CN1407655A - 带有两个端口的小型平面天线和终端 - Google Patents

Abstract

在基片上制造的小型平面天线包括环形槽(1B)，使其在既定的频率上工作，使其位于线(2B)的短路平面，通过该短路平面馈电天线槽。第二个槽馈线(2B’)与共用他们的线短路平面的第一条线对称排列。备有端口(4B，4B’)的每一条线连接到切换装置(3B，3B’)，以便允许天线经两个端口(4B，4B’)的一个或另一个馈电天线。

Description

带有两个端口的小型平面天线和终端

技术领域

本发明属于电信领域，涉及在基片上制造呈环形槽状的小型平面天线，并设计为在给定的频率上运行，使其位于经馈电这个槽的线的短路平面。

它还涉及电信终端，特别是无线移动和家用网络的终端。在那里设置象这类的小型平面天线以便适于允许一个终端利用同一个极化发射和接收。

背景技术

为了实用目的和正好占据小的体积，许多无线电信终端使用这种做成小型形状的天线进行发射和接收。在已知的实际应用中，每个终端包括天线转换器，使其天线能交替地连接到它所使用的发射模块或接收模块。众所周知，在传输内容中，由终端发射到它的天线的功率明显大于接收内容中功率。设计用这种不同功率工作的天线转换器经常引入可观损耗的缺点，并在发射和接收两方面降低了终端的性能，此外，它具有相对高的成本。

使用点对点链接的解决办法，使其可以避免使用天线转换器，它由在两路正交极化上馈电终端的天线构成。在一种形式的实例中，第一个线性和水平极化用于终端的发射，第二个线性和垂直极化用于接收。但是，这种解决方案需要通信终端有不对称的天线，终端发射的极化对应于与之通信的终端接收的极化，反之亦然。

在无线电信网的情况下，一般的想法是保留终端发射和接收两条通路的同一极化。这导致必须正视的解决方案，每个终端使用两个天线，一个用于发射，另一个用于接收，这样可能保持同一个极化。

发明内容

本发明提出在基片上制造小型平面天线，包括一定尺寸的环形槽，使其在既定的频率上工作，使其位于馈电所述天线槽的线的短路平面。

根据本发明的特点，天线包括第二个槽馈线，与和他们一样的所述的短路平面的另一条线对称排列。备有能供给天线的端口的每一条馈线连接到转换装置，经由转换装置能使这个端口设为主动或被动，以便允许天线交替地使用基于两个不同端口的同一个极化，一个为发射的目的，另一个为接收的目的。

本发明还关系到这类电信终端，包括天线以及都利用天线的发射和无线接收装置。

附图说明

本发明的特性和优点将连同下面提到的附图进行描述。

图1描述两种已知的带有圆形环状槽的不同小型天线的基本布局，一个带有轴向和直线馈线，由实线画出。另一个带有轴向馈线，包括两个弯曲部件，由虚线画出。

图2描述本发明典型的带有环状槽的平面型小型天线，使其能够为两个不同端口使用同一极化。

图3根据本发明描述第二类典型的带有环状槽的平面型小型天线，为两种不同端口提供同一极化。

图4是一组模拟曲线，根据图2描述了有两个端口天线在匹配和隔离状态的变化依据图1虚线画出，每条馈线有单端口天线，在匹配时变化，包括双曲线部分。

图5根据图2，基于对二极管参数的模拟，描述两个端口天线预期变化的一组曲线。

图6和图7，根据本发明和带有端口的已知槽。对于有两个端口的槽，在E和H平面模拟的辐射图，对应于涉及到的三面体的XOZ、YOZ平面。

图8根据本发明，象图2描述的那样，一个端口开，一个端口关闭的两种情况下，描述带有两个端口天线的H平面获得的交叉极化和联合极化的一组曲线。

具体实施方式

以下描述的小型天线，更特别适于装备电信终端，包括用无线电的发射装置和接收装置交互使用天线发射和接收。

图1描述的基本布局显示带有环状槽1A的已知典型的平面型小型天线。这种天线在两面金属化的基片上制造，当它与传统的天线转换器组合时，能用于发射和接收。

显示为圆形的环状槽1A在金属面的基片上用蚀刻法制造，意图是形成天线的接地平面。

馈线2A通过天线转换器为环状槽1A供应能量，不再描述。它用微带技术或共面技术制造。

在建议的例子中，假设馈线2A采用微带的形式，位于基片有槽面的另一面，以由槽形成的环状中心放射形地排列，如虚线描述。线/环状槽过渡以已知的方式形成，以便槽位于电流最大的线的短路面。选择槽1A的周长等于将被导引的波长的m倍，m是正整数。

各种可能模式的谐振频率是f0的整数倍，特别相应于基本模式，相应于第一较高模式等等。位于槽环内线部分的长度依赖进入线内的信号波长。

众所周知，馈线的变形对于匹配或发射很难有影响。因此如果需要，有可能利用这种可能性。

图1中以虚线描绘用这种方法修改的馈线2A’，它包括直线部分，这里基本位于槽界定的内部的外面，延伸直线部分位置的双曲终端部分处于上面提到的内部空间。假设一定的尺寸，就象馈线2A一样在同一个波长上工作。这里的弯曲度用来隔开馈线的端点和环状的中心，用这样的方法便于连接部件到这些端点。进行的模拟研究表明带有由线馈给的如2A的圆槽，和由线馈给的如2A’的天线在E和H平面实际上显示了同样的辐射图。这些面对应于相关三面体的XOZ和YOZ面，其XOY面与天线基片界定的面一致，该面包括槽1A和位于由槽形成的环状中心的点O。

因此表示获得两个天线的频率函数匹配的方向图保持相同。上面提到的各种方向图没有显示在此，一方面，他们所展示的区别在所建议的图的范围是看不到的，另一方面，构成他们的曲线对应所有意图和目的在图4、6和7中进行描述。

根据本发明，选择把两条馈线与至少一个平面小型天线环状槽关联，以便取得具有相同极化的两个间隔的端口，与此同时提供了两条微带线。他们在侧面偏移通过槽环状中心点O的理论上的轴X’X一侧，这个点O相当于相关的面的原始(点)，他的XOY面与天线基片的面一致。特别是，模拟研究表明轻微的偏移没有实际的影响，得到的辐射图，特别是相对频率的辐射和匹配图对应于上面的那些辐射图。

根据本发明，通过在两条馈线的每一条线的各自端口的级别上切换的动作，用这种方法，每一个端口根据需要能交替地主动或被动。这种切换能通过多种方法获得，特别能使天线经由线得到反馈，通过切换设备使该线的端口激活，同时经另一线的天线的馈电由第二切换设备的动作关闭。

根据本发明，小型天线的第一个实例显示在图2中。这个天线包括配置在基片面上的环状槽1B，处于与槽1A相对应的状态。提供了两条馈线2B和2B’，这里他们与馈线2A’相对应。选择的可能使他们是馈线2A的例子，象上面看到的那样，或给予他们另一些适当的形状，例如，包括每条线单个曲线的形状，而不是图1到图3中描述的双曲线。

图2建议的典型实例中，两条馈线2B和2B’在中心位于槽环面1B中心O相关三面体半轴Ox面的任一面对称偏移，已经描述的线2B和2B’包括与半轴Ox平行的直线部分。两个端口4B和4B’，每个按惯例使其能经过一个端点馈给线2B、2B’中的一个。这里的端点位于槽1B界定的内部的外面。

两个切换装置使在馈线各自展示的阻抗上动作成为可能。这些装置以二极管3B和3B’的形式表示，当他们切换到开状态，能使每个馈线的端点分别接地。

馈线2B和2B’，例如设计为交替使用，一个用于发射，另一个用于接收，在某种意义上二极管3B和3B’选择为电压控制，以便一个接通，另一个关闭。同一个天线的极化能在两种情况下获得。其它形式的利用也得到重视，特别是诸如2B和2B’的两种馈线，能通过在同一频带带有槽1B的同一天线的方法使两个不同的电路交替地发射，例如使用不同的标准，比如Hiperlan2为一个标准，IEEE802.11a为另一标准。

切换装置，这里特别受到关注的二极管置于馈线的微带相同的基片一面，装配为这些线的弯曲度。在建议的实例中，每个二极管接在电源线的一端，远离经过馈电线的端口，这一端在槽环状限定的部分内。他们中每一个的开通和关闭都根据端点连接的线端口供给的偏压。

当位于馈线端点的二极管关闭，在线端的阻抗等同于开路，它显然是做为线/槽过渡级别的短路，当选择相应于波长λm的四分之一的线长时，这允许线和槽之间的耦合。另一方面，当一条线端的二极管为开时，这条线末端的阻抗等同短路，它显然作为线/槽过渡级别的开路，因此避免线和槽之间的耦合。

环状槽1B能有非圆形状，增加它的周长，例如形成从一到更多锯齿状的变形，朝向基片平面的中心O，这些变形位于槽短路平面区域内，那里电场最小。

还有，诸如图2中描述的环形槽能与天线中至少一个其他槽相结合，使这个天线在几个频率上工作。一个槽位于其他中心的内部。每一个槽限定在一个频率上工作。通过馈线激励槽，每个槽有天线供给两条馈线交叉通过。这特别使得制造多频带与/或宽带天线成为可能。

图3提出了小型天线的不同实例，设想环形槽1C相应于槽1A和1B，象他们一样，能与在同一频率以不同模式运行的其他同心环状槽组合。设想两条馈线2C和2C’，这里他们有相应于馈线2A’的形状，与槽环1C的中心O对称排列。这些馈线2C和2C’可能沿着通过中心O的XX’轴排列，中心O作为相关三面体的起始点，它的XOY平面与天线基片界定的平面相符合。这里他们与这个轴X’X平行排列。两个端口4C和4C’位于槽环形的两侧，每个都能馈电一个馈线，两个二极管3C和3C’能作用在由线/槽过渡水平馈线2C和2C’各自显示的阻抗。

交替地与馈线2C和2C’的一个或另一个耦合的槽1C能在槽1B对线2B和2B’耦合的相同条件下获得。

例如，在端口级别零电压的应用，比如4C或4C’用于关闭它连接的二极管，比如各自的3C和3C’，因此使这个端口是有效的。在其他端口的级别应用适当正电压Vcc引起连接其他端口的二极管传导和使得这个端口失效。

另外，因为同一原因或在同一条件下，就象1B一样，环状槽1C能变形与/或其他槽组合。

根据本发明，象图2描述的那样，图4能够显示为带有环状槽和设置同一极化的两个端口的平面小型天线得到了模拟的结果。

模拟设想二极管3B和3B’之一对应于理想的短路，另一个对应于理想的开电路。它在由频率函数产生的匹配和隔离中发生变化，测量单位分别是分贝和千兆赫兹。通过参考，图4的曲线“a”说明在匹配状态下，在天线配有偏移的双曲线馈线的环状槽情况下的变化，就象图1中描述的相关的2A’。中心频率5.80GHz获得的匹配值为-22dB。这个曲线“a”允许与曲线“b”描述的结果比较，曲线“b”结果是在天线带有两个端口的情况下获得的。如图2描述，两个天线有相同的环形槽的条件下相比较。模拟显示图2带有2个端口的天线获得的匹配特别相应于图1中带有单个偏移端口天线获得的匹配。作为频率的函数，端口间隔离变化的曲线C显示隔离总是保持大于带有两个端口天线情况下的20分贝。

当考虑实际二极管的参数时，图5描述天线获得的模拟结果与图2所示的一样。

曲线“a1”作为频率的函数描述在匹配状态中的变化，和显示所获得的带有V形的曲线相应于图4所描述的曲线“a”，向中心频率的高频率方向有轻微的偏移。如所知，这种偏移是能消除的。端口间隔离变化的曲线“c1”，作为频率的函数，显示隔离特别在中心频率附近保持约20分贝的值。

图6和图7描述各自在E和H部分的平面中所获得的辐射图，带有偏移端口的槽，如图1中的槽2A’，和带有两个端口的槽，如图2中所描述的。很明显，图6中标有“d”的虚线在其相关的有关“e”的实线的大致形式中没有变化，根据图1，标记“e”实曲线为带有偏移端口的槽所形成的。

图8描述H平面的辐射图，H平面内描述表示图2中天线的交叉极化和联合极化的图解。标有“F”的曲线相应于二极管3B关闭二极管3B’开时所得到的交叉极化。图中的左瓣在图中对于相关的右瓣向上偏移，右瓣实际上保持在X’X轴中央，略有轻微向上偏移。标有“g”的曲线相应于二极管3B’关闭。二极管3B开时所获得的交叉极化。已获得的曲线g的右瓣和左瓣与在沿X’X轴对称排列的曲线“f”，对称排列，因此他们在图中向下偏移，对应于曲线“f”两瓣的向上偏移。

在上面描述的两个二极管中的一个或另一个工作的条件下所获得的联合极化，如图所示，所描述的级别上和所考虑的范围与间隔为6分贝的刻度特别的相符。这两个曲线在这里用标为“h”的单虚曲线来说明。

这表明在好的条件下，在带有环形槽小型天线的级别，在平面基片的级别，每个馈线的两个端口能获得同一的极化。如前面表明的一样，环形槽可能是圆形或变形的环形，它能与至少一个其他的位于同一基片区域的环形槽组合。两条馈线，这里设想安装在基片面上，在面上他们以直线部分和曲线或直斜级部分展开，这个部分这里表示为双曲线的形式。他们能做成不同的形式与/或处于各自不同的位置，这基于需要而定。

这里设想由二极管组成的切换装置当然可以有多种功能，能适合电子和机电的形式。在二极管的情况下，如果对设想的应用有帮助，当然能修正偏压的方向。

Claims (12)

1、一种在基片上制造的小型平面天线，包括环状槽(1B)，其工作在给定的频率上，设置在线(2B)的短路平面，称为第一条线，通过这条线馈电天线槽，其特征在于包括第二条槽馈线(2B’)，所述的第二条槽馈线在共用他们的线短路平面内与第一线对称排列，通过切换装置端口可被设为主动或被动，端口(4B，4B’)可以馈电与切换装置(3B，3B’)连接的天线。

2、根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

它包括两条馈线(2B，2B’)，对称偏移在能够馈电环形槽(1B)的中心O的轴两侧。

3、根据权利要求2所述的天线，其特征在于：

它配备的每一条馈线，包括跨过环形槽的直线部分，在其水平上，产生激励点，这些线的各自直线部分相互平行排列。

4、根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

包括两条馈线(2C，2C’)，对成排列在能够馈电的环形槽(1C)的中心(O)。

5、根据权利要求4所述的天线，其特征在于：

每一条馈线包括跨过环形槽的直线部分，在其水平上，产生激励点，这些直线部分沿着穿过环形槽中心O的轴排列。

6、根据权利要求4所述的天线，其特征在于：

它配备的每一条馈线包括跨过环形槽的直线部分，产生激励点，这些直线部分与穿过环形槽中心O的轴平行，相对于中心，他们侧向偏移。

7、根据权利要求3、5或6所述的天线，其特征在于：

它配备的每一条馈线包括直的或弯曲的终端部分，通过馈电跨过环形槽与直线部分偏斜排列，这个终端部分位于槽形成的环形界定的内部。

8、根据权利要求1至7之一所述的天线，其特征在于：

包括馈线，它的切换装置是电子装置或是机电装置。

9、根据权利要求8所述的天线，其特征在于：

包括由接地二极管组成的两个馈线切换装置，由电压交替地接通一个关闭另一个，馈线在端口的级别各自供电，这些二极管被单独分配。

10、据权利要求1至9之一所述的天线，其特征在于：

包括由微带和共面技术制造的馈线。

11、根据权利要求1至10之一所述的天线，其特征在于：

包括至少在一个平面制造的两个环形槽，一个在另一个内部，其环形、圆形或其他形状，每一个由天线装备的两条馈线通过。

12、一种电信终端，包括天线，通过无线电用于发射的装置和用于接收的装置，其特征在于包括权利要求1至11之一的天线。

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