專利名稱：雙天線和無線電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在至少包括兩根天線的天線結(jié)構(gòu)中增強天線之間電絕緣的裝置。本發(fā)明還涉及采用根據(jù)本發(fā)明的雙天線的無線電設(shè)備。
也可以通過在天線之間配置電絕緣來降低它們之間的電磁耦合。圖1說明了這樣一種已知方案。圖1顯示根據(jù)第一系統(tǒng)操作的發(fā)射機天線端和根據(jù)第二系統(tǒng)操作的接收機天線端。發(fā)射機包括串聯(lián)的RF功率放大器PA、發(fā)射端天線濾波器SFI和發(fā)射天線110。濾波器SFI相對簡單，其通帶衰減不高，不會造成有害影響。接收機包括連接到接收端天線濾波器RFI的接收天線120，而接收端天線濾波器RFI又連接到低噪聲放大器LNA。第一系統(tǒng)例如是GSM1800(全球移動通信系統(tǒng))，而第二系統(tǒng)是例如其中接收頻率為1574.42MHz的GPS(全球定位系統(tǒng))。這種情況下，由于GPS接收頻率與GSM發(fā)射頻帶之間的間隔只是135MHz，因此GPS接收將易受到GSM發(fā)射的影響。在圖1中，天線標號之間有一條線105，它指的是一種電磁絕緣發(fā)射和接收天線的裝置。這樣一種裝置可以是例如放在天線部件之間的接地金屬條。這種方案的缺點是它增加了硬件數(shù)量和生產(chǎn)成本。此外，天線的定向特性也受到損害。
本發(fā)明的基本思想如下天線結(jié)構(gòu)包括至少兩根相鄰但具有不同操作頻帶的獨立天線。干擾天線包括可在另一天線操作頻帶上大大降低輻射特性的結(jié)構(gòu)部件。這減少了另一天線連接的接收機中的干擾電平。為實現(xiàn)本發(fā)明，PIFA(平面倒F型天線)例如可具有在另一天線操作頻率中具有并聯(lián)諧振的導體結(jié)構(gòu)，而不是短路導體。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是使用獨立天線的無線電部件的相互干擾可變得相對很小，但無需在天線單元之間使用電絕緣裝置。這是基于以下事實干擾天線的發(fā)射功率在另一天線的操作頻帶中下降。本發(fā)明的另一優(yōu)點是它使天線濾波器設(shè)計更容易并減少了天線濾波器引起的缺陷。本發(fā)明的再一個優(yōu)點是根據(jù)本發(fā)明的裝置將不會影響天線的定向特性。本發(fā)明的又一個優(yōu)點是必需的結(jié)構(gòu)部件可部分地連同天線單元生產(chǎn)一起實現(xiàn)，而無需額外的生產(chǎn)階段。


下面將詳細描述本發(fā)明。描述參照附圖，其中圖1顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的天線絕緣方案；圖2示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的天線絕緣方案；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的一個示例；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第二示例；圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第三示例；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第四示例；圖7a、b顯示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第五示例；圖8a、b顯示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第六示例；圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的裝置的天線絕緣效果示例；圖10顯示配有根據(jù)本發(fā)明的天線的無線電設(shè)備的示例。
圖2示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的天線絕緣方案。與圖1相同，圖2也顯示了根據(jù)第一系統(tǒng)操作的發(fā)射機天線端和根據(jù)第二系統(tǒng)操作的接收機天線端。與圖1的不同之處在于發(fā)射天線210與接收天線220之間現(xiàn)在沒有電磁絕緣裝置。相反，圖2顯示了標號215，它指的是發(fā)射天線結(jié)構(gòu)中包括的用于提供天線電磁絕緣的裝置。實現(xiàn)絕緣后，裝置215使發(fā)射天線210的輻射特性在接收天線220的操作頻帶中產(chǎn)生實質(zhì)性下降。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)示例。它包括兩個PIFA類型的天線，其中將整體的相當大的地平面GND用作接地電極。第一天線310包括輻射平面311，雖然它也可以作為雙向系統(tǒng)的接收天線，但讓我們稱其為發(fā)射天線。第二天線320包括輻射平面321，雖然它也可以作為雙向系統(tǒng)的發(fā)射天線，但讓我們稱其為接收天線。接收天線320還包括常規(guī)短路導體322和饋電導體325。
發(fā)射天線310的饋電導體315也是常規(guī)的。但是，短路導體是根據(jù)本發(fā)明的。在此示例中，短路導體，或?qū)嶋H上的短路裝置包括導線314和輻射平面311的延伸312，一直到地平面，該延伸具有與地平面GND平行的導電板313。導電板313與地平面彼此很近，從而在它們之間存在有效電容C。導線314的形狀在此示例中是弓形的。它的一端連接到地平面而另一端連接到輻射平面靠近其延伸312的開始處。導線很細，因而除電容C外，它還產(chǎn)生了有效電感L。得到的并聯(lián)諧振電路的大小應使得其諧振頻率等于接收天線320接收頻帶的中心頻率。所述諧振電路的阻抗在發(fā)射天線310的操作頻帶中很小，因此，天線輻射和接收良好。在接收天線的操作頻帶中，所述諧振電路的阻抗很高，而發(fā)射天線的匹配很差，因此其輻射很弱。由于操作現(xiàn)在不在發(fā)射天線合適的操作頻帶進行，這時的匹配當然會降低。然而，如果天線頻帶彼此相當靠近，則這不會在它們之間產(chǎn)生足夠的絕緣。根據(jù)本發(fā)明的裝置明顯增強了絕緣。
圖3未顯示輻射平面的任何支撐結(jié)構(gòu)。這樣一種結(jié)構(gòu)可包括例如沿平面邊緣的電介質(zhì)框。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第二示例。與圖3一樣，具有兩根彼此非?？拷钠叫刑炀€。各天線的輻射元件在這種情況下是印刷電路板401表面上的導電圖。接收天線420的輻射/接收元件是彎曲的圖案。發(fā)射天線410是PIFA。在此示例中該天線具有兩個頻帶，這是由于輻射平面411被絕緣槽419分成兩個不同長度的分支。發(fā)射天線與圖3所示結(jié)構(gòu)相同，它包括作為并聯(lián)諧振電路的短路裝置。這種情況下，短路裝置包括連接到輻射平面411的第一導電塊412、連接到地平面GND的第二導電塊413以及導線414。第一和第二導電塊彼此面對。它們相對的表面是平的且彼此很近，因此在第一導電塊和第二導電塊之間存在有效電容C。第一導電塊可以和輻射平面411形成單個實體，而第二傳導塊可以和接地平面形成單一實體。導線414從地平面開始，形成單個環(huán)形，經(jīng)過電路板中的通孔，并在輻射平面的第一導電塊連接點附近終止。導線414具有某個電感值L。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第三示例。在此示例中，第一天線，即發(fā)射天線是PIFA，而第二天線，或接收天線是單極天線，其鞭狀元件521可以被推入無線電設(shè)備中。兩根天線共享的地平面GND此處是無線電設(shè)備中印刷電路板505表面上的導電平面。在此示例中，發(fā)射天線的短路導體512是常規(guī)裝置，但天線饋電裝置是根據(jù)本發(fā)明的裝置。常規(guī)饋電導體被替換為串聯(lián)的分立電容516和導體515。從發(fā)射天線的輻射平面511的方向看，電容位于印刷電路板505的另一側(cè)。電容的一個電極連接到饋電天線端口AP，并且導體515的一端連接到輻射平面511的饋電點F。所選導體515的厚度以使其電感值L適合為準。串聯(lián)諧振電路被設(shè)計為使其諧振頻率等于發(fā)射天線操作頻帶的中心頻率。串聯(lián)諧振電路的阻抗在發(fā)射天線的操作頻帶中很小，因此天線的輻射和接收良好。在接收天線的操作頻帶中，串聯(lián)諧振電路的阻抗很高，而發(fā)射天線的匹配很差，因此其發(fā)射很弱。
圖5顯示了支撐輻射平面511的框架508的小部分。除延伸的鞭狀元件下端旁印刷電路板505上的絕緣塊529，未顯示鞭狀元件521的支撐結(jié)構(gòu)。鞭狀天線的饋電導體525通過所述塊進入所述塊529上的接觸面。
圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第四示例。在兩根天線中，僅顯示了發(fā)射天線，其發(fā)射傾向于干擾另一天線的接收。在此示例中，發(fā)射天線610也是PIFA；它在輻射面的F點饋電，并具有短路導體612。無線電設(shè)備中電路板605的上表面，或者說離輻射平面最近的表面上的導電層用作地平面GND。饋電是電容性的。發(fā)射天線的天線端口AP的“熱”電極電連接到電路板605的上表面上的導電區(qū)602，該區(qū)域與接地平面隔離。在此導電區(qū)之上，有一塊平行導電板617，它通過導體615電連接到輻射平面上它的饋電點F。在導電區(qū)602與導電板617之間，存在一定的電容值C。所述導體之間的間隔可包括空氣或某種電介質(zhì)材料，以增加電容值并穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。短路導體612很薄，因而其電感值L對天線的操作是重要的。除了此處顯示的直導體，它自然可以是繞成線圈的導體。
圖6還顯示了天線610的簡化等效電路。從天線端口AP開始并沿著饋電導體，首先是電容值C和饋電點F。在后者與信號接地之間有天線輻射電阻值Rr。從饋電點開始到輻射平面的短路點S，存在某種主要為電抗性的阻抗Z。在短路點與信號地之間存在電感值L。天線端口的另一電極連接到信號地。所選電容C和電感L的值應使得發(fā)射天線在其自己的操作頻帶中匹配，即可從天線端口中“看到”的阻抗幾乎是電阻性的并且相當接近于饋電源的內(nèi)部阻抗。當移入另一天線的操作頻帶時，由于輻射電阻值變?yōu)殡娍剐缘?，并且根?jù)本發(fā)明，由于電感值L和電容值C的原因，發(fā)射天線的匹配會下降。
圖7a和b顯示根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第五示例。兩根天線中，僅顯示了發(fā)射天線，其發(fā)射傾向于干擾另一天線的接收。圖7a中從饋電和短路導體側(cè)顯示了發(fā)射PIFA 710，而在圖7b中還橫向但從圖7a所示位置水平旋轉(zhuǎn)90度顯示了發(fā)射PIFA 710。在此示例中，輻射平面711與地平面GND之間有一個小電路板707延伸在其間。電路板707包括直微型條712和微型條715，直微型條712用作短路導體，而微型條715用作饋電導體。后者很薄，因而具有有效電感。在這里，饋電條715的下端連接到天線710的天線端口AP。饋電條的中間點電容性地通過電路板707上的片狀電容716連接到地。這種饋電配置的設(shè)計使得發(fā)射天線在其操作頻帶中匹配良好，但在接收天線的操作頻帶中相對較差。
圖8a和b顯示了根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的第六示例。這種情況下，也未顯示要屏蔽的接收天線。圖8a中從饋電和短路導體側(cè)顯示了發(fā)射PIFA 810。在輻射平面811與地平面GND之間有一個小印刷電路板807延伸在其間。圖8b中從后面對其進行了圖示，即從天線810內(nèi)所顯示的。印刷電路板807包括直饋電微型條815和短路條812a與812b。印刷電路板正面上第一短路條812a從輻射平面811開始，并形成長方形的“螺旋”以增加電感值。在經(jīng)過通孔后，它在印刷電路板后側(cè)的另一短路條812b的繼續(xù)。后者通過其下端連接到地平面。在印刷電路板后側(cè)，也有與短路條812a、b所形成的線圈并聯(lián)的片狀電容813。所得到的諧振電路在設(shè)計上與圖3和圖4所述的情況類似諧振電路的阻抗在發(fā)射天線810的操作頻帶中較低，但在接收天線的操作頻帶中較高。
圖9顯示可以根據(jù)本發(fā)明在天線之間實現(xiàn)的改進電絕緣的示例。測試信號被饋入GSM1800系統(tǒng)的天線中，并且在同一無線電設(shè)備中的GPS接收機天線輸出中進行電平測量。曲線91表示沒有特殊GPS接收屏蔽時天線的絕緣衰減。絕緣衰減當然在測試信號的頻率為1575.42MHz或GPS系統(tǒng)中使用的頻率時最??；在那時的衰減只有3.8dB。曲線92顯示發(fā)射天線已根據(jù)本發(fā)明進行修改以屏蔽GPS接收時天線的絕緣衰減。在GPS頻率下，發(fā)射天線中的諧振電路將絕緣衰減提高了大約17dB，使其達到20.8dB。對應于圖1的現(xiàn)有技術(shù)絕緣配置實際上將產(chǎn)生大約10dB的絕緣衰減，因此，與該裝置相比，改進也相當大。
圖10顯示無線電設(shè)備MS。它具有第一010和第二020天線。第一天線包括根據(jù)本發(fā)明的裝置012。
在上面我們論述了根據(jù)本發(fā)明的幾個解決方案。本發(fā)明并不限制根據(jù)本發(fā)明的天線單元和其它部件的形狀，也不限制天線的制造方法。此外，兩根天線均可包括根據(jù)本發(fā)明的配置。例如，在設(shè)備包括獨立的UMTS(通用移動通信系統(tǒng))和WLAN(無線局域網(wǎng))天線時，可能就是這種情況。本發(fā)明思想可在獨立權(quán)利要求1定義的范圍內(nèi)以各種方式進行應用。
權(quán)利要求
1.一種用于增強天線之間電絕緣的裝置，所述天線包括屬于同一個無線電設(shè)備的第一天線和第二天線，其特征在于至少所述第一天線(310；410；610；710；810)包括降低其在所述第二天線(320；420)的操作頻帶上的匹配的結(jié)構(gòu)部件。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一天線是PIFA，其特征在于所述降低所述第一天線(310；410；810)的所述匹配的結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，所述并聯(lián)諧振電路代替所述PIFA中的短路導體，并且所述并聯(lián)諧振電路的諧振頻率基本上與所述第二天線(320；420)的諧振頻率相同。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述并聯(lián)諧振電路包括在所述輻射平面和地平面之間在某個對應于所述第一天線的短路點的點上基本為電感性的電路元件(314；414；812a；812b)，以及在對應于所述短路點的某個區(qū)域中大大增強電容值的電容性電路元件(312；313；412；413；813)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一天線是PIFA，其特征在于所述降低所述第一天線的所述匹配的結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成串聯(lián)諧振電路，所述串聯(lián)諧振電路代替所述PIFA中的饋電導體，并且所述串聯(lián)諧振電路的所述諧振頻率基本上與所述第一天線的所述諧振頻率相同。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述串聯(lián)諧振電路包括基本上為電感性的電路元件(515)和形成串聯(lián)電容值的電容性電路元件(516)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一天線是PIFA，其特征在于所述降低所述第一天線的所述匹配的所述結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成代替所述PIFA中的短路導體的電感性電路元件(612)和代替所述PIFA中的饋電導體的電容性電路元件(615；617；602)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一天線是PIFA，其特征在于所述裝置包括在所述第一天線(710；810)的所述輻射平面與地平面之間的電路板(707；807)，并且所述降低所述第一天線的所述匹配的所述結(jié)構(gòu)部件位于所述電路板上。
8.如以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述電容性電路元件由與所述第一天線中所述輻射平面和/或地平面連接的導電材料(312；412；413；615；617)構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1-7中任何一項所述的裝置，其特征在于所述電容性電路元件包括分立電容(516；716；813)。
10.如以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述電感性電路元件由與所述第一天線中的所述輻射平面和/或地平面連接的導電材料(314；414；515；612；715；812a；812b)構(gòu)成。
11.如以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述電感性電路元件包括線圈。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于所述線圈是電路板(807)的表面上螺旋狀的微型條(812a)。
13.一種具有第一天線和第二天線的無線電設(shè)備(MS)，其特征在于至少所述第一天線(010)包括降低其在所述第二天線(020)的操作頻帶上的匹配進而增強所述天線之間的所述電絕緣的結(jié)構(gòu)部件(012)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在至少包括兩根天線的天線結(jié)構(gòu)中增強天線之間電絕緣的裝置以及應用該裝置的無線電設(shè)備。為增強天線絕緣,干擾天線包括在另一天線的操作頻帶中造成輻射特性大大降低的部件。例如,PIFA(310)可包括在另一天線(320)的操作頻帶中具有并聯(lián)諧振的導電結(jié)構(gòu)(312、313、314)而不是短路導體。使用獨立天線的無線電部件的相互干擾可以變得相對較小并無需在天線單元之間的電絕緣裝置。此外,本發(fā)明使天線濾波器設(shè)計更容易且減少了天線濾波器引起的缺陷。
文檔編號H01Q9/04GK1423368SQ02154349
公開日2003年6月11日 申請日期2002年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月27日
發(fā)明者K·科斯基尼米, J·米科拉 申請人:菲爾特朗尼克Lk有限公司