CN1090952A - 天线位置很靠近的分集式天线结构 - Google Patents

Abstract

一种分集天线结构物和一种结合使用该结构的 分集收发信机。分集天线结构物的每个天线是由第 一部分和第二部分构成的。每个天线的第二部分是 被耦合到一个电接地平面，因而形成了各个相应天线 的接地平面部分，这样的第二天线部分相互间实际上 保持着隔离状态。因而分集天线结构的天线就可以 定位于相互很接近的位置，而不会引起各分离天线间 的耦合。

Description

本发明涉及分集式天线，具体涉及一个分集式天线结构，它允许以分集式配置的两个天线相互位置可放置得很近。

通信系统至少由通信信道所联系的发射机和接收机所组成。通信信号由发射机发射到传输信道而由接收机所接收。无线电通信系统是一种通信系统，其中，传输信道包括了由电磁频谱的频率范围所确定的无线电频道。工作于无线电通信系统中的发射机必须将通信信号变换为适宜在无线电频率信道中传输的形式。

将通信信号变为适宜于在无线电频率信道上传输的变换由称为“调制”的过程来完成。在这一过程中，通信信号被加到电磁波上。这个电磁波通常称为“载波信号”。被通信信号调制的合成信号通常称为“已调载波信号”。发射机包括了用来实现这一调制过程的电路。

由于已调载波信号可以通过自由空间被发射到很远的距离，所以无线电通信系统广泛地被用来完成发射机和遥远位置的接收机之间的通信。

在无线电通信系统中，接收已调载波信号的接收机包括着和发射机相类似的电路，但是这个电路是工作于相反的方式，即用来完成被称为“解调”的过程。

许多已调载波信号可以同时在电磁频谱的不同射频信道上发送。规章管理部门将电磁频谱的各部分分成频带，并且规定了已调载波信号在各种不同的频带上发送（频带又进一步分成信道，而这些信道构成了一个无线电通信系统的射频信道）。

一个双向无线电通信系统是一种无线电通信系统，与前面所述的无线电通信系统相似，但双向无线电通信系统允许接收从某一地点来的已调载波信号和在该地点发送已调载波信号。每一个装有这样的双向无线电通信系统的地方都包括有一个发射机和一个接收机。位于同一地点的接收机和发射机通常就构成一个单元，该单元称为“无线电收发信机”，或简称为“收发信机”。

一个双向无线电通信系统如果允许交替地发送和接收已调载波信号，这个系统就称为“单工系统”。一个允许同时发送和接收通信信号的双向无线电通信系统，称为“双工系统”。

蜂窝通信系统是一种双向无线电通信系统，在这个系统中，可用位于蜂窝通信系统包围的地理区域内的任一地点的无线电收发信机实现通信。

蜂窝通信系统是这样建立的：在一个地理区域内空间分离的各个位置上设立许多定点的无线电收发信机，这些无线电收发机称为“基地台”或“基地站”。这些基地站连接到一个常规的有线电话网络。与众多基地站中的每一基地站相联系的是由蜂窝通信系统包围的地理区域的某一部分。这些部分称为“小区”。众多小区中的每一个小区由众多基地站中的一个基地站确定，并且众多小区一起确定蜂窝通信系统的复盖范围。

无线电收发信机，在一个蜂窝通信系统中称为“蜂窝无线电电话”，或简称为“蜂窝电话”，它可以位于蜂窝通信系统复盖范围内的任何地方，并且能够通过基地站与常规的有线电话网络的用户进行通信。由无线电电话产生的已调载波信号被发送到基地站，由基地站产生的已调载波信号被发送到无线电电话，从而实现了双方的双向通信。（由基地站接收的信号可通过常规的电话技术发送到常规有线网络的某一要求地点。并且有线网络中某一地点上所产生的信号可用常规的电话技术发送到基地站，然后由基地站发送到无线电电话）。

在某些情况下，蜂窝通信系统的使用不断增多，使得分配给蜂窝无线电电话通信的频带的每一可用的传输信道都被完全占用。因此，人们提出了各种更有效地利用分配给无线电电话通信的频带的思想。通过更有效地利用分配给无线电电话通信的频带，现有的蜂窝通信系统的传输容量就有可能增加。

通过使一个发射机发射的已调信号的调制频谱达到最小，可以使更多的已调信号同时发送，从而可以增加蜂窝通信系统的发送容量。此外，通过使发送一个已调信号的时间最少，可以顺序地发送更多的已调信号。

通过将通信信号在发送前转换成离散形式，从而形成一种数字码，这样得到的已调信号比由未转换成离散形式的通信信号组成的相应的已调信号典型地具有更小的调制频谱。另外，当通信信号在调制之前转换成离散形式时，得到的已调信号可能以短促脉冲的形式发送，而且可以在一个传输信道上顺序地发送多于一个的已调信号。

一个将通信信号转换成离散形式的发射机把通信信号转换成数字码，该数字码被调制并通过通信信道发送出去。

理想的情况是，接收机收到的信号与发射机发送的信号完全相同，但实际上，接收机收到的信号并不是一个单一的信号，而是通过不同路径发送过来的信号之和。一条或更多的最短距离路径将发射机和接收机相互连在一起，而大量其它信号路径也将发射机和接收机相互连在一起。例如，由发射机发送的信号在被接收机收到之前，可能被人为的或自然的物体反射，接收机收到由这样的通路发送的信号，在时间上延迟于接收由最短距离路径发送的信号。由于这种多传输路径，一个实际的通信信道经常被称为“多径信道”，接收机接收的信号因而是沿多传输路径发送到那里的多个信号之和。由于沿非最短距离传输路径发送的信号比沿最短距离传输路径反送的信号到达接收机时，在时间上有延迟，晚到的信号会和早到的信号发生干扰。当发射机发送的信号由被调制的数字码组成时，这种干扰称为“码间干扰”。当这种码间干扰严重时，由发射机实际发送的信号不能被接收机再生。已制造出了具有两个或更多的空间分离天线的接收机，以接收发送到那里的信号。接收机的电路利用在两个或更多空间分离的天线中的一个或另一个上接收到的信号，来再生由发射机实际发送的信号。天线以相对方向放置（例如，在双天线配置下，以互相正交的方向），以在其中一个天线上接收到的信号有较强的干扰或信号较弱时，在另一个天线上接收到的信号通常地有较少的干扰或信号强度较大。当两个或多个天线以这种方式配置时，天线被称为是“分集的天线”，含有这种以分集方式配置的天线的接收机称为“分集接收机”。并且，含有这种天线的收发信机称为“分集收发信机”。

当分集配置的两个或多个天线在空间上互相分离大于发送到接收机的信号频率的四分之一波长时，这样的天线配置能够很好地克服码间干扰效应。然而，当分集放置的天线互相距离接近时，靠近放置的天线间的耦合降低了天线的性能，也同样降低了配有这种天线的接收机再现由发射机实际发送来的信号的操作性。

由于用于蜂窝通信系统的无线电电话结构被制造得体积越来越小，用于分集放置的天线和这种无线电电话的组成部分不可能相互间以大于四分之一波长的距离分开放置。

因此，需要一种分集天线结构，它能允许分集配置的天线互相靠近地设置，又不引起天线间严重的相互耦合。

因此，本发明有利地提供了一种天线分集结构，它允许分集配置的天线能互相接近地放置。

本发明还有益地提供了一种具有相互接近配置的分集天线的分集接收机。

本发明还有一些优点和特点，在阅读了下面选用的实施例的细节描述后，这些优点和特点的细节就会更为明显。

为此，本发明公开了一种无线电设备用的分集天线结构物，该无线电设备具有无线电通信系统中工作的无线电电路。分集天线结构包括第一和第二天线。第一天线由第一导电部分和第二导电部分构成，而第一天线的第二导电部分形成了第一接地平面部分。第二天线也是由第一导电部分和第二导电部分构成。第二天线的第二导电部分形成了第二接地平面部分，而第二天线的第二导电部分形成的第二接地平面部分与第一天线的第二导电部分形成的第一接地平面保持着视在隔离。

参照以下附图阅读下文将会更好地理解本发明，其中：

图1是本发明的第一个优选实施例的分集收发信机的框图;

图2是本发明的另一个优选的实施例的分集收发信机的框图;

图3是本发明优选实施例的分集天线结构物的部分透视、部分电路原理图;

图4是放置于电路板上的图3优选实施例的分集天线结构物的分解透视图;

图5是从一微带天线（Patch    Antenna）的底表面下取出的透视图，该微带天线构成了图3和图4中示出的本发明优选实施例的分集天线结构的一部分;

图6是本发明另一个优选实施例的分集天线结构物的分解图。

首先参考图1的框图，图中示出了本发明优选实施例的一个分集式收发信机100。收发信机100用于既接收又发送已调信号。收发信机100包括两个配置成分集式的天线106和112。虽然收发信机100包括两个配置成分集式的天线，但应该理解为收发信机100能够同样地包括更多配置成分集式的天线。

当接收一个被发送到收发信机100的已调信号时，天线106是用来接收这种被发送的信号，并把这种被发送的信号转换为线118上的电信号。天线112同样地用来接收这种被发送的信号，并把这种被发送的信号转换为线126上的电信号。

线118和126耦合到开关130，这里图示是一个单刀双掷开关。当然，开关130可以用一个电子器件如多路转换器来实现。按照开关130的开关位置，线118或线126耦合到线136，因而将线118上产生的信号或线126上产生的信号供给接收机电路166。接收机电路166通常是用来降低外加信号的频率，解调频率已降低的信号，对这种已解调信号进行译码，并通过线172将已译码的信号提供给传感器，这里传感器是扬声器178。

收发信机100的发送部分已进一步示于图中，它包含一个传感器，这里传感器是话筒182，它在线186上产生一个电信号以供给发射机电路190。发射机电路190笔接收机电路166有着类似但相反的工作方式，发射机电路190是用于在线196上产生一个已调信号，线196通过开关130耦合到天线106或天线112来传输已调信号。

处理器198又组成了收发信机100的一个部分，它既用来控制接收机和发射机电路166和190的工作，也用来控制开关130的开关位置。

处理器198包含了适当的控制算法，用来确定由哪个天线（天线106或天线112）将接收的信号加到接收机电路166。在本发明优选实施例中，这种控制的算法是用于开关130的定位，使两个天线106和112所接收的信号都能被接收机电路166所取样。对应于这种取样，就能确定哪个天线将被耦合以接收机电路166。

图2也是分集式收发信机的一个框图，分集式收发信机200包含了允许发送和接收已调信号的电路。分集式收发信机200还包含了两个天线206和212，相互以分集方式定位。

当接收发送到分集式收发信机200的已调信号时，天线206是用于接收这种被发送的信号，并将这种被发送的信号转换为线218上的电信号。线218耦合到解调器电路222。解调器电路222用来解调加在其上的信号，并产生一个解调信号，显示在线226上。

同样地，当收发信机200用来接收一个已调信号时，天线212是用来接收这种被发送的信号，并将这种被发送的信号转换为线226上的电信号。线226耦合到解调器228，该解调器用来解调所述的电信号并在232上产生一个解调信号。

线226和232耦合到译码器236的输入端，译码器是用来对加在那里的信号进行译码。解调器222和228与译码器236一起组成了接收机电路，接收机电路类似于图1收发信机100中的接收机电路。这种接收机电路在图中用参考数266表示，它包括了用虚线出的框内所包含的元件。

由译码器236所产生的译码信号加到线272上。线272接到传感器上，这里传感器是扬声器278。

分集式收发机200的发射机部分包含了一个传感器，这里传感器是话筒282，它在线286上产生一个电信号，线286接到发射机电路290。发射机电路290和接收机电路266有着类似但相反的工作方式。发射机电路290是交替地在线292和296上产生已调信号，线292和296分别耦合到天线206和212上。

处理器电路298还组成了分集式收发机200的一部分。处理器电路包括适当的控制算法，用来控制接收机电路266和发射机电路290的部件部分的工作。这些控制的算法具体包括控制解调器222和228工作的算法。解调器222和228交替地工作来产生解调信号，使得只有其中一个解调器所产生的解调信号通过线226或232加到译码器236上。解调器222的工作或是解调器228的工作决定是天线206还是天线212所接收的信号加到译码器236上。

选择哪一个天线接收来的信号产生线272上译码信号的选择过程，与收发信机100中的处理器电路198选择天线的选择过程是类似的，而这种过程这里不再描述。当处理器298引起解调器222工作或是解调器228工作时，由处理器电路298所产生的控制信号来控制选择天线206和212，其工作方式类似于由处理器198所产生的控制信号当控制收发信机100中开关130的开关位置。

如上所述，当分集式定位的天线在空间间隔距离上至少等于发送到那里的已调信号波长的四分之一时，这些天线间的耦合是很小的。可是当这些天线定位于相互很接近时，则这些天线间的耦合就会降低天线的性能，也使把这些天线结合在一起的接收机的性能下降。当天线通常接地到一个公共地时，这种耦合就会发生，至少是部分地发生。

下面请看图3部分透视的、部分电原理图。本发明优选的实施例是一个分集式天线结构物400。即使当天线定位于互相很接近的位置时，图3的天线结构400可以很有利地构成分集式收发信机的一部分，如同图1和图2所分别对应的分集式收发信机100和200。

分集式天线结构物400包括第一天线406，在图中用虚线框内的元件表示。分集式天线结构物400还包括第二天线412，同样地用虚线框内的元件表示。第一和第二天线406和412类似于图1中分集式收发信机100的天线106和112，或类似于图2中分集式收发信机200的天线206和212。

天线406包括了第一天线部分416，这里图示的是螺旋型，四分之一波长天线耦合到线418，由经一天线部分416所接收的信号产生在线418上。线418延伸到插接件（pin    member）418′。插接件418′促进了天线部分416和分集式收发信机的收发电路的耦合。

第一天线406还包括第二天线部分420，这里表示的是一个蛇形的导电线。在本发明优选实施例中，包括第二天线部分420的导电线是由布置在电路板内的带状线形成的。第二天线部分420耦合到一个电的接地平面，这里用耦合到外壳423的线422表示。外壳423形成了手提式收发信机的公共接地参考节点。如同手提式蜂窝无线电电话那样。线422延长到插接件422′和422″。虽然手提式收发信机外壳通常用热塑材料作成，但这种热塑材料通常包含了一种导电材料的涂层，导电材料涂敷在这个外壳的内壁上，图中的外壳423说明了这种导电涂层）。

第二天线412是在由非导电材料组成的衬底424的两相对表面形成。第二天线412包括了由蛇形导线形成的第一天线部分425，而蛇形导线是在衬底424的上表面形成，这样就构成了一个微带天线。由第一天线部分425所接收的信号被转接为产生在线426上的电信号，线426延伸到插接件426′。插接件426′促进了天线部分425和包含这种天线结构的分集式收发信机的收发电路的耦合。

第二天线包括第二天线部分427，这部分也是由蛇形导线组成的，而蛇形导线是在衬底424的一个表面上形成，这表面正对着形成第一天线部分425的表面。第二天线部分427通过线428在电气上耦合到由外壳423所代表的接地节点。更具体地，就是通过插接件428′和428″，而线428延伸到428′和428″。

第一天线406的第二天线部分420和第二天线412的第二天线部分427都连接到以外壳423代表的收发信机的接地平面，第一和第二天线406和412的第二天线部分420和427实际上是相互分离的，而且相互的方位恰当。这种实际的分离与定向使得在天线406和412接收高频信号时，两个天线部分420和427表现出相互间视在的电隔离现象，这种视在的隔离也可称为“射频隔离”。应该进一步指出的是，由于第二天线部分420和427的形状，使天线406和412间的互感减到最小。因为每一单独的第二天线部分420和427耦合到收发信机的接地平面，这种第二天线部分420和427形成了第一和第二天线406和412各自的接地平面部分。但是因为第二天线部分420和427实际上是相互分离的以保持视在电的（或射频的）相互隔离，两天线406和412之间的耦合是最小的。结果，第一和第二天线406和412可以定位于相互很接近的位置（即，相互距离在上述的四分之一波长以内），而由于两天线间耦合最小，仍可以分集形式分别工作。

图4是图3的分集天线结构物500的分解透视图，该天线结构物放置在一个电路板502上，收发信机电路503安装在电路板502上，传输线504和505从那里延伸到电路板502的一个表面上。

与图3中的分集天线结构物400的第一和第二天线部分416和420相似，图4扔分集天线结构物500包括一个第一天线，第一天线包括由一个螺旋形四分之一波长天线组成的第一天线部分516和由装在天线电路权521内的带状线组成的第二天线部分520。线518将第一天线部分516与传输线505通过一个插接件（类似于图中的插接件418′）相连接，该插接件延伸通过天线电路板521，天线电路521安装在电路板502上。类似地，第二天线部分520通过线522，还通过一个插头元件（与图3中的插头元件422′和422″相似）与电的接地平面相耦合。该插头元件延伸通过电路板521，而电路板521安装在电路板502上。

衬底524与图3中的衬底424类似，放置在天线电路板521上，衬底的大小合宜使其能安装在天线电路板521上。也与图3中第二天线412的第一和第二天线部分425和427相类似，分集天线结构物500包含了第一天线部分525和第二天线部分527，二者安装在衬底524的相反的两个表面。第一天线部分525由安装在衬底524顶部表面的导电线构成，第二天线部分527安装在衬底524的底部表面。两条导导线525和527都是蛇形导电线，由在衬底顶部和底部表面形成的两个不导电端子元件所确定。

线526在衬底524的边缘表面附近延伸，并引向在衬底524底部表面上形成的一个接触垫片，从而将传输线525与接触垫片相连接。该接触垫片与在天线电路板521的一个表面上形成的导电垫片相接触，进而通过一个插接件（与图3中的插接件426′类似）电耦合到传输线504，该插接件延伸穿过电路板521。沿衬底524的底部表面形成的线528允许第二天线部分527与电气地相连接。

由于第二天线部分520安装在天线电路板521内，并且实际上与第二天线部分527相隔离，由这样的天线部分520和527构成的接地平面就保持了相互间的视在隔离。由于这样的天线部分保持了相互间的视在隔离，两个天线（在那里，第一天线由元件516-520组成，第二天线由元件525-527组成）间的耦合是极小的。因而，这样的天线可以放置得相互距离很近，从而促进使用天线结构物500来构成一个分集收信机的一部分，如一个手提式无线电电话。

未表示在图中的是，电路板521最好是多层电路板，它除了包括由导电线520组成的带状线外，还有一层电屏蔽材料，例如一层放置在传输线520下面的金属材料并通过电路板521的一层与之隔离。

图5是从图4的衬底524的底表面的下面取的透视图。在图5的透视图中，又示出了蛇形导电线527，线526（它引向构成在衬底524底表面上的接触垫片）和线528。当衬底524安装在天线电路板521的一个表面上时，线526和528允许将第一和第二天线部分525和527分别连接到传输线505和电气接地平面。

下面请看图6的分解图，图中示出本发明另一优选实施例的分集天线结构物600。与图4中分集天线结构物500类似，分集天线结构物600的大小合适，使其能够安装在电路板602上，而602上安装了收发信机电路603。在这个实施例中，第一天线由螺旋形、四分之一波长天线构成的第一天线部分616和装在天线电路板621（以分解图示出）内的导电线620组成。在这个实施例中，第二天线部分620又是由电路板内安置的带状线构成，而第二天线部分620是由一系列平行伸展的带状线而不是单一的蛇形带状线构成。

与图4中的分集天线结构物500的衬底524类似，图6中的分集天线结构物600也包含了衬底624，蛇形传输线625安置在初底624的顶部表面上。在图6的实施例中，第二天线的第二天线部分由电路板621的一个表面上安置的带状线627构成。带状线627由形成于电路板621的一个表面上的水平延伸的导电线组成。未画出的是，天线部分616、620、625和627等与收发信机电路603的耦合，或电气接地平面与图4中分集天线结构物500的相应元件与相应电路部分连接的方式类似。

同样地，由于第二天线部分620和627实际上相互隔离并且方位恰当，（这里是通过天线电路板的不导电材料）这样的天线部分620和627构成的接地平面部分因此保持了相互的视在电气隔离。由于这样的视在的电气隔离，使得由这种天线部分组成的天线可以放置得实际上相互很接近，并且不会引起这样构成的各自天线间的耦合。因此，图6的分集天线结构物600可以优越地用于构成一个分集收发信机的分集天线。

由于本发明是与各种图示的选用的实施例相联系而描述的，因此应该理解，其它相似的实施例也可以使用，并且在不偏离本发明的功能的情况下，可以对所描述的实施例进行修改和增添以实现与本发明同样的功能。因此，本发明不应局限于任何单一的实施例，而应根据所附权利要求书的说明以更广的范围进行解释。

Claims (10)

1、分集天线结构，应用于具有工作于无线电通信系统中的无线电电路(503)的无线电设备，其特征在于包括：

由第一导电部分(516)和第二导电部分(520)所构成第一天线，上述的第一天线的第二导电部分构成了第一个接地平面部分；

由第一导电部分(525)和第二导电部分(527)所构成第二天线，上述的第二天线的第二电部分构成了第二个接地平面部分，第二天线的第二导电部分构成的第二个接地平面部分是和由第一天线的第二导电部分构成的第一个接地平面部分保持着视在的隔离。

2、根据权利要求1所述的分集天线结构，其特征还在于包括：

将第一天线的第一导电部分（516）与无线电设备的无线电电路（503）相连接的第一个导电通路（505）。

3、根据权利要求1所述的分集天线结构，其特征在于包括：

上述的第一天线的第一个导电部分包括一个螺旋天线;

上述的第二天线包含一个微带天线。

4、根据权利要求1所述的分集天线结构，其特征在于还包括：

上述的第一天线和第二天线定位于相互正交的方位。

5、根据权利要求1所述的分集天线结构，其特征在于还包括：

第一天线的第二导电部分（520）是这样定位，以使其向第一平面方向延伸;

上述的第二天线的第二导电部分（527）是这样的定位，以使其与第一平面方向实际平行的平面方向延伸，第一平面方向是第一天线的第二导电部分（520）定位延伸的方向。

6、根据权利要求5所述的分集天线结构，其特征在于还包括：

上述的第二天线的第一导电部分（525）是这样定位，以使其与第一平面方向实际平行的平面方向延伸，第一平面方向是第一天线的第二导电部分（520）定位延伸的方向。

7、根据权利要求6所述的分集天线结构，其特征在于还包括：

第一天线的第二导电部分（520）至少包含一个导电线。

8、根据权利要求7所述的分集天线结构，其特征在于还包括：

至少一个导电线是沿着第一个衬底形成的;

第二天线的第一导电部分（525）和第二导电部分（527）分别布置在第二个衬底的相对的两边。

9、根据权利要求7所述的分集天线结构，其特征在于还包括：

至少一个导电线是沿着第一个衬底形成的;

第二天线的第二导电部分（527）包含了一个沿着第一个衬底的表面形成的导电线。

10、根据权利要求1所述的分集天线结构，其特征在于还包括：

用于耦合到第一天线和第二天线的无线电电路（503）。

Images