CN102047581A - 具有接收器分集的天线结构和包括该天线结构的便携式设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于便携式设备的天线结构，其中，该天线结构包括主辐射元件(1)和分集辐射元件(2)。该主辐射元件(1)被配置成调谐(4)至所述天线结构的接收频带的一部分，并且该分集辐射元件(2)被配置成调谐(5)至该接收频带的另一部分。

Description

具有接收器分集的天线结构和包括该天线结构的便携式设备
技术领域
本发明一般地涉及天线，特别地涉及一种具有接收器分集的用于便携式设备的天线结构。
背景技术
便携式无线电通信设备(如移动电话、PDA、便携式电脑和类似设备)的市场现今竞争非常激烈，这对制造商要求更高。进一步，这样的设备的天线常常仅可利用不同形状的受限空间。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于便携式设备的天线结构，该天线结构的尺寸可以减小，而不降低性能。
这个目的以及其它目的根据本发明通过分别由所附权利要求所限定的天线结构和便携式设备实现。
提供了一种用于便携式设备的天线结构，该天线结构包括主辐射元件和分集辐射元件，其中，所述主辐射元件被调谐至所述天线结构的接收频带的一部分，并且所述分集辐射元件被调谐至所述接收频带的另一部分，与原来的天线相比，该天线结构的尺寸可以减小而不降低性能，或者可以另选地被制造得更有效率。天线的带宽很大程度上与天线的体积成比例。然而，用于移动电话类型设备的天线的带宽很大程度上取决于设备尺寸，特别是设备的接地面长度。这意味着当便携式设备中的辐射元件的尺寸减半时，可用带宽显著大于原来带宽的一半。
该天线结构优选地设有彼此接近的主辐射元件和分集辐射元件，使得主辐射元件和分集辐射元件的馈电点相距不太远。这样，避免了PCB上的长传输线。天线能以类似的形状和尺寸制造。然而，为了补偿天线的较高相对带宽覆盖频带的较低部分，它可以被制作得相应较大。此外，通过将主辐射元件和分集辐射元件镜像定位，可以减小主辐射元件和分集辐射元件之间的耦合。
采用例如镜像设置的辐射元件，可以将主辐射元件和分集辐射元件相互接近地布置在便携式设备中，而在主辐射元件与分集辐射元件之间没有太高的耦合。为了避免不必要的传输线，并且为了使得可以在设备上放置金属盖，优选地将主辐射元件和分集辐射元件布置在便携式设备的同一半中。金属盖通常用于外观和用户感觉的用途。然而，不可以把天线放置在金属屏蔽下，这就是为什么保持天线占据的面积尽可能小很重要的原因。
当主辐射元件的接收频带的一部分和分集辐射元件的接收频带的一部分明显地分开，并且它们一起不能组成天线结构的完整接收频带时，与原来的天线相比，该天线结构的尺寸可以进一步减小。
对于RX频带，频带中的匹配规范典型地可以是-6dB。-6dB的匹配意味着由于失配损耗将损失大约1.2dB的功率。根据本发明的匹配分集特征，可以显著缓和对于RX频带的匹配要求。
存在多种分集合并技术。在根据本发明的天线结构中使用的一个优选的分集合并技术是最大比合成(MRC)，其中为了最大化所得的信噪比(SNR)，各个天线分支根据振幅和相位按比例缩放。如在Jakes，W.C.“Microwave Mobile Communications”，AT&T IMP Corp，1974，IEEE press reissue的公式5.2-12中所示，采用正确的缩放，所得SNR是各输入SNR之和。假定主天线和分集天线具有相同的辐射效率，性能的差异是由失配损耗限定的，如上所述。
如果天线的匹配是-3dB，在失配损耗中将损失大约3dB，即功率的一半被反射，一半被传输至接收机。在MRC分集系统中使用两个天线，每个天线具有-3dB匹配，所得的SNR将会和理想匹配天线的相同，即0dB失配损耗。
由上可以理解，匹配不佳的天线也能贡献和改善天线结构的RX性能。
注意，以上推理适用于天线接收例如在对于实验室中的类型认可测试中有用的电波暗室中完全相关的信号。使用天线分集的优选方式是将天线设计为在多径环境中接收不相关的信号。在这种情况中，分集增益将会比上面描述的更大。
根据下面的描述将清楚本发明的进一步的特征和优点。
附图说明
根据对下面给出的实施方式的详细描述和附图，将更加全面地理解本发明，这些附图仅以示例的方式给出，因此并不限制本发明，其中：
图1示意性地例示出根据本发明的天线结构。
图2示出根据本发明的天线结构的反射系数的图。
图3示出根据本发明的天线结构的总效率的图。
图4示意性地例示出根据本发明的辐射元件在接地平面器件上的定位。
具体实施方式
在接下来的描述中，出于解释而非限制的目的，为了提供对本发明的透彻理解，将阐述特定的细节，比如特定的技术和应用。然而，对于本领域技术人员清楚的是，本发明可以以偏离这些特定细节的其它实施方式实现。在其它情况中，将省略对公知的方法和装置的详细描述，从而不会以不必要的细节遮掩对本发明的描述。
现在将参照图1-4描述根据本发明的天线结构。
该天线结构包括主辐射元件1和分集辐射元件2，并且被布置在便携式设备(如移动电话、PDA、便携式电脑或类似设备)中。便携式设备进一步包括分别与主辐射元件1和分集辐射元件2相连接的第一接收器电路RX1和第二接收器电路RX2，第一接收器电路RX1和第二接收器电路RX2。接收器电路RX1和RX2又连接至分集合并器3。
由主辐射元件1接收的信号被馈送至接收器电路RX1，而由分集辐射元件2接收的信号被馈送至接收器电路RX2。接收器电路RX1和RX2的输出随后在分集合并器3中被合并。
在这个实施方式中天线结构被配置成在DVB-H频带工作，即覆盖针对470MHz-750MHz的接收，其中上限被设置为750MHz是为了对容易与DVB-H信号发生干扰的GSM发送信号给出一定距离(在移动电话中普遍做了DVB-H带宽的这种放宽)。工作频带分为RX频带1和RX频带2，RX频带1和RX频带2共同构成DVB-H工作频带。RX频带1优选地覆盖470MHz-610MHz，并且RX频带2优选地覆盖610MHz-750MHz。工作频带的划分另选地可分为其它比例。使RX频带1具有较窄的带宽是一个优点，因为即使绝对带宽是相同的，这个频带的相对带宽相比于RX频带2也较高。通过使RX频带1较窄而使RX频带2相应地较宽，可以均衡两个辐射元件的设计挑战。主辐射元件1被配置成调谐4为部分匹配天线结构的工作频带的接收频带RX1，并且分集辐射元件2被配置成调谐5为部分匹配天线结构的工作频带的接收频带RX2。
由主辐射元件1覆盖的接收频带RX频带1的部分4和由分集辐射元件2覆盖的接收频带RX频带2的部分5优选地明显分开，即使用松弛的S11要求来减小天线结构的尺寸。因此没有实现主辐射元件1和分集辐射元件2对接收频带RX1和RX2的全部覆盖，不过，这由接收器分集增益做了补偿。
被调谐至一个频带意味着对于该频带满足了天线结构的S11要求。注意对于DVB-H，S11要求相比于例如对于GSM的蜂窝需求更加放宽。
分集辐射元件2优选地在便携式设备中相对接近主辐射元件1，比如在便携式设备的同一半而非在便携式设备的相对的两部分。主辐射元件1和分集辐射元件的这种定位提供了以下优点。通过将两个辐射元件都靠近RF电路设置，其中该RF电路典型地设置在便携式设备的一个屏蔽区域中，没有对在便携式设备的印刷电路板上的长RF传输线的需求。同样，可以在没有天线的所有位置处使用金属盖，并且将主辐射元件1和分集辐射元件2置于一个紧凑的区域中，便携式设备的更大的区域可以被提供金属盖。图4中例示出将辐射元件以部分离地的方式(partly off-ground)置于便携式设备的上部，其中辐射元件从便携式设备的地平面器件(如印刷线路板)突出。
如上所述，分集合并器3优选地基于最大比合并MRC，结果具有改善的瞬时和平均信号。图3例示出个体天线的性能和分集合并结果(MRC)。左轴示出总天线效率，该总天线效率主要由失配损耗决定。因为个体天线具有比较窄的带宽，所以当远离性能达到峰值的中心频率时，性能快速下降。在天线中心频率之间，两个天线都具有相对差的匹配，并且分集合并信号相比于个体天线给出最佳增益。注意，对于在图3中绘出的MRC合并天线的“总效率”，应当被解释为具有与天线和分集天线的MRC合并信号相同性能的单个天线的等同的总效率。
辐射元件例如被实现为部分离地定位的蜿蜒IFA元件。部分离地定位提供了更宽的带宽同时保持小的天线尺寸。另选的是，辐射元件可以例如是贴片元件(PILA或PIFA)。为了在DVB-H系统所需的低频获得良好的天线性能，典型地需要匹配网络。匹配网络在频率上向下调谐天线谐振，并且也提供了良好的50欧姆匹配。
被调谐至RX频带1的主辐射元件1的匹配网络例如是串联的大电感器和并联匹配，包括电感器和电容器，从而建立双谐振。通过改变匹配电路的部件和布局，两个相同的并且优选地为镜像的天线元件可被调谐至DVB-H频带的各个部分，即RX频带1和RX频带2。
尽管上面已经描述了单个工作频带，由与覆盖接收频带的一部分的主辐射元件分离的窄带辐射元件覆盖接收频带的另一部分的相同原理也可应用于多个工作频带。工作频带因此可以是例如DVB-H、GSM900、GSM1800、GSM1900、蓝牙或WLAN和UWB。还可以使用比上面描述的两个辐射元件多的辐射元件。
明显地本发明可以以多种方式改变。这样的改变不应认为是偏离了所附权利要求所限定的本发明的范围。对本领域技术人员而言明显的所有这样的改变都将被包括在所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种用于便携式设备的天线结构，其中，所述天线结构包括主辐射元件(1)和分集辐射元件(2)，其特征在于，所述主辐射元件(1)被配置成调谐(4)至所述天线结构的接收频带的一部分，并且所述分集辐射元件(2)被配置成调谐(5)至所述接收频带的另一部分。
2.如权利要求1所述的天线结构，其中，所述主辐射元件(1)的接收频带的所述一部分和所述分集辐射元件(2)的所述接收频带的所述另一部分是明显分开的。
3.如权利要求2所述的天线结构，其中，所述主辐射元件被配置成调谐至满足所述接收频带的最低部分处的匹配要求，并且所述分集辐射元件被配置成调谐至满足所述接收频带的最高部分处的匹配要求。
4.如权利要求3所述的天线结构，其中，所述主辐射元件和所述分集辐射元件被配置成调谐至不满足所述接收频带的所述最低部分与所述最高部分之间的匹配要求。
5.如权利要求1到4中任一项所述的天线结构，其中，所述主辐射元件的接收频带的所述一部分和所述分集辐射元件(2)的所述接收频带的所述另一部分合起来未完全覆盖所述天线结构的所述接收频带。
6.如权利要求1到5中任一项所述的天线结构，其中，所述主辐射元件(1)和所述分集辐射元件(2)在所述便携式设备中相互邻近布置。
7.如权利要求1到6中任一项所述的天线结构，其中，所述主辐射元件(1)和所述分集辐射元件(2)布置在所述便携式设备的同一半中。
8.如权利要求1到7中任一项所述的天线结构，其中，所述接收频带是DVB-H工作频带。
9.如权利要求1到8中任一项所述的天线结构，其中，所述主辐射元件(1)和所述分集辐射元件(2)具有相似的形状。
10.如权利要求1到9中任一项所述的天线结构，其中，所述主辐射元件(1)和所述分集辐射元件(2)被镜像定位。
11.一种便携式设备，其特征在于，该便携式设备包括如权利要求1到10中的任一项所述的天线结构。
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