CN110323552A - 天线及多输入多输出收发器装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种天线及多输入多输出收发器装置和方法，其中天线包括：平面电介质基板；位于基板的第一表面上的第一导电环形体；位于第一表面上的第一导电接地结构，其中，该第一接地结构位于由第一导电环形体限定的表面的区域中，且第一接地结构的边缘与第一导电环形体的一部分内边缘相邻并平行；设置在第一表面上的第二导电接地结构，其中，该第二接地结构的边缘与第一导电环形体的一部分外边缘相邻并平行。

Description

天线及多输入多输出收发器装置和方法
技术领域
本发明涉及方法和装置，更具体地，涉及天线以及天线（诸如多输入多输出[MIMO]、无线电通信用天线）的工作方法。
背景技术
超宽带（也称为UWB、超宽频）是一种可以在大部分无线电频谱上使用非常低的能级进行短距离、高带宽通信的无线电技术。通常，UWB通信系统传输分布在500MHz或更高带宽上的信息。例如，国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）将UWB定义为天线传输，其中所发射的信号带宽超过500MHz或算术中心频率的20%中的较小者。
带宽和时间分辨率本质上相关——通信方式的脉冲率的上限由通信带宽设置。因此，UWB系统可以实现对技术的更准确运用，例如脉冲位置或时间调制。信息也可以在UWB信号（脉冲）上通过编码脉冲的极性、幅度和/或使用正交脉冲进行调制。
Peñafiel-Ojeda等人（C.R.Peñafiel-Ojeda、M.Cabedo-Fabrés、N.M.Mohamed-Hicho和M.Ferrando-Bataller，“Design of a low profile unidirectional UWBantenna for multi-service base station”，2017年第11届欧洲天线与传播会议[EUCAP]，巴黎，2017年，第3575-3579页）已经提出了将低剖面单向UWB天线用于电信网络的基站。他们所提出设计的基本思想是，应用特征模型理论，激励由金属环组成的平面结构的基波特征模式。其中，用于激励该模式的馈电结构是不对称的，其通过两个阻抗为50的CPW端口（共面波导）实现，并分叉为两条具有不同长度的传输线，这两条传输线通过槽线模型耦接圆形天线。他们建议这种具有单向辐射图的天线可以用于UMTS、LTE、WIMAX、WiFi、蓝牙等服务。
以下文献还探讨了其他天线：
· B.P.Chacko、G.Augustin和T.A.Denidni，“Uniplanar UWB antenna fordiversity applications”（单平面UWB天线多样性应用），2012年IEEE天线与传播国际研讨会论文集，芝加哥，IL，2012年，第1-2页；
· B.P.Chacko、G.Augustin和T.A.Denidni，“Uniplanar Slot Antenna forUltrawideband Polarization-Diversity Applications”（单平面缝隙天线的超宽带极化多样性应用），IEEE天线与无线传播快报，2013年，第12卷，第88-91页；
· B.P.Chacko、G.Augustin和T.A.Denidni，“Uniplanar polarisation diversityantenna for ultrawideband systems”，（超宽带系统的单平面极化多样性天线）IET微波、天线与传播，2013年7月6日，第7卷，第10期，第851-857页。
发明内容
本申请旨在提供用于多输入多输出无线电通信的低剖面、超带宽天线。例如，本申请的实施方式目的在于，在单个天线结构中提供两个发送和/或接收通道。
本发明的一个方面提供了一种天线，其包括：
由电介质基板的第一表面承载的第一导电环形体，该环形体具有外边缘以及由该外边缘围绕的内边缘；
由第一表面承载的第一导电接地结构，其中第一导电接地结构位于由环形体限定的表面的区域中，并且第一接地结构的环侧边缘与环形体的内边缘相邻并平行；
由第一表面承载的第二导电接地结构，其中第二接地结构的环侧边缘与环形体的一部分外边缘相邻并平行。
第一导电接地结构的环侧边缘和环形体的相邻于第一导电接地结构的环侧边缘的内边缘部位之间的缝隙可以提供第一波导。
第二导电接地结构的环侧边缘和环形体的相邻于第二导电结构的环侧边缘的外边缘部位之间的缝隙可以提供第二波导。
这两个波导可以设置成使得每一个波导可以分别激励天线的两个正交特征电流模式中不同的一个模式。例如这两个模式可以是天线的谐波方式，比如不同极化（如正交极化）中的基波方式（f0）
这两个波导可以各自连接不同的信号连接（例如馈电点）。因此，每个信号连接可以用于使用这两个正交模式中的不同一个而经由天线发射/接收。这样，可以提供具有多输入多输出（MIMO）功能的UWB天线。
在本申请的上下文中将理解到的且非受理论束缚的是，到信号馈送的磁耦合可以激励环形物/环形体的基波特征模式。环形物/环形体可以在两个导电接地结构之间提供一定程度的去耦，以使得能够独立地控制这两个正交模式，从而提供两个发射/接收通道。
接地平面可以由设置在基板的背离天线的另一侧上的扁平导体提供。这样，可以从基板的背离天线侧，远离接地平面侧，提供单向辐射图。波导可以是共面波导。
还可以理解的是，导电接地结构的环侧边缘最靠近环形体的内边缘或外边缘。一般地，它是弯曲的（如弧形）且平行于环形体的边缘。
环形体和导电接地结构可以各自由基板承载的层状导体设置。例如，它们可以各自包括平板导电材料。该导电材料可以设置在基板的表面上——例如，它可以通过沉积或其他方式粘附到该表面。
第一导电接地结构可以包括第一弧形部位。该第一弧形部位的径向向外边缘可以与环形体相邻。
第一导电接地结构还可以包括连接至第一弧形部位的第一柄部。该第一柄部可以将环形体的一部分从内边缘横切到外边缘，并且可以与环形体相分离——例如通过柄部及其相邻的环形体的部位之间的间隙而分离。例如，第一柄部可以在绕环形体的圆周的一个位置上切开环形体的一部分。第一柄部可以位于基板的第一表面上，它可以从第一弧形部位（第一接地结构的弧形部位）的径向外边缘（例如环侧边缘）径向向外延伸。
第二导电接地结构设置在环形体的外部。它可以包括第二弧形部位。该第二弧形部位的径向内边缘可以与环形体相邻。
第二柄部可以连接到环形体的外边缘。第二柄部可以由如前所述的基板承载的层状导体提供。第二柄部可以位于基板的第一表面上，并相邻且平行于第二接地结构的边缘。第二接地结构可以包括与环形体的外边缘相平行的弧形部位。
第二接地结构的与第二柄部相邻且平行的边缘可以至少部分地由第二接地结构的弧形部位的端部提供。第二接地结构也可以包括第三柄部，其连接到弧形部位并平行于第一柄部放置。第二接地结构可以接地。例如，第三柄部可以连接至一参考电压，例如接地。第三柄部可以从第二接地结构的第二弧形部位的端部径向向外并在径向方向上延伸
第一柄部和第二柄部可以基本上彼此正交，例如它们可以在基板的表面上相对于彼此约90°设置。在绕环形体的圆周上，第一柄部和第二柄部之间的角度分离可以是大约90°。
第一接地结构和第二接地结构可以设置在与环形体的不同部位相邻的位置处。例如，它们可以在绕环形体的圆周上成角度地分开，例如在一些可能性中，在绕圆周上的任何给定位置上仅环形体的单个（向内或向外）边缘由这些接地结构之一界定。
第一信号连接可以连接至第一接地结构，例如它可以连接至第一柄部。该信号连接可以包括到RF发射器和/或接收器装置的一连接，以发射和/或接收第一RF信号。环形体可以接地（即连接到诸如地线的参考电压）。环形体接地的位置可以相邻于（例如挨着）第一接地结构。比如，环形体的相邻于第一柄部的边缘的一边缘（或多个边缘）可以接地。第二信号输入可以连接到环形体。例如，第二信号连接可以连接至环形体的与第二接地结构相邻（如挨着）的部位。比如，它可以连接到第二柄部。
例如，第一信号连接可以连接至第一接地结构，第二信号连接可以连接至环形体的与第二接地结构相邻的边缘。在该示例中，环形体的与第一接地结构相邻的边缘接地，第二接地结构接地。一种替代方案中，第一信号连接是连接至环形体的与第一接地结构相邻的边缘，而第二信号连接是连接至第二接地结构。在该替代的示例中，第一接地结构接地，环形体的与第二接地结构相邻的边缘接地。
这里描述的这些或其他种天线可以连接至多输入多输出（MIMO）收发器以提供多通道通信。例如，天线的一个极化方式可以经由连接到第一接地结构的信号连接来完成，天线的第二正交极化方式可以通过连接到环形体的信号连接来完成。
例如第一发射和/或接收装置可以连接至第一接地结构，而第二发射和/或接收装置可以连接至环形体。因此，第一发射/接收装置可以使用天线的一种极化方式而提供第一输入/输出通道，而第二发射/接收装置可以使用天线的另一种极化方式（其正交于第一种方式）而提供第二输入/输出通道。
附图说明
现在将参考附图详细描述本申请的实施方式，其中：
图1示出了天线的平面图和端视图；
图2示出了包括例如图1所示的天线的多输入多输出通信装置的一种结构；
图3示出了图2所示通信装置的第二种结构；
图4示出了例如图1所示的天线的S参数图；
图5提供了天线工作时电流密度的一般说明；
图6提供了某些类型的天线尺寸（详见表1）的详细说明。
附图中，相同的附图标记用于表示相同的元件。
具体实施方式
图1示出了设置在平面电介质基板的表面上的天线1。在图1所示的示例中，基板3包括介电常数在大约3.2和3.6之间的电介质。基板3可以是0.8mm厚，或约0.5毫米至1.5毫米。典型地，基板为方形且宽50mm；但是，也可以使用其他的尺寸和形状。
通过该表面上的层状导体13、15、15'、25的分布来设置天线1。天线1包括环形接地结构13、第一接地结构25和第二接地结构15,15'。
图1所示的环形接地结构13包括由不完整圆形轨迹构成的圆形的环形体。环形体是不完整的，因为该环在其圆周上的第一位置被端口17横切。环形体可以具有大约23mm的半径，该半径是测量从该不完整圆的中心到轨迹宽度的中间而得到，并且轨迹可以具有大约3mm的宽度（例如，环形具有内半径（距其中心约为21.5mm）以及约为24.5mm的外半径）。其他尺寸也是可以使用的。构成这些接地结构13、15、15’、25的层状导体可以包括铜，并且可以是大约35μm的厚度。
环形接地结构13还可包括柄部19，其从环形体的外边缘21径向向外延伸。环形体的柄部19与端口隔开，间隔为大约环形体的1/4圆周，例如环形体中端口17和环形体的柄部19的角间距（环形体绕其中心转过的角度）为大约90°。环形体的柄部19可以是锥形，其中，柄部与环形体的外边缘21相连处的宽度窄于它的径向外端的宽度。例如，它可以具有第二圆形环形体的弧形，其内半径等于环形接地结构的外半径。
图1所示的第一接地结构25基本上为具有直的柄部11和弧形T条27的T形体。T形体的直柄部11位于环形体中的端口17，从环形体的径向外边缘21横切进入环形体包围的内部区域。环形接地结构13的端部边缘分别相邻于T形接地结构25的直柄部11的两侧，且与直柄部11的相应的相邻边缘平行。
弧形T条27位于直柄部11的径向的内端上。该弧形部位27靠着端口17的任一侧的环形的径向内边缘23并延伸。弧形T条27的径向外边缘平行于环形体的径向内边缘23，且该径向外边缘在横向于基板3的第一表面5上与该径向内边缘23相隔一选定的距离（图6中标记为g2）。该距离可以等同于T条的直柄部的一侧边和环形接地结构的与直柄部毗邻的端部边缘之间的间隔。该间隔在图6中标记为g1。
第一接地结构25的弧形部位可以相应地占据了小于环形体的径向内边缘23的约1/3圆周，例如它可以是环形体绕其中心转过的小于120°的角度。第一接地结构25的T形部位27的长度（即该部位沿环形体的圆周延伸的范围）可以根据环形体的半径来选择。例如，环形体可以具有大约23mm的半径，在这种情况下，第一接地结构可以占据环形体的径向内边缘23的约1/3圆周。弧形部位27的长度可以基于天线的工作频率来选择。例如，弧形部位27可以是大约25mm长，而这可以提供3GHz的共振频率（25mm是四分之一波长）——参见图4。如果希望改变该频率，则可以改变弧形部位27的长度。
在本申请的上下文中将理解到，可以基于所希望的天线工作频率范围，来选择环形体的半径。对于大约3GHz的工作频带，环形体的半径（主环半径）可以为大约23mm，是通过测量从环形体的中心到导电轨迹的中间部位而得到，导电轨迹令环形体处于良好的工作状态。环形体的宽度可以是大约3mm。这意味着图1中的环形体的内半径可以是21.5mm。
图1所示第二接地结构15、15'包括两个基本为L形的部位，其分别位于环形接地结构的柄部19的侧面。这两个L形部位具有不同的尺寸，且分别位于环形体的柄部19的两侧。两个L形部位中较大的那个位于柄部19的远离从端口进入环形体的一侧。该L形部位的“背部”为弧形，而该L形部位的“底部”则是直的。该‘L’形的弧形背部位于环形接地结构的毗邻环形体的柄部19的径向外边缘21旁。该弧形部位的边缘与环形接地结构相邻，且平行于该环形体的径向外边缘21。‘L’形底部的底边平行于环形体的柄部19的边缘。L形和环状接地结构之间的间隔在沿其边缘的长度方向上可以是一致的。两个L形部位中较小的那个位于柄部19的与较大的L形部位相对的一侧（即位于最接近端口进入环形体的一侧）。这个较小L形部位的“背部”是直的且位于环形体的柄部19旁；而该较小L形部位的“底部”可以是弧形且位于环形接地结构的径向外边缘21旁，并且对应于柄部19和端口之间的边缘的一小部分。
第一缝隙29由第一导电接地结构25的弯曲边缘和弯曲环形体的靠近该弯曲边缘的那部分内边缘23之间的间隔形成。该缝隙29可以用作波导。RF信号可以施加到第一导电接地结构25，或者施加到环形体13的靠着第一导电接地结构25的弯曲边缘的部分，以激励缝隙29并驱动天线1的基频的一种极化方式。
第二缝隙31由第二导电接地结构15的弯曲边缘和环形体的靠近该弯曲边缘的那部分外边缘21之间的间隙形成。该缝隙31可以用作第二波导。因此，RF信号可以施加到第二导电接地结构15、15’，或施加到环形体的靠着第二导电接地结构15的弯曲边缘的部分，以激励该缝隙并驱动天线1的诸如天线1的基频的一种方式。
图1中还示出了接地平面导体7，该接地平面导体在基板3的背离天线1的另一侧上，并且可以通过另一电介质9而与基板3分离。该另一电介质9可以包括气隙，并且可以包括诸如泡沫的间隔材料。基板3的第一表面5和接地平面7之间的间隔可为约1.5cm。具有该另一电介质9和接地平面（例如所谓的PEC接地平面）的整个天线1可以设置在盒子或任何其他类型的封装物内。该封装物可以适于使装置能够固定到家庭住宅、商业场所或其他建筑物的窗户上。在一些实施方式中，该另一电介质9可以设置为窗玻璃。在这些实施方式中，基板3的背面可以（例如通过粘合剂）固定到窗玻璃的一侧，而设置为导电网格的接地平面导体可以设置在窗玻璃的另一侧上。在设置有接地平面导体（无论具有或不具有前述另一电介质）的情况下，上述两个缝隙可以用作所谓的“背敷金属”共面波导。
第一缝隙29（由第一导电接地结构25形成）和第二缝隙31（由第二导电接地结构15形成）可以彼此横向设置。例如，缝隙29可以在基板3的表面上与缝隙31正交。比如，他们各自的中心之间的角间距可以为90°。缝隙29、31本身是弯曲的，且不需要在精确的几何意义上正交。每个缝隙的馈线（例如其与发射/接收信号的连接）可以与另一个缝隙的馈线绕天线的圆周分开90°。
RF信号可以施加到第一导电接地结构25或施加到与第一导电接地结构相邻的环形体，以激励第一缝隙并驱动天线的一个极化方式。同样地，RF信号可以施加到第二导电接地结构15、15’或施加到与第二导电接地结构相邻的环形体，以激励第二缝隙31并驱动天线1的第二极化方式（其正交于第一极化方式）。第一方式和第二方式可以是例如正交的基波（第一阶）方式。因此可以通过天线1同时传送两个独立的RF信号。如上所述，第二接地结构的较大L形部位15的“背部”是弧形，而其“底部”是直的。在一些实施方式中，该L形接地结构15的“背部”和“底部”可以都是直的。然而，在不希望受理论束缚的情况下，可以认为，通过使用第二接地结构的该L形部位15的背部上的弯曲（弧形）边缘，可以减少这两个独立的RF信号之间的耦合。
图2示出了用于天线的第一信号连接结构。
图2所示的系统包括例如上面参考图1所述的天线1、接地连接40、以及两个发射/接收装置42、44，每个装置独立于另一个装置而可操作地进行发射和接收RF电信号。每个发射/接收装置42、44包括用于RF电信号的输入/输出信号连接46、48。
在图2中，第一发射/接收装置42的输入/输出信号连接46与天线1的第一接地结构25的柄部11连接。在该柄部11的任一侧，环形体13的相邻的端部边缘50、52连接到地40。第二发射/接收装置44的输入/输出信号连接48与环形接地结构的柄部19相连。第二接地结构15、15'的两个L形部位连接到地40。
在工作期间，第一发射/接收装置42将RF信号施加到第一接地结构25以激励由第一缝隙29提供的波导。这会驱动天线1的基波谐波方式的第一极化。类似地，第二发射/接收装置44经由环形接地结构13的柄部19而将RF信号施加到环形接地结构13，以激励由第二缝隙31提供的波导。第一缝隙和第二缝隙的相对空间设置（例如二者可选地为横向取向，比如彼此正交）可以使能天线，以驱动天线1的基波谐波方式的第二极化，该第二极化正交于第一极化。
图3示出了天线1的第二信号连接结构。
图3所示的系统包括例如上面参考图1所述的天线1、接地连接、以及两个发射/接收装置，每个装置独立于另一个装置而可操作地进行发射和接收RF电信号。每个发射/接收装置包括用于RF电信号的输入/输出信号连接。
在图3中，天线1的第一接地结构25的柄部11连接到地40。该柄部11的任一侧、环形体的相邻端部边缘50、52连接到第一发射/接收设备42的输入/输出信号连接46。
第二接地结构15、15’的两个L形部位连接到第二发射/接收装置44的输入/输出信号连接48。环形接地结构的柄部19连接到地40。
在工作期间，第一发射/接收装置42将RF信号施加到环形体13以激励由第一缝隙29提供的波导。这会驱动天线1的基波谐波方式的第一极化。类似地，第二发射/接收装置44将RF信号施加到第二接地结构15、15’以激励由第二缝隙提供的波导。与图2所示结构一样，这样可以驱动天线1的基波谐波方式的第二极化，该第二极化正交于第一极化。
图2和图3所示的发射/接收装置Tx/Rx 42、44可以包括任何适当的收发器。例如，典型地，这种装置可以包括连接至天线1的阻抗匹配电路、连接至该阻抗匹配电路以放大接收到的信号的接收放大器、以及用于解调信号所携带数据的解调器。它还可以包括用于将数据编码到待发送的RF信号上的调制器、以及用于待经由匹配电路发送到天线1的已调制RF信号的功率的发射放大器。
在本申请的上下文中将理解到的是，现有技术的系统可能需要两个天线部位来激励天线的两种极化模式中的每一种，这两个天线部位具有相同结构，或者至少具有对称性。这种系统可以依赖于这种等效的激励结构来提供平衡的单向辐射图。不希望受理论束缚的是，本申请的实施方式可以进行这样的配置，使得天线的驱动天线1的基波谐波方式的一种极化的部位不同于天线1的那些驱动相同模式的正交极化的部位。它们还可以允许两种极化分离——例如，通过在一个信号馈线和环形体的内边缘23之间提供磁性（例如电感或者也可能是电容）耦合、以及在第二信号馈线和环形体的外边缘21之间提供磁性（例如电感或者也可能是电容）耦合，来驱动正交极化。
图4是例如图1所示的天线在0.5GHz至5GHz的频率范围内的S参数的曲线图。该图的X轴70表示频率，此X轴上标记之间的主要增量为0.5GHz。该图的Y轴68表示以db为单位的S参数幅度。参数S-11在这些轴上由标有附图标记60的线表示。参数S-22在这些轴上由标有附图标记62的线表示。参数S-12在这些轴上由标有附图标记64的线表示。参数S-21在这些轴上由标有附图标记66的线表示。
在本申请的上下文中将理解到的是，S参数描述了电气系统的端口之间的输入-输出关系。在图4中，参数S-12表示从天线的第二信号连接（端口2）传输至第一信号连接（端口1）的功率。例如，参考图1至图3，第一信号连接（端口1）可以由第一接地结构25的柄部11连同环形体13的相邻端部边缘50、52一起提供。同样地，第二信号连接（端口2）可以由环形体的柄部19连通第二接地结构15、15’一起提供。
参数S-21表示从第一信号连接传输至第二信号连接的功率。参数S-11和参数S-22分别表示天线在第一信号连接和第二信号连接处反射的功率。因此，这些参数通常被称为天线的反射系数或回波损耗。
值得注意的是，从图1可以看出，参数S-21和参数S-12在1800MHz、2400MHz、2600MHz和3500MHz的频带中小于-17dB。天线的两个端口在这些频带处的回波损耗（S-11，S22）大于10dB。
参数S-1,1在0.7GHz至约1.7GHz的范围内为约-2dB和-3dB之间。然后它呈现一个陷波，其在下降至在大约1.8GHz处的大约-17dB，然后上升至在大约2.1GHz处的约-7dB的局部最大值。接着，它近似线性地减小为在约3.1GHz处的约-23dB的最小值，然后近似线性地上升至在约3.75GHz处的-10dB。它在3.75GHz至4.25GHz之间几乎恒定，然后近似线性地上升至在5GHz处的-8dB。参数S-22类似，但其在1.8GHz处的陷波深度较小。
参数S-12和参数S-21从0.7GHz处的约-33dB上升到约1.6GHz处的约-17dB。接着，它们略微下降至在约1.8GHz处的约-18dB，然后再次上升至在2GHz处的约-15dB。接着两者近似线性地下降至在3GHz处的-25dB（对于参数S-12）和-23dB（对于参数S-21）。然后两者上升至在大约3.6GHz处的约-19dB，并且它们或多或少地保持在这个程度直至5GHz。这仅是根据本申请的原理可以实现的天线性能的一个示例。
图5提供的电流密度图示出了在3500MHz处的电流分布。图5-A示出了与通过第一端口（例如，第一接地结构25和环形体的相邻边缘）的天线驱动相关的表面电流密度。附图5B示出了与通过第二端口（例如，第二接地结构15、15'和环形体的相邻边缘）的天线驱动相关的表面电流密度。
如图5-A所示，本申请的天线可以提供与第一接地结构25相关的电流分布，其主要集中在第一接地结构25的邻近最接近于第二接地结构环形体15、15’的“T形”的侧面的边缘上，以及集中在环形体的相邻边缘上。这些电流可以主要沿着环形体的端部边缘和T形的柄部的相邻边缘而按径向方向定向流动，其中，较小分量的电流也在圆周方向上且对齐于环形体的内边缘23，并定向朝向第二接地结构15、15’。这些电流还可以具有邻近第二接地结构15、15’的较小部位的边缘上的圆周分量和径向分量。
如图5-B所示，本申请的天线可以提供与第二接地结构15、15'相关的电流分布，其主要集中在环形体的对应于环形接地结构的柄部19的远离第一接地结构25的一侧的外边缘21上，以及集中在第二接地结构15、15’的邻近环形体的外边缘21的该部位的边缘上。这些电流还可以具有沿环形接地结构的柄部19的边缘、以及邻近于该柄部19的第二接地结构15、15’的边缘方向上的明显的径向分量。
图6示出了天线的示意性平面图（见图6-A），以及图6所示天线的一部分的放大视图（见图6-B）。
如图6-A所示，本申请的天线包括环形接地结构、第一接地结构25和第二接地结构。这些接地结构包括设置在平面电介质基板3的表面上的扁平的层状导电材料区域。环状接地结构包括在环形的第一位置处具有裂口的环形体，以及在第二位置处从环形体的外边缘21突出的柄部19。第一接地结构25可以是T形体，其中T形体的“水平”T条是弧形，T形体的柄部穿过环形体而位于裂口中。T条的柄部可以用作将信号连接到第一接地结构25的馈线。弧形T条位于环形体的裂口的任一侧的内边缘23附近。第二接地结构可以包括两个部位15、15’，二者都邻近环形体的外边缘21，且分别位于柄部19的两侧上。这两个部位可以各自为L形，且它们的尺寸可以不同。这两个L形部位中的较大者15可以具有弧形背部，其边缘位于环形体的外边缘21旁边。这两个L形部位中的较小者15’可以具有与环形体13的外边缘21相邻的一个边缘、以及与环形体的柄部19相邻的另一边缘。第二接地结构的较小L形部位15’位于柄部19的与较大L形部位15相对的一侧。
天线的这些不同部位的尺寸可以为如下表所示的范围：
表1
标记 描述 下限 上限
R 环形体的环半径 20 mm 30 mm
W1 环宽度 1.5 mm 5 mm
f1 第一接地结构的馈线宽度（例如，T形体的柄部的宽度） 2 mm 6 mm
f2 环状的柄部的馈线宽度 2 mm 6 mm
W2 第二接地结构的弯曲部位的宽度 1 mm 3 mm
W3 第一接地结构的弯曲部位的宽度 1 mm 3 mm
L3a 第一接地结构的绕环形体并背离第二接地结构的一侧的弯曲部位的长度 20 mm 30 mm
L3b 第一接地结构的绕环形体并朝向第二接地结构的一侧的弯曲部位的长度 8 mm 16 mm
L2A 第二接地结构的绕环形体并背离第一接地结构的一侧的弯曲部位的长度 20 mm 30 mm
g1 间隙宽度，该间隙位于环形体的端部边缘及其相邻的第一接地结构的馈线的边缘之间 0.1 mm 0.8 mm
g2 间隙宽度，该间隙位于环形体的内边缘及其相邻的第一接地结构的弯曲部位的边缘之间 0.1 mm 0.8 mm
g3 间隙宽度，该间隙位于第二接地结构的向外指向的部位的边缘及其相邻的环形接地结构的柄部的边缘之间 0.1 mm 0.8 mm
g4 间隙宽度，该间隙位于第二接地结构的弯曲部位的边缘及其相邻的环形接地结构的外边缘之间 0.1 mm 0.8 mm
X2 第二接地结构和环形接地结构的柄部的总宽度 5 mm 20 mm
X1 第一接地结构的柄部及其相邻的第一接地结构的馈线的总宽度 5 mm 20 mm
在本申请的上下文中将理解到的是，这些值仅是示例性的，并且可以使用不同的值。
基板可以是ROGERS（罗杰斯） 4003C，且相对介电常数为3.38。其他基板如FR4（相对介电常数为4-5）也是这种天线的一种理想选择。一般地，不同的基板只会略微改变天线的参数（尺寸及物理参数）。基板厚度可以小于约1.5mm或2mm，以减少不必要的表面波，该表面波会反过来对天线的辐射图产生不利影响。
基板可以具有边距，该边距延伸并超出导电接地结构的边缘一段选定的距离，以避免这些区域中的场偏移；例如，基板的边缘处（导电接地结构的周围）可以留有足够的边距，以减少导体（例如，环形体和地）边缘处的电场扰动。
第一导电接地结构或第二导电接地结构的沿着环形体的边缘的长度可以发生变化——例如，它们在图1中示出为沿着环形体的大约1/4或大约1/3的圆周方向延伸。但是，也可以使用其他的长度。
本申请公开的任何一个示例的任何特征可以与本文描述的任何其他示例的任何选定特征相组合。例如，方法的特征可以在适当配置的硬件中得以实现，而本文描述的特定硬件的配置可以在使用其他硬件实现的方法中予以使用。
从上面的讨论可以理解，附图所示的实施方式仅仅是示例性的，且包括可以如说明书和权利要求中描述的概括性特征、移除性特征或替换性特征。通过参考附图，可以理解本文是使用示意性功能框图来呈现所描述的系统和装置的功能。然而，可理解的是，该功能不需要按这种方式划分，且不应当被认为暗示不同于本说明书和权利要求所述的硬件之外的任何特定硬件结构。附图中示出的一个或多个元件的功能可以进一步细分和/或分布在本申请的装置中。在一些实施方式中，附图中示出的一个或多个元件的功能可以集成到单个功能单元中。
以上实施方式应被理解为说明性示例；可以想象得到其他实施方式。应当理解，关于任何一个实施方式所描述的任何特征可以单独使用，或者与所描述的其他特征组合使用，并且还可以与任何其他实施方式、或任何其他实施方式的任何组合的一或多个特征组合使用。此外，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，也可以采用上面未描述的等同物或修改。

Claims (20)

1.一种天线，包括：
平面电介质基板；
位于基板的第一表面上的第一导电环形体；
位于第一表面上的第一导电接地结构，其中，该第一导电接地结构位于由第一导电环形体限定的表面的区域中，且第一导电接地结构的边缘与第一导电环形体的一部分内边缘相邻并平行；
设置在第一表面上的第二导电接地结构，其中，该第二导电接地结构的边缘与第一导电环形体的一部分外边缘相邻并平行。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，第一导电接地结构包括位于第一表面上的第一弧部。
3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，第一导电接地结构还包括与第一弧部连接的第一柄部，且第一柄部与第一导电环形体分离。
4.如权利要求3所述的天线，其特征在于，第一柄部设置在第一表面上并且将第一导电环形体的一部分从内边缘横切到外边缘。
5.如权利要求2、3或4所述的天线，其特征在于，第二导电接地结构包括位于第一表面上的第二弧部。
6.如权利要求2、3、4或5所述的天线，还包括第二柄部，其连接第一导电环形体的外边缘。
7.如权利要求6所述的天线，其特征在于，第二柄部位于所述第一表面上。
8.如权利要求7所述的天线，其特征在于，第二柄部位于第二导电接地结构的径向对齐边缘旁且与其平行。
9.如权利要求6、7或8所述的天线，其特征在于，第一柄部和第二柄部之间的绕着环形体的圆周的角间距为90°。
10.如前述任一权利要求所述的天线，其特征在于，第一导电接地结构和第二导电接地结构邻近第一导电环形体的不同部位的边缘设置。
11.如前述任一权利要求所述的天线，还包括：与第一导电接地结构相连的第一信号连接、以及与第一导电环形体的邻近第二导电接地结构的边缘相连的第二信号连接；
其中，第一导电环形体的邻近第一导电接地结构的边缘接地，第二导电接地结构接地。
12.如权利要求1-10任一项所述的天线，其包括：连接至第一导电环形体的与第一导电接地结构相邻边缘的第一信号连接，以及连接至第二导电接地结构的第二信号连接；
其中，第一导电接地结构接地，并且第一导电环形体的与第二导电接地结构相邻的边缘接地。
13.如前述任一项权利要求所述的天线，其特征在于，第二导电接地结构包括与第一导电环形体的外边缘相平行的弧形部位，以及连接至所述弧形部位并平行于第一柄部的第三柄部。
14.一种MIMO收发器装置，包括：
天线，其包括位于平面电介质基板的第一表面上的导电环形体；
位于第一表面上的第一导电接地结构，其中，该第一导电接地结构位于第一表面上的由所述导电环形体限定的区域中；
设置在第一表面上的第二导电接地结构，其中，该第二导电接地结构的边缘与所述导电环形体的外边缘相邻；
连接至第一接地结构的第一发射/接收装置；以及
连接至所述导电环形体的第二发射/接收装置；
其中，第一发射/接收装置用于提供第一输入/输出通道，第二发射/接收装置用于提供第二输入/输出通道。
15.如权利要求14所述的MIMO收发器装置，其特征在于，第一导电接地结构的边缘与所述导电环形体的内边缘相邻并平行，且第二导电接地结构的边缘与所述导电环形体的外边缘平行。
16.如权利要求14或15所述的MIMO收发器装置，其特征在于，第一导电接地结构包括位于第一表面上的第一弧部。
17.如权利要求16所述的MIMO收发器装置，其特征在于，第一导电接地结构还包括与第一弧部连接的第一柄部，且第一柄部与所述导电环形体分离并横切所述导电环形体的一部分。
18.一种提供多输入多输出MIMO通信的方法，所述方法包括：
操作第一发射/接收装置连接天线的第一导电接地结构，所述天线包括：
位于电介质基板的第一表面上的导电环形体；其中第一导电接地结构由所述电介质基板承载在由所述导电环形体限定的区域中；
其中操作第一发射/接收装置包括使用所述天线的第一极化方式来提供第一输入/输出通道：
操作第二发射/接收装置连接到所述导电环形体，以使用所述天线的第二极化方式来提供第二输入/输出通道。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述天线的第一极化方式正交于所述天线的第二极化方式。
20.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述第一极化方式和第二极化方式包括所述天线的基波方式。
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