本申請(qǐng)要求于2014年4月15日提交的美國專利申請(qǐng)No.14/253,678的權(quán)益。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容涉及復(fù)合環(huán)形天線。

背景技術(shù)：

隨著新一代的蜂窩電話和其他無線通信設(shè)備變得越來越小并且嵌入有增加的應(yīng)用，需要新的天線設(shè)計(jì)來解決對(duì)這些設(shè)備的固有限制并且實(shí)現(xiàn)新的功能。利用常規(guī)天線結(jié)構(gòu)，需要特定物理體積來產(chǎn)生處于特定頻率并且具有特定帶寬的諧振天線結(jié)構(gòu)。然而，這樣的天線的有效實(shí)施方式常常面臨由于設(shè)備中的有限可用空間的大小約束。

天線效率是確定設(shè)備的性能的重要參數(shù)之一。具體地，輻射效率是描述輻射多么有效地進(jìn)行的度量，并且被表示為所輻射的功率與天線的輸入功率的比率。較有效的天線將輻射被饋送給其的能量的較高比例。類似地，由于天線的固有相互性，較有效的天線將接收到的能量中的更多轉(zhuǎn)換成電能。因此，對(duì)于各種各樣的應(yīng)用常常期望具有良好效率和緊湊尺寸兩者的天線。

常規(guī)環(huán)形天線通常是電流饋送設(shè)備，其主要產(chǎn)生磁(H)場(chǎng)。因此，它們通常不適合用作發(fā)送器。對(duì)于小的環(huán)形天線(即，小于或具有小于一個(gè)波長(zhǎng)的直徑的那些)尤其如此。由環(huán)形天線接收到的輻射能量的量部分由其面積確定。通常，環(huán)形的面積每次被減半，可以被接收到的其能量的量被減少大約3dB。因此，尺寸效率權(quán)衡是針對(duì)環(huán)形天線設(shè)計(jì)的主要考慮之一。

電壓饋送天線，例如偶極天線輻射電(E)場(chǎng)和H場(chǎng)兩者并且能夠被用在發(fā)送模式和接收模式兩者中。復(fù)合天線是其中橫磁(TM)模式和橫電(TE)模式兩者都被激發(fā)的復(fù)合天線，從而得到諸如寬帶寬(較低Q)、大輻射強(qiáng)度/功率/增益和良好效率的性能益處。存在二維的非復(fù)合天線的許多示例，其一般包括電路板上的印刷金屬條。這些天線是電壓饋送的。一個(gè)這種天線的示例是平面倒F型天線(PIFA)。大量天線設(shè)計(jì)利用四分之一波長(zhǎng)(或四分之一波長(zhǎng)的若干倍數(shù))的電壓饋送的偶極天線。

對(duì)MIMO(多輸入多輸出)技術(shù)的使用在當(dāng)今的無線通信設(shè)備中日益增加以提供增加的數(shù)據(jù)通信速率同時(shí)使出錯(cuò)率最小化。MIMO系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為通過同時(shí)使用幾個(gè)發(fā)送(Tx)天線來發(fā)送不同的信號(hào)并且同時(shí)使用幾個(gè)接收(Rx)天線來接收不同的信號(hào)來減輕來自多路徑環(huán)境的干擾，其中，不同的信號(hào)不是相同的但是為相同消息的不同變型。MIMO系統(tǒng)可以大體通過將相同的總發(fā)送功率散布在各天線上以便實(shí)現(xiàn)陣列增益來提供數(shù)據(jù)吞吐量的顯著增加而沒有額外的帶寬或增加的發(fā)送功率。MIMO協(xié)議構(gòu)成諸如IEEE 802.11n(WiFi)、4G、長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)、WiMAX和HSPA+的無線通信標(biāo)準(zhǔn)的部分。然而，在具有多個(gè)天線的配置中，尺寸約束傾向于變得嚴(yán)重，并且由在各天線之間的電磁耦合引起的干擾效應(yīng)可以顯著地降低發(fā)送和接收質(zhì)量。同時(shí)，效率可以在其中多個(gè)路徑被通電并且功耗增加的許多情況下降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供了一種天線系統(tǒng)，其包括第一天線、第二天線、接地平面以及耦合到第一天線和第二天線的諧振隔離器。天線中的每個(gè)被配置為電容式耦合的復(fù)合環(huán)形天線，并且諧振隔離器被配置為在諧振時(shí)提供在兩個(gè)天線之間的隔離。兩個(gè)天線可以是對(duì)稱的或非對(duì)稱的，并且包括發(fā)射磁場(chǎng)的第一元件和產(chǎn)生與該磁場(chǎng)正交的電場(chǎng)的第二元件。第二元件的輻射元件可以被電容式耦合到第二元件的剩余部分。諧振隔離器可以由單個(gè)導(dǎo)電元件或被電容式耦合的兩個(gè)導(dǎo)電元件組成。

附圖說明

圖1示出了平面CPL天線的示例。

圖2示出了平面C2CPL天線的示例。

圖3A和3B示出了具有兩個(gè)C2CPL天線的雙天線系統(tǒng)，其中圖3A示出了包括天線1、天線2和第一接地平面的第一層的俯視圖，并且圖3B示出了包括第二接地平面的第二層的仰視圖。

圖4A和圖4B示出了具有兩個(gè)C2CPL天線和對(duì)兩個(gè)天線進(jìn)行去耦的諧振隔離器的雙天線系統(tǒng)的示例，其中圖4A示出了包括天線1、天線2和第一接地平面的第一層的俯視圖，并且圖4B示出了包括第二接地平面和諧振隔離器的第二層的仰視圖。

圖5A和5B示出了具有包括由諧振隔離器去耦的兩個(gè)C2CPL天線的雙天線系統(tǒng)的設(shè)備的實(shí)施示例，其中設(shè)備的俯視圖和仰視圖被分別示出在圖5A和圖5B中。

圖6是示出了所測(cè)量的S參數(shù)對(duì)比頻率的繪圖。

圖7是示出了所測(cè)量的效率對(duì)比頻率的繪圖。

圖8A、圖8B和圖8C分別是示出了在Y-Z平面、X-Y平面和X-Z平面上的在2.45GHz的所測(cè)量的輻射模式的繪圖。

圖9示出了具有兩個(gè)C2CPL和對(duì)兩個(gè)天線進(jìn)行去耦的諧振隔離器的雙天線系統(tǒng)的另一示例，其中示出了包括天線1、天線2、第一接地平面和諧振隔離器的第一層的俯視圖。

圖10A和圖10B分別示出了具有電容式耦合的諧振隔離器的雙天線系統(tǒng)的示例的俯視圖和仰視圖。

圖11是示出了針對(duì)圖10A和圖10B中示出的示例的在兩個(gè)工作頻率處的所測(cè)量的S參數(shù)對(duì)比頻率的繪圖。

圖12A、圖12B和圖12C分別是示出了在Y-Z平面、X-Y平面和X-Z平面上的針對(duì)圖10A和圖10B中示出的示例的在2.45GHz的所測(cè)量的輻射模式的繪圖。

圖13A、圖13B和圖13C分別是示出了在Y-Z平面、X-Y平面和X-Z平面上的針對(duì)圖10A和圖10B中示出的示例的在5.5GHz的所測(cè)量的輻射模式的繪圖。

圖14是示出了針對(duì)圖10A和圖10B中示出的示例的在2.45GHz的所測(cè)量的效率對(duì)比頻率的繪圖。

圖15是示出了針對(duì)圖10A和圖10B中示出的示例的在5.5GHz的所測(cè)量的效率對(duì)比頻率的繪圖。

具體實(shí)施方式

鑒于與常規(guī)天線相關(guān)聯(lián)的已知限制，尤其是關(guān)于輻射效率的已知限制，已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種復(fù)合環(huán)形天線(CPL)，也被稱為改良的環(huán)形天線，從而以比具有相當(dāng)大小的常規(guī)天線更大的效率提供發(fā)送模式和接收模式兩者。CPL天線的結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式的示例被描述在于2012年3月27日提交的美國專利No.8,144,065、于2012年4月3日提交的美國專利No.8,149,173和于2012年4月24日提交的美國專利No.8,164,532中。下面參考圖1中示出的示例概述CPL天線的關(guān)鍵特征。

圖1示出了平面CPL天線100的示例。在該示例中，平面CPL天線100被印刷在印刷電路板(PCB)104上，并且包括環(huán)形元件108，其在這種情況下被形成為沿具有提供兩個(gè)端部112和116的開放基底部分的矩形邊緣的跡線。一個(gè)端部112是其中電流被饋送的天線的饋送點(diǎn)。另一端部116被短路到地。CPL天線100還包括輻射元件120，其具有J形跡線124和曲流跡線128。在該示例中，曲流跡線128被配置為將J形跡線124耦合到環(huán)形元件108。輻射元件120基本上用作提供串聯(lián)的電感和電容的串聯(lián)諧振電路，并且它們的值被選擇使得在天線的操作的頻率處發(fā)生諧振。代替使用曲流跡線128，J形跡線124的形狀和尺寸可以被調(diào)節(jié)為直接連接到環(huán)形元件108并且仍然提供目標(biāo)諧振。

與通常為電流饋送的常規(guī)環(huán)形天線類似，平面CPL天線100的環(huán)形元件108產(chǎn)生磁(H)場(chǎng)。具有串聯(lián)諧振電路特性的輻射元件120有效地用作電(E)場(chǎng)輻射器(其當(dāng)然由于天線中固有的相互性也是E場(chǎng)接收器)。輻射元件120到環(huán)形元件108的連接點(diǎn)在用于產(chǎn)生/接收實(shí)質(zhì)上彼此正交的E場(chǎng)和H場(chǎng)的平面CPL天線100中是關(guān)鍵的。該正交關(guān)系具有使得由天線發(fā)射的電磁波能夠有效地在空間中傳播的效果。在缺少被布置為彼此正交的E場(chǎng)和H場(chǎng)的情況下，波將不會(huì)有效地傳播超過短距離。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果，輻射元件120被放置在其中由輻射元件120產(chǎn)生的E場(chǎng)相對(duì)于由環(huán)形元件108產(chǎn)生的H場(chǎng)異相90°或270°的位置處。具體地，輻射元件120被放置在距饋送點(diǎn)112的沿環(huán)形元件108的實(shí)質(zhì)上90°(或270°)電氣長(zhǎng)度處。備選地，輻射元件120可以被連接到環(huán)形元件108的其中流過環(huán)形元件108的電流處在反射最小值處的位置。

除了E場(chǎng)和H場(chǎng)的正交性，期望E場(chǎng)和H場(chǎng)在幅值上是彼此相當(dāng)?shù)?。這兩個(gè)因素，即正交性和相當(dāng)?shù)姆悼梢酝ㄟ^查看由P＝E x H(伏特/m x安培/m＝瓦特/m2)限定的坡印廷向量(向量功率密度)來認(rèn)識(shí)到。離開圍繞天線的表面的總輻射功率通過在表面上對(duì)坡印廷向量求積分來發(fā)現(xiàn)。因此，量E x H是輻射功率的直接度量，并且因此為輻射效率。首先，要指出，當(dāng)E和H彼此正交時(shí)，向量積給出最大值。第二，由于兩個(gè)量的積的總幅值受較小者限制，使兩個(gè)量(在這種情況下為|H|和|E|)盡可能接近將給出最佳積值。如以上所解釋的，在平面CPL天線中，正交通過將輻射元件120放置在距饋送點(diǎn)112的沿環(huán)形元件108的實(shí)質(zhì)上90°(或270°)電氣長(zhǎng)度處。另外，環(huán)形元件108和輻射元件120的形狀和尺寸可以均被配置為分別提供在幅值上相當(dāng)?shù)母遼H|和|E|。因此，與常規(guī)環(huán)形天線形成鮮明對(duì)比，平面CPL天線可以被配置為不僅提供發(fā)送模式和接收模式兩者，而且增大輻射效率。

尺寸減小可以通過在CPL天線的環(huán)形元件和/或輻射元件中引入串聯(lián)電容來實(shí)現(xiàn)。這樣的天線結(jié)構(gòu)(被稱為電容式耦合的復(fù)合環(huán)形天線(C2CPL))已經(jīng)被設(shè)計(jì)從而以比常規(guī)天線更大的效率和更小的尺寸提供發(fā)送模式和接收模式兩者。C2CPL天線的結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式的示例被描述在于2012年11月5日提交的題為“Capacitively Coupled Compound Loop Antenna”的美國專利No.13/669,389中。下面參考圖2中示出的示例概述C2CPL天線的關(guān)鍵特征。

圖2示出了平面C2CPL天線200的示例。在該示例中，平面C2CPL天線200被印刷在印刷電路板(PCB)204上，并且包括環(huán)形元件208，環(huán)形元件208具有通過間隙210電容式耦合的第一環(huán)形區(qū)段208A和第二環(huán)形區(qū)段208B。因此，在C2CPL的情況下，環(huán)形元件208可以被認(rèn)為是包括兩個(gè)導(dǎo)電區(qū)段208A和208B以及電容性間隙210的第一元件。電容值可以通過調(diào)節(jié)間隙210的寬度和長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)。與第一環(huán)形區(qū)段208A的電容式耦合的邊緣相對(duì)的端部212是天線的電流饋送點(diǎn)。與第二環(huán)形區(qū)段208B的電容式耦合的邊緣相對(duì)的另一端部216被短路到地。C2CPL天線200還包括耦合到環(huán)形元件208的輻射元件220，其是第二元件。與CPL天線類似，輻射元件220到環(huán)形元件208的連接點(diǎn)在用于產(chǎn)生/接收實(shí)質(zhì)上彼此正交的E場(chǎng)和H場(chǎng)的平面C2CPL天線200中是關(guān)鍵的。為了實(shí)現(xiàn)該效果，輻射元件220被放置在距饋送點(diǎn)212的沿環(huán)形元件208的實(shí)質(zhì)上90°(或270°)電氣長(zhǎng)度處。天線結(jié)構(gòu)的每個(gè)元件的形狀和尺寸可以被調(diào)節(jié)以獲得目標(biāo)諧振。例如，圖2的天線結(jié)構(gòu)可以被調(diào)節(jié)為具有針對(duì)特定無線應(yīng)用的2.4/5.8GHz雙波段。在圖2中示出的當(dāng)前示例中，間隙210被引入到環(huán)形元件208中。備選地或額外地，間隙可以被引入到輻射元件220中以實(shí)現(xiàn)尺寸減小。即，間隙可以被引入到第一元件和/或第二元件中，并且分開的區(qū)段被配置成為了尺寸減小目的而被電容式耦合。

如以上所解釋的，C2CPL天線能夠?qū)崿F(xiàn)具有減小的尺寸的高效率；因此，這些天線是用于諸如MIMO系統(tǒng)、USB加密狗、等等的多天線系統(tǒng)的良好候選。圖3A和圖3B示出了具有與圖2中示出的示例類似的兩個(gè)C2CPL天線的雙天線系統(tǒng)。天線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電部件和接地平面可以被印刷在諸如PCB、陶瓷、氧化鋁等等的電介質(zhì)襯底上。備選地，這些部件可以被形成為在各部件之間中具有空氣間隙或泡沫聚苯乙烯。圖3A示出了包括天線1、天線2和第一接地平面318A的第一層的俯視圖，并且圖3B示出了包括第二接地平面318B的第二層的仰視圖。第一接地平面318A和第二接地平面318B由被形成為與第一接地平面318A和第二接地平面318B垂直并且在第一接地平面318A和第二接地平面318B之間的接地通孔耦合(接地通孔利用附圖中的多個(gè)小圓圈指示)以便具有相等的電位。

在圖3A和圖3B的該示例中，天線1是具有與圖2中示出的結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)的平面C2CPL天線，并且包括第一層的環(huán)形元件308，環(huán)形元件308具有通過間隙310電容式耦合的第一環(huán)形區(qū)段308A和第二環(huán)形區(qū)段308B。因此，C2CPL天線中的環(huán)形元件308可以被認(rèn)為是包括兩個(gè)導(dǎo)電區(qū)段308A和308B以及電容性間隙310的第一元件。與第一環(huán)形區(qū)段308A的電容式耦合的邊緣相對(duì)的第一端點(diǎn)312是天線1的電流饋送點(diǎn)。饋送點(diǎn)312被耦合到端口1，端口1被形成在其中，但是在該示例中與第一層的第一接地平面318A分離。與第二環(huán)形區(qū)段308B的電容式耦合的邊緣相對(duì)的第二端點(diǎn)316被短路到第一接地平面318A。天線1還包括耦合到環(huán)形元件308的輻射元件320，其是第二元件。為了產(chǎn)生/接收實(shí)質(zhì)上彼此正交的E場(chǎng)和H場(chǎng)，輻射元件320被放置在距饋送點(diǎn)312的沿環(huán)形元件308的實(shí)質(zhì)上90°(或270°)電氣長(zhǎng)度處。在該示例中，間隙310被引入到環(huán)形元件308中。備選地或額外地，間隙可以被引入到輻射元件320中以實(shí)現(xiàn)尺寸減小。即，間隙可以被引入到第一元件和/或第二元件中，并且分開的區(qū)段被配置成為了尺寸減小目的而被電容式耦合。

如圖3A所示，第二天線(天線2)基本上是第一天線(天線1)的鏡像圖像。如所示出的，天線2被耦合到端口2以與天線1獨(dú)立地被電流饋送。端口2也被形成在其中，但是與第一接地平面318A分開。在當(dāng)前示例中，天線1和天線2被示出為具有相同的結(jié)構(gòu)并且被對(duì)稱地放置。然而，可以使用不同形狀的C2CPL天線，并且放置不必是對(duì)稱的以便形成雙天線系統(tǒng)。天線1和天線2的每個(gè)元件的形狀和尺寸可以取決于目標(biāo)諧振而變化。另外，三個(gè)或更多個(gè)C2CPL天線可以被用于形成多天線系統(tǒng)。

如早前所提到的，在其中多個(gè)天線被緊密堆積的配置中，由在各天線之間的電磁耦合引起的干擾效應(yīng)可以顯著地降低發(fā)送和接收質(zhì)量以及效率。因此，對(duì)于多天線系統(tǒng)而言常常需要天線隔離方案。本文描述了被配置為將系統(tǒng)中的兩個(gè)天線耦合以在諧振時(shí)實(shí)現(xiàn)天線的電磁隔離的諧振隔離器的實(shí)施方式。

圖4A和4B示出了圖3A和圖3B中示出的兩個(gè)C2CPL天線系統(tǒng)的示例，其中諧振隔離器還被包含以對(duì)兩個(gè)天線進(jìn)行去耦并且在諧振時(shí)將兩個(gè)天線電磁地隔離。雙天線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電部件和接地平面可以被印刷在諸如PCB、陶瓷、氧化鋁等等的電介質(zhì)襯底上。備選地，這些部件可以被形成為在各部件之間中具有空氣間隙或泡沫聚苯乙烯。圖4A示出了包括天線1、天線2和第一接地平面418A的第一層的俯視圖，并且圖4B示出了包括第二接地平面418B和諧振隔離器428的第二層的仰視圖。兩個(gè)接地平面與利用多個(gè)圓圈指示的接地通孔耦合以保持它們處于相等的電位。

在圖4A和圖4B的該示例中，天線1是具有與圖3A中示出的結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)的平面C2CPL天線。饋送點(diǎn)412A-1被耦合到端口1，端口1被形成在其中，但是在該示例中與第一接地平面418A分離。第二天線(天線2)的饋送點(diǎn)412A-2被耦合到端口2以與天線1獨(dú)立地被饋送。端口2也被形成在其中，但是與第一接地平面分離。在當(dāng)前示例中，天線1和天線2被示出為具有相同的C2CPL天線結(jié)構(gòu)，并且被對(duì)稱地放置。然而，可以使用不同的C2CPL天線，并且放置不必是對(duì)稱的以便形成雙天線系統(tǒng)。天線1和天線2的每個(gè)元件的形狀和尺寸以及諧振隔離器428的形狀和尺寸可以取決于目標(biāo)諧振而變化。

諧振隔離器428的被標(biāo)記為412B-1和412B-2的第一端部和第二端部分別被耦合到天線1和天線2的饋送點(diǎn)412A-1和412A-2。垂直通孔被形成在點(diǎn)412A-1/412B-1與點(diǎn)412A-2/412B-2之間的第一層和第二層中，其中第一通孔將諧振隔離器428的第一端部412B-1耦合到天線1的饋送點(diǎn)412A-1，并且第二通孔將諧振隔離器428的第二端部412B-2耦合到天線2的饋送點(diǎn)412A-2。第二層中的諧振隔離器428的位置被預(yù)先確定以便與被形成在第一層中的第一接地平面418A的足跡重疊。換言之，第一接地平面418A被配置為懸在諧振隔離器428之上。該配置允許可能另外能夠獲得的更好的頻率調(diào)諧。

根據(jù)實(shí)施例，諧振隔離器428的第一端部412B-1和第二端部412B-2分別被耦合到天線1和天線2的饋送點(diǎn)412A-1和412A-2，其是其中電流在每個(gè)天線中具有最大值的點(diǎn)。另外，諧振隔離器428的電氣長(zhǎng)度被配置為實(shí)質(zhì)上90°或其奇數(shù)倍(270°、450°、等等)。該配置提供在兩個(gè)天線之間的最佳隔離。

另外，與諧振隔離器428上的諧振電流相關(guān)聯(lián)的反射波經(jīng)歷相對(duì)于前向波的180°相移，因?yàn)橹C振隔離器的電氣長(zhǎng)度被設(shè)置為90°。因此，具有180°相移的前向波和反射波被組合以有效地產(chǎn)生關(guān)于電流路線的節(jié)點(diǎn)(其表示天線1)的開路。因此，天線1和天線2可以在由于具有90°的電氣長(zhǎng)度的諧振隔離器428的存在而在諧振時(shí)被實(shí)質(zhì)上隔離。

如在前文中所解釋的，根據(jù)實(shí)施例的雙天線系統(tǒng)包括具有實(shí)質(zhì)上90°(或其奇數(shù)倍)的電氣長(zhǎng)度的諧振隔離器去耦合的兩個(gè)C2CPL天線，其中效率由于實(shí)質(zhì)上正交的E場(chǎng)和H場(chǎng)的產(chǎn)生而被增強(qiáng)，尺寸減小通過對(duì)電容式耦合的天線元件進(jìn)行配置來實(shí)現(xiàn)，并且在諧振時(shí)在兩個(gè)天線之間的隔離由于對(duì)兩個(gè)天線進(jìn)行去耦的諧振隔離器而被增強(qiáng)。圖5A和5B示出了具有包括由諧振隔離器去耦的兩個(gè)C2CPL天線的雙天線系統(tǒng)的設(shè)備的實(shí)施示例，如圖4A和圖4B所示。通過示出一起被形成在第一層和第二層上的結(jié)構(gòu)的輪廓，設(shè)備的俯視圖和仰視圖被分別示出在圖5A和圖5B中。在圖5A和圖5B中提供的示例中，每個(gè)元件的大小和尺寸被調(diào)節(jié)為獲得2.4GHz波段，但是多波段實(shí)施方式也可以是可能的。

圖6是示出了針對(duì)圖5A和圖5B中示出的設(shè)備的所測(cè)量的S參數(shù)對(duì)比頻率的繪圖，其中三個(gè)S參數(shù)被分開地繪制。如由該繪圖中的S21參數(shù)值所指示的接近2.4GHz諧振實(shí)現(xiàn)高隔離?？梢钥吹剑哂兄C振隔離器的該雙天線系統(tǒng)具有低通濾波特性，其由于在該區(qū)中的兩個(gè)天線之間的強(qiáng)耦合而呈現(xiàn)出在低頻率的高RF發(fā)送。

圖7是示出了針對(duì)圖5A和圖5B中示出的設(shè)備的所測(cè)量的效率對(duì)比頻率的繪圖，其中天線1的效率和天線2的效率被分開地繪制。在2.4GHz諧振的附近中實(shí)現(xiàn)接近50％的效率值，盡管通過對(duì)C2CPL天線的使用提供的小設(shè)備尺寸。

圖8A、圖8B和圖8C分別是示出了針對(duì)圖5A和圖5B中示出的設(shè)備的在Y-Z平面、X-Y平面和X-Z平面上的在2.45GHz的所測(cè)量的輻射模式的繪圖，其中天線1的輻射模式和天線2的輻射模式被分開地繪制在每個(gè)圖中。X軸、Y軸和Z軸關(guān)于沿Y-Z平面放置的設(shè)備而被分配，如在插圖中所指示的。如從圖8A和圖8B看到的，天線1和天線2的輻射模式由于在兩個(gè)天線之間的高隔離而被產(chǎn)生為彼此互補(bǔ)。圖8C中的X-Z平面上的輻射模式示出電磁能量中的大多數(shù)處于上半球中，其中相對(duì)小的能量向下行進(jìn)。例如，當(dāng)設(shè)備被用作USB加密狗以被插入到PC時(shí)，這是期望的特性。在該配置中，向下行進(jìn)的輻射模式是最小的，并且因此對(duì)PC中的電子器件的電磁干擾是最小的。

本公開內(nèi)容包括兩個(gè)C2CPL天線結(jié)構(gòu)的僅僅一個(gè)示例和諧振隔離器的實(shí)施例。然而，任何C2CPL天線，例如在前面提到的美國專利申請(qǐng)No.13/669,389中描述的那些以及它們的變型可以被用于獲得具有小尺寸的更有效的且隔離的雙天線系統(tǒng)。還應(yīng)當(dāng)指出，也能夠?qū)?duì)諧振隔離器的使用擴(kuò)展到N天線系統(tǒng)。因此，本公開內(nèi)容不限于僅僅兩個(gè)C2CPL天線，而且本公開內(nèi)容也不限于僅僅CPL天線，并且可以類似地與各種各樣的其他天線一起使用。另外，盡管用于將兩個(gè)天線隔離的諧振隔離器被配置用于上述示例中的一個(gè)特定諧振，但是能夠?qū)⒅C振隔離器重新配置為在針對(duì)多波段系統(tǒng)的兩個(gè)或更多個(gè)諧振時(shí)提供隔離。

圖9示出了具有與圖2中示出的示例類似的兩個(gè)C2CPL天線的雙天線系統(tǒng)的另一示例，其中諧振隔離器還被包含以對(duì)兩個(gè)天線進(jìn)行去耦并且在諧振時(shí)將兩個(gè)天線電磁地隔離。該天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與圖4A和圖4B中示出的示例類似，除了諧振隔離器928被放置在第一層中而非第二層中。圖9示出了包括天線1、天線2、第一接地平面918和諧振隔離器928的第一層的俯視圖。第二接地平面可以被形成在第二層上，第二層在與第一層被形成在其中的表面相對(duì)的襯底表面上。兩個(gè)接地平面可以與接地通孔耦合以保持它們處于相等的電位。備選地，當(dāng)前的天線系統(tǒng)可以被配置為具有容納所有元件而不具有第二層中的第二接地平面的單個(gè)層。天線1和天線2中的每個(gè)是具有與圖2中示出的結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)的平面C2CPL天線。天線1的饋送點(diǎn)被耦合到端口1；并且天線2的饋送點(diǎn)被耦合到端口2以與天線1獨(dú)立地被電流饋送。在當(dāng)前的示例中，天線1和天線2被示出為具有相同的C2CPL天線結(jié)構(gòu)并且被示出為被鏡像對(duì)稱地放置。然而，可以使用不同的C2CPL天線，并且放置不必是鏡像對(duì)稱的以形成雙天線系統(tǒng)。天線1和天線2的每個(gè)元件的形狀和尺寸以及諧振隔離器428的形狀和尺寸可以取決于目標(biāo)諧振而變化。

諧振隔離器1028的第一端部912-1和第二端部912-2分別被耦合到靠近天線1和天線2的饋送點(diǎn)的位置，其中電流具有每個(gè)天線中的最大值。另外，諧振隔離器928的電氣長(zhǎng)度被配置為實(shí)質(zhì)上90°或其奇數(shù)倍(270°、450°、等等)。

在以上提供的示例中，雙天線系統(tǒng)在單個(gè)頻率操作并且諧振隔離器是連續(xù)導(dǎo)電元件。圖10A和圖10B中示出的雙天線系統(tǒng)的示例分別示出了被安裝在電介質(zhì)襯底1000上的多波段雙天線系統(tǒng)的俯視圖和仰視圖，其中諧振隔離器由被電容式耦合的兩個(gè)分開的導(dǎo)電元件形成。天線1和天線2是具有與先前示出的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)的平面C2CPL天線。天線1和天線2包括具有通過間隙1004電容式耦合的第一環(huán)形區(qū)段1002A和第二環(huán)形區(qū)段1002B的環(huán)形元件1002。因此，C2CPL天線中的每個(gè)中的環(huán)形元件1002可以被認(rèn)為是包括兩個(gè)導(dǎo)電區(qū)段1002A和1002B以及電容性間隙1004的第一元件。天線1的第一環(huán)形區(qū)段1002A在天線1的第一端部和電流饋送點(diǎn)1002A-1處被供電，而天線2的第一環(huán)形區(qū)段1002A在天線2的第一端部和電流饋送點(diǎn)1002A-2處被供電。饋送點(diǎn)1002A-1和饋送點(diǎn)1002A-2中的每個(gè)被分別耦合到端口1和端口2。端口1和端口2被形成在其中，但是與第一接地平面1006A分開。

天線1和天線2的均與第二環(huán)形區(qū)段1002B的電容式耦合的邊緣相對(duì)的其他端部被短路到第一接地平面1006A。天線1和天線2還包括被形成在環(huán)形區(qū)段1002A和1002B中的每個(gè)中的兩個(gè)輻射元件，其均在不同的頻率操作。為了產(chǎn)生/接收天線1的實(shí)質(zhì)上彼此正交的E場(chǎng)和H場(chǎng)，第二環(huán)形區(qū)段1002B的輻射元件被放置在距饋送點(diǎn)1002A-1的沿環(huán)形元件1002B的實(shí)質(zhì)上90°(或270°)電氣長(zhǎng)度處。在天線2中遵循相同的配置。間隙1004可以為了如以上所討論的尺寸減小的目的而被配置。圖10B示出了包括第二接地平面1006B和由通過間隙1010分開的第一部分1008A和第二部分1008B形成的諧振隔離器1008的仰視圖。兩個(gè)接地平面與在圖10A和圖10B中未示出的接地通孔耦合，但是如以上的其他圖中的一些中示出的利用多個(gè)圓圈指示以保持它們處于相等的電位。盡管圖10A和圖10B中示出的天線布置是鏡像對(duì)稱的，但是對(duì)稱不是必須的并且不同形狀和配置的天線可以被用作雙天線系統(tǒng)的部分。

如圖10B所示的電容性負(fù)載的諧振隔離器的實(shí)施方式可以顯著地改進(jìn)在被分開少于天線的工作波長(zhǎng)的兩個(gè)緊密堆積的天線之間的隔離。另外，當(dāng)前的示例允許C2CPL天線工藝品內(nèi)的面積重新利用以用于支持具有兩個(gè)波段中的增強(qiáng)的隔離的雙波段操作的目的。針對(duì)每個(gè)天線的諧振隔離器可以被連接到天線的靠近低局部阻抗點(diǎn)(即，局部電流最大值)的饋送點(diǎn)。電容性負(fù)載的諧振隔離器的總長(zhǎng)度可以使得在它的結(jié)構(gòu)上流動(dòng)的電流經(jīng)歷疊加地與在共享的連接點(diǎn)1002B-1和1002B-2處的天線的非活動(dòng)部分上激勵(lì)的電流的相位變化抵消。諧振隔離器工件中的電容性元件的引入同時(shí)允許提高的微型化和雙波段操作。

圖11是示出了針對(duì)圖10A和圖10B中示出的示例的在兩個(gè)工作頻率處的所測(cè)量的S參數(shù)對(duì)比頻率的繪圖，其中兩個(gè)S參數(shù)被分開地繪制。如由該繪圖中的S2,1參數(shù)值所指示的接近2.4GHz諧振實(shí)現(xiàn)高隔離，并且由S2,2參數(shù)值所指示的在5.5GHz沒有這么多。

圖12A、圖12B和圖12C分別是示出了在Y-Z平面、X-Y平面和X-Z平面上的針對(duì)圖10A和圖10B中示出的示例的在2.45GHz的所測(cè)量的輻射模式的繪圖。圖13A、圖13B和圖13C分別是示出了在Y-Z平面、X-Y平面和X-Z平面上的針對(duì)圖10A和圖10B中示出的示例的在5.5GHz的所測(cè)量的輻射模式的繪圖。

圖14是示出了針對(duì)圖10A和圖10B中示出的示例的在2.45GHz的所測(cè)量的效率對(duì)比頻率的繪圖，并且圖15是示出了針對(duì)圖10A和圖10B中示出的示例的在5.5GHz的所測(cè)量的效率對(duì)比頻率的繪圖。在圖14中，在2.45GHz諧振的附近中實(shí)現(xiàn)接近60％的效率對(duì)比頻率，盡管通過對(duì)C2CPL天線的使用提供的小設(shè)備尺寸，而在圖15中，在5.5GHz的效率接近80％。

在一實(shí)施例中，一種天線系統(tǒng)包括：第一層，其包括具有第一天線和第二天線的至少一對(duì)天線，所述第一層包括第一接地平面；以及第二層，其包括諧振隔離器和第二接地平面，所述諧振隔離器具有第一端部和第二端部并且被放置在與所述第二接地平面隔離的所述第二層上或內(nèi)，所述諧振隔離器被配置為當(dāng)所述第一天線由第一通孔連接到所述第一端部并且所述第二天線由第二通孔連接到所述第二端部時(shí)在諧振時(shí)將所述第一天線與所述第二天線隔離，所述第一通孔和所述第二通孔垂直于所述第一層和所述第二層；并且其中，所述第一天線和所述第二天線中的每個(gè)包括：第一元件，其被耦合到在第一端點(diǎn)處的電流饋送點(diǎn)并且被短路到在第二端點(diǎn)處的第一接地平面，所述第一元件發(fā)射磁場(chǎng)；以及第二元件，其被耦合到所述第一元件、處在具有距所述饋送點(diǎn)的實(shí)質(zhì)上90度或?qū)嵸|(zhì)上90度的奇數(shù)倍的電氣長(zhǎng)度處，所述第二元件產(chǎn)生與所述磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)上正交的電場(chǎng)。

在該實(shí)施例中，其中，所述第一元件包括第一區(qū)段、第二區(qū)段以及形成在所述第一區(qū)段與所述第二區(qū)段之間的間隙，并且其中，所述第一區(qū)段和所述第二區(qū)段通過所述間隙被電容式耦合。在該實(shí)施例中，其中，所述第二元件包括第一區(qū)段、第二區(qū)段以及形成在所述第一區(qū)段與所述第二區(qū)段之間的間隙，并且其中，所述第一區(qū)段和所述第二區(qū)段通過所述間隙被電容式耦合。

在該實(shí)施例中，其中，所述諧振隔離器具有實(shí)質(zhì)上90度或?qū)嵸|(zhì)上90度的奇數(shù)倍的電氣長(zhǎng)度，所述電氣長(zhǎng)度產(chǎn)生具有相位偏移的前向波和反射波，其導(dǎo)致當(dāng)所述前向波和后向波被組合時(shí)在諧振時(shí)開路并且由此提供在所述第一天線與所述第二天線之間的隔離。在該實(shí)施例中，其中，所述諧振隔離器具有在所述第一天線與所述第二天線之間提供實(shí)質(zhì)上90度相位延遲或?qū)嵸|(zhì)上90度相位延遲的奇數(shù)倍中的一個(gè)的電氣長(zhǎng)度。

在該實(shí)施例中，其中，所述第一通孔被耦合到所述第一天線中的其中電流值是最大值的電流饋送點(diǎn)，并且所述第二通孔被耦合到所述第二天線中的其中電流值是最大值的電流饋送點(diǎn)。

在該實(shí)施例中，其中，所述第一層包括N對(duì)天線，并且所述第二層包括N個(gè)諧振隔離器，其中，所述N個(gè)諧振隔離器之中的一個(gè)諧振隔離器對(duì)應(yīng)于所述N對(duì)天線之中的每對(duì)天線。

在該實(shí)施例中，其中，所述天線系統(tǒng)是多波段天線系統(tǒng)，并且所述諧振隔離器被配置為在所述多波段天線系統(tǒng)的每個(gè)諧振時(shí)將所述第一天線與所述第二天線隔離。

在該實(shí)施例中，其中，所述諧振隔離器包括將所述第一端部耦合到所述第二端部的導(dǎo)電線。在該實(shí)施例中，其中，所述諧振隔離器包括形成在所述第一端部與所述第二端部之間的間隙，并且其中，所述第一端部和所述第二端部通過所述間隙被電容式耦合。

在一實(shí)施例中，一種天線系統(tǒng)包括：第一對(duì)天線，其包括第一天線和第二天線；接地平面；以及諧振隔離器，其具有耦合到所述第一天線的第一端部和耦合到所述第二天線的第二端部，所述諧振隔離器被配置為當(dāng)所述第一天線被連接到所述第一端部并且所述第二天線被連接到所述第二端部時(shí)在諧振時(shí)將所述第一天線與所述第二天線隔離，其中，所述第一天線和所述第二天線中的每個(gè)包括：第一元件，其被耦合到在第一端點(diǎn)處的電流饋送點(diǎn)并且被短路到在第二端點(diǎn)處的所述接地平面，所述第一元件發(fā)射磁場(chǎng)；以及第二元件，其被耦合到所述第一元件、處在具有距所述饋送點(diǎn)的實(shí)質(zhì)上90度或?qū)嵸|(zhì)上90度的奇數(shù)倍的電氣長(zhǎng)度處，所述第二元件產(chǎn)生與所述磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)上正交的電場(chǎng)。

在該實(shí)施例中，其中，所述第一元件包括第一區(qū)段、第二區(qū)段以及形成在所述第一區(qū)段與所述第二區(qū)段之間的間隙，并且其中，所述第一區(qū)段和所述第二區(qū)段通過所述間隙被電容式耦合。在該實(shí)施例中，其中，所述第二元件包括第一區(qū)段、第二區(qū)段以及形成在所述第一區(qū)段與所述第二區(qū)段之間的間隙，并且其中，所述第一區(qū)段和所述第二區(qū)段通過所述間隙被電容式耦合。

在該實(shí)施例中，其中，所述諧振隔離器具有實(shí)質(zhì)上90度或?qū)嵸|(zhì)上90度的奇數(shù)倍的電氣長(zhǎng)度，所述電氣長(zhǎng)度產(chǎn)生具有相位偏移的前向波和反射波，其導(dǎo)致當(dāng)所述前向波和后向波被組合時(shí)在諧振時(shí)開路并且由此提供在所述第一天線與所述第二天線之間的隔離。在該實(shí)施例中，其中，所述諧振隔離器具有在所述第一天線與所述第二天線之間提供實(shí)質(zhì)上90度相位延遲或?qū)嵸|(zhì)上90度相位延遲的奇數(shù)倍中的一個(gè)的電氣長(zhǎng)度。

在該實(shí)施例中，其中，所述第一端部被耦合到所述第一天線中的其中電流值是最大值的所述第一天線的電流饋送點(diǎn)，并且所述第二端部被耦合到所述第二天線中的其中電流值是最大值的所述第二天線的電流饋送點(diǎn)。

在該實(shí)施例中，其中，所述諧振隔離器包括將所述第一端部耦合到所述第二端部的導(dǎo)電線。在該實(shí)施例中，其中，所述諧振隔離器包括形成在所述第一端部與所述第二端部之間的間隙，并且其中，所述第一端部和所述第二端部通過所述間隙被電容式耦合。

在該實(shí)施例中，其中，所述第一元件是環(huán)形元件，并且所述第二元件是輻射單極元件。

在該實(shí)施例中，其中，所述輻射元件以第一頻率操作，并且其中，所述第一元件還包括第二輻射元件，所述第二輻射元件以與所述第一頻率實(shí)質(zhì)上不同的第二頻率操作。

在該實(shí)施例中，還包括N對(duì)天線和N個(gè)諧振隔離器，其中，所述N個(gè)諧振隔離器之中的一個(gè)諧振隔離器對(duì)應(yīng)于所述N對(duì)天線之中的每對(duì)天線。

在該實(shí)施例中，其中，所述天線系統(tǒng)是多波段天線系統(tǒng)，并且所述諧振隔離器被配置為在所述多波段天線系統(tǒng)的每個(gè)諧振時(shí)將所述第一天線與所述第二天線隔離。

盡管本文包含許多具體細(xì)節(jié)，但是這些不應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)本發(fā)明或可能要求保護(hù)的內(nèi)容的限制，而是應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例特定的特征的描述。在本文中的分開的實(shí)施例的背景下描述的某些特征還可以被組合地實(shí)現(xiàn)在單個(gè)實(shí)施例中。相反，在單個(gè)實(shí)施例的背景下描述的各個(gè)特征也可以分別地或采用任何適當(dāng)?shù)淖咏M合而被實(shí)現(xiàn)在多個(gè)實(shí)施例中。此外，盡管特征可以在上文被描述為以特定組合起作用并且甚至初始地被如此要求保護(hù)，在一些情況下可以根據(jù)組合來實(shí)踐來自要求保護(hù)的組合的一個(gè)或多個(gè)特征，并且要求保護(hù)的組合可以涉及子組合或子組合的變型。