專利名稱：鏡像抑制天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有用于從天線接收的信號中攔截(intercept)鏡像頻率信號功能的鏡像抑制天線。
背景技術(shù)：
目前，用于無線通信的接收機(jī)的模擬單元包括天線和用于將從天線接收的電子信號轉(zhuǎn)換成低頻信號或居于直流上的基帶信號的功能。在接收機(jī)結(jié)構(gòu)中鏡像頻率存在(例如，外差式系統(tǒng))的結(jié)構(gòu)中，用于抑制鏡像頻帶中的噪聲信號的功能是確定接收機(jī)的接收性能的重要因素。用于抑制鏡像的方法包括使用鏡像抑制濾波器、鏡像抑制混頻器、或編織器(weaver)等方法，并且這些方法已經(jīng)研究了很長時間。傳統(tǒng)的抑制鏡像的方法是當(dāng)從天線接收的信號通過阻抗匹配電路后，在后面的含有頻帶選擇濾波器的電路中抑制鏡像成分。
圖1表示外差式接收機(jī)的方塊圖，它是在接收信號中有鏡像頻率成分的接收機(jī)的代表性例子。圖2是表示當(dāng)有用信號和鏡像信號通過圖1的外差式接收機(jī)的鏡像抑制濾波器(image-reject filter)和下變頻器(downconversionmixer)時，鏡像抑制濾波器的射頻輸入信號和下變頻器的輸出信號的頻域頻譜；在這種情況下，假設(shè)在從天線接收的并通過匹配電路的信號中的鏡像頻帶中存在大的干擾信號。
考慮到電子特性，根據(jù)頻率，天線具有不同的特性。根據(jù)傳統(tǒng)的天線和匹配電路的設(shè)計原理，天線被設(shè)計成有效地將有用頻帶中的空中廣播信號(over-the-air broadcast signal)轉(zhuǎn)化成電子信號，并且相應(yīng)的匹配電路被設(shè)計成將在有用頻率上的天線的輸入阻抗無損地轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)阻抗(通常，50歐姆)。即，設(shè)計的天線和匹配電路兩者的關(guān)注頻率(interest frequency)被限制在有用頻帶，不考慮在有用頻帶之外的頻率上的天線和匹配電路的特性。
因而，還不知道用于有效接收具有有用頻帶的信號并抑制天線和用于以規(guī)定的阻抗線(line)匹配天線的匹配電路中的鏡像噪聲信號的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個目的提供一種抑制用于接收無線信號的天線中的鏡像成分信號的鏡像抑制天線和一種用于以規(guī)定的阻抗值匹配天線的匹配電路。
因此，為了達(dá)到上述目的，這里提供了一種鏡像抑制天線。鏡像抑制天線包括用于接收空間的無線信號而不接收鏡像噪聲成分的天線單元，和一種消除了從天線單元接收的信號中的具有預(yù)定頻率的鏡像噪聲的阻抗匹配單元。


參考如下附圖，詳細(xì)說明優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將會很清楚圖1是表示外差式接收機(jī)的方塊圖，該接收機(jī)作為在接收的信號中具有鏡像頻率成分的接收機(jī)的代表性例子；圖2是表示當(dāng)有用信號和鏡像信號通過圖1的外差式接收機(jī)中的鏡像抑制濾波器(image-reject filter)和下變頻器(downconversion mixer)時，鏡像抑制濾波器的射頻輸入信號和下變頻器的輸出信號的頻域頻譜；圖3是表示具有附加的鏡像抑制功能的偶極天線和單極天線；圖4是表示對應(yīng)于用于韓國PCS通信頻帶的鏡像抑制偶極天線和一般天線兩者的50歐姆規(guī)定阻抗的反射損耗大小的圖表；圖5是表示在圖4的反射阻抗被轉(zhuǎn)換成阻抗不匹配因子和抑制鏡像天線和普通天線接收和發(fā)送信號的效率的情況的圖；圖6是表示一種結(jié)構(gòu)，其中，其包含通過具有鏡像頻率的信號、并聯(lián)于阻抗匹配電路末端的帶通濾波器(BPF)；圖7是表示一種結(jié)構(gòu)，其中，其包含不通過具有鏡像頻率的信號、串聯(lián)于阻抗匹配電路末端的陷波濾波器；及圖8是表示其中使用開放式導(dǎo)線(open stub)調(diào)諧器，鏡像頻率的輸入阻抗為0的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施萬式在下文中，通過參考附圖，描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，詳細(xì)地說明本發(fā)明。
如果鏡像頻率存在方法(image frequency existence method)被采用來設(shè)計接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，則不能精確地知道相應(yīng)的鏡像頻帶。因而，在存在鏡像信號的鏡像頻帶中的噪聲分量應(yīng)當(dāng)在電路中被抑制，這可以被用來設(shè)計天線和天線匹配器。因此，天線可以被設(shè)計成高效接收具有有用頻率的信號，同時不接收具有鏡像頻帶的信號。此外，天線匹配電路可以被設(shè)計成能通過在有用信號的頻帶上的信號，而不能通過具有鏡像頻帶的信號。如果天線和天線匹配電路如上單獨(dú)構(gòu)造或互相結(jié)合，即使存在空中廣播波形大鏡像噪聲成分(over-the-air broadcast-shaped large image noise component)，小噪聲被接收并且更小量的鏡像噪聲被發(fā)送給后面電路。
圖3是本發(fā)明被應(yīng)用到偶極和單極導(dǎo)線天線的例子。整個導(dǎo)線的長度是lRF，陷波(帶阻)濾波器設(shè)置在離饋電點(diǎn)(feeding point)lIM的位置。陷波濾波器的阻斷頻帶等于鏡像頻帶。因此，根據(jù)電子特性，圖3的天線在鏡像頻帶上具有長度lIM，在包含有用頻率的其它頻帶上具有長度lRF。
根據(jù)天線工程，如果導(dǎo)線天線的長度比操作頻率的波長小很多，天線的輸入阻抗的實(shí)部接近0，它的虛部變得非常大。假設(shè)天線與具有標(biāo)準(zhǔn)阻抗(例如，50歐姆)的饋電線路連接，天線幾乎不能在相應(yīng)頻率上執(zhí)行發(fā)送和接收功能。如果陷波濾波器被設(shè)置在接近饋電點(diǎn)，以便天線的長度小于相應(yīng)的鏡像噪聲頻帶的波長，天線幾乎不能接收具有鏡像頻帶的信號。鏡像頻率是fIM，對應(yīng)于鏡像頻率fIM的波長是λIM。滿足關(guān)系lIM＜＜λIM/4。而且，有用頻率是fRF，對應(yīng)于頻率fRF的波長是λRF。在陷波濾波器插入的情況下，調(diào)整天線的長度lRF，以便在頻率fRF上，更加有效地執(zhí)行接收功能。即，天線的輸入阻抗接近所用的標(biāo)準(zhǔn)阻抗。
天線在頻率fRF上執(zhí)行發(fā)送和接收功能，而在頻率fIM上幾乎不能執(zhí)行發(fā)送和接收功能。傳統(tǒng)天線的問題是，傳統(tǒng)天線被設(shè)計成在頻率fRF上有效地執(zhí)行接收和發(fā)送功能，而且與根據(jù)本發(fā)明的天線相比，在鏡像頻率fIM上接收了大量鏡像噪聲。
圖4和圖5表示本發(fā)明應(yīng)用到用于韓國PCS無線終端的偶極天線的仿真結(jié)果。圖4和圖5表示了由感興趣的天線設(shè)計者測量的天線輸入終端的頻率函數(shù)分別表示的反射損耗S11和阻抗不匹配因子q＝1-|S11|2的情況。當(dāng)S11的值越小，在相應(yīng)頻率上，更加有效地執(zhí)行發(fā)送和接收功能，而當(dāng)S11的值越大，由于阻抗不匹配，幾乎不能執(zhí)行發(fā)送和接收功能。反過來看，當(dāng)q的值接近0dB，發(fā)送和接收功能被有效地執(zhí)行。在韓國PCS通信中，發(fā)送頻率1750MHz到1780MHz以及接收頻率1840MHz到1870MHz被使用，PCS終端采用外差式接收方法，它的中間頻率是220.38MHz。從這些標(biāo)準(zhǔn)的要求，鏡像頻率帶被設(shè)置為1399.2MHz到1429.2MHz。
虛線表示傳統(tǒng)偶極天線的S11，實(shí)線表示根據(jù)本發(fā)明的偶極天線的S11。LC并聯(lián)諧振濾波器被用作帶通濾波器(BPF)，LC并聯(lián)諧振濾波器的諧振點(diǎn)被設(shè)置為1414MHz，其作為鏡像頻帶的中間點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，S11在PCS的發(fā)送和接收頻帶(1750MHz到1870MHz)上增加很小，因而帶寬減小很少。然而，S11的增加導(dǎo)致了在q上幾分鐘內(nèi)的1dB的差值。
在發(fā)送和接收頻帶上，根據(jù)本發(fā)明的天線的q值最少低于傳統(tǒng)天線的q值10dB，因而，根據(jù)本發(fā)明的天線接收比以空中廣播信號形狀存在的鏡像頻率的噪聲信號最少低10dB的噪聲成分。
匹配電路能夠被設(shè)計成具有抑制鏡像的功能。具有鏡像抑制功能的匹配電路可以和前面的鏡像抑制天線或傳統(tǒng)天線結(jié)合在一起。
當(dāng)在天線的輸入阻抗和有用頻帶的標(biāo)準(zhǔn)阻抗之間存在很大的差值時，阻抗匹配電路能夠?qū)⑻炀€的阻抗轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)阻抗，同時最小化匹配電路的損耗。在用于設(shè)計匹配電路的傳統(tǒng)方法中，有用阻抗轉(zhuǎn)換在有用頻帶上執(zhí)行，但是其它頻帶的阻抗轉(zhuǎn)換特性沒有被考慮。如果匹配電路被設(shè)計成在有用頻帶上執(zhí)行阻抗轉(zhuǎn)換并在有用鏡像頻帶上阻抗不匹配，則在匹配電路中，能夠獲得鏡像抑制效果。
從電路中看天線和匹配電路，將反射損耗S11的大小設(shè)置到1是一個目的。當(dāng)使用沒有損耗的匹配電路時，為了將S11的大小設(shè)置為1，天線和匹配電路的輸入阻抗可以具有純虛數(shù)數(shù)字成分或無限大的實(shí)部成分。因而，匹配電路只被設(shè)計成在鏡像頻帶上，具有“短路”或“斷路”電特性。
如圖6所示，電特性“短路”可通過將BPF并聯(lián)在已知傳統(tǒng)匹配電路的前端或后端獲得，其中BPF只能通過鏡像頻帶。以這種方式，因?yàn)锽PF，從鏡像頻帶看天線和匹配電路，S11的大小變成1。新匹配電路的剩下部分用傳統(tǒng)方法設(shè)計，以便在頻率fRF上的天線的阻抗被轉(zhuǎn)換成響應(yīng)BPF的fRF頻率的標(biāo)準(zhǔn)阻抗。
電特性“斷路”可通過只在鏡像頻帶上串聯(lián)下述陷波濾波器獲得，陷波濾波器僅僅不能通過鏡像頻帶，如圖7所示。除了陷波濾波器之外的匹配電路的剩下部分用傳統(tǒng)方法設(shè)計來將在頻率fRF上的天線的阻抗轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)阻抗。
當(dāng)通過組合沒有損耗的元件，例如L和C，構(gòu)造匹配電路時，如果在鏡像頻帶上的BPF或陷波濾波器被使用，確保了在鏡像頻率fIM上S11是1。如果考慮BPF和陷波濾波器的頻率上的效果來設(shè)計匹配電路的剩下部分，可以在頻率fRF最小化S11的大小，因而，方法非常清楚。此外，當(dāng)BPF或陷波濾波器被使用時，濾波器不必位于匹配電路的天線的末端或RF電路的末端，如圖6和圖7所示。甚至，當(dāng)濾波器的元件/功能部分位于中間位置，而不是整個匹配電路的兩端時，匹配電路執(zhí)行鏡像抑制功能。圖6和圖7表示濾波器位于匹配電路的兩端的實(shí)施例。
圖8表示其中從短導(dǎo)線(stub)的輸入端看的阻抗是0和開放式短導(dǎo)線(open stub)的長度是λg/4的結(jié)構(gòu)，它可以使用印刷電路技術(shù)很容易地實(shí)現(xiàn)。在這里，λg表示在印刷電路底層上的傳輸線的導(dǎo)波長(guided wavelength)。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)設(shè)計天線和匹配電路時，通過包含鏡像抑制功能可以最小化或消除傳輸?shù)胶罄m(xù)電路的鏡像頻率的噪聲成分，因而實(shí)現(xiàn)整個接收機(jī)的改善的鏡像抑制性能。此外，如果定義用于所需的鏡像抑制性能的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)要求，可以設(shè)計電路來解決在天線和阻抗匹配電路的部分系統(tǒng)要求，以及獲得在電路設(shè)計部分的剩余抑制量。因而，減少加到電路的鏡像抑制性能的標(biāo)準(zhǔn)要求。本發(fā)明的鏡像抑制效果分別應(yīng)用到天線和匹配電路，因而在已經(jīng)生產(chǎn)的無線通信設(shè)備中，天線和天線匹配電路中一個，或同時被修改，從而獲得鏡像抑制性能。
雖然，本發(fā)明參考優(yōu)選實(shí)施例被詳細(xì)展示和說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在沒有脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上，作出各種變化。因而，公開的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為形成限制的觀點(diǎn)，而是描述的觀點(diǎn)。本發(fā)明的范圍不是在上述描述中，而是在權(quán)利要求中公開，在等價范圍之內(nèi)的不同應(yīng)該解釋為包含在本發(fā)明之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鏡像抑制天線，包括天線單元，用于從空中接收無線信號；及鏡像抑制單元，用于消除從天線單元接收的信號中的具有預(yù)定頻率的鏡像信號。
2.如權(quán)利要求1所述的鏡像抑制天線，其中，鏡像抑制單元被連接到天線單元和接地點(diǎn)，并且在從天線單元接收的信號中的鏡像成分信號的頻率上短路。
3.如權(quán)利要求1所述的鏡像抑制天線，其中，鏡像抑制單元通過具有鏡像成分信號的1/4波長長度的開放式短導(dǎo)線制成。
4.如權(quán)利要求2所述的鏡像抑制天線，其中，鏡像抑制單元通過具有鏡像成分信號的1/4波長長度的開放式短導(dǎo)線制成。
5.如權(quán)利要求1所述的鏡像抑制天線，其中，在鏡像抑制單元中，在從天線單元接收的信號的虛部數(shù)字成分的頻率上諧振的陷波濾波器被安置在小于從天線單元的虛部數(shù)字成分的波長的距離上。
6.一種接收預(yù)定信號并向用于執(zhí)行預(yù)定功能的RF電路提供信號的天線，該天線包括天線單元，用于從空中接收無線信號；鏡像抑制單元，用于在從天線單元接收的信號中去除具有預(yù)定頻率的鏡像信號；及阻抗匹配單元，用于匹配天線的阻抗和RF電路的阻抗，并向RF電路單元提供去除鏡像信號的接收信號。
7.如權(quán)利要求6所述的天線，其中，鏡像抑制單元是并聯(lián)在阻抗匹配單元的前后端的并且只通過從天線單元接收的信號中的鏡像成分的頻率的帶通濾波器(BPF)。
8.如權(quán)利要求6所述的天線，其中，鏡像抑制單元是串聯(lián)在阻抗匹配單元的前端或后端的并且僅僅不能通過從天線單元接收的信號中的鏡像成分的頻率的陷波濾波器。
全文摘要
一種鏡像抑制天線，具有用于從天線接收的信號中攔截鏡像頻率信號的功能。鏡像抑制天線包括天線單元，用于從空中接收無線信號，或?qū)㈩A(yù)定信號發(fā)送到空中，并且在接收信號時，不接收鏡像噪聲；和阻抗匹配單元，用于去除在從天線單元接收的信號中的具有預(yù)定頻率的鏡像噪聲。傳輸?shù)胶竺骐娐返溺R像頻率的噪聲成分可以被最小化，或通過在設(shè)計天線和匹配電路時，包含鏡像抑制功能去除噪聲成分，因而實(shí)現(xiàn)整個接收機(jī)的改善的鏡像抑制性能。
文檔編號H04B1/18GK1457150SQ0310444
公開日2003年11月19日 申請日期2003年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月6日
發(fā)明者權(quán)度薰 申請人:三星電子株式會社