CN111869001A - 具有多元件结构的可配置多频带天线装置以及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频带天线装置，其包括至少两个主要导电元件，第一主要导电元件在第一电磁辐射的第一基本模式处谐振，并且第二主要导电元件在第二电磁辐射的第二基本模式处谐振，其中，所述第二主要导电元件在馈送连接处被连接到所述第一主要导电元件，所述馈送连接被定位在根据所述第一电磁辐射的电流的腹部限定的位置处或附近，并且所述天线装置具有比所述第一主要导电元件更多的谐振模式。所述天线装置还可以被配置为使得所述第一主要导电元件的所述谐振模式具有与所述第一主要导电元件的这些谐振模式的对应带宽相比被扩大的带宽。根据本发明，所述天线装置的设计方法提供了天线装置的谐振模式与由一系列频率并且可能地预定匹配水平和选择性处的对应带宽以及在某些实施例中预定形状因子限定的规范之间的匹配。

Description

具有多元件结构的可配置多频带天线装置以及其设计方法

技术领域

本发明涉及在VHF、UHF、L、S、C、X或更高频带中具有多个频率模式的天线装置。更确切地说，根据本发明的天线装置可以以简单的方式被设计和调谐以在多个预定频率(尤其是在微波或VHF/UHF域中)发射/接收(T/R)射频信号，并且具有紧凑的形状因子。

背景技术

现在需要在移动中连接飞机、轮船、火车、卡车、轿车上或者由行人携带的终端或智能电话。车载的或位于制造厂、办公室、仓库、仓储设施、零售场所、医院、运动场所或家中的各种物体都被连接到物联网(IoT)：用于定位并识别存货中的物品或者使人员进出限制区的标签；用于监测其用户的身体活动或健康参数的设备；用于捕获环境参数(污染物浓度；湿度(hygrometry)；风速等)的传感器；用于远程地控制和命令各种家用电器的致动器，或者更一般地，可以是命令、控制、通信和智能系统的一部分的任何类型的电子设备，所述系统例如被编程为捕获/处理信号/数据，将信号/数据传送到另一电子设备或服务器，使用实现人工智能或基于知识的推理的处理逻辑来处理数据，并且返回信息或激活要由致动器实施的命令。

射频(RF)通信比用于连接这些类型的物体或平台的固定线路通信更通用。因此，射频T/R模块在专业和消费应用中现在很普遍并且将越来越普遍。多个T/R模块可以在同一个设备上实施。举例来说，智能电话通常包括蜂窝通信T/R模块、Wi-Fi/蓝牙T/R模块、卫星定位信号(来自全球导航卫星系统或GNSS)的接收机。WiFi、蓝牙和3G或4G蜂窝通信在2.5GHz频带(S频带)中。GNSS接收机通常工作在1.5GHz频带(L频带)中。射频识别(RFID)标签工作在900MHz频带(UHF)或更低频带中。近场通信(NFC)标签以非常短的距离(约10厘米)工作在13MHz频带(HF)中。

物联网连接的好的折衷似乎在于VHF或UHF频带(30MHz至300MHz和300MHz至3GHz)中以获得足够的可用带宽和范围，对多路径反射具有良好的适应性以及低功率预算。

在这些频带处设计T/R模块需要解决的问题是具有足够紧凑的天线以适配连接物体的形状因子。

适用于VHF频带的传统单极型全向天线的长度在25厘米至2.5米(λ4)之间。

特别地由具有相同发明人并且被共同转让给本申请的申请人的以No.WO2015007746公开的PCT申请提供了对于该问题的解决方案。该申请公开了一种塞子型(bung-type)的天线装置，其中，组合多个天线元件，使得该装置的最大尺寸与波长之间的比率可以远低于波长的十分之一，甚至低于波长的二十分之一，或者在一些实施例中，低于波长的五十分之一。为了实现这样的结果，控制天线的基本模式的天线元件以诸如例如螺旋形的3D形状因子来卷绕，使得其外部尺寸相对于其长度减小。

但是还需要所连接的设备与使用WiFi或蓝牙频带和协议进行通信的终端兼容。在这个用例中，T/R模块的某些级必须兼容VHF频带和S频带两者。如果GNSS接收机被添加到这样的设备，则还需要在L频带中的T/R能力。这意味着这样的设备的天线装置应当能够在不同的频带中同时或相继地通信。增加与频带一样多的天线在形状因子、功率预算和材料方面是昂贵的。这为天线的设计带来了另一个具有挑战性的问题。以No.WO200122528和WO200334544公开的PCT申请公开了针对基站天线的一些潜在解决方案。但是这些解决方案不在VHF频带中工作，并且也不在这些频带内提供足够紧凑的装置。

本申请的申请人已经提交了与本申请具有相同发明人的欧洲专利申请No.EP2016/306059.3。该申请公开了一种“盆景”天线装置，即一种包括以下项的天线装置：第一导电元件，其被配置为在电磁辐射的限定频率之上进行辐射；一个或多个额外(次要)的导电元件，其被定位在根据电磁辐射的谐波的电流的节点的位置(即，零电流或开路–OC-位置)限定的一个或多个位置处或附近。

由该专利申请公开的盆景天线装置，由于被天线装置的设计者放置在主干上的选定点处的“叶片”，提供了围绕“主干”天线的高阶模式调节天线的辐射频率的灵活性。但是这种灵活性被约束在特定范围内。特别地，可以在同一主干上被调节的频率的数量实际上应当被限制为四个(基本模式加上三个第一高阶模式)以避免被添加到主干的叶片之间的电磁耦合。同样地，叶片的长度应当保持主干的长度的一小部分以避免干扰其他模式，使得频率移位被限制为每个模式的辐射频率的值的一小部分。因此，不能够在由该上述专利申请公开的类型的天线装置上容易地实施任何种类的选定频率。

本专利申请在显著的程度上克服了这些限制。

发明内容

本发明通过提供一种天线装置来满足该需求，所述天线装置包括具有第一基本模式和对应的第一高阶模式的第一主要导电元件以及具有第二基本模式和对应的第二高阶模式的至少第二主要导电元件，所述第二主要导电元件具有被定位在所述第一主要导电元件的电流的腹部(也被指定为峰值，即电流的最大值或短路位置或SC位置)处或附近的馈送连接，所述天线装置具有高于所述第一主要导电元件的谐振模式数量的谐振模式数量。

更具体而言，本发明公开了一种天线装置，其包括：第一主要导电元件，其被配置为在限定第一电磁辐射的第一基本模式的第一频率之上谐振；至少第二主要导电元件，其被配置为在限定第二电磁辐射的第二基本模式的第二频率之上辐射，并且具有馈送连接，所述馈送连接被定位在根据所述第一电磁辐射的谐波的电流的腹部的位置限定的所述第一主要导电元件上的位置处或附近；其中，所述天线装置具有高于所述第一主要导电元件的谐振模式数量的谐振模式数量。

有利地，所述第二主要导电元件的所述馈送连接被定位在所述第一主要导电元件的馈送线处。

有利地，至少所述第二电磁辐射的基本模式或高阶模式中的一个的第二给定频率与所述第一电磁辐射的基本模式或高阶模式中的一个的第一给定频率之间的差高于分别在所述第二和第一给定频率处的所述第二和第一主要导电元件的电磁敏感性的加和的一半，所述电磁敏感性被限定在给定匹配水平处。

有利地，本发明的天线装置，进一步包括被定位在根据所述第一频率的选定谐振模式的电磁辐射的电流的节点的位置在所述第一主要导电元件上限定的一个或多个位置处或附近的一个或多个第一次要导电元件。

有利地，所述至少第二主要导电元件包括被定位在根据所述第二频率的选定谐振模式的电流的节点的位置在所述第二主要导电元件上限定的一个或多个位置处或附近的一个或多个第二次要导电元件。

有利地，所述第二频率被限定为至少具有所述第二主要导电元件在所述第一频率的选定谐振模式中的一个的频率处与所述天线装置的部分形成高于一阶的谐振结构的谐振模式。

有利地，跨围绕所述第一频率的选定谐振模式中的一个选定谐振模式的所述频率限定的带宽在预定义水平处或之上匹配高于一阶的谐振结构。

有利地，所述带宽等于或大于所述第一频率的选定谐振模式中的一个选定谐振模式的所述频率的预定义百分比值。

有利地，跨围绕在等于或大于绝对预定义值的水平处的所述第一频率的选定谐振模式中的一个选定谐振模式的频率的所述带宽匹配所述天线装置。

有利地，本发明的天线装置进一步包括具有馈送连接的至少第三主要导电元件，所述馈送连接被定位在根据所述第一或第二频率的选定谐振模式的电流的腹部的位置限定的所述第一或第二主要导电元件中的一个上的位置处或附近，所述第三主要导电元件被配置为与所述天线装置的至少部分在所述第一或第二频率的选定谐振模式中的一个选定谐振模式的频率处形成高于一阶的谐振结构。

有利地，所述主要导电元件中的一个或多个是金属带和/或金属丝。

有利地，所述主要导电元件中的一个或多个具有2D或3D紧凑形状因子中的一个。

有利地，本发明的天线装置通过金属化工艺被沉积在利用聚合物、陶瓷或纸基板中的一种层叠的非导电基板上。

有利地，本发明的天线装置被调谐为在两个或更多个频带中辐射，所述频带包括ISM频带、WiFi频带、蓝牙频带、3G频带、LTE频带、GNSS频带或5G频带中的一个或多个。

本发明进一步公开了一种设计天线装置的方法，包括：将第一主要导电元件的几何结构限定为在限定第一电磁辐射的第一基本模式的第一频率之上谐振；将第二主要导电元件的几何结构限定为在限定第二电磁辐射的第二基本模式的第二频率之上谐振；形成所述至少第二主要导电元件的馈送连接，所述馈送连接被定位在根据所述第一电磁辐射的谐波的电流的腹部的位置限定的所述第一主要导电元件上的位置处或附近；其中，所述天线装置具有高于所述第一主要导电元件的谐振模式数量的谐振模式数量。

有利地，限定长度的一个或多个主要导电元件在限定位置处被迭代地添加到预先设计的主要导电元件，以便匹配包括一系列预定频率的所述天线装置的规范。

有利地，被添加以匹配所述天线装置的所述规范的所述一个或多个主要导电元件被进一步限定为匹配针对所述一系列频率中的至少一个或多个频率的指定带宽。

有利地，被添加以匹配规范的所述一个或多个主要导电元件被进一步限定为匹配所述天线装置的形状因子。

本发明的多频率天线装置可以是紧凑的，允许其被有利地集成在小体积中。

本发明的天线装置还有利地设计起来简单，特别是当将至少两个辐射频率(而且可能更多个辐射频率)调谐到期望值时，考虑到天线装置的环境的影响，特别是接地平面、对其电气性能有电磁影响的第一和第二主要导电元件以及次要导电元件(或“叶片”)的相对定位。

本发明的天线装置非常易于制造，并且因此具有低生产成本。

同样地，本发明的天线装置非常容易以正交配置或者以共面配置连接到RF印刷电路板(PCB)。

在一些可选实施例中，可以考虑目标匹配水平来控制基本辐射频率或高阶模式的带宽，以便当传输视频或需要高吞吐量的其他内容时确保这些受控频率处的最小服务质量。

附图说明

在阅读纯粹以非限制性范例方式给出的具体实施例的以下详细描述之后，将更好地理解本发明及以其优点，该描述参考附图来进行，在附图中：

-图1表示根据现有技术的天线装置；

-图2显示了根据本发明的实施例的天线装置的原型；

-图3图示了图1的天线装置和图2的天线装置的频率响应；

-图4表示本发明的实施例中的具有三个主干的天线装置的第一变体；

-图5图示了图4的天线装置的实验频率响应；

-图6表示本发明的实施例中的具有三个主干的天线装置的第二变体；

-图7a、7b和7c表示图6的天线装置的三个主干中的每个主干的个体频率响应，而图7d表示同一天线装置的总频率响应；

-图8a、8b和8c表示具有已经相对于图6的天线装置的那些被移位的谐振频率的天线装置的三个主干的个体频率响应，而图8d表示三个主干的组合的总频率响应；

-图9a图示了谐振结构在给定频率和给定匹配水平处的选择性的计算，而图9b图示了两个谐振频率保持分离的两个频率响应的组合，并且图9c图示了两个谐振频率在扩大的带宽中合并的两个频率响应的组合；

-图10a和10b分别图示了具有具备位置和尺寸参数的主干和分支的天线装置和允许将天线装置的辐射行为表征为位置和尺寸参数的函数的值的直接计算的史密斯图；

-图11a和11b分别图示了具有主干和被连接到主干的两个分支的第一天线装置和具有主干、被连接到主干的第一分支和被连接到第一分支的第二分支的第二天线装置，这两个装置具有其位置和尺寸参数；

-图12a、12b、12c、12d和12e表示根据本发明的天线装置的不同实施例；

-图13a和13b分别表示根据现有技术的主干天线以及其频率响应；

-图14a、14b、14c和14d分别表示具有具备其位置和尺寸参数的主干和分支的天线装置的示意图、针对该天线的第一谐振频率的史密斯图、针对该装置的第二谐振频率的史密斯图、以及主干和具有分支的主干的频率响应；

-图15a和15b分别表示具有被定位在馈送连接处的具有其尺寸参数的主干和分支的天线装置的示意图以及该天线装置的频率响应；

-图16表示根据本发明的设计多频带天线装置的方法的流程图；

-图17a和17b分别表示根据现有技术的2D天线装置以及其频率响应的范例；

-图18a和18b分别表示根据现有技术的2D天线装置以及其频率响应的另一范例；

-图19a和19b分别表示根据本发明的2D多频带天线装置以及其频率响应的范例；

-图20a和20b分别表示根据本发明的2D多频带天线装置以及其频率响应的另一范例。

具体实施方式

图1表示根据现有技术的天线装置。

天线装置100是在方位面中具有全向辐射图案的单极天线。

根据在参考编号EP2016/306059.3下公布的欧洲专利申请中公开的实施例的天线装置100的结构类似于在一些方面类似于盆景的结构的紧凑树结构。选择这种装置的尺寸，使天线适合在ISM(工业、科学和医学)、VHF和UHF频带工作。所述树包括主干110、叶片121、122。树被植于接地平面130上。

主干110由导电材料、金属丝或带形成，具有被限定为基本模式的期望辐射频率的函数的部署物理长度

如以下在说明书中进一步解释的。主干可以内接在平面中。在一些实施例中，其中，内接了主干的平面可以平行于接地平面，或者可以在天线和接地平面被设计为共面布置的解决方案中被内接在接地平面中。在这样的布置中，可以将天线刻在基板的表面上，并且可以将接地平面刻在基板的背板上。在如图1a所描绘的其他实施例中，其中，内接了主干的平面垂直于接地平面。主干可以可替换地内接在非平面表面或体积结构中。这样的形状因子有利于增加给定物理长度

的天线装置的紧凑性。

在该步骤处，引入辐射元件的“电气长度”的概念是有用的。物理长度

的元件在波长λ处的电气长度

被限定为

然后，如果辐射在电磁介电常数ε_r的介质中传播，其中，

我们将使

在空气中，其中，ε_r＝1，我们然后使

能够以度为单位或以弧度为单位来表示电气长度。例如，对于

(以λ为单位)，我们能够将该值表示为

(以度为单位)或

(以弧度为单位)。

也能够限定等效电气长度

例如，如果限定长度和形状因子的叶片在限定位置处以限定取向被添加在主干上，主干和叶片的组合将具有被限定为

的等效电气长度，其中，

为频率f的函数，并且是为叶片的添加的结果的主干的电气长度的变型。

叶片121、122也由金属形成，并且在限定的点处被机械地和电气地连接到主干，如以下在说明书中进一步讨论的。所述叶片可以被视为在限定的方向上延伸限定量的天线的长度的结构。所述叶片因此可以在空间中具有不同的位置、形状因子、尺寸和取向。其可以或者可以不一起内接在同一个平面或不同的表面中。其可以内接在包括或不包括主干的平面中。选定的位置、形状因子、尺寸和取向将影响被施加到由主干的长度限定的基础频率的辐射频率(即基本和高阶模式)的变化。

不同的辐射模式基本上由辐射极元件的电气长度来限定：

-基本模式由等于1/4(λ)(第一谐波)的辐射元件的电气长度

限定，其中，λ＝c/f，f是基本模式下的辐射频率；

-第1高阶模式由等于3/4(λ₁)(第三谐波)的辐射元件的电气长度

限定，其中，λ₁＝c/f₁，f₁是辐射元件的第一高阶模式的谐振频率；

-第2高阶模式由等于5/4(λ₂)(第五谐波)的辐射元件的电气长度

限定，其中，λ₂＝c/f₂，f₂是辐射元件的第二高阶模式的谐振频率；

-第3高阶模式由等于7/4(λ₃)(第七谐波)的辐射元件的电气长度

限定，其中，λ₃＝c/f₃，f₃是辐射元件的第三高阶模式的谐振频率。

接地平面130是PCB结构的金属背板，其包括激励电路，所述激励电路在其机械和电连接140的点处将RF信号馈送到主干。

图2显示了根据本发明的实施例的天线装置的原型。

由在参考EP2016/306768.9下提交的欧洲专利申请公开的天线装置的发明人已经发现，在选定点处将预定长度的分支添加到盆景的主干允许围绕天线的电磁辐射的限定频率或者其谐波来调节频率带宽，以便能够确保限定的吞吐量，或者满足诸如IEEE 802.11、802.15.4等针对无线电通信的各种标准的性能要求，例如用于以限定的服务质量传输多媒体内容。这样的天线装置可以实现受控的宽带能力。

根据本发明，在限定位置处添加限定长度的分支(当在天线装置140的馈送线处被连接到第一主干时，其也可以被指定为第二“主干”)提供其他有用的优点。

图2的天线装置200可以从图1的天线装置100开始设计，其主干110在接地平面130处被连接到馈送线140。第一主干是单极天线。第一主干承载两个叶片121、122，因此由基本模式f⁽¹⁾开始限定的多个频率

(指数(i)指定主干或分支的索引——其中，主干被连接到馈送线140，而分支被连接到与馈送线140不同的另一位置——并且索引j指定模式的阶，没有索引指定基本模式)处限定了多谐振器，使得包括其叶片的主干的总电气长度等于在该频率的波长的四分之一。根据EP2016/306059.3的公开内容，叶片121、122位于沿着主干的“热点”(或开路位置)处，所述热点被限定在辐射极上极柱中电流最小或电压最大的位置处。在针对一模式(基本或高阶模式)的热点之一个上添加叶片会将针对该模式的辐射频率移位到较低的值。因此，可以使用处于上面解释的数学关系的基本和高阶模式的频率来产生期望值的辐射频率。

根据本发明的一方面，第二主干211(或第二主要导电元件，第一主干被限定为第一主要导电元件)在作为针对所有模式的“冷点”(短路位置)的位置140处被添加到第一主干。与热点相反，冷点根据EP2016/306059.3的公开内容被限定为辐射极上极柱中电流最大或电压最小的位置。在冷点处添加辐射元件将不修改第一主干的辐射特性。两个叶片221和222被添加到第二主干211。分支211加上叶片221和222的总电气长度被设置在

处，其中，λ⁽²⁾＝c/f⁽²⁾，其中，该组合元件的基本辐射模式的频率f⁽²⁾是根据天线装置的规范来确定的。

根据本发明的该方面，将可能的是，如果其与第一导电元件的基本模式的频率的差高于阈值Δf，则在包括第一主要导电元件的天线装置中调谐高于f⁽¹⁾的第二主要导电元件211的辐射频率。下面在描述中进一步详细地解释了Δf的确定。

图3图示了图1的天线装置和图2的天线装置的频率响应。

曲线310表示图1的天线装置的频率响应(现有技术)。横轴显示了电磁辐射的频率的值，并且纵轴显示了其匹配水平的值。频率f⁽¹⁾(0,56GHz，311)是电磁辐射的第一谐波或基本模式，频率f₁ ⁽¹⁾(1,50GHz，312)是其第三谐波或第一更高模式，并且频率

(2,86GHz，313)是其第五谐波或第二更高模式。这些频率值通过使用如在图1上显示的被连接到主干的叶片121、122来调谐。

曲线320表示图2的天线装置的频率响应。频率f⁽²⁾(0,85GHz，321)是第二主要导电元件的电磁辐射的第一谐波或基本模式。频率f₁ ⁽²⁾(2,34GHz，322)是其第三谐波或第一更高模式。这些频率值通过使用如在图2上显示的被连接到第二主干的叶片221、222来调谐。值得注意的是，第二主要导电元件的添加不改变第一主要导电元件在其处谐振的频率(f⁽¹⁾、f₁ ⁽¹⁾、

)。这是因为第二主要导电元件被植入在馈送点140处，馈送点140是两个主要导电元件共同的，并且对于第一和第二主要导电元件的所有谐振模式都是冷点。

图4表示本发明的实施例中的具有三个主干的天线装置的第一变体。

在图上，天线装置400表示本发明的示范性实施例。其包括连接在馈送线140处的三个主干410、420、430。主干410具有两个叶片411、412。主干420具有两个叶片421、422。主干430具有两个叶片431、432。如关于图2所解释的，将两个主干420、430连接到主干410的馈送线允许设计具有可以不处于预定比率的三个不同基本谐振频率的天线装置，所述三个不同基本谐振频率是单个主干的基本模式和高阶模式。这显著增加了多频率天线装置的设计者能获得的选项的数量。如果必要的话，叶片411、412、421、422、431、432然后被定位在主干上，以移位每个主干单极天线的高阶模式的谐振频率。

图5图示了图4的天线装置的实验频率响应。

主干中的每个主干在基本模式f⁽¹⁾，510、f⁽²⁾，520、f⁽³⁾，530处辐射。第一主干还具有一阶辐射模式f₁ ⁽²⁾511和二阶辐射模式

512。类似地，第二主干具有一阶辐射模式f₁ ⁽²⁾521和二阶辐射模式

(未在图上表示，因为其值高于横轴的右端)，并且第三主干具有一阶辐射模式f₁ ⁽³⁾531和二阶辐射模式

(未在图上表示，因为其值高于横轴的右端)。

因此存在天线装置400在其处辐射的九个不同频率，在图上表示了其中的七个频率。

主干410、420和430的相应电气长度是：

其中，λ⁽¹⁾＝c/f⁽¹⁾；λ⁽²⁾＝c/f⁽²⁾；λ⁽³⁾＝c/f⁽³⁾。

不等式f⁽¹⁾<f⁽²⁾<f⁽³⁾被验证。

图6表示本发明的实施例中的具有三个主干的天线装置的第二变体。

图6的天线装置稍微不同于图4的天线装置。其还包括在馈送线140处连接的三个主干610、620、630。主干610具有两个叶片611、612。主干620具有两个叶片621、622。主干630具有一个叶片631。有利地，将第三叶片613添加到主干610以增加该导电元件的总电气长度是可能的。更一般地，主干610、620、630可以具有比图上所表示的更多或更少的叶片。

图7a、7b和7c表示图6的天线装置的三个主干中的每个主干的个体频率响应，而图7d表示同一天线装置的总频率响应。

图7a表示当其作为独立单极天线辐射时的第一主干的频率响应。天线元件610具有基本辐射模式f⁽¹⁾710a、一阶模式f₁ ⁽¹⁾711a和二阶模式

图7b表示当其作为独立单极天线辐射时第二主干的频率响应。天线元件620具有基本辐射模式f⁽²⁾，710b和一阶模式f₁ ⁽²⁾711b。

图7c表示当其作为独立单极天线辐射时第三主干的频率响应。天线元件630具有基本辐射模式f⁽³⁾，710c。

主干中的每个主干生成相同的多个辐射模式，但是由于被选择为表示频率的尺度，仅在图上表示了第一主干的基本和两个一阶辐射模式。

图7d表示组合三个主干610、620和630的天线装置的频率响应。由于三个主干被连接在针对三个主干的所有模式都是冷点的馈送线140处，三个主干的组合的频率响应是被组合在天线装置中的每个个体单极的频率响应的加和。

天线装置将在所有六个频率710a、710b、710c、711a、711b和712a中的每个频率处辐射。

图8a、8b和8c表示具有已经相对于图6的天线装置的那些被移位的谐振频率的天线装置的三个主干的个体频率响应。图8d表示三个主干的组合的总频率响应。

第一主干610的基本模式的频率710a和一阶模式的频率711a与图7a的频率相同，而二阶模式的频率812a相对于图7a的二阶模式的频率的值712a被有利地向下移位。这种移位可以通过叶片611、612的位置、其长度、其取向或者其形状因子的改变、或通过添加第三叶片613来获得。

类似地，第二主干620的基本模式的频率710b不变，而频率811b相对于图7b的一阶模式的值711b被向上移位。这种移位可以通过叶片621、622的位置、其长度、其取向或其形状因子的改变来获得。

该实施例的第三主干630的基本模式的频率810c相对于图7c的基本模式的值710c被有利地向上移位。这种移位可以通过主干630的长度的改变、或者通过叶片631的长度、其取向或其形状因子的改变来获得。

如在图8d上所显示的，f₁ ⁽¹⁾和f⁽³⁾的值足够接近，二阶谐振滤波器在频率f₁ ⁽¹⁾处被形成主干610与主干630之间。在该频率处的带宽至少被扩大f₁ ⁽¹⁾与f⁽³⁾的差。类似地，

和f₁ ⁽²⁾的值足够接近，以便二阶谐振滤波器在频率

处被形成主干610与主干620之间。

下文关于图9a、9b和9c详细地讨论关于主干的频率之间的距离的“接近度”的意义。

图9a图示了谐振结构在给定频率和给定匹配水平处的选择性性的计算，而图9b图示了两个谐振频率保持分离的两个频率响应的组合，并且图9c图示了两个谐振频率在扩大的带宽中合并的两个频率响应的组合。

对于特定频率f，限定了目标匹配水平–X dB，910a。对于50Ohms的天线的匹配阻抗，-10dB的匹配水平是定制的。但是取决于应用，可以把其他匹配水平作为目标，例如，-5dB或–15dB。该匹配水平处的天线的选择性σ(σ＝Δf_@-XdB)，920a然后被限定为频率响应曲线与水平线–X dB相交的两个频率之间的差。

对于两个频率f⁽¹⁾和f⁽²⁾，我们然后限定量Σ＝(σ⁽¹⁾+σ⁽²⁾)/2

因此，

图9b表示f⁽²⁾-f⁽¹⁾＞Σ的情况。在这种情况下，两个频率被充分分离以限定天线装置的两个不同谐振频率，如图自身上表明的，其中，两个节段921b(表示

)和922b(表示

)不交叠。如果第二频率由第二主干限定而第一频率由第一主干限定，两个主干的组合将有利地具有这两个频率的谐振结构。

图9c表示f⁽²⁾-f⁽¹⁾＜Σ的情况。在这种情况下，两个频率太接近以至于不能够限定天线装置的两个不同谐振频率，如图上表明的，其中，两个节段921c(表示

)和922c(表示

)确实交叠。这种构造的两个主干将有利地限定将在第一频率处谐振的二阶谐振滤波器，并且限定围绕该第一频率限定扩大的带宽。

图10a和图10b分别图示了具有具备位置和尺寸参数的主干和分支的天线装置和允许将天线装置的辐射行为表征为位置和尺寸参数的函数的值的直接计算的史密斯图。

图10a表示根据本发明的天线装置的示意图，所述天线装置具有第一单极天线元件1010a，第一单极天线元件1010a具有总物理长度L＝l+l'。该第一天线元件在点140、1006a处被连接到天线装置的馈送线，并且具有为开路1001a的点。长度l和长度l′的两个节段1012a和1011a由点P1004a分离。第二天线元件1020a是被定位在点P处的另一天线元件。其具有从点P延伸到开路点的长度l"。在该范例中，第二天线元件可以被指定为“分支”而非“主干”，因为其不在点140处而是在不同的点P处被直接电气地连接到馈送线。如在提及的欧洲专利申请EP16306768.9中所描述的，位置点P被选择为在第一谐振元件1010a的高阶模式中的一个高阶模式的电流的腹部的位置处或附近，其精确位置如下文解释的那样被计算。

对于频率f，对应于波长λ＝c/f，以下恒等式被验证：

从限定天线装置的几何参数开始，我们能够应用允许从接收来自从OC上开始的节段的电流的P看到的导纳的计算的恒等式：

-对于节段1011a：

-对于节段1020a：

由于节段1011a和1020a被并联地连接在点P，1004a处，以下条件被验证：

从馈送线点140、1006a看到的导纳为：

最后，对于为组合的天线装置的谐振频率的频率f，该点140处的短路条件应当在该频率处被满足：

Y₁₄₀＝j×∞ (公式5)

这些公式可以使用如下面关于图10b所解释的史密斯图、或使用诸如CST^TM、HFSS^TM、Feko^TM或Comsol^TM或任何其他专用软件的模拟工具而被解析地、图形地求解。

图10b上的圆1000b表示导纳的虚部。公式1通过将零导纳(开路)的点1001b接合到由公式1定义的点1002b的圆弧1011b来图形地表示(模数λ/2，即该图的史密斯图的一个整圆)。公式2通过将点1001b接合到点1003b的圆弧1020b来图形地表示(模数λ/2)。公式3限定点1004b。公式5限定点1006b，点1006b为短路或无限导纳的点。

求解该公式允许在已知

和

的情况下求解在于确定λ(并且因此f)的直接问题。

相反，作为对确定图10a上图示的类型的天线装置的主要参数(

和

)以获得谐振频率的逆问题的求解，注意到史密斯图可以被用于通过顺时针地测量(模数λ/2)点1004b与1006b之间的圆弧距离1012b来确定例如

从作为具有包括基本模式f⁽¹⁾和高阶模式

的第一恰当谐振模式的第一谐振元件的主干开始并且添加作为具有包括基本模式f⁽²⁾和高阶模式

的第二恰当谐振模式的第二谐振元件的分支或主干将形成一般具有新的基本模式f^*和高阶模式

的组合的天线装置。

取决于上下文，在该规范中，f⁽¹⁾、

f⁽²⁾和

可以分别表示f、f_j、f'和f′_k。

如果第二谐振元件被定位在馈送线(P＝140)处，第一谐振元件的第一恰当模式将有利地不受影响，对于第一谐振元件的所有模式，P都是冷点。然后，第二谐振元件的第二恰当模式(f⁽²⁾和

)将被添加到第一谐振元件的恰当模式f⁽¹⁾和

的列表，以形成组合的天线装置的谐振模式的组合的列表。如果f⁽²⁾≈f⁽¹⁾或者如果存在一个或多个j和k，为此

那么围绕该共同值的带宽将被加宽。频率为此应当多接近的限定在上文关于图9a、9b和9c的描述中给出。

如果第二谐振元件被定位在第一谐振元件的模式的冷点处，该模式的谐振频率将不受影响，但是其他模式的频率将受影响。

如果第二谐振元件被定位在不是第一谐振元件的模式的冷点的位置处，第一谐振元件的所有模式的谐振频率都将受影响，第二谐振元件的模式也将如此。

在后两个实施例中，可能需要计算组合的天线装置的恰当模式f^*、

在第二谐振元件被定位在不是第一谐振元件的模式中的一个模式的冷点的位置处的最后描述的实施例中，所有恰当模式都被需要计算。在第二谐振元件被定位在是第一谐振元件的模式中的一个模式的冷点的位置处的实施例中，除了一个以外的所有恰当模式都需要被计算。所述计算可以使用如上文所解释的史密斯图或直接解析计算或模拟软件。

在一些情况下，能够解析地求解选择

和

来设计限定谐振频率的天线装置的逆问题。如果我们假设物理长度

的节段没有损失、在一端处被导纳Y_L加载并且具有作为特性的导纳Y_C，在该节段的另一端处看到的导纳Y_IN将由以下公式给出：

其中，当传播介质是环境空气时，β＝2π/λ或β＝2π×f/c。

使用在节段1011a和1020a的两个OC位置处Y_L＝0的事实并且使用公式3和公式6，我们能够写出馈送线点140、1006a处的导纳的表达式：

实际上，在馈送线点处的导纳是频率f以及物理长度

和

的函数：

如果天线装置的谐振频率为f^*(并且λ^*＝c/f^*)，并且我们将

和

限制为低于λ^*/4(即，

)，我们一般将能够求解

或

因此，我们需要使公式7的分母等于零(而其分子不为空)：

针对

进行求解，得出：

针对目标谐振频率f^*的解

和

因此属于由公式9限定的2D空间中的表面。换言之，从物理长度L的单极天线开始，能够确定将使组合的天线装置在频率f^*处谐振成为可能的分支

的位置P和长度的偶对。

在天线的规范需要多个谐振频率的情况下，对于所有目标谐振频率f^*,

三元组

应当满足公式8。

可以是不存在满足所有约束的解。在这样的情况下，设计者可以放宽约束，例如通过选择最小化成本函数的解，因此找到相对最佳值。也能够寻找不属于[0,λ^*/4]³的、将是天线装置的高阶谐振模式的解。也能够如下文在说明书中进一步图示的那样添加新的分支。

如已经解释的，只有当谐振元件都被连接到馈送线140时，即，当所有分支实际上都是主干时，才满足被连接在一起的多个谐振元件的恰当模式的正交性的条件。天线的设计更简单，但是提供更少的自由度。尤其地，当天线的规范包括不是同一基本模式的高阶模式的多个谐振频率时，可能连接在馈送线处的主干的数量受限制，尤其是当天线装置必须被内接在2D PCB中时，如下文将在关于图20a的描述中进一步例举的。在这样的情况下，有利的是能够使用位于不是馈送线的位置处的分支。

使用上文所解释的计算，能够找到将确定匹配天线装置的规范的一组频率f^*、

的

和

的值。规范一般将还包括在限定匹配水平和限定选择性处针对每个频率的指定带宽。这些计算可以被迭代地执行直至所有指定频率被调节。

同样地，能够将多个分支(第二和第三谐振元件)添加在同一主干上的不同点处或者将第二分支(第三谐振元件)添加在被限定在第一分支(或第二谐振元件)上的点处，如现在关于图11a和图11b所描述的。

图11a和图11b分别图示了具有主干和被连接到主干的两个分支的第一天线装置以及具有主干、被连接到主干的第一分支和被连接到第一分支的第二分支的第二天线装置，两个装置具有其位置和尺寸参数。

在图11a上，在相同参考下与图10a上描绘的第一谐振元件相似的第一谐振元件1010a通过两个点P 1004a和Q 1105a被分段成相应物理长度

的三个部分1011a、1112a和1113a。在点P处，在相同参考下与图10a上描绘的第二谐振元件相似的第二谐振元件1020a(或第一分支)被添加到主干1010a。该第一分支具有物理长度

第三谐振元件(或第二分支)1130a被添加在点Q处。该第二分支具有物理长度

与关于图10a和10b所解释的那些相似的相关的规则和公式将被用于限定天线装置的参数值之间的关系：

其中，

并且

并且

并且

并且

并且

公式1至3保持，并且由以下来补充：

-限定在点P处结束的长度

的节段1112a的基部处看到的导纳的公式：

-限定在点OC处结束的长度

的节段1130a的基部处看到的导纳的公式：

-限定在来自节段1112a和1130a的点Q处看到的导纳的公式，

节段1112a和1130a被并联地连接在该点Q处：

-限定在馈送线点140处看到的导纳的公式

最后，对于为谐振频率的限定频率，应当满足SC条件：

Y₁₄₀＝j×∞ (公式14)

也能够找到如关于图10a和图10b所解释的天线元件的物理长度参数

之间的关系的逆问题的解析解，而该解将是更复杂的，并且将在5D空间中。

在图11b上表示了其中第一谐振元件1010a(或主干)现在如在图10a上那样被精确地配置的另一变体。在点P，1004a处被连接到第一谐振元件(或主干)的图10a的第二谐振元件(或第一分支)1020a现在被分段成由点Q，1105b分离的相应长度

和

的两个部分1121b和1122b。具有电气长度

的第三谐振元件1130b(或第二分支)被连接在该点处。

与关于图11a所解释的那些相似的规则和公式将被用于限定天线装置的参数值之间的关系：

其中，

并且

并且

并且

并且

并且

在这种情况下，以下公式15将代替公式12：

以下公式将代替公式4：

变量的计算将通过求解由公式14(Y₁₄₀＝j×∞)限定的谐振的条件来完成。

也能够找到如关于图10a和10b所解释的天线元件的物理长度参数

之间的关系的逆问题的解析解，而该解将是更复杂的，并且将在5D空间中。

能够通过将其他分支添加在主干(或第一谐振元件)上或在之前被定位在主干上或分支上的分支上来迭代天线装置的设计。

图12a、12b、12c、12d和12e表示根据本发明的天线装置的不同实施例。

这些图表示根据不同实施例的主干、分支以及叶片。叶片可以被用于移位主干或分支的一些恰当谐振模式的谐振频率。谐振结构被定位得越接近针对谐振结构的(基本或高阶)模式的热点，叶片将越多地影响该模式的频率。叶片可以被定位在主干自身上(像图12a上的主干12100a上的叶片12101a和12102a，或像图12d上的主干12100d上的叶片12101d，或像图12e上的主干12300e上的叶片12301e，或像同一图上的主干12100e和12200e上的叶片)、在分支上(像图12d上的连接到主干12100d的分支12110d上的叶片12111d和12112d)。

这些构造的许多变体是可能的，添加到由本发明提供的许多可能性以调节天线装置的谐振频率的数量和值以及其带宽。

图13a和图13b分别表示根据现有技术的主干天线以及其频率响应。

如上文所解释的，物理长度l的单极天线元件1310a将在由频率f＝c/λ，1301b(c是光在真空中的速度)或f＝c/4l限定的基本模式处谐振。该天线元件的第一高阶模式由该基本辐射频率的第三谐波来限定，亦即，f₁＝3c/4l或f₁＝3f，1302b。

该第一高阶模式的电磁辐射的电流的腹部被定位在针对该频率的冷点处，即，在l的三分之一处(在从天线元件的顶部处的开路位置1301a开始的点1304a处)并且在馈送线140或1306a处。这四个点1301a、1304a、1305a和1306a潜在地确定具有相同物理长度

的三个节段1311a、1312a和1313a。

图14a、14b、14c和14d分别表示具有具备其位置和尺寸参数的主干和分支的天线装置的示意图、针对该天线的第一谐振频率的史密斯图、针对该装置的第二谐振频率的史密斯图、以及主干和具有分支的主干的频率响应。

在图14a上表示了图13a的主干单极天线1310a，主干单极天线1310a被用作由至少第二谐振元件补充的第一谐振元件以实施本发明。相同的参考数字指定相同的元件。稍微高于l/3的长度l'的第二谐振元件(或分支)1420a被添加在点1304a处。由于该点是针对f₁＝3f的冷点，第二谐振元件的添加不改变主干的该谐振模式的频率。但是由于其不是针对f的冷点，分支1420a的添加修改该谐振模式的频率。

图14b的史密斯图允许计算包括主干1310a和分支1420a的组合的天线装置的新谐振频率的值f'。与关于图10b所呈现的公式相同的公式被应用，以通过首先确定节段1311a的导纳

和节段1420a的导纳

然后确定在点P处的组合的导纳Y_P并且最后确定在从该点处看到的点1306a处的导纳Y₁₄₀来确定f'的值。由于我们使

在图上能够看到，当计算在频率f处的Y₁₄₀时，Y在底部半平面中，并且组合的天线装置的总电气长度在频率f处高于1/4(λ)。f'的值因此低于f。

f'限定组合的天线装置的基本谐振模式的频率的新的值。该天线装置也具有高阶模式。第一更高模式f'₁的频率稍微低于f₁。通过应用上文关于图9c限定的规则，能够以f'₁足够接近f₁的方式来确定l'，以在f₁下产生扩大的带宽。

图14c的史密斯图允许使用上文关于图10b和图14b所指示的公式相同的公式的f'₁的计算。

图14d图示了主干1310a单独的频率响应(曲线1410d)以及包括主干1310a和分支1420a的组合的天线装置的频率响应(曲线1420d)。该图图示了由稍微高于

(

为主干的长度)的长度

的分支1420a在位于主干的顶部的开路的

的距离处的点P处的添加产生的本发明的益处：一方面，基本模式的频率被移位，通过在点P处添加叶片也将是这样的情况；另一方面，第一更高模式的频率的带宽被扩大。分支1420a的长度

是基于天线装置的规范来选择的，如在提及的欧洲专利申请EP16306768.9中所解释的，并且取决于由分支的添加所引起的目标频率移位和目标带宽。

能够选择其他几何参数(例如，

)来匹配归因于本发明的不同规范。

图15a和图15b分别表示具有被定位在馈送连接处的具有其尺寸参数的主干和分支的天线装置的示意图以及该天线装置的频率响应。

在图15a上表示了图13a的主干单极天线1310a，主干单极天线1310a被用作第一谐振元件以实施本发明。相同的参考数字指定相同的元件。稍微高于l/3的长度l'的第二谐振元件(或主干)1520a被添加在点1306a处。

由于对于第一谐振元件和第二谐振元件两者的所有谐振模式，该点都是冷点，因此两个谐振元件的谐振模式也是由两个主干的组合产生的天线装置的谐振模式，如在图15b上所图示的：f、f₁分别是第一谐振元件1310a的基本和第一高阶模式，并且f'是第二谐振元件1520a的基本模式，组合的天线装置将具有三个谐振频率f、f₁和f'。在该图上所图示的情况下，f'相距f₁足够远，以限定两个不同的谐振模式(总共三个)。l和l'也可以被选择为以便在f₁下限定扩大的带宽。

图16表示根据本发明的设计多频带天线装置的方法的流程图。

在步骤1610处，评估天线的规范。规范可以以包括具有对应带宽

的目标谐振频率

的列表的形式给出，所述带宽针对匹配水平ml以及在该匹配水平处的敏感性Δf进行限定。所述匹配水平和敏感性可以对于所有目标频率都是相同的，或者其可以从一个频率到另一个频率是不同的。天线装置的形状因子ff*也可以是天线装置的规范、以及研发成本和生产成本的一部分，以便获得紧凑的天线装置。

在步骤1621处，选择第一天线元件a⁽¹⁾。其将具有在最低目标谐振频率f⁽¹⁾之上的谐振频率。这确定了元件的长度l⁽¹⁾。可以是天线的规范的所有频率和带宽精确地对应于该第一元件的参数。对于频率的值，验证是简单的，因为基本模式的频率的值为f⁽¹⁾＝c/4l⁽¹⁾，并且高阶模式应当为f₁ ⁽¹⁾＝3c/4l⁽¹⁾、

等。如果一些值不精确地匹配，能够修改其形状因子ff⁽¹⁾或者添加一个或多个叶片来移位一个或多个模式的频率。这可以根据提及的欧洲申请EP2016/306059.3的教导来完成，欧洲申请EP2016/306059.3公开了具有被定位在主干上的叶片的天线装置以及其设计方法。可以使用叶片实现的频率移位的确定可以使用在所述申请中公开的类型的算盘(abaci)、模拟工具或实验验证来执行。其也可以是，带宽也匹配规范。这在步骤1622处实验地或通过模拟来进行检查。如果满足规范的所有参数(分支1623)，该过程在这里停止(步骤1660)。

如果不是的话(分支1624)，在步骤1631处应当添加第二谐振元件a⁽²⁾。第二谐振元件将被定位在点P⁽²⁾处，并且将具有将确定独立的基本谐振频率f⁽²⁾的

P⁽²⁾和

的值将被选择为能够满足规范的另外的部分，而无需回归先前实现的频率的匹配。同样地，第二谐振元件的形状因子ff⁽²⁾可以被修改，和/或叶片可以被添加以尝试并且匹配规范。知道在原理上仅有当将第二谐振元件定位在馈送线140处时添加第二谐振元件而不修改预定谐振频率才是可能的。但是选择这些值以便以期望的方式移位频率中的一个和/或扩大先前确定的频率的带宽也会是可能的，像在图14d上图示的以及在规范的对应部分上注释的。在任何情况下，检查添加第二谐振元件对已经在第一步骤处调节的频率和带宽的影响是什么会是必要的。确定通过使用算盘、模拟或实验验证来完成(步骤1632)。如果肯定的话(分支1633)，该过程结束(步骤1660)。如果不是的话(分支1634)，该过程继续(步骤1650)。

迭代方法的大致构想包括步骤1641、1642、1643、1644、1650和1660：

-在步骤1641处，对于天线元件a^(k)，对应于独立的基本谐振频率f^(k)的其位置P^(k)、其长度l^(k)以及其形状因子ff^(k)被设置在基于先前步骤以及仍然要被调节的频率和带宽的初始值处；

-在步骤1642处，使用组合的天线装置的参数的调节的解析解(当可能时，算盘、模拟和/或实验尝试)对规范执行验证；

-如果适应已经在整体上被实现(分支1643)，该过程结束(步骤1660)；

-如果不是的话(分支1644)，新的迭代被执行(k＝k+1；步骤1650)，通过添加分支或主干。

应当注意，在调节一些频率的过程中，新的叶片可以被添加在分支或主干上，或者已经处于适当位置的叶片的位置可以被改变，或者其尺寸或形状因子。

本发明的方法有利地提供了使天线装置的特性适于限定的规范的多个自由度：使用被定位在该装置的馈送线处的主干是最简单的方案，因为其将不改变之前已经被调节的谐振频率。相继天线元件的谐振模式的这种正交性简化了设计。如果规范中的谐振频率的数量高，这可以以增加的实施成本为代价，因为2D天线设计中的主干的数量是相当有限的。因此，添加分支将允许避开这种限制，允许具有降低成本的更大灵活性。

图17a和17b分别表示根据现有技术的2D天线装置以及其频率响应的范例。

图17a图示了根据现有技术的具有主干17100a、该主干上的两个叶片17101a、17102a的2D天线装置17000a。主干在点17002a处被连接到馈送线。主干和叶片可以通过印刷工艺制造在纸基板17001a上，但是基板也可以是刚性的或柔性的，如聚合物或陶瓷基板的情况那样。基板也可以是任何其他非导电材料。印刷可以通过对基板进行的先前的金属化和进一步的蚀刻或者通过选择性地印刷基板来执行。接地平面通过相同的工艺可以被植入在基板的背面上。

图17b图示了该谐振结构具有两个谐振频率f⁽¹⁾和f₁ ⁽¹⁾。在该图的范例中，我们使f⁽¹⁾＝2,33GHz并且f₁ ⁽¹⁾＝5.45GHz两个值接近两个Wi-Fi频带。

图18a和图18b分别表示根据现有技术的2D天线装置以及其频率响应的另一范例。

图18a图示了根据现有技术的具有主干18100a和该主干上的叶片18101a的2D天线装置18000a。与关于天线装置17000a所解释的那些相同的基板、馈送线布置、接地平面和制造工艺可以被使用。

该天线装置在设计者感兴趣的频带中具有单个谐振频率f⁽²⁾。在该图上图示的范例中，f⁽²⁾＝3,66GHz。

图19a和图19b分别表示根据本发明的2D多频带天线装置以及其频率响应的范例。

图19a图示了为两个谐振元件17000a和18000a的组合的2D天线装置19000a。组合的天线装置可以使用与其两个谐振元件相同的部件、材料和工艺来制造。

由于两个谐振元件被连接在馈送线处，天线装置17000a的两个谐振频率f⁽¹⁾和f₁ ⁽¹⁾被保留，而天线装置18000a的单个谐振频率f⁽²⁾被明显地向上移位到3,76GHz，如在图19b上所图示的，同时这种移位不是显著的，因为其是由于两个天线装置不完全相同的事实。

根据本发明，在该实施例中，通过在第一谐振结构的馈送线处添加主干，谐振结构17000a的谐振模式数量已经有利地从两个被增加至三个。

图20a和图20b分别表示根据本发明的2D多频带天线装置以及其频率响应的另一范例。

在图20a上图示了包括三个叶片20101a、20102a和20103a被连接到的主干20100a以及叶片20111a被连接到的分支20110a的天线装置20000a。该天线装置可以使用与图17a、18a和19a的天线装置相同的部件、材料和工艺来制造。

图20b表示组合的天线装置的频率响应。在图上表示的三个频率具有以下值：

-f＝2,12GHz

-f₁＝5,45GHz

-f'＝5,89GHz

-10dB的匹配水平处的带宽为围绕f的0,62GHz(从1,86GHz至2,48GHz或29％)和围绕f₁的1,04GHz(从5,21GHz至6,25GHz或18％)。

两个范例图示了能够被用于通过将另外的谐振元件(主干/分支)定位在馈送线处或在其他点处而增加谐振频率和带宽的数量的本发明的许多益处，因此给予天线设计者更多灵活性。

本发明也可以应用于偶极天线。偶极天线是两极天线，其中，两极由差分发生器激励。偶极天线的两极各自以具有相同特性的固定状态进行操作。两极天线各自具有一个具有主干、一个或多个分支以及一个或多个叶片的结构。在本发明的一些实施例中，两个结构是对称的。

因此，本说明书中公开的示例仅是本发明的一些实施例的说明。其不以任何方式限制由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (18)

1.一种天线装置(200a)，包括：

-第一主要导电元件(110)，被配置为在限定第一电磁辐射的第一基本模式的第一频率之上谐振；

-至少第二主要导电元件(211)：

o被配置为在限定第二电磁辐射的第二基本模式的第二频率之上辐射；并且

o具有馈送连接，所述馈送连接被定位在根据所述第一电磁辐射的谐波的电流的腹点的位置限定的所述第一主要导电元件上的位置处或附近；

其中，所述天线装置具有高于所述第一主要导电元件的谐振模式数量的谐振模式数量。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述第二主要导电元件的所述馈送连接被定位在所述第一主要导电元件的馈送线处。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其中，至少所述第二电磁辐射的基本模式或高阶模式之一的第二给定频率与所述第一电磁辐射的基本模式或高阶模式之一的第一给定频率之间的差高于分别在所述第二给定频率和所述第一给定频率处的所述第二主要导电元件和所述第一主要导电元件的电磁选择性的加和的一半，所述电磁选择性是在给定匹配水平处限定的。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的天线装置，进一步包括被定位在根据所述第一频率的选定谐振模式的电磁辐射的电流的节点的位置在所述第一主要导电元件上限定的一个或多个位置处或附近的一个或多个第一次要导电元件(121、122)。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的天线装置，其中，至少所述第二主要导电元件(211)包括被定位在根据所述第二频率的选定谐振模式的电流的节点的位置在所述第二主要导电元件上限定的一个或多个位置处或附近的一个或多个第二次要导电元件(221、222)。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的天线装置，其中，所述第二频率被限定为至少具有所述第二主要导电元件在所述第一频率的选定谐振模式之一的频率处与所述天线装置的部分形成高于一阶的谐振结构的谐振模式。

7.根据权利要求6所述的天线装置，其中，高于一阶的所述谐振结构在跨围绕所述第一频率的所述选定谐振模式之一的所述频率限定的带宽在预定义水平处或之上匹配。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其中，所述带宽等于或大于所述第一频率的所述选定谐振模式之一的所述频率的预定义百分比值。

9.根据权利要求7至8中的一项所述的天线装置，其中，所述天线装置在等于或大于绝对预定义值的水平处跨围绕所述第一频率的所述选定谐振模式之一的所述频率的所述带宽匹配。

10.根据权利要求1至9中的一项所述的天线装置，进一步包括具有馈送连接的至少第三主要导电元件，所述馈送连接被定位在根据所述第一频率或所述第二频率的选定谐振模式的电流的腹部的位置限定的所述第一主要导电元件或所述第二主要导电元件之一上的位置处或附近，所述第三主要导电元件被配置为在所述第一频率或所述第二频率的所述选定谐振模式之一的频率处与所述天线装置的至少部分形成高于一阶的谐振结构。

11.根据权利要求1至10中的一项所述的天线装置，其中，所述主要导电元件中的一个或多个是金属带和/或金属丝。

12.根据权利要求1至11中的一项所述的天线装置，其中，所述主要导电元件中的一个或多个具有2D或3D紧凑形状因子之一。

13.根据权利要求12所述的天线装置，通过金属化工艺被沉积在利用聚合物、陶瓷或纸基板中的一种层叠的非导电基板上。

14.根据权利要求1至13中的一项所述的天线装置，被调谐为在两个或更多个频带中辐射，所述频带包括以下中的一种或多种：ISM频带、Wi-Fi频带、蓝牙频带、3G频带、LTE频带、GNSS频带或5G频带。

15.一种设计天线装置的方法，包括：

-将第一主要导电元件的几何结构限定为在限定第一电磁辐射的第一基本模式的第一频率之上谐振；

-将第二主要导电元件的几何结构限定为在限定第二电磁辐射的第二基本模式的第二频率之上谐振；

-形成至少所述第二主要导电元件的馈送连接，所述馈送连接被定位在根据所述第一电磁辐射的谐波的电流的腹点的位置限定的所述第一主要导电元件上的位置处或附近；

其中，所述天线装置具有高于所述第一主要导电元件的谐振模式数量的谐振模式数量。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，限定长度的一个或多个主要导电元件在限定位置处被迭代地添加到预先设计的主要导电元件，以便匹配包括一系列预定义频率的所述天线装置的规范。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，被添加以匹配所述天线装置的所述规范的所述一个或多个主要导电元件被进一步限定为匹配针对所述一系列频率中的所述频率中的至少一个或多个频率的指定带宽。

18.根据权利要求15至17中的一项所述的方法，其中，被添加以匹配规范的所述一个或多个主要导电元件被进一步限定为匹配所述天线装置的形状因子。

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