專利名稱：用于雙通信系統(tǒng)的采用單天線元件的高隔離度天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及天線系統(tǒng)，更具體地，涉及采用單天線元件和單接地平面的天線系統(tǒng)，該接地平面具有兩個(gè)獨(dú)立天線饋源和兩個(gè)天線饋源通路之間的隔離。
背景技術(shù)：
隨著天線系統(tǒng)變小，這些系統(tǒng)中的天線元件之間的間隔更是幾乎沒有。不僅天線元件之間的間隔具有影響系統(tǒng)輻射圖的潛能，而且其也影響天線元件之間的相互耦合的量。相互耦合是兩個(gè)或多個(gè)天線之間的電感/電容耦合，其有時(shí)會(huì)通過與傳輸?shù)男盘柕母缮婊蛲ㄟ^使得天線元件輻射出不需要的信號而導(dǎo)致不必要的性能下降。一般地，兩個(gè)天線元件布置得越接近，相互耦合的潛能越高。
因此，目前的天線設(shè)計(jì)者一般尋求降低多個(gè)天線元件之間的耦合(也就是增加隔離)的方式。這對于多通道系統(tǒng)是非常正確的，因?yàn)椹`個(gè)通道上的信號應(yīng)當(dāng)通常并理論上不受其他通道和天線系統(tǒng)上的信號的影響，所述天線系統(tǒng)需要在同一頻率或在相近的頻帶中運(yùn)行但彼此獨(dú)立工作的多個(gè)天線。ー些天線系統(tǒng)使用置于接地平面上方的天線元件。在這樣的系統(tǒng)中，天線元件可以在接地平面中感生流向其他天線元件的電流，并增加不希望的耦合。為了減小耦合，想到多種技術(shù)。例如，一個(gè)解決方案是分隔接地平面，從而使得可能干渉的兩個(gè)天線不會(huì)通過連續(xù)的接地平面相連接。但是，一般這種系統(tǒng)產(chǎn)生的隔離量不足。在第7，629，930號美國專利中，公開了ー種三維天線系統(tǒng)，其中第一天線元件和第二天線元件設(shè)置在接地平面上。在接地平面上設(shè)置ー個(gè)帶阻濾波器以使相互耦合引起的信號衰減。雖然該構(gòu)造中使用帶阻濾波器幫助天線元件隔離，但本領(lǐng)域中仍有在其他天線構(gòu)造中改進(jìn)天線元件隔離的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種天線系統(tǒng)，其包括具有類似單極性能的兩個(gè)天線饋源和連接到接地平面的單個(gè)共享連接部的天線元件。在一個(gè)實(shí)施方式中，單天線元件包括兩個(gè)天線部分。第一部分具有至少ー個(gè)第一波長的第一諧振頻率長度，由第一天線饋源和共享的接地連接部形成。第二部分具有至少ー個(gè)第二波長的第二諧振頻率長度，由第二天線饋源和共享的接地連接部形成。第一縫隙位于天線元件上的第一天線饋源和接地連接部之間，使得第一縫隙產(chǎn)生第一電感。至少第二縫隙位于天線元件上的第二天線饋源和接地連接部之間，使得第二縫隙產(chǎn)生第二電感。定位接地平面，使接地平面的一部分位于第一縫隙的至少一部分的正下方和第二縫隙的至少一部分的正下方，從而形成電容。第一縫隙電感和第二縫隙電感以及接地平面電容形成一個(gè)或多個(gè)過濾器部件，從而隔離天線元件的第一和第二天線元件部分中的第一
和第二諧振頻率。
優(yōu)勢在于利用單接地平面形成具有兩個(gè)獨(dú)立輻射部分的單天線元件。該構(gòu)造具有第一和第二天線元件部分的良好的阻抗匹配以及良好隔離。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的天線系統(tǒng)。圖2是信號強(qiáng)度與頻率的圖表，表示圖I的天線系統(tǒng)的良好阻抗匹配和隔離。圖3A-3E表示本發(fā)明的天線系統(tǒng)的多個(gè)天線元件構(gòu)造。圖4A-4C表示本發(fā)明的天線系統(tǒng)的示范性縫隙構(gòu)造。圖5表示用于本發(fā)明的天線系統(tǒng)的示范性接地平面構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式圖I示意性地表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的天線系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括單天線元件120和單接地平面110。天線元件120包括第一和第二輻射平面部分122和124 (也被描述為第一和第二天線部分)，其合并到一起形成單天線元件120。該兩個(gè)天線元件部分共享ー個(gè)接地連接部140。天線元件120的每個(gè)輻射部分122和124分別由第一天線饋源132和第二天線饋源134饋電。在圖I的示范性實(shí)施方式中，天線元件120位于襯底105的上表面上，而接地平面110位于襯底105的下表面上(由圖I中的虛線所指出)。襯底105可以是印刷電路板，其具有設(shè)置在印刷電路板的相反表面上的接地平面110和天線120?？蛇x地，襯底105可以選自ー種或多種介電材料。接地連接部140是印刷電路板中的導(dǎo)電通孔或任意其他合適的與接地平面的連接的導(dǎo)電連接部。每個(gè)天線元件部分的諧振長度是所需無線通信頻帶的單個(gè)波長。示范性的通信頻帶是エ業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)(Industrial, Scientific, Medical,簡稱ISM)頻帶，其具有約為2. 4GHz到2. 5GHz范圍內(nèi)的頻率。其他波長可以根據(jù)所需的天線應(yīng)用選擇。每個(gè)天線元件部分122和124的總頻率響應(yīng)取決于構(gòu)成每個(gè)天線元件部分的多個(gè)段的諧振長度。一般來說，隨著ー個(gè)部分長度的増加，諧振長度増加。隨著寬度増加，電容負(fù)載也增加，其影響天線部分的電場分布，使得電長度對于總物理距離尺寸更長，從而降低了諧振頻率。因而必須考慮全部天線部分的幾何形狀以產(chǎn)生所需的諧振頻率。注意到第一和第二諧振頻率可以是相同的或不同的；在示范性實(shí)施方式中，諧振頻率在彼此的10%以內(nèi)。示范性的平面天線構(gòu)造描繪在圖3中。圖3A和3C表示布置在多個(gè)角度的天線元件部分，其可以提升每個(gè)天線部分的隔離，尤其是圖3C的正交構(gòu)造。圖3D和3E表示曲折的通路/折疊的天線元件部分?；氐綀DI，兩個(gè)天線饋源元件132和134位于天線元件120的每個(gè)天線元件部分122、124中。兩個(gè)標(biāo)記為152和154的縫隙分別定為在接地連接部140和每個(gè)天線饋源132和134之間。由于每個(gè)縫隙產(chǎn)生一個(gè)電感，所以縫隙影響每個(gè)天線元件部分的阻抗匹配。精確的縫隙尺寸決定電感，并由此決定阻抗匹配特性。圖4A-4C描繪了多個(gè)縫隙結(jié)構(gòu)。圖4A描繪了曲折的縫隙通路；圖4B描繪的縫隙具有沿縫隙長度變換的寬度，產(chǎn)生可變的電感。圖3C中，形成離開主縫隙的多個(gè)殘端。這些殘端與通過接地平面延伸増加的電容相連接，阻擋多個(gè)特定頻率。如在圖I中所見的，一部分接地平面110與每個(gè)電感縫隙152和154的一部分“重疊”(接地平面位于襯底的反面，而天線位于正面)。這產(chǎn)生了電容，該電容與電感結(jié)合產(chǎn)生隔離帶阻濾波器的等同物。但是，由于引入了額外電容，覆蓋縫隙的接地平面的延伸進(jìn)ー步導(dǎo)致阻抗匹配。因此，電感和電容是平衡的以確保足夠的阻抗匹配和足夠的隔離。使用多個(gè)接地平面延伸的幾何結(jié)構(gòu)以平衡天線元件中的電感和電容，如圖5中所見的。注意到術(shù)語“接地平面延伸”提到覆蓋電感縫隙的接地平面的部分。但是，接地平面仍然是單個(gè)連續(xù)的元件。因而，術(shù)語“接地平面”包括此處分別討論以便于討論幾何外觀的這些接地平面延伸。接地平面延伸的大小和形狀選擇為與電感縫隙的大小和形狀相關(guān)，以產(chǎn)生所需的阻抗匹配和隔離的全部平衡。如圖5中所見的，接地平面延伸可以是單一的元件(例如圖1、5B和5C的三角形元件)或共同形成接地平面的延伸的多個(gè)元件(圖5A、5D和 5E)。如圖2中所見的，對于圖I的天線系統(tǒng)，在ISM頻帶達(dá)到充分的隔離和充分的阻抗 匹配。エ業(yè)適用性本發(fā)明用于多個(gè)無線通信系統(tǒng)。一個(gè)示范性應(yīng)用是電燈組件或其他電器，其具有使用一個(gè)天線部分的無線移動(dòng)傳感器模塊的和使用第二天線部分的第二接收器或收發(fā)器。前述內(nèi)容已經(jīng)列出了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，所公開的概念和具體實(shí)施例容易用作修改或者設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該意識(shí)到這種等價(jià)結(jié)構(gòu)并未背離所附權(quán)利要求書闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.ー種天線系統(tǒng)，包括天線元件和接地平面，該天線系統(tǒng)包括 天線元件，該天線元件包括 具有第一諧振頻率長度的第一天線元件部分，第一諧振頻率長度由第一天線饋源與耦合到接地平面的共享接地連接部形成； 具有第二諧振頻率長度的第二天線元件部分，第二諧振頻率長度由第二天線饋源與耦合到接地平面的共享接地連接部形成； 位于第一天線饋源和接地連接部之間的至少ー個(gè)第一縫隙，用于產(chǎn)生第一電感； 位于第二天線饋源和接地連接部之間的至少ー個(gè)第二縫隙，用于產(chǎn)生第二電感； 接地平面定位為使得接地平面的一部分位于第一縫隙的至少一部分的正下方和第二縫隙的至少一部分的正下方，從而增加天線元件的第一天線元件部分和第二天線元件部分中的第一諧振頻率和第二諧振頻率之間的隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于第一諧振頻率和第二諧振頻率在彼此的10%以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一歩包括襯底，其中天線元件是放置于襯底的第一表面上的平面導(dǎo)電材料，接地平面是放置于襯底的第二表面上的平面導(dǎo)電材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線系統(tǒng)，其特征在于襯底選自ー種或多種介電材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線系統(tǒng)，其特征在于接地平面的連接部通過第一表面和第ニ表面之間的介電材料中的導(dǎo)電通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線系統(tǒng)，其特征在于天線元件包括ー個(gè)或多個(gè)平面折疊的臂天線部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線系統(tǒng)，其特征在于天線元件包括第一和第二正交臂部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于第一縫隙和第二縫隙中的至少ー個(gè)具有沿縫隙長度變化的縫隙幾何形狀，從而形成分配的阻杭。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于第一縫隙和第二縫隙中的至少ー個(gè)具有沿縫隙長度變化的寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于位于第一縫隙的至少一部分和第二縫隙的至少一部分的正下方的接地平面的一部分包括ー個(gè)或多個(gè)接地平面延伸元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于第一頻率和第二頻率是相同或不同的，并且處于約2. 4GHz至2. 5GHz的頻帶內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于第一縫隙電感和第二縫隙電感與接地平面電容相結(jié)合，形成一個(gè)或多個(gè)過濾部件，以隔離天線元件的第一天線元件部分和第ニ天線元件部分中的第一諧振頻率和第二諧振頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的天線系統(tǒng)，其特征在于所述過濾部件是帶阻濾波器。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于第一縫隙電感和第二縫隙電感與接地平面電容形成隔離電路的等同物，以增加天線元件的第一天線元件部分和第二天線元件部分中第一諧振頻率和第二諧振頻率之間的隔離。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于所述襯底是印刷電路板。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于第一諧振頻率具有至少ー個(gè)第一諧振波長，并且從第一天線饋源和共享的接地連接部開始的通路長度包括所述第一諧振波長。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線系統(tǒng)，其特征在于第二諧振頻率具有至少ー個(gè)第二諧振波長，并且從第二天線饋源和共享的接地連接部開始的通路長度包括所述第二諧振波長。
18.—種天線系統(tǒng)，包括天線元件和接地平面，該天線元件至少包括第一天線元件部分和第二天線元件部分，其每ー個(gè)都具有獨(dú)立的天線饋源和連接到接地平面的共享連接部，該天線系統(tǒng)包括 天線元件，該天線元件包括第一天線元件部分，該第一天線元件部分具有包括至少ー個(gè)第一諧振波長的第一諧振頻率范圍，并且從第一天線饋源和共享的接地連接部開始的通路長度包括所述第一諧振波長； 第二天線元件部分，該第二天線元件部分具有包括至少ー個(gè)第二波長的第二諧振頻率范圍，并且從第二天線饋源和共享的接地連接部開始的通路長度包括所述第一諧振波長； 位于天線元件上的第一天線饋源和接地連接部之間的至少ー個(gè)第一縫隙，第一縫隙產(chǎn)生第一電感； 位于天線元件上的第二天線饋源和接地連接部之間的至少ー個(gè)第二縫隙，第二縫隙產(chǎn)生第二電感； 接地平面定位為使得接地平面的一部分位于第一縫隙的至少一部分的正下方和第二縫隙的至少一部分的正下方，從而形成電容。
全文摘要
一種天線系統(tǒng)，其包括具有兩個(gè)天線饋源和連接到接地平面的共享連接部的天線元件。第一天線部分具有至少一個(gè)第一波長的第一諧振頻率長度，由第一天線饋源和共享的接地連接部形成。第二天線部分具有由第二饋源和共享的接地連接部形成的第二諧振頻率長度。第一和第二縫隙分別位于共享的接地連接部與第一饋源和與第二饋源之間，從而縫隙產(chǎn)生電感。接地平面的至少一部分位于第一和第二縫隙的至少一部分的正下方。第一和第二縫隙電感以及接地平面電容形成一個(gè)或多個(gè)過濾器部件，從而隔離天線元件中的第一和第二諧振頻率。
文檔編號H01Q1/38GK102694246SQ20121008868
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者柳江平, 梁振佳, 梁狄信, 馬廣汶 申請人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司