CN104170164A - 使用经调谐的接地面槽口的天线隔离 - Google Patents

Abstract

公开了一种涉及用于移动电信装置、膝上型电脑和平板电脑、USB适配器以及小型电气无线电平台中的单频带或双频带天线系统的天线装置，其包括附接至导电接地面的一对天线，所述天线由其中至少一个槽口形成在该对天线之间的导电接地面中的自由空间分隔，其特征在于所述槽口还包括感应部件和电容性部件，从而提供良好的天线隔离以便能够实现MIMO操作或者分集操作。

Description

使用经调谐的接地面槽口的天线隔离

技术领域

本发明的实施例涉及单频带或双频带天线，其以这样的方式设计使得为在相似频率上操作的两个或更多个天线提供改进的天线隔离，所述天线彼此非常接近以用于移动式电话手持机、膝上型电脑和平板电脑、USB适配器以及其它电气小型无线电平台中。尤其是，即使是在天线被设置成彼此电气接近时，如在通常的便携式装置上那样，本发明的实施例仍提供高度的隔离，由此使得能够在无线电链路的两端处使用多个天线以便通过使用MIMO操作或者天线分集来改进信号品质并提供高的数据传输速率。

背景技术

不同类型的无线移动通信装置是可用的，例如移动式电话手持机、膝上型电脑和平板电脑、USB适配器和其它电气小型无线电平台。这些装置旨在为紧凑的且因此易于由单人携带。

存在对仍保持紧凑装置的同时增加系统容量的需要。用于改进信号品质和数据传输速率的一个方法是MIMO（多输入和多输出）。MIMO是在发射器和接收器两者处均使用多个天线以改进通信系统的数据容量和性能，而无需附加的带宽或增大的发射功率。类似地，天线分集（通常仅在无线电链路的接收端处）通过在两个或更多个天线之间切换或者通过优化地组合多个天线的信号来改进信号品质。

然而，彼此非常接近的天线易于因电磁干扰而性能下降。因此，期望的是开发出被设计成隔离天线且使任何性能下降减到最小的装置。

为了有效的操作，当天线被设置成彼此电气接近时，如在通常的便携式装置上那样，MIMO和分集技术两者均需要比正常可用的隔离度更大的相邻天线之间的隔离度。

CN201289902（Cybertan）描述了一种结构，其中两个天线被设置成使得一个天线布置在接地表面的每一侧并且通过馈入点与接地表面连接。天线之间的隔离是通过对接地表面穿孔以在第一天线和第二天线之间具有隔离槽孔而改进的。然而，CN201289902并未公开狭槽或槽口(notch)在接地表面的边缘中的布置或者这样的槽口的调谐。

GB2401994（Antenova）公开了如何可以通过在两个天线的馈送线之间的区中的导电接地面的边缘中形成至少一个狭槽、切口、槽口或者间断来改进两个相似天线之间的隔离。

US6624789（Nokia）公开了如果切口长度基本等于操作频带的四分之一波长，则隔离得到改进。

EP2387101（Research In Motion）进一步公开了导电接地面中的狭槽可以如何弯曲或者分支。

虽然US6624789确实显示了跨狭槽放置开关可以如何被用来改变有效的狭槽长度，但是这些专利均未描述狭槽或槽口的调谐。

以上标识的所有参考文献由此通过引用的方式并入本申请中，并且因而被认为是本公开的一部分。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供了一种天线装置，其包括：包含导电接地面的基底，该导电接地面具有边缘；以及连接至导电接地面的边缘的至少第一和第二天线，其中至少一个槽口形成在第一和第二天线之间的导电接地面的边缘中，槽口具有位于导电接地面的边缘处的口部部分，并且其中槽口的口部提供有至少一个电容性部件，其用来调谐槽口中的导电接地面的边缘的电感以便改进第一和第二天线之间的隔离。

槽口可以采取导电接地面的边缘中的大体凹腔型开口的形式。槽口可以基本为矩形，其具有基本上平行的侧边或边缘。

在一些实施例中，电容性部件可以形成为跨口部延伸的导电带并且包括至少一个电容器。该导电带将具有与所述至少一个电容器串联的电感，并且可以被认为是槽口中的导电接地面的边缘的电感的并联电感。

在本发明的优选实施例中，感应部件和电容性部件一起形成可调谐的谐振电路，其与沿着导电接地面的边缘中的槽口的边缘限定的感应路径并联。将理解的是，并联的谐振电路导致天线和接地面之间的电气路径长度的改变。谐振电路可以被调节以便引起沿着接地面的边缘流动的互耦电流的一些消除。这能够显著地改进天线之间的隔离，而不会引起严重的效率损失。增大第一和第二天线之间的间隔可以渐进的方式改进隔离。

在本发明的一些实施例中，天线可以设置成基本上彼此平行。但是，在本发明的另外的实施例中，一对天线可以关于彼此基本上以90°定向或者关于彼此以不同于90°的定向角定向。

第一和第二天线可以配置为单极天线、平面倒F天线（PIFA）、寄生驱动天线、环形天线或者各种电介质天线，例如电介质负载天线（DLA）、电介质谐振器天线（DRA）或者高电介质天线（HDA）。第一和第二天线也可以彼此不同。与用于两个相同天线的调谐电容值相比，不同的天线可能需要不同的调谐电容值，这是因为接地面的边缘上的谐振频率电流的相位可能是不同的。

在本发明的一些实施例中，天线之间的距离（D）可以是1/5波长左右，例如当使用一对2.4GHz的天线时。

在本发明的另外的实施例中，槽口形成为接地面中的间隙或开口，并且沿着接地面边缘延伸预定宽度（w）且进入到接地面中预定深度（d）。

已经发现，如果围绕槽口的边缘的距离随着槽口的纵横比变化（从方形变化到细长形）而保持恒定，则隔离并不显著地改变。然而，如果槽口是非常细长的，则隔离效应的带宽变得更窄。深的、窄的槽口或狭槽的性能要比具有方形纵横比的槽口或狭槽更差。

导电接地面的边缘不需要在所有实施例中均遵循平直线。例如，导电接地面的边缘可具有倒“V”形，其中在大体上三角形的接地面的任一侧上具有一个天线，该接地面如前所述那样提供有槽口。

在本发明的另外的实施例中，隔离效应的谐振频率由沿着槽口边缘的电感以及在槽口中或跨槽口提供的电容性部件的电容确定。

隔离效应的谐振频率可以通过改变电容性部件的值来改变。

替代性地或附加地，隔离效应的谐振频率可以通过在槽口中添加一个或多个电容性桩(stub)来改变。该布置可以增大隔离效应的带宽。

在本发明的另外的实施例中，隔离效应的谐振频率可以通过在槽口中添加感应部件来调谐或改变。

实际上在本发明的所有实施例中，槽口可以包括附加的感应部件和/或附加的电容性部件。

在一些实施例中，单个电容器被提供在槽口的一个边缘处。

在其它实施例中，提供两个电容性部件，在槽口的每一个边缘处各设一个电容性部件，该电容性部件通过导电带连接。导电带可以可选地在两个电容性部件之间的中央附近接地。使用两个电容器代替单个电容器增加了成本，但是具有略微更大的效率同时保持了与单个电容器方案相似的带宽的优点。

在本发明的另外的实施例中，第一和第二槽口或狭槽提供在接地面的边缘处，第一槽口被调谐至较低频带（例如2.4GHz）并且第二槽口被调谐至较高频带（例如5GHz）。这样的实施例能够提供较高频带中良好的隔离和天线效率。

在本发明的另外的实施例中，接地面延伸部被提供在第一和第二天线之间，并且可调谐的槽口被提供在接地面延伸部内。

在另外的实施例中，延伸的导电带或环可以跨槽口提供以便增大槽口的自感。

在再一实施例中，提供了沿着导电接地面的边缘设置的基本上线性的天线阵列，其中每一对相邻的天线之间具有经调谐的槽口隔离布置，总体配置采取天线-狭槽-天线-狭槽-天线-狭槽-天线-等的一般模式。

在一个实施例中，第一和第二天线可以是各自由相关联的单极天线驱动的谐振寄生天线。

在某些实施例中，通过提供跨槽口的附加电气通路可以实现双频带隔离，该附加电气通路与跨槽口的口部提供的电容性部件并联，并且具有电抗。附加通路可以包括谐振串联电路，例如电容器与电感器串联，其与跨槽口的口部提供的至少一个电容器并联地将槽口的一个侧边缘连接到槽口的相对的侧边缘。当第一和第二天线在不是谐振串联电路的中心频率的频率处相互作用时，谐振串联电路将呈现高阻抗并且由天线感生的电流将沿着槽口的边缘流动。通过该机制，第一频率能够通过跨槽口的口部提供的至少一个电容性部件隔离。当第一和第二天线在为谐振串联电路的中心频率的频率处或与该中心频率接近的频率处相互作用时，则谐振串联电路将呈现低阻抗并且由天线感生的电流将沿着附加通路流过谐振串联电路，该附加通路比围绕槽口边缘的路径更短。然后，第二频率能够通过槽口的口部中的电容性部件和谐振串联电路的组合来隔离。

通过将附加通路移动为更接近或远离槽口的口部来调节第二隔离频率也是可能的。将附加通路移动成更远离口部（更接近槽口的底部）通常将会降低隔离频率。

附图说明

在下文中参考附图进一步描述本发明的实施例，其中：

图1示出了本发明的第一实施例；

图2示出了图1的槽口的近视图；

图3示出了使用狭槽中的电容性桩来调谐天线隔离；

图4示出了使用两个电容器和中央接地；

图5示出了具有附加电感器的图4的槽口的近视图；

图6示出了使用接地面延伸部和经调谐的狭槽；

图7示出了延伸的导电带；

图8示出了可以如何改进寄生天线之间的隔离；

图9示出了用于图8所示的天线的回波损耗和隔离；

图10示出了其中两个槽口被调谐至不同带宽的实施例；

图11示出了在每一对相邻的天线之间具有狭槽或槽口的基本上线性的天线阵列；

图12示出了被配置用于双频带隔离的实施例；

图13示出了图12的实施例中的第一电流流动；

图14示出了图12的实施例中的第二电流流动；

图15示出了用于图1的实施例的天线隔离的曲线图；

图16示出了用于图12至14的实施例的天线隔离的曲线图；

图17示出了图12的实施例中的附加通路可以如何上下移动；以及

图18示出了通过图17所示的通路的移动而获得的隔离的改变。

具体实施方式

图1示出了第一实施例，其包括具有导电接地面2和无接地面的端部区域3的电介质基底1。接地面2具有边缘8，其在该实施例中遵循跨基底1的基本上平直的线。第一和第二2.4GHz天线4、5形成在基底1的无接地面的端部区域3上，其中天线4、5的端部6、7提供有馈送头10并且通过适合于所讨论的特定类型天线的标准方法连接到接地面2的边缘8。一般地，天线4、5设置成彼此平行。天线4、5可以彼此间隔1/5波长左右的距离D。以该紧密的间隔，天线4、5之间的隔离在-5dB左右是欠佳的并且不足以用于有效的多输入和多输出（MIMO）操作或分集操作。MIMO或分集操作是期望的，因为它能够改进信号品质和数据传输速率。然而，当天线被设置成彼此电气接近时，如在小型便携式装置上那样，MIMO和分集技术需要比正常可用的隔离度更大的相邻天线4、5之间的隔离度。在两个天线之间的区域中的接地面中添加小型槽口9本身并不显著地改进天线之间的隔离。这是因为小型槽口9并不使得天线4、5之间沿着接地面2的边缘8的电气路径长度发生显著改变。然而，本申请人已经惊讶地发现，围绕槽口9的感应路径可以通过设置在槽口9的口部12中的电容性部件11来调谐，由此形成谐振电路。谐振电路可以被进一步调节以便引起沿着接地面2流动的互耦电流的一些消除。这显著地改进天线4、5之间的隔离，而不会产生天线效率的严重损失。典型地，隔离优于-15dB，并且效率优于55%。这种经调谐的槽口布置在图1的中央区域中示出并且在图2中更详细地示出。

槽口9形成为接地面2的边缘8中的间隙或开口并且沿着接地面边缘延伸预定宽度（w）并进入接地面2中预定深度（d）。如果围绕槽口9的边缘的距离（即2d + w）随着槽口9的纵横比变化（例如从方形变化到细长形）而保持恒定，则天线4、5之间的隔离基本上不变。然而，随着槽口9的深度（d）变大而宽度（w）保持为相对小，即导致细长的槽口9，则隔离效应的带宽变得更窄。此外，对于深的、窄的狭槽9，隔离性能和效率较差。

隔离效应的谐振频率由围绕槽口9的边缘的电感以及电容性部件11的值确定。在该实施例中，电容性部件11包括本身具有电感的导电带13，其与电容器11串联连接并且跨槽口9的口部10设置。还可以通过使用诸如变容二极管的可变电容器或者替代性地通过在槽口9中添加一个或多个电容性桩14（如图3所示）改变电容性部件11的值来更改谐振频率。该布置增大了隔离效应的带宽。谐振频率还可以通过添加另外的感应部件来调谐。

图4示出了一个实施例，其中使用两个电容器11、11'，槽口9的每一个边缘处各设一个电容器。导电带13被提供成跨口部12以连接电容器11、11'，导电带13在两个电容器11、11'之间的其中点附近经由连接13'接地到接地面2。尽管该实施例需要两个电容性部件并且因此增加了成本，但是与单个电容器的实施例相比，在保持相似带宽的同时改进效率的优点对于一些应用可能是期望的。

可能设想到涉及分布式部件（诸如图3所示的电容性桩14）或者使用焊接就位的实际“集总”部件的更复杂槽口设计。添加更多的这类部件增大了滤波器中的电极数目并且允许实现更好的性能，例如更宽的带宽、更深的零位或双频带。图5中示出了可能的复杂槽口设计。经由导电带13、13'连接的两个电容器11、11'和电感器15被布置在槽口9中。

图6示出了天线装置，其中接地面延伸部16被提供在天线4、5之间并且用来容纳狭槽或槽口9。在这样的实施例中，通过利用电容器11和跨狭槽或槽口9的口部12连接的导电带13调谐狭槽或槽口9改进了隔离，如结合先前实施例所描述的那样。

图7示出了天线装置，其中槽口9包括从槽口9的口部12伸出的延伸导电带13。这用来增大槽口9的自感。电容器11提供在导电带13的一端处。

图8示出了本发明的另一实施例，其中使用短的单极天线17、17'来驱动谐振寄生天线18、18'，其中经调谐的槽口9提供在天线之间。图9示出了用于这些天线的回波损耗和隔离的曲线图。

在图10所示的另一实施例中，两个槽口或狭槽9、9'被提供在接地面2的边缘8中；第一槽口9可以被调谐至较低频带（例如，2.4GHz频带），并且较小的第二槽口9'可以被调谐至较高频带（例如，5GHz频带）。具有两个经调谐的狭槽或槽口9、9'提供了低频带的有效隔离，并且此外给予了高频带中良好的隔离和天线效率。应当注意，两个或更多个槽口或狭槽的存在还限制了天线之间的最小间隔。

图11示出了一种布置，其包括沿着接地面2的边缘8的基本上线性的天线阵列4，其中相邻的天线4之间具有经调谐的槽口9。该布置可以包括具有插入的狭槽或槽口9的任何合适数目的天线4。

可以使用各种天线类型，包括平面倒F天线、环形天线、所有形状的单极天线、电介质谐振器天线和电介质负载天线。

天线4、5不必彼此平行。在另一实施例中，两个天线彼此以90°定向而非平行。该布置进一步改进了隔离。可采用不同于90°的定向角。

图12示出了被配置成允许在两个频带中的天线隔离的另一实施例。总体布置与图1相同，其中同样的部件如图1那样标记。另外提供有以附加电气通路20形式的串联谐振电路，其为将槽口9的一个侧边缘经由电容器21和与电容器21串联的电感器22连接到相对的侧边缘的导电带。在图示实施例中的附加通路20一般与跨槽口9的口部12的导电带13并联。

当第一和第二天线4、5在不是谐振串联电路20、21、22的中心频率的频率处相互作用时，谐振串联电路将呈现高阻抗并且由天线感生的电流将沿着槽口9的边缘流动，如图13所示。通过该机制，第一频率能够通过跨槽口9的口部提供的至少一个电容性部件11来隔离。

当第一和第二天线4、5在为谐振串联电路20、21、22的中心频率的频率处或者接近该中心频率的频率处相互作用时，则谐振串联电路将呈现低阻抗并且由天线感生的电流将沿着附加通路20流过谐振串联电路21、22，如图14所示。第二频率能够通过电容器11与附加通路20中的谐振串联电路21、22共同工作来隔离。

图15示出了用于图1的布置的天线隔离抵抗(against)频率的曲线图，其中与未提供隔离的布置进行比较。能够看到，调谐电容器11已经被配置成在2.4GHz左右给予改进的隔离，而在5GHz中隔离无实质性改变。

图16示出了用于图12至14的布置的天线隔离抵抗频率的曲线图，其中与未提供隔离的布置进行比较。除由于电容器11所引起的2.4GHz处的改进隔离之外，还存在由于谐振串联电路20、21、22所引起的5GHz频带中的改进隔离。

还可能的是通过将附加通路20移动为更接近或远离槽口9的口部12来调节第二隔离频率，如图17所示。将附加通路20移动为更远离口部12（更接近槽口9的底部）通常将会降低隔离频率，并且这由图18展示。

在本说明书的整个描述和权利要求中，词语“包括”和“包含”及其变形意味着“包括但不限于”，并且它们并不旨在（并且不）排除其它部分、添加物、部件、整体或者步骤。在本说明书的整个描述和权利要求中，单数形式涵盖了复数形式，除非上下文另有要求。特别是，在使用不定冠词的地方，说明书应被理解为预期到多个以及单个，除非上下文另有要求。

结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性、复合物、化学组分或者基团应理解为可应用于本文所描述的任何其它方面、实施例或示例，除非与之不相容。本说明书（包括任何所附权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或过程中的所有步骤可以任何组合进行组合，除非是其中这些特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合。本发明不局限于任何前述实施例的细节。本发明扩展至本说明书（包括任何所附权利要求、摘要和附图）中公开的特征中的任何新颖特征或其任何新颖组合，或者扩展至如此公开的任何方法或过程中的步骤中的任何新颖步骤或其任何新颖组合。

读者的注意力被引导至与本说明书同时提交的或者在本说明书之前提交的同本申请相关的所有文件和文献，并且其为公开的以供公众查阅本说明书，并且所有这些文件和文献的内容通过引用并入本文。

Claims (23)

1.一种天线装置，其包括包含具有边缘的导电接地面的基底，以及连接至所述导电接地面的边缘的至少第一和第二天线，其中至少一个槽口形成在所述第一和第二天线之间的所述导电接地面的边缘中，所述槽口具有位于所述导电接地面的边缘处的口部部分，并且其中所述槽口的口部提供有至少一个电容性部件，所述至少一个电容性部件用来调谐所述槽口中的所述导电接地面的边缘的电感以便改进所述第一和第二天线之间的隔离。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述槽口的口部提供有与至少一个电容器串联连接的导电迹线，所述导电迹线具有电感并且与所述电容器一起形成具有与所述槽口中的所述接地面的边缘并联的电路配置的电气通路。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其中通过调谐所述电气通路可调节所述槽口中的所述导电接地面的边缘的电感。

4.根据权利要求2或3所述的天线装置，其中所述电气通路包括在所述槽口的口部的相对边缘之间经由所述导电迹线串联连接的至少两个电容器。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的天线装置，其中所述电气通路提供有到所述狭槽或槽口中的所述接地面的边缘的支路连接。

6.根据权利要求5所述的天线装置，其中到所述狭槽或槽口中的所述接地面的边缘的所述支路连接包括至少一个电感器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，进一步包括所述槽口中的至少一个电容性桩。

8.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中所述接地面的边缘提供有在所述天线之间延伸的接地面延伸部，并且其中所述槽口形成在所述接地面延伸部中。

9.根据权利要求2或者从属于权利要求2的权利要求3至8中任一项所述的天线装置，其中所述导电迹线延伸出所述槽口的口部。

10.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，进一步包括跨所述槽口的附加电气通路，所述附加通路包括谐振串联电路。

11.根据权利要求10所述的天线装置，其中所述附加电气通路并联连接到在所述槽口的口部中提供的所述至少一个电容性部件。

12.根据权利要求10或11所述的天线装置，其中所述附加电气通路包括串联连接的电容器和电感器。

13.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中至少第一和第二槽口或狭槽被提供在所述天线之间。

14.根据权利要求13所述的天线装置，其中所述第一和第二槽口或狭槽具有不同尺寸。

15.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中所述第一和第二天线选自包括以下各项的组：倒F天线、环形天线、所有形状的单极天线、电介质谐振器天线、电介质负载天线和寄生驱动天线。

16.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中所述第一和第二天线具有彼此相同的类型。

17.根据权利要求1至15中任一项所述的天线装置，其中所述第一和第二天线具有不同类型。

18.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中所述第一和第二天线彼此基本平行。

19.根据权利要求1至17中任一项所述的天线装置，其中所述第一和第二天线彼此不平行。

20.根据权利要求19所述的天线装置，其中所述第一和第二天线彼此基本正交。

21.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中所述接地面的边缘为基本平直的。

22.根据权利要求1至20中任一项所述的天线装置，其中所述接地面的边缘是弯曲的或者具有在所述第一和第二天线之间的角部。

23.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，包括沿着所述接地面的边缘的线性天线阵列，其中每一对相邻的天线之间具有槽口。