CN101167214A - 包括两个天线的无线链路模块 - Google Patents

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CN101167214A CNA2006800140388A CN200680014038A CN101167214A CN 101167214 A CN101167214 A CN 101167214A CN A2006800140388 A CNA2006800140388 A CN A2006800140388A CN 200680014038 A CN200680014038 A CN 200680014038A CN 101167214 A CN101167214 A CN 101167214A
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Abstract

一种无线链路模块，包括较低频带天线(LBA)和较高频带天线(HBA)。这些天线的每一个都包括具有馈电端(PE)和开放端(OE)的天线元件(AE)。各个天线元件(AE1，AE3)基本上是电容耦合的。此外，各个天线元件(AE1，AE3)通过天线耦合短路(VC1)在各个馈电端(FE1，FE3)电耦合。

Description

包括两个天线的无线链路模块
本发明的一个方面涉及包括一个较低频带天线和一个较高频带天线的无线链路模块。该无线链路模块可被用来例如根据IEEE802.11a/b/g标准建立无线链路，该标准通常被命名为术语“WiFi”。本发明的其它方面涉及数据通信设备、信息呈现设备和无线通信系统。该数据通信设备可以是例如数据采集装置，该数据采集装置包括诸如例如X射线探测器的图像捕获模块。该信息呈现设备可以是例如个人计算机或视频投影仪。
公开号为1414109的已出版欧洲专利申请描述了一种双频带单馈偶极天线(dual band single feed dipole antenna)。该天线包括一个普通的单频带偶极天线，该单频带偶极天线是半波偶极天线。两个断路端(open circuit stub)或臂负载该单频带偶极天线。这两个断路端形成在第二频率上谐振的第二半波偶极子。
根据本发明的一个方面，无线链路模块包括一个较低频带天线和一个较高频带天线。每个天线包括一个具有馈电端和开放端的天线元件。各个天线元件基本上是电容耦合的。另外，各个天线元件通过天线耦合短路(short)在各个馈电端电耦合。
本发明考虑如下方面。可在两个不同频带上工作的无线链路模块可以获得更大的灵活性，并通常具有更好的性能。较低频带通常比较高频带更加功率有效。因此，较低频带通常允许在更长的距离上进行数据通信。然而，由此带来的结果是，存在由于该较低频带上的其它数据通信造成的更大的干扰风险。并且，该较低频带通常包含的信道比较高频带少，这也助长了这种风险。因此，希望无线链路模块能够被制成为根据特定的情境在较低频带或较高频带上工作。
在很多应用中，无线链路模块需要在通常并不事先知道的方向上建立无线链路。并且，该方向可以在通信会话过程中改变。让我们假设该无线链路模块具有方向性辐射图，而不是全向辐射图。在很多情况下，用户会需要转动该无线链路模块或者转动该无线模块形成其一部分的设备，从而建立可靠的无线链路。这可能会非常麻烦，特别是如果由于移动而改变方向的话。前面所述的现有技术中的天线具有方向性辐射图，因此就会遇到这种问题。
根据本发明的前述方面，较低频带天线和较高频带天线的每一个都包括具有馈电端和开放端的天线元件。各个天线元件基本上都是电容耦合的。另外，各天线元件通过天线耦合短路在各个馈电端电耦合。
这种无线链路模块在较低频带和较高频带提供了一种全向辐射图。因此，本发明可以带来更好的用户方便性和相对稳定性，以及稳定的无线链路。
本发明的另一个优点涉及如下方面。该无线链路模块提供了一些较高频带上的天线增益。前面已经提到，较高频带通常不如较低频带功率有效。较高频带上的天线增益补偿了这一点。因此，本发明可以获得相对功率有效的实现方式。
本发明的又一个优点涉及如下方面。基本上电容耦合的各个天线元件可以相对地彼此靠近。事实上，各天线元件之间靠得越近，电容耦合就越强，这有助于带来令人满意的辐射图。本发明因此可以得到相对紧凑的实现方式，并且仍然可以提供令人满意的辐射图。
本发明的这些和其它方面将在后面结合附图进行更加详细的描述。
图1是图示说明无线个人区域网的框图。
图2是图示说明天线组件的横截面图，该天线组件构成无线个人区域网的一部分。
图3是图示说明朝构成天线组件一部分的基底的第一主表面看过去的天线组件的顶视图。
图4是图示说明朝基底第二主表面看过去的天线组件的底视图。
图5是图示说明天线组件辐射图的透视图。
图6是图示说明可替换的天线组件的顶视图。
图1图示说明了无线个人区域网WPAN。该无线个人区域网WPAN包括个人计算机PC、数据采集设备DA和视频投影仪VP。个人计算机PC包括显示装置DPL、数据处理装置DPA和无线链路模块WLM。数据采集设备DA可以包括例如图像捕获模块IMC，它在图1中用虚线表示。因此，数据采集设备DA可以提供表示图像的数据，该图像由图像捕获模块IMC捕获。数据采集设备DA例如可以是便携式X射线探测器。
个人计算机PC的无线链路模块WLM包括无线链路电路WLC和天线组件ANA。无线链路模块WLM可以工作在接收模式和发射模式。
在接收模式下，天线组件ANA响应传送数据DT的电磁场而提供射频信号RF。无线链路电路WLC从射频信号RF导出数据DT，并将数据DT施加到数据处理装置DPA。
在发射模式下，无线链路电路WLC基于数据DT而提供射频信号RF，该数据DT是无线链路电路WLC从数据处理装置DPA接收的。天线组件ANA响应由无线链路电路WLC提供的射频信号RF而产生电磁场。电磁场从数据处理装置PDA传送数据DT。
视频投影仪VP和数据采集设备DA的每一个都包括一个无线链路模块，该无线链路模块能够与个人计算机PC的无线链路模块WLM相媲美。因此，视频投影仪VP和数据采集设备DA的每一个都包括天线组件。前面已经提到，数据采集设备DA可以是便携式X射线探测器。在这种情况下，天线组件可被集成到便携式X射线探测器的塑料把手中。该塑料把手可被固定到金属外壳上，该金属外壳可以包括例如图像捕获模块IMC和其它电路。
个人计算机PC能够建立与数据采集设备DA的无线链路WL1以及进一步的与视频投影仪VP的无线链路WL2。无线链路WL1和WL2可以根据例如IEEE 802.11a/b/g标准，该标准通常被命名为术语“WiFi”。
无线链路WL1和WL2允许个人计算机PC分别与数据采集设备DA和视频投影仪VP交换数据。例如，个人计算机PC可以通过无线链路WL1从数据采集设备DA接收数据。正如之前所提到的，该数据可以表示要被显示的图像。通过无线链路模块WLM接收数据的数据处理装置DPA，使得显示装置DPL显示图像，该图像来源于数据采集设备DA。不需要在个人计算机PC和数据采集设备DA之间使用电缆连接。
个人计算机PC可以接下来通过无线链路WL2将图像发送到视频投影仪VP。无线链路WL2可以代替例如通用串行总线连接，否则的话，该通用串行总线连接将会被需要用来从个人计算机PC向视频投影仪VP传输图像。
无线连接WL1和WL2能够在较低频带或较高频带中建立起来。该较低频带基本上被包括在2.4和2.5GHz之间。该较高频带基本上被包括在5.15和5.35GHz之间。这些频带的每一个都有优点和缺点。该较低频带允许在更长的距离上进行数据通信。然而，由此带来的结果是，存在由于相同频带中其它无线链路所造成的更大的干扰风险。并且，较低频带包括相对较少的信道，这就导致干扰的风险相对较大。在较高频带中存在较少的干扰风险，较高频带包括较多的信道。然而，较高频带的功率有效性较差，因此，它只能在相对较短的距离上提供数据通信。
优选地，无线链路WL1在对于给定情境来说最合适的频带上建立起来。这同样适用于无线链路WL2。为此，无线链路模块应该能够在较低频带和较高频带上工作。这需要特殊的设计。
图2在横截面视图中图示说明了天线组件ANA。天线组件ANA包括较低频带天线LBA和较高频带天线HBA。较低频带天线LBA在基底SUB的第一主表面MS1上。较高频带天线HBA位于基底SUB的第二主表面MS2上，其与第一主表面MS1平行。天线组件ANA可以是例如印刷电路板的形式。基底SUB可以是例如玻璃环氧树脂材料，该材料通常用于印刷电路板。基底SUB可以是例如1.2毫米(mm)厚、15mm宽和50mm长。较低频带天线LBA和较高频带天线HBA可以通过蚀刻铜形成，其通常用于印刷电路板。
较低频带天线LBA和较高频带天线HBA都是半波长偶极形式。因此，较低频带天线LBA具有两个天线元件AE1和AE2，它们是基本对称的。这同样适用于较高频带天线HBA，它包括天线元件AE3和AE4。每个天线元件AE1、AE2、AE3和AE4都是导电路径的形式，该导电路径分别从馈电端EF1、EF2、EF3、EF4延伸到开放端EO1、EO2、EO3、EO4。导电路径的长度大约为波长的四分之一。也就是说，天线元件AE的馈电端FE和开放端EO之间的距离基本上为波长的四分之一。
天线组件ANA包括两个天线耦合短路VC1和VC2，它们并行地电耦合较低频带天线LBA和较高频带天线HBA。更确切地说，天线耦合短路VC1将较低频带天线LBA的天线元件AE1与天线元件AE3电耦合，天线元件AE3是较高频带天线HBA的相对应天线元件。天线耦合短路VC2将较低频带天线LBA的天线元件AE2与天线元件AE4电耦合，天线元件AE4是较高频带天线HBA的相对应天线元件。
天线耦合短路VC1相对靠近于各个天线元件AE1和AE3的相应馈电端EF1和EF3。例如，参照天线元件AE3，天线耦合短路VC1与馈电端EF3之间的距离比天线耦合短路VC1与开放端EO3之间的距离至少短10倍。这同样适用于天线耦合短路VC2，其相对靠近于天线元件AE2和AE4的相应馈电端EF2和EF4。
天线组件ANA包括两个馈电点FP1和FP2。无线链路电路WLC通过两个馈电点FP1和FP2而被电耦合到天线组件ANA，如图1所示。也就是说，在接收模式下，无线链路电路WLC从两个馈电点FP1和FP2得到射频信号RF。相反地，在发射模式下，无线链路电路WLC将射频信号RF施加到两个馈电点FP1和FP2。
图3图示说明了向基底SUB的第一主表面MS1看过去的天线组件ANA。图3图示说明了点划线A-B，沿该点划线A-B取图2所示的横截面。图3示出了较低频带天线LBA，其包括天线元件AE1和AE2。这些天线元件具有三角形状。天线元件AE1在其馈电端FE1相对较窄，在其开放端OE1相对较宽。这同样适用于天线元件AE2。这种三角形状允许较低频带天线LBA具有适当的带宽。
图3图示说明了同轴电缆CX将天线组件ANA电耦合到无线链路电路WLC。同轴电缆CX具有内导体和外导体，外导体是圆形并且围绕着内导体。内导体被耦合到馈电点FP1，从而被耦合到天线元件AE1，此外还通过天线耦合短路VC1被耦合到天线元件AE3。内导体被耦合到馈电点FP1，从而被耦合到天线元件AE2，此外还通过天线耦合短路VC2被耦合到天线元件AE4。
图3进一步图示说明了点线表示的位于第二主表面MS2上的天线元件AE3和AE4，就好像基底SUB有些透明似的。较低频带天线LBA的天线元件AE1和较高频带天线HBA的天线元件AE3之间有相当大的重叠。因此，天线元件AE1和AE3之间存在相当大的电容耦合。该电容耦合其实分布在各个导电路径的相当大一部分上，各个导电路径形成这些天线元件。
例如，假设没有天线耦合短路VC1。在这种情况下，天线元件AE1和天线元件AE3可以被认为是电容。该电容在感兴趣的频率上具有相对较低的阻抗。例如，如果天线组件ANA将只包括一个天线的话，该阻抗可以低于在馈电点FP1和FP2看到的天线阻抗。50欧姆和75欧姆是典型的天线阻抗值。这同样适用于较低频带天线LBA和较高频带天线HBA的相应天线元件AE2和AE4。这些天线元件基本上也是电容耦合的。
图4图示说明了向基底SUB的第二主表面MS2看过去的天线组件ANA。也就是说，可以通过沿点划线A-B翻转天线组件ANA在图3和图4提供的相应视图之间进行切换。图4示出了较高频带天线HBA，其包括天线元件AE3和AE4。这些天线元件具有矩形形状，这允许较高频天线HBA具有适当的带宽。靠近天线元件AE3的馈电端EF3的天线耦合短路VC1将天线元件AE3电耦合到天线元件AE1，此外还通过馈电点FP1和同轴电缆CX的内导体电耦合到无线链路电路WLC之外。靠近天线元件AE4馈电端EF4的天线耦合短路VC2将天线元件AE4电耦合到天线元件AE2，此外还通过馈电点FP2和同轴电缆CX的外导体电耦合到无线链路电路WLC。
假设将2.45GHz的信号施加到图2、3和4图示说明的天线组件ANA。较低频带天线LBA在该频率上构成半波长偶极子。天线组件ANA几乎表现为就像只存在该较低频带天线LBA一样。较高频带天线HBA没有重要影响。两个特征说明了这种表现。第一，两个天线耦合短路VC1和VC2说明了这一点。正如前面所提到的，天线耦合短路VC1将天线元件AE1和天线元件AE3分别与馈电端EF1和EF3电耦合。天线耦合短路VC2将天线元件AE2和天线元件AE4分别与馈电端EF2和EF4电耦合。第二，天线元件AE1和天线元件AE3之间存在相当大的电容耦合。天线元件AE2和天线元件AE4基本上也是电容耦合的。当2.45GHz的信号被施加到天线组件ANA时，较高频带天线HBA会有一些影响，尽管这种影响不太大。较高频带天线HBA使天线组件ANA在该频率上具有输入阻抗，其包含相对较小的电容分量。该相对较小的电容分量不妨碍与无线链路电路WLC进行良好的阻抗匹配，这样允许进行无损操作。
为了便于说明，假设没有较高频带天线HBA。在这种情况下，在2.45GHz的输入阻抗将大约为75欧姆。基本上不存在电容分量，也不存在电感分量。较低频带天线LBA处于谐振中。与这种情况相比，较高频带天线HBA引入了相对较小的电容分量，该电容分量通常比天线组件ANA在感兴趣的频率上的输入阻抗的电阻分量至少低10倍。
应该注意到，天线组件ANA也会在从2.45GHz到5.25GHz的转移频带的相当大一部分上具有电容性输入阻抗，这是由于较高频带天线HBA的出现造成的。在很多情况下，输入阻抗在该转移频带的一多半频率内将是电容性的。
现在假设将5.25GHz的信号施加到天线组件ANA。较高频带天线HBA构成该频率上的半波长偶极子。较低频带天线LBA几乎构成该频率上的全波长。较低频带天线LBA当处于绝缘状态下时建立相对较高的阻抗。因此，较高频带天线HBA基本上决定了天线组件ANA在5.25GHz下的输入阻抗。该输入阻抗将会大约为75欧姆，这就允许与无线链路电路WLC进行良好的阻抗匹配，因此达到无损操作。
然而，从在5.25GHz辐射的观点来看，较低频带天线LBA扮演着重要的角色。这是由于天线元件AE1和AE3之间的电容耦合以及天线元件AE2和AE4之间的电容耦合所造成的。当5.25GHz信号被施加到天线组件ANA时，这些各自的电容耦合使得电流流经较低频带天线LBA。结果是，较低频带天线LBA将辐射电磁场，这对天线组件在5.25GHz上的辐射特征有所影响。两个天线耦合短路VC1和VC2使得较低频带天线LBA和较高频带天线HBA在各自的馈电端EF1、EF2、EF3和EF4上具有相等的相位。
图5图示说明了天线组件ANA在与基底SUB的各主表面MS1、MS2基本垂直的平面上具有基本上全向的辐射图。天线组件ANA在2.45GHz附近的较低频带以及5.25GHz附近的较高频带中具有这种全向辐射图。在这两个频带内得到全向辐射图一方面归功于两个天线耦合短路VC1和VC2，另一方面归功于天线元件AE1和AE3之间的电容耦合以及天线元件AE2和AE4之间的电容耦合。图2示出了这些元件。
甚至，在较高频带中，天线组件ANA提供一些在图5所示平面中的天线增益。该天线增益大约是几个分贝(dB)。该天线增益在较高频带中可以补偿同轴电缆CX中的信号损失。这些信号损失通常在较高频带中比在较低频带中要高。天线增益允许无线链路模块从无线链路电路WLC生成具有相对适度信号功率的给定强度的电磁场。该天线增益还允许无线链路模块从由另一个无线链路模块发出的相对较弱的电磁场导出数据。由于这些原因，天线组件ANA可以获得功率有效性。
图6图示说明了可替换的天线组件ANA。该可替换的天线组件ANA与图2、3和4所示的天线组件ANA基本相似，除了较低频带天线LBA之外。同样的附图标记指示两个天线组件中都包括的相似实体。可替换的天线组件ANA包括可替换的具有两个矩形天线元件AE1a和AE2a的较低频带天线LBA。这两个矩形天线元件AE1a和AE2a的每一个都分别具有馈电端EF1a、EF2a和开放端EO1a、EO2a。
上文中参照附图的具体描述说明了权利要求1所引用的如下特征。无线链路模块(WLM；ANA)包括较低频带天线(LBA)和较高频带天线(HBA)。这些天线(LBA，HBA)的每一个都包括具有馈电端(FE1，FE3)和开放端(OE1，OE3)的天线元件(AE1，AE3)。各个天线元件(AE1，AE3)基本上被电容耦合。另外，各个天线元件(AE1，AE3)通过天线耦合短路(VC1)而在相应的馈电端(FE1，FE3)电耦合。应当注意到，在权利要求中，天线组件(ANA)同样可被认为是无线链路模块。因此，术语“无线链路模块”在任意合适的地方覆盖了详细描述中的无线链路模块(WLM)以及天线组件(ANA)。
上文中的详细描述进一步说明了权利要求2所引用的如下可选特征。相互面对的平面导体形成各个天线元件(AE1，AE3)，它们基本上是电容耦合的。这样允许了分布在各个天线元件相当大一部分上的电容耦合，这有助于带来令人满意的辐射图。
上文中的的详细描述进一步说明了权利要求3所引用的如下可选特征。较低频带天线(LBA)被提供在基底(SUB)的主表面(MS1)上。较高频带天线(HBA)被提供在基底(SUB)的另一个主表面(MS2)上。各个主表面(MS1，MS2)相互面对。这就允许可以用基于例如标准印刷电路板技术的相对较低的成本来实现。并且，基底防止例如当施加相对较大功率的信号时，在较低频带天线和较高频带天线之间发生击穿放电。
上文中的详细描述进一步说明了权利要求4所引用的如下可选特征。较低频带天线(LBA)和较高频带天线(HBA)中的每一个都包括具有馈电端(FE2，FE4)和开放端(OE2，OE4)的进一步的天线元件(AE2，AE4)。因此，较低频带天线(LBA)和较高频带天线(HBA)中的每一个都形成偶极子。各个进一步的天线元件(AE2，AE4)基本上是电容耦合的。另外，各个进一步的天线元件(AE2，AE4)通过进一步的天线耦合短路(VC2)在各个馈电端(FE2，FE4)电耦合。这种类似于偶极子的实现方式可以允许用小的尺寸来实现并提供令人满意的辐射图。
上文中的详细描述进一步说明了权利要求5所引用的如下可选特征。较低频带天线(LBA)的天线元件(AE1)具有三角形状。较高频带天线(HBA)的天线元件(AE3)具有矩形形状。这就允许较低频带天线和较高频带天线具有各自适合的频带。
上述特征可以以多种不同方式实现。为了对此进行说明，简单说明一些可替换方式。
较低频带天线和较高频带天线的每一个都可以是具有一个天线元件和地平面的单极天线。基本上被电容耦合的各个天线元件都可以具有任意合适的长度。四分之一波长只是一个例子。各个天线元件的每一个都可以是拉杆天线的形式。各个拉杆天线可以相互地相对靠近，以便在这些拉杆天线之间实现相当大的电容耦合。任何电解质材料或基底都可以被放置在各个天线元件之间。这包括介电常数为1的空气。如果有的话，可以用柔韧的绝缘材料作为基底。任何适当的导电材料都可以制成天线元件。天线元件可以具有任意形状。例如，平面天线元件可以具有圆形或椭圆形状。该形状不需要是矩形。较低频带天线和较高频带天线不需要是谐波相关的。例如，感兴趣的频带可以具有1∶1.5的频率比。
存在大量的通过硬件或软件项目，或者通过硬件和软件项目两者来实现功能的方式。在这个方面，附图是非常概略的，每个附图只代表本发明的一种可能实施例。因此，尽管附图将不同功能显示为不同方框，这无论如何不能排除那些执行几个功能的一个硬件或软件项目。也不排除实现一个功能的硬件或软件项目的集合，或者硬件和软件项目的集合。
在这之前所作出的评价表明，结合附图的具体描述是解释而非限制本发明。存在大量可替换方式，它们都落在后附权利要求的保护范围内。权利要求中的任意附图标记不应解释为限制权利要求。词语“包括”不排除存在其它与权利要求列出的那些元件或步骤不同的元件或步骤。元件或步骤前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这种元件或步骤。

Claims (11)

1.一种无线链路模块(WLM；ANA)，包括较低频带天线(LBA)和较高频带天线(HBA)，其每一个都包括具有馈电端(FE1，FE3)和开放端(OE1，OE3)的天线元件(AE1，AE3)，各天线元件(AE1，AE3)基本上是电容耦合的，并通过天线耦合短路(VC1)在各个馈电端(FE1，FE3)电耦合。
2.根据权利要求1的无线链路模块，各天线元件(AE1，AE3)由相互面对的平面导体形成。
3.根据权利要求2的无线链路模块，较低频带天线(LBA)被提供在基底(SUB)的主表面(MS1)上，较高频带天线(HBA)被提供在基底(SUB)的另一主表面(MS2)上，各主表面(MS1，MS2)相互面对。
4.根据权利要求1的无线链路模块，较低频带天线(LBA)和较高频带天线(HBA)的每一个都包括具有馈电端(FE2，FE4)和开放端(0E2，OE4)的进一步的天线元件(AE2，AE4)，使得较低频带天线(LBA)和较高频带天线(HBA)的每一个都形成偶极子，各个进一步的天线元件(AE2，AE4)基本上是电容耦合的，并通过进一步的天线耦合短路(VC2)在各个馈电端(FE1，FE3)电耦合。
5.根据权利要求1的无线链路模块，较低频带天线(LBA)的天线元件(AE)具有三角形状，较高频带天线(HBA)的天线元件(AE)具有矩形形状。
6.根据权利要求1的无线链路模块，包括无线链路电路(WLC)，该无线链路电路(WLC)被配置为在较低频带(2.45GHz)和较高频带(5.25GHz)中处理信号，较低频带天线(LBA)的天线元件(AE1)构成用于较低频带(2.45GHz)中信号的四分之一波长辐射器，较高频带的天线元件(AE3)构成用于较高频带(5.25GHz)中信号的四分之一波长辐射器。
7.根据权利要求1的无线链路模块，包括无线链路电路(WLC)，该无线链路电路(WLC)被配置为在较低频带(2.45GHz)和较高频带(5.25GHz)中处理信号，较低频带天线(LBA)的天线元件(AE1)被配置为以无损方式在较低频带(2.45GHz)和较高频带(5.25GHz)中工作，较低频带(2.45GHz)与较高频带(5.25GHz)基本上具有谐波关系。
8.一种数据通信设备(DA，PC，VP)，包括根据权利要求1的无线链路模块(WLM)，用于建立与其它数据通信设备(DA，PC，VP)之间的无线链路(WL1，WL2)。
9.一种信息呈现设备(PC)，包括信息呈现装置(DPA，DPL)和根据权利要求1的无线链路模块(WLM)，该无线链路模块(WLM)用于建立与信息提供设备(DA)之间的无线链路(WL1)，该无线链路模块(WLM)被配置为向信息呈现装置(DPA，DPL)提供来自于信息提供设备(DA)的数据(DT)，以便将该数据进行呈现。
10.一种无线通信系统(WPAN)，包括多个无线通信设备(DA，PC，VP)，其中的至少一个(PC)包括根据权利要求1的无线链路模块(WLM)，用于建立与另一个无线通信设备(DA，VP)之间的无线链路(WL1，WL2)。
11.一种便携式X射线探测器，包括根据权利要求1的无线链路模块(WLM)。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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