TWI506861B - 可切換分集天線設備、行動通信裝置及低頻範圍分集天線 - Google Patents

可切換分集天線設備、行動通信裝置及低頻範圍分集天線 Download PDF

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Description

可切換分集天線設備、行動通信裝置及低頻範圍分集天線
本發明大體而言係關於諸如無線或攜帶型無線電裝置之電子裝置中之天線設備，且更特定而言，在一例示性態樣中，係關於可在較低頻率範圍中操作之可切換分集天線，及其調諧及利用方法。
本申請案主張2011年12月21日申請之具有相同標題之美國專利申請案第13/333,588號之優先權，該申請案以全文引用之方式併入本文中。
內部天線為在大多數現代無線電裝置中具有之元件，該等無線電裝置諸如行動電腦、行動電話、Blackberry®裝置、智慧型電話、個人數位助理(PDA)，或其他個人通信裝置(PCD)。通常，此等天線包含平面輻射平面及與其平行之接地平面，其藉由短路導體彼此連接以便達成天線之匹配。該結構經組態以使得其充當在所要操作頻率下之諧振器。亦存在一常見要求，即天線在一個以上頻帶中操作(諸如，雙頻帶、三頻帶或四頻帶行動電話)，在此情況下，使用兩個或兩個以上諧振器。
在室內或市區環境中操作之無線電裝置通常經歷效能降級，此歸因於多路徑干擾或損耗，尤其在發射器與接收器之間不存在明顯之視線(LOS)時。實情為，信號沿著複數個路徑反射，隨後最終被接收。此等「反彈」中之每一者可引入相移、時間延遲、衰減及失真，其可在接收天線之 孔徑下彼此相消地干擾。
作為使用兩個或兩個以上天線來改良無線鏈路之品質及可靠性的若干無線分集方案中之一者的天線分集在減輕此等多路徑情形方面尤其有效。此係因為，多個接收天線向接收器提供對同一信號之若干觀測；每一天線信號在藉由無線頻道進行傳播期間經歷不同之干擾環境。與單天線解決方案相比，多天線系統可共同提供更穩健之鏈路。
多個分集天線之使用始終需要額外硬體(例如，天線輻射器、連接性纜線佈線，及可選地，匹配電路)，且可增加攜帶型無線電通信裝置之大小，此通常係不合意的。
目前使用各種方法來提供天線分集。在不導致增加之裝置大小的情況下，更容易獲得高頻範圍或高頻帶(HB)分集天線解決方案(主要歸因於在較高頻率下操作所需之較小的輻射器)。
圖1中呈現一種典型之先前技術低頻帶(LB)分集天線解決方案。行動裝置100包含一或多個主天線(104、106)及低頻帶被動分集天線108。由圖1中之線114所表示之區域描繪為高頻帶分集天線保留之空間。LB分集天線108包含被動天線結構，且經由匹配至接地之分路電感器而耦合至行動裝置饋送埠112。LB分集天線108組態及置放(如圖1中所示)提供低頻範圍(例如，700至960MHz)中之最低之包絡相關度。當使用額外寄生元件110(在點122處接地)時，LB分集天線108能夠覆蓋低頻範圍中之兩個相異的操作頻帶，例如長期演進(LTE)標準之頻帶VIII及頻帶XII。然 而，目前可用之被動較低頻帶分集天線解決方案(i)覆蓋有限數目的操作頻帶(不具有寄生輻射器元件之單一頻帶，或具有一寄生輻射器之兩個頻帶)，(ii)特徵為寄生輻射器之較差的輻射效率，且(iii)需要較長之同軸電纜以便組合低頻帶及高頻帶分集天線饋送。此等較長之電纜產生天線雙工器阻抗失配，其又導致額外之電諧振，且隨著饋送連接器之電長度變化而改變天線響應之頻率。
另外，單極天線(目前用於低頻帶分集)容易受到介電質負載(loading)(歸因於使用者在主機裝置操作期間進行處置)影響。
因此，顯然需要一種用於(例如)具有小外觀尺寸之攜帶型無線電裝置之空間分集天線解決方案，且其提供較低之複雜性及改良之穩健性，又提供在操作期間對天線諧振之改量之控制。
本發明尤其藉由具空間效益之分集天線設備及其調諧及使用方法來滿足前述需要。
在第一態樣中，揭示分集天線設備。在一實施例中，該設備係主動的，且包括：第一天線設備，其經組態以在第一頻率範圍中操作且包含經組態以耦合至無線電裝置之饋送結構的第一饋送部分；及第二天線設備，其經組態以在第二頻率範圍中操作，且包含：第一輻射器，其包含經組態以將輻射部分耦合至饋送結構之第二饋送部分；第二輻射器，其包含第一部分及第二部分，該第二部分經組態以 耦合至該無線電裝置之接地平面；及選擇器設備，其經組態以將該第一部分選擇性地耦合至該接地平面。在一變體中，該選擇器經組態以使得無線電裝置能夠在該第二頻率範圍內之至少兩個操作頻帶中進行無線通信。
在另一變體中，該第二頻率範圍在頻率上低於該第一頻率範圍，且該第一頻率範圍與該第二頻率範圍在頻率上未明顯重疊。
在另一變體中，該至少兩個操作頻帶包含由長期演進(LTE)無線通信標準指定之頻帶。
在又一變體中，該選擇器設備包含開關，諸如單極多擲開關。
在另一變體中，耦合饋送組態使得分集天線設備能夠對裝置操作期間之介電質負載實質上不敏感；且在另一實施例中，該分集天線設備包含直接饋送之輻射器部分及接地之(耦合饋送之)輻射器部分。經由耦合至天線饋送端(例如，在接地平面邊緣之中心處)之饋送元件來饋送直接饋送之部分。該天線之耦合饋送部分經接地，從而形成低頻帶之諧振部分。使用兩個天線部分之間的間隙來調整天線Q值。藉由改變接地元件之長度來達成諧振頻率調諧。將低頻帶饋送元件接近高頻帶分集天線之饋送元件而安置，進而減少傳輸損耗且改良雙工器操作。
在第二態樣中，揭示一種行動通信裝置。在一實施例中，該裝置包含包括上文所論述之主動分集天線設備之蜂巢式電話或智慧型電話。
在另一實施例中，該行動裝置包括：圍封體，其包含複數個側；電子器件總成，其包含接地平面及至少一饋送結構；主天線總成，其經組態以在較低之頻率範圍及較高之頻率範圍中操作且接近複數個側中之底側而安置；及分集天線總成，其沿著該複數個側中之側向側而安置，該側向側實質上垂直於該底側。
在一變體中，該分集天線總成包括：第一分集天線設備，其經組態以在高頻範圍中操作且包含耦合至該饋送結構之第一饋送部分；及第二分集天線設備，其經組態以在較低之頻率範圍中操作，且包含：第一輻射器，其包含經組態以將輻射部分耦合至饋送結構之第二饋送部分；第二輻射器，其包含耦合至接地平面之接地結構；及選擇器元件，其經組態以將第二輻射器之選擇器結構選擇性地耦合至接地平面。該選擇器元件經組態以使得行動通信裝置能夠在較低之頻率範圍內之若干(例如，至少四個)操作頻帶中進行無線通信。
在另一變體中，接地結構接近第二分集天線設備之一端而安置；且該第二饋送部分接近該第二分集天線設備之第二端而安置，該第二端與該第一端相對地安置。
在又一變體中，該第二饋送部分接近該第一饋送部分而安置。
在另一變體中，該第二饋送部分及該第一饋送部分各自經由饋送電纜而耦合至饋送埠；且該第二饋送部分與該第一饋送部分之接近度經組態以減少饋送電纜中之傳輸損 耗。該饋送電纜包含(例如)微帶導體或同軸電纜。
在另一變體中，該選擇器結構安置在該第二饋送部分與該接地結構之間。
在又一變體中，該選擇器元件包含開關設備，其特徵為複數個狀態且經組態以經由至少四個相異電路路徑而將選擇器結構選擇性地耦合至接地平面，且該等相異電路路徑中之至少一者包含電抗性電路。
在第三態樣中，揭示主動低頻帶分集天線設備。在一實施例中，該設備包括：至少第一及第二輻射元件；及耦合饋送組態。該耦合饋送組態使得該分集天線設備能夠對裝置操作期間之介電質負載實質上不敏感；且該天線設備經組態以在由無線通信網路標準需要之較低頻率範圍之若干間隔之頻帶上操作。
在一變體中，該標準包含長期演進(LTE)標準，且該若干間隔之頻帶選自其B17、B20、B5、B8及B13頻帶。
在另一變體中，該設備進一步包括開關設備，該開關設備與至少第一及第二輻射元件操作通信且經組態以更改該天線設備之諧振頻率。
在另一態樣中，揭示一種低頻範圍分集天線，其包含：耦合元件；第一輻射元件，其適於經由該耦合元件直接耦合至攜帶型裝置之饋送結構；及第二輻射元件，其適於經由至少一接地點而連接至接地平面。該分集天線係經由耦合元件來饋送，且低頻帶分集天線之諧振部分係藉由將天線之一部分接地而形成。
在另一態樣中，揭示一種操作分集天線設備之方法。在一實施例中，該天線設備用於在攜帶型無線電裝置中使用，且該方法包含選擇性地切換該天線設備之元件，以便在較低之頻率範圍之若干間隔之頻帶上操作該設備。
在第四態樣中，揭示一種減輕使用者干擾對輻射及接收分集天線設備之影響的方法。
在第五態樣中，揭示一種調諧分集天線設備之方法。
藉由附圖及以下詳細描述，本發明之進一步特徵、其性質及各種優點將更顯而易見。
藉由以下在結合圖式時陳述之詳細描述，本發明之特徵、目的及優點將變得更顯而易見。
現在參考圖式，其中相同之數字貫穿各圖指代相同部分。
如本文中所使用，術語「天線」、「天線系統」、「天線總成」及「多頻帶天線」指代(不限於)併有接收/發射及/或傳播電磁輻射之一或多個頻帶之單一元件、多個元件或元件之一或多個陣列之任何設備或系統。該輻射可具有眾多類型，例如，微波、毫米波、射頻、經數位調變、類比、經類比/數位編碼、經數位編碼之毫米波能量等。
如本文中所使用，術語「板」及「基板」實質上指代(且不限於)上面可安置其他組件之任何實質上平面或彎曲之表面或組件。舉例而言，基板可包含單層或多層印刷電路板(例如，FR4)、半導電晶粒或晶圓，或甚至外殼或其 他裝置組件之表面，且可實質上剛性或至少略具可撓性。
術語「頻率範圍」、「頻帶」及「頻域」指代(不限於)用於傳達信號之任何頻率範圍。此類信號可依照一或多個標準或無線空中介面來傳達。
如本文中所使用，術語「攜帶型裝置」、「行動計算裝置」、「用戶端裝置」、「攜帶型計算裝置」及「終端使用者裝置」包括(但不限於)個人電腦(PC)及微型電腦(無論為桌上型、膝上型或其他)、機上盒、個人數位助理(PDA)、手持式電腦、個人通信器、平板電腦、攜帶型導航輔助、配備有J2ME之裝置、蜂巢式電話、智慧型電話、個人整合式通信或娛樂裝置，或能夠與網路或另一裝置交換資料之幾乎任何其他裝置。
此外，如本文中所使用，術語「輻射器」、「輻射平面」及「輻射元件」指代(不限於)可充當接收及/或發射射頻電磁輻射之系統之部分的元件(例如，天線或其部分)。
術語「RF饋送」、「饋送」、「饋送導體」及「饋送網路」指代(不限於)任何能量導體及耦合元件，其可傳遞能量、變換阻抗、增強效能特性，且使傳入/傳出之RF能量信號之間的阻抗性質與一或多個連接性元件(諸如，輻射器)之阻抗性質相符。
如本文中所使用，術語「迴路」及「環」實質上指代(且不限於)閉合之(或實際上閉合之)路徑，而不顧及任何形狀或尺寸或對稱性。
如本文中所使用，術語「頂部」、「底部」、「側部」、 「上」、「下」、「左」、「右」等僅意味著一組件與另一組件之相對位置或幾何形狀，且絕不意味著參考或任何所需定向之絕對框架。舉例而言，當將組件安裝至另一裝置時(例如，安裝至PCB之底側)，組件之「頂部」部分可實際上駐留在「底部」部分下方。
如本文中所使用，術語「無線」係指任何無線信號、資料、通信或其他介面，包括(非限制)Wi-Fi、藍芽、3G(例如，3GPP、3GPP2及UMTS)、HSDPA/HSUPA、TDMA、CDMA(例如，IS-95A、WCDMA等)、FHSS、DSSS、GSM、PAN/802.15、WiMAX(802.16)、802.20、窄頻帶/FDMA、OFDM、PCS/DCS、長期演進(LTE)或LTE-高級(LTE-A)、TD-LTE、類比蜂巢式、CDPD、衛星系統(諸如，GPS)、毫米波或微波系統、光學、聲學及紅外線(亦即，IrDA)。
概述
在一顯著態樣中，本發明提供一種用於在行動無線電裝置中使用之主動低頻帶分集天線設備。與先前技術解決方案相比，該天線設備有利地提供改良之輻射效率，且致使裝置能夠低頻率範圍之若干相異頻帶中操作。耦合饋送天線組態使得分集天線對裝置操作期間之介電質負載實質上不敏感。
在一實施例中，該低頻範圍分集天線包含兩個輻射元件。第一輻射元件經由安置於接地平面邊緣之中心處之耦合元件而直接耦合至攜帶型裝置電子器件之饋送結構。第 二輻射元件在接地點處連接至接地。
分集天線係經由耦合元件來饋送，且低頻帶分集天線之諧振部分係藉由將天線之一部分接地而形成，此產生天線包絡相關係數，該天線包絡相關係數類似於具有接近主天線饋送點之饋送點之天線設備。
當接地點接近裝置底部處之主天線而定位時，當沿著接地平面之側向中心軸安置天線饋送點時，在例示性實施例中達成最低之包絡相關係數(ECC)。當從接地平面之中心朝向接地平面之頂部移動饋送點時，ECC增加。
在一實施例中使用在直接饋送輻射器與接地耦合饋送輻射器元件之間的距離(間隙)來調整天線Q值。藉由改變接地元件之電長度來達成諧振頻率調諧。
藉由將第二分支添加至接地輻射器元件而進一步達成天線調諧，該第二分支經組態以將接地輻射器元件選擇性地連接至(經由開關)靠近天線接地點之開關接點。可在開關之不同輸出埠上使用不同阻抗，以使得能夠在較低頻率範圍中之不同操作頻帶中選擇性地調諧分集天線。在一實施中，當開關處於斷開狀態中時(對應於高阻抗)，達成對天線之最低操作頻帶之調諧。相應地，當開關處於閉合位置中時(對應於低阻抗或接地阻抗)，達成在最高操作頻帶中之調諧。
本發明之分集天線解決方案有利地致使能夠橫跨所關注之複數個頻帶(例如，在E-UTRA及LTE相容網路當前所需之所有低頻接收頻帶(亦即，頻帶B17、B20、B5及B8)中) 之操作。又，藉由取代當前呈現之頻帶中之一者，或藉由使用SP5T開關，B13中之操作係可能的(B13用於通常不需要覆蓋與GSM/WCDMA裝置相關之其他LTE頻帶的CDMA裝置中)。
與被動設計相比，本發明之例示性實施例之天線饋送點可安置得更靠近高頻帶分集元件饋送點。此有利地減少傳輸線路損耗，且使雙工器行為穩定(通常要求雙工器將LB及HB分集元件組合為單一饋送點)。在一實施例中將HB元件實施為單獨元件，此歸因於小天線體積內可達成之更好之頻寬。
與對由使用者之手進行之介電質負載敏感之單極類型被動分集天線相比，本發明之某些實施例實施之用於低頻帶分集之耦合饋送(迴路類型天線)佈置亦對該介電質負載不敏感。
亦揭示操作及調諧天線設備之方法。
對例示性實施例之詳細描述
現提供對本發明之設備及方法之各種實施例及變體的詳細描述。儘管主要在行動裝置之背景下進行論述，但本文中所論述之設備及方法不限於此。實際上，本文中所描述之設備及方法中之許多設備及方法在任何數目個複雜天線中係有用的，而無論係與行動或是固定裝置(諸如，基地台或超微型小區)、蜂巢式或其他裝置相關聯。
例示性天線設備
現在參看圖2至圖3B，詳細描述本發明之無線電天線設 備之若干實施例。在圖2A中呈現用於在行動無線電裝置中使用之天線設備之一例示性實施例，其展示其中安裝有天線設備之行動通信裝置200的俯視平面圖。裝置200包含圍封體202(具有縱向尺寸206及橫向尺寸204)，且含有電池210及收發器印刷線路板(PWB)208。裝置200進一步包含接地平面203。在一實施例中，PWB 208可為裝置主PWB之一部分。外殼202可由多種材料(諸如，合適之塑膠或金屬)製造且支撐顯示模組。在一變體中，顯示器包含觸控螢幕或其他互動式功能性。然而，顯示器可包含(例如)經組態以僅顯示資訊之僅顯示裝置、允許使用者經由顯示器將輸入提供至裝置中之觸控螢幕顯示器(例如，電容性或其他技術)，或其他技術。
裝置200之PWB耦合至裝置及天線總成，天線總成包含若干天線：(i)低頻(LB)主天線212；(ii)高頻(HB)主天線214；(iii)低頻(LB)分集天線216；及(iv)高頻分集天線218。在一變體中(諸如圖2A中所示)，兩個主天線213接近裝置接地平面203之底部邊緣而安置，而兩個分集天線沿著接地平面203之垂直邊緣而安置。在另一變體中，主天線及分集天線之位置係顛倒的。給定本發明，熟習此項技術者將瞭解，其他空間天線組態係例示性的，且可使用不同之確認，諸如行動裝置接地平面上之任何置放，其中分集天線元件具有靠近主天線饋送點之饋送點，且天線實質上彼此垂直對準(例如，各別接地平面邊緣)，使得天線在主天線及分集天線對之間形成90度或接近90度之角度。
藉由背景技術，攜帶型無線電裝置之主天線(例如，圖2A之天線213)通常經組態以在裝置之所有操作頻帶上發射及接收RF信號兩者。分集天線(例如，圖2A之天線216、218)經組態以僅在接收模式中操作，且需要一次僅覆蓋一接收(RX)頻帶。通常，與主天線相比，分集天線包含較窄之操作頻帶。當主天線經由一傳播頻道與基地台傳達(發射及接收)資料時，分集天線經由第二傳播頻道自基地台接收相同信號。舉例而言，當第一傳播頻道受到干擾時，使用第二傳播頻道來將信號遞送至裝置。此組態提供空間冗餘，且亦可用於增加自基地台至行動裝置之總下行鏈路之資料輸送量。在一實施中，在兩個傳播頻道上傳播之信號具有不同極化，因此經由極化分集產生冗餘。
圖2B展示行動裝置200橫截面「2B-2B」之一部分，其說明由典型無線裝置機械構造外加之對分集天線置放之空間約束。為了減小總裝置寬度，需要在不增加裝置外殼總尺寸之情況下實施分集天線輻射器。分集天線置放選項進一步受攜帶型裝置200之各種金屬組件(諸如，接地平面203、顯示器238及電池210)約束。由圖2B中之232表示之虛線圍出例示性裝置之含有金屬組件之區域，因此說明了可用於分集天線216、218之有限的空間量。圖2B至圖2C中之天線框架205(通常由塑膠製造)經組態以支撐天線輻射器。
在圖2A、圖2C中所說明之實施中，裝置外殼202之長度為125mm(5吋)且寬度為68mm(2.7吋)，且分集天線下方 可用之接地空隙236為約2.8mm(0.1吋)，其中分集天線之最大寬度受到尺寸234(其為約5.7mm(0.2吋))限制。
為了減少由分集天線佔據之大小，使用單獨之輻射器元件來實施低頻帶天線216及高頻帶天線218。
現參看圖2C至圖2E，詳細展示及描述分集天線216、218之結構。圖2C呈現行動裝置200之等角視圖，其中為了觀看，後蓋及裝置圍封體202之一部分被移除。LB分集天線216沿著裝置圍封體202之垂直側接近主天線214之位置而安置。低頻範圍分集天線216包含兩個輻射部分240、242。第一輻射部分240經由安置於接地平面203邊緣之中心處的饋送元件244而直接耦合至攜帶型裝置電子器件之分集天線饋送結構268。第二輻射器元件242包含經由接地結構246連接至接地平面之線性分支。經由耦合元件268來饋送分集天線216，且藉由將天線之輻射器部分242接地而形成低頻帶分集天線之諧振部分。圖2C中所說明之分集天線組態產生天線包絡相關係數(ECC)，該天線包絡相關係數類似於具有靠近主天線饋送點之饋送點之天線設備。
當接地點靠近裝置底部處之主天線而定位時，當沿著接地平面之側向中心軸安置天線饋送點時，達成最低之ECC。當自接地平面之中心朝向接地平面之頂部移動饋送點時，ECC增加。
可使用在兩個輻射器部分252與240之間的圖2D中所示之距離(間隙)250來調整天線Q值。藉由調整接地元件242之長度來達成諧振頻率調諧。
在一實施例中，藉由將第二分支252添加至接地輻射器元件242而進一步達成至特定操作頻帶之LB分集天線216調諧。分支252經由接地開關點248處之開關(下文關於圖3詳細展示及描述)選擇性地耦合至接地平面203。藉由改變穿過連接至開關電路之輻射器臂之電流的量而改變接地輻射器元件242、252之電長度。當開關斷開時(當從輻射器看向PCB時，對應於開關埠處之高阻抗)，大多數電流穿過具有低阻抗之實線接地連接。當電流行進較長之距離時，接地元件之電長度增加，進而降低天線諧振頻率。
相反，當開關閉合時，開關接點具有至接地之低阻抗，因此導致大多數電流穿過開關接點，進而將天線諧振調諧至其最高頻率。
與對由使用者之手進行之介電質負載敏感之典型先前技術單極類型被動分集天線解決方案相比，用於實施低頻帶分集天線216之耦合饋送(迴路類型天線)組態對該介電質負載不敏感。
所說明之實施例之HB分集天線218包含經由饋送元件260耦合至分集饋送結構268之輻射元件264，及經由接地結構262耦合至接地平面之迴路結構266。
與圖1中所示之被動分集天線設計相比，主動分集天線216之饋送元件244移動成實質上更靠近LB分集天線之饋送元件260。分集饋送244、260之緊密接近減少分集饋送結構268中之傳輸線路損耗，且使雙工器行為穩定(通常要求雙工器將LB及HB分集元件組合為單一饋送點)。本發明之 一變體中之分集饋送結構包含安置於PWB介電質上的導電跡線。在另一變體中，經由同軸電纜或其他導體來實施分集饋送結構268。
儘管分集天線216、218共用共同之饋送結構，但HB及LB分集天線之單獨輻射器之使用致使能夠最佳天線頻寬/可用空間取捨化，且在最小之天線體積中達成最寬之分集頻寬。
此外，在本發明之一些實施例中，分集天線可實際上置放在行動裝置內之任何地方，其限制條件為(i)分集天線之饋送點接近主天線饋送；且(ii)兩個天線彼此垂直對準(例如，各別接地平面邊緣，其中天線經置放以形成約90°之角度)。
圖3至圖3A說明對於上文關於圖2C至圖2D所描述之低頻帶分集天線216有用之開關設備之一例示性實施例。開關設備300包含單極四擲開關302，單極四擲開關302經組態以經由四個輸出埠306中之任一者將輻射器開關點304選擇性地耦合至接地平面。如圖3A中所說明，開關點248耦合至天線分支252。包含電容器318及電感器320之調諧網路經組態以調整天線所經歷之阻抗，進而致使能夠至所要操作頻帶之天線調諧。
在一實施中，開關302包含GaAs SP4T固態開關。給定本發明，如熟習此項技術者所瞭解，根據設計要求，可使用其他開關技術及/或不同數目個輸入及輸出埠。開關302經由耦合至裝置邏輯及控制電路之控制線320來控制。
可在開關302之不同輸出埠(諸如，圖3中之埠308、310)上使用不同阻抗，以使得能夠在較低頻率範圍中之不同操作頻帶中選擇性地調諧分集天線。在一實施中，當開關處於斷開狀態中時(對應於高阻抗)，達成對天線之最低操作頻帶之調諧。相應地，當開關處於閉合位置中時(對應於低阻抗或接地阻抗)，致使能夠在最高操作頻帶中之調諧。
圖3B之實施例之分集天線解決方案有利地致使能夠在LTE相容行動裝置當前所需之所有低頻接收頻帶(例如，頻帶B17、B20、B5及B8)中之操作。簡言之，在本文中用於描述圖2A至圖3B之天線實施例之頻帶指定符涉及以全文引用之方式併入本文中的第3代行動系統規範「LTE；Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；User Equipment(UE)radio transmission and reception,(3GPP TS 36.101版本9.8.0第9版)」所描述之頻帶。
在一變體中，圖3B之LB分集天線可適於藉由取代當前呈現之頻帶中之一者(亦即，頻帶B17、B20、B5及B8)而在CDMA網路頻繁使用之B13低頻帶中操作。儘管B13頻帶用於通常不需要覆蓋其他LTE頻帶之CDMA裝置中，但在另一變體中，可使用五輸出SP5T開關取代SP4T開關302來實施B13頻帶，因此致使行動裝置能夠使用單一LB分集天線在五個較低之頻帶範圍B17、B20、B5、B8及B13中操作。
效能
圖4至圖8B呈現在本發明之受讓人對根據本發明之一實施例而構造之例示性天線設備進行之模擬及測試期間所獲得之效能結果。
圖4展示在LB分集天線開關墊(例如，圖2D之開關墊248)處測得之負載阻抗的極相圖。由指定符402表示之曲線對應於使用在頻帶17中操作之天線(圖3A之開關處於B17狀態中)取得之量測值；由指定符404表示之曲線對應於使用在頻帶8中操作之天線(圖3A之開關處於B8狀態中)取得之量測值。
表1概括對應於用指定符408至414標記之三角形的量測值資料。當LB分集天線在B17頻帶中操作時，圖4及表1中所示之資料證實約180°度之相移(與在B8頻帶中操作之天線相比)。此外，當開關處於B17位置中時，表1中之資料展示更高之輸入阻抗(與B8位置相比)。B8頻帶中之較低天線輸入阻抗對應於穿過天線開關接點之較高電流，且導致天線操作頻帶之朝向天線之低頻範圍內的較高頻率之頻移(調諧)。
圖5A至圖5B呈現與圖3A之天線實施例之分集天線輻射 器240、242上之所模擬之表面電流相關的資料。圖5A中之資料對應於頻帶B17之開關位置，且展示大多數電流流過接地接點246。此等資料指示天線216之電長度係由輻射器元件242判定，且包含整個縱向範圍。圖5B中之資料係使用切換至在頻帶B8中操作之天線而獲得，且展示B17大多數電流流過開關接點248。圖5B中之資料指示LB分集輻射器之有效長度有所減小，且係由輔助開關分支252之長度判定。
圖6呈現用根據圖2A之例示性實施例而構造之天線設備測得之與自由空間(FS)中之返回損耗相關的之資料，該天線設備包含LB主天線212、HB主天線214、LB分集天線216及HB分集天線218。用指定符622、624指定之實線分別標記頻帶B17及B8之邊界。用指定符602至620標記之曲線對應於在以下天線組態中獲得之量測值：(i)曲線602--處於B17RX狀態中之LB分集天線216及HB分集天線218；(ii)曲線604--在自由空間中隔離之處於B17 RX狀態中之LB分集天線216及LB主天線；(iii)曲線606--主天線212、214、處於B17 RX狀態中之LB分集天線216；(iv)曲線608--處於B8 RX狀態中之LB分集天線216及HB分集天線218；(v)曲線610--主天線212、214、處於B17 RX狀態中之LB分集天線216； (vi)曲線612--處於B17 RX狀態中之LB分集天線216；(vii)曲線614--處於B17 RX狀態中之LB分集天線216、HB分集天線218、FS隔離LB分集-HB分集；(Viii)曲線616--處於B17 RX狀態中之LB分集天線216、FS隔離HB主-HB分集；(ix)曲線618--HB主天線214、處於B17 RX狀態中之LB分集天線216；及(x)曲線620--處於B8 RX狀態中之LB分集天線216、FS隔離LB分集-LB主。
儘管用於獲得圖6中所示之量測值的例示性天線設備之LB分集天線經組態以僅在最低(B17)及最高(B8)LB RX頻帶中操作，但此等頻帶表示天線切換之極端情況，且預期頻帶B20、B5(位於B17與B8之間)將具有至少與圖6中所示之效能類似之效能。
圖7A呈現關於如上文關於圖6所描述且包含LB分集天線216及HB分集天線218之分集天線設備所測得之自由空間效率的資料。將天線之效率(以dB計)定義為輻射功率與輸入功率之比率之十進位對數：
零(0)dB之效率對應於理想理論輻射器，其中以電磁能之形式輻射所有輸入功率。
圖7A中之用指定符702至710標記之曲線對應於在以下天線組態中獲得之量測值：(i)曲線702、704與先前技術之被 動分集天線相關，其用作參考；(ii)曲線706係用處於B8RX狀態、FS中之LB分集天線216取得；且(iii)曲線708、710係使用處於B17 RX狀態、FS中之LB分集天線216取得。
圖7A中之資料表明，與先前技術之被動分集天線相比，根據本發明之原理而構造之主動分集天線在較低頻率範圍(曲線706、708)及較高頻率範圍(曲線710)兩者中均提供改良之效能(如由較高總效率說明)。
圖7B呈現關於如上文關於圖6所描述而組態且包含四個天線212、214、216、218之天線設備所測得之自由空間效率的資料。圖7B中之用指定符720至728標記之曲線對應於在以下天線組態中獲得之量測值：(i)曲線720、722係用主天線212、214取得；(ii)曲線724、726係用主天線212、214及處於B17 RX狀態、FS中之LB分集天線取得；且(iii)曲線728係用主天線212、214及處於B8 RX狀態、FS中之LB分集天線取得。圖7B中之資料說明主動分集天線實施使主天線效率減小約0.5dB至1dB。HB效率改變最有可能係由針對HB分集天線而添加之額外電纜導致。
圖8A呈現關於使用如上文關於圖6所描述而組態之天線設備所測得之包絡相關度n(ECC)的資料。圖8A中之用指定符802至810標記之曲線對應於用以下組態獲得之量測值：(i)曲線802至804係用先前技術之被動分集天線取得，其用作參考；(ii)曲線806至808係用處於B17 RX狀態中之LB分集天線216及HB分集天線218、FS取得；且(iii)曲線 810係用處於B8 RX狀態、FS中之LB分集天線216取得。圖8A中之資料表明，與如由圖8A中之箭頭812、814表示之區域所指示之先前技術(曲線802、804)相比，如由本發明之分集天線之實質上較低ECC指示的改良之分集天線操作(曲線806、808)。
在量測期間所使用之測試表(諸如，上文關於圖8A所描述)通常不利地影響天線低頻帶包絡相關度結果；因此，需要模型模擬來驗證與被動天線相比之ECC行為，如下文關於圖8B所描述。
圖8B呈現關於使用模擬所獲得之包絡相關度(ECC)之資料(針對上文關於圖6所描述之天線組態)。圖8B中之用指定符822至832標記之曲線對應於針對以下組態獲得之資料：(i)曲線822呈現針對先前技術之被動分集天線所獲得之ECC資料，且用作用於ECC效能比較之參考；(ii)曲線824呈現針對處於B8 RX狀態中之LB分集天線216所獲得之ECC資料；(iii)曲線826呈現針對處於B17 RX狀態、FS中之LB分集天線216所獲得之ECC資料；(iv)曲線828呈現針對先前技術之被動分集天線所獲得之總效率(TE)資料，且用作用於TE效能比較之參考；(v)曲線830呈現針對處於B17 RX狀態中之LB分集天線216所獲得之TE資料；且(vi)曲線832呈現針對處於B8 RX狀態、FS中之LB分集天線216所獲得之TE資料。
圖8B中之資料表明，與先前技術之被動分集天線相比，根據本發明之原理而構造之主動分集天線提供改良之效能 (如由較高總效率及較低ECC所說明)。
圖4至圖8B中所呈現之資料表明，主動低頻帶分集天線在現代無線通信網路所需之較低頻率範圍之若干較廣間隔之頻帶(例如，頻帶B17、B8)上提供改良之效能。此能力有利地允許具有單一天線之攜帶型計算或通信裝置使用單一LB分集天線在若干行動頻帶(諸如，B17、B20、B5、B8及B13)上進行操作。
儘管本文在LTE頻帶之框架內描述了例示性實施例，但熟習此項技術者應瞭解，本發明之原理同樣適用於構造與其他通信標準及系統(諸如，WCDMA及LTE-A、TD-LTE等)之頻率組態相容之分集天線。
有利地，除了前述之操作頻帶之廣度及多樣性之外，切換分集天線組態(如在本文中所描述之所說明實施例中)亦允許藉由減小歸因於使用者處置而引起之潛在天線介電質負載(及相關聯之不利影響)而進一步改良裝置操作。此外，以上改良係在不增加分集天線所需之體積及行動裝置之大小的情況下實現的。
將認識到，儘管依據方法之步驟之特定序列來描述本發明之某些態樣，但此等描述僅說明本發明之較廣泛方法，且可根據特定應用之需要進行修改。在某些情形下，某些步驟可變得不必要或係可選的。另外，可將某些步驟或功能性添加至所揭示之實施例，或可改變兩個或兩個以上步驟之執行次序。所有此些變化均被視為涵蓋在本文所揭示及主張之揭示內容內。
儘管以上詳細描述已展示、描述並指出本發明之應用於各種實施例之新穎特徵，但將理解，熟習此項技術者可在不偏離本發明之情況下對所說明之裝置或過程之形式及細節進行各種省略、替代及改變。前文之描述係目前所預期之實行本發明之最佳模式。此描述絕不意味著限制性，而應被視為係說明本發明之一般原理。應參考申請專利範圍來判定本發明之範疇。
100‧‧‧行動裝置
104‧‧‧主天線
106‧‧‧主天線
108‧‧‧低頻帶被動分集天線
110‧‧‧寄生元件
112‧‧‧行動裝置饋送埠
114‧‧‧線
122‧‧‧點
200‧‧‧行動通信裝置
202‧‧‧圍封體/外殼
203‧‧‧接地平面
205‧‧‧天線框架
206‧‧‧縱向尺寸
208‧‧‧收發器印刷線路板(PWB)
210‧‧‧電池
212‧‧‧低頻(LB)主天線
214‧‧‧高頻(HB)主天線
216‧‧‧低頻(LB)分集天線
218‧‧‧高頻分集天線
232‧‧‧虛線
234‧‧‧尺寸
236‧‧‧接地空隙
238‧‧‧顯示器
240‧‧‧輻射部分
242‧‧‧輻射部分/第二輻射器元件
244‧‧‧饋送元件
246‧‧‧接地結構/接地接點
248‧‧‧接地開關點/開關接點
250‧‧‧距離(間隙)
252‧‧‧第二分支/輔助開關分支
262‧‧‧饋送元件/接地結構
264‧‧‧輻射元件
266‧‧‧迴路結構
268‧‧‧分集天線饋送結構
300‧‧‧開關設備
302‧‧‧單極四擲開關
304‧‧‧輻射器開關點
306‧‧‧輸出埠
308‧‧‧埠
310‧‧‧埠/開關
312‧‧‧開關
318‧‧‧電容器
320‧‧‧電感器/控制線
402‧‧‧指定符
404‧‧‧指定符
408‧‧‧指定符
410‧‧‧指定符
412‧‧‧指定符
414‧‧‧指定符
602‧‧‧指定符/曲線
604‧‧‧指定符/曲線
606‧‧‧指定符/曲線
608‧‧‧指定符/曲線
610‧‧‧指定符/曲線
612‧‧‧指定符/曲線
614‧‧‧指定符/曲線
616‧‧‧指定符/曲線
618‧‧‧指定符/曲線
620‧‧‧指定符/曲線
622‧‧‧指定符
624‧‧‧指定符
702‧‧‧指定符/曲線
704‧‧‧指定符/曲線
706‧‧‧指定符/曲線
708‧‧‧指定符/曲線
710‧‧‧指定符/曲線
720‧‧‧指定符/曲線
722‧‧‧指定符/曲線
724‧‧‧指定符/曲線
726‧‧‧指定符/曲線
728‧‧‧指定符/曲線
802‧‧‧指定符/曲線
804‧‧‧指定符/曲線
806‧‧‧指定符/曲線
808‧‧‧指定符/曲線
810‧‧‧指定符/曲線
812‧‧‧箭頭
814‧‧‧箭頭
822‧‧‧指定符
824‧‧‧指定符/曲線
826‧‧‧指定符/曲線
828‧‧‧指定符/曲線
830‧‧‧指定符/曲線
832‧‧‧指定符/曲線
圖1為先前技術之行動裝置低頻帶被動分集天線實施之等角視圖。
圖2A為展示根據本發明之主動低頻帶分集天線設備之一實施例的行動裝置之俯視平面圖。
圖2B為在圖2A中所示之行動裝置實施例之沿著線2B-2B取得的橫截面視圖，其詳述高頻帶分集天線安裝。
圖2C為圖2A之行動裝置之等角視圖，其詳述該行動裝置之主動低頻帶天線設備。
圖2D為圖2A之行動裝置之側部之俯視透視圖，其展示圖2C之主動低頻帶分集天線設備之結構的細節。
圖2E為圖2A之行動裝置之側部之俯視透視圖，其展示圖2C之高頻帶分集天線設備之詳細結構。
圖3為詳述與圖2B中所示之主動天線設備一起使用的開關電路之一實施例的示意圖。
圖3A為圖2E中所示之行動裝置之側部之俯視平面圖，其說明根據本發明之一實施例的圖3之主動開關電路之使 用。
圖4為由天線元件經歷之負載阻抗之曲線圖，其係在圖2C中所示之例示性天線設備之分集天線輻射器之開關墊處測得。
圖5為針對圖2C之例示性天線設備之分集天線輻射器而獲得之與所模擬之表面電流相關之資料之圖形表示。
圖6為呈現用根據本發明而組態之例示性多頻帶天線設備而測得之與自由空間輸入返回損耗相關的資料之曲線圖。
圖7A為呈現用根據本發明而組態之例示性低頻分集天線而測得之與總自由空間效率相關的資料之曲線圖。
圖7B為呈現用根據本發明而組態之例示性低頻主天線設備而測得之與總自由空間效率相關的資料之曲線圖。
圖8A為呈現用以下各者測得之與自由空間包絡相關度相關的資料之曲線圖：(i)被動先前技術分集天線；(ii)經組態以在B17頻帶中操作之圖3A之實施例的例示性低頻帶主動分集天線；及(iii)經組態以在B8頻帶中操作之圖3A之實施例的例示性低頻帶主動分集天線。
圖8B為呈現針對以下天線設備組態而獲得之與自由空間總輸入效率及包絡相關度相關的模擬資料之曲線圖：(i)被動先前技術分集天線；(ii)經組態以在B17頻帶中操作之圖3A之實施例的例示性低頻帶主動分集天線；及(iii)經組態以在B8頻帶中操作之圖3A之實施例的例示性低頻帶主動分集天線。
本文中所揭示之所有圖為©著作權2011(Pulse Finland Oy)。保留所有權利。
248‧‧‧接地開關點/開關接點
300‧‧‧開關設備
302‧‧‧單極四擲開關
304‧‧‧輻射器開關點
306‧‧‧輸出埠
308‧‧‧埠
310‧‧‧埠/開關
312‧‧‧開關
318‧‧‧電容器
320‧‧‧電感器/控制線

Claims (27)

  1. 一種分集(diversity)天線設備，其包含：一第一分集天線設備，其經組態以在一第一頻率範圍中操作且包含經組態以耦合至一無線電裝置之一分集饋送結構的一第一饋送部分；及一第二分集天線設備，其經組態以在一第二頻率範圍中操作，且包含：一第一輻射器，其包含經組態以將一輻射部分耦合至該分集饋送結構之一第二饋送部分；及一第二輻射器，其包含一第一部分及一第二部分，該第二部分經組態以耦合至該無線電裝置之一接地平面。
  2. 如請求項1之設備，其進一步包含一選擇器設備，該選擇器設備經組態以將該第一部分選擇性地耦合至該接地平面；其中該選擇器設備經組態以使得該無線電裝置能夠在該第二頻率範圍內之至少兩個操作頻帶中進行無線通信。
  3. 如請求項2之設備，其中該至少兩個操作頻帶包含由一長期演進(LTE)無線通信標準指定之頻帶。
  4. 如請求項1之設備，其中該第二頻率範圍在頻率上低於該第一頻率範圍。
  5. 如請求項1之設備，其中經組態以耦合至該分集饋送結構之該第一饋送部分形成一耦合饋送組態(coupled-feed configuration)之至少一部分，該耦合饋送組態使得該分集天線設備能夠對裝置操作期間之介電質負載(loading)實質上不敏感。
  6. 如請求項5之設備，其中該第一頻率範圍與該第二頻率範圍在頻率上未明顯重疊。
  7. 如請求項2之設備，其中該選擇器設備包含一開關。
  8. 一種行動通信裝置，其包含：一圍封體，其包含複數個側；一電子器件總成，其包含一接地平面及至少一饋送結構；一主天線總成，其經組態以在一較低之頻率範圍及一較高之頻率範圍中操作且接近該複數個側中之一第一側而安置；及一分集天線總成，其沿著該複數個側中之一側向側而安置，該側向側實質上垂直於該第一側。
  9. 如請求項8之行動通信裝置，其中該分集天線總成包含：一第一分集天線設備，其經組態以在該較高之頻率範圍中操作且包含耦合至該至少一饋送結構之一第一饋送部分；及一第二分集天線設備，其經組態以在該較低之頻率範圍中操作，且包含：一第一輻射器，其包含經組態以將一輻射部分耦合至該至少一饋送結構之一第二饋送部分；及 一第二輻射器，其包含耦合至該接地平面之一接地結構。
  10. 如請求項9之行動通信裝置，其中該分集天線總成進一步包含一選擇器元件，該選擇器元件經組態以將該第二輻射器之一選擇器結構選擇性地耦合至該接地平面；且其中該選擇器元件經組態以使得該行動通信裝置能夠在該較低之頻率範圍內之至少四個操作頻帶中進行無線通信。
  11. 如請求項9之行動通信裝置，其中：該接地結構接近該第二分集天線設備之一第一端而安置；且該第二饋送部分接近該第二分集天線設備之一第二端而安置，該第二端與該第一端相對地安置。
  12. 如請求項10之行動通信裝置，其中該第二饋送部分接近該第一饋送部分而安置。
  13. 如請求項10之行動通信裝置，其中：該第二饋送部分及該第一饋送部分各自經由一饋送電纜而耦合至一饋送埠；且該第二饋送部分至該第一饋送部分之接近度經組態以減少該饋送電纜中之傳輸損耗。
  14. 如請求項13之行動通信裝置，其中，該饋送電纜包含一微帶導體。
  15. 如請求項13之行動通信裝置，其中，該饋送電纜包含一同軸電纜。
  16. 如請求項10之行動通信裝置，其中，該選擇器元件包含一開關設備，該開關設備包含複數個狀態且係經組態以經由至少四個相異之電路路徑而將該選擇器結構選擇性地耦合至該接地平面。
  17. 如請求項16之行動通信裝置，其中該等相異之電路路徑中之至少一者包含一電抗性(reactive)電路。
  18. 如請求項9之行動通信裝置，其中該第一饋送部分與該第二饋送部分之間的一第一距離小於該第二饋送部分與一選擇器結構之間的一第二距離。
  19. 如請求項9之行動通信裝置，其中：該第二分集天線包含一縱向尺寸及一橫向尺寸，該縱向尺寸大於該橫向尺寸；該第二輻射器被組態成實質上平行於該縱向尺寸；該主天線安置包含一較短尺寸及一較長尺寸之一區域中；且該縱向尺寸被組態成實質上垂直於該較長尺寸。
  20. 如請求項19之行動通信裝置，其中：該區域包含一矩形；該橫向尺寸實質上垂直於該縱向尺寸；且該較短尺寸實質上垂直於該較長尺寸。
  21. 如請求項9之行動通信裝置，其中該第二分集天線包含具有不超過2.8mm之一第一尺寸之一橫截面。
  22. 一種主動低頻帶分集天線設備，其包含：至少第一及第二輻射元件；及 一耦合饋送組態，其包含耦接至以下兩者之一共同饋送結構：(i)該主動低頻帶分集天線設備之該等至少第一及第二輻射元件之一者之一饋送部分；及(ii)一高頻帶分集天線設備之一饋送部分；其中該耦合饋送組態使得該分集天線設備能夠對裝置操作期間之介電質負載實質上不敏感；且其中該主動低頻帶分集天線設備係經組態以在一無線通信網路標準所要求之一較低頻率範圍之若干間隔之頻帶上操作。
  23. 如請求項22之設備，其中該標準包含一長期演進(LTE)標準，且該等若干間隔之頻帶選自其B17、B20、B5、B8及B13頻帶。
  24. 如請求項23之設備，其進一步包含一開關設備，該開關設備與該等至少第一及第二輻射元件操作通信且經組態以更改該天線設備之一諧振頻率。
  25. 一種低頻範圍分集天線，其包含：一耦合元件；一第一輻射元件，其適於經由該耦合元件直接耦合至一攜帶型裝置之一饋送結構；及一第二輻射元件，其適於經由至少一接地點而連接至一接地平面且包含一第一分支及一第二分支，該第一分支經組態以經由直接耦合而耦合至該至少一接地點且該第二分支經組態以經由一開關電路而選擇性地耦合至該至少一接地點； 其中該低頻範圍分集天線係經由該耦合元件來饋送。
  26. 如請求項25之天線，其中該耦合元件大致安置在該接地平面之一邊緣之一中心處。
  27. 如請求項25之天線，其中該低頻範圍分集天線之一諧振部分係藉由將該天線之一部分接地而形成。
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