CN1215601C - 双天线和无线电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在至少包括两根天线的天线结构中增强天线之间电绝缘的装置以及应用该装置的无线电设备。为增强天线绝缘，干扰天线包括在另一天线的操作频带中造成辐射特性大大降低的部件。例如，平面倒F型天线(310)可包括在另一天线(320)的操作频带中具有并联谐振的导电结构(312、313、314)而不是短路导体。使用独立天线的无线电部件的相互干扰可以变得相对较小并无需在天线单元之间的电绝缘装置。此外，本发明使天线滤波器设计更容易且减少了天线滤波器引起的缺陷。

Description

双天线和无线电设备

技术领域

本发明涉及一种用于在至少包括两根天线的天线结构中增强天线之间电绝缘的装置。本发明还涉及采用根据本发明的双天线的无线电设备。

背景技术

近年来，常见到在两个或更多无线电系统中操作的便携式通信设备。如果在某个时间这样一种通信设备仅在一个系统中工作，则它通常配备一根天线，该天线具有两个操作频带或一个频带，但这一个频带的频宽足以覆盖例如两个系统使用的两个频带。如果通信设备可以同时在两个系统中工作，特别是如果系统的频带彼此相当接近，则可使用两根独立天线。使用独立天线时，系统的相互干扰可以做得小于一根基公共天线的情况。然而，由于在天线之间存在一定的电磁耦合，因此相互干扰并没有完全去除。原则上，此问题可以通过增加天线之间的距离而得到缓和，但这实际上会使结构太大。干扰发射机也可以配备天线滤波器，其衰减在被影响接收机的操作频带所处的通带侧大大增加。这样一种滤波器等级很高，从而产生更高的生产成本和与滤波器通带衰减相关的问题。功率放大器与天线之间所有增加的损耗将导致功率放大器中电流消耗上升和潜在的设备发热问题。

也可以通过在天线之间配置电绝缘来降低它们之间的电磁耦合。图1说明了这样一种已知方案。图1显示根据第一系绕操作的发射机天线端和根据第二系统操作的接收机天线端。发射机包括串联的射频功率放大器PA、发射端天线滤波器SFI和发射天线110。滤波器SFI相对简单，其通带衰减不高，不会造成有害影响。接收机包括连接到接收端天线滤波器RFI的接收天线120，而接收端天线滤波器RFI又连接到低噪声放大器LNA。第一系统例如是GSM1800(全球移动通信系统)，而第二系统是例如其中接收频率为1574.42MHz的GPS(全球定位系统)。这种情况下，由于GPS接收频率与GSM发射频带之间的间隔只是135MHz，因此GPS接收将易受到GSM发射的影响。在图1中，天线标号之间有一条线105，它指的是一种电磁绝缘发射和接收天线的装置。这样一种装置可以是例如放在天线部件之间的接地金属条。这种方案的缺点是它增加了硬件数量和生产成本。此外，天线的定向特性也受到损害。

发明内容

本发明的一个目的是减少与现有技术相关的所述缺点。根据本发明的一种用于增强属于同一个无线电设备的两个天线之间电绝缘的装置，其特征在于，至少其中一个天线包括降低其在另一个天线的操作频带上的匹配的结构部件天线结构。本发明还包括的一些有利实施例。

本发明的基本思想如下：天线结构包括至少两根相邻但具有不同操作频带的独立天线。干扰天线包括可在另一天线操作频带上大大降低辐射特性的结构部件。这减少了另一天线连接的接收机中的干扰电平。为实现本发明，PIFA(平面倒F型天线)例如可具有在另一天线操作频率中具有并联谐振的导体结构，而不是短路导体。

本发明的一个优点是使用独立天线的无线电部件的相互干扰可变得相对很小，但无需在天线单元之间使用电绝缘装置。这是基于以下事实：干扰天线的发射功率在另一天线的操作频带中下降。本发明的另一优点是它使天线滤波器设计更容易并减少了天线滤波器引起的缺陷。本发明的再一个优点是根据本发明的装置将不会影响天线的定向特性。本发明的又一个优点是必需的结构部件可部分地连同天线单元生产一起实现，而无需额外的生产阶段。

附图说明

下面将详细描述本发明。描述参照附图，其中：

图1显示根据现有技术的天线绝缘方案；

图2示意性地显示根据本发明的天线绝缘方案；

图3显示根据本发明的天线结构的一个示例；

图4显示根据本发明的天线结构的第二示例；

图5显示根据本发明的天线结构的第三示例；

图6显示根据本发明的天线结构的第四示例；

图7a、b显示根据本发明的天线结构的第五示例；

图8a、b显示根据本发明的天线结构的第六示例；

图9显示根据本发明的装置的天线绝缘效果示例；

图10显示配有根据本发明的天线的无线电设备的示例。

具体实施方式

图1已结合现有技术描述进行了讨论。

图2示意性地显示了根据本发明的天线绝缘方案。与图1相同，图2也显示了根据第一系统操作的发射机天线端和根据第二系统操作的接收机天线端。与图1的不同之处在于发射天线210与接收天线220之间现在没有电磁绝缘装置。相反，图2显示了标号215，它指的是发射天线结构中包括的用于提供天线电磁绝缘的装置。实现绝缘后，装置215使发射天线210的辐射特性在接收天线220的操作频带中产生实质性下降。

图3显示根据本发明的天线结构示例。它包括两个PIFA类型的天线，其中将整体的相当大的地平面GND用作接地电极。第一天线310包括辐射平面311，虽然它也可以作为双向系统的接收天线，但让我们称其为发射天线。第二天线320包括辐射平面321，虽然它也可以作为双向系统的发射天线，但让我们称其为接收天线。接收天线320还包括常规短路导体322和馈电导体325。

发射天线310的馈电导体315也是常规的。但是，短路导体是根据本发明的。在此示例中，短路导体，或实际上的短路装置包括导线314和辐射平面311的延伸312，一直到地平面，该延伸具有与地平面GND平行的导电板313。导电板313与地平面彼此很近，从而在它们之间存在有效电容C。导线314的形状在此示例中是弓形的。它的一端连接到地平面而另一端连接到辐射平面靠近其延伸312的开始处。导线很细，因而除电容C外，它还产生了有效电感L。得到的并联谐振电路的大小应使得其谐振频率等于接收天线320接收频带的中心频率。所述谐振电路的阻抗在发射天线310的操作频带中很小，因此，天线辐射和接收良好。在接收天线的操作频带中，所述谐振电路的阻抗很高，而发射天线的匹配很差，因此其辐射很弱。由于操作现在不在发射天线合适的操作频带进行，这时的匹配当然会降低。然而，如果天线频带彼此相当靠近，则这不会在它们之间产生足够的绝缘。根据本发明的装置明显增强了绝缘。

图3未显示辐射平面的任何支撑结构。这样一种结构可包括例如沿平面边缘的电介质框。

图4显示了根据本发明的天线结构的第二示例。与图3一样，具有两根彼此非常靠近的平行天线。各天线的辐射元件在这种情况下是印刷电路板401表面上的导电图。接收天线420的辐射/接收元件是弯曲的图案。发射天线410是PIFA。在此示例中该天线具有两个频带，这是由于辐射平面411被绝缘槽419分成两个不同长度的分支。发射天线与图3所示结构相同，它包括作为并联谐振电路的短路装置。这种情况下，短路装置包括连接到辐射平面411的第一导电块412、连接到地平面GND的第二导电块413以及导线414。第一和第二导电块彼此面对。它们相对的表面是平的且彼此很近，因此在第一导电块和第二导电块之间存在有效电容C。第一导电块可以和辐射平面411形成单个实体，而第二传导块可以和接地平面形成单一实体。导线414从地平面开始，形成单个环形，经过电路板中的通孔，并在辐射平面的第一导电块连接点附近终止。导线414具有某个电感值L。

图5显示根据本发明的天线结构的第三示例。在此示例中，第一天线，即发射天线是PIFA，而第二天线，或接收天线是单极天线，其鞭状元件521可以被推入无线电设备中。两根天线共享的地平面GND此处是无线电设备中印刷电路板505表面上的导电平面。在此示例中，发射天线的短路导体512是常规装置，但天线馈电装置是根据本发明的装置。常规馈电导体被替换为串联的分立电容516和导体515。从发射天线的辐射平面511的方向看，电容位于印刷电路板505的另一侧。电容的一个电极连接到馈电天线端口AP，并且导体515的一端连接到辐射平面511的馈电点F。所选导体515的厚度以使其电感值L适合为准。串联谐振电路被设计为使其谐振频率等于发射天线操作频带的中心频率。串联谐振电路的阻抗在发射天线的操作频带中很小，因此天线的辐射和接收良好。在接收天线的操作频带中，串联谐振电路的阻抗很高，而发射天线的匹配很差，因此其发射很弱。

图5显示了支撑辐射平面511的框架508的小部分。除延伸的鞭状元件下端旁印刷电路板505上的绝缘块529，未显示鞭状元件521的支撑结构。鞭状天线的馈电导体525通过所述块进入所述块529上的接触面。

图6显示了根据本发明的天线结构的第四示例。在两根天线中，仅显示了发射天线，其发射倾向于干扰另一天线的接收。在此示例中，发射天线610也是PIFA；它在辐射面的F点馈电，并具有短路导体612。无线电设备中电路板605的上表面，或者说离辐射平面最近的表面上的导电层用作地平面GND。馈电是电容性的。发射天线的天线端口AP的“热”电极电连接到电路板605的上表面上的导电区602，该区域与接地平面隔离。在此导电区之上，有一块平行导电板617，它通过导体615电连接到辐射平面上它的馈电点F。在导电区602与导电板617之间，存在一定的电容值C。所述导体之间的间隔可包括空气或某种电介质材料，以增加电容值并稳定结构。短路导体612很薄，因而其电感值L对天线的操作是重要的。除了此处显示的直导体，它自然可以是绕成线圈的导体。

图6还显示了天线610的简化等效电路。从天线端口AP开始并沿着馈电导体，首先是电容值C和馈电点F。在后者与信号接地之间有天线辐射电阻值Rr。从馈电点开始到辐射平面的短路点S，存在某种主要为电抗性的阻抗Z。在短路点与信号地之间存在电感值L。天线端口的另一电极连接到信号地。所选电容C和电感L的值应使得发射天线在其自己的操作频带中匹配，即可从天线端口中“看到”的阻抗几乎是电阻性的并且相当接近于馈电源的内部阻抗。当移入另一天线的操作频带时，由于辐射电阻值变为电抗性的，并且根据本发明，由于电感值L和电容值C的原因，发射天线的匹配会下降。

图7a和b显示根据本发明的天线结构的第五示例。两根天线中，仅显示了发射天线，其发射倾向于干扰另一天线的接收。图7a中从馈电和短路导体侧显示了发射PIFA 710，而在图7b中还横向但从图7a所示位置水平旋转90度显示了发射PIFA 710。在此示例中，辐射平面711与地平面GND之间有一个小电路板707延伸在其间。电路板707包括直微型条712和微型条715，直微型条712用作短路导体，而微型条715用作馈电导体。后者很薄，因而具有有效电感。在这里，馈电条715的下端连接到天线710的天线端口AP。馈电条的中间点电容性地通过电路板707上的片状电容716连接到地。这种馈电配置的设计使得发射天线在其操作频带中匹配良好，但在接收天线的操作频带中相对较差。

图8a和b显示了根据本发明的天线结构的第六示例。这种情况下，也未显示要屏蔽的接收天线。图8a中从馈电和短路导体侧显示了发射PIFA810。在辐射平面811与地平面GND之间有一个小印刷电路板807延伸在其间。图8b中从后面对其进行了图示，即从天线810内所显示的。印刷电路板807包括直馈电微型条815和短路条812a与812b。印刷电路板正面上第一短路条812a从辐射平面811开始，并形成长方形的“螺旋”以增加电感值。在经过通孔后，它在印刷电路板后侧的另一短路条812b的继续。后者通过其下端连接到地平面。在印刷电路板后侧，也有与短路条812a、b所形成的线圈并联的片状电容813。所得到的谐振电路在设计上与图3和图4所述的情况类似：谐振电路的阻抗在发射天线810的操作频带中较低，但在接收天线的操作频带中较高。

图9显示可以根据本发明在天线之间实现的改进电绝缘的示例。测试信号被馈入GSM1800系统的天线中，并且在同一无线电设备中的GPS接收机天线输出中进行电平测量。曲线91表示没有特殊GPS接收屏蔽时天线的绝缘衰减。绝缘衰减当然在测试信号的频率为1575.42MHz或GPS系统中使用的频率时最小；在那时的衰减只有3.8dB。曲线92显示发射天线已根据本发明进行修改以屏蔽GPS接收时天线的绝缘衰减。在GPS频率下，发射天线中的谐振电路将绝缘衰减提高了大约17dB，使其达到20.8dB。对应于图1的现有技术绝缘配置实际上将产生大约10dB的绝缘衰减，因此，与该装置相比，改进也相当大。

图10显示无线电设备MS。它具有第一010和第二020天线。第一天线包括根据本发明的装置012。

在上面我们论述了根据本发明的几个解决方案。本发明并不限制根据本发明的天线单元和其它部件的形状，也不限制天线的制造方法。此外，两根天线均可包括根据本发明的配置。例如，在设备包括独立的UMTS(通用移动通信系统)和WLAN(无线局域网)天线时，可能就是这种情况。本发明思想可以各种方式进行应用。

Claims (13)

1.一种用于增强天线之间电绝缘的装置，所述天线包括属于同一个无线电设备的第一天线和第二天线，其特征在于，至少所述第一天线(310；410；610；710；810)包括降低其在所述第二天线(320；420)的操作频带上的匹配的结构部件。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一天线是平面倒F型天线，其特征在于，所述降低所述第一天线(310；410；810)的所述匹配的结构部件构成一个并联谐振电路，该并联谐振电路代替所述平面倒F型天线中的短路导体，并且该并联谐振电路的谐振频率与所述第二天线(320；420)的谐振频率相同。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述并联谐振电路包括在所述辐射平面和地平面之间在某个对应于所述第一天线的短路点的点上电感性的电路元件(314；414；812a；812b)，以及在对应于所述短路点的某个区域中增强电容值的电容性电路元件(312；313；412；413；813)。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述第一天线是平面倒F型天线，其特征在于，所述降低所述第一天线的所述匹配的结构部件构成一个串联谐振电路，该串联谐振电路代替所述平面倒F型天线中的馈电导体，并且该串联谐振电路的所述谐振频率与所述第一天线的所述谐振频率相同。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述串联谐振电路包括电感性的电路元件(515)和形成串联电容值的电容性电路元件(516)。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述第一天线是平面倒F型天线，其特征在于，所述降低所述第一天线的所述匹配的所述结构部件构成代替所述平面倒F型天线中的短路导体的电感性电路元件(612)和代替所述平面倒F型天线中的馈电导体的电容性电路元件(615；617；602)。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述第一天线是平面倒F型天线，其特征在于，所述装置包括在所述第一天线(710；810)的所述辐射平面与地平面之间的电路板(707；807)，并且所述降低所述第一天线的所述匹配的所述结构部件位于所述电路板上。

8.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述电容性电路元件由与所述第一天线中所述辐射平面和/或地平面连接的导电材料(312；412；413；615；617)构成。

9.如权利要求1-7中的任何一项所述的装置，其特征在于，所述电容性电路元件包括分立电容(516；716；813)。

10.如权利要求1-7中的任何一项所述的装置，其特征在于，所述电感性电路元件由与所述第一天线中的所述辐射平面和/或地平面连接的导电材料(314；414；515；612；715；812a；812b)构成。

11.如权利要求1-7中的任何一项所述的装置，其特征在于，所述电感性电路元件包括线圈。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述线圈是电路板(807)的表面上螺旋状的微型条(812a)。

13.一种具有第一天线和第二天线的无线电设备，其特征在于，至少所述第一天线(010)包括降低其在所述第二天线(020)的操作频带上的匹配并且由此增强所述天线之间的所述电绝缘的结构部件(012)。

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