CN101820096B - 具有2阶分集的紧凑型天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有2阶分集的紧凑型天线系统。该具有2阶分集的紧凑型天线系统集成在电子卡上，包括倒F类型的第一辐射单元(11)，该第一辐射单元具有连接到接地面的第一末端、自由的第二末端(11’)和导电供电部分(11”)；倒F类型的第二辐射单元(13)，该第二辐射单元具有连接到接地面的第一末端、自由的第二末端(13’)和导电供电部分(13”)，其特征在于，第一和第二辐射单元的自由末端彼此相对并且由接地面(12)的突出元件(15)间隔开。本发明还涉及在用于多标准通信装置的电子卡中的用途。

Description

具有2阶分集的紧凑型天线系统

技术领域

本发明涉及一种具有2阶分集的紧凑型天线系统，更尤其是涉及用于无线通信装置如多标准数字平台或网关的天线系统。

背景技术

目前在市场上的数字平台或网关通过无线链接提供多项服务。因此，它们必须能够支持多个标准，如用于实施DECT(数字增强无绳电话)功能的数字电话通信的标准或者用于高比特率无线通信标准，如IEEE802.11a、b、g标准。

此外，这种类型的无线通信有时在房屋(premise)内进行，在这种情况下，会观察到多路径现象，这种现象对于所接收的信号的质量非常不利，尤其是，会观察到干扰现象，这会导致信号衰减。

为了克服上述问题，使用具有2阶分集的天线系统。但是，为了获得正确的分集，要求两个天线完美地去相关。由此，本领域技术人员趋于将天线彼此间隔开。但是，目前在市场上的无线通信装置越来越紧凑，这就在容纳其他处理电路的电子卡上直接形成的天线的位置方面提出了一个难题。

已经提出各种解决方案来克服上面的缺点。从而，在以TOMSONLisensing名义的专利申请WO2007/006982中，已经提出将两个倒F类型天线背对背地集成在电子卡上。为了改进两个倒F类型天线之间的去耦，优选的提供长度为λg/4的狭缝。这种类型的天线系统在图1中示出。

在这种情况下，在具有接地面2的衬底1上蚀刻两个倒F类型的天线3和4。在所示的实施方式中的天线3和4沿着衬底1的彼此垂直的周边定位。它们通过它们的形成地的末端3’和4’相连接，同时，自由末端3”、4”各自伸展到衬底的没有金属化的一部分，所述部分分别由A、B标识。

在这种情况下，末端3’和4’连接到接地面2，且在所示的实施方式中，提供了狭缝5来改进两个天线之间的去耦。每个天线3和4分别由馈线3a和4a连接到馈电口3b、4b，所述馈线3a和4a分别匹配50欧姆。

这个天线系统在两个辐射单元之间具有良好的隔离。但是，在辐射单元之前需要空白区域(clearance area)A、B。这个区域必须不包括任何金属部件，使得天线在正确的条件下工作。

发明内容

因此，本发明涉及一种具有2阶分集的天线系统，其可以低成本地制造但是非常紧凑，并且能够适于通信中使用的工作频率，尤其是DECT所需的频率。

本发明的目的是一种具有2阶分集的天线系统，该天线系统集成在电子卡上，包括：倒F类型的第一辐射单元，该第一辐射单元具有连接到接地面的第一末端、自由的第二末端和导电供电部分；倒F类型的第二辐射单元，该第二辐射单元具有连接到接地面的第一末端、自由的第二末端和导电供电部分，特征在于，第一和第二辐射单元的自由末端彼此相对并且由接地面的突出元件间隔开。

根据本发明的额外特征，在接地面的突出元件内形成狭缝。优选的是，改进去耦的这个狭缝具有λg/4的长度，其中λg是在工作频率下线波长(wavelength in the line)。

根据本发明的另一额外特征，在去耦狭缝的每侧，在接地面内形成第二狭缝和第三狭缝。

第二和第三狭缝使得辐射单元的尺寸能够适于在理想频段获得最优的辐射。以这种方式，对于给定频率，获得更紧凑的天线系统。

附图说明

本发明的其他特征和优点将在阅读下面优选实施方式的描述时浮现，这个描述是参照所附的附图进行的，图中：

图1已经被描述，其涉及现有技术的天线系统；

图2是示出具有两个辐射单元的倒F类型天线系统的示意性透视图；

图3示出作为频率的函数说明的图2的天线系统中的每个辐射单元的适应性以及两个辐射单元之间的隔离的曲线；

图4在示意性透视图中示出根据本发明的具有2阶分集天线的天线系统；

图5示出说明图4的天线系统中的每个辐射单元的适应性和两个辐射单元之间的隔离的模拟曲线；

图6是放大俯视图，说明根据本发明的天线的辐射单元的不同尺寸。

具体实施方式

为了简化描述，相同的元件具有与附图相同的标记。

参照图2，现在将描述包括两个倒F类型辐射单元的天线系统的实施方式，该实施方式克服了现有技术中为了天线正确工作而需要空白区域的问题。

在这个天线中，提出使得倒F类型天线的两个自由部分面对面。然而，这个天线类型，它减小了天线系统的总尺寸，但是它并不解决本领域技术人员所已知的两个辐射单元之间相互耦合的问题。

如图2所示，天线系统由倒F类型的第一辐射单元11构成，该第一辐射单元11蚀刻在具有金属化层12的衬底10上。这个第一辐射单元包括导电臂11a，导电臂11a的一个末端连接到接地面12，另一个末端11’朝向衬底10的角落延伸。倒F类型的第二辐射单元13以与辐射单元11类似的方式形成在衬底10的一部分上，衬底10的这个部分与接纳辐射单元11的部分相垂直。这个倒F类型单元13也包括导电臂13a，该导电臂13a的一部分连接到地，并且其另一部分13’是自由的，并且与部分11’相对。

在这种情况下，臂11a和13a通过馈线11”和13”连接到电磁信号处理电路，该电磁信号处理电路可以位于衬底10上，如元件14所表示的。这个结构具有特别紧凑的优点。

但是，在这个结构上进行模拟，获得图3所示的适应性曲线a、b和隔离曲线c。隔离曲线c示出在辐射单元之间具有非常强的相互耦合，如本领域技术人员所公知的，并且不能够获得良好的2阶分集。

为了克服这个缺点，同时保持良好的紧凑程度，本发明提出在倒F类型辐射单元的两个自由部分之间结合有接地面的突出元件15。这个突出元件15为与两个天线的最大尺寸相兼容的一段长度的指状物形式。优选的是，这个突出元件具有狭缝16，其长度D4经过计算为显著地等于λg/4，其中λg为在金属化突出元件中的波导波长(guided wavelength)。此外，狭缝的最小宽度和指状物的金属化部分与技术限制有关。它们典型地具有150μm数量级的宽度。

根据本发明的另一特征，两个狭缝17、18形成在接地面12内、在去耦狭缝16的每一侧上。

如图6所示，计算倒F类型辐射单元的工作频率所要考虑的长度L1被计算为L1＝D1+H+D2+D3+D4。长度D3被如此选择以便适于倒F类型辐射单元的工作频率。

对诸如参照图4和6描述的天线系统进行3D模拟，该3D模拟是基于有限元方法利用HFSS Ansoft电磁模拟器进行的。在这种情况下，所选择的值为：

D1＝0.12λ0

H＝0.05λ0

D2＝0.155λ0

D3＝0.109λ0

D4＝0.188λ0。

使用这些值来确保在包括1.88GHz和1.93GHz之间的频段上工作。所使用的衬底是已知的衬底类型，即FR4，厚度为1.4mm，具有εr＝4.4的介电系数和0.03的损耗角正切。在图5中所获得的曲线表明在有用的频段内每个辐射单元的适应性小于-10dB(曲线a、b)且两个辐射单元之间的隔离小于-15dB(曲线c)。

Claims (4)

1.一种具有2阶分集的天线系统，该天线系统集成在电子卡上，包括具有接地面的衬底，所述衬底包括不具有接地面的区域，该天线系统包括：倒F类型的第一辐射单元(11)，该第一辐射单元具有连接到所述接地面的第一末端、第二自由末端(11’)和导电供电部分(11”)；倒F类型的第二辐射单元(13)，该第二辐射单元具有连接到所述接地面的第一末端、第二自由末端(13’)和导电供电部分(13”)；和去耦元件，所述去耦元件从衬底向上突出并从所述接地面延伸到所述不具有接地面的区域中，所述突出元件将所述第一和第二辐射单元间隔开，其中，第一和第二辐射单元的自由末端在所述不具有接地面的区域中彼此相对。

2.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，在接地面(12)的突出元件(15)内形成狭缝(16)。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述狭缝具有λg／4的长度，其中λg是在工作频率下线波长。

4.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，在去耦狭缝的每侧，在接地面内形成第二狭缝和第三狭缝。