CN1954463A - 包括用于交换射频信号的天线的设备 - Google Patents

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CN1954463A CNA2005800151513A CN200580015151A CN1954463A CN 1954463 A CN1954463 A CN 1954463A CN A2005800151513 A CNA2005800151513 A CN A2005800151513A CN 200580015151 A CN200580015151 A CN 200580015151A CN 1954463 A CN1954463 A CN 1954463A
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Abstract

提供了相当小的具有足够天线阻抗的用于交换射频信号的全向天线(2、3)，所说天线(2、3)设有两个经过它们的外端相互耦合的平行元件(21、22)。每个元件(21、22)都包括两个子元件(23、24、25、26)，两个子元件(23、24、25、26)隔开一个间隙(27、28)。元件(21、22)的长度小于射频信号的半波长。天线(2、3)不需要靠着地表面操作，可以用在非水平位置。元件(21、22)是平面元件。天线(2、3)进一步包括两个另外元件(41、42)，两个另外元件(41、42)定位在平行于元件(21、22)的平面的平面内。这样就增加了阻抗并且改善了天线(2、3)的回波损耗。另外元件之一(41)包括分开一个间隙(47)的两个子元件(43、44)，用于实现只有一个下跌的模拟回波损耗。可替换地，另一个另外元件(42)包括一个间隙，用于对于双波段环境实现两个下跌的模拟回波损耗。

Description

包括用于交换射频信号的天线的设备
技术领域
本发明涉及包括用于与其它设备交换射频信号的天线的设备，并且还涉及天线和方法。
这样一种设备的例子包括家庭影院设备、环绕声设备、无线耳机设备、第二房间无线音频设备、移动终端和无线接口。
背景技术
在JP2002-271118中公开了一种现有技术天线，它公开的天线单元具有一个无源元件。这个无源元件能够在一个规定的方向抑制无线电波的辐射。换言之，这个天线单元不是一个全向的天线。
已知的天线是有缺点的，尤其是由于它不是一个全向天线的这一事实。当然，全向天线是已知的，例如已有的偶极子天线。偶极子天线在半波长处谐振。例如在开放的空气中的864兆赫兹，这对应于16cm，这是相当大的。当减小现有技术的偶极子天线的长度时，将使天线阻抗减小。借助于一个有缺陷的匹配电路可以匹配这个减小的天线阻抗。在不匹配的情况下，减小的天线阻抗将使电效率低下并且使回波损耗很差(反射很大)。
发明内容
本发明的一个目的具体来说是提供包括一个相当小的具有足够的天线阻抗的全向天线的设备。
本发明的另外的目的具体来说是提供包括一个相当小的具有足够的天线阻抗的全向天线的设备，以及与相当小的具有足够的天线阻抗的全向天线组合使用的方法。
按照本发明的设备包括用于与其它设备交换射频信号的天线，这个天线包括两个元件，这些元件的第一外端相互耦合，这些元件的第二外端相互耦合，每个元件都包括两个子元件，两个子元件隔开一个间隙，元件的长度小于射频信号的半波长。
这个天线的长度小于射频信号的半波长。因此，天线是相当小的。天线的形状导致全向天线图形，并且导致具有足够的天线阻抗的天线。这个天线的其它优点是，它不需要匹配网络，不需要超大尺寸的功率放大器，并且不引入额外的功率消耗。这个天线可以用于发射射频信号以及接收射频信号。
应当说明的是，较短的现有技术偶极子天线是存在的，可以使这种较短的偶极子天线与两个负载线圈谐振。这些现有技术偶极子天线本身不具备足够的天线阻抗并且需要有缺陷的匹配电路。
所说设备例如还包括集成的无线音频解决方案，它包括一个集成的无线音频无线电集成电路(ic)和一个集成的无线音频基带处理器。射频信号例如在850兆赫兹和950兆赫兹之间。
按照本发明的设备的一个实施例由为平行元件的元件确定，元件的长度值在射频信号半波长的40％和80％之间，元件的宽度值在长度的0.1％和20％之间，元件的间隙距离值小于长度的20％，平行元件之间的元件距离值在长度0.1％和20％之间。在这些条件下天线运行最佳。
按照本发明的设备的一个实施例由不靠着(against)地表面操作的天线确定。这样一种地表面习惯上起天线图像的作用。这样就允许将天线用在非水平位置，并且减小了天线的必要空间。天线可用在垂直位置，并且可安装在例如电视接收器的背面。
按照本发明的设备的一个实施例由为平面元件的元件确定，元件的外端经过另一个平面元件相互耦合。这样一种天线容易集成。
按照本发明的设备的一个实施例由包括两个另外元件的天线确定。所述两个另外元件的第一外端相互耦合，所述两个另外元件的第二外端相互耦合，所述两个另外元件的长度小于射频信号的半波长。引入例如定位在平行于所说元件的平面的一个平面的两个另外元件(进一步)增加了天线阻抗，结果，改善了天线的回波损耗。当使用用于接收射频信号的天线时，这尤其重要。
按照本发明的设备的一个实施例由两个元件和两个另外元件确定，所说两个元件是印刷在电路板的第一侧上的平面元件，所说两个另外元件是印刷在电路板的第二侧上的另外平面元件。这样一种天线容易集成。电路板使元件对相互电隔离。
按照本发明的设备的一个实施例由为平行元件的元件和为平行另外元件的另外元件确定，元件的长度值在射频信号半波长的40％和80％之间，元件的宽度值在长度的0.1％和20％之间，元件的间隙距离值小于长度的20％，平行元件之间的元件距离值以及平行的另外元件之间的元件距离值在长度0.1％和20％之间，元件的厚度值等于或小于宽度的10％，电路板所包括的基板材料厚度值等于或小于宽度。在这些条件下，提高了天线阻抗的天线运行最好。
按照本发明的设备的一个实施例由另外元件之一确定，所说另外元件包括两个子元件，两个子元件由与元件的馈电间隙对边(diagonally)相对的一个间隙分开，另一个另外元件没有间隙。这个天线的标称模拟回波损耗具有一个下跌。
按照本发明的设备的一个实施例由另外元件的两个子元件之间的间隙距离确定，间隙距离的数值小于至少一个长度的20％。在这个条件下，提高了天线阻抗的天线运行最好。
按照本发明的设备的一个实施例由另外元件之一确定，另外元件包括两个子元件，两个子元件由与元件的馈电间隙非对边(non-diagonally)相对的一个间隙分开，另一个另外元件没有间隙。这个天线的标称模拟回波损耗具有两个下跌。有益地，这样一种天线例如可用在GSM/UMTS频率和WLAN频率(例如2.5GHz和5.2GHz)的双频段环境。
按照本发明的天线实施例和按照本发明的方法的实施例对应于按照本发明的设备的实施例。
本发明具体来说基于如下的认识：现有技术的偶极子天线或者相当庞大或者在长度减小的情况下天线阻抗不足够大，本发明具体来说基于如下基本思路，通过相互耦合元件的第一外端，并且通过相互耦合元件的第二外端，可以从两个元件制造出具有足够天线阻抗的相当小的天线，借此，每个元件包括两个子元件，两个子元件分开一定间隙。
本发明解决的问题具体来说是提供包括相当小的并且具有足够的天线阻抗的全向天线，本发明的优点具体来说是，天线不需要匹配网络，不需要超大尺寸的功率放大器，并且不会引入额外的功率消耗。这个天线可用于发射以及接收射频信号。
从下述的实施例，本发明的这些和其它方面都是显而易见的。
附图说明
图1示意地表示按照本发明的设备，它包括按照本发明的天线；
图2更加详细地示意地表示按照本发明的天线，上侧是2A，下侧是2B；
图3表示按照本发明的天线的三维视图；
图4表示在900MHz操作的现有技术偶极子天线的模拟回波损耗；
图5表示在900MHz操作的在印刷电路板上的现有技术偶极子天线的模拟回波损耗；
图6表示按照本发明的天线对于915MHz的三维视图；
图7表示按照本发明的天线对于915MHz的模拟回波损耗；
图8表示按照本发明的天线对于915MHz的模拟辐射图形；
图9表示按照本发明的天线对于915MHz的模拟三维辐射图形；
图10表示按照本发明的天线的三维视图，用于在2.5GHz和5.2GHz的双频段操作；
图11表示按照本发明的天线在2.5GHz和5.2GHz的双频段操作的模拟回波损耗；
图12表示按照本发明的天线在2.5GHz的双频段操作的模拟辐射图形；
图13表示按照本发明的天线在5.2GHz的双频段操作的模拟辐射图形。
具体实施方式
在图1中表示的按照本发明的设备1包括按照本发明的天线2、3，用于与其它设备(未示出)交换射频信号。天线2、3耦合到滤波/开关电路11。电路11经过集成的无线音频求解电路12、13耦合到接口14，集成的无线音频求解电路12、13包括集成的无线音频无线电集成电路12和集成的无线音频基带处理器电路13。在发射模式，接口14耦合到或者形成一个源，如麦克风、计算机、播放器、等。源信号经过电路13、12、11流动到一个或多个天线2、3。在接收模式，目标信号经过一个或多个天线2、3到达并且经过电路11、12、13流动到接口14。接口14耦合到或者形成一个目的地，例如扬声器、计算机、记录器、等。设备1例如包括家庭影院系统(的一部分)、环绕声系统(的一部分)、无线耳机系统(的一部分)、第二房间无线音频系统(的一部分)、移动终端、无线接口、等。
图2所示的按照本发明的天线2(和/或3)例如在印刷电路板的上侧包括两个元件21、22，例如平面元件。元件21、22的第一外端例如经过另外一个平面元件29相互耦合，元件21、22的第二外端例如经过另外一个平面元件30相互耦合。元件21(22)包括分开一个间隙27(28)的两个子元件23、24(25、26)。元件21、22的长度小于射频信号半波长。
通常，天线2、3在发射模式的输入端以及天线2、3在接收模式的输出端都是通过子元件25、26的靠近(馈电)间隙28的外端形成的。因此，这个(馈电)间隙28具有相当小的间隙距离。间隙27的间隙距离可以是较大的，一直大到下面将要确定的边界值。元件22是一个有源元件，元件21是一个无源元件。
天线2(和/或3)例如在印刷电路板的下侧可以进一步还包括两个另外元件41、42，例如平面元件。另外元件41、42的第一外端例如经过另外一个平面元件49相互耦合，另外元件41、42的第二外端例如经过另外一个平面元件50相互耦合。另外元件41包括分开一个间隙47的两个子元件43、44。另外元件42没有间隙。可替换地，另外元件41没有间隙，在这种情况下另外元件42将有一个间隙。另外元件41、42的长度小于射频信号半波长，通常是无源元件。
优选地，元件21、22是平行的元件，另外元件41、42是平行的另外元件。一个元件21、22、41、42的长度值在射频信号半波长的40％和80％之间，一个元件21、22、41、42的宽度值在长度的0.1％和20％之间。间隙27、28、47的间隙距离值小于长度的20％。平行元件21、22之间的元件距离值以及平行的另外元件41、42之间的元件距离值在长度的0.1％和20％之间。元件21、22、41、42的厚度值等于或小于宽度的10％，电路板所包括的基板材料厚度值等于或小于宽度。
按照现有技术的天线理论，平行的元件21、22之间的元件距离值以及平行的另外元件41、42之间的元件距离值例如应该是波长的1/4。然而，按照本发明，这个元件距离值最好应该比波长的1/4小得多，例如约为元件21、22、41、42的宽度。
天线2、3的长度小于射频信号半波长。因此，天线2、3相当小。天线2、3的形状将产生全向天线图形，并且产生具有足够大天线阻抗的天线2、3。射频信号例如在850MHz和950MHz之间。天线2、3不需要靠着大地表面进行操作。这就允许天线2、3用在非水平位置，例如用在垂直位置，并且减小了天线2、3所需的空间。例如按照电视接收机的形式，可将天线2、3安装在设备1的背面。
引入两个另外元件41、42，另外元件41、42例如定位在平行于元件21、22所在平面的平面内，(进一步)增加了阻抗。结果，天线2、3的回波损耗得到改善。当天线2、3用于接收射频信号时，这具有重要性。在其另外元件41包括由与(馈电)间隙28对边相对的间隙47分开的两个子元件43、44的情况下，天线2、3具有只有一个下跌的标称模拟回波损耗，如图7所示。在其另外元件41不包括间隙和其另外元件42包括与(馈电)间隙28非对边相对的间隙的情况下，天线2、3具有两个下跌的标称模拟回波损耗，如图11所示。这样一种天线2、3例如可以有益地用于GSM/UMTS频率和WLAN频率(例如2.5GHz和5.2GHz)的双频段环境。
在元件21、22、41、42的长度对应于x轴和元件21、22、41、42的宽度对应于y轴的情况下，元件21、22的xy平面以及元件41、42的xy平面基本上是平行的平面。元件21、22、41、42的厚度和基板材料的厚度将对应于z轴。这些平面的每一个将在z轴具有基本不同的位置。通常，元件21、22在一个平面内的x、y大小和x、y坐标将基本上对应于元件41、42在另一个平面内的x、y大小和x、y坐标(相差小于20％)。
在图3中，表示按照本发明的天线2、3的一个三维视图。
在图4中，表示在900MHz操作的现有技术偶极子天线的模拟回波损耗，y轴是分贝，x轴是GHz。这个现有技术偶极子天线包括两个串联部分，每一个部分的长度约为80mm。
图5表示在900MHz操作的在印刷电路板上的现有技术偶极子天线的模拟回波损耗，y轴是分贝，x轴是GHz。这个现有技术偶极子天线包括两个串联元件，每一个元件的长度约为62mm，宽度为1mm。
在图6中，表示对于915MHz的按照本发明的天线2、3的三维视图。由此，元件21、22、41、42的长度为38mm，宽度为2.5mm，元件距离为2.5mm，基板材料厚度为1.6mm，铜的厚度为0.035mm。
在图7中，表示图6的按照本发明的天线的模拟回波损耗，y轴是分贝，x轴是GHz。
在图8中，表示图6的按照本发明的天线的模拟辐射图形。
在图9中，表示图6的按照本发明的天线的模拟三维辐射图形。
在图10中，表示在2.5GHz和5.2GHz的双频段操作的按照本发明的天线的三维视图。由此，元件21、22、41、42的长度为12mm，宽度为1mm，元件距离为1mm，基板材料厚度为1.6mm，铜的厚度为0.035mm。
在图11中，表示图10的按照本发明的天线的模拟回波损耗，y轴是分贝，x轴是GHz。第二个下跌来源于如下的事实：在这种情况下，另外元件41是没有间隙的，而另外元件42现在包括一个间隙。
在图12中，表示图10的按照本发明的天线的模拟辐射图形。
在图13中，表示图10的按照本发明的天线的模拟辐射图形。
应当说明的是，上述实施例只是说明而不是限制本发明，并且，本领域的普通技术人员在不偏离所附的权利要求书的范围的情况下能够设计出许多可替换的实施例。在权利要求中，放在括号之间的任何参考符号将不被认为是对于这个权利要求的限制。使用动词“包括”及其变化形式并不排除存在除在权利要求中所列各项以外的元件或步骤。放在元件前边的冠词“一个”并不排除存在多个这样的元件。借助于包括几个不同元件的硬件可以实施本发明。在列举几个装置的设备权利要求中，通过一个相同的硬件可以实施几个这样的装置。在相互不同的从属权利要求中引用了某些措施的事实并不表明不能利用这些措施的组合带来优点。

Claims (12)

1、一种设备(1)，包括用于与其它设备交换射频信号的天线(2、3)，这个天线(2、3)包括两个元件(21、22)，这些元件(21、22)的第一外端相互耦合，这些元件(21、22)的第二外端相互耦合，每个元件(21、22)都包括两个子元件(23、24、25、26)，两个子元件(23、24、25、26)隔开一个间隙(27、28)，元件(21、22)的长度小于射频信号的半波长。
2、根据权利要求1所述的设备(1)，其中：所说元件(21、22)是平行的元件，元件(21、22)的长度值在射频信号半波长的40％和80％之间，元件(21、22)的宽度值在长度的0.1％和20％之间，元件(21、22)的间隙距离值小于长度的20％，平行元件(21、22)之间的元件距离值在长度0.1％和20％之间。
3、根据权利要求1所述的设备(1)，其中：天线(2、3)不是靠着地表面操作。
4、根据权利要求1所述的设备(1)，其中：元件(21、22)是平面元件，元件(21、22)的外端经过另外的平面元件(29、30)相互耦合。
5、根据权利要求1所述的设备(1)，其中：天线(2、3)包括两个另外元件(41、42)，所述另外元件(41、42)的第一外端相互耦合，所述另外元件(41、42)的第二外端相互耦合，另外元件(41、42)的长度小于射频信号半波长。
6、根据权利要求5所述的设备(1)，其中：所说两个元件(21、22)是印刷在电路板的第一侧上的平面元件，所说两个另外元件(41、42)是印刷在电路板的第二侧上的另外平面元件。
7、根据权利要求6所述的设备(1)，其中：元件(21、22)是平行的元件，另外元件(41、42)是平行的另外元件，元件(21、22、41、42)的长度值在射频信号半波长的40％和80％之间，元件(21、22、41、42)的宽度值在长度的0.1％和20％之间，元件(21、22、41、42)的间隙距离值小于长度的20％，平行的元件(21、22)之间的元件距离值以及平行的另外元件(41、42)之间的元件距离值在长度0.1％和20％之间，元件(21、22、41、42)的厚度值等于或小于宽度的10％，电路板所包括的基板材料厚度值等于或小于宽度。
8、根据权利要求5所述的设备(1)，其中：另外元件之一(41)包括两个子元件(43、44)，两个子元件(43、44)由与元件(21、22)的馈电间隙(28)对边相对的一个间隙(47)分开，另一个另外元件(42)没有间隙。
9、根据权利要求8所述的设备(1)，其中：在另外元件(41)的两个子元件(43、44)之间的间隙距离的值小于至少一个长度的20％。
10、根据权利要求5所述的设备(1)，其中：另外元件之一(42)包括两个子元件，两个子元件由与元件(21、22)的馈电间隙(28)非对边相对的一个间隙分开，另一个另外元件(41)没有间隙。
11、一种用于交换射频信号的天线(2、3)，所说天线(2、3)包括两个元件(21、22)，这些元件(21、22)的第一外端相互耦合，这些元件(21、22)的第二外端相互耦合，每个元件(21、22)都包括两个子元件(23、24、25、26)，两个子元件(23、24、25、26)隔开一个间隙(27、28)，元件(21、22)的长度小于射频信号的半波长。
12、用于交换射频信号的方法，该方法包括使用天线(2、3)的步骤，所说天线(2、3)包括两个元件(21、22)，这些元件(21、22)的第一外端相互耦合，这些元件(21、22)的第二外端相互耦合，每个元件(21、22)都包括两个子元件(23、24、25、26)，两个子元件(23、24、25、26)隔开一个间隙(27、28)，元件(21、22)的长度小于射频信号的半波长。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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