CN101473491A

CN101473491A - 紧凑型介质谐振天线

Info

Publication number: CN101473491A
Application number: CNA2006800550768A
Authority: CN
Inventors: Z·迎
Original assignee: Sony Ericsson Mobile Communications AB
Current assignee: Sony Mobile Communications AB
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: EP2038963A1; CN101473491B; WO2007147446A1; US7443363B2; US20080122703A1

Abstract

一种具有接地平面(17)的用于通信设备的介质辐射天线布置(18)，包括介质体积和模式激励元件(22，24，26)。该介质体积具有在该介质体积中心的中心轴，提供该中心轴以作为该接地平面的法线。这些模式激励元件包括第一模式激励元件(22)和第二模式激励元件(24)，该第一模式激励元件设在该介质体积内或附接到该介质体积并且在这样的平面内延伸，即以距该中心轴的第一距离(d1)提供该平面且该平面垂直于接地平面，第二模式激励元件(24)设在该介质体积内或附接到该介质体积并在这样的平面内延伸，即以距该中心轴的第二距离(d2)提供该平面且该平面垂直于接地平面和该第一模式激励元件的平面。该天线布置可以用来同时发射并接收具有降低的耦合度的处于一个频率的多于一个的信号。

Description

紧凑型介质谐振天线

技术领域

本发明涉及天线领域，更具体地来讲，涉及一种介质谐振天线布置，这种介质谐振天线(dielectric resonator antenna)布置设在接地平面上方，本发明还涉及包括这种天线布置的便携式通信设备。

背景技术

MIMO(多输入多输出)是一种用于无线通信的天线技术，其中，将多个天线用在源(发射机)和目标(接收机)上。将处于该通信电路每端的这些天线进行结合以减少误差并优化数据速度。MIMO在通信方面尤为重要，如在数字电视、WLAN及在移动通信方面。

因此，将这种技术用在无线通信中尤为重要，例如在便携式通信装置中，如蜂窝电话。

不过，需要蜂窝电话的尺寸小，因此，将多于一条天线包含在这种装置就存在问题。当蜂窝电话需要在不同类型的系统中通信时，这种情况变得尤为严重。这就意味着，若将MIMO概念用于小型便携式通信设备中，可能难以将天线设在彼此之间具有低耦合度的装置中，尤其是在保持这种设备小时尤为如此。

最近几年已经开发出一种新型天线，这种天线是小型的并具有高辐射效率，因此，将这种天线用在蜂窝电话中尤为重要，而且这种新型天线确实是介质谐振天线，其中探针能够激励在谐振的介质天线体积中的发射模式。

US 2004/0155817描述了一种多极化介质谐振天线，这种天线具有三个相互成直角的馈源(feed)，其中，这些馈源从该体积的中心轴径向伸出。这些馈源具有相互成120度角的极化度，从而允许在三个极化度中同时传输或接收信号。

不过，当在MIMO系统中应用介质谐振天线类型并且将这种天线类型用于两个或多个使用相同频率的信号的传输时，在这些不同的天线信号之间通常有高耦合度。这就将这种天线的性能严重降低。

因此，提供一种介质谐振天线尤为重要，这种介质谐振天线可用于同时传输或接收相同频率的多于一个的信号，而且在这种天线中降低这些天线信号之间的耦合度。

发明内容

本发明总体上是涉及提供一种介质谐振天线布置，这种介质谐振天线可布置用于同时传输和接收处于相同频率的多于一个的信号并且降低这些天线信号之间的耦合度。

因此，本发明的目的在于提供一种介质谐振天线布置，该介质谐振天线布置可用于同时传输并接收相同频率的多于一个的信号，而且在这种天线布置中降低这些天线信号之间的耦合度。

根据本发明的第一方面，通过设在接地平面的上方的介质谐振天线布置来实现这种目的，这种介质谐振天线布置包括：

介质体积，该介质体积具有在该介质体积中心的中心轴，该中心轴作为接地平面的法线；以及

多个模式激励元件，这些模式激励元件包括：第一模式激励元件和第二模式激励元件，该第一模式激励元件设在该介质体积中或附接到该介质体积并在这样的平面内延伸，即以距该中心轴的第一距离提供该平面且该平面垂直于接地平面，该第二模式激励元件设在该介质体积中或附接到该介质体积并在这样的平面内延伸，即以距该中心轴的第二距离提供该平面且该平面垂直于接地平面和该第一模式激励元件的平面。

本发明的第二方面涉及一种天线布置，该天线布置包括第一个方面的特征，其中，该第一距离和第二距离相等。

本发明的第三方面涉及一种天线布置，该天线布置包括第一方面的特征，其中，该第一模式激励元件和第二模式激励元件设在该接地平面附近。

本发明的第四方面涉及一种天线布置，该天线布置包括第一方面的特征，而且还包括在该介质体积的中心内的第三模式激励元件，该第三模式激励元件沿着离开该接地平面的法线方向的该中心轴延伸。

本发明的第五方面涉及一种天线布置，该天线布置包括第四方面的特征，其中，该第三模式激励元件从该介质体积的底部伸出，该底部平行于并且朝向该接地平面。

本发明的第六方面涉及一种天线布置，该天线布置包括第一方面的特征，其中，至少一个模式激励元件是电容馈给槽。

本发明的第七方面涉及一种天线布置，该天线布置包括第一方面的特征，其中，该体积包括具有不同介电常数的多于一种的介质材料，以从该中心轴的方向并向外提供这些材料，且每种外部材料完全包围内部材料。

本发明的第八方面涉及一种天线布置，这种天线布置包括第一方面的特征，其中，该介质体积呈立方形。

本发明的另一个目的在于提供一种通信设备，这种通信设备包括一种介质谐振天线布置，这种介质谐振天线布置可用于同时传输并接收相同频率的多于一个的信号，而且在这种天线布置中降低这些天线信号之间的耦合度。

根据本发明的第九方面，通过一种通信设备来实现这种目的，这种通信设备包括：

接地平面；

介质谐振天线布置，该介质谐振天线布置包括介质体积以及多个模式激励元件，该介质体积具有在该介质体积中心的中心轴，该中心轴作为接地平面的法线，这些模式激励元件包括第一模式激励元件和第二模式激励元件，该第一模式激励元件设在该介质体积中或附接到该介质体积并在这样的平面内延伸，即，以距该中心轴的第一距离提供该平面且该平面垂直于接地平面，该第二模式激励元件设在该介质体积中或附接到该介质体积并在这样的平面内延伸，即，以距该中心轴的第二距离提供该平面且该平面垂直于接地平面和该第一模式激励元件的平面；以及

分离信号馈线(feeder)，这种分离信号馈线用于每个模式的激励元件。

本发明的第十方面涉及一种通信设备，该通信设备包括第九方面的特征，其中，这种通信设备是便携式通信设备。

本发明的第十一方面涉及一种通信设备，该通信设备包括第十方面的特征，其中，这种通信设备是蜂窝电话。

本发明具有多种优点。本发明提供了与具有相互正交的不同模式相关的辐射图案。将极化也正交。出于这种原因，还有在这些模式之间的低相关性或低耦合度，以及高效率。这样，使这些模式能够同时用于相同的频率，如在MIMO应用中。还可能提供这种天线布置以作为单个器件，这种单个器件可以是表面安装器件。这种器件可非常小，并因此而并不在通信设备中占据很大的空间。这种器件还可容易地进行大规模生产，并因此而允许提供廉价的天线布置。由于是器件，所以这种天线布置更易于安装在电路板上。

应强调的是，在用在本说明书中时，术语“包括/包含”用于明确所陈述的特征、整体、步骤或器件的存在，但并不排除一个或多个其他的特征、整体、步骤、器件或它们的组群的存在或添加。

附图说明

将结合附图对本发明进行更详尽的描述，在附图中：

图1示出了以蜂窝电话形式的便携式通信设备的主视图，

图2示意性地示出了设在包括接地平面的电路板上方的根据本发明的介质谐振天线布置的侧视图，

图3示出了设在接地平面上方的根据本发明的介质谐振天线布置的透视图，

图4示出了设在接地平面上方的根据本发明的介质谐振天线布置的俯视图，

图5示意性地示出了在根据本发明的介质谐振天线布置中的模式激励元件的电容馈给，以及

图6示意性地示出了包括具有不同介电常数的材料的介质体积。

具体实施方式

图1示出了以蜂窝电话形式的便携式通信设备10的主视图。该电话10的不同功能单元设在壳体内，在该壳体的前侧设有开口，通过这些开口设有显示器14及键区12。该电话10还包括至少一个天线布置，根据本发明，这种天线布置设在该电话的内部。电话只是在其中可以实现本发明的便携式通信设备中的一种类型。其它实例有PDA(个人数字助理)及膝上计算机。而且，本发明并不仅限于便携式通信设备，而是还可用在固定通信设备中，如基站。

图2示出了设在包括接地平面17的电路板16上的根据本发明的天线布置18的侧视图。在板16上还设有无线电电路(未示出)，将该无线电电路布置成向该天线馈送多个信号，在本发明中是三个信号。这些信号还可具有相同的频率。另外，将天线布置18布置成还通过空气接收可具有相同的频率的三个信号，并且将这些信号发送到该无线电电路以进行进一步处理。出于这种原因，可提供天线布置18用于MIMO系统。

天线布置18是介质谐振天线并因此而具有体积，在本实施例中，该体积是充有介质材料20的立方体。因此，该体积是介质体积。在此，确定该体积的形状以按照前面所提及的频率并用至少两个不同模式进行谐振，这两个模式一个是TEM模式，一个是HEM模式。天线布置18还包括三个模式激励元件22、24、26，将这三个元件22、24、26布置成在该立方体中激励三种模式。

在图3中的透视图和图4中的俯视图中还更详细地示出了这种结构。就这种立方体而言，示出了具有x轴、y轴、z轴的三维坐标系，其中，z轴从该立方体的中间向上延伸，该立方体的中间在此立方体的底侧，该底侧朝向该接地平面17。因此，z轴是该接地平面17的法线并且以这种方式限定该立方体的中心轴。x轴从该立方体的中间的同一点开始，并在该立方体的右底侧与左底侧之间的中间继续延伸，并且以朝向接地平面17的远短侧的方向平行于右底侧与左底侧，并因此而以直角穿过该立方体的远底侧。y轴从居中的该立方体中间的同一点开始，并在该立方体的前底侧与后底侧之间继续延伸，并且以朝向接地平面27的右长侧的方向平行于前底侧与后底侧，并因此而以直角穿过该立方体的右底侧。呈矩形探针形式的第一模式激励元件22设在这样的平面内，该平面以距中心轴z的距离d1平行于xz平面，且该第一模式激励元件处于该立方体的右垂直侧上，该右垂直侧在该立方体的底侧处。第一模式激励元件22设在其中的平面也垂直于接地平面17。呈矩形探针形式的第二模式激励元件24设在这样的平面内，该平面以距中心轴z的距离d2平行于xy平面，且该第二模式激励元件处于该立方体的远垂直侧上，该远垂直侧在该立方体的底侧处。第二模式激励元件24设在其中的平面垂直于接地平面17，并且也垂直于第一模式激励元件22设在其中的平面。因此，邻近于该接地平面提供第一模式激励元件和第二模式激励元件。呈插脚形式的第三模式激励元件26从面向接地平面17的该立方体的底侧沿着z轴伸出，即沿着该中心轴。每个模式激励元件进一步连接到该电话的分离信号馈线(未示出)，以接收分离信号。

利用第一探针22的这种置放来激励该立方体的电场的HEM模式，这种电场提供第一辐射图案rp1，第一辐射图案rp1呈半球形并在这样的平面内对称地设在y轴周围，即该平面平行于xy平面或在xy平面内，且第一辐射图案rp1具有水平延伸。该第二探针24也激励该立方体的电场的HEM模式，这种电场提供第二辐射图案rp2，第二辐射图案rp2呈半球形并在这样的平面内对称地设在x轴周围，即该平面平行于xy平面或在xy平面内，且第二辐射图案rp2具有水平延伸。该第三探针26提供第三辐射图案rp3，第三辐射图案rp3是在yz平面中提供的垂直全向(omni direction)辐射图案。

利用这些探针的这种置放，提供相互正交的辐射图案rp1、rp2和rp3。而且，这些偏振极也正交。出于这种原因，还在这些模式之间进一步有低的相关性或耦合度，并有高效率。这样，使这些模式能够同时用于MIMO应用中的相同频率。

可对本发明的这种天线布置进行多种变更。在前面所描述的第一实施例中，第一距离d1和第二距离d2相等。作为一种替代方案，第一距离d1和第二距离d2可以互相不同，但它们应始终互相正交。在此，也可在该接地平面上方以相同的距离提供第一距离d1和第二距离d2，但可按照距该接地平面不同的距离提供第一距离d1和第二距离d2。也可进一步远离该接地平面提供第一距离d1和第二距离d2中的每一个。在前面所描述的实施例中，每个探针也由来自该无线电电路的无线电信号直接馈给。作为一种替代方案，可提供该第一模式激励元件或该第二模式激励元件或该第一和第二模式激励元件两者，以作为电路板16中的槽28和30。然后，这种槽被电容性地馈给，以激励该立方体内的HEM模式。这在图5中示意性地示出，图5在所有其他方面包括与图3的元件相同的元件。

还可向这种体积提供一种以上的介质材料，其中，每种材料具有不同的介电常数。因此，第一材料20可由第二材料32完全包围，其中，以从该中心轴的方向向外提供这些材料，且第二种材料完全包围第一材料。这总体上在图6的透视图中示出。此外，还可按照同样的方式提供更多不同的材料。

在所描述的实施例中，以立方体的形式提供这种体积。应认识到，本发明决不仅限于立方体。例如，本发明可以呈球形、半球形、圆柱形、半圆柱形、圆形、半圆形、具有角锥形状或这些形状的组合。实际上，本发明可具有任何类型的公知介质谐振天线形状。在所描述的实施例中，该第一模式激励元件和第二模式激励元件设在该介质材料的外侧。实际上，该第一模式激励元件和第二模式激励元件也可设在这种材料的内部，只要该第一模式激励元件和第二模式激励元件与该中心轴有距离且相互正交。这样就可在设在该介质材料内的(多个)腔体内提供该第一模式激励元件和第二模式激励元件。

可通过在该介质材料上的印刷或涂覆金属，或通过在该介质材料中的多个钻孔内插入金属元件来提供这些模式激励元件。出于这种原因，还可提供这种天线布置，以作为单个器件，这种单个器件可以是表面安装器件。这种器件可非常小，并因此而并不在便携式通信设备中占据很大的空间。这种器件还可容易地进行大规模生产，并因此而允许提供廉价的天线布置。由于是器件，所以这种天线布置更易于安装在电路板上。

Claims

1.设在接地平面(17)上方的介质谐振天线布置(18)，所述介质谐振天线布置(18)包括：

介质(20；20，32)体积，所述介质(20；20，32)体积具有在所述介质体积中心的中心轴(z)，该中心轴(z)作为所述接地平面(17)的法线；以及

多个模式激励元件(22，24，26；26，28，30)，所述模式激励元件包括：

第一模式激励元件(22；28)，所述第一模式激励元件设在所述介质体积(20)中或附接到所述介质体积(20)并在这样的平面内延伸，即以距所述中心轴(z)的第一距离(d1)提供所述平面且所述平面垂直于所述接地平面(17)，以及

第二模式激励元件(24；30)，所述第二模式激励元件设在所述介质体积(20)中或附接到所述介质体积(20)并在这样的平面内延伸，即以距所述中心轴(z)的第二距离(d2)提供所述平面且所述平面垂直于所述接地平面(17)和所述第一模式激励元件的平面。

2.如权利要求1所述的天线布置，其中：所述第一距离(d1)和所述第二距离(d2)相等。

3.如权利要求1或2所述的天线布置，其中：所述第一和第二模式激励元件(22，24；28，30)设在所述接地平面附近。

4.如前面的权利要求中的任一项所述的天线布置，还包括在所述介质(20)体积的中心内的第三模式激励元件(26)，所述第三模式激励元件沿着离开所述接地平面(17)的法线方向的所述中心轴(z)延伸。

5.如权利要求4所述的天线布置，其中：所述第三模式激励元件(26)从所述介质体积的底部表面伸出，所述底部表面平行于并且朝向所述接地平面。

6.如前面的权利要求中的任一项所述的天线布置，其中：至少一个模式激励元件(28，30)是电容馈给槽。

7.如前面的权利要求中的任一项所述的天线布置，其中：所述体积包括具有不同介电常数的多于一种的介质材料(20，32)，以从所述中心轴的方向并向外提供所述材料，且每种外部材料(32)完全包围内部材料(20)。

8.如前面的权利要求中的任一项所述的天线布置，其中：所述介质体积呈立方形。

9.通信设备(10)，所述通信设备包括：

接地平面(17)；

介质谐振天线布置(18)，所述介质谐振天线布置包括：

介质体积(20；20，32)，所述介质体积具有在所述介质体积中心的中心轴(z)，该中心轴作为所述接地平面(17)的法线，以及

第一模式激励元件(22；28)，所述第一模式激励元件设在该介质体积(20)中或附接到所述介质体积(20)并在这样的平面内延伸，即以距所述中心轴(z)的第一距离(d1)提供所述平面且所述平面垂直于所述接地平面(17)，以及

第二模式激励元件(24；30)，所述第二模式激励元件设在该介质体积(20)中或附接到所述介质体积(20)并在这样的平面内延伸，即以距所述中心轴(z)的第二距离(d2)提供所述平面且所述平面垂直于所述接地平面(17)和所述第一模式激励元件的平面；以及

分离信号馈线，这种分离信号馈线用于每个模式激励元件。

10.如权利要求9所述的通信设备，其中：所述通信设备是便携式通信设备。

11.如权利要求10所述的通信设备，其中：所述通信设备是蜂窝电话。