CN101647153B - 用于移动应用的与前端模块集成的多频段高度隔离平面天线 - Google Patents

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CN101647153B CN200880010400.3A CN200880010400A CN101647153B CN 101647153 B CN101647153 B CN 101647153B CN 200880010400 A CN200880010400 A CN 200880010400A CN 101647153 B CN101647153 B CN 101647153B
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Abstract

本发明的实施方式提供了一种装置，其包含与前端模块(FEM)直接集成的多频段高度隔离平面天线。

Description

用于移动应用的与前端模块集成的多频段高度隔离平面天线
背景技术
诸如膝上型计算机等设备中的传统天线系统可以通过会引入噪声和功率损失的长射频电缆连接到前端模块。因此，显著降低了移动计算机的吞吐量和范围。这些射频电缆也增加了物料清单(BOM)成本。除了这些问题以外，移动设备中的多个天线之间有干扰。预计在未来的移动设备中，多个无线电器件之间会发生严重的干扰。
因而，对用于移动应用的与前端模块集成的多频段高度隔离平面天线存在强烈的需要。
附图概述
在本说明书的总结部分具体地指出并且清楚地要求了本发明的主题。然而，当和附图一起阅读本发明时，关于其组织以及操作方法，连同其目的、特征以及优势都可以通过参考以下详细描述最好地理解，其中：
图1示出了本发明的实施方式中天线与FEM(前端模块)的互连；
图2示出了本发明的实施方式中垂直配置的高隔离度(isolation)天线对；
图3显示了本发明的实施方式中水平配置的高隔离度天线对；
图4描述了本发明的实施方式中三种集成FEM的无线天线拓扑结构；以及
图5描述了在本发明的实施方式中使用三种不同配置的带有FEM集成的高隔离度天线。
应该理解，为了图示的简单和清楚，在图中示出的组件不一定按比例绘制。举例来说，为了清楚，一些组件的尺寸可以相对于其他组件被放大。另外，在认为适当的地方，参考标号在图之间重复以表明相应的或者类似的组件。
具体实施方式
在以下详细描述中，为了提供对本发明透彻的理解，阐述了大量特定的细节。然而，所属领域的技术人员会理解本发明可以在没有这些特定细节的情况下被实践。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、步骤、部件以及电路以免使本发明难以理解。
在以下详细描述中，为了提供对本发明透彻的理解，阐述了大量特定的细节。然而，所属领域的技术人员会理解本发明可以在没有这些特定细节的情况下被实践。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、步骤、部件以及电路以免使本发明难以理解。
本发明的实施方式可以在多种应用中使用。本发明的一些实施方式可以结合各种设备以及系统使用，例如发射机、接收机、收发信机、发送接收器、无线通信站、无线通信设备、无线接入点(AP)、调制解调器、无线调制解调器、个人计算机(PC)、台式计算机、移动计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、平板计算机、服务器计算机、手持计算机、手持设备、个人数字助理(PDA)设备、手持PDA设备、网络、无线网络、局域网(LAN)、无线局域网(WLAN)、城域网(MAN)、无线城域网(WMAN)、广域网(WAN)、无线广域网(WWAN)、根据现有的IEEE802.11、802.11a、802.11b、802.11e、802.11g、802.11h、802.11i、802.11n、802.16、802.16d、802.16e标准和/或上述标准的未来版本和/或衍生和/或长期演进(LTE)操作的设备和/或网络、个人区域网(PAN)、无线个人区域网(WPAN)、是上述WLAN和/或PAN和/或WPAN网络的一部分的单元和/或设备、单向和/或双向无线电通信系统、蜂窝无线电电话通信系统、蜂窝电话、无线电话、个人通信系统(PCS)设备、结合无线通信设备的PDA设备、多输入多输出(MIMO)收发信机或设备、单输入多输出(SIMO)收发信机或设备、多输入单输出(MISO)收发信机或设备、多接收链(MRC)收发信机或设备、具有“智能天线”技术或多天线技术的收发信机或设备或者类似的(设备和系统)。本发明的一些实施方式可以结合一种或多种类型的无线通信信号和/或系统使用，例如射频(RF)、红外线(IR)、频分多路复用(FDM)、正交频分多路复用(OFDM)、时分多路复用(TDM)、时分多址(TDMA)、扩展时分多址(E-TDMA)、通用分组无线业务(GPRS)、扩展GPRS、码分多址(CDMA)、宽带CDMA(WCDMA)、CDMA2000、多载波调制(MDM)、离散多频声(DMT)、蓝牙(RTM)、ZigBee(TM)或者类似物。本发明的实施方式可以在其他各种装置、设备、系统和/或网络中使用。
尽管本发明的实施方式不限制在这方面，运用(举例来说)诸如“处理”、“计算”、“测算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”或者类似的措词的论述可以指计算机、计算平台、计算系统或者其他电子计算设备的(若干)操作和/或(若干)过程，所述操作和/或过程将在计算机的寄存器和/或存储器中被表示为物理(例如电子的)量的数据操纵和/或变换到在计算机的寄存器和/或存储器或者其他可以存储用来执行操作和/或过程的指令的信息存储介质中相似地被表示为物理数量的其他数据。
尽管本发明的实施方式不限制在这方面，本文中使用的措词“多数”(”plurality”and”a plurality”)可以包括例如“多个”或者“两个或更多”。可以贯穿本说明书使用措词“多数”(”plurality”and”a plurality”)来描述两个或者更多部件、设备、组件、单元、参数或者类似的。例如，“多数站”可以包括两个或者更多站。
尽管本发明的实施方式不限制在这方面，如在本文中使用的措词“多播/广播”可以包括例如多播通信、广播通信、无线多播通信、有线多播通信、无线广播通信、有线广播通信、通过因特网或者全球通信网络的多播通信、通过因特网或者全球通信网络的广播通信、使用TCP/IP的多播通信、使用TCP/IP的广播通信、网络广播通信(web-castcommunication)(例如使用万维网)、和/或其他类型的通信，例如非单播通信。
本发明的实施方式为多无线电器件平台提供高度隔离的多频段天线以及前端模块(FEM)的集成。例如在膝上型计算机中的传统天线系统可以通过会引入噪声和功率损失的长射频电缆连接到前端模块。因此，显著降低了移动计算机的吞吐量和范围。如上文所提到的，这些射频电缆也增加BOM成本。除了这些问题以外，移动设备中的多个天线之间有干扰。高度隔离的天线组合已被开发用来减轻干扰问题。
在图1中100处提供了一个这样的天线配置并且描述了在缝隙形天线110中经互连电缆115连接到FEM 165的多频段缝隙天线105。在135处是经平衡-非平衡转换器(balun)120以及互连同轴电缆130连接到FEM 140的平衡偶极子天线(balanced dipole antenna)(可以是多频段偶极子天线115)。在150处是经互连同轴电缆155连接到FEM160的、可以是印刷PIFA天线145的平面倒置F型天线。这些类型的天线展示了很好的天线隔离度，甚至在它们被紧邻放置的情况下。然而，高度隔离的天线110、135以及150仍然使用利用典型的同轴电缆115、130以及155与FEM165、140以及160的传统互连。
现在看图2和图3，在图2和图3处是垂直配置的高隔离度天线对200以及水平配置的高隔离度天线对300。图2示出了经互连同轴电缆220连接到FEM的、带有多频段缝隙天线210的金属205。在225处多频段偶极子天线225经互连同轴电缆240连接到平衡-非平衡转换器230以及FEM 235。
图3示出了从经互连同轴电缆325连接到FEM 330的金属320蚀刻成的多频段缝隙天线335。另外，多频段偶极子天线315经平衡-非平衡转换器340以及互连同轴电缆310连接到FEM 305。同样地，这些类型的天线展示了很好的隔离度，甚至在它们被紧邻放置的情况下。就与图1的天线相比而言，展示了在10毫米间隔中大于40dB的天线隔离度并且还显示了在同样的环境和条件下相对于传统天线系统显著提高的数据吞吐量。
在本发明的实施方式中提供了在天线组件中FEM的集成以及高隔离度天线对与FEM的集成。图4显示了与FEM 435、415以及440集成的三种不同天线：缝隙天线410、平衡偶极子天线425以及PIFA(平面倒置F型天线)430。这些只是无线天线的几个例子并且应该理解本发明不限于这些类型的天线。许多其他变化/种类的天线可以用相似的方法集成。在本发明的一种实施方式中，可以在每个天线的激励端(excitation ports)之间集成FEM 435、415以及440。可以在天线设计中包括FEM 435、415以及440的物理尺寸以便说明FEM 435、415以及440对天线辐射性能的寄生效应。
在图5中显示了本发明的一些实施方式，其示出了带有FEM的小间距高度隔离互补天线对的实现方案。在图5中570处是分别馈电到两个FEM 510和522的垂直配置的互补天线对520和505，(其是偶极子505和缝隙520天线的组合以便具有高隔离度)。在580处显示了同时共享一个多无线电器件FEM 527的、高隔离度天线的另一个配置。在图5中580处是通过印刷共面波导525或者带状线与多频段偶极子天线530共享FEM 527的并排(side-by-side)天线535配置。在图5中590处是顶部到底部配置，在其中FEM 540被放置在两个天线中间。从FEM 540的底部区域向缝隙天线550馈电而电子偶极子天线502被连接到FEM 540的顶部。由于天线的正交极化特性以及不同辐射模式，所有这三种不同的配置都提供非常高的隔离度。尽管不限于这方面，但因为每种配置提供三种不同的辐射方向图，我们可以根据天线方向图的要求选择所述三种配置中的一个。
本发明的一些实施方式可以用如可以是适合于特定的应用的或者根据特定的设计要求的软件、硬件或者任何软件和/或硬件的组合。本发明的实施例可以包括单元和/或子单元，所述单元和/或子单元可以是相互分开的或者全部或部分地组合在一起的、并且可以使用特定的、多目的的或通用的处理器或者控制器、或者现有技术中已知的设备实现。本发明的一些实施方式可以包括用于数据暂时或长期存储或者为了便于特定实施方式的操作的缓冲器、寄存器、堆栈、存储单元和/或存储器单元。
本发明的一些实施方式举例来说可以使用可存储指令或指令集合的机器可读介质或者制品实现，如果所述指令或指令集合由机器(例如由系统、由站、由处理器或者由其他适合的机器)执行，则所述指令或指令集合使所述机器执行根据本发明的实施方式的方法和/或操作。这样的机器可以包括例如任何适合的处理平台、计算平台、计算设备、处理设备、计算系统、处理系统、计算机、处理器或者类似物，并且可以使用硬件和/或软件的任何适合的组合实现。机器可读介质或者制品可以包括例如任何适合类型的存储器单元、存储器设备、存储器制品、存储器介质、存储设备、存储制品、存储介质和/或存储单元，例如存储器、可移动或者不可移动介质、可擦除或者不可擦除介质、可写或者重复可写介质、数字或者模拟介质、硬盘、软盘、只读存储型压缩盘(CD-ROM)、可刻录压缩盘(CD-R)、可重复写入压缩盘(CD-RW)、光盘、磁介质、各种类型的数字多用盘(DVD)、磁带、盒式磁带或者类似物。所述指令可以包括任何适合类型的代码，例如源代码、编译代码、解释代码、可执行代码、静态代码、动态代码或者类似的，并且可以使用任何适合的高级、低级、面向对象的、可视、编译和/或解释编程语言，如C、C++、Java、BASIC、Pascal、Fortran、Cobol、汇编语言、机器代码或者类似的。
本发明的实施方式可以提供机器可访问介质，其提供指令，当所述指令在被访问时，所述指令使机器执行包含将多频段高度隔离平面天线与前端模块(FEM)直接集成的操作。在本发明的另一实施方式中，所述机器可访问介质还可以包含当被访问时使机器执行还包含使用匹配阻抗设计所述天线以及所述FEM、及在FEM中设计平衡-非平衡转换器并且直接与所述天线相连接的操作的另外的指令。
本发明的另一实施方式提供包含多频段高度隔离平面天线以及与所述天线直接集成的前端模块(FEM)的系统。
本发明的某些特点已经在本文中被示出和描述，而所属领域的技术人员将会想到许多修改、置换、变化和等效物。因此，应该理解所附的权利要求意图是覆盖所有落在本发明的真正实质的范围内的修改和变化。

Claims (48)

1.一种天线装置，包含：
与两个前端模块FEM直接集成的多频段高度隔离平面天线拓扑结构，
其中，所述天线拓扑结构是垂直配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，并且
其中，所述FEM中的一个被集成在所述缝隙天线的激励端之间而所述FEM中的另一个被集成在所述偶极子天线的激励端之间，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
2.如权利要求1所述的天线装置，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
3.如权利要求1所述的天线装置，其中使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM。
4.如权利要求1所述的天线装置，还包含在所述FEM中的所述另一个中设计的并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连的平衡-非平衡转换器。
5.一种用于配置天线的方法，包含：
将多频段高度隔离平面天线拓扑结构与两个前端模块FEM直接集成，
其中，所述天线拓扑结构是垂直配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，并且
其中，所述FEM中的一个被集成在所述缝隙天线的激励端之间而所述FEM中的另一个被集成在所述偶极子天线的激励端之间，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
6.如权利要求5所述的方法，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
7.如权利要求5所述的方法，还包含使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM。
8.如权利要求5所述的方法，还包含在所述FEM中的所述另一个中设计平衡-非平衡转换器并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连。
9.一种用于配置天线的装置，包含：
用于将多频段高度隔离平面天线拓扑结构与两个前端模块FEM直接集成的部件，
其中，所述天线拓扑结构是垂直配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，并且
其中，所述FEM中的一个被集成在所述缝隙天线的激励端之间而所述FEM中的另一个被集成在所述偶极子天线的激励端之间，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
10.如权利要求9所述的装置，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
11.如权利要求9所述的装置，还包含用于使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM的部件。
12.如权利要求9所述的装置，还包含用于在所述FEM中的所述另一个中设计平衡-非平衡转换器并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连的部件。
13.一种天线系统，包含：
多频段高度隔离平面天线拓扑结构；以及
与所述天线拓扑结构直接集成的两个前端模块FEM，
其中，所述天线拓扑结构是垂直配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，并且
其中，所述FEM中的一个被集成在所述缝隙天线的激励端之间而所述FEM中的另一个被集成在所述偶极子天线的激励端之间，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
14.如权利要求13所述的天线系统，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
15.如权利要求13所述的天线系统，其中使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM。
16.如权利要求13所述的天线系统，还包含设计在所述FEM中的所述另一个中的并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连的平衡-非平衡转换器。
17.一种天线装置，包含：
与前端模块FEM直接集成的多频段高度隔离平面天线拓扑结构，
其中，所述天线拓扑结构是并排配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，并且
其中，所述FEM被集成在所述偶极子天线的激励端之间并且通过印刷共面波导或者带状线被所述缝隙天线共享，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
18.如权利要求17所述的天线装置，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
19.如权利要求17所述的天线装置，其中使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM。
20.如权利要求17所述的天线装置，还包含在所述FEM中设计的并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连的平衡-非平衡转换器。
21.一种用于配置天线的方法，包含：
将多频段高度隔离平面天线拓扑结构与前端模块FEM直接集成，
其中，所述天线拓扑结构是并排配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，并且
其中，所述FEM被集成在所述偶极子天线的激励端之间并且通过印刷共面波导或者带状线被所述缝隙天线共享，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
22.如权利要求21所述的方法，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
23.如权利要求21所述的方法，还包含使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM。
24.如权利要求21所述的方法，还包含在所述FEM中设计平衡-非平衡转换器并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连。
25.一种用于配置天线的装置，包含：
用于将多频段高度隔离平面天线拓扑结构与前端模块FEM直接集成的部件，
其中，所述天线拓扑结构是并排配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，并且
其中，所述FEM被集成在所述偶极子天线的激励端之间并且通过印刷共面波导或者带状线被所述缝隙天线共享，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
26.如权利要求25所述的装置，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
27.如权利要求25所述的装置，还包含用于使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM的部件。
28.如权利要求25所述的装置，还包含用于在所述FEM中设计平衡-非平衡转换器并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连的部件。
29.一种天线系统，包含：
多频段高度隔离平面天线拓扑结构；以及
与所述天线拓扑结构直接集成的前端模块FEM，
其中，所述天线拓扑结构是并排配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，并且
其中，所述FEM被集成在所述偶极子天线的激励端之间并且通过印刷共面波导或者带状线被所述缝隙天线共享，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
30.如权利要求29所述的天线系统，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
31.如权利要求29所述的天线系统，其中使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM。
32.如权利要求29所述的天线系统，还包含设计在所述FEM中的并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连的平衡-非平衡转换器。
33.一种天线装置，包含：
与前端模块FEM直接集成的多频段高度隔离平面天线拓扑结构，
其中，所述天线拓扑结构是顶部到底部配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，所述FEM位于所述缝隙天线和所述偶极子天线中间，并且从所述FEM的底部区域向所述缝隙天线馈电而所述偶极子天线被连接到所述FEM的顶部，并且
其中，所述FEM被集成在所述缝隙天线的激励端和所述偶极子天线的激励端之间，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
34.如权利要求33所述的天线装置，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
35.如权利要求33所述的天线装置，其中使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM。
36.如权利要求33所述的天线装置，还包含在所述FEM中设计的并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连的平衡-非平衡转换器。
37.一种用于配置天线的方法，包含：
将多频段高度隔离平面天线拓扑结构与前端模块FEM直接集成，
其中，所述天线拓扑结构是顶部到底部配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，所述FEM位于所述缝隙天线和所述偶极子天线中间，并且从所述FEM的底部区域向所述缝隙天线馈电而所述偶极子天线被连接到所述FEM的顶部，并且
其中，所述FEM被集成在所述缝隙天线的激励端和所述偶极子天线的激励端之间，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
38.如权利要求37所述的方法，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
39.如权利要求37所述的方法，还包含使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM。
40.如权利要求37所述的方法，还包含在所述FEM中设计平衡-非平衡转换器并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连。
41.一种用于配置天线的装置，包含：
用于将多频段高度隔离平面天线拓扑结构与前端模块FEM直接集成的部件，
其中，所述天线拓扑结构是顶部到底部配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，所述FEM位于所述缝隙天线和所述偶极子天线中间，并且从所述FEM的底部区域向所述缝隙天线馈电而所述偶极子天线被连接到所述FEM的顶部，并且
其中，所述FEM被集成在所述缝隙天线的激励端和所述偶极子天线的激励端之间，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
42.如权利要求41所述的装置，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
43.如权利要求41所述的装置，还包含用于使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM的部件。
44.如权利要求41所述的装置，还包含用于在所述FEM中设计平衡-非平衡转换器并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连的部件。
45.一种天线系统，包含：
多频段高度隔离平面天线拓扑结构；以及
与所述天线拓扑结构直接集成的前端模块FEM，
其中，所述天线拓扑结构是顶部到底部配置的缝隙天线和偶极子天线的组合，所述FEM位于所述缝隙天线和所述偶极子天线中间，并且从所述FEM的底部区域向所述缝隙天线馈电而所述偶极子天线被连接到所述FEM的顶部，并且
其中，所述FEM被集成在所述缝隙天线的激励端和所述偶极子天线的激励端之间，并且所述FEM的物理尺寸被包括在天线设计中以便说明由所述FEM对天线辐射性能的寄生效应。
46.如权利要求45所述的天线系统，其中对于移动应用，所述前端模块在其中是可操作的。
47.如权利要求45所述的天线系统，其中使用匹配阻抗设计所述天线拓扑结构以及所述FEM。
48.如权利要求45所述的天线系统，还包含设计在所述FEM中的并且与所述天线拓扑结构中的偶极子天线直接相连的平衡-非平衡转换器。
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