CN102598405A

CN102598405A - 具有多个天线的多频率天线组件

Info

Publication number: CN102598405A
Application number: CN2009801623083A
Authority: CN
Inventors: 安德烈·凯科宁; 彼得·林德伯格; A·M·范阿尔宾; M·E·特罗辛
Original assignee: Laird Technologies AB
Current assignee: Laird Technologies AB
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2012-07-18
Also published as: WO2011055159A1

Abstract

公开了包括多个天线的多频天线组件。天线组件的一个示例包括第一天线和第二天线。该第一天线配置为在第一频率范围中谐振。该第二天线配置为在第二频率范围和第三频率范围中谐振。该第一天线耦接至第一输出。该第二天线耦接至第二输出和第三输出。第二天线位于第一天线附近。第一滤波器耦接至第一天线和第一输出。第二滤波器耦接至第二天线和第二输出。第一滤波器和第二滤波器配置为反射在第三频率范围中的信号。

Description

具有多个天线的多频率天线组件

技术领域

本公开涉及具有多个天线的多频率天线组件。

背景技术

这一部分提供了与本公开有关的背景信息，该背景信息未必是现有技术。

诸如膝上型计算机、蜂窝电话等的无线应用装置常用于无线操作。例如，诸如语音/数据通信(使用一个或多个无线协议和/或频率范围)、全球定位系统(GPS)跟踪、FM广播无线电、短距离无线通信(例如，蓝牙、Wi-Fi等)的多种不同的功能常结合于无线应用装置中。所期望的是能够处理额外的不同频带的天线和天线组件。

发明内容

这一部分提供了本公开的总体概述，而并非对其全部范围或其所有特征的全面公开。

根据不同的方面，提供了配置为安装在无线应用装置上的天线组件的示例实施方式。在一个示例实施方式中，天线组件包括第一天线和第二天线。该第一天线配置为在第一频率范围中谐振。该第一天线耦接至第一输出。该第二天线配置为在第二频率范围和第三频率范围中谐振。第二天线位于第一天线附近。该第二天线耦接至第二输出和第三输出。第一滤波器耦接至第一天线和第一输出。第二滤波器耦接至第二天线和第二输出。第一滤波器和第二滤波器配置为反射在第三频率范围中的信号。

在另一个示例实施方式中，天线组件包括接地平面和第一单极天线。该第一单极天线在大约2.45千兆赫(GHz)的频率范围中谐振并且其耦接至第一输出。第二单极天线靠近并基本平行于该第一单极天线。该第二单极天线在大约1.575GHz的频率范围中谐振以及在FM广播波段频率范围中谐振。该第二单极天线耦接至第二输出和第三输出。第一滤波器耦接在第一单极天线与第一输出之间。第二滤波器耦接在第二单极天线与第二输出之间。第一滤波器和第二滤波器各配置为反射在FM广播频率范围中的信号。

在另一个示例实施方式中，天线组件包括第一天线和第二天线。该第一天线配置为在第一频率范围中谐振。该第一天线耦接至第一输出。该第二天线配置为在第二频率范围和第三频率范围中谐振。第二天线位于第一天线附近。该第二天线耦接至第二输出和第三输出。第一滤波器耦接至第一天线和第一输出。该第一天线接地到在第三频率范围中的信号。该第一滤波器适配为对于在第三频率范围中的信号使第一天线与接地隔离。

根据在此提供的描述，进一步的可应用范围将变得很清楚。在该发明内容中的描述和具体示例仅是出于例示的目的，而并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

在此描述的附图仅仅出于例示选定实施方式的目的，而不是针对所有可能的实现，并且目的不是要限制本公开的范围。

图1是包括本公开的一个或多个方面的天线组件的示例实施方式的电路图；

图2是包括本公开的一个或多个方面的天线组件的另一个示例实施方式的电路图；

图3是根据包括本公开的一个或多个方面的另一个示例实施方式的天线组件的示例性原型的图示；

图4是例示在大约500兆赫到大约3千兆赫的频率带宽上对图3的原型天线组件的测试结果的史密斯圆图；

图5是例示在大约500兆赫到大约3千兆赫的频率带宽上对图3的原型天线组件的回波损耗和隔离(以分贝为单位)的线形图；

图6是例示在大约1500兆赫到大约1580兆赫以及从大约2400兆赫到大约2480兆赫的频率带宽上图3的原型天线组件的效率(以分贝为单位)的线形图；

图7是例示在大约76兆赫到大约108兆赫的频率带宽上图3的原型天线组件的第二天线的天线增益(以分贝为单位)的线形图；以及

图8是例示在大约76兆赫到大约108兆赫的频率带宽上图3的原型天线组件的第二天线的有效天线效率(以分贝为单位)的线形图。

相应的附图标记指示贯穿附图的若干示图的相应部分。

具体实施方式

现在将参考附图，更为全面地描述示例实施方式。

提供了示例实施方式，以使本公开详尽，并且向本领域技术人员全面传达该范围。列举了多种具体细节，如特定部件、装置以及方法的示例，以提供对本公开的实施方式的详尽理解。对于本领域技术人员易见的是，不必采用特定细节，示例实施方式可以按许多不同形式来实现，并且不应视为对本公开的范围的限制。在一些示例实施方式中，没有详细描述公知处理、公知设备结构以及公知技术。

在此使用的术语仅出于描述具体示例实施方式的目的，而非旨在进行限制。如在此使用的，单数形式“一”、“一个”和“该(所述)”同样可以包括复数形式，除非上下文另外清楚地进行了表明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，由此指定所述的特征、要件、步骤、操作、元件以及/或者部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、要件、步骤、操作、元件、部件以及/或者它们的组合的存在或添加。在此所述的方法步骤、处理以及操作不应被视为必须按所讨论或例示的特定次序执行，除非具体指出了执行的次序。还应明白，可以采用附加或另选步骤。

当一部件或层被称为“位于另一部件或层上”、“接合至另一部件或层”、“连接至另一部件或层”或“耦接至另一部件或层”时，它可以直接位于该另一部件或层上、直接接合至、连接至或耦接至该另一部件或层，或者可以存在中间部件或层。与此相反，当一部件被称为“直接位于另一部件或层上”、“直接接合至另一部件或层”、“直接连接至另一部件或层”或“直接耦接至另一部件或层”时，可以不存在中间部件或层。用于描述部件之间的关系的其它文字应当按类似方式来解释(例如，“在......之间”与“直接在......之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如在此使用的，术语“和/或”包括关联列举项中的一个或多个的任意和所有组合。

尽管在此可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种部件、组件、区域、层以及/或者部分，但这些部件、组件、区域、层以及/或者部分不应受限于这些术语。这些术语可以仅被用于将一个部件、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。诸如“第一”、“第二”以及其它数字术语的术语在此使用时不暗示序列或次序，除非上下文另外进行了明确指示。因而，在不脱离本示例实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一部件、组件、区域、层或部分可称作第二部件、组件、区域、层或部分。

对具体参数(诸如：温度、分子量、重量百分比等)的值和值的范围的公开并不排除在此有用的其他值和值的范围。可设想对于给定参数的两个或更多个具体示例值可限定对该参数要求保护的值的范围的端点。例如，如果参数X在此示例为具有值A并还示例为具有值Z，则可设想参数X可具有从大约A到大约Z的值的范围。类似地，可设想对参数的两个或更多个值的范围(不管这样的范围是否是嵌套的、重叠的或不同的)包括了对可使用所公开的范围的端点保护的值的范围的所有可能的组合。例如，如果参数X在此示例为具有1-10或2-9或3-8的范围中的值，则还可设想参数X可具有包括1-9、1-8、1-3、1-2、2-10、2-8、2-3、3-10以及3-9的其他的值的范围。

现在参考附图，图1例示了包括本公开的一个或多个方面的天线组件100的示例实施方式。所例示的天线组件100可以集成到、嵌入到、安装到(等等)无线应用装置(未示出)中，该无线应用装置在本公开的范围中包括例如个人计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)等。

如图1所示，组件100包括第一天线102和第二天线104。第一天线102和第二天线104在物理上位于彼此附近。天线102、104可以是任何适合的天线。在一些实施方式中，天线102和104是单极天线。

第一天线102可配置为在第一频率范围中谐振。第二天线104可配置为在第二频率范围和第三频率范围中谐振。例如，第一天线102可以是配置为在大约2.45千兆赫(GHz)的频率范围中谐振的蓝牙天线。第二天线104可以是配置为在GPS(大约1.575GHz)和FM广播(例如，76-108.0兆赫(MHz))频率范围中谐振的多频天线。其他的频率范围、频率的组合和/或单频天线与多频天线的组合都可供天线组件100使用。

第一天线102耦接至第一输出106，以用于去往和/或来自其他电路(例如发射器、接收器、收发器等)的信号的传输。类似地，第二天线104耦接至第二输出108和第三输出110，以用于去往和/或来自其他电路的信号的传输。

第一滤波器112耦接在第一天线102与第一输出106之间。因为第一天线102在物理上靠近第二天线104(因而可能与第二天线104电磁地相互作用)，所以当接收在第三频率范围中的信号时，在第一天线中的第三频率范围信号经由匹配电感器L5的可能接地常常会降低第二天线104的性能。第一滤波器112适配为在第三频率范围中的频率处使第一天线102与接地隔离开。第一滤波器112用作高通滤波器，以阻止和反射来自第一输出106的在第三频率范围中的信号。由此，在第三频率范围中的信号被阻止和反射，而不会被导向接地。这样，可以允许第一天线102和第二天线104处于彼此靠近的物理关系，而不会显著降低第二天线104在第三频率范围中的性能。

第二滤波器114耦接在第二天线104与第二输出108之间。第二滤波器114是高通滤波器。第二滤波器114允许较高频率信号(诸如第二频率范围中的信号，例如GPS信号等)在第二天线104与第二输出108之间通过。相反地，第二滤波器114阻止和反射在第三频率范围中的信号(例如FM广播频率信号等)，而不会使此类信号经由匹配电感器L1导向接地。由此，第二滤波器114有利于防止(或至少减少)带有第三频率范围中的信号的第二天线104的性能下降。

第一滤波器112和第二滤波器114可以是按上述讨论方式可操作的任何适合的滤波器。在此所公开的一些示例实施方式中，第一滤波器112和第二滤波器114是电容器。第一滤波器112和/或第二滤波器114中的任一个或两者还可以是串联谐振电路(电感器和电容器)。如果滤波器112和114中的任一个或两者是串联谐振电路，则该滤波器可配置(例如，经过适当的电容器和电感器的选择)为带通滤波器。在此类实施方式中，滤波器112和114阻止和反射了在频率范围之上和之下二者的频率处的信号。例如，第二滤波器114可阻止在第二频率范围之上和之下的信号，同时允许在第二频率范围中的信号在第二天线104与第二输出108之间传输。尽管以上一起描述了第一滤波器112和第二滤波器114，但是二者不必必须是相同的或相同类型的滤波器。例如，一个滤波器可以是电容器，而另一个滤波器可以是串联谐振电路。

天线组件100包括DC静电放电(ESD)装置116以提供到接地的直流(DC)路径，从而将静电荷放电。

电感器118、或者电感器118和第一滤波器112形成用于第一天线102的阻抗匹配的匹配电路。类似地，电感器120、或者电感器120和第二滤波器114形成用于第二天线104的阻抗匹配的匹配电路。在不偏离本公开的范围的情况下，可使用其他适当的匹配电路。

图2例示了根据本公开的一个或多个方面的天线组件200的另一个示例实施方式。所例示的天线组件200可以集成到、嵌入到、安装到(等等)无线应用装置(未示出)中，该无线应用装置在本公开的范围中包括例如个人计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)等。

如图2所示，组件200包括第一天线202和第二天线204。第一天线202和第二天线204在物理上位于彼此附近。天线202、204可以是任何适合的天线。在一些实施方式中，天线202和204是单极天线。第一天线202配置为在第一频率范围中谐振。第二天线204配置为在第二频率范围和第三频率范围中谐振。

第一天线202耦接至第一输出206，以用于去往和/或来自其他电路222(其可以是例如发射器、接收器、收发器等)的信号的传输。类似地，第二天线204耦接至第二输出208和第三输出210，以分别用于去往和/或来自其他电路224和226的信号的传输。电路222、224和226可以是独立的部件、装置、电路等，或者可以是同一部件、装置、电路等的一部分。

因为第一天线202在物理上靠近第二天线204(因而可能与第二天线204电磁地相互作用)，所以当接收在第三频率范围中的信号时，在第一天线202中的第三频率范围信号经由匹配电感器L5的可能接地常常会降低第二天线204的性能。第一滤波器212适配为在第三频率范围中的频率处使第一天线202从接地隔离开。第一滤波器212用作高通滤波器，以阻止和反射来自第一输出的在第三频率范围中的信号。由此，在第三频率范围中的信号被阻止和反射了，而不会被导向到接地。这样，可以允许第一天线202和第二天线204处于彼此靠近的物理关系，而不会显著地降低第二天线204在第三频率范围中的性能。

第二滤波器214耦接在第二天线204与第二输出208之间。第二滤波器214是高通滤波器。第二滤波器214允许较高频率信号(诸如第二频率范围中的信号，例如GPS信号等)在第二天线204与第二输出208之间通过。相反地，第二滤波器214阻止和反射在第三频率范围中的信号(例如FM广播频率信号等)，而不会使此类信号经由匹配电感器L1导向接地。由此，第二滤波器214有利于防止(至少减少)带有第三频率范围中的信号的第二天线204的性能下降。

第一滤波器212和第二滤波器214在图2的具体实施方式中是电容器。然而，如以上参考图1所述的，可使用包括例如串联谐振电路(例如电感器和电容器)的任何适当的滤波器或滤波器的组合。

天线组件200包括DC静电放电(ESD)装置216以提供到接地的直流(DC)路径，从而将静电荷放电。

放大器228耦接在天线204与第三输出210之间以放大在第三频率范围中的信号。低通滤波器230耦接在第二天线204与第三输出210之间。低通滤波器允许在第三频率范围中的信号(例如FM广播波段信号等)通过，同时阻止在更高频率范围(包括第二频率范围和第三频率范围)中的信号。这样有助于防止其他信号经过ESD装置230打开去往接地的路径或者使放大器228饱和。

图3例示了图2的天线组件的示例实施方式。在天线组件300中，第一天线202和第二天线204隔开大约1毫米。仅通过示例的方式，第一天线202可具有大约25毫米的长度，而第二天线204可具有大约40毫米的长度。在此具体的示例中，天线组件300可具有大约5毫米的厚度。另选的实施方式可包括不同配置和不同尺寸的一个或多个部件。在此段落中提供的尺寸(作为在此所公开的所有尺寸)仅出于例示的目的而并非出于限制的目的。

第一天线202和第二天线204通过托架234悬置于接地平面232之上。托架234可以是塑料的或者任何其他适当的非导电材料。在组件300中，第一天线202是配置为在大约2.45千兆赫(GHz)的频率范围中谐振的蓝牙天线。第二天线204是配置为在GPS(大约1.575GHz)和FM广播(例如，76-108.0兆赫(MHz))频率范围中谐振的多频天线。其他的频率范围、频率的组合和/或单频天线与多频天线的组合都可供天线组件200使用。

在图2所示的组件200中，DC-ESD放电装置216可包括具有560千欧(kOhm)的电阻的电阻器R3，电感器L5和L1可包括3.3纳亨(nH)的电感器。第一滤波器212(C5)和第二滤波器214(C1)可以是1皮法(pF)的电容器，并且低通滤波器230(L3)可以是56nH的电感器。继续此示例，电容器C2和C3可以是330pF的电容器，并且电容器C4可以是10nF的电容器。电感器L2和L4分别可以是470nH和91nH的电感器。电阻器R1和R2可以分别是10KOhm和0Ohm的电阻器。另选的实施方式可包括不同配置和不同尺寸的一个或多个部件。在此段落中提供的数值(作为在此所公开的所有数值)仅出于例示的目的而非出于限制的目的。

图4至图8例示了通过测试图3中所示的原型天线组件300而得到的各种测试结果。提供图4至图8所示的这些测试结果仅出于例示的目的而非出于限制的目的。

图4是例示从大约500MHz到大约3GHz的频率中，由线436表示的第一天线202的性能和由线438表示的第二天线204的性能的史密斯圆图。总体来说，图4示出了两个天线例示单谐振最佳过耦合。

图5是第一天线202和第二天线204从大约500MHz到大约3GHz的回波损耗和隔离(以分贝(dB)为单位)的示图。轨迹540示出了针对第二天线204的回波损耗，而轨迹542例示了针对第一天线202的回波损耗。可见，第二天线204具有大约60MHz的带宽(在-6dB处测量)，而第一天线202具有大约110MHz的带宽(也在-6dB处测量)。对于第一天线202和第二天线204的隔离(其大于12dB)如544处所示。

图6图形地表示了第一天线202从大约1550MHz到大约1580MHz的效率(以dB为单位)以及第二天线204从大约2400MHz到大约2480MHz的效率。

图7图形地例示了第二天线204从大约76MHz到大约108MHz(FM广播波段)的增益(以dB为单位)。在此FM广播波段上的平均增益为大约-14.4dB。

图8图形地表示了第二天线204从大约76MHz到大约108MHz的有效天线效率(以dB为单位)。对于连接至接收器的所有天线，该有效天线效率是与理想无损偶极子相比的天线的信噪比。轨迹846是在该接收器上具有0dB噪声系数(figure)的有效天线效率。轨迹848是在该接收器上具有6dB噪声系数的有效天线效率。可见，具有0dB噪声系数的有效天线效率为大约-32.7dB，而具有6dB噪声系数的有效天线效率为大约-27.1dB。

所述实施方式的前述描述是出于例示和描述的目的而提供的。并非旨在穷举本发明或对本发明进行限制。具体实施方式的单独元件或特征通常不限于该具体实施方式，而是即使没有具体示出或描述，也在可应用的情况下，可互换并且可以在选定实施方式中使用。这些实施方式还可以按许多方式改变。这种变型不应视为脱离本发明，并且全部这种修改都包括在本发明的范围内。

Claims

1.一种天线组件，该天线组件包括：

第一天线，该第一天线配置为在第一频率范围中谐振，所述第一天线耦接至第一输出；

第二天线，该第二天线配置为在第二频率范围和第三频率范围中谐振，所述第二天线位于所述第一天线附近，所述第二天线耦接至第二输出和第三输出；

第一滤波器，该第一滤波器耦接至所述第一天线和所述第一输出；以及

第二滤波器，该第二滤波器耦接至所述第二天线和所述第二输出；

所述第一滤波器和所述第二滤波器配置为反射在所述第三频率范围中的信号。

2.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述第一天线和所述第二天线是单极天线。

3.根据权利要求1或2所述的天线组件，该天线组件还包括DC静电放电装置，所述DC静电放电装置耦接在所述第一天线与接地端子之间。

4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的天线组件，其中，所述第一滤波器和所述第二滤波器中的至少一个是电容器。

5.根据权利要求1、2、3或4中任一项所述的天线组件，其中，所述第一滤波器和所述第二滤波器中的至少一个是串联谐振电路。

6.根据权利要求1、2、3、4或5中任一项所述的天线组件，其中：

所述第一频率范围集中在大约2.45千兆赫；

所述第二频率范围集中在大约1.575千兆赫；以及

所述第三频率范围为大约76兆赫到大约108兆赫。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6中任一项所述的天线组件，其中，所述第一天线和所述第二天线间隔大约1毫米。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7中任一项所述的天线组件，其中，所述第一频率范围是蓝牙频率范围，所述第二频率范围是GPS频率范围，以及所述第三频率范围是FM广播波段频率范围。

9.根据权利要求1、2、3、4、6或7中任一项所述的天线组件，其中：

所述第一天线是蓝牙单极天线；以及

所述第二天线是GPS和FM单极天线。

10.一种天线组件，该天线组件包括：

接地平面；

在集中于大约2.45千兆赫(GHz)的频率范围中谐振的第一单极天线，所述第一单极天线耦接至第一输出；

在集中于大约1.575GHz的频率范围中谐振并且在FM广播波段频率范围中谐振的第二单极天线，所述第二单极天线靠近并基本平行于所述第一单极天线，所述第二单极天线耦接至第二输出和第三输出；

第一滤波器，该第一滤波器耦接在所述第一单极天线与所述第一输出之间；以及

第二滤波器，该第二滤波器耦接在所述第二单极天线与所述第二输出之间；

所述第一滤波器和所述第二滤波器各配置为反射在所述FM广播波段频率范围中的信号。

11.根据权利要求10所述的天线组件，该天线组件还包括托架，所述第一单极天线和所述第二单极天线安装在所述托架上。

12.根据权利要求10或11所述的天线组件，其中，所述第一单极天线和所述第二单极天线的平行部分之间的间隔距离为大约1毫米。

13.根据权利要求10、11或12中任一项所述的天线组件，该天线组件还包括DC静电放电装置，所述DC静电放电装置耦接在所述第一单极天线与接地端子之间。

14.根据权利要求10、11、12或13中任一项所述的天线组件，其中，所述第一滤波器和所述第二滤波器中的至少一个是电容器。

15.根据权利要求10、11、12、13或14中任一项所述的天线组件，其中，所述第一滤波器和所述第二滤波器中的至少一个是串联谐振电路。

16.根据权利要求10、11、12、13、14或15中任一项所述的天线组件，该天线组件还包括耦接在所述第二单极天线与所述第三输出之间的放大器。

17.根据权利要求16所述的天线组件，该天线组件还包括耦接在所述第二单极天线与所述放大器之间的低通滤波器。

18.根据权利要求10、11、12、13、14、15或16中任一项所述的天线组件，其中，所述FM广播波段频率范围为大约76兆赫到大约108兆赫。

19.一种天线组件，该天线组件包括：

第二天线，该第二天线配置为在第二频率范围和第三频率范围中谐振，所述第二天线位于所述第一天线附近，所述第二天线耦接至第二输出和第三输出；以及

第一滤波器，该第一滤波器耦接至所述第一天线和所述第一输出，

其中，所述第一天线接地到在所述第三频率范围中的信号，并且所述第一滤波器配置为对于在所述第三频率范围中的信号使所述第一天线与接地隔离。

20.根据权利要求19所述的天线组件，该天线组件还包括耦接在所述第二天线与所述第二输出之间的第二滤波器，所述第二滤波器适配为反射在所述第三频率范围中的信号。

21.根据权利要求19或20所述的天线组件，该天线组件还包括DC静电放电装置，所述DC静电放电装置耦接在所述第一天线与接地端子之间。

22.根据权利要求19、20或21中任一项所述的天线组件，其中，所述第一滤波器和所述第二滤波器中的至少一个是电容器。

23.根据权利要求19、20、21或22中任一项所述的天线组件，其中，所述第一滤波器和所述第二滤波器中的至少一个是串联谐振电路。

24.根据权利要求19、20、21、22或23中任一项所述的天线组件，其中：

所述第一频率范围集中在大约2.45千兆赫；

所述第二频率范围集中在大约1.575千兆赫；以及

所述第三频率范围为大约76兆赫到大约108兆赫。

25.根据权利要求19、20、21、22、23或24中任一项所述的天线组件，其中，所述第一天线和所述第二天线间隔大约1毫米。

26.根据权利要求19、20、21、22、23、24或25中任一项所述的天线组件，其中，所述第一频率范围是蓝牙频率范围，所述第二频率范围是GPS频率范围，以及所述第三频率范围是FM广播波段频率范围。

27.根据权利要求19、20、21、22、23、24、25或26中任一项所述的天线组件，其中：

所述第一天线是蓝牙单极天线；以及

所述第二天线是GPS和FM单极天线。

28.一种无线应用装置，该无线应用装置包括在前权利要求中任一项所述的天线组件。