CN107636895B - 具有减小的辐射图案之间的干扰的天线系统和天线模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进的天线系统和包括该天线系统的天线模块。天线系统包括：第一天线元件，其适于第一频带；以及第二天线元件，其适于不同于第一频带的第二频带。第一天线元件包括：辐射结构，其包括至少一个平面辐射元件，其中辐射结构被配置成以第一频带中的频率辐射。第一天线元件还包括：至少一个带阻滤波器结构，其包括至少一个平面导电元件，其中所述至少一个带阻滤波器结构被配置成衰减处于第二频带中的频率的电流流动。

Description

具有减小的辐射图案之间的干扰的天线系统和天线模块

技术领域

本发明涉及一种改进的天线系统，其包括第一和第二天线元件，其中天线元件中的至少一个的配置允许减小的、天线元件中的每一个的辐射图案之间的干扰。此外，本发明涉及包括相同天线系统的天线模块。

背景技术

在本发明的上下文中，天线系统将被理解为包括第一天线元件和第二天线元件的天线布置。

通常，天线系统在技术上被广泛讨论，因为在一个系统中的多个天线元件的分组提供各种结构优点。特别地，作为单个结构模块的天线系统的组件允许在多个天线元件之间共享机械和电气部件。

因此，在天线系统中，多个天线元件可以布置在相同的壳体、相同的基座内，并且共享相同的壳体、相同的基座，可以共享相同的PCB电路，并且可以共享相同的电气连接，该相同的电气连接用于分别向/从天线系统内的多个天线元件发送/接收来自外部的电信号。

然而，天线系统中的多个天线元件的布置具有缺点，特别是当多个天线元件彼此布置在近场中时。在这种情况下，多个天线元件经受特别地关于它们各自的辐射图案的相互干扰效应。

在WO 98/26471A1中，提出在天线系统中应用频率选择表面以减少两个天线元件之间的相互干扰效应。更详细地，所提议的天线系统包括第一天线元件和第二天线元件。第一天线元件能够以第一频率范围发射信号，并且第二天线元件能够以第二频率范围(即非重叠频率范围)发射信号。

为了减少干扰效应，天线系统额外地包括频率选择表面，该频率选择表面对于第一频率范围中的射频能量是传导的，并且对第二频率范围中的射频能量是反射的。频率选择表面优选地包括重复的金属化图案结构，其对撞击在频率选择表面上的射频信号显示准带通滤波器特性或准带阻滤波器特性。

此外，US 6,917,340B2还涉及包括两个天线元件的天线系统。为了减少耦合和因此的干扰效应，两个天线元件中的一个被细分成具有对应于另一个天线元件的波长的八分之三的电气长度的段。

此外，一个天线元件的段经由电抗电路而电互连，该电抗电路在另一个天线元件的频率范围内具有足够高的阻抗并且在所述一个天线元件的频率范围内具有足够低的阻抗。

即使上述方法允许在两个天线元件的辐射图案中的减少的干扰，但是考虑到附加组件的结合，即电抗电路的制造的和结合布置，包括两个天线元件的天线系统的设计变得更加复杂。

特别地，电抗电路的设计及其在相应天线元件上的布置是复杂的，并且需要额外的开发步骤。此外，电抗电路的部件以及例如到天线元件的钎焊电气连接向频率特性引入不可接受的变动。

发明内容

在这方面，本发明的目的是提出一种改进的天线系统，其克服了上面指出的缺点，例如，以避免额外的组装步骤。此外，本发明的另一个目的是提出一种天线系统，其具有包括在其中的多个天线元件的辐射图案之间的减小的干扰。

根据第一方面，天线系统包括一个或多个带阻滤波器结构，其放置在第一天线元件附近。每个滤波器结构的一个或两个端部连接到第一天线元件。滤波器结构衰减处于第二频带中的频率的电流流动，第一天线元件适于该第二频带。因此，天线系统中的第一天线元件允许减小处于第二频带的频率的干扰效应，第二天线元件适于该第二频带。因此，还实现了第一天线元件对第二天线元件的辐射图案的干扰的减小。根据一实施例，提出了一种天线系统，该天线系统包括：第一天线元件，其适于第一频带；以及第二天线元件，其适于不同于第一频带的第二频带。第一天线元件包括：辐射结构，其包括至少一个平面辐射元件，其中辐射结构被配置成以第一频带中的频率辐射。第一天线元件还包括：至少一个带阻滤波器结构，其包括至少一个平面导电元件，其中所述至少一个带阻滤波器结构被配置成衰减处于第二频带中的频率的电流流动。

所述至少一个平面导电元件以曲折图案的形式布置，并且在一个端部处电连接到所述至少一个平面辐射元件。此外，所述至少一个平面导电元件在与所述至少一个平面辐射元件的方向基本平行的方向上延伸；并且所述至少一个平面导电元件具有对应于第二频带中的频率的波长的基本上四分之一的电气长度。

根据另一实施例，提出了一种天线系统，该天线系统包括：第一天线元件，其适于第一频带；以及第二天线元件，其适于不同于第一频带的第二频带。第一天线元件包括：辐射结构，其包括至少一个平面辐射元件，其中辐射结构被配置成以第一频带中的频率辐射。第一天线元件还包括：至少一个带阻滤波器结构，其包括至少一个平面导电元件，其中所述至少一个带阻滤波器结构被配置成衰减处于第二频带中的频率的电流流动。

所述至少一个平面导电元件以曲折图案的形式布置，并且在两个端部处电连接到所述至少一个平面辐射元件，使得该至少一个平面导电元件与该至少一个平面辐射元件形成并联电路，此外，所述至少一个平面导电元件在与所述至少一个平面辐射元件的方向基本平行上平行的方向上延伸，并且所述至少一个平面导电元件具有以第二频带中的频率的波长的二分之一超过所述至少一个平面辐射元件的电气长度的电气长度。

根据天线系统的一个实施例，第二天线元件布置在第一天线元件的近场内。

根据天线系统的另一实施例，所述至少一个带阻滤波器结构的所述至少一个平面导电元件和辐射结构的所述至少一个平面辐射元件均布置在相同平面中或两个基本上平行的平面中，使得所述至少一个平面导电元件分别与所述至少一个平面辐射元件相邻或面对。

根据天线系统的另一实施例，所述至少一个带阻滤波器结构的所述至少一个平面导电元件被成形为使得其覆盖辐射结构的所述至少一个平面辐射元件的宽度。

根据天线系统的另一实施例，所述至少一个带阻滤波器结构的所述至少一个平面导电元件被定尺寸为使得其具有与辐射结构的所述至少一个平面辐射元件相同的宽度。

根据天线系统的另一实施例，所述至少一个带阻滤波器结构的所述至少一个平面导电元件和辐射结构的所述至少一个平面辐射元件均设置在电介质基板的两个相反的表面上

根据天线系统的另一实施例，所述至少一个带阻滤波器结构的所述至少一个平面导电元件和辐射结构的所述至少一个平面辐射元件均设置在电介质基板的相同表面上。

根据天线系统的另一实施例，第一天线元件的辐射结构包括多个平面辐射元件，该多个平面辐射元件中的每一个具有小于或等于第二频带中的频率的波长的八分之三的电气长度，并且第一天线元件包括多个带阻滤波器结构，该多个带阻滤波器结构中的每一个包括至少一个平面导电元件，该至少一个平面导电元件以曲折图案的形式布置，并且电连接到所述多个平面辐射元件中的不同的一个。

根据另一实施例，提出了一种天线系统，该天线系统包括：第一天线元件，其适于第一频带；第二天线元件，其适于与所述第一频带不同的第二频带。第一天线元件包括：至少一个辐射结构，其包括至少一个平面辐射元件，其中辐射结构被配置成以第一频带中的频率辐射。第一天线元件还包括：至少一个套状结构，其包括至少两个平面导电元件，其中所述至少一个套状结构被配置成衰减处于第二频带中的频率的电流流动。

所述至少两个平面导电元件在一个端部处电连接到所述至少一个平面辐射元件。此外，所述至少两个平面导电元件在与所述至少一个平面辐射元件的方向基本上平行的方向上延伸；并且所述至少两个平面导电元件具有对应于第二频带中的频率的波长的基本上四分之一的电气长度。

根据天线系统的一实施例，第二天线元件布置在第一天线元件的近场内。

根据天线系统的另一实施例，所述至少一个套状结构的所述至少两个平面导电元件和所述至少一个辐射结构的所述至少一个平面辐射元件均布置在相同平面中，使得所述至少两个平面导电元件分别与所述至少一个平面辐射元件相邻。

根据天线系统的另一实施例，所述至少一个套状结构的所述至少两个平面导电元件中的每一个与所述至少一个辐射结构的所述至少一个平面辐射元件等距地布置。

根据天线系统的另一实施例，至少两个狭缝设置在所述至少一个套状结构的所述至少两个平面导电元件中的每一个和所述至少一个辐射结构的所述至少一个平面辐射元件之间，其中所述至少两个狭缝中的每一个从所述至少一个辐射结构的所述至少一个平面辐射元件的顶端横向地延伸到所述至少两个平面导电元件中的相应一个和所述至少一个平面辐射元件之间的电连接部。

根据天线系统的另一实施例，第一平面天线元件包括：多个互连的辐射结构，该多个互连的辐射结构中的每一个被配置为以第一频带中的不同频率辐射；多个套状结构，该多个套状结构中的每一个被配置为衰减处于第二频带中的相同频率的电流流动，其中所述多个套状结构中的每一个包括至少两个平面导电元件，该至少两个平面导电元件电连接到多个辐射结构中的不同辐射结构的至少一个平面辐射元件。

根据天线系统的另一实施例，第一平面天线元件是多频带倒F天线元件。

根据天线系统的另一实施例，第二天线元件是截角矩形贴片天线元件。

此外，提出了一种用于在车辆顶棚上使用的天线模块，其包括：根据前述实施例中的一个所述的天线系统，其中，车辆顶棚向第一天线元件和第二天线元件提供接地平面。

附图说明

将附图并入说明书中并形成说明书的一部分，以说明本发明的若干实施例。这些附图和描述一起用于解释本发明的原理。

附图仅仅是为了说明发明如何被实现和使用的优选和替代实例的目的，而不被解释为将发明限制为仅示出和描述的实施例。

此外，实施例的若干方面可以单独地或以不同的组合形成根据本发明的解决方案。从以下对如附图中所示的本发明的各种实施例的更具体的描述中，进一步的特征和优点将变得显而易见，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1a和1b示意性地示出了根据本发明的第一实施例的天线系统以及其模拟辐射图案；

图2a和2b示出了第一实施例的第一天线元件的截面图以及其二端口散射参数(或s-参数)模拟的结果；

图3a和图3b示出了根据第二实施例的天线系统的截面图，以及根据本发明的第三实施例的另一天线系统的截面图；

图4a和4b示出了第二实施例的第一天线元件的截面图以及二端口散射参数(或s-参数)模拟的结果；

图5a和5b示出了第四实施例的第一天线元件的截面图以及二端口散射参数(或s-参数)模拟的结果；

图6a和6b示意性地示出了根据本发明的第五实施例的天线系统，以及包括在天线系统中的第一天线元件的前视图；

图7a和7b示意性地示出了根据本发明的第六实施例的天线系统，以及包括在天线系统中的第一天线元件的前视图；以及

图7c、7d和7e示出了根据第六实施例的天线系统的模拟结果。

具体实施方式

现在参考图1a和1b，示出了根据本发明的第一实施例的天线系统100的示例性示意图，以及模拟辐射图案。特别地，图1b中的模拟辐射图案示出了有益效果，即天线系统100的天线元件之间的减小的干扰的有益效果。

天线系统100包括布置在彼此的近场内的第一天线元件110和第二天线元件120。因此，第二天线元件120的辐射图案暴露于来自第一天线元件110的干扰效应，并且反之亦然。

在本发明的上下文中，术语近场必须被理解为围绕第一和第二天线元件110和120中的每一个的区域，其中它们的辐射图案由来自第一和第二天线元件110和120中的相应的另一个的干扰效应支配。例如，在第一和第二天线元件110和120短于其适于发射的波长λ的一半的情况下，近场被定义为具有半径r的区域，其中r<λ。

第一天线元件110适于发射/接收第一频带的电磁波。换句话说，第一天线元件110适于第一频带。为了示例性目的，第一天线元件110示出为单极天线。然而，第一天线元件110在这方面将不应受限制。此外，第一天线元件110可以是例如偶极天线，平面倒F，PIFA，天线或多频带天线。

第二天线元件120适于发射/接收第二频带的电磁波。换句话说，第二天线元件120适于第二频带。为了示例性目的，此外第二天线元件120示出为平面天线元件，即截角贴片天线。然而，第二天线元件120在这方面将不受限制。

特别地，第一天线元件110所适于的第一频带和第二天线元件120所适于的第二频带彼此不同，即其中第一频带低于第二频带。换句话说，第一频带包括比第二频带的频率更小的频率。

这包括第一和第二频带彼此没有频率重叠的情况。此外，如果一个或两个天线元件110和120是多频带天线，则第一频带也可以包含第二频带而不与相同的(一个或多个)第二频带重叠。

第一天线元件110包括配置成以第一频带中的频率辐射的至少一个辐射结构112。为了示例性目的，第一天线元件110示出为包括单个辐射结构112。然而，第一天线元件110在这方面将不受限制。此外，在第一天线元件110是多频带天线的情况下，同一个第一天线元件110包括多个辐射结构，该多个辐射结构中的每一个以第一频带中的不同频率辐射。

此外，在第一天线元件110中，所述至少一个辐射结构112包括至少一个平面辐射元件114。换句话说，所述至少一个辐射结构112由至少一个或多个平面辐射元件114的段形成。为了示例性目的，单个辐射结构112示出为包括五个平面辐射元件114。然而，辐射结构112在这方面将不受限制。

在天线系统100的示例性配置中，单个辐射结构112的五个平面辐射元件114以交错方式布置在两个平行平面上，使得第一、第三和第五辐射元件114设置在两个平行平面中的一个平面上，第二和第四辐射元件114设置在两个平面中的另一个上。

可以通过折叠辐射结构112以便形成不同的平面辐射元件114来制造该单个辐射结构112。或者，可以通过在电介质基板的相反表面上印刷/蚀刻连续的平面辐射元件114来实现辐射结构112。在后一种情况下，连续的平面辐射元件114可以通过电介质基板的相反表面之间的贯通连接(例如，通孔)被电连接。

这些示例详述了实现辐射结构112的替代方案，其中包括至少一个或多个平面辐射元件114的辐射结构112本身不是平面的，而是布置在两个平行的平面上。

第一天线元件110还包括至少一个带阻滤波器结构116，其被配置为衰减第一天线元件110内的处于第二频带中的频率的电流流动。换句话说，所述至少一个带阻滤波器结构116抑制在所述至少一个辐射结构114内的、具有在第二频带中的频率的电流流动。

为此目的，所述至少一个带阻滤波器结构116包括至少一个平面导电元件118，其在一个端部处(对于天线系统100的情况)或者两个端部处(对于如下所述的天线系统200和300的情况)电连接到所述至少一个辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114。

为了示例性目的，所述至少一个带阻滤波器结构116中的每一个被示出为包括一个平面导电元件118。然而，所述至少一个带阻滤波器结构116在这方面将不受限制。

此外，在所述至少一个带阻滤波器结构中的每一个包括例如两个平面导电元件的情况下，这两个平面导电元件中的每一个在一个端部处电连接到所述至少一个平面辐射元件114中的同一个平面辐射元件(在其不同的部分处)。

此外，所述至少一个带阻滤波器结构116的所述至少一个平面导电元件118以曲折图案的形式布置。在本发明的上下文中，所述至少一个平面导电元件118被称为以曲折图案的形式布置，只要它具有指向相反的横向方向的连续的导电段环。

在这方面，，所述至少一个平面导电元件118的曲折图案允许相比于其所延伸的区域的尺寸(即长度和宽度)的过大的电气长度。示例性地，天线系统100的所述至少一个平面导电元件118包括指向相反的横向方向的树状的连续的导电段环。

更具体地，在其中所述至少一个平面导电元件118在一个端部处电连接到辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114的天线系统100中，所述至少一个平面导电元件118具有预定的电气长度，即所述至少一个平面导电元件118具有对应于第二频带中的频率的波长的四分之一(λ/4)的电气长度。

此外，所述至少一个带阻滤波器结构116的所述至少一个平面导电元件118在与所述至少一个辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114的方向基本上平行的方向上延伸。换句话说，所述至少一个平面导电元件118与所述至少一个平面辐射元件114在相同的方向上延伸。

因此，所述至少一个平面导电元件118和所述至少一个辐射元件114都暴露于第二天线元件120的同一辐射图案，在该同一辐射图案中引起具有相同大小和方向性的电流。

在天线系统100的示例性配置中，所述至少一个带阻滤波器结构116的所述至少一个平面导电元件118和所述至少一个辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114均布置成在两个平行平面中彼此相对。所述至少一个平面导电元件118和所述至少一个平面辐射元件114的这种布置有利地增加了它们之间的耦合。

特别地，所述至少一个平面导电元件118和所述至少一个平面辐射元件114之间的耦合增强了所述至少一个带阻滤波器结构116的滤波效果，在该至少一个带阻滤波器结构116中包括该至少一个平面导电元件118。

在天线系统100的另一示例性配置中，所述至少一个带阻滤波器结构116的所述至少一个平面导电元件118被成形为使得其覆盖所述至少一个辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114的宽度。因此，所述至少一个平面导电元件118和所述至少一个平面辐射元件114之间的重叠增加，进一步增强了它们之间的耦合。

在天线系统100的另一示例性配置中，所述至少一个带阻滤波器结构116的所述至少一个平面导电元件118和所述至少一个辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114均设置在电介质基板的两个相反表面上，其中电介质基板的适当小的相对介电常数e_r进一步增强了其间的耦合。

在天线系统100的另一示例性配置中，第一天线元件110的所述至少一个辐射结构112包括多个电互连平面辐射元件114。电互连平面辐射元件114中的每一个具有小于或等于第二频带中的频率的波长的八分之三的电气长度。

除了天线系统100的该示例性配置之外，第一天线元件110包括多个带阻滤波器结构116。所述多个带阻滤波器结构116中的每一个包括以曲折图案的形式的至少一个平面导电元件118。此外，所述至少一个平面导电元件118中的每一个电连接到所述多个平面辐射元件114中的不同的一个平面辐射元件。

在图1a所示的示例中，第一天线元件110的一个辐射结构112包括五个电互连平面辐射元件114和两个带阻滤波器结构118，这两个电阻滤波器结构118中的每一个包括一个平面导电元件118。这两个带阻滤波器结构118中的每一个的所述一个平面导电元件118电连接到五个电互连平面辐射元件114中的每隔一个的电互连平面辐射元件。

总之，由于所述至少一个平面导电元件118和与其电连接的所述至少一个平面辐射元件114的这种配置，所述至少一个带阻滤波器结构116用作用于处于第二频带中的频率的感应电流的带阻滤波器，从而衰减处于第二频带中的频率的电流流动。

更具体地，在所述至少一个平面导电元件118中感应出的电流在所述至少一个平面导电元件的未电连接的端部处被反射，并因此与在所述至少一个平面辐射元件114中感应的电流相比，暴露于为第二频带的频率的波长的四分之一的两倍(2·λ/4＝λ/2)的电气长度。由于第二频带的频率的波长的一半(λ/2)的相位偏移，两个电流消极地干扰(即，彼此抵消)。

换句话说，所述至少一个平面导电元件118的结构、尺寸和布置提供了带阻滤波器结构116，该带阻滤波器结构116衰减处于第二频带中的频率的电流流动。因此，即使第二天线元件120在第一天线元件110中感应电流，带阻滤波器结构116的所述至少一个平面导电元件118抑制处于第二频带的频率的感应电流。

因此，第一天线元件110被配置为减小处于第二频带的频率的干扰效应，即处于第二天线元件120所适于的频率的干扰效应。第一天线元件110可以被称为对第二天线元件120是透明的。因此，即使第一天线元件110布置在其近场内，第二天线元件120的辐射图案也暴露于来自第一天线元件110的减小的干扰量。

从图1b所示的模拟结果中也可以理解对第二天线元件120的辐射图案的干扰减小的相同效果。在图中，第二天线元件120的辐射图案几乎是同心的，并且边际变形仅相对于x轴，即第一天线元件110为了模拟目的被布置的方向。

现在参考图2a和2b，示出了第一实施例的第一天线元件110的截面图和二端口散射参数(或s-参数)模拟的结果。对于模拟，第一天线元件110的左部段和右部段是二端口s-参数模拟的端口。

从仿真结果可以看出，正向增益和反向增益系数S12和S21在对应于第二频率范围的频率的2.3014GHz的频率处显示高衰减，所述至少一个带阻滤波器结构中的每一个被配置为用于该第二频率范围。反射系数S11和S22示出相反的行为。

现在参考图3a和3b，示出了根据本发明的第二和第三实施例的天线系统200和300的截面图。天线系统200和300中的每一个包括第一天线元件210、310和第二天线元件120，该第二天线元件120从相应的截面图中被省略。天线系统200和300基于图1的天线系统100，其中对应的部分被给予对应的附图标记和术语。为简洁起见，省略了对应部件的描述。

图3a和3b的天线系统200和300与天线系统100的不同之处在于，包括在第一天线元件210和310的辐射结构112中的平面辐射元件114的数量分别是两个和四个；并且第一天线元件210和310的带阻滤波器结构216的数量分别是一个和两个。

更重要的区别在于，天线系统200和300包括至少一个带阻滤波器结构216，所述至少一个带阻滤波器结构216包括至少一个平面导电元件218，该至少一个平面导电元件218具有如下面将更详细讨论的另一形状和结构。

天线系统200和300中的每一个包括第一天线元件210和310，以及未示出的第二天线元件120。第一天线元件210、310适于第一频带；第二天线元件120适于与第一频带不同的第二频带，即其中第一频带低于第二频带。换句话说，第一频带包括比第二频带的频率更小的频率。

第一天线元件210、310中的每一个包括至少一个辐射结构112和至少一个平面带阻滤波器结构216。对于所述至少一个辐射结构112的更详细的描述，参考其上述讨论。

此外，对所述至少一个带阻滤波器结构216的以下描述同样适用于包括在第二实施例的天线系统200的第一天线元件210中的至少一个带阻滤波器结构216以及包括在第三实施例的天线系统300的第一天线元件310中的至少一个带阻滤波器结构216。在这方面，以下描述被抽象地给出并且同样适用于这两个实施例。

所述至少一个带阻滤波器结构216被配置为衰减第一天线元件210内的处于第二频带中的频率的电流流动。换句话说，所述至少一个带阻滤波器结构216抑制在所述至少一个辐射结构114内的具有在第二频带中的频率的电流流动。

为此目的，所述至少一个带阻滤波器结构216包括至少一个平面导电元件218，该至少一个平面导电元件218在两个端部处电连接到所述至少一个辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114，使得所述至少一个平面导电元件218与所述至少一个平面辐射元件114形成并联电路。

为了示例性目的，所述至少一个带阻滤波器结构216中的每一个被示出为包括一个平面导电元件218。然而，所述至少一个带阻滤波器结构216在这方面将不受限制。

此外，在所述至少一个带阻滤波器结构中的每一个包括例如两个平面导电元件的情况下，这两个平面导电元件中的每一个在两个端部处电连接到所述至少一个平面辐射元件114的相同部分，使得这两个平面导电元件与该至少一个平面辐射元件114形成并联电路。

此外，所述至少一个带阻滤波器结构216的所述至少一个平面导电元件218以曲折图案的形式布置。在这方面，所述至少一个平面导电元件218的曲折图案允许与其所延伸的区域的尺寸(即长度和宽度)相比的过大的电气长度。示例性地，天线系统100的所述至少一个平面导电元件218包括指向相反的横向方向的树状的连续导电段环。

更具体地，在其中所述至少一个平面导电元件218在两个端部处电连接到辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114以便与其形成并联电路的天线系统200和300中，所述至少一个平面导电元件218具有的电气长度以第二频带中的频率的波长的一半(λ/2)超过与其并联的所述至少一个平面辐射元件114的电气长度。

此外，所述至少一个带阻滤波器结构216的所述至少一个平面导电元件218在与所述至少一个辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114的方向基本上平行的方向上延伸。换句话说，导电元件218与所述至少一个平面辐射元件114在相同的方向上延伸。

因此，所述至少一个平面导电元件218和所述至少一个辐射元件114都暴露于第二天线元件120的相同的辐射图案，在该相同的辐射图案中引起具有相同大小和方向性的电流。

在天线系统200和300的示例性配置中，所述至少一个带阻滤波器结构216的所述至少一个平面导电元件218和所述至少一个辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114均布置成在两个平行平面中彼此面对。所述至少一个平面导电元件218和所述至少一个平面辐射元件114的这种布置有利地增加了它们之间的耦合。

特别地，所述至少一个平面导电元件218和所述至少一个平面辐射元件114之间的耦合增强了所述至少一个带阻滤波器结构216的滤波效果，在该至少一个带阻滤波器结构116中包括该至少一个平面导电元件218。

在天线系统200和300的另一示例性配置中，所述至少一个带阻滤波器结构216的所述至少一个平面导电元件218被成形为使得其覆盖所述至少一个辐射结构112的所述至少一个平面辐射元件114的宽度。因此，所述至少一个平面导电元件218和所述至少一个平面辐射元件114之间的重叠增加，进一步增强了它们之间的耦合。

总之，还由于所述至少一个平面导电元件218和与其并联连接的所述至少一个平面辐射元件114的这种配置，所述至少一个带阻滤波器结构216用作用于处于第二频带中的频率的感应电流的带阻滤波器，从而衰减处于第二频带中的频率的电流流动。

更具体地，与在所述至少一个平面辐射元件114中感应的电流相比，在所述至少一个平面导电元件218中感应的电流暴露于第二频带的频率的波长的一半(λ/2)的过大电气长度。由于第二频带的频率的波长的一半(λ/2)的相位偏移，这两个电流消极地干扰(即，彼此抵消)。

换句话说，所述至少一个平面导电元件218的结构、尺寸和布置提供了带阻滤波器结构216，该带阻滤波器结构216衰减处于第二频带中的频率的电流流动。因此，即使第二天线元件120在第一天线元件210或310中感应电流，带阻滤波器结构116的所述至少一个平面导电元件218抑制处于第二频带的频率的感应电流。

因此，还是在该情况下，第一天线元件210和310被配置为减小处于第二频带的频率的干扰效应，即处于第二天线元件120所适于的频率的干扰效应。因此，即使第一天线元件210或310布置在其近场内，第二天线元件120的辐射图案暴露于来自第一天线元件210和310中的任一个的减小的干扰量。

现在参考图4a和4b，示出了第二实施例的第一天线元件210的截面图(其同等地适用于第三实施例的第一元件310)和二端口散射参数(或s-参数)模拟的结果。对于该模拟，第一天线元件210的左部段和右部段是二端口s-参数模拟的端口。

从仿真结果可以看出，正向增益和反向增益系数S12和S21在对应于第二频率范围的频率的大约2.3GHz的频率处显示高衰减，所述至少一个带阻滤波器结构中的每一个被配置为用于该第二频率范围。反射系数S11和S22示出相反的行为。

现在参考图5a和5b，示出了第四实施例的天线系统的截面图和二端口散射参数(或s-参数)模拟的结果。对于该模拟，第一天线元件410的左部段和右部段是二端口s-参数模拟的端口。

第四实施例应用已经结合先前的实施例讨论过的相同的设计原理，使得为了简明的原因，包括第一天线元件410和第二天线元件的相应天线系统的描述被省略，该第一天线元件410的截面图被示出。

特别地对于该实施例来说，所述至少一个带阻滤波器结构216的上所述至少一个平面导电元件218和辐射结构412的所述至少一个平面辐射元件414均布置在相同的平面中，使得所述至少一个平面导电元件218相邻于与其并联电连接的至少一个平面辐射元件414。

即使在第一天线元件410的该较不复杂的结构中，由于所述至少一个平面导电元件218和与并联连接的所述至少一个平面辐射元件414的配置，所述至少一个带阻滤波器结构216用作用于处于第二频带中的频率的感应电流的带阻滤波器，从而衰减处于第二频带中的频率的电流流动。

这也可以从仿真结果看出，其中正向增益系数S12在对应于第二频率范围的频率的大约2.3GHz的频率处显示高衰减，所述至少一个带阻滤波器结构中的每一个被配置为用于该第二频率范围。反射系数S22示出相反的行为。

现在参照图6a和6b，示出了根据本发明的第五实施例的天线系统500的示例性示意图，以及包括在天线系统500中的第一天线元件的前视图。

天线系统500包括布置在彼此的近场内的第一天线元件510和第二天线元件120。因此，第二天线元件120的辐射图案暴露于来自第一天线元件510的干扰效应，并且反之亦然。

在本发明的上下文中，术语近场必须被理解为围绕第一和第二天线元件510和120中的每一个的区域，其中它们的辐射图案由来自第一和第二天线元件510和120中的相应的另一个的干扰效应支配。例如，在第一和第二天线元件510和120短于其适于发射的波长λ的一半的情况下，近场被定义为具有半径r的区域，其中r<λ。

第一天线元件510适于发射/接收第一频带的电磁波。换句话说，第一天线元件510适于第一频带。为了示例性目的，第一天线元件510示出为多频带平面倒F、PIFA、天线。然而，第一天线元件510在这方面将不受限制。此外，第一天线元件510包括馈电点，其被指示为“P2E”。

第二天线元件120适于发射/接收第二频带的电磁波。换句话说，第二天线元件120适于第二频带。为了示例性目的，第二天线元件120还示出为平面天线元件，即截角贴片天线。然而，第二天线元件120在这方面将不受限制。此外，第二天线元件120包括馈电点，其被指示为“P1E”。

特别地，第一天线元件510所适于的第一频带和第二天线元件120所适于的第二频带彼此不同，即其中第一频带低于第二频带。换句话说，第一频带包括比第二频带的频率更小的频率。

第一天线元件510包括配置成以第一频带中的频率辐射的至少一个辐射结构512-1、512-2。为了示例性目的，第一天线元件510示出为包括两个互连的辐射结构512-1、512-2。特别地，所示出的第一天线元件510包括：

·第一天线结构512-1，其包括沿第一天线元件510的接地平面延伸的分支(a)和远离接地平面指向的另一分支(b)，

·第二天线结构512-2，其包括远离接地平面延伸的分支(c)和形成朝向接地平面指向的半圆的分支(d)和(e)，以及

·第三天线结构，其包括具有分支(a)、(b)、(c)、(d)和(e)的两个上述天线结构512-1、512-2。

第一天线元件510的两个所示天线结构512-1、512-2中的每一个配置成以第一频带中的不同频率辐射。然而，第一天线元件510在这方面将不受限制。

此外，在第一天线元件510中，所述至少一个辐射结构512-1包括至少一个平面辐射元件514。为了示例性目的，多频带辐射结构512-1、512-2示出为包括一个平面辐射元件514。然而，辐射结构512-1、512-2在这方面将不受限制。

第一天线元件510还包括至少一个套状结构516，其被配置为衰减第一天线元件510内的处于第二频带中的频率的电流流动。换句话说，所述至少一个套状结构516抑制在所述至少一个辐射结构514内的具有第二频带中的频率的电流流动，该至少一个套状结构516被配置为适于该第二频带。在一般含义中，套状结构516可以被认为是开放式-短传输谐振器，其是带阻滤波器的一种形式。

为此目的，所述至少一个套状结构516包括至少两个平面导电元件518-1、518-2，该至少两个平面导电元件518-1、518-2在一个端部处电连接到所述至少一个辐射结构512-1、512-2的所述至少一个平面辐射元件514。

为了示例性目的，所述至少一个套状结构516被示出为包括两个平面导电元件518-1、518-2。然而，所述至少一个带阻滤波器结构516在这方面将不受限制。此外，所述至少一个套筒结构还可以具有布置在所述至少一个辐射结构的前后和左右的四个套筒结构。

此外，所述至少一个套状结构516的所述至少两个平面导电元件518-1、518-2中的每一个具有对应于第二频带中的频率的波长的基本上四分之一(λ/4)的电气长度。换句话说，所述至少两个平面导电元件518-1、518-2中的每一个具有偏离于(例如，在0-5％的范围中)第二频带中的频率的波长的四分之一(λ/4)的单独的电气长度。

单独地配置所述至少两个平面导电元件518-1、518-2的电气长度已经被证明是有利的，因为它们在所述至少一个平面辐射元件514的两侧上的相邻布置导致高度耦合的谐振行为。这种高度耦合的谐振行为可以使所述至少一个套状结构516失谐(mistune)。

此外，所述至少一个套状结构516的所述至少两个平面导电元件518-1、518-2在与所述至少一个辐射结构512-1、512-2的所述至少一个平面辐射元件514的方向基本上平行的方向上延伸。换句话说，所述至少两个平面导电元件518在与所述至少一个平面辐射元件514相同的方向上延伸。

为了示例性目的，所述至少一个平面辐射元件514被示出为具有倒L形并因此在两个方向上、即相对于接地平面的水平和横向方向上延伸。所述至少两个平面导电元件518-1、518-2也在两个方向上延伸，即其中这两个方向均基本上平行于所述至少一个平面辐射元件514在其上延伸的相应的水平方向和横向方向。

在天线系统500的示例性配置中，所述至少一个套状结构516的所述至少两个平面导电元件518-1、518-2和所述至少一个辐射结构512-1、512-2的所述至少一个平面辐射元件514均布置在相同的平面中。为了示例性目的，所述至少一个平面辐射元件514和所述至少两个平面导电元件518-1、518-2被示出为设置在电介质基板的相同表面上(例如通过印刷/蚀刻)。

在天线系统500的另外的示例性配置中，所述至少一个平面辐射元件514和所述至少两个平面导电元件518-1、518-2不仅在基本上彼此平行的方向上延伸，而且所述至少一个套状结构516的所述至少两个平面导电元件518-1、518-2中的每一个与所述至少一个辐射结构512-1、512-2的所述至少一个平面辐射元件514等距地布置。

由于这种等距布置，所述至少一个平面辐射元件514和所述至少两个平面导电元件518-1、518-2都具有相对的边缘，即在所述至少一个套装结构516的所述至少两个平面导电元件518-1、518-2的内侧上和所述至少一个辐射结构512-1、512-2的所述至少一个辐射元件514的外侧上。因此，在所述至少一个平面辐射元件514和所述至少两个平面导电元件518-1、518-2上流动的电流彼此抵消。

在天线系统500的另一示例性配置中，在所述至少一个套状结构516的所述至少两个平面导电元件518-1、518-2中的每一个和所述至少一个辐射结构512-1、512-2之间形成相应的狭缝。换句话说，至少两个狭缝由分别由所述至少两个平面导电元件518-1、518-2中的每一个和所述至少一个平面辐射元件514包围(或封闭)的区域限定。

这些至少两个狭缝中的每一个从所述至少一个辐射结构514的所述至少一个平面辐射元件的顶端横向地延伸到所述至少两个平面导电元件518-1、518-2中的相应一个与所述至少一个平面辐射元件514之间的电连接部。因此，在顶端中，所述至少两个平面导电元件518-1、518-2中的每一个和所述至少一个辐射元件514彼此齐平。

总之，由于所述至少两个平面导电元件518-1、518-2和与其两者电连接的所述至少一个平面辐射元件514的这种配置，所述至少一个套状结构516抑制处于第二频带中的频率的电流流动，从而远近场中衰减第二频带中的辐射功率。

特别地，所述至少一个套状结构516的所述至少两个平面导电元件518-1、518-2用作在端部处短路的传输线。通过应用高斯定律，在所述至少两个平面导电元件518-1、518-2的内侧上流动的任何电流必须与在所述至少一个平面辐射元件514的外侧上流动的另一电流相反。

术语内侧和外侧分别指所述至少两个平面导电元件518-1、518-2和所述至少一个平面辐射元件514的相对边缘。因此，在所述至少一个平面辐射元件514的外侧上流动的电流也看到短路的传输线。

由于所述至少一个套状结构516的所述至少两个平面导电元件518-1、518-2具有对应于第二频带中的频率的波长的基本上四分之一(λ/4)的电气长度，在所述至少一个平面辐射元件514的外侧上流动的电流的频率处的阻抗是无穷大。

因此，所述至少两个平面导电元件518-1、518-2和与其两者电连接的所述至少一个平面辐射元件514的这种配置，所述至少一个套状结构516抑制处于第二频带中的频率的电流流动。

现在参照图7a和7b，示出了根据本发明的第六实施例的天线系统600的示例性示意图，以及包括在天线系统600中的第一天线元件的前视图。天线系统600基于图6a的天线系统500，其中对应的部分被给予对应的附图标记和术语。为简洁起见，省略了对应部件的描述。

图7a和7b的天线系统600与天线系统500的不同之处在于，第一天线元件610包括两个互连的辐射结构612-1、612-2，这两个互连的辐射结构612-1、612-2中的每一个包括至少一个套状结构616-1、616-2。

此外，所述至少一个套状结构616-1、616-2中的每一个被配置为衰减第二频带中的相同的频率，并且包括两个平面导电元件618-1、618-2、618-3、618-4。另外，所述至少一个套状结构616-1、616-2中的每一个电连接到所述两个辐射结构612-1、612-2中的不同辐射结构的一个平面辐射元件614。

总之，由于所述至少两个平面导电元件618-1、618-2、618-3、618-4和与其两者电连接的所述至少一个平面辐射元件614的这种配置，所述至少一个套状结构616抑制处于第二频带中的频率的电流流动，从而在远场中衰减第二频带中的辐射功率。

结合图7c、7d和7e示出了这种有利效果，图7c、7d和7e示出了根据本发明的第六实施例在第二天线元件上的干扰效应、由第一天线元件实现的滤波效应、以及在第一和第二天线元件之间的去耦合效应的模拟结果。

特别地，天线系统600的结果被以二端口散射参数(或s-参数)模拟的形式提供，其中两个端口分别连接到第二天线元件120的馈线(在图7a和7b中表示为P1E)和第一天线元件610的馈线(表示为P2E)。

从仿真结果可以看出，反射系数S11示出了减小的干扰效应，其中衰减对应于第二频率范围的频率，所述至少一个套状结构中的每一个被配置为用于该第二频率范围，反射系数S22示出由第一天线实现的滤波效应，并且反向增益系数S21示出在大约2.3GHz的频率处的去耦合效应。反射系数S11和S22示出相反的行为。

最后，上述讨论的各个实施例的天线系统中的每一个可以被包括在用于车辆顶棚的天线模块中。为此，除了天线系统之外，天线模块包括用于保护天线系统免受外部干扰的壳体、用于在其上布置天线系统的基座、天线匹配电路、以及用于向/从天线系统的第一天线元件和第二天线元件发送/接收来自外部的电信号的电气连接。此外，车辆顶棚为天线系统的第一平面天线元件和第二天线元件提供接地平面。

参考：

Claims (22)

1.一种天线系统(100、200)，包括：

第一天线元件(110、210)，其适于第一频带；

第二天线元件(120)，其适于与所述第一频带不同的第二频带；其中，

所述第一天线元件(110、210)包括：

辐射结构(112)，其包括至少一个平面辐射元件(114)，所述辐射结构被配置成以所述第一频带中的频率辐射，以及

至少一个带阻滤波器结构(116、216)，其包括至少一个平面导电元件(118、218)，所述至少一个带阻滤波器结构(116、216)被配置成衰减处于所述第二频带中的频率的电流流动；

其中，所述至少一个平面导电元件(118、218)以曲折图案的形式布置，并且在一个端部处电连接到所述至少一个平面辐射元件(114)；

所述至少一个平面导电元件(118、218)与所述至少一个平面辐射元件(114)均布置在相同平面中或在两个平行的平面中；以及

所述至少一个平面导电元件(118、218)具有对应于所述第二频带中的频率的波长的四分之一的电气长度。

2.根据权利要求1所述的天线系统(100、200)，其中，所述第二天线元件(120)被布置在所述第一天线元件(110、210)的近场内。

3.根据权利要求1所述的天线系统(100、200)，其中：

所述至少一个平面导电元件(118、218)分别相邻于或面向所述至少一个平面辐射元件(114)。

4.根据权利要求1所述的天线系统(100、200)，其中：

所述至少一个带阻滤波器结构(116、216)的所述至少一个平面导电元件(118、218)被成形为使得其覆盖所述辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(114)的宽度，和/或

所述至少一个带阻滤波器结构(116、216)的所述至少一个平面导电元件(118、218)具有的尺寸使得其具有与所述辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(114)相同的宽度。

5.根据权利要求1所述的天线系统(100、200)，其中：

所述至少一个带阻滤波器结构(116、216)的所述至少一个平面导电元件(118、218)和所述辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(114)均设置在电介质基板的两个相反的表面上，或者

所述至少一个带阻滤波器结构(116、216)的所述至少一个平面导电元件(118、218)和所述辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(114)均设置在电介质基板的相同表面上。

6.根据权利要求1所述的天线系统(100、200)，其中：

所述第一天线元件(110、210)的所述辐射结构包括多个平面辐射元件(114)，所述多个平面辐射元件(114)中的每一个具有小于或等于所述第二频带中的频率的波长的八分之三的电气长度，

所述第一天线元件(110、210)包括多个带阻滤波器结构，所述多个带阻滤波器结构中的每一个包括所述至少一个平面导电元件(118、218)，所述至少一个平面导电元件(118、218)以曲折图案的形式布置，并且电连接到所述多个平面辐射元件中的不同的一个平面辐射元件。

7.根据权利要求1所述的天线系统(100、200)，其中：

所述第一天线元件(110、210)是多频带平面倒F天线元件，和/或

所述第二天线元件(120)是截角矩形贴片天线元件。

8.一种天线系统(200)，包括：

第一天线元件(210)，其适于第一频带；

第二天线元件(120)，其适于与所述第一频带不同的第二频带；其中，

所述第一天线元件(210)包括：

辐射结构(112)，其包括至少一个平面辐射元件(114)，所述辐射结构被配置成以所述第一频带中的频率辐射，以及

至少一个带阻滤波器结构(216)，其包括至少一个平面导电元件(218)，所述至少一个带阻滤波器结构(216)被配置成衰减处于所述第二频带中的频率的电流流动；

其中，所述至少一个平面导电元件(218)以曲折图案的形式布置，并且在两个端部处电连接到所述至少一个平面辐射元件(114)，使得所述至少一个平面导电元件(218)与所述至少一个平面辐射元件(114)形成并联电路，以及

所述至少一个平面导电元件(218)与所述至少一个平面辐射元件(114)均布置在相同平面中或在两个平行的平面中；以及

所述至少一个平面导电元件(218)具有以所述第二频带中的频率的波长的二分之一超过所述至少一个平面辐射元件(114)的电气长度的电气长度。

9.根据权利要求8所述的天线系统(200)，其中，所述第二天线元件(120)被布置在所述第一天线元件(210)的近场内。

10.根据权利要求8所述的天线系统(200)，其中：

所述至少一个平面导电元件(218)分别相邻于或面向所述至少一个平面辐射元件(114)。

11.根据权利要求8所述的天线系统(200)，其中：

所述至少一个带阻滤波器结构(216)的所述至少一个平面导电元件(218)被成形为使得其覆盖所述辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(114)的宽度，和/或

所述至少一个带阻滤波器结构(216)的所述至少一个平面导电元件(218)具有的尺寸使得其具有与所述辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(114)相同的宽度。

12.根据权利要求8所述的天线系统(200)，其中：

所述至少一个带阻滤波器结构(216)的所述至少一个平面导电元件(218)和所述辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(114)均设置在电介质基板的两个相反的表面上，或者

所述至少一个带阻滤波器结构(216)的所述至少一个平面导电元件(218)和所述辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(114)均设置在电介质基板的相同表面上。

13.根据权利要求8所述的天线系统(200)，其中：

所述第一天线元件(210)的所述辐射结构包括多个平面辐射元件(114)，所述多个平面辐射元件(114)中的每一个具有小于或等于所述第二频带中的频率的波长的八分之三的电气长度，

所述第一天线元件(210)包括多个带阻滤波器结构，所述多个带阻滤波器结构中的每一个包括所述至少一个平面导电元件(218)，所述至少一个平面导电元件(218)以曲折图案的形式布置，并且电连接到所述多个平面辐射元件中的不同的一个平面辐射元件。

14.根据权利要求8所述的天线系统(200)，其中：

所述第一天线元件(210)是多频带平面倒F天线元件，和/或

所述第二天线元件(120)是截角矩形贴片天线元件。

15.一种天线系统(500)，包括：

第一天线元件(510)，其适于第一频带；

第二天线元件(120)，其适于与所述第一频带不同的第二频带；其中，

所述第一天线元件(500)包括：

至少一个辐射结构(512-1、512-2)，其包括至少一个平面辐射元件(514)，所述辐射结构被配置成以所述第一频带中的频率辐射，以及

至少一个套状结构(516)，其包括至少两个平面导电元件(518-1、518-2)，所述至少一个套状结构(516)被配置成衰减处于所述第二频带中的频率的电流流动；

其中，所述至少两个平面导电元件(518-1、518-2)在一个端部处电连接到所述至少一个平面辐射元件(514)；

所述至少两个平面导电元件(518-1、518-2)与所述至少一个平面辐射元件(514)布置在相同的平面中；以及

所述至少两个平面导电元件(518-1、518-2)具有对应于所述第二频带中的频率的波长的四分之一的电气长度。

16.根据权利要求15所述的天线系统(500)，其中，所述第二天线元件(120)被布置在所述第一天线元件(510)的近场内。

17.根据权利要求15所述的天线系统(500)，其中：

所述至少两个平面导电元件(518-1、518-2)分别与所述至少一个平面辐射元件(514)相邻。

18.根据权利要求15所述的天线系统(500)，其中：

所述至少一个套状结构(516)的所述至少两个平面导电元件(518-1、518-2)中的每一个与所述至少一个辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(514)等距地布置。

19.根据权利要求15所述的天线系统(500)，其中：

至少两个狭缝设置在所述至少一个套状结构(516)的所述至少两个平面导电元件(518-1、518-2)中的每一个和所述至少一个辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(514)之间，

其中所述至少两个狭缝中的每一个从所述至少一个辐射结构(512-1、512-2)的所述至少一个平面辐射元件(514)的顶端横向地延伸到所述至少两个平面导电元件(518-1、518-2)中的相应一个与所述至少一个平面辐射元件(514)之间的电连接部。

20.根据权利要求15所述的天线系统，其中，所述第一天线元件(510)包括：

多个互连的辐射结构，所述多个互连的辐射结构中的每一个被配置为以所述第一频带中的不同频率辐射；

多个套状结构，所述多个套状结构中的每一个被配置为衰减处于所述第二频带中的相同频率的电流流动，

其中所述多个套状结构中的每一个包括至少两个平面导电元件(518-1、518-2)，所述至少两个平面导电元件(518-1、518-2)电连接到所述多个辐射结构中的不同辐射结构的所述至少一个平面辐射元件(514)。

21.根据权利要求15所述的天线系统(500)，其中：

所述第一天线元件(510)是多频带平面倒F天线元件，和/或

所述第二天线元件(120)是截角矩形贴片天线元件。

22.一种在车辆顶棚上使用的天线模块，包括：

根据权利要求1-21中的任一项所述的天线系统(100、200、500)，其中，所述车辆顶棚向所述第一天线元件和所述第二天线元件(120)提供接地平面。

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