CN105009363A

CN105009363A - 多天线系统

Info

Publication number: CN105009363A
Application number: CN201480009391.1A
Authority: CN
Inventors: 亚图品·任瓦达那韦
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: KR20150122697A; US20140232612A1; CN105009363B; EP2959541A1; JP5889502B1; EP2959541B1; KR101654499B1; WO2014130555A1; JP2016510956A; US9124003B2

Abstract

本发明涉及一种适合用于较小大小的移动计算装置中的多天线模块，其至少包含延伸超出印制电路板部件的侧向边缘且与之共面，并经由第一天线接地触点和第一天线馈送触点连接到所述印制电路板部件的第一天线。所述多天线模块还包含接近于所述第一天线而定位且经配置于垂直于继续所述第一天线和所述印制电路板的平面的平面上的第二天线。所述第二天线经由第二天线接地触点和第二天线馈送触点连接到所述印制电路板部件，其中所述第二天线接地触点和第二天线馈送触点在所述第一天线接地触点与所述第一天线馈送触点之间连接到所述印制电路。

Description

多天线系统

技术领域

本申请案涉及多天线系统，且更特定来说涉及具有有效地利用移动无线装置中的空间的多个天线的天线系统。

背景技术

移动计算装置在过去几年间已放量增长。随着计算能力和存储器容量增长，个人移动计算装置已变成现代生活的必需工具，从而在适应个人口袋的封装中提供电话和文本通信、导航、照片和视频功能性。由于提供如此多不同类型的射频通信服务并显示高质量视频，因此许多智能电话和类似移动计算装置现在要求能够经由多种无线网络和相关联带宽发射和接收(即，“收发”)无线电信号的多个天线。然而，多个天线的操作常常要求天线彼此隔离某一距离以避免干扰或天线耦合。在较小大小(例如，手表大小)的移动计算装置中，受限的基板面(real estate)防止在并不带来天线耦合的情况下有效实施多个天线。在并无此隔离的情况下，移动计算装置可并不适当地操作，这是由于即使并未在操作模式中同时供能天线中的一些，其它天线的存在仍以天线耦合的形式产生性能下降。

一些常规装置已尝试提供经配置以经由多个无线网络和多个频带收发无线电信号的单一天线。然而，具有服务多个无线网络和频带的单个天线的此类装置常常在多个无线网络和带宽中的每一者中提供次佳性能。为了允许单个天线服务所有所要带宽和无线网络，要求额外电路系统以区分所要无线网络和频带中的每一者的无线电信号。此额外电路系统可增加移动计算装置的部件本、功率消耗和容积。此外，单个天线禁止具有在不同频带中同时操作无线电功能性的能力。

发明内容

各种实施例包含一种多天线系统，其提供能够经由多种通信协议且经由多种频带发射和接收(“收发”)无线电信号的多个天线。所述多天线系统可包含经配置以经由第一通信网络(例如，WWAN网络)收发无线电信号的第一天线。所述多天线系统还可包含经配置以经由/从第二通信网络(例如，GPS、个人局域网等)发射和/或接收无线电信号的第二天线。

在实施例中，所述多天线系统可提供呈独特配置的彼此紧密接近的多个天线，所述配置可在无需额外RF组件的情况下最小化天线耦合问题同时改善所述多个天线中的每一者的增益和效率性能。

在第一实施例中，印制电路板可形成于第一水平平面中且可充当形成所述多天线系统的每一天线的接地平面。第一天线可经配置于相同于所述印制电路板的水平平面中。所述第一天线可为平面倒置F天线(PIFA)。所述第一天线可通过第一天线接地触点和第一天线馈送触点耦合到所述印制电路板。所述第一天线馈送触点可用于通过无线电信号供能所述第一天线，使得可经由第一无线网络发射射频(RF)电磁辐射信号以用于由另一装置接收。第二天线可经配置于垂直于其中定位所述印制电路板和第一天线的所述水平平面的垂直平面中。所述第二天线也可为PIFA。所述第二天线可通过第二天线接地触点和第二天线馈送触点耦合到所述印制电路板。所述第二天线馈送触点可用于通过无线电信号供能所述第二天线，使得可经由第二无线网络发射RF电磁辐射信号以用于由另一装置接收。所述实施例多天线系统可经配置有彼此紧密接近的所述第一天线和第二天线，使得将所述第二天线耦合到所述印制电路的所述第二天线接地触点和馈送触点定位于所述第一天线的所述第一天线接地触点与第一天线馈送触点之间。

在第二实施例中，所述第一实施例的所述小型多天线系统可含有于封闭模块单元内以从无线装置内的其它电组件(例如，LCD、麦克风、扩音器、马达振动器等)解耦所述多天线系统。另外，所述封闭模块单元可装备有允许所述封闭模块单元扣入就位以用于与无线装置的印制电路板快速电连接的电耦合件。可制造具有经配置有不同尺寸的所述第一天线和第二天线的多种小型多天线模块单元且可制造所述天线模块单元以使得所述天线模块能够与具有具各种大小的印制电路板的移动装置一起集成，这是由于每一天线和操作为其接地平面的所述印制电路板的长度应为正发射的所述RF信号的波长的至少一半。在一实施例中，所述同一模块单元可用于具有各种大小的印制电路板。为了解释接地平面尺寸中的所述变化，所述模块单元可包含匹配电路。所述匹配电路可有助于在所述模块单元中的天线和所述印制电路板的所述总长度远非所述波长的一半的状况下将共振频率调整为预期频率。

附图说明

呈现附图以辅助对本发明的实施例的描述，且提供附图仅仅是为了说明实施例而非对其进行限制。

图1为包括多个天线的移动计算装置的组件框图。

图2为实施例多天线系统的第一透视图。

图3为实施例多天线系统的第二透视图。

图4为实施例多天线系统的第三透视图。

图5为实施例多天线系统的俯视图。

图6为实施例多天线系统的第一平面图。

图7为实施例多天线系统的第二平面图。

图8为展示实例尺寸的实施例多天线系统的第二透视图。

图9为展示实例尺寸的实施例多天线系统的俯视平面图。

图10A为具有具圆形印制电路板的印制电路板的替代性实施例多天线系统的俯视图。

图10B为具有具圆形印制电路板的印制电路板的替代性实施例多天线系统的透视图。

图10C为具有具六边形形状印制电路板的印制电路板的替代性实施例多天线系统的俯视图。

图10D为具有具六边形形状印制电路板的印制电路板的替代性实施例多天线系统的透视图。

图10E为具有具任意形状印制电路板的印制电路板的替代性实施例多天线系统的俯视图。

图10F为具有具任意形状印制电路板的印制电路板的替代性实施例多天线系统的透视图。

图11为含有多天线系统的实施例多天线模块的透视图。

图12为实施例多天线系统的仿真结果的曲线图。

具体实施方式

将参考附图详细描述各种实施例。只要可能，将在整个图式中使用相同参考标号来指代相同或相似部分。出于说明性目的而参考特定实例和实施方案，且并不意图限制本发明或权利要求书的范围。可在不脱离本发明范围的情况下设计替代性实施例。另外，将并不详细描述本发明的众所周知元件，或将省略所述元件以免混淆本发明的相关细节。

本文中所使用的词语“示范性”和/或“实例”意味着“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”和/或“实例”的任何实施例未必应理解为比其它实施例优选或有利。

如本文中关于某些尺寸所使用的词语“大约”意味着在尺寸的10％内，包含5％内、2％内和对应尺寸的1％内。

如本文中所使用，术语“计算装置”和“移动计算装置”指代蜂窝电话、智能电话、个人数据助理(PDA)、掌上型计算机、平板计算机、笔记本计算机、个人计算机、无线电子邮件接收器、具多媒体因特网功能的蜂窝电话和包含多个可编程处理器和存储器的类似电子装置中的任何一者或全部。

当前，用于移动通信装置中的处理器已大小降低同时变得较强大。此情况是由移动装置制造商努力减小其无线通信装置大小引起。然而，归因于较小封装中归因于天线耦合可达到的天线大小限制，开发较小无线通信装置已受限。当来自一个天线的RF能量激发附近天线时，出现天线耦合的现象，借此耗竭来自所辐射信号的能量中的一些。即使其它天线并未在使用(即，未供能其无线电电路)，归因于天线耦合仍出现损耗。

而且，对具有多个无线连接性和射频组件的移动计算装置的增加的要求已增加对能够经由多种频带接收和发射RF信号的多个类型天线的要求。当然，经配置以在蜂窝电话网络(例如，CDMA、TDMA、3G、4G、LTE、UTMS等)上通信的移动通信装置包含蜂窝无线电收发器和相关联天线。举例来说，全球定位系统(GPS)变成常用组件，这是由于对基于位置的服务的要求增加。作为另一实例，大部分无线通信装置现在并入支持短程个人局域网(PAN)的短程无线电(例如，蓝牙)。作为另一实例，许多移动通信装置还经配置以接收Wi-Fi网络RF信号。所有这些不同类型的无线电在不同频带内接收并收发RF信号且因此要求不同大小的天线。使所有这些类型的天线拟合于典型无线通信装置的约束空间内而不归因于天线耦合损耗性能为困难的设计挑战，随着装置大小减小此挑战变得较困难。

为了提供具有经由若干不同无线网络进行通信的能力的移动计算装置，一些常规移动计算装置包含经配置以经由由不同类型的无线网络所使用的多种频带收发无线电信号的单一天线。一些移动计算装置包含其中的每一者经配置以经由一个频带收发无线电信号的多个天线。通过使多个天线并入常规装置中，可使经由这些无线网络中的每一者进行通信成为可能。

然而，包含服务多个协议和频带的单一天线的常规移动计算装置常常在频带中的至少一些中展现次佳性能。单个天线限制通信装置支持在不同频带中同时操作的能力。另外，为了允许单个天线服务所有无线网络，通常要求额外电路系统，此情况要求增加成本、功率消耗和总容积。此额外电路系统的实例包含额外RF组件(例如，RF开关、互扰消除装置、提取器和滤波器)。添加此类组件增加收发器载台的部件本和大小。另外，这些RF组件中的每一者引入RF损耗和增加的电池耗竭，从而减少天线的有效范围和/或执行无线电所要求的功率并减少装置电池寿命。

在实施多个天线的常规移动计算装置中，多个天线被间隔开以限制干扰或天线耦合。此情况限制常规装置的大小以便提供用以隔离多个天线中的每一者的必要空间和容积。在较小大小(例如，手表大小)的移动计算装置中，归因于较小容积内的天线耦合，受限的基板面限制用于实施多个天线以支持多个无线电电路的机会。

出于这些原因，限制用于不同无线网络(例如，蜂窝电话、Wi-Fi和GPS)的天线当中的天线耦合的小型天线设计是合乎需要的，这是由于其实现较小通信装置。可由小型天线设计支持的频带数目越大越好，这是由于此情况实现在较多地理位置中进行较多类型的无线服务和操作。通过要求较少的RF组件来减小印制电路板的大小(“基板面”)以便支持较小且较多低成本移动计算装置也是合乎需要的。

各种实施例提供适于并入于展现有效光谱天线性能的较小移动计算装置的占据面积内的小型天线集合。实施例实现具有呈独特配置的彼此紧密接近的多个天线的较小大小的移动计算装置，所述配置在并无额外RF组件的情况下最小化天线耦合问题同时改善多个天线中的每一者的增益和效率。

图1为包含实施例多天线系统的实施例移动计算装置的组件框图。如图1中所展示，移动计算装置100可包含其上置放移动计算装置100的各种电子电路的印制电路板101。实施例多天线系统模块104耦合到印制电路板101。实施例多天线系统模块104可包含第一天线102和第二天线103。第一天线102和第二天线103可各自为平面倒置F天线(PIFA)。第一天线102可经配置以使用无线协议来经由第一无线网络(例如，使用移动电信蜂窝网络技术的无线广域网(WWAN))收发无线电信号。移动电信蜂窝网络技术的实例包含(例如)CDMA、3G、4G、LTE、WiMAX(常常被称为无线城域网或WMAN)、UMTS、CDMA 2000、GSM蜂窝数字分组数据(CDPD)和Mobitex无线网络。第二天线103可经配置以收发第二无线网络(例如，个人局域网(PAN)无线协议、ANT、和)的无线电信号。替代性地，第二天线103可经配置以从全球定位系统接收GPS信号。如下文更详细地描述，多天线系统模块104可经配置为含有经配置以结合具有特定尺寸的印制电路板101操作的第一天线102和第二天线103的“现成”模块。因此，多天线系统模块104可含有可经大小设定且经配置以当配合到具有特定尺寸的印制电路板101时，在特定频带中收发无线电信号的第一天线102和第二天线103，这是由于印制电路板充当天线接地平面。以此方式，当定义印制电路板101的尺寸时，可快速选择适当“现成”多天线系统模块104以用于耦合到所述印制电路板。此外，现存多天线系统模块104可与具有各种大小的印制电路板一起集成。在此类实施例中，多天线系统模块104或印制电路板101可进一步具备可将共振频率调整到合乎需要频率的匹配电路(未展示)。

图2为印制电路板101和具有耦合到印制电路板101的第一天线102和第二天线103的实施例多天线系统的透视图。如图4到7中所较清晰展示，第一天线102经配置，使得其处于相同于印制电路板101的平面(x-y平面)，而第二天线103经配置，使得其处于垂直于印制电路板101和第一天线102的平面(x-y平面)的平面(y-z平面)。图2还说明第二天线103的馈送和接地触点如何在第一天线102的馈送与接地触点之间耦合到印制电路板101。下文在图4到7中较清晰论述和说明此馈送和接地耦合配置。

图3为展示第一天线102和第二天线103如何耦合到印制电路板101的细节的印制电路板101和实施例多天线系统的第二透视图。如图3中(和图2到5、8和9中的每一者中)所展示，第一天线102经由第一天线接地触点208和第一天线馈送触点211耦合到印制电路板101，且第二天线103经由两者都定位于第一天线接地触点208与第一天线馈送触点211之间的第二天线接地触点210和第二天线馈送触点209耦合到印制电路板101。天线馈送触点211、209提供通过电能来供能天线以产生RF场的点。如图3中(和图2到5、8和9中的每一者中)所展示，除将第二天线接地触点210和第二天线馈送触点209定位于第一天线102的馈送接地触点之间之外，第二天线接地触点210和第二天线馈送触点209两者彼此紧密接近地耦合到印制电路板101。虽然图3将第二天线接地触点210和第二天线馈送触点209说明为在相同于印制电路板101和第一天线102的水平平面(x-y平面)中延伸，但第二天线103可经配置于垂直于印制电路板101和第一天线102的垂直平面(y-z平面)中。

图3中所说明的将第二天线103(其经配置为垂直于印制电路板和第一天线102的平面)的馈送和接地触点定位于第一天线102的馈送与接地触点之间的独特配置带来展现相对较小量的天线耦合的两个紧密间隔开的天线。

图4为从另一有利点展示印制电路板101和实施例多天线系统的第三透视图。如图4中所展示(和图5中所较清晰展示)，第一天线102可由多个分段102a、102b和102c形成，借此给予其比印制电路板101的宽度尺寸长的焦距。通过从多个分段形成第一天线102，可达到天线的必要总长度以使得能够在所要频带中发射和接收RF能量。具体来说，当形成第一天线102的多个分段的累计长度加上印制电路板101(其形成接地平面)的长度为待接收和发射的RF信号的波长的至少一半时，能改善天线性能。为了支持发射和接收具有不同波长的RF信号，第一天线102可由较多或较少于图4中所说明分段的分段形成。类似地，第二天线103也可由多个分段形成以达到所要累计长度，但第二天线103在图中说明为仅包含单一分段。

图5为图2到4中所展示的实施例多天线系统的俯视图。图5较清晰地展示第一和第二天线的馈送和接地连接到印制电路板101的位置。具体来说，第二天线103(即，垂直于印制电路板的天线)的馈送触点209和接地触点210定位于第一天线102(即，平行于印制电路板的天线)的馈送触点211和接地触点208之间且紧密接近。图5还展示第一和第二天线的垂直定向。虽然印制电路板101在图5中说明为正方形，但如下文关于图10A到10F所论述，印制电路板101可为矩形、多边形、圆形或任何任意形状。

第一天线102和第二天线103的长度为每一天线经设计以接收的RF信号的波长和印制电路板101的尺寸的函数。印制电路板101和天线104的尺寸取决于部件必须拟合的通信装置的物理大小。为了确保多天线系统也拟合于含有印制电路板101的任何外壳约束内，多天线系统可形成为使得其尺寸并不超出印制电路板101的周界尺寸。举例来说，如图5中所展示，多天线系统的宽度并不超出印制电路板101的宽度。因此，实施多天线模块的特定应用的空间限制指示每一天线的特定尺寸。

如上文所论述，在一些实施方案中，印制电路板101的大小和形状可使得印制电路板101的尺寸小于第一天线102所要求来以第一无线网络的所要求频率适当地收发无线电信号的长度。为了配置第一天线102的长度以提供必要的半波长尺寸，第一天线102可由多个分段102a、102b和102c形成，使得多天线模块可仍含有于印制电路板101的周界内。此外，包含于模块单元104中抑或印制电路板101上的匹配电路可在无需增加天线102、103的长度和/或尺寸的情况下调整共振频率。

通过配置呈垂直配置且彼此紧密接近的第一天线102和第二天线103(其中第二天线接地触点210和第二天线馈送触点209在第一天线接地触点208与第一天线馈送触点211之间耦合到印制电路板101)，第一天线102和第二天线103可在约束区域中同时操作而不发生大量天线耦合或串扰效应。如上文所论述，可在其相应馈送触点209、211处将电能注入到第一和第二天线102、103。在这些位置处，电流密度处于最大值而电场最小。相反地，在每一天线结构的相应边缘处，电流密度处于最小值而电场处于最大密度。在所产生电场处于其最大密度的情况下出现天线耦合。通过将第一天线馈送触点211和第二天线馈送触点209定位为彼此紧密接近，可最小化第一天线102的馈送触点209和第二天线103的馈送触点211彼此紧密接近的区域中所产生的电场。此外，每一天线结构的相应边缘处于正交平面中且指向相反方向，使得也最小化电场耦合。此情况减少两个天线之间的耦合。在垂直第二天线103的平面上配置第一天线102也减少两个天线之间的耦合。

图6和7为如沿着印制电路板和第一天线102的平面检视的图2到5中所展示的多天线系统的侧视图。图6和7说明第二天线相对于第一天线和印制电路板的垂直定向。由于图6中的视图是沿着x轴的，因此仅可见第一天线102的边缘。在图7的侧视图中，仅可见第一天线102和第二天线103的边缘。另外，可见第一天线接地触点208的边缘。

图8为具有可实施于手表大小的移动计算装置中的实例实施例的尺寸的多天线系统的透视图。如上文所论述，天线组件的特定尺寸由天线经设计以接收的频率和印制电路板101的尺寸指定。因此，虽然所说明尺寸适于各种实施例的特定实施方案，但其它实施方案可具有不同组件尺寸。

在图8中所展示的实施例中，第二天线103的宽度可大约为2mm。第二天线103可经由第二天线接地触点210和第二天线馈送触点209耦合到印制电路板101。第二天线接地触点210可由水平接地分段212和垂直接地分段213形成。水平接地分段212可形成于水平平面(x-y平面)中且可大约为2mm宽和3mm长以使第二天线103偏移超出印制电路板101的侧向边缘。垂直接地分段213可形成于垂直平面(y-z平面)中且可大约为2mm宽和3mm长以使第二天线103高于印制电路板101和第一天线102可安置的水平平面垂直偏移。类似地，第二天线馈送触点209可由水平接地分段214和垂直馈送分段215形成。水平接地分段214可形成于水平平面(x-y平面)中且可大约为2mm宽和3mm长以使第二天线103偏移超出印制电路板101的侧向边缘。垂直馈送分段215可形成于垂直平面(y-z平面)中且可大约为2mm宽和3mm长以使第二天线103高于印制电路板101和第一天线102可安置的水平平面垂直偏移。另外，第二天线103可垂直偏移远离第一天线102和印制电路板101的水平平面(x-y平面)，使得第二天线103的顶部边缘可高于第一天线102大约5mm。因此，第二天线103的底部边缘可垂直偏移远离印制电路板101和第一天线102大约3mm。应了解，本说明书中对水平、垂直、顶部和底部的参考是出于说明目的，是完全任意的；组件之间的平行和垂直关系具有重要意义。

图9为包含可实施于手表大小的移动计算装置中的实例实施例多天线系统的各种组件的尺寸的俯视图。在图9中所展示的实施例中，印制电路板101可测量为大约35mm乘大约34mm。第一天线102可经由第一天线接地触点208和第一天线馈送触点211靠近印制电路板101的第一拐角地耦合到印制电路板101。第一天线接地触点208和第一天线馈送触点211可各自大约为2mm宽且可使第一天线102侧向偏移远离印制电路板101大约5mm。第一天线接地触点208和第一天线馈送触点211的内部边缘可分离大约10mm的距离。第一天线102可由三个分段102a、102b和102c形成。第一分段102a可大约为2mm宽和27mm长。第二分段102b可大约为1mm宽和2mm长。第三分段102c可大约为2mm宽和34mm长。

第二天线103可经由第二天线接地触点210和第二天线馈送触点209靠近印制电路板101的第一拐角地耦合到印制电路板101。第二天线接地触点210和第二天线馈送触点209可彼此分离大约1.5mm的距离。另外，第二天线接地触点210和第二天线馈送触点209可经配置以在第一天线接地触点208与第一天线馈送触点211之间耦合到印制电路板。第二天线接地触点210可与第一天线接地触点208分离大约2mm。第二天线馈送触点209可与第一天线馈送触点211分离大约2.5mm。第二天线103可由可大约为2mm宽和24mm长的单一分段形成。如上文所论述，第一天线102以及第二天线103的累计长度可由相应天线待发射和接收的信号的波长以及充当接地平面的印制电路板101的尺寸指定。在图9中所说明的实施例中，第一天线接地触点208、第一天线馈送触点211、第二天线接地触点210和第二天线馈送触点209可彼此耦合于印制电路板101的第一拐角的大约14mm内。

如上文所提到，在替代性实施例中，印制电路板101可经配置为任意形状。在此类实施例中，第一天线102和第二天线103可经配置以符合印制电路板101的任意形状。如在先前所揭示实施例中，在此类替代性实施例中，第一天线102可形成于相同于印制电路板101的平面中。第一天线102可侧向偏移远离任意形状印制电路板101的边缘。第二天线103可形成于垂直于含有第一天线102和任意形状印制电路板101的平面的平面中。替代性实施例的第一天线102和第二天线103两者可都为PIFA型天线。第一天线102可经由第一天线馈送触点211和第一天线接地触点208耦合到任意形状印制电路板101。第二天线103可经由第二天线馈送触点209和第二天线接地触点210耦合到任意形状印制电路板101。如在先前所揭示实施例中，在此类替代性实施例中，第一天线102可紧密接近第二天线103耦合到印制电路板101的位置地耦合到印制电路板101。另外，第二天线馈送触点209和第二天线接地触点210可将第二天线103以第一天线馈送触点208和第一天线接地触点211将第一天线102耦合到印制电路板101的点之间的位置耦合到印制电路板101。

图10A为印制电路板101可为圆形形状的替代性实施例的俯视图。如图10A中所展示，第一天线102可经配置于相同于印制电路板101的水平平面中且可形成为大约相同于印制电路板101的弯曲形状。另外，第二天线103形成于垂直于含有第一天线102和印制电路板101的平面的平面中。如图10A的俯视图中所展示，第二天线103的边缘是可见的。然而，第二天线103的形状也可符合印制电路板101的形状。因此，第二天线103的边缘可经弯曲以符合印制电路板101的形状。

图10B为图10A中所展示的替代性实施例的透视图。图10B说明印制电路板101的圆形形状和第一天线102和第二天线103两者可符合印制电路板101的圆形形状的方式。

图10C为印制电路板101为六边形形状的另一实例实施例的俯视图，但印制电路板可为具有任何数目个侧边的多边形。同样，如同早期所描述实施例，在图10C中所展示的实施例中，印制电路板101可具有侧向边缘且第一天线102可偏移远离印制电路板101的侧向边缘且可形成于相同于印制电路板101的水平平面中。第二天线103可形成于垂直于含有形成为六边形形状的印制电路板101和侧向偏移远离印制电路板101的第一天线102的平面的平面中。第一天线102可经由第一天线馈送触点208和第一天线接地触点211耦合到印制电路板101。第二天线103可经由第二天线馈送触点209和第二天线接地触点210耦合到印制电路板101。第二天线馈送触点209和第二天线接地触点210定位于第一天线馈送触点208与第一天线接地触点211之间。如图10C中所展示，第一天线102和第二天线103的边缘两者可都符合印制电路板101的六边形形状。

图10D为图10C中所展示的替代性实施例的透视图。图10D说明印制电路板101的六边形形状和第一天线102和第二天线103两者可符合印制电路板101的六边形形状的方式。

图10E为印制电路板101为任意形状(例如，肾脏形状)的另一实例实施例的俯视图。同样，如同早期所描述实施例，在图10E中所展示的实施例中，印制电路板101可具有侧向边缘且第一天线102可偏移远离印制电路板101的侧向边缘且可形成于相同于印制电路板101的水平平面中。第二天线103可形成于垂直于含有形成为任意形状的印制电路板101和侧向偏移远离印制电路板101的第一天线102的平面的平面中。第一天线102可经由第一天线馈送触点208和第一天线接地触点211耦合到印制电路板101。第二天线103可经由第二天线馈送触点209和第二天线接地触点210耦合到印制电路板101。第二天线馈送触点209和第二天线接地触点210定位于第一天线馈送触点208与第一天线接地触点211之间。如图10E中所展示，第一天线102和第二天线103的边缘两者可都符合印制电路板101的任意(肾脏)形状。

图10FD为图10E中所展示的替代性实施例的透视图。图10F说明印制电路板101的任意形状和第一天线102和第二天线103两者可符合印制电路板101的任意形状的方式。

图11为作为单式模块104的实施例多天线系统的透视图。在图11中所展示的实施例中，多天线系统模块104含有图2到9中所展示的第一天线102(未展示)、第二天线103(未展示)和相应接地和馈送触点208、209、210和211(未展示)。多天线模块外壳单元104可为第一和第二天线102和103提供额外保护以免于例如水、撞击、腐蚀等的外部环境条件。另外，通过将多天线系统容纳于单个模块单元104中，可将单一单元与印制电路板101快速地一起集成以提供无线能力。另外，外壳、第一天线接地触点、第一天线馈送触点、第二天线接地触点和第二天线馈送触点经配置以通过例如引脚、夹片或其它连接器的快速连接而连接到印制电路板。

另外，多天线模块外壳104可制造为与现存印制电路板一起快速集成的“现成”组件。可制造可与具有各种大小的印制电路板101一起使用的变化的多天线模块104。如上文所论述，为了正确操作，天线和充当接地平面的印制电路板101的长度应为天线意图发射/接收的发射波的波长的至少一半。因此，多天线模块104可经制造以用于与具有特定尺寸的印制电路板101快速几次集成。以此方式，可快速选择“现成”的多天线系统模块104并将其耦合到任何印制电路板101以提供无线功能性。

在替代性实施例中，具有已确立尺寸的多天线模块外壳104可与具有变化的尺寸的数个印制电路中的任一者一起使用。在此类实施例中，匹配电路可并入于多个模块外壳104中或印制电路板101上。匹配电路可将第一天线102和第二天线103耦合到容纳于印制电路板101上的电路。在天线(第一天线102、第二天线103或两者)和充当接地平面的印制电路板101的总长度明显大于或小于预期频率的波长的一半的情况下，匹配电路可调整预期频率的共振频率。虽然此类实施例可并不提供理想天线性能(例如，天线(第一天线102和/或第二天线103)经适当大小设定为印制电路板101的尺寸的状况)，但此类实施例仍可提供有效天线性能。

当设计天线时，考虑天线的回波损耗是重要的。回波损耗(S11)为由天线朝向实施天线的装置反射回多少能量的测量。当在装置中实施特定天线设计且将能量提供到天线时，我们可测量回波损耗以确定天线设计如何有效地将信号辐射远离含有天线的装置(且朝向接收装置)。沿着dB刻度检视回波损耗测量。

不良设计天线将导致提供到天线的能量中的一些被反射回到含有不良设计天线的装置。作为一实例，如果天线正以特定频率发射无线电信号但天线和接地平面并不经配置为大约为特定频率下的无线电信号的一半波长的长度，那么用于发射无线电信号的许多能量将被反射回到装置且所发射信号将经历大量能量损耗。因此，所接收信号的范围或功率将减少。

为了设计可横跨宽频带操作的天线，天线设计者实施具有变化的形状、大小和配置的天线。理想的设计天线将提供到天线的所有能量传递到接收装置，但对于宽带天线来说，此情况是不可能的。在实践中，当检视宽带较小天线的回波损耗量时，我们通常注意查看小于-5db的回波损耗测量。如果横跨所要频带的回波损耗量小于-5db，那么天线被称为经良好设计用于所述操作频带。

图12为图2到9中所展示的实施例多天线系统的仿真结果的曲线图。在典型GPS接收器中，GPS天线(例如，第二天线103)可在1565MHz到1610MHz的频带中接收RF信号。在典型WWAN网络中，WWAN天线(第一天线102)操作于两个频带中。第一较低频带可为824MHz到960MHz。第二较高频带可为1710MHz到2170MHz。对于在1565MHz到1610MHz的频带中进行接收的接收GPS信号的第二天线103，期望所述天线中具有小于-5dB的回波损耗。图12展示历经1565MHz到1610MHz的操作频率，实施例多天线系统的回波损耗明显低于-5dB。所计算回波损耗在1600MHz下低到-7dB。因此，实施例多天线系统中的第二天线103经良好设计用于GPS接收器。第一天线102的仿真结果展示横跨824MHz到960MHz的较低频带的所计算回波损耗远低于-5dB的阈值。实际上，所计算回波损耗在WWAN的所要较低频带内低到-35dB。另外，图12展示对于1710MHz到2200MHz的较高频带，回波损耗的最坏状况接近于-5dB的阈值。因此，第一天线102经良好设计用于WWAN操作。

为确定可存在于系统中的天线耦合量，当发射特定天线时，我们可测量施加到多天线系统中的其它天线上的能量的量。作为一实例，当第一天线102正经由其所要频带发射信号时，我们可测量两个天线102与103之间的隔离(S21)。良好设计天线系统将导致横跨整个频带的两个天线102与103之间的隔离(S21)测量小于-10dB。

图12展示横跨GPS网络的操作频率频谱(1565MHz到1610MHz)的所计算隔离(S21)小于-10dB。另外，在WWAN网络的较低频带中，隔离测量远低于-10dB的阈值。主要地，实施例天线系统横跨WWAN网络的较低频带(824MHz到960MHz)展现-20dB或-20dB以下的测量。天线设计确实横跨WWAN网络的较高频带的一部分(1710MHz到2200MHz)展现大于-10dB的隔离测量。然而，此隔离测量可被认为是可接受的。在其最坏状况处，所计算隔离约为-8dB。此所计算隔离可由图2到9中所展示的实施例中的第一天线102和第二天线103可经配置为彼此如此紧密接近的事实所引起。另外，因为印制电路板101的尺寸可具有此减小的大小，所以进一步减少所计算隔离。可通过在垂直平面(增加第二天线103的高度)抑或水平平面(在水平平面上从印制电路板101的边缘进一步延伸第一天线102同时使第二天线103保持处于相同位置)上将第二天线103配置为进一步远离第一天线102来改善所计算隔离。图12中所展示的仿真结果呈现最坏可能状况(即，第一天线102和第二天线103经配置为极紧密接近且印制电路板101较小)的所计算结果。在所实施设计中，可在仍提供小型多天线系统时实施额外公差/尺寸。因此，图12展示各种实施例中所揭示的多天线系统经良好设计用于经配置以接收GPS信号并经由WWAN网络通信的手表大小通信装置的应用。

提供先前对所揭示实施例的描述以使得所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将容易明白对这些实施例的各种修改，且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文中所界定的一般原理可应用于其它实施例。因此，本发明并不意图限于本文中所展示的实施例，而应被赋予与以下权利要求书和本文中所揭示的原理和新颖特征相一致的最广泛范围。

Claims

1.一种无线装置，其包括：

印制电路板，其具有边缘；

第一天线，其延伸超出所述印制电路板的所述边缘且与之共面，所述第一天线具有将其连接到所述印制电路板的第一天线接地触点和第一天线馈送触点；和

第二天线，其垂直于所述第一天线而定位且由第二天线接地触点和第二天线馈送触点连接到所述印制电路板，

其中所述第二天线接地触点和所述第二天线馈送触点定位于所述第一天线接地触点与所述第一天线馈送触点之间。

2.根据权利要求1所述的无线装置，其中所述第一天线经配置以经由第一无线网络发射和接收信号。

3.根据权利要求2所述的无线装置，其中所述第一无线网络为无线广域网WWAN。

4.根据权利要求1所述的无线装置，其中所述第二天线经配置以从第二无线网络接收信号。

5.根据权利要求4所述的无线装置，其中所述第二无线网络为全球定位系统GPS网络。

6.根据权利要求1所述的无线装置，其中：

所述印制电路板具有34mm乘大约35mm的尺寸；

所述第一天线接地触点在所述印制电路板的第一拐角处连接到所述印制电路板且具有大约2mm宽的尺寸并延伸大约5mm以使所述第一天线偏移超出所述印制电路板的所述边缘；

所述第一天线馈送触点定位为大约12mm远离所述第一天线接地触点且具有大约2mm宽的尺寸并延伸大约5mm以使所述第一天线偏移超出所述印制电路板的所述边缘；

所述第一天线包括：

具有大约27mm乘大约2mm的尺寸的第一分段；

具有大约2mm乘大约1mm的尺寸的第二分段；和

具有大约34mm乘大约2mm的尺寸的第三分段。

7.根据权利要求6所述的无线装置，其中：

所述第二天线接地触点接近于所述印制电路板的所述第一拐角地连接到所述印制电路板且其包括：

具有大约2mm宽的尺寸并延伸大约3mm以使所述第二天线偏移超出所述印制电路板的所述边缘的水平接地分段；和

具有大约2mm的尺寸并在垂直平面上延伸以使所述第二天线高于含有所述印制电路板和第一天线的平面垂直偏移大约3mm的垂直接地分段；

所述第二天线馈送触点接近于所述印制电路板的所述第一拐角地连接到所述印制电路板且其包括：

具有大约2mm宽的尺寸并延伸大约3mm以使所述第二天线偏移超出所述印制电路板的所述边缘的水平馈送分段；和

具有大约2mm的尺寸并在垂直平面上延伸以使所述第二天线高于含有所述印制电路板和第一天线的所述平面垂直偏移大约3mm的垂直馈送分段；且

所述第二天线包括具有大约2mm乘24mm的尺寸的单一分段。

8.根据权利要求1所述的无线装置，其中所述第一天线经配置为用以经由具有824MHz到960MHz和1710MHz到2200MHz的频带的第一无线网络发射/接收无线电信号的长度。

9.根据权利要求1所述的无线装置，其中所述第二天线经配置为用以在1565MHz到1610MHz的频带中接收第二无线网络的无线电信号的长度。

10.根据权利要求1所述的无线装置，其进一步包括经配置以容纳所述第一天线、第二天线、第一天线接地触点、第一天线馈送触点、第二天线接地触点和第二天线馈送触点的多天线模块外壳。

11.根据权利要求1所述的无线装置，其中所述第一天线为平面倒置F天线PIFA且所述第二天线为PIFA。

12.根据权利要求1所述的无线装置，其中所述印制电路板具有选自由以下各者组成的群组的形状：圆形、半圆形、多边形和任意形状。

13.根据权利要求12所述的无线装置，其中所述第一天线和所述第二天线的形状符合所述印制电路板的所述形状。

14.一种小型多天线模块，其包括：

第一天线，其经配置以延伸超出印制电路板的侧向边缘并与之共面，所述第一天线具有经配置以连接到所述印制电路板的第一天线接地触点和第一天线馈送触点；和

第二天线，其经配置为垂直于所述第一天线且经配置以由第二天线接地触点和第二天线馈送触点连接到所述印制电路板，

15.根据权利要求14所述的小型多天线模块，其中所述第一天线经配置以经由第一无线网络发射和接收信号。

16.根据权利要求15所述的小型多天线模块，其中所述第一无线网络为无线广域网WWAN。

17.根据权利要求14所述的小型多天线模块，其中所述第二天线经配置以从第二无线网络接收信号。

18.根据权利要求17所述的小型多天线模块，其中所述第二无线网络为全球定位系统GPS网络。

19.根据权利要求14所述的小型多天线模块，其进一步包括外壳，其中所述第一天线和所述第二天线定位在所述外壳内。

20.根据权利要求19所述的小型多天线模块，其中所述外壳、所述第一天线接地触点、所述第一天线馈送触点、所述第二天线接地触点和所述第二天线馈送触点经配置以由快速连接连接到印制电路板。