CN101263631B - 分集式偶极天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分集天线系统，包括至少两个偶极型天线，每一个偶极型天线都由差分供电的第一和第二导电臂形成，其中所述两个天线包括一公用臂(10)且每一个都包括一个第二臂(11，12)，其中所述公共臂称为第一臂，形成用于电子板卡的至少一个盖，所述第二臂可旋转地安装在所述第一臂的一个末端。

Description

分集式偶极天线系统

技术领域

本发明涉及包括至少两个偶极型天线的分集式天线系统。更具体地说，本发明涉及一种上述类型的天线系统，用于电视信号的接收，特别地在诸如一般称为PC的膝上型计算机、PVA(个人助理)这样的便携式电子装置上的数字信号的接收，或用于需要天线系统以接收电磁信号的其它类似装置。本发明还涉及一种用于所述天线系统的支承件，所述支承件使得该天线系统可以安装到便携式装置。

背景技术

当前市场上，存在可以用于在膝上型计算机上直接接收用于数字陆地电视或TNT的信号的器材。这种在膝上型计算机上的数字陆地电视信号的接收使得所述计算机的计算能力可以用于解码数字图像。这种器材经常以具有两个接口的盒子的形式在市场上流通，所述两个接口一个是用于到内部或外部VHF-UHF天线的连接的RF(射频)接口以及另一个是用于到计算机的连接的USB接口。

当前市场上的所述装置一般由独立的天线构成，譬如安装在包括USB接头的单元上的鞭型(whip type)或者环形天线。

在2005年4月20日递交的申请号为No.0551009法国专利申请中，申请人提出了一种覆盖了整个UHF波段的紧凑宽带天线，由偶极型天线构成。该天线与可以特别是通过使用USB型接头连接到便携式装置的电子板卡相关联。

更具体地说，在申请号为No.05 51009法国专利申请中所描述的天线包括差分供电(supplied differentially)的第一和第二导电臂，所述臂的一个，称为第一臂，形成至少一个用于电子板卡的盖。更具体地说，所述第一臂具有盒子的形式，其中可以插入包括所述偶极型天线接收的信号的处理电路的电子板卡。

然而，这个解决方案虽然在所述接收的水平上得到了优秀的结果，但是没有解决由于多路径，特别是在建筑物中接收的过程中由于衰落现象所引起的问题。除了多路径之外，所述信号在穿入建筑物的过程中遭受另外的衰减。在任意的便携式接收中，都遭遇到了这些缺点。为了克服这些缺点，本领域的技术人员知道如何使用分集天线，所述分集天线能够改善所述接收鲁棒性，特别是关于多路径问题。

发明内容

因此，本发明涉及一种分集天线系统，包括至少两个偶极型天线，每一个偶极型天线都由差分供电的第一和第二导电臂形成。所述两个天线包括一公用臂且每一个都包括一个第二臂，其中所述公共臂称为第一臂，形成用于电子板卡的至少一个盖，所述第二臂可旋转地安装在所述第一臂的一个末端。

根据第一实施例，第二臂可绕公用轴线旋转地安装在第一臂的一个末端。优选地，第二臂具有相同的外形，且与所述第一臂的外形互补，从而可以折叠到所述第一臂的表面中的一个上。

根据第二实施例，每一个第二臂都被可绕特定轴线旋转地安装到第一臂的一个末端。在这种情况下，第二臂具有相同的外形，其外形与由第一壁形成的盒子的侧壁相应。所述第二臂也可以具有互补的外形，使得它们可以折叠到第一臂的上表面和下表面中的一个上。

根据本发明的其它特性，所述第一臂具有盒子的形式，电子板卡可以插入到该盒子中，更具体地说，该电子板卡用于对天线接受到的信号进行处理并将它们发送到诸如膝上型计算机这样的便携式显示装置或类似装置。因此，电子板卡在一个末端处包括用于供电系统的每一个天线的至少两个连接端口以及在另一个末端处包括到电子设备的例如由USB接头形成的连接端口，使得可以连接到诸如膝上型计算机这样的便携式电子装置或类似装置。

根据另一特性，本发明涉及用于该天线系统的支承件，包括在便携式装置上的可调整连接装置和可旋转地安装在该连接装置上并用来接收该系统的第一臂的装置。

附图说明

阅读了参考附图实现的各实施例的描述之后，本发明的其它特性和优点将会变得明显，在附图中：

图1是以申请人的名义申请的法国专利申请05 51009中所描述的天线的示意性透视图；

图2示出了图1的天线在第二臂处于不同的位置下的增益辐射图；

图3是根据本发明的天线系统的第一实施例的示意性透视图；

图4示出了根据图3的天线系统在没有阻抗匹配电路的情况下的阻抗匹配和隔离曲线；

图5示出了根据图3的天线系统在具有阻抗匹配电路的情况下的阻抗匹配和隔离曲线；

图6示出了根据图3的天线系统在角度α1＝0°，角度α2＝90°的情况下的辐射图；

图7示出了图3的天线系统在角度α1＝0°，角度α2＝90°且具有阻抗匹配电路的情况下在UHF波段的效率；

图8示出了图3的天线系统在角度α1＝0°，角度α2＝90°且具有阻抗匹配电路的情况下在UHF波段的增益；

图9A示出了根据本发明的天线系统的第二实施例的顶视图

图9B示出了根据本发明的天线系统的第二实施例的示意性透视图；

图10示出了图9的系统在角度α＝135°的情况下，分别在端口(port)1供电和端口2供电的辐射图；

图11示出了图9的天线系统在角度α＝90°的情况下，分别在端口1供电和端口2供电的辐射图；

图12A示出了根据图9的系统的天线系统在角度α＝α1＝α2＝90°的情况下的示意性透视图；

图12B示出了根据图9的系统的天线系统在角度α＝α1＝α2＝135°的情况下的示意性透视图；

图13A分别示出了图12所示的天线系统在角度α＝90°的情况下的阻抗匹配和隔离曲线；

图13B分别示出了图12所示的天线系统在角度α＝135°的情况下的阻抗匹配和隔离曲线；

图14A分别示出了图12所示的天线系统在角度α＝90°且具有阻抗匹配电路的情况下的阻抗匹配和隔离曲线；

图14B分别示出了图12所示的天线系统在角度α＝135°且具有阻抗匹配电路的情况下的阻抗匹配和隔离曲线；

图15示出了图12的天线系统的效率曲线；

图16示出了图12的天线系统的增益曲线；

图17示出了根据本发明的天线系统的另一实施例；

图18示出了图17所示的天线系统获得的模拟结果；

图19示意性地示出了根据本发明的另一实施例的透视图；

图20A示出了根据本发明的另一实施例的顶视图；

图20B示出了根据本发明的另一实施例的示意性透视图；

图21示意性地示出了与根据本发明的天线系统一起使用的电子板卡。

图22示出了用于根据本发明的天线系统的支承件的透视图；

图23示出了图22的支承件的放大透视图；

具体实施方式

参考图1和图2，将对根据以申请人名义申请的法国专利申请No.0551009、可以用于在膝上式计算机上接收陆地数字电视的偶极型天线的一个实施例进行描述。

如图1所示，该偶极型天线包括第一导电臂1和第二导电臂2，两臂通过位于每一个臂的一个末端的接合区3相互连接。在更具体的方式中，臂1明显地具有盒子的形式，具有沿着弯曲部分1b延伸的明显矩形形式的部分1a，所述弯曲部分1b逐渐地展开以允许能量逐渐地辐射，由此增大在更宽的频段上的阻抗匹配。臂1的长度明显地等于λ/4，其中λ等于在中心操作频率下的波长。因此，臂1的长度接近112mm以用于在UHF波段操作(470和862MHz之间的波段)。

如图1所示，所述天线包括第二臂2，安装为可绕轴线3旋转，所述轴线3还是天线到信号处理电路的连接点。天线的电连接由一金属缆线完成，例如同轴或类似的电缆，而旋转轴线由电磁波相对可穿透的材料制成。在图1中，示出了臂2的不同的朝向，即臂2相对于水平线成角度α＝0°的参考标号为20的第一朝向，角度α＝30°的参考标号为21的第二朝向，角度α＝45°的参考标号为22的第三朝向，角度α＝60°的参考标号为23的第四朝向和角度α＝90°的参考标号为24的第五朝向。长度明显等于λ/4的臂2具有弯曲的侧面，沿着该侧面产生一扁平矩形部分，这使得臂2可以完全折回以在闭合位置抵着臂1。臂2被安装为可相对于臂1旋转，这使得臂2的朝向可以改变以便于使电视信号的接收最佳化。

图2示出了根据图1所示的天线在660MHz的频率以及图1所示的臂2的不同位置下的模拟辐射图。这些辐射图根据所述臂倾斜的角度进行了倾斜。该倾斜可以由此最佳化数字电视信号的接收。

现在，将参考图3到图8，对根据本发明的参考图1和图2所述的天线的原理实现的分集天线系统的第一实施例进行描述。

如图3所示，根据本发明的天线系统包括由第一公用臂10构成的两个天线，所述第一公用臂形成至少电子板卡的盖10a，所述电子板卡使得天线接收到的信号被处理。在所示的实施例中，公用臂10包括形成盖10a的上方部分或元件以及下方部分10b，这样的装配形成一个盒子以接收用于处理接收到的信号的电子板卡。对图3所示的系统进行模拟，所述系统具有以下特性：1)所使用的材料是传导率为4.9×10⁷S/m的铜；2)臂11的长度大致等于112mm；3)用于部分10a，10b，11，12的弯曲的半径是31mm；4)臂10，11，12的宽度约为25mm，这样设置以便于插入宽度为20mm的电子板卡。通过使用软件IE3D以公知的方式进行的模拟获得的结果在图4到图8中示出。

图4示出了图3的天线系统在第二臂相对于第一臂形成角度α1＝0°和α2＝90°，即第二臂11朝向水平方向而第二臂12朝向垂直于第一臂10的方向时的阻抗匹配曲线S(1，1)和S(2，2)以及隔离曲线S(2，1)，所述曲线是通过对不具有阻抗匹配单元的系统进行模拟而获得的。在这种情况下，所述曲线显示阻抗匹配在相对较窄的波段内实现，这可以通过使用阻抗匹配单元来进行改善。该单元通过LC电路以标准的方式构成。图5示出了具有阻抗匹配单元的阻抗匹配和隔离曲线。在这种情况下，可以在较大的频率波段内实现阻抗匹配。

在有第一臂10和第二臂11形成的第一天线以及由第一臂10和第二臂12形成的第二天线之间的隔离足以提供显著的分集增益，特别是考虑到如图6所示的较强的辐射图去相关性和第一天线的垂直极化和第二天线的水平极化。

图6的辐射图示出了当两个第二分支11，12定位为相互垂直时两路之间的最大去耦合最佳化去相关。因此，根据本发明的有利特性，所述两个臂11和12保持在相互垂直位置，而与第一天线的角度α无关，例如即所述天线是由第一公用臂10和第二臂11构成。

图7示出了图3所示的天线系统在角度α1＝0°，角度α2＝90°的情况下在整个UHF波段上的效率，而图8示出了同一天线系统的两路的增益。在这种情况下，所述天线系统的收益(yield)在整个UHF波段都大于50％，这满足性能要求。在整个UHF波段上约0dBi的平均增益与这种类型的天线的50％的效率的3dBi的指向性(directivity)对应。

下面将参考图9到图11，对根据本发明的天线系统的另一实施例进行描述。

如图9A和图9B所示，天线系统包括由两天线公用的第一臂20形成的两个偶极型天线。每一个天线都包括可旋转地安装在第一臂的一个末端的第二臂21，22。每一个第二臂21，22独立地绕两个分离的选择轴23，24枢转。在该实施例中，所述两个臂21，22可以形成第一公用臂20的侧壁，其将在下文中更详细的描述。

如在前述实施例中的那样，所述第一公用臂20包括形成用于电子板卡的盒子的矩形部分20a，所述电子板卡例如用于例如由天线系统接收或发射的电磁信号的处理。矩形部分20a通过逐渐展开的弯曲部分20b延伸。所述两个第二臂21，22具有适于第一导电臂20的侧面部分的外形。以更精确的方式说他们具有以弯曲部分延伸的显著的矩形部分。

如图9A所示，臂21和22可以相对于第一臂20根据角度α1和α2朝向，所述角度α1和α2分别表示第二臂22和臂20之间的角度和第二臂21和臂20之间的角度。两旋转轴23和24相互隔离开，除了辐射分集外还可以观察到与由偶极21，20和22，20形成的两个天线的空间分离相关的空间分集。

这可以在图10和图11的辐射图中明显地观察到，其中图10示出了在两臂20，21和20，22之间的间距α＝α1＝α2＝135°的情况下端口1和端口2的辐射图，图11示出了在两臂20，21和20，22之间的间距α＝α1＝α2＝90°的情况下端口1和端口2的辐射图

在图12A中，以更精确的方式示出了包括第一公用臂20和两个第二臂21，22的天线系统，所述第二臂定位为相对与第一臂成角度α＝α1＝α2＝90°。相似的，在图12B中示出了在角度α＝α1＝α2＝135°情况下的同一天线系统。两个第二臂21和22安装为可以绕两个分离的轴23，24旋转，所述两个轴23，24设置在所述第一臂20的末端，可以以这样的方式调谐它们，以致在不使用的位置，两个臂21，22可以折回到第一公用臂20的侧表面，这给出了一个在不使用的时候可以容易的运输的紧凑系统。

由此，图13A和图13B分别示出了图12的系统在角度α＝90°和α＝135°没有阻抗匹配电路的情况下两个天线之间的阻抗匹配和隔离曲线。在两个α值下，所述天线在所述操作中心频率附近具有自然阻抗匹配，但不是在整个UHF波段。在两个α值下隔离度之间的差异与所述天线系统的各模式(pattern)相关成正比。依赖所使用的频道，这使得可以调整隔离度且由此可以改善分集使用所需的效果。

相似的，图14A和图14B分别示出了在角度α＝90°和α＝135°下在天线系统的输出端连接了阻抗匹配电路的情况下两个天线之间的阻抗匹配和隔离曲线。此处的阻抗匹配电路使得可以放大阻抗匹配带宽，考虑到在作为本应用目标的典型值-6dB处S11的电平。关于图13的隔离曲线的评论也可以应用于此。

图15示出了所述系统的效率曲线而图16示出了上述天线系统的两天线的增益曲线。所述天线系统的效率几乎在整个UHF波段都大于60％，这导致目标应用的优秀表现。在整个UHF波段上约0.5dBi的平均增益与这种具有60％效率的天线的3dBi的指向性是对应的。

现在将参考图17和图18，对根据本发明的天线系统的另一实施例进行描述。在该情况下，第一臂或公用臂30具有显著的在主轴线x，x上形成的椭圆形式。在主轴线x，x的一个末端的附近，两个偶极型天线的两个第二臂31，32安装在两个分离的轴33，34周围。这两个臂具有半椭圆的形式。所述两个臂31，32被可以以这样的方式旋转地安装，以便于可以分别折叠到所述公用臂30的上面和下面。对这种类型的两天线系统进行了模拟，图18示出了这样的天线的阻抗匹配和隔离曲线。用于模拟的特性如下：1)所使用的材料是传导率为4.9×10⁷S/m的铜；2)元件30，31和32的椭圆的两个轴分别具有25mm和50mm的尺度；3)盒子的厚度是12mm，这使得厚度为10mm的电子板卡可以插入其中。

下面将参考图19和20，对与图9所示的天线系统相同类型的天线系统的另一实施例进行描述。

在图19中，根据本发明的分集天线系统包括具有长形盒形式的第一公用臂40。在盒子40的末端，设置了两个分离的轴43，44，其上分别装有第一第二臂41和第二第二臂42以获得形成根据本发明的天线系统的两个偶极型天线。这些长形的臂41和42可以绕轴43，44旋转且被折叠到形成盒子的第一公用臂40的侧面。

在图20中示出了根据本发明的天线系统的另一实施例。在这种情况下，所述系统包括第一公用臂50。该臂具有与图9中的实施例的第一臂30具有相同的形式。在臂50锥型的末端，设计了两个分离的旋转轴53，54，其上分别装有第一第二臂51和第二第二臂52。第一第二臂51具有可以折叠到第一壁50的侧面的部分。这部分51沿着折叠到臂50下方的矩形元件51’垂直地延伸，而第二第二臂52具有可以折叠到元件50的侧面的主要部分52，所述部分52沿着折叠到元件50上方的垂直矩形部分52’延伸。

下面将参考图21，对可以集成到由根据本发明的系统的第一公用臂形成的盒子中或盖下的电子板卡的实施例进行描述。该电子板卡包括，示意性的，第一LNA放大器(低噪声放大器)100，在1A处连接到根据本发明的天线系统的天线中的一个。所述LNA放大器100连接到调谐器(tuner)101，调谐器101连接到解调器102。平行地，卡板包括第二LNA放大器110，在1B处连接到所述第二天线。LNA110连接到调谐器111，调谐器111连接到解调器112。两解调器102和112相互连接，以致具有一主解调器112，即在本实施例中示出为112和一从解调器，即在本实施例中示出为102。主解调器112的输出端连接到USB接口120，USB接口120连接到USB接头130，所述USB接头130使得天线系统可以连接到诸如膝上型计算机或PC这样的便携式终端或任意其他相同类型装置的USB插口。

下面将参考图22和图23，对上述天线系统的支承件的一个实施例进行描述。如图所示，所述支承件包括盒子形式的元件210，用于接收本发明的天线系统的公用臂10。元件110包括适于接收所述臂的上开口211和使得可以连接到诸如USB连接器这样的便携式装置的连接器的下开口。所述元件210可绕轴线212旋转的安装到连接装置200上，所述连接装置200使得天线支承件可以连接到装置上，更具体地说可以连接到膝上型计算机的屏幕300上。

所述连接装置200包括以L形元件201，其上装有盒子形式的元件210。L形元件的垂直部分具有形成滑道的开口202。第二L形元件203插入这个滑道中，两个L形元件202和203形成在屏幕300上的夹具(gripping clamp)。元件203在它插入滑道的部分配备有未示出的长形孔。一旦就位，元件203和元件201之间的距离通过诸如紧固螺丝或类似物这样的紧固装置204来保持。此外，为了有效的将支承件保持在屏幕上，第二L形元件的自由部分向内弯曲，增强了夹持效果。

使用上述装置，第一调节装置使得支承件可以以这样的方式紧固到屏幕上，以致它可以在任意类型的屏幕上进行调整。一旦在屏幕300和支承件之间建立机械连接，可以通过绕销212旋转接收天线系统的元件210来进行第二调节，以这样的方式调节所述天线的朝向以便于使给定频道的接收质量最佳化。

Claims (13)

1.一种分集天线系统，包括至少两个偶极型天线，每一个偶极型天线都由差分供电的第一和第二导电臂形成，其特征在于所述至少两个偶极型天线包括一公用臂(10，20，30，40，50)且每一个都包括一个第二导电臂(11，12；21，22；31，32；41，42；51，52)，其中所述公用臂为所述至少两个偶极型天线的第一导电臂，形成用于电子板卡的至少一个盖，所述第二导电臂可旋转地安装在所述第一导电臂的一个末端。

2.根据权利要求1的系统，其特征在于第一导电臂(10，20，30，40，50)具有盒子的形式，所述电子板卡可以插入到该盒子中。

3.根据权利要求1的系统，其特征在于所述第一导电臂和第二导电臂具有等于λ/4的长度，其中λ是在操作中心频率下的波长。

4.根据权利要求1到3中任一项的系统，其特征在于所述第二导电臂(11，12)可绕公用轴线(13)旋转地安装在第一导电臂(10)的所述一个末端。

5.根据权利要求4的系统，其特征在于所述第二导电臂具有相同的外形，且与所述第一导电臂的外形互补，从而可以折叠到所述第一导电臂的表面中的一个上。

6.根据权利要求1到3中任一项的系统，其特征在于每一个第二导电臂(21，22；31，32；41，42；51，52)都被可绕特定轴线(23，24；33，34；43，44；53，54)旋转地安装到所述第一导电臂(10)的所述一个末端。

7.根据权利要求6的系统，其特征在于第二导电臂(21，22)具有相同的外形，其外形与由第一导电臂形成、用于电子板卡的盒子的侧壁相应。

8.根据权利要求6的系统，其特征在于所述第二导电臂(31，32)之间具有互补的形状，使得它们可以折叠到所述第一导电臂的表面中的一个上。

9.根据权利要求1到3中任一项的系统，其特征在于所述电子板卡在一个末端处包括用于供电每一个所述偶极型天线的两个连接端口(1A，1B)以及在另一个末端处包括到电子设备的连接端口(130)。

10.用于根据权利要求1到9中任一项的天线系统的支承件，其特征在于所述支承件包括在一设备上的调整连接装置(200)和用来接收所述天线系统的第一和第二导电臂中的一个的装置(210)。

11.根据权利要求10的支承件，其特征在于所述调整连接装置由两个L形元件(201，203)构成，每一个L形元件都可以在另一个中滑动，从而形成了可调整夹具。

12.根据权利要求10或11的支承件，其特征在于用于接收所述天线系统的第一和第二导电臂中的一个的装置由一盒状元件(210)构成，该盒状元件具有至少一个用来接收所述天线的第一和第二导电臂中的一个的开口(211)。

13.根据权利要求12所述的支承件，其特征在于所述盒状元件(210)可绕旋转轴(212)旋转地固定到所述调整连接装置(200)上。

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