專利名稱：分集接收時隙的平面天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有輻射分集的平面天線。它尤其涉及一種可以用在無線傳輸領(lǐng)域中的天線，特別是在諸如家庭環(huán)境、體育館、電視演播室、影院或類似的房間之類的封閉或半封閉環(huán)境中的傳輸架構(gòu)(framework)內(nèi)。
背景技術(shù)：
在已知的高速無線傳輸系統(tǒng)中，由發(fā)射機發(fā)射的信號通過沿由信號在墻、家具或類似器件的許多反射而引起的多條路徑到達接收機。當在接收機處合并時，經(jīng)過不同長度的路徑的不同射束之間的相位差引起了干擾圖，可能導(dǎo)致信號的衰落或嚴重惡化。
現(xiàn)在，衰落的位置隨著時間根據(jù)環(huán)境的改變(例如新物體的出現(xiàn)或人的移動)而改變。由于多徑引起的衰落可以導(dǎo)致接收信號的質(zhì)量和系統(tǒng)性能方面的嚴重惡化。為了克服這些衰落現(xiàn)象，最常用的技術(shù)是使用空間分集。
其中，該技術(shù)包括使用由饋線連接到開關(guān)的、具有寬空間覆蓋的天線對。然而，使用這種類型的分集要求輻射元(radiating element)之間的最小間隔以確保從每個發(fā)射元件看去有足夠的信道響應(yīng)的解相關(guān)性。這種實現(xiàn)的一個固有缺點是發(fā)射元件之間的距離，這帶來特別是在尺寸和基板方面的代價。
提出了其他解決方案來克服該問題。這些解決方案中的一些使用發(fā)射分集，例如在申請人的法國專利A-2828584中所描述的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出具有輻射分集的新平面型天線。
因此，本發(fā)明涉及在基板上實現(xiàn)的平面天線，包括閉合形式的縫隙，被形成尺寸用來在至少一條饋線的短路平面中在給定的頻率上工作。在該天線中，設(shè)計縫隙的周長使得p＝kλs，其中k是大于1的整數(shù)，而λs是縫隙中的引導(dǎo)波長。此外，它包括至少一條置于縫隙的開路區(qū)域中的第一饋線和置于距離第一線d＝(2n+1)λs/4的第二饋線，其中n是大于或等于零的整數(shù)。
根據(jù)第一實施例，每個饋線在開路中終止，并且按照線/縫隙耦合耦合到縫隙，使得在轉(zhuǎn)換后線的長度等于(2k’+1)λm/4，其中λm是線下面的引導(dǎo)波長，而k’是正或零整數(shù)。也可以這樣實現(xiàn)線/縫隙耦合，即，微帶線在位于2k”λm/4處的短路終止，其中λm是線下面的引導(dǎo)波長，而k”是正或零整數(shù)。
根據(jù)第二實施例，每條饋線按照切線/縫隙轉(zhuǎn)換磁耦合到縫隙。
此外，縫隙的形狀可以是環(huán)狀、正方形、矩形、多邊形、三葉草葉形。如果縫隙是矩形，則饋線可以距離縫隙的對稱軸等距，或者根據(jù)縫隙的對稱軸放置饋線之一。


通過參照附圖閱讀下面不同實施例的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將顯現(xiàn)出來，其中圖1是第一實施例的圖解俯視圖。
圖2是示出圖1的天線參數(shù)的曲線。
圖3a和3b分別示出當圖1的天線分別由通路1和通路2饋送時它的輻射圖。
圖4是圖3的輻射圖的截面圖。
圖5示出在45°或135°處的第二通路的隔離曲線(isolation curve)S12。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一天線實施例的圖解俯視圖。
圖7a和7b分別示出當圖6的天線分別由通路1和通路2饋送時它的輻射圖。
圖8a和8b示出對于四分之一波長的不同值圖6的天線的參數(shù)S。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一天線實施例的圖解俯視圖。
圖10示出圖9的天線的參數(shù)S。
圖11a和11b分別示出圖9的天線的輻射圖。
圖12是天線的分集形狀的圖解俯視圖。
圖13是本發(fā)明再一個實施例的圖解俯視圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的、集成一個Tx通路和兩個Rx通路的天線的圖解圖。
具體實施例方式
為了簡化說明，相同的元件在圖中具有相同的附圖標記。
圖1到圖5涉及本發(fā)明的第一實施例。如圖1所示，平面天線由實現(xiàn)在基板2上的環(huán)狀縫隙(annular slot)1構(gòu)成，它是在未示出的接地平面(groundplane)上刻入的。天線工作在高階模式上，特別是在它的第一高階模式上。因此，環(huán)狀縫隙1的周長等于2λs，其中λs是縫隙中的引導(dǎo)波長(guidedwavelength)。通常，縫隙的周長是p＝kλs，其中k＞1。
如圖1所示，通過使用以微帶(microstrip)技術(shù)實現(xiàn)的饋線3來完成縫隙的激勵。線3與縫隙交叉以便根據(jù)Knorr描述的方法獲得微帶線和縫隙之間的耦合。因此，線3的長度Lm近似等于(2k’+1)λm/4，其中λm是線下面的引導(dǎo)波長，而k’是正整數(shù)或零，最常見的是Lm＝λm/4。此外，如圖1所示，環(huán)狀縫隙中的場分布具有最大場區(qū)域(開路的OC區(qū)域)和最小場區(qū)域(短路的SC區(qū)域)。饋線3在開路區(qū)域中與環(huán)狀縫隙交叉。由于饋線的位置和環(huán)狀縫隙的周長，兩個OC區(qū)域或兩個SC區(qū)域之間的距離是λs/2。這種縫隙中的場分布確定天線的輻射圖。與工作在其基本模式中的環(huán)狀縫隙不同(輻射與基板垂直)，輻射在基板的平面中。根據(jù)一個變型，饋線3在短路中終止。在這種情況下，選擇線的長度(Lm)使得Lm＝k”λm/4，其中k”是正整數(shù)或零。
根據(jù)本發(fā)明，以微帶技術(shù)實現(xiàn)并且根據(jù)Knorr方法與縫隙交叉的第二饋線4位于SC區(qū)域。根據(jù)上述規(guī)則確定饋線4的長度。因此，當由線4實現(xiàn)通路時，獲得與第一輻射圖互補的第二輻射圖。更具體地說，第二線位于相對第一線的+/-45°或+/-135°，即，在距離d處，d＝(2n+1)λs/4。兩個通路的相對位置使得能獲得良好的隔離。
下面將給出使用Zeland公司的IE3D軟件仿真的與圖1兼容的實施例的維數(shù)。在Rogers RO4003基板上(εr＝3.38，損耗角正切TanΔ＝0.0022和高度H＝0.81mm)實現(xiàn)如圖1所示的天線。該天線由環(huán)狀縫隙構(gòu)成，環(huán)狀縫隙的內(nèi)徑Rint＝13.4mm，外徑Rext＝13.8mm，即，平均直徑Ravg＝13.6mm?？p隙的寬度等于Ws＝0.4mm。使用微帶技術(shù)實現(xiàn)饋線，其具有寬度Wm＝0.3mm，且長度Lm＝λm/4，從而Lm＝Lm’＝8.25mm。
如圖1所示，當縫隙是圓形時，兩個通路1和2之間的距離對應(yīng)于周長的1/8，即，2πraverage/8＝10.68mm。這對應(yīng)于縫隙中的引導(dǎo)波長的四分之一(λs/4＝10.66mm)。在饋送線3、4的通路 和 處，阻抗是50歐姆。圖2示出了關(guān)于根據(jù)頻率的匹配參數(shù)和隔離S獲得的結(jié)果。在這種情況下看出得到了大約-20dB的隔離。
此外，根據(jù)圖3a和3b所示的輻射圖，當使用通路 時如圖3所示在方向Ox和Oy上定向的四個波瓣(lobe)被區(qū)別開來，而當使用通路 時，如圖3b所示，波瓣旋轉(zhuǎn)45°。因此，如圖4所示獲得了兩個互補的輻射圖，其中示出在圖3a和3b所示的輻射圖的平面 中的截面圖。
還應(yīng)當注意的是，使用該天線，在基板的平面中產(chǎn)生輻射，其允許獲得水平覆蓋以供例如單級使用。
根據(jù)本發(fā)明，第二通路，即，微帶線4可以放在與第一通路(即，饋線3)成+/-135°(+/-3λs/4)處。這允許在獲得的隔離程度上提高大約8dB，如圖5的兩條曲線S12(135°通路)和S12(45°通路)之間所示。
現(xiàn)在將參照圖6到8給出根據(jù)本發(fā)明的天線的另一天線實施例的描述。在該情況下，如圖6所示，使用矩形縫隙10而不是圓形的縫隙。矩形的長度是p＝2λs＝2(W+L)，其中W對應(yīng)于矩形的寬度而L對應(yīng)于矩形的長度。更一般地，p＝kλs＝2(W+L)。在這種情況下，如圖6所示，矩形縫隙由兩條使用微帶技術(shù)實現(xiàn)的饋線11和12饋送。該饋送是由根據(jù)上面提到的Knorr描述的方法的線/縫隙耦合而產(chǎn)生的。
根據(jù)本發(fā)明，第一饋線12位于結(jié)構(gòu)的對稱軸上，即，軸x，x’，而第二饋線(即線11)位于d＝(2n+1)λs/4距離處，其中n是大于或等于零的整數(shù)。在這些條件中，到饋線11的通路不是通過由饋線12實現(xiàn)的軸的對稱來獲得的。該不對稱位于匹配端口的阻抗處。實際上，在中心頻率和阻抗匹配頻段方面在S11和S12阻抗匹配之間出現(xiàn)不平衡。
在這種情況下，通過改變位于通路端口和線-縫隙轉(zhuǎn)換之間的四分之一波長(Lm’Wm’)可以使頻率重新回到中心，這將在下面說明。
如圖6所示，使用矩形，得到對線12饋送的圖7a或由線11饋送的圖7b所示的輻射圖?？梢钥闯?，獲得的輻射圖相對于圓形縫隙的輻射圖有變動，但仍然互補。因此，可以通過縫隙的形狀控制輻射圖。
下面描述圖6所示的天線的實踐實施例。使用IE3D軟件用下面毫米為單位的維數(shù)來仿真該天線L＝32.92mmW＝11.24mm
D＝18.84mmWs＝0.4mmLm＝Lm’＝8.85mmWm＝Wm’＝0.15mm。
如圖8a的曲線所示，可以看出在這種情況中，有兩個不以同一頻率為中心的、阻抗匹配的峰值。為了獲得兩個峰值的中心對準，改變通路1的四分之一波長使得Lm’＝7.85mm而Wm’＝0.75mm。在這種情況下，獲得了圖8b的參數(shù)S。對應(yīng)于線11的通路的四分之一波長未被改變，兩個阻抗匹配峰值以同一頻率為中心。
下面將參照圖9到11描述第三實施例。在這種情況下，用矩形縫隙20實現(xiàn)由具有閉合形狀的縫隙構(gòu)成的天線，矩形縫隙20具有由對于線xx’對稱的饋線21、22形成的兩個通路。使用這種對稱的通路結(jié)構(gòu)，如果選擇矩形縫隙的周長p使得p＝2λs＝2(W+L)，則獲得平衡匹配，其中W是矩形寬度而L是其長度，λs是縫隙中的引導(dǎo)波長。如上所述，還可以選擇p使得p＝kλs。此外，線22的通路和線21的通路之間的距離為d＝(2n+1)λs/4，其中n是大于或等于零的整數(shù)，并且由線21和22形成的通路與矩形縫隙的對稱軸XX’等距。
在這種情況下，如圖10所示，給出具有對稱通路的矩形縫隙的參數(shù)S，兩個阻抗匹配峰值完全重疊，但隔離的程度比由具有圖6所示的非對稱通路的矩形縫隙構(gòu)成的天線要高。
圖9的天線結(jié)構(gòu)根據(jù)使用的通路給出如圖11a和11b的圖所示的不同輻射圖。
上面所示的實施例涉及由閉合的環(huán)狀或矩形的縫隙構(gòu)成的平面天線。然而，如圖12所示，縫隙天線可以使用其他閉合形狀，特別是八邊形30、正方形40、三葉草葉形50。工作條件之一是縫隙的周長是縫隙中的引導(dǎo)波長的整數(shù)k倍(k大于或等于2)(p＝kλs)，并且通路之間的距離d滿足d＝2(n+1)λs/4，其中n是大于或等于零的整數(shù)。
在這種情況下，使用縫隙的高階模式，其允許獲得互補的輻射圖。特別是，提出的結(jié)構(gòu)在基板的平面中輻射，這與工作在其基本模式下的縫隙天線不同。
如圖13所示，根據(jù)本發(fā)明的一個變型，在本實施例中由環(huán)構(gòu)成的天線縫隙60可以由饋線61、62所示成切線地饋送。在這種情況下，使用相同的設(shè)計規(guī)則。切線饋送的優(yōu)點是使饋線在縫隙外面，并且增加帶寬。
根據(jù)本發(fā)明，如圖14所示，如果閉合形狀的縫隙天線由特別是矩形或正方形構(gòu)成，可以實現(xiàn)允許具有良好的隔離和2階的接收分集的接收/輻射操作的結(jié)構(gòu)。得到的Rx/Tx隔離在矩形縫隙的情況下由圖8所給出。由通路Tx饋送的天線的輻射圖對應(yīng)于圖7a的圖，而由通路Rx1饋送的天線的輻射圖對應(yīng)于圖7b的圖。類似地，由通路Rx2饋送的天線的輻射圖關(guān)于與圖7b所示的圖的軸Ox對稱。兩個通路Rx之間的距離是λs/2，或者更一般地是kλs/2，其中k是大于零的整數(shù)。這里，這兩個通路之間的隔離本質(zhì)上不是良好的。將在Rx通路處使用諸如SPDT電路之類的開關(guān)設(shè)備。
使用這種類型的結(jié)構(gòu)因此能夠獲得良好程度的隔離，并且當使用集成的開關(guān)設(shè)備時獲得具有很低總體維數(shù)的2階接收分集。
顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員明白可以在不超出所附權(quán)利要求書的范圍的前提下對上述結(jié)構(gòu)進行修改。特別地，可以使用共面技術(shù)或同軸線之外的技術(shù)實現(xiàn)饋線，其外核連接到基板上。
權(quán)利要求
1.一種在基板(2)上實現(xiàn)的平面天線，包括閉合形式的縫隙(1)，被形成尺寸用來在至少一條饋線(3，4)的短路平面中在給定的頻率上工作，其特征在于，選擇縫隙的周長使得p＝kλs，其中k是大于1的整數(shù)，而λs是縫隙中的引導(dǎo)波長，并且它包括至少一條置于縫隙的開路區(qū)域中的第一饋線(3)和置于距離第一線d＝(2n+1)λs/4的第二饋線(4)，其中n是大于或等于零的整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，每個饋線在開路中終止，并且按照線/縫隙耦合耦合到縫隙，使得在轉(zhuǎn)換后線的長度等于(2k’+1)λm/4，其中λm是線下面的引導(dǎo)波長，而k’是正或零整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，每條饋線按照線/縫隙耦合耦合到縫隙，微帶線在位于(2k’+1)λm/4處的短路終止，其中λm是線下面的引導(dǎo)波長，而k’是正或零整數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，每條饋線按照切線/縫隙轉(zhuǎn)換磁耦合到縫隙。
5.如權(quán)利要求1到3之一所述的天線，其特征在于，用微帶技術(shù)、共面技術(shù)或通過同軸線實現(xiàn)饋線。
6.如上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的天線，其特征在于，縫隙的形狀是環(huán)狀(1)、正方形(40)、矩形(10、20)、多邊形(30)、三葉草葉形(50)。
7.如權(quán)利要求6所述的天線，其特征在于，對于矩形(20)的縫隙，饋線(21、22)距離縫隙的對稱軸(x、x’)等距。
8.如權(quán)利要求6所述的天線，其特征在于，對于矩形(20)的縫隙，根據(jù)縫隙的對稱軸(x、x’)放置饋線(21、22)之一。
9.如上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的天線，其特征在于，它連接到允許接收分集的發(fā)射/接收裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在基板(2)上實現(xiàn)的平面天線，包括閉合形式的縫隙(1)，被形成尺寸用來在至少一條饋線(3，4)的短路平面中在給定的頻率上工作。在這種情況下，縫隙的周長被選擇以使得p＝kλs，其中k是大于1的整數(shù)，而λs是縫隙中引導(dǎo)的波長。所述天線還包括至少一條置于縫隙的開路區(qū)域中的第一饋線(3)和置于距離第一線d＝(2n+1)λs/4的第二饋線(4)，其中n是不少于零的整數(shù)。本發(fā)明尤其可應(yīng)用于無線傳輸。
文檔編號H01Q13/10GK1830117SQ200480021818
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者弗蘭克·圖多爾, 弗朗科伊斯·勒博爾澤, 菲利普·米納德 申請人:湯姆森特許公司