CN104040789B - 电容耦合复合环天线 - Google Patents

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Abstract

描述了一种复合环天线(CPL)，该天线包括电容馈给磁环和/或电容馈给电场辐射器。实施方式包括单频带CPL天线和多频带CPL天线。CPL天线的物理尺寸通过电容性馈给该环和/或辐射器而被减小。实施方式包括：电容耦合的或非电容耦合的至少一个电场辐射元件；以及电容耦合的至少一个磁环元件。磁环的延续可以利用布线或至第二层的连接而继续。

Description

电容耦合复合环天线
相关申请的交叉引用
本申请按照35U.S.C.§119(e)要求于2011年11月4日提交的美国临时申请第61/556,145号的权益，其全部内容通过引用合并到本申请中。
技术领域
实施方式涉及复合环天线(CPL)，并且具体涉及包含电容馈给磁环和/或电容馈给电场辐射器和/或直接馈给电场辐射器的CPL天线。
背景技术
现代电信装置的不断减小的尺寸产生了对改进的天线设计的需要。诸如移动/蜂窝电话的装置中的已知天线提供了性能上的主要限制之一，并且几乎总是以一种或另一种方式妥协。
具体地，天线的效率可以对装置的性能具有重大影响。较有效率的天线将会辐射从发送器馈给到其的能量的较大比例。同样地，由于天线的固有互易性，较有效率的天线将会使所接收的信号更多地转换成电能以由接收器处理。
为了确保在收发器(既作为发送器又作为接收器进行操作的装置)与天线之间最大限度地传输能量(在发送模式和接收模式二者下)，二者的阻抗应该在幅值上彼此匹配。二者之间的任何不匹配将会导致次优性能，其中在发送情况下，能量从天线反射回发送器。当作为接收器进行操作时，天线的次优性能导致与以其它方式可能的接收功率相比更低的接收功率。
现有的简单的环天线通常为电流馈给装置，其主要产生磁(H)场。正因为如此，它们通常不适合用作发送器。这对于小的环天线(即小于一个波长或具有小于一个波长的直径的环天线)尤其如此。相比之下，电压馈给天线(例如偶极子)产生电(E)场和H场二者，并且可以在发送模式和接收模式下使用。
由环天线接收的或者从环天线发送的能量的量部分地由其面积确定。通常，每当环的面积减半，取决于应用参数(例如初始尺寸、频率等)，可被接收的/发送的能量的量减小约3dB。该物理约束常常意味着在实践中不能使用非常小的环天线。
复合天线为下述这些天线：其中激发横向磁场(TM)和横向电场(TE)模式二者以实现较高的性能益处(例如较高的带宽(较低的Q)、较大的辐射强度/功率/增益、以及较高的效率)。
在20世纪40年代末期，Wheeler和Chu最早检验电小(ELS)天线的特性。通过他们的工作，创建了若干数值公式以描述天线随着其物理大小的减小而出现的限制。Wheeler和Chu提到的ELS天线的限制中特别重要的一个限制为它们具有大的辐射品质因数Q，在这一点上，它们在平均时间上存储的能量比它们辐射的能量多。根据Wheeler和Chu，ELS天线具有高辐射Q，这导致在天线或匹配网络中最小的电阻损耗并且引起通常在1％至50％之间的非常低的辐射效率。其结果是，自20世纪40年代末期开始，科学界已经普遍接受ELS天线具有窄带宽和差的辐射效率。使用ELS天线的无线通信系统中的许多现代成就来自调制方案且关于空中协议的严格实验和优化，但是现今商业利用的ELS天线仍然反映Wheeler和Chu首次确立的窄宽带、低效率属性。
在20世纪90年代早期，DaleM.Grimes和CraigA.Grimes声称已经在数学上建立了在ELS天线中一起操作的TM和TE模式的某些组合，其超越了通过Wheeler和Chu的理论确立的低辐射Q限制。Grimes和Grimes在1995年5月出版在IEEE电磁兼容性汇刊(IEEETransactionsonElectromagneticCompatibility)的标题为“BandwidthandQofAntennasRadiatingTEandTMModes”的期刊中描述了他们的工作。这些声明引发了许多争论，并且导致出现术语“复合场天线”，在该复合场天线中激活TM和TE模式二者，这与其中单独激活TM或TE模式的“简单场天线”相反。复合场天线的益处已经由几个备受尊敬的RF专家(包括美国海军空战中心武器分部聘用的一组专家)在数学上证明，其中他们得出如下证据：辐射Q低于Wheeler-Chu限制、提高的辐射强度、方向性(增益)、辐射功率和辐射效率(P.L.Overfelft,D.R.Bowling,D.J.White，"ColocatedMagneticLoop,ElectricDipoleArrayAntenna(PreliminaryResults),"Interimrept.,1994年9月)。
归因于元件耦合的不期望的影响以及在设计低损耗无源网络来组合电辐射器和磁辐射器的相关困难，复合场天线被证明是复杂的且难以在物理上实现。
存在通常由电路板上的印刷金属条组成的二维非复合天线的许多示例。然而，这些天线是电压馈给式的。一个这样的天线的示例为平面倒F型天线(PIFA)。大多数类似的天线设计还主要包括四分之一波长(或者四分之一波长的若干倍)、电压馈给、偶极子天线。
平面天线也是在本领域所公知的。例如授予Zahn等人的美国专利5,061,938需要昂贵的聚四氟乙烯基底或类似材料以用于天线操作。授予Shiga的美国专利5,376,942教示了可以接收但不发送微波信号的平面天线。Shiga天线还需要昂贵的半导体基底。授予Nalbandian的美国专利6,677,901涉及如下平面天线：该平面天线需要介电常数与导磁率之比为1:1至1:3的基底，并且仅能够在HF和VHF频率范围(3MHZ至30MHZ和30MHZ至300MHz)内操作。尽管已知在常用于普通印刷电路板的廉价玻璃增强环氧树脂层压板(例如FR-4)上印刷一些低频装置，但是认为FR-4中的介电损耗太高，并且对于以微波频率使用的这样的基底，介电常数未被足够紧密地控制。由于这些原因，更常用氧化铝基底。另外，这些平面天线中都不是复合环天线。
针对复合场天线就带宽、效率、增益和辐射强度方面的提高性能的基础源自存储在天线的近场中的能量的影响。在RF天线设计中，期望将提供给天线的能量尽可能多地转换成辐射功率。存储在天线的近场中的能量历来被称为无功功率，并且用于限制可以被辐射的功率的量。当讨论复数功率时，存在实部和虚(常被称为“无功”)部。实功率离开源并且不再返回，然而虚功率或无功功率趋于围绕源的固定位置(半个波长内)振荡并与源相互作用，从而影响天线的操作。存在的来自多个源的实功率是直接相加的，而虚功率的多个源可以是相加或者相减的(抵消)。复合天线的益处在于：其由TM(电偶极子)源和TE(磁偶极子)源二者驱动，这允许工程师创建利用先前在简单场天线中不可用的无功功率抵消的设计，从而改进天线的实功率传输特性。
为了能够消除复合天线中的无功功率，电场和磁场必需彼此正交地工作。尽管已经提出了对于发射电场必需的电场辐射器和对于生成磁场必需的磁环的许多布置，但是所有这样的设计总是在三维天线上来解决。例如，授予McLean的美国专利7,215,292需要在平行平面中的一对磁环，其中第三平行平面上的电偶极子位于该对磁环之间。授予Grimes等人的美国专利6,437,750需要物理上被布置成彼此正交的两对磁环和电偶极子。McLean提交的美国专利申请US2007/0080878教示了其中磁偶极子和电偶极子同样处于正交平面中的布置。
共同拥有的美国专利第8,144,065号教示了线性极化、多层平面复合环天线。共同拥有的美国专利申请第12/878,018教示了线性极化、单面复合环天线。最后，共同拥有的美国专利第8,164,528号教示了线性极化、自含式复合环天线。这些共同拥有的专利和申请与现有技术的天线的不同处在于它们为如下复合环天线：所述复合环天线具有沿两个维度物理布置的一个或更多个磁环以及一个或更多个电场辐射器，而不需要如在McLean和Grimes等人的天线设计中的磁环和电场辐射器的三维布置。
发明内容
文中所描述的实施方式包括一种CPL天线，该CPL天线包括电容馈给磁环和/或电容馈给电场辐射器。实施方式包括单频带CPL天线和多频带CPL天线。通过电容性馈给所述环和/或辐射器，该CPL天线已减小了物理尺寸。实施方式包括：电容耦合或非电容耦合的至少一个电场辐射元件；以及电容耦合的至少一个磁环元件。磁环的延续可以利用布线(3D)或至第二层(2D)的连接而继续。
附图说明
图1示出了具有电容馈给磁环和电容馈给电场辐射器的天线的实施方式的前部。
图2示出了图1的实施方式的后视图。
图3示出了图1和图2的实施方式的透视图。
图4示出了具有馈给点和接地连接的天线的实施方式。
图5示出了2.4/5.8GHz多频带CPL天线的实施方式的前视图。
图6示出了图5的实施方式的后视图。
图7示出了图5和图6的实施方式的透视图。
图8示出了用于图5至图7所示的实施方式的2.4/5.8GHz频带的回波损耗图。
图9示出了2.4/5.8GHz多频带天线的实施方式的前视图。
图10示出了图9的实施方式的后视图。
图11示出了图9和图10的实施方式的透视图。
图12至图14分别示出了具有电容耦合磁环的多频带CPL天线的实施方式的前视图、后视图和透视图。
图15示出了图12至图14的实施方式在连接至负载时的馈给点和接地连接。
图16示出了针对图12至图15所示的实施方式的回波损耗图。
图17、图18和图19分别示出了具有电容耦合磁环和完成(complete)该环的切口环布线(cutloopwire)的多频带CPL天线的实施方式的前视图、后视图和透视图。
图20示出了针对图17至图19所示的实施方式的回波损耗图。
图21、图22和图23分别示出了具有电容耦合磁环的双面多频带CPL天线的实施方式的前视图、后视图和透视图，其中所述环在第二层上完成。
图24示出了针对图21至图23所示的实施方式的回波损耗图。
图25示出了图23所示的实施方式的另外的细节。
具体实施方式
复合环天线能够以发送模式和接收模式二者进行操作，从而能够实现比公知的环天线更高的性能。复合环形(CPL)天线的两个主要部件为生成磁场(H场)的磁环和发射电场(E场)的电场辐射器。H场与E场必须彼此正交，以使得由天线发射的电磁波能够有效地通过空间传播。为了实现该效果，电场辐射器被定位在沿磁环约90度电位置或者约270度电位置处。还可以通过将电场辐射器定位在沿磁环的、流经磁环的电流反射最小的点处来实现H场和E场的正交。沿CPL天线的磁环的、电流反射最小的点取决于磁环的几何结构。例如，电流反射最小的点最初可以被识别为磁环的第一区域。在对磁环添加或移除金属以实现阻抗匹配之后，电流反射最小的点可以从第一区域改变为第二区域。
本文所描述的实施方式包括如下CPL天线：该CPL天线包括电容馈给磁环和/或电容馈给电场辐射器。将关于单频带2.4GHzCPL天线和2.4/5.8GHz多频带CPL天线来描述本文所述的实施方式。然而，将理解的是，本文所描述的原理可以应用于创建处于其他频带的单频带天线和多频带天线。通过电容性馈给所述环和/或辐射器，减小了这些CPL天线的物理尺寸。这样的天线的实施方式的基本特性在于：至少一个电场辐射元件是电容耦合或者非电容耦合的，至少一个磁环元件是电容耦合的，并且天线保持高效率。另外，磁环的延续可以利用布线(3D)或至第二层(2D)的连接而继续。
图1示出了具有电容馈给磁环和电容馈给电场辐射器的2.4GHz天线的实施方式。图1示出了天线的前视图，图2示出了天线的后视图，以及图3示出了天线的透视图。可以为约0.25毫米的元件C为电容间隙，该电容间隙引起磁环的左下部分电容性馈给磁环的其余部分。电容间隙的尺寸越小，磁环的最终频率越低。如果电容间隙太大，则电容耦合开始衰退(fail)并且天线的谐振消失。通过沿磁环的左侧垂直移动电容间隙C，电容间隙C的位置会影响阻抗匹配。因此，向上和向下移动电容间隙C可以用来调谐天线阻抗。
同样为约0.25毫米的元件D是用于电场辐射器的电容间隙。如图1至图3所示，电场辐射器是磁环内部的且电容间隙D右侧的较大矩形元件10。电容间隙D左侧为基本上矩形形状的辐射器馈源(feed)12。该辐射器馈源可以经由迹线元件14耦合至磁环。电场辐射器可以经由天线的背面上的迹线F而耦合至磁环，如参照图2所示出的且进一步描述的。用于电场辐射器的电容间隙D可以不用太大，否则电场辐射器的电容耦合开始衰退并且谐振消失。用于电场辐射器的电容间隙D的位置也影响阻抗匹配，并且其可以水平地移动(左和右)以调谐天线阻抗。
磁环上的形成电容间隙C的切口可以导致在由元件G表示的磁环的左下部分上产生单极子谐振。单极子谐振可以通过调节电容间隙C的位置并且通过调节单极子谐振元件G的长度来调谐。单极子谐振G还可以被调谐成将所述天线设计转变成多频带天线。
指代磁环的右侧的元件E可以被制作为比磁环的其余部分更窄(thinner)(感抗)，以与电容间隙C的容抗相匹配。尽管图1示出了其中电容间隙C和磁环的宽部分在磁环的左侧的天线，但是实施方式可以包括其中电容间隙C和磁环的宽部分在磁环的右侧而磁环的较窄部分E在磁环的左侧的天线。
磁环的电感和电容可以通过调节磁环的各部分的宽度来调谐。例如，可以增大或减小磁环的顶部的宽度以调谐其电感和电抗。还可以对磁环的几何形状做出改变来调谐天线性能。例如，基本上矩形的磁环的角部可以以一定角度被切割，例如45度角。
图2示出了来自图1的天线的后视图。如所指出的，元件F表示天线的底层上的、将电场辐射器连接至磁环的迹线。迹线也可以被放置在顶层上以做出单层天线设计。来自图3的透视图示出了迹线F可以被定位在底层上，并且迹线F可以将磁环直接连接到电容耦合电场辐射器。
图4示出了具有馈给点A和接地连接B的天线。尽管本文所描述的实施方式示出了其中在磁环的左端点具有馈给点而在磁环的右端点具有接地连接的天线，但是替选实施方式可以包括其中在磁环的右端点具有馈给点而在磁环的左端点具有接地连接的天线。
图1至图4中的2.4GHz天线的实施方式包括电容馈给磁环和电容馈给电场辐射器。然而，电场辐射器不需要被电容馈给。反而，实施方式可以包括非电容馈给的电场辐射器，但是其也可以直接耦合至磁环或者经由迹线耦合至磁环。天线还可以在磁环内部包括多于一个的电场辐射器。当包括多于一个的电场辐射器时，第一电场辐射器可以是电容馈给的，而第二电场辐射器可以不是电容馈给的。可替选地，所有辐射器可以是电容馈给的、直接耦合至磁环、经由迹线耦合至磁环、或者这些的任意组合。
相比于简单的环天线，本文所描述的实施方式具有以下优点：天线设计是复合场天线、易于调谐、填充来自磁环的辐射图案中的空值(null)、提高效率、增加带宽、以及物理尺寸小。相比于单极子，本文所描述的实施方式可以具有以下优点：天线设计是复合场天线、稳定、提高效率、以及增加带宽。
可以认为电场辐射器是具有如下迹线的短路磁环：该迹线连接至通过电容耦合间隙而间隔开的第一段和第二段(辐射器馈源)，其中第二段和磁环经由天线背面上的折回(或者经由第一段和第二段)而连接。折回增加了辐射器的电长度。
在2.4GHz频率处，电容馈给电场辐射器和电容耦合磁环彼此同相地辐射。具体地，电场辐射器与磁环的邻近电容间隙C的部分在2.4GHz处彼此同相地辐射。用于图1至图4所示的天线的2.4GHz频带的远场曲线表示天线的远场图案为全向的，类似于偶极子图案。
在一个实施方式中，复合环天线可以包括：位于第一平面上并且生成磁场的磁环，该磁环包括下游部分和上游部分，下游部分通过电容性馈给磁环的下游部分的电容间隙而与上游部分间隔开，其中该磁环具有加至天线的总感抗上的第一感抗，其中该电容间隙将第一容抗加至天线的总容抗上。复合环天线还可以包括：位于第一平面上的电场辐射器，该电场辐射器耦合至磁环并且被配置成发射与磁场正交的电场，其中电场辐射器具有加至总容抗上的第二容抗，其中电场辐射器与磁环之间的物理布置引起加至总容抗上的第三容抗，并且其中总感抗基本上与总容抗相匹配。
在本实施方式中，天线还可以包括耦合至磁环的辐射器馈源，其中电场辐射器的位置与反射器馈源邻近，其中所述电场辐射器通过电容性馈给电场辐射器的第二电容间隙而与辐射器馈源间隔开，其中第二电容间隙具有加至总容抗上的第四容抗。在本实施方式中，天线还可以包括将辐射器馈源耦合至磁环的电气迹线。在本实施方式中，电气迹线可以在连接点处或者反射最小点处将辐射器馈源耦合至磁环，该连接点包括与磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置(electricaldegreelocation)，在该反射最小点处流经磁环的电流反射最小。在本实施方式中，辐射器馈源可以直接耦合至磁环。
在本实施方式中，天线还可以包括将电场辐射器耦合至磁环的电气迹线。在本实施方式中，电气迹线可以将电场辐射器在连接点处或者反射最小点处耦合至磁环，该连接点包括与磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在该反射最小点处流经磁环的电流反射最小。在本实施方式中，电气迹线可以被定位在第一平面下方的第二平面上。
在本实施方式中，电场辐射器可以在连接点处和反射最小点处直接耦合至磁环，该连接点包括与磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在该反射最小点处流经磁环的电流反射最小。在本实施方式中，磁环的第一部分的第一宽度可以大于或小于磁环的第二部分的第二宽度。在本实施方式中，沿磁环调节电容间隙的位置可以调谐天线的阻抗。
本实施方式可以针对产生至少双频带谐振的复合环天线。可以就覆盖WiFi频率的2.4/5.8GHz天线来描述本文的实施方式。本实施方式还可以用于多输入多输出(MIMO)应用。将描述至少三个配置：(1)由具有磁环和磁环内部的电容馈给电场辐射器的CPL天线构成的第一配置；(2)由具有磁环和磁环外部的电容馈给电场辐射器的CPL天线构成的第二配置；以及(3)由下述CPL天线构成的第三配置，该CPL天线具有产生第一电场的电容馈给磁环、以及磁环内部的与磁环组合以生成第二电场的所连接的电场辐射器。
图5示出了2.4/5.8GHz多频带CPL天线的实施方式的前视图。图6示出了该天线的后视图，并且图7示出了该天线的透视图。天线包括位于连续磁环的内部的电容馈给电场辐射器。电场辐射器为位于磁环内部的较大矩形元件，并且辐射器馈源为位于磁环内部的较小矩形元件。辐射器馈源经由迹线耦合至磁环。电场辐射器通过电容性馈给该电场辐射器的电容间隙而与辐射器馈源间隔开。电场辐射器经由在天线背侧上的迹线而耦合至磁环，如图6所示。电场辐射器覆盖2.4GHz频带，如点划线16所示，而磁环的右下部分覆盖5.8GHz频带，如虚线18所示。具体地，磁环的右下部分和右侧为用于5.8GHz频带的辐射元件。
如图6所示，在天线背侧上的电感迹线20将电容馈给电场辐射器连接至磁环。电感迹线的电感对电场辐射器与辐射器馈源之间的电容间隙所引起的电容进行补偿。电容间隙用作电流流向地的路径。在实施方式中，天线背侧上的电感迹线也可以放置在天线的前侧上。最后，尽管图5至图7所示的天线包括连续环，但是多频带天线的实施方式也可以由具有电容馈给磁环的天线构成。
图8示出了用于图5至图7所示的实施方式的2.4/5.8GHz频带的回波损耗图。该图示出了回波损耗在约2.5GHz频带处和在5.3512GHz频带处最小，但在2.4GHz和5.8GHz的期望频带内操作。
图9示出了2.4/5.8GHz多频带天线的实施方式的前视图，其中电容馈给电场辐射器22被定位在磁环24的外部。电场辐射器覆盖2.4GHz频带，如点划线26所示，而磁环的右下部分和辐射器馈源覆盖5.8GHz频带，如虚线28所示。图10示出了图9的实施方式的后视图，其中示出了折回迹线30。图11示出了图9和图10的实施方式的透视图。
在一个实施方式中，多频带复合环天线可以包括：位于第一平面上并且生成磁场的磁环，其中该磁环具有加至天线的总感抗上的第一感抗，其中该磁环的第一部分被配置成发射处于第一频带的、与磁场正交的第一电场；辐射器馈源，该辐射器馈源位于第一平面上并且经由第一电气迹线耦合至磁环，其中该辐射器馈源被配置成在第一频带处与磁环的第一部分同相地谐振；以及位于第一平面上的电场辐射器，该电场辐射器经由定位于第一平面下方的第二平面上的第二电气迹线而耦合至磁环，该电场辐射器的位置与辐射器馈源邻近并且通过电容间隙而与辐射器馈源间隔开，其中该电场辐射器被配置成发射处于第二频带并且与磁场正交的第二电场，其中电场辐射器具有加至总容抗上的第二容抗，其中电场辐射器与磁环之间的物理布置引起加至总容抗上的第三容抗，并且其中总感抗基本上与总容抗相匹配。
在本实施方式中，电场辐射器和辐射器馈源可以被定位在磁环的内部或者可以在磁环的外部。
在本实施方式中，第一电气迹线可以在连接点处或者反射最小点处耦合至磁环，该连接点包括与磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在反射最小点处流经磁环的电流反射最小。在本实施方式中，第二电气迹线可以在连接点处或者反射最小点处耦合至磁环，该连接点包括与磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在反射最小点处流经磁环的电流反射最小。
在本实施方式中，磁环的第一部分的第一宽度大于或小于磁环的第二部分的第二宽度。在本实施方式中，调节电容间隙的位置可以调谐天线的阻抗。
图12、图13和图14分别示出了具有电容耦合磁环的多频带天线的实施方式的前视图、后视图和透视图。本实施方式在2.4/5.8GHz频带处工作并且物理尺寸为约0.217英寸乘0.35英寸，进一步示出了本文所描述的天线的紧凑尺寸。用于本实施方式在2.4GHz处的远场图案表明图案为全向的，非常类似偶极子图案。用于本实施方式在2.4GHz处的电场(E-场)曲线表明第一非CPL电场由环生成，而第二CPL电场由辐射器和环的组合生成，如由点划线32大致指出的。特别地，可以认为磁环通过电容间隙而被分成上游部分和下游部分。上游部分电容性馈给磁环的下游部分。该环的上游部分发射处于第一频带处的第一电场。经由电气迹线耦合至磁环的电场辐射器与上游部分的一部分和下游部分的一部分组合地发射处于第二频带处的、与磁场正交的第二电场。因此。电场辐射器在第二频带处与磁环的上游部分和下游部分同相地谐振。另外，对于这样的CPL天线，天线的总感抗基本上与天线的总容抗相匹配。
在图12至图14的实施方式中，电容间隙34为约0.018英寸。该尺寸越小，磁环的频率越低。电容间隙34不能变得太大(相距太远)，否则电容耦合可能会开始衰退并且谐振可能消失。电容间隙的垂直位置影响天线的阻抗匹配，因此，向上或向下移动间隙的位置可以用于调谐天线。辐射器36也可以用于调谐天线。磁环的较细(skinnier)部件38针对感抗被形成得较窄并且与电容间隙34的容抗相匹配。磁环的长度和磁环的第一腿40用作用于如图16的回波损耗曲线中所示的第二谐振的单极子，图16的回波损耗曲线示出了回波损耗在约2.4GHz和5.8GHz处最小。图15示出了在连接至负载时的本实施方式的馈给点42和接地连接44。
图17、18和19分别示出了具有电容耦合磁环和完成该环的切口环布线的多频带CPL天线的实施方式的前视图、后视图和透视图(从前侧观看)。本实施方式以与图12至图15的实施方式相同的方式工作，并且在2.4/5.8GHz频带处工作。然而，本实施方式的物理尺寸为约0.195英寸乘0.359英寸，进一步示出了本文所描述的CPL天线的紧凑尺寸。如图19所示，馈给点50和接地连接52可以连接至负载(未示出)。电容间隙54可以为约0.018英寸，辐射器56和细的匹配元件58。环的环长度和第一腿60可以用作用于第二谐振的单极子。三维(3D)布线62可以用于完成环，同时在天线所位于的印刷电路板(PCB)上保持较小的二维(2D)空间。当空间例如在智能手机或其他移动装置的PCB上非常短缺时，图12至图14的实施方式与图17至图19的实施方式之间的0.022英寸的差异会是重要的。在图20中示出了用于本实施方式的回波损耗曲线，该曲线示出了回波损耗在约2.4GHz和5.8GHz处最小。
图21、图22和图23分别示出了具有电容耦合磁环的双面多频带CPL天线的实施方式的前视图、后视图和透视图，其中该环在第二层上完成。本实施方式在2.4/5.8GHz频带处以与之前两个实施方式相同的方式工作，但是物理尺寸为约0.17英寸乘0.359英寸，使得其比图17至图19所示的实施方式略细。如图25所示，馈给点70和接地连接72可以连接至负载(未示出)。电容间隙74可以为约0.022英寸，辐射器76和细的匹配元件78。该环的环长度和第一腿80可以用作用于第二谐振的单极子。至第二层的延伸部82可以用于完成环，同时在天线所位于的PCB板上保持较小2D空间。延伸部82的宽度和长度还可以用于调谐天线，并且如果需要的话，物理形状可以被曲折以将更多电感加至天线。图24示出了用于本实施方式的回波损耗曲线，该曲线示出回波损耗在约2.4GHz和5.8GHz处最小。
在一个实施方式中，多频带复合环天线可以包括：至少部分地位于第一平面上并且生成磁场的磁环，该磁环包括下游部分和上游部分，该下游部分通过电容性馈给磁环的下游部分的电容间隙而与上游部分间隔开，该上游部分被配置成发射处于第一频带处并且与磁场正交的第一电场，其中电容间隙将第一容抗加至天线的总容抗上；以及位于第一平面上的电场辐射器，该电场辐射器经由电气迹线耦合至磁环，其中与磁环的上游部分和下游部分耦合的电场辐射器被配置成发射处于第二频带的、与磁场正交的第二电场，其中电场辐射器被配置成在第二频带处与磁环的上游部分和下游部分同相地谐振，并且其中天线的总感抗基本上与天线的总容抗相匹配。
在本实施方式中，电场辐射器可以被定位在磁环的内部。在本实施方式中，电气迹线可以在连接点处或者反射最小点处耦合至磁环，该连接点包括与磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在反射最小点处流经磁环的电流反射最小。在实施方式中，磁环的下游部分的第一部分的第一宽度大于或者小于磁环的下游部分的第二部分的第二宽度。
在本实施方式中，电容间隙可以将容抗加至天线的总容抗上，并且调节电容间隙的位置可以调谐天线的阻抗。
在本实施方式中，下游部分可以分成第一平面上的第一部分和第一平面上的第二部分，并且下游部分包括离开第一平面延伸的将第一部分耦合至第二部分的三维布线、或者第二平面上的将第一部分耦合至第二部分的第三部分。在本实施方式中，第三部分的宽度和长度可以用于调谐天线，并且第三部分的物理形状可以用于将电感加至天线的总感抗上。
尽管本公开内容示出并描述了若干实施方式，但是应当理解，本文所描述的技术可以具有许多另外用途和应用。因此，本发明不应当受限于包含在本说明书中的仅示出各实施方式和这样的实施方式的原理的应用的具体描述和各附图。

Claims (27)

1.一种复合环天线，包括：
位于第一平面上并且生成磁场的磁环，所述磁环包括下游部分和上游部分，所述下游部分通过电容性馈给所述磁环的所述下游部分的电容间隙而与所述上游部分间隔开，其中，所述电容间隙将第一容抗加至所述天线的总容抗上；以及
位于所述第一平面上的电场辐射器，所述电场辐射器耦合至所述磁环并且被配置成发射与所述磁场正交的电场，其中，所述天线的总感抗基本上与所述总容抗相匹配。
2.根据权利要求1所述的天线，还包括耦合至所述磁环的辐射器馈源，其中，所述电场辐射器的位置与所述辐射器馈源邻近，其中，所述电场辐射器通过电容性馈给所述电场辐射器的第二电容间隙而与所述辐射器馈源间隔开，其中，所述第二电容间隙具有加至所述总容抗上的第二容抗。
3.根据权利要求2所述的天线，还包括将所述辐射器馈源耦合至所述磁环的电气迹线。
4.根据权利要求3所述的天线，其中，所述电气迹线在连接点处或反射最小点处将所述辐射器馈源耦合至所述磁环，所述连接点包括与所述磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在所述反射最小点处流经所述磁环的电流反射最小。
5.根据权利要求3所述的天线，其中，所述辐射器馈源直接耦合至所述磁环。
6.根据权利要求1所述的天线，还包括将所述电场辐射器耦合至所述磁环的电气迹线。
7.根据权利要求6所述的天线，其中，所述电气迹线在连接点处或反射最小点处将所述电场辐射器耦合至所述磁环，所述连接点包括与所述磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在所述反射最小点处流经所述磁环的电流反射最小。
8.根据权利要求6所述的天线，其中，所述电气迹线被定位在所述第一平面下方的第二平面上。
9.根据权利要求1所述的天线，其中，所述电场辐射器在连接点处和反射最小点处直接耦合至所述磁环，所述连接点包括与所述磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在所述反射最小点处流经所述磁环的电流反射最小。
10.根据权利要求1所述的天线，其中，所述磁环的第一部分的第一宽度大于或小于所述磁环的第二部分的第二宽度。
11.根据权利要求1所述的天线，其中，沿所述磁环调节所述电容间隙的位置来调谐所述天线的阻抗。
12.一种多频带复合环天线，包括：
位于第一平面上并生成磁场的磁环，其中，所述磁环的第一部分被配置成发射处于第一频带的、与所述磁场正交的第一电场；
辐射器馈源，所述辐射器馈源位于所述第一平面上并且经由第一电气迹线耦合至所述磁环，其中，所述辐射器馈源被配置成在所述第一频带与所述磁环的所述第一部分同相地谐振；以及
位于所述第一平面上的电场辐射器，所述电场辐射器经由定位于所述第一平面下方的第二平面上的第二电气迹线而耦合至所述磁环，所述电场辐射器的位置与所述辐射器馈源邻近并且通过电容间隙而与所述辐射器馈源间隔开，其中，所述电场辐射器被配置成发射处于第二频带的并且与所述磁场正交的第二电场，并且其中，所述天线的总感抗基本上与所述天线的总容抗相匹配。
13.根据权利要求12所述的天线，其中，所述电场辐射器和所述辐射器馈源被定位在所述磁环的内部。
14.根据权利要求12所述的天线，其中，所述电场辐射器和所述辐射器馈源被定位在所述磁环的外部。
15.根据权利要求12所述的天线，其中，所述第一电气迹线在连接点处或反射最小点处耦合至所述磁环，所述连接点包括与所述磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在所述反射最小点处流经所述磁环的电流反射最小。
16.根据权利要求12所述的天线，其中，所述第二电气迹线在连接点处或反射最小点处耦合至所述磁环，所述连接点包括与所述磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在所述反射最小点处流经所述磁环的电流反射最小。
17.根据权利要求12所述的天线，其中，所述磁环的所述第一部分的第一宽度大于或小于所述磁环的第二部分的第二宽度。
18.根据权利要求12所述的天线，其中，所述电容间隙将容抗加至所述天线的所述总容抗上，并且其中，调节所述电容间隙的位置调谐所述天线的阻抗。
19.一种多频带天线，包括：
至少部分地位于第一平面上并且生成磁场的磁环，所述磁环包括下游部分和上游部分，所述下游部分通过电容性馈给所述磁环的所述下游部分的电容间隙而与所述上游部分间隔开，所述上游部分被配置成发射处于第一频带的第一电场，其中，所述电容间隙将第一容抗加至所述天线的总容抗；以及
位于所述第一平面上的电场辐射器，所述电场辐射器经由电气迹线耦合至所述磁环，其中，与所述磁环的所述上游部分和所述下游部分耦合的所述电场辐射器被配置成发射处于第二频带的、与所述磁场正交的第二电场，其中，所述电场辐射器被配置成在所述第二频带与所述磁环的所述上游部分和所述下游部分同相地谐振，并且其中，所述天线的总感抗基本上与所述天线的所述总容抗相匹配。
20.根据权利要求19所述的天线，其中，所述电场辐射器被定位在所述磁环的内部。
21.根据权利要求19所述的天线，其中，所述电气迹线在连接点处或反射最小点处耦合至所述磁环，所述连接点包括与所述磁环的驱动点成约90度或约270度的电角度位置，在所述反射最小点处流经所述磁环的电流反射最小。
22.根据权利要求19所述的天线，其中，所述磁环的所述下游部分的第一部分的第一宽度大于或小于所述磁环的所述下游部分的第二部分的第二宽度。
23.根据权利要求19所述的天线，其中，所述电容间隙将容抗加至所述天线的总容抗上，并且其中，调节所述电容间隙的位置调谐所述天线的阻抗。
24.根据权利要求19所述的天线，其中，所述下游部分被分成所述第一平面上的第一部分和所述第一平面上的第二部分，并且所述下游部分包括离开所述第一平面延伸的、将所述第一部分耦合至所述第二部分的三维布线。
25.根据权利要求19所述的天线，其中，所述下游部分被分成所述第一平面上的第一部分、所述第一平面上的第二部分、以及第二平面上的将所述第一部分耦合至所述第二部分的第三部分。
26.根据权利要求25所述的天线，其中，所述第三部分的宽度和长度被用于调谐所述天线。
27.根据权利要求25所述的天线，其中，所述第三部分的物理形状被用于将电感加至所述天线的总感抗上。
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