隙。
在圖12中，表示圖10的按照本發(fā)明的天線的模擬輻射圖形。
在圖13中，表示圖10的按照本發(fā)明的天線的模擬輻射圖形。
應當說明的是，上述實施例只是說明而不是限制本發(fā)明，并且，本領域的普通技術人員在不偏離所附的權利要求書的范圍的情況下能夠設計出許多可替換的實施例。在權利要求中，放在括號之間的任何參考符號將不被認為是對于這個權利要求的限制。使用動詞“包括”及其變化形式并不排除存在除在權利要求中所列各項以外的元件或步驟。放在元件前邊的冠詞“一個”并不排除存在多個這樣的元件。借助于包括幾個不同元件的硬件可以實施本發(fā)明。在列舉幾個裝置的設備權利要求中，通過一個相同的硬件可以實施幾個這樣的裝置。在相互不同的從屬權利要求中引用了某些措施的事實并不表明不能利用這些措施的組合帶來優(yōu)點。
權利要求
1.一種設備(1)，包括用于與其它設備交換射頻信號的天線(2、3)，這個天線(2、3)包括兩個元件(21、22)，這些元件(21、22)的第一外端相互耦合，這些元件(21、22)的第二外端相互耦合，每個元件(21、22)都包括兩個子元件(23、24、25、26)，兩個子元件(23、24、25、26)隔開一個間隙(27、28)，元件(21、22)的長度小于射頻信號的半波長。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備(1)，其中所說元件(21、22)是平行的元件，元件(21、22)的長度值在射頻信號半波長的40％和80％之間，元件(21、22)的寬度值在長度的0.1％和20％之間，元件(21、22)的間隙距離值小于長度的20％，平行元件(21、22)之間的元件距離值在長度0.1％和20％之間。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備(1)，其中天線(2、3)不是靠著地表面操作。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備(1)，其中元件(21、22)是平面元件，元件(21、22)的外端經(jīng)過另外的平面元件(29、30)相互耦合。
5.根據(jù)權利要求1所述的設備(1)，其中天線(2、3)包括兩個另外元件(41、42)，所述另外元件(41、42)的第一外端相互耦合，所述另外元件(41、42)的第二外端相互耦合，另外元件(41、42)的長度小于射頻信號半波長。
6.根據(jù)權利要求5所述的設備(1)，其中所說兩個元件(21、22)是印刷在電路板的第一側上的平面元件，所說兩個另外元件(41、42)是印刷在電路板的第二側上的另外平面元件。
7.根據(jù)權利要求6所述的設備(1)，其中元件(21、22)是平行的元件，另外元件(41、42)是平行的另外元件，元件(21、22、41、42)的長度值在射頻信號半波長的40％和80％之間，元件(21、22、41、42)的寬度值在長度的0.1％和20％之間，元件(21、22、41、42)的間隙距離值小于長度的20％，平行的元件(21、22)之間的元件距離值以及平行的另外元件(41、42)之間的元件距離值在長度0.1％和20％之間，元件(21、22、41、42)的厚度值等于或小于寬度的10％，電路板所包括的基板材料厚度值等于或小于寬度。
8.根據(jù)權利要求5所述的設備(1)，其中另外元件之一(41)包括兩個子元件(43、44)，兩個子元件(43、44)由與元件(21、22)的饋電間隙(28)對邊相對的一個間隙(47)分開，另一個另外元件(42)沒有間隙。
9.根據(jù)權利要求8所述的設備(1)，其中在另外元件(41)的兩個子元件(43、44)之間的間隙距離的值小于至少一個長度的20％。
10.根據(jù)權利要求5所述的設備(1)，其中另外元件之一(42)包括兩個子元件，兩個子元件由與元件(21、22)的饋電間隙(28)非對邊相對的一個間隙分開，另一個另外元件(41)沒有間隙。
11.一種用于交換射頻信號的天線(2、3)，所說天線(2、3)包括兩個元件(21、22)，這些元件(21、22)的第一外端相互耦合，這些元件(21、22)的第二外端相互耦合，每個元件(21、22)都包括兩個子元件(23、24、25、26)，兩個子元件(23、24、25、26)隔開一個間隙(27、28)，元件(21、22)的長度小于射頻信號的半波長。
12.用于交換射頻信號的方法，該方法包括使用天線(2、3)的步驟，所說天線(2、3)包括兩個元件(21、22)，這些元件(21、22)的第一外端相互耦合，這些元件(21、22)的第二外端相互耦合，每個元件(21、22)都包括兩個子元件(23、24、25、26)，兩個子元件(23、24、25、26)隔開一個間隙(27、28)，元件(21、22)的長度小于射頻信號的半波長。
全文摘要
提供了相當小的具有足夠天線阻抗的用于交換射頻信號的全向天線(2、3)，所說天線(2、3)設有兩個經(jīng)過它們的外端相互耦合的平行元件(21、22)。每個元件(21、22)都包括兩個子元件(23、24、25、26)，兩個子元件(23、24、25、26)隔開一個間隙(27、28)。元件(21、22)的長度小于射頻信號的半波長。天線(2、3)不需要靠著地表面操作，可以用在非水平位置。元件(21、22)是平面元件。天線(2、3)進一步包括兩個另外元件(41、42)，兩個另外元件(41、42)定位在平行于元件(21、22)的平面的平面內。這樣就增加了阻抗并且改善了天線(2、3)的回波損耗。另外元件之一(41)包括分開一個間隙(47)的兩個子元件(43、44)，用于實現(xiàn)只有一個下跌的模擬回波損耗。可替換地，另一個另外元件(42)包括一個間隙，用于對于雙波段環(huán)境實現(xiàn)兩個下跌的模擬回波損耗。
文檔編號H01Q9/28GK1954463SQ200580015151
公開日2007年4月25日 申請日期2005年5月9日 優(yōu)先權日2004年5月12日
發(fā)明者A·克塞拉爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司