TWI532256B - 用以在通訊裝置中減少近場輻射及比吸收率(sar)值之方法 - Google Patents

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Description

用以在通訊裝置中減少近場輻射及比吸收率(SAR)值之方法 相關申請案之交互參考
此申請案是2010年3月30日提出申請的名稱為「Multimode Antenna Structure」的美國專利申請案第12/750,196號案的部分延續案，美國專利申請案第12/750,196號案是2008年4月8日提出申請的名稱為「Multimode Antenna Structure(核發為美國專利第7,688,273號案)」的美國專利申請案第12/099,320號案的延續案，而美國專利申請案第12/099,320號案是2007年6月27日提出申請的名稱為「Multimode Antenna Structure(核發為美國專利第7,688,275號案)」的美國專利申請案第11/769,565號案的部分延續案，且美國專利申請案第11/769,565號案是基於2007年4月20日提出申請的名稱為「Multimode Antenna Structure」的美國臨時專利申請案第60/925,394號案及2007年5月8日提出申請的名稱亦為「Multimode Antenna Structure」的美國臨時專利申請案第60/916,655號案。此申請案還基於2009年5月26日提出申請的名稱亦為「Multimode Antenna Structure」的美國臨時專利申請案第61/181,176號案。上述該等申請案中的每一者於此併入參考。
本發明係有關於用以在通訊裝置中減少近場輻射及比吸收率值之方法。
 發明背景
本發明大體與無線通訊裝置有關，且較特別的是與用以在此等裝置中減少近場輻射及比吸收率(SAR)值之方法有關。
許多通訊裝置具有多個緊密封裝在一起(例如，之間間隔不到四分之一波長)且可同時地在相同頻帶中操作的天線。這些通訊裝置的常見例子包括諸如蜂巢式手機，個人數位助理(PDA)，以及無線網路裝置或個人電腦(PC)之資料卡的可攜式通訊產品。許多系統架構(諸如，多輸入輸出(MIMO))和行動無線通訊裝置的標準協定(諸如無線LAN的802.11n和諸如802.16e(WiMAX)、HSDPA以及1xEVDO的3G資料通訊)需要多個天線同時操作。
 發明實施例之概要
根據一個或更多實施例，提供了一種用以在一通訊裝置中減少近場輻射及比吸收率(SAR)值的方法。該通訊裝置包括發送及接收電磁信號的一多模天線結構，以及用以處理傳送至該天線結構之信號與來自該天線結構之信號的電路。該天線結構包含：複數個被可操作地耦接到該電路的天線埠；複數個天線元件，每一個天線元件被可操作地耦接到該等天線埠之中不同的一個；及一個或更多連接元件，分別在每一個天線元件上的一位置處電連接對應的天線元件，每一個天線元件被耦接於此的一天線埠隔開以形成一單一的輻射結構，且使得一個天線元件上的電流流到一個所連接的相鄰天線元件，而通常不流到被耦接到該相鄰天線元件的該天線埠，且流經該一個天線元件及該相鄰天線元件的該等電流一般地在量測值上相等，因此在一給定期望信號頻率範圍內由一個天線埠激發的一天線模式一般地與由另外一天線埠激發的一模式被電氣隔離，且該天線結構產生分集式天線場型。該方法包括調整被饋入到該天線結構之相鄰天線埠之信號間的相對相位，以使被饋入到該一個天線埠的一信號相較於被饋入到該相鄰天線埠的一信號而具有一個不同的相位，以提供天線場型控制且增加朝向一接收點的一選定方向上的增益。該方法的特徵在於使用低於在該天線結構的一非場型控制操作中使用的該傳輸功率的一傳輸功率，而使得該通訊裝置使用低於該非場型控制操作的傳輸功率來獲取與該接收點大致相當的無線鏈結性能，從而減少該比吸收率。
根據一個或更多另外的實施例，提供了一種用以在一通訊裝置中減少近場輻射及比吸收率(SAR)值的方法。該通訊裝置包括用以發送及接收電磁信號的一天線陣列，以及用以處理傳送至該天線陣列之信號與來自該天線陣列之信號的電路。該天線陣列包含複數個輻射元件，每一個輻射元件具有可操作地耦接到該電路的一天線埠。該方法包括調整被饋入到該天線陣列之該等天線埠之信號間的相對相位，以使被饋入到一個天線埠的一信號相較於被饋入到另一天線埠的一信號具有一個不同的相位，以提供天線場型控制且增加朝向一接收點的一選定方向上的增益。該方法的特徵在於使用低於在該天線陣列的一非場型控制操作中使用的該傳輸功率的一傳輸功率，而使得該通訊裝置使用低於該非場型控制操作的傳輸功率來獲取與該接收點大致相當的無線鏈結性能，從而減少該比吸收率。
圖式簡單說明
第1A圖說明一個有兩個平行偶極的天線結構。
第1B圖說明由第1A圖天線結構中的一個偶極激發產生的電流。
第1C圖說明一個對應於第1A圖天線結構的模型。
第1D圖是一個說明第1C圖天線結構之散射參數的圖解。
第1E圖是一個說明第1C圖天線結構之電流比的圖解。
第1F圖是一個說明第1C圖天線結構之增益場型的圖解。
第1G圖是一個說明第1C圖天線結構之包絡相關性的圖解。
第2A圖根據本發明之一個或更多實施例說明透過連接元件被連接至兩個平行偶極的一個天線結構。
第2B圖說明一個對應於第2A圖天線結構的模型。
第2C圖是一個說明第2B圖天線結構之散射參數的圖解。
第2D圖是一個說明第2B圖天線結構之散射參數的圖解，其中在天線結構的兩個埠處有集總元件阻抗匹配。
第2E圖是一個說明第2B圖天線結構之電流比的圖解。
第2F圖是一個說明第2B圖天線結構之增益場型的圖解。
第2G圖是一個說明第2B圖天線結構之包絡相關性的圖解。
第3A圖根據本發明之一個或更多實施例說明透過曲折的連接元件被連接至兩個平行偶極的一天線結構。
第3B圖是一個顯示第3A圖天線結構之散射參數的圖解。
第3C圖是一個說明3A圖天線結構之電流比的圖解。
第3D圖是一個說明3A圖天線結構之增益場型的圖解。
第3E圖是一個說明3A圖天線結構之包絡相關性的圖解。
第4圖根據本發明之一個或更多實施例說明一接地或地網(counterpoise)的一個天線結構。
第5圖根據本發明之一個或更多實施例說明一個平衡天線結構。
第6A圖根據本發明之一個或更多實施例說明一個天線結構。
第6B圖是一個顯示第6A圖之有關一特定偶極寬度大小天線結構之散射參數的圖解。
第6C圖是一個顯示第6A圖之有關另一偶極寬度大小天線結構之散射參數的圖解。
第7圖根據本發明之一個或更多實施例說明在一印刷電路板上被製造的一天線結構。
第8A圖根據本發明之一個或更多實施例說明具有雙關共振的一天線結構。
第8B圖是一個說明第8A圖天線結構之散射參數的圖解。
第9圖根據本發明之一個或更多實施例說明一個可調頻天線結構。
第10A和10B圖根據本發明之一個或更多實施例說明具有沿天線元件長度指向不同位置之連接元件的天線結構。
第10C和10D圖是分別說明第10A和10B圖天線結構之散射參數的圖解。
第11圖根據本發明之一個或更多實施例說明包括具有開關之連接元件的一天線結構。
第12圖根據本發明之一個或更多實施例說明具有一連接元件的一天線結構，其中一濾波器被耦接到該連接元件。
第13圖根據本發明之一個或更多實施例說明具有兩個連接元件的一天線結構，其中一些濾波器被耦接到該等連接元件。
第14圖根據本發明之一個或更多實施例說明具有一個可調頻連接元件的一天線結構。
第15圖根據本發明之一個或更多實施例說明被安裝在一PCB組合上的一天線結構。
第16圖根據本發明之一個或更多實施例說明被安裝在一PCB組合上的另一天線結構。
第17圖根據本發明之一個或更多實施例說明可被安裝在一PCB組合上的一備選天線結構。
第18A圖根據本發明之一個或更多實施例說明一個三模式天線結構。
第18B圖是一個說明第18A圖天線結構之增益場型的圖解。
第19圖根據本發明之一個或更多實施例說明一天線結構的一天線和功率放大器組合器應用。
第20A和20B圖根據本發明之一個或更多另外實施例說明可用在，例如，一WiMAX USB或ExpressCard/34裝置中的一多模天線結構。
第20C圖說明一個被用來測量第20A和20B圖天線之性能的測試組合。
第20D到20J圖說明第20A和20B圖之天線的測試測量結果。
第21A和21B圖根據本發明之一個或更多備選實施例說明可用在，例如，一WiMAX USB伺服器鑰(dongle)中一多模天線結構。
第22A和22B圖根據本發明之一個或更多備選實施例說明可用在，例如，一WiMAX USB伺服器鑰中一多模天線結構。
第23A圖說明一個被用來測量第21A和21B圖之天線性能的測試組合。
第23B到23K圖說明第21A和21B圖之天線的測試測量結果。
第24圖是一個根據本發明之一個或更多實施例的具有一波束控制機制之天線結構的概要方塊圖。
第25A到25G圖說明第25A圖天線的測試測量結果。
第26圖根據本發明之一個或更多實施例說明一天線結構的增益優點作為饋電點間相位角差的函數。
第27A圖是一個說明一簡單雙頻帶支線單極天線結構的概要圖。
第27B圖說明在第27A圖天線結構中的電流分佈。
第27C圖是一個說明一支線(spurline)帶阻濾波器的概要圖。
第27D和27E圖是說明在第27A圖天線結構中頻率抑制的測試結果。
第28圖是一個說明根據本發明之一個或更多實施例的有一帶阻槽天線結構的概要圖。
第29A圖說明一個根據本發明之一個或更多實施例的有一帶阻槽的備選天線結構。
第29B和29C圖說明第29A圖天線結構的測試測量結果。
第30圖說明針對1900MHz頻帶中的場型控制應用的具有兩埠天線結構的一示範性USB伺服器鑰。
第31圖說明藉由模擬第30圖之該裝置而確定的SAR值。
 較佳實施例之詳細說明
根據本發明的各種實施例，提供多模天線結構用於在通訊裝置中發送和接收電磁信號。該等通訊裝置包括用於處理通訊至和來自一天線結構之信號的電路。該天線結構包括複數個被可操作地耦接到該電路的天線埠以及複數個天線元件，每一天線元件被可操作地耦接一個不同的天線埠。該天線結構也包括一個或更多電連接該等天線元件的連接元件，以使得在一給定信號頻率範圍內由一個天線埠激發的一天線模式一般地與由另外一天線埠激發的一模式電氣隔離。此外，由該等埠產生的天線場型呈現具有低相關性的定義良好的場型分集。
根據本發明之各種實施例的天線結構在這樣的通訊裝置中特別有用，即需要多個天線緊密地封裝在一起(例如，間隔小於四分之一波長)，包括其中一個以上的天線被同時使用並且特別是在相同的頻帶中被同時使用的裝置。該等天線結構於其中可以被使用之裝置的常見例子包括諸如蜂巢式手機、PDA以及無線網路裝置或PC資料卡的可攜式通訊產品。該等天線結構在需要多個天線同時操作的諸如MIMO的系統架構和行動無線通訊裝置的標準協定(諸如無線LAN的802.11n和諸如802.16e(WiMAX)、HSDPA和1xEVDO的3G資料通訊)中也特別有用。
第1A-1G圖說明一天線結構100的操作。第1A圖概要地說明具有兩個平行天線，特別是長為L的平行偶極102、104的天線結構100，該等偶極102、104被一距離d分隔，並且沒有透過任何連接元件被連接。該等偶極102、104具有一個近似對應於L=λ/2的基本共振頻率。每一偶極被連接到可在同一頻率操作的一獨立發送/接收系統。該系統連接對兩個天線來說可具有同一個特性阻抗z0，在這個例子中是50ohm。
當一個偶極正在發送一信號時，透過該偶極被發送的信號中的一些將被直接耦接到相鄰偶極中。最大量耦合通常發生在個別偶極的半波共振頻率附近，並且隨著做得較小的間隔距離d而增加。例如，對於d<λ/3，耦合幅值大於0.1或-10dB，對於d<λ/8，耦合幅值大於-5dB。
當一個偶極正在發送一信號時，透過該偶極被發送的信號中的一些將被直接耦接到相鄰偶極中。最大量耦合通常發生在個別偶極的半波共振頻率附近，並且隨著做得較小的間隔距離d而增加。例如，對於d<λ/3，耦合幅值大於0.1或-10dB，對於d<λ/8，耦合幅值大於-5dB。
所期望的是不耦合(即，完全隔離)或減小天線之間的耦合。舉例來說，如果該耦合是-10dB，則10%的傳輸功率被損失掉，這是因為該功率量被直接地耦合到相鄰天線中。也可能有不利的系統效應，諸如被連接到該相鄰天線的接收器飽和及降低靈敏度或者被連接到該相鄰天線的發射機性能降格。在該相鄰天線上被誘導產生的電流較由一單獨偶極所產生增益場型使增益場型失真。這種效應已知降低了由該等偶極產生的增益場型之間的相關性。因此，儘管耦合可提供一些場型分集，其具有如上所述的不利系統影響。
該等天線由於緊密耦合而不獨立地起作用，於是可被認為是一個具有對應於兩個不同增益場型之兩對終端或埠的天線系統。使用任一埠實質上涉及包括兩個偶極的整個結構。相鄰偶極的寄生激發使分集能夠在緊密偶極間隔實現，但是在該偶極上被激發的電流經由源阻抗傳遞，從而表明埠之間的互耦合。
第1C圖說明對應於第1圖中所示之天線結構100的用於模擬的一模型偶極對。在這個例子中，該等偶極102、104具有一個1mm×1mm的正方形橫截面及56mm的長度(L)。當被附接到一50ohm源上時，這些大小產生一個2.45GHz的中心共振頻率。在該頻率處的自由空間波長是122mm。一10mm或近似λ/12間隔距離(d)的散射參數S11和S12的平面圖被顯示在第1D圖中。由於對稱性和互易性，S22=S11，S12=S21。為了簡化起見，僅S11和S12被顯示和討論。在該組配中，由S12所表示的偶極之間的耦合達到一個最大值-3.7dB。
第1E圖顯示在埠106被激發，埠108被被動地終止的條件下該天線結構的偶極104上的垂直電流對偶極102上的垂直電流的比(在圖中被標示為“幅值I2/I1”)。電流比(偶極104/偶極102)是一最大值處的頻率對應於偶極電流之間具有180度相位差的頻率，且僅在頻率上稍高於在第1D圖中所示的最大耦合點處的頻率。
第1F圖顯示在埠106激發下若干頻率的方位角增益場型。該等場型不是全向均勻的，並且由於不斷改變的耦合幅值和相位而隨著頻率改變。由於對稱性，由埠108激發產生的場型將是埠106激發產生場型的鏡像。因此，場型從左到右越是不均勻，其在增益幅值上越是多變。
場型之間相關係數的計算提供場型分集的一個定量特性描述。第1G圖顯示埠106和埠108天線場型之間計算而得的相關性。該相關性遠低於透過克拉克(Clark)理想偶極模型所預測的相關性。這是由於透過互耦合所引入的場型中的差異引起的。
第2A-2F說明根據本發明之一個或更多實施例的一個示範性兩埠天線結構200的操作。該兩埠天線結構200包括兩個緊密間隔的共振天線元件202、204，並且在埠206、208之間提供低場型相關性和低耦合。第2A圖概要地說明該兩埠天線結構200。該結構類似於在第1B圖中所示的包含該偶極對的天線結構100，但是附加地在埠206、208的每一側在該等偶極之間包括水平導電連接元件210、212。這兩個埠206、208位於與第1圖天線結構相同的位置。當一個埠被激發時，該組合結構與未被附接偶極對的結構呈現類似的共振，但是耦合顯著減小，場型分集明顯增加。
一個有一10mm偶極間隔之天線結構200的示範性模型被顯示在第2B圖中。該結構一般地具有與第1C圖中所示的天線結構100相同的幾何結構，但是具有額外兩個電連接該等天線元件且略高於和略低於該等埠的兩個水平連接元件210、212。該結構在與未附接偶極相同的頻率處顯示出一個強共振，但是如在第2C圖中所示有非常不同的散射參數。耦合中有一深脫離(drop-out)(-20dB以下)，並且輸入阻抗中有一漂移，如由S11所指示。在這個例子中，最佳的阻抗匹配(S11最小值)不與最小耦合相重合(S12最小值)。可使用一匹配網路來提高輸入阻抗匹配，以及進一步達到如在第2D圖中所示的很低的耦合。在這個例子中，一集總元件匹配網路包含一系列電感，接著一並聯電容器被增加在每一埠和該結構之間。
第2E圖顯示偶極元件204上的電流與由埠206激發產生的偶極元件202上的電流之間的比率(在本圖中被確認為“幅值I2/I1”)。該圖顯示在共振頻率以下，該電流實際上大於偶極元件204上的電流。在共振附近，隨著頻率的增加，偶極元件204上的電流相對於偶極元件202上電流開始減小。最小耦合點(在該情況下是2.44GHz)在該頻率附近發生，其中在該處兩個偶極元件上的電流在幅值上大體相等。在該頻率處，偶極元件204上電流的相位較偶極元件202上電流的相位落後大約160度。
與第1C圖沒有連接元件的偶極不同，第2B圖組合天線結構200的天線元件204上的電流沒有被迫使通過埠208的終端阻抗。相反產生一共振模式，其中電流從天線元件204流下，穿過連接元件210、212，然後向上流到天線元件202，如第2A圖中顯示的箭頭所指示。(注意該電流代表一半共振週期；在另一半共振週期中，該電流方向被反向)。該組合結構的共振模式具有以下特徵：(1)天線元件204上的電流大部分不流到埠208，從而允許埠206、208之間更高的隔離度，以及(2)兩個天線元件202、204上電流的幅值近似相等，其允許不相同和不相關的增益場型，如以下之進一步詳細描述。
因為該等天線元件上電流的幅值幾乎相等，較第1C圖之有未附接偶極的天線結構100的情況，一個方向性更強的場型被產生(如在第2F圖中所顯示)。當該等電流相等時，使場型在x(或者phi=0)方向上為零的條件是偶極204上電流的相位落後於偶極202上電流的相位量π-kd(其中k=2π/λ，λ是有效波長)。在這種情況下，從偶極204在phi=0方向上傳播的磁場將與偶極202那些磁場的相位成180度，因此這兩者的組合將在phi=0方向上具有一個零值。
在第2B圖的模範例子中，d是10mm或是一有效電長度λ/12。在該情況下，kd等於π/6或30度，因此對於phi=0為零，phi=180有最大增益之一方向性方位角輻射場型的條件是偶極204上的電流落後偶極202上的電流150度。在共振的時候，該等電流接近通過該條件(如在第2E圖中顯示)，這解釋了場型的方向性。在偶極204激發的情況下，該輻射場型是相對第2F圖那些輻射場型的鏡像，最大增益在phi=0方向。如在第2G圖中所示，從這兩個埠所產生的天線場型中的差異具有一個相關的低預測包絡相關性。因此，該組合天線結構具有兩個彼此隔離並且產生具有低相關性之增益場型的埠。
因此，該耦合的頻率回應取決於連接元件210、212的特性，包括其阻抗和電氣長度。根據本發明的一個或更多實施例，於其上一所期望的隔離量可被保持的頻率和帶寬透過合適地組配該等連接元件被控制。組配交叉連接的一種方法是改變連接元件的實體長度。這方面的一個例子透過第3A圖的多模天線結構300被顯示，其中一曲折部分(meander)被增加到連接元件310、312的交叉連接通路。這具有增加在這兩個天線元件302、304之間連接的電氣長度和阻抗的一般作用。這個結構的性能特性包括如分別在第3B、3C、3D和3E中所顯示的散射參數、電流比率、增益場型和場型相關性。在該實施例中，改變實體長度沒有顯著地改變該結構的共振頻率，但是S12有一個顯著的改變，較沒有該曲折部分的結構有更大的帶寬和一較大的最小值。因此，透過改變該等連接元件的電氣特性來最佳化和提高隔離性能是可能的。
根據本發明之各種實施例的示範性多模天線結構可被設計從一接地或地網402(如透過第4圖中的天線結構400所顯示的)，或者如一平衡結構(如透過第5圖中的天線結構500所顯示的)被激發。在任何一種情況下，每一天線結構包括兩個或更多天線元件(第4圖中的402、404，以及第5圖中的502、504)以及一個或更多導電連接元件(第4圖中的406，以及第5圖中的506、508)。為了便於說明，僅一個兩埠結構在該範例圖中被說明。然而，根據本發明的各種實施例擴展該結構使之包括兩個以上的埠是可能的。在每一天線元件處提供到該天線結構或埠(第4圖中的418、412，以及第5圖中的510、512)的一信號連接。該等連接元件在該頻率或在感興趣的頻率範圍內提供在這兩個天線元件之間的電連接。儘管該天線在實體上或電氣上是一個結構，其操作可透過將其考慮成兩個獨立的天線進行解釋。對於諸如一天線結構100的不包括連接元件的天線結構，該結構的埠106可以說成被連接到天線104。然而，在諸如天線結構400的該組合結構情況下，埠418可被稱為與一天線模式相關，以及埠412可被稱為與另一天線模式相關。
該等天線元件被設計成在所期望的操作頻率或頻率範圍共振。當一天線元件具有四分之一波長的一電長度時，最低階的共振發生。因此，在一非平衡組配的情況下，一個簡單的元件設計是一個四分之一波長單極。使用更高階的模式也是可能的。例如，由四分之一波長單極形成的一結構也呈現雙模式天線性能，在三倍基本頻率的一頻率處有高的隔離度。因此，更高階的模式可被開發來產生一多頻帶天線。同樣地，在一平衡組配中，該等天線元件可以是如在一半波長中饋式偶極中的互補四分之一波長元件。然而，該天線結構也可以由在所期望頻率或頻率範圍共振的其他類型的天線元件形成。其他可能的天線元件組配包括，但不限於螺旋形線圈、寬頻帶平面外形、晶片天線、曲折外形、迴路，以及諸如平面倒F天線(PIFA)的電感分流形式。
根據本發明之一個或更多實施例的一天線結構的天線元件不需要具有相同的幾何結構或相同類型的天線元件。該等天線元件應該在所期望的操作頻率或頻率範圍各自具有共振。
根據本發明之一個或更多實施例，一天線結構的天線元件具有相同的幾何結構。這對於設計簡單化來說一般是可取的，特別是當對於到任一個埠的連接來說天線性能的需求是相同的的時候。
該組合天線結構的帶寬和共振頻率可受該等天線元件的帶寬和共振頻率控制。因此，更寬頻寬的元件可被用來為如在例如第6A、6B和6C圖中所說明之組合結構的模式產生一個更寬的帶寬。第6A圖說明一個包括兩個透過連接元件606、608被連接至偶極602、604的多模天線結構600。該等偶極602、604各自具有一寬度(W)和一長度(L)，並且被一距離(d)間隔開。第6B圖說明具有以下示範性大小之結構的散射參數，其中W=1mm、L=57.2mm以及d=10mm。第6C圖說明具有以下示範性大小之結構的散射參數，其中W=10mm、L=50.4mm以及d=10mm。如所顯示，從1mm到10mm增加W，而通常保持其他大小相同，產生該天線結構的一個更寬的隔離帶寬和阻抗帶寬。
同時發現的是，增加該等天線元件之間的隔離度增加了一天線結構的隔離帶寬和阻抗帶寬。
一般說來，該連接元件在該組合共振結構的高電流區域中。因此，對於一連接元件來說具有一高導電率是較佳的。
如果它們作為獨立天線被操作，該等埠將位於該等天線元件的饋電點。匹配元件或結構可被用來使埠阻抗與所期望的系統阻抗相匹配。
根據本發明之一個或更多實施例，多模天線結構可以是一個被併入到，例如，如第7圖中所示之一印刷電路板中的平面結構。在這個例子中，天線結構700包括在埠708、710透過連接元件706被連接的天線元件702、704。該天線結構在一印刷電路板基材712上被製造。在本圖中所顯示的該等天線元件是簡單的四分之一波長單極。然而，該等天線元件可以是產生一等效有效電氣長度的任何幾何結構。
根據本發明之一個或更多實施例，具有雙共振頻率的天線元件可被用來產生有雙共振頻率，從而有雙操作頻率的一組合天線結構。第8A圖顯示一多模偶極結構800的一個示範性模型，其中偶極天線元件802、804分別被分成兩個不等長的指狀構造806、808和810、812。該等偶極天線元件具有與這兩個不同指狀構造長度中的每一個相關的共振頻率，因此呈現一個雙共振。同樣地，該使用雙共振偶極臂的多模天線結構呈現其中高隔離度(或小S21)如在第8B圖中所示被獲得的兩個頻帶。
根據本發明之一個或更多實施例，提供在第9圖中所示的一多模天線結構900，其具有形成一調頻天線的可變長度天線元件902、904。這可透過諸如在每一天線元件902、904之一RF開關906、908的一可控裝置改變該等天線元件的有效電氣長度實現。在這個例子中，開關可被打開(透過操作該可控裝置)來產生一較短電氣長度(用於較高頻率操作)，或者被閉合來產生一較長電氣長度(用於操作的較低頻率)。包括高隔離度特徵的該天線結構900的操作頻帶透過調整兩個天線元件於一致被調整。該方法可以與各種改變該等天線元件之有效電氣長度的方法一起被使用，該等方法包括，例如，使用一可控介電材料、下載具有諸如一MEMs裝置、變容器或可調頻介電電容器之一可變電容器的天線元件，以及打開或關閉寄生元件。
根據本發明之一個或更多實施例，該或該等連接元件在該等天線元件之間提供一電連接，其中該等天線元件具有一近似等於該等元件之間電氣距離的一電氣長度。在這種情況下，以及當該等連接元件被附接在該等天線元件的埠末端時，該等埠在該等天線元件之共振頻率附近的一頻率處被隔離。該配置可在特定頻率處產生接近完美的隔離。
可選擇性地，如前所討論，連接元件的電氣長度可被增加來擴大於其上隔離超過一特定值的帶寬。例如，天線元件之間的筆直連接可在一特定頻率產生一個-25dB的最小S21，S21<-10dB的帶寬可以是100MHz。透過增加電氣長度可獲得一個新的回應，其中最小S21被增加到-15dB，但是S21<-10dB的帶寬可被增加到150MHz。
根據本發明之一個或更多實施例的各種其他多模天線結構是可能的。例如，連接元件可具有一不同的幾何結構，以及其可以被構造包括改變該天線結構特性的組件。這些組件可包括，例如，主動電感和電容器元件，共振器或濾波器結構或諸如相移器的主動組件。
根據本發明之一個或更多實施例，連接元件沿天線元件長度的位置可被改變來調整該天線結構的特性。於其上該等埠被隔離的頻帶可在頻率上向上搬移，透過移動該連接元件在該等天線元件上的附著點遠離該等埠和靠近該等天線元件的遠端。第10A和10B圖分別說明多模天線結構1000、1002，每一天線結構具有電連接到該等天線元件的一連接元件。在第10A圖天線結構1000中，連接元件1004位於該結構之中，使得連接元件1004和接地平面的上邊緣1006之間的空隙是3mm。第10C圖顯示該結構的散射參數，顯示出在該組配中高隔離度在頻率1.15GHz處被獲得。一並聯電容器/串聯電感匹配網路被用來在1.15GHz處提供阻抗匹配。第10D圖顯示第10B圖的結構1002的散射參數，其中連接元件1008和接地平面的上邊緣1010之間的空隙是19mm。第10B圖的天線結構1002呈現在近似1.50GHz處有高隔離度的一操作頻帶。
第11圖概要地說明根據本發明之一個或更多另外實施例的一多模天線結構1100。該天線結構1100包括兩個或更多連接元件1102、1104，其中的每一個電連接天線元件1106、1108。(為了便於說明，僅兩個連接元件被顯示在本圖中，應理解的是，使用兩個以上的連接元件也被設想。)該等連接元件1102、1104沿該等天線元件1106、1108彼此之間被隔開。連接元件1102、1104中的每一個包括一開關1112、1110。峰值隔離頻率可透過控制該等開關1110、1112被選定。例如，一頻率f1可透過閉合開關1110和打開開關1112被選定。一個不同的頻率f2可透過閉合開關1112和打開開關1110被選定。
第12圖說明根據本發明之一個或更多備選實施例的一多模天線結構1200。該天線結構1200包括一濾波器1204可操作地耦接到其的一連接元件1202。該濾波器1204可以是一被選定的低通或帶通濾波器，因此該等連接元件在天線元件1206、1208之間的連接僅在諸如高隔離度共振頻率之所期望的頻帶中是有效的。在較高的頻率處，該結構將發揮沒有透過導電連接元件耦接且之間開路的兩個獨立天線元件的作用。
第13圖說明根據本發明之一個或更多備選實施例的一多模天線結構1300。該天線結構1300包括分別包括濾波器1306、1308的兩個或更多連接元件1302、1304。(為了便於說明，僅兩個連接元件被顯示在本圖中，應理解的是，使用兩個以上的連接元件也被設想。)在一個可能的實施例中，天線結構1300在連接元件1304(其靠近該等天線埠)上具有一低通濾波器1308，以及在連接元件1302上具有一高通濾波器1306，以產生一個具有兩個高隔離度頻帶的天線結構，即，一雙頻帶結構。
第14圖說明根據本發明之一個或更多備選實施例的一多模天線結構1400。該天線結構1400包括一個或更多具有一個可調頻元件1406可操作地連接到其的連接元件1402。該天線結構1400也包括天線元件1408、1410。該可調頻元件1406改變電連接的延遲或相位，或者改變電連接的電抗性阻抗。散射參數S21/S12的幅值和頻率響應受電氣延遲或阻抗中改變的影響，因此一天線結構可使用該可調頻元件1406使適應或一般最佳化用於特定頻率的隔離。
第15圖說明根據本發明之一個或更多備選實施例的一多模天線結構1500。該多模天線結構1500可被用在，例如，一WIMAX USB伺服器鑰中。該天線結構1500可被組配用於，例如在從2300到2700MHz的WiMAX頻帶中操作。
該天線結構1500包括透過一導電連接元件1506被連接的兩個天線元件1502、1504。該等天線元件包括一些用來增加該等元件電氣長度的槽，以獲得所期望的操作頻率範圍。在這個例子中，該天線結構最佳地用於2350MHz的一中心頻率。該等槽的長度可被減小以獲得更高的中心頻率。該天線結構被安裝在一印刷電路板組合1508上。一兩組件集總元件匹配在每一天線饋電處被提供。
該天線結構1500可由，例如金屬衝壓件製造。其可由0.2mm厚的銅合金板製成。該天線結構1500在該結構的質心在該連接元件上包括一拾取形體(pickup feature)1510，其可被用在一自動化撿-放型組裝流程中。該天線結構也與表帖重組(reflow)組合相容。
第16圖說明根據本發明之一個或更多備選實施例的一多模天線結構1600。如第15圖的天線結構1500，該天線結構1600可被用在，例如一WIMAX USB伺服器鑰中。該天線結構可被組配用於，例如在從2300到2700MHz的WiMAX頻帶中操作。
該天線結構1600包括兩個天線元件1602、1604，每一天線元件包含一曲折單極。曲折部分的長度決定了中心頻率。在本圖中所顯示的該示範性設計最佳用於2350MHz的一中心頻率。為了獲得更高的中心頻率，曲折部分的長度可被減小。
一連接元件1606電連接該等天線元件。在每一天線饋電處提供一兩組件集總元件匹配。
該天線結構可由例如銅製造，作為被安裝在一塑膠載體1608上的一彈性印刷電路(FPC)。該天線結構可由FPC的金屬部分產生。該塑膠載體提供機械支援和使到一PCB組合1610的安裝更容易。可選擇性地，該天線結構可由金屬板形成。
第17圖說明根據本發明之另外一個實施例的一多模天線結構1700。該天線設計可被用於，例如USB、Express 34和Express 54資料卡格式。在本圖中顯示的示範性天線結構被設計來在從2.3到6GHz的頻率操作。該天線結構可，例如由金屬板或由一塑膠載體1702上的FPC製造。
第18A圖說明根據本發明之另外一個實施例的一多模天線結構1800。該天線結構1800包含一個具有三個埠的三模式天線。在這個結構中，三單極天線元件1802、1804、1806使用包含連接相鄰天線元件之一導電環的一連接元件1808連接。該等天線元件透過一常見地網或一單一空心導電圓柱體套筒1810被平衡。該天線具有三個用於連接該天線結構到一通訊裝置的同軸電纜1812、1814、1816。該等同軸電纜1812、1814、1816穿過該中空的套筒1810。該天線組合可由被包裹在一圓柱體中的一單一彈性印刷電路構造，並且可被封裝在一圓柱形塑膠外殼中，以提供取代三個獨立天線的一單一天線組合。在一示範性配置中，該圓柱體的直徑是10mm，該天線的總長度是56mm，以在2.45GHz在埠之間以高隔離度操作。該天線結構可與，舉例來說諸如MIMO的多天線無線電系統或在2.4到2.5GHz頻帶中操作的80.211N系統一起使用。除了埠到埠的隔離以外，每一埠有利地產生如在第18B圖中所示的一個不同的增益場型。然而這只是一個特定的例子，可理解的是，該結構可按比例縮放以操作在任何所期望的頻率。也可理解的是，先前在兩埠天線上下文中所述的用於調整、操控帶寬和產生多頻帶結構的方法可被施加到該多埠結構。
儘管以上實施例被顯示為一個真正的圓柱體，但是使用其他具有三個天線元件和連接元件的產生相同優點的配置是可能的。這包括，但不限於有筆直連接因此該等連接元件形成一三角形或另外一個多邊形幾何結構的配置。透過類似地連接三個獨立偶極元件，而不是三個單極元件用一常見地網來構造一個類似的結構也是可能的。同時，儘管天線元件的對稱配置有利地從每一埠產生等效的性能，例如，相同的帶寬、隔離度、阻抗匹配，根據應用非對稱地或者用不相等的間隔佈置該等天線元件也是可能的。
第19圖說明根據本發明之一個或更多實施例的一多模天線結構1900在一組合器應用中的使用。如在本圖中所示，發送信號可被同時地施加到該天線結構1900的兩個天線埠。在該配置中，該多模天線可發揮天線和功率放大器組合器的作用。天線埠之間的高隔離度限制了兩個放大器1902、1904之間的互動，這已知具有諸如信號失真或效率損失的所不期望的影響。可在該等天線埠提供在1906的可取捨阻抗匹配。
第20A和20B圖說明根據本發明之一個或更多備選實施例的一多模天線結構2000。該天線結構2000也可被用在，例如一WiMAX USB 或ExpressCard/34裝置中。該天線結構可組配用於操作，例如在從2300到6000MHz的WiMAX頻帶。
該天線結構2000包括兩個天線元件2001、2004，每一天線元件包含一個寬單極。一連接元件2002電連接該等天線元件。槽(或其他切口)2005被用來提高5000MHz頻率以上的輸入阻抗匹配。在本圖中所顯示的該示範性設計最佳地用來覆蓋從2300到6000MHz的頻率。
該天線結構2000可用，例如金屬衝壓件製造。其可由0.2mm厚的銅合金板製成。該天線結構2000在該連接元件2002上大體在該結構的質心包括一拾取形體2003，其可被用在一自動化撿－放型組裝流程中。該天線結構也與表帖重組組合相容。該天線的饋電點2006提供到一PCB上射頻電路的連接點，同時也發揮該天線到該PCB之一結構安裝支撐的作用。額外的接觸點2007提供結構支撐。
第20C圖說明用來測量天線2000之性能的一測試組合2010。本圖也顯示遠場場型的座標參考。天線2000被安裝在代表一ExpressCard/34裝置的一30×88mm PCB 2011上。PCB 2011的接地部分被附接到一個更大的金屬板2012(在本例子中具有165×254mm的大小)上來表示典型一筆記型電腦的地網大小。PCB 2011上的測試埠2014、2016經由50ohm帶狀傳輸線被連接到該天線。
第20D圖顯示在該等測試埠2014、2016被測量的VSWR。第20E圖顯示在這些測試埠之間被測量的耦合(S21或S12)。該VSWR和耦合在寬頻率範圍(例如從2300到6000MHz)內有利地低。第20F圖顯示參照該等測試埠2014(埠1)、2016(埠2)所測量到的輻射效率。第20G圖顯示在透過激發測試埠2014(埠1)產生的輻射場型與透過激發測試埠2016(埠2)產生的那些輻射場型之間計算而得的相關性。在感興趣的頻率處，輻射效率有利地高，而場型之間的相關性有利地低。第20H圖顯示在頻率2500MHz透過激發測試埠2014(埠1)或測試埠2016(埠2)產生的遠場增益場型。第20I和20J圖分別顯示在3500和5200MHz頻率處的同樣場型測量。在Φ=0或XZ平面中以及在θ=90或XY平面中由測試埠2014(埠1)產生的場型是不同的，並且與測試埠2016(埠2)的那些互補。
第21A和21B圖說明根據本發明之一個或更多備選實施例的一多模天線結構2100。該天線結構2100可被用在，例如一WiMAX USB伺服器鑰中。該天線結構可被組配用於，例如在從2300到2400MHz的WiMAX頻帶中操作。
該天線結構2100包括兩個天線元件2102、2104，每一天線元件包含一個曲折單極。曲折部分的長度決定中心頻率。諸如，舉例來說螺旋形線圈和迴路的其他彎曲結構可被用來提供一個所期望的電氣長度。在本圖中所顯示的該示範性設計最佳用於一2350MHz中心頻率。一連接元件2106(在第21B圖中被顯示)電連接該等天線元件2102、2104。在每一天線饋電處提供一兩組件集總元件匹配。
該天線結構可例如由銅製造，作為被安裝在一塑膠載體2101上的一彈性印刷電路(FPC)2103。該天線結構可由FPC 2103的金屬部分產生。該塑膠載體2101提供用於附接該天線到一PCB組合(圖未示)的安裝接腳或接腳2107，以及用於將該FPC 2103固定到該載體2101上的接腳2105。2103的金屬部分包括暴露部分或用於使該天線與PCB上的電路電氣接觸的墊片2108。
為了獲得更高的中心頻率，該等元件2102、2104的電氣長度可被減小。第22A和22B圖說明一多模天線結構2200，其設計最佳用於一2600MHz中心頻率。該等元件2202、2204的電氣長度較第21A和21B圖的元件2102、2104的電氣長度短，因為在該等元件2202、2204末端的金屬化已經被移除，元件饋電端的寬度被增加。
第23A圖使用第21A和21B圖的天線2100連同遠場場型座標參考一起說明一測試組合2300。第23B圖顯示在測試埠2302(埠1)、2304(埠2)所測量到的VSWR。第23C圖顯示在該等測試埠2302(埠1)、2304(埠2)之間所測量到的耦合(S21或S12)。該VSWR和耦合在感興趣的頻率處(例如從2300到2400MHZ)有利地低。第23D圖顯示參照該等測試埠所測量到的輻射效率。第23E圖顯示透過激發測試埠2302(埠1)產生的輻射場型與透過激發測試埠2304(埠2)產生的那些輻射場型之間計算而得的相關性。在感興趣的頻率處，輻射效率有利地高，而場型之間的相關性有利地低。第23F圖顯示透過在頻率2400MHz激發測試埠2302(埠1)或測試埠2304(埠2)產生的遠場增益場型。在Φ=0或者XZ平面中以及在θ=90或XY平面中由測試埠2302(埠1)產生的場型是不同的，並且與測試埠2304(埠2)的那些場型互補。
第23G圖顯示在天線2200取代天線2100的組合2300的該等測試埠所測量到的VSWR。第23H圖顯示在該等測試埠之間所測量到的耦合(S21或S12)。該VSWR和耦合在感興趣的頻率處(例如從2500到2700MHZ)有利地低。第23I圖顯示參照該等測試埠所測量到的輻射效率。第23J圖顯示透過激發測試埠2302(埠1)產生的輻射場型與透過激發測試埠2304(埠2)產生的那些輻射場型之間計算而得的相關性。在感興趣的頻率處，輻射效率有利地高，而場型之間的相關性有利地低。第23K圖顯示透過在頻率2600MHz激發測試埠2302(埠1)或測試埠2304(埠2)產生的遠場增益場型。在Φ=0或XZ平面中以及在θ=90或XY平面中由測試埠2302(埠1)產生的場型是不同的，並且與測試埠2304(埠2)的那些場型互補。
本發明的一個或更多另外的實施例針對波束場型控制技術，用於零控(null steering)和波束指向的目的。當該技術被施加到一習知陣列天線(包含根據一波長的一些小部分被隔開的獨立天線元件)時，該陣列天線的每一元件被饋入一信號，該信號是一參考信號或波長的相移變形。對於有相等激發的非均勻線性陣列，所產生的波束場型可透過陣列因數F描述，其取決於每一單個元件的相位以及元件間的元件間隔d。
其中，β=2π/λ，N=元件總數#，α=連續元件之間的相移，以及θ=始於陣列軸的角度透過控制相位α等於值αi，F的最大值可被調整到一個不同的方向θi，從而控制一最大信號被廣播或接收的方向。
在習知陣列天線中的元件間間隔通常處於1/4波長的數量級，並且天線可被具有幾乎相同極化方向地緊密耦合。這有利地降低元件之間的耦合，因為耦合可導致若干陣列天線設計和性能中的問題。例如，諸如場型失真和掃描盲區的問題(參考Stutzman,Antenna Theory and Design,Wiley 1998，第122-128和135-136以及466-472頁)可能由過度的元件間耦合以及一給定元件數可獲得的最大增益的減小引起。
波束場型控制技術可有利地被施加到於此所描述的所有多模天線結構，該等天線結構具有透過一個或更多連接元件被連接且在多個饋電點之間呈現高隔離度的天線元件。在高隔離度天線結構中的埠之間的相位可被用控制天線場型。已經發現由於減小了饋電點之間的耦合，當該天線被用作一個簡單的波束成形陣列時，一更高的峰值增益在給定方向中是可實現的。因此，更大的增益可在選定方向中由一高隔離度天線結構實現，其中該高隔離度天線結構根據本發明之各種實施例利用於其饋電端被表示的載波信號的相位控制。
在天線根據遠小於1/4波長的間隔被分隔的手機應用中，習知天線中的互耦合效應降低了陣列的輻射效率，因此減小了可實現的最大增益。
根據各種實施例透過控制被提供給一高隔離度天線之每一饋電點的載波信號的相位，由該天線場型產生的最大增益的方向可被控制。透過波束操控所獲得的例如3dB增益優點是有利的，特別是在波束場型是固定的，而裝置定向隨機地受使用者控制的可攜式裝置應用中。如圖所示，例如在根據各種實施例說明一場型控制裝置2400的第24圖的概要方塊圖中，一相對相移α透過相移器2402被施加到施加至於每一天線饋電2404、2408的RF信號。該等信號分別被饋入到天線結構2410的天線埠。
相移器2402可包含諸如，舉例來說電控相移裝置或標準相移網路的標準相移組件。
第25A-25G圖對於該天線兩個饋電之間的不同的相位差α，提供由偶極天線的一個緊密間隔2-D習知陣列產生的天線場型和由根據本發明的各種實施例之高隔離度天線的一個2-D陣列產生的天線場型的比較。在第25A-25G圖中，曲線顯示了θ=90度的天線場型。在該圖中實線代表由根據各種實施例的被隔離饋電單一元件天線產生的天線場型，而虛線代表由兩個獨立單極習知天線產生的天線場型，其中該習知天線被等於該單一元件被隔離饋電結構之寬度的一距離分隔。因此，該習知天線和該高隔離度天線大體具有相等的大小。
在該等圖中所顯示的所有情況中，當與這兩個獨立的習知偶極相比較時，由根據各種實施例的高隔離度天線產生的峰值增益產生一更大的增益邊限，同時提供波束場型的方位角控制。這個行為使在其中在一特定方向需要或期望額外增益的發送或接收應用中使用高隔離度天線成為可能。該方向可透過調整策動點信號之間的相對相位被控制。這對於接近諸如，舉例來說一基地台之接收點需要直接能量的可攜式裝置來說特別有利。當與兩個以一類似方式被定相的單一習知天線元件相比較時，該組合高隔離度天線提供更大的優點。
如在第25A圖中所顯示，該根據各種實施例的組合偶極在α=0(零度相位差)的一非均勻方位角場型(θ=90)中顯示出更大的增益。
如在第25B圖中所顯示，該根據各種實施例的組合偶極用一非對稱方位角場型(α=30(饋電點之間有30度相位差)的θ=90圖)顯示出更大的峰值增益(在Φ=0)。
如在第25C圖中所顯示，該根據各種實施例的組合偶極用一被移位的方位角場型(α=60(饋電點之間有60度相位差)的θ=90圖)顯示出更大的峰值增益(在Φ=0)。
如在第25D圖中所顯示，該根據各種實施例的組合偶極用一被移位的方位角場型(α=90(饋電點之間有90度相位差)的θ=90圖)顯示出甚至更大的峰值增益(在Φ=0)。
如在第25E圖中所顯示，該根據各種實施例的組合偶極用一被移位的方位角場型(α=120(饋電點之間有120度相位差)之更大反向波瓣(在Φ=180)的θ=90圖)顯示出更大的峰值增益(在Φ=0)。
如在第25F圖中所顯示，該根據各種實施例的組合偶極用，α=150(饋電點之間有150度相位差)之甚至更大反向波瓣(在Φ=180)的一被移位的方位角場型(θ=90圖)顯示出更大的峰值增益(在Φ=0)。
如在第25G圖中所顯示，該根據各種實施例的組合偶極用一α=180(饋電點之間有180度相位差)雙波瓣方位角場型(θ=90圖)顯示出更大的峰值增益(在Φ=0&180)。
第26圖說明該根據一個或更多實施例的兩個獨立偶極的組合高隔離度天線的理想增益優點作為一兩饋電點天線陣列之饋電點間相角差的函數。
根據本發明的一個或更多實施例，使用透過曲折連接元件被連接至兩個平行偶極的一天線結構進行場型控制而獲取的增加增益可用以改進一無線鏈結的範圍或可靠性。可選擇的是，該增加增益可允許一可攜式或其他裝置獲取具有減少的傳輸功率的等效無線鏈結性能。例如，由場型控制獲取的3dB的一平均傳輸增益改進將允許該傳輸功率減少3dB，同時維持相同的鏈結性能。傳輸功率的減少在若干方面中是有利的。首先，可攜式無線裝置通常需要滿足一比吸收率(SAR)管制限制，但是不在性能上做出某些妥協可能難以滿足此限制。傳輸功率的減少可使SAR峰值相應減少，而不需要在性能上做出妥協。除此之外，傳輸功率減少使輸出PA的負擔減輕，允許針對較低功率及較高線性度的設計。此外，傳輸功率的減少有益於延長可攜式或其他裝置的電池壽命且減低它們的散熱需求。
在使用相位控制而產生一所欲的遠場增益增加的同時，相位激發的改變也可改變近場且影響SAR值。為了實現一SAR值的凈減少，天線遠場增益的增加應該大於任何SAR峰值的增加。透過實驗，申請人已發現實際上SAR值隨相位的改變較遠場增益來說相對較小。
針對1900MHz頻帶中的場型控制應用的具有兩埠天線結構的一示範性USB伺服器鑰在第30圖中顯示出來。如第31圖中所示，由模擬第30圖之結構而確定的該SAR值相對獨立於用於場型控制的策動點信號之間的相對相位，使得已量測SAR峰值的減少之益處為可由所有相對相位值來實現，同時提供對該波束場型的全面的方位角控制。
本文所描述的用以減少近場輻射位準及SAR值的該等技術較佳地與上文所描述的具有電連接該等天線元件的連接元件的該等高隔離度多模天線結構一起使用。然而，該等技術還可能較一般地與包含可操控相位以提供天線場型控制且增加一選定方向上的增益的複數個輻射元件的天線陣列一起使用。
本發明之另外的實施例針對在一給定頻率範圍內於彼此接近操作的多頻帶天線埠之間提供被增加的高隔離度的多模天線結構。在這些實施例中，一帶阻槽被併入在該天線結構之該等天線元件其中的一個中，以在該槽被調整到的頻率處提供減小的耦合。
第27A圖概要地說明一個簡單的雙頻帶支線單極天線2700。該天線2700包括一個帶阻槽2702，其定義兩個分支共振器2704、2706。該天線被信號產生器2708驅動。根據天線2700被驅動的頻率，各種電流分配在這兩個分支共振器2704、2706上被實現。
如在第27A圖中所示，定義槽2702的實體大小：寬度為Ws，長度為Ls。當激發頻率滿足條件Ls=lo/4時，槽特徵變成共振。這時電流分佈集中環繞該槽短路部分，如在第27B圖中所示。
流經分支共振器2704、2706的電流近似相等，並且沿槽2702的兩側指向相反的方向。這使得天線結構2700以與支線帶阻濾波器2720(在第27C圖中被概要地顯示)相似的方式表現，其將天線輸入阻抗向下轉換到明顯低於標定源阻抗。該大的阻抗不匹配導致如在第27D和27E圖中所顯示的一個很高的VSWR，結果產生所期望的頻率排斥。
該帶阻槽技術可被施加到有兩個(或更多)彼此接近操作之天線元件的一天線系統，其中一個天線元件需要通過具有一期望頻率的信號，而另一個不通過。在一個或更多實施例中，這兩個天線元件中的一個包括一帶阻槽，而另一個不包括。第28圖概要地說明一天線結構2800，其包括一第一天線元件2802、一第二天線元件2804，以及一連接元件2806。該天線結構2800在天線元件2802和2804分別包括埠2808和2810。在這個例子中，一信號產生器在埠2808驅動該天線元件2802，同時一計量器被耦接到該埠2810來測量埠2810的電流。然而，應理解的是，其中兩個埠中的任一個或兩個埠都可被信號產生器驅動。該天線元件2802包括定義兩個分支共振器2814、2816的一帶阻槽2812。在這個實施例中，該等分支共振器包含該天線結構的主發送部分，而該天線元件2804包含該天線結構的一分集接收部分。
由於在具有帶阻槽2812之天線元件2802埠處的大的不匹配，該天線元件2802與該分集接收天線元件2804之間的互耦合(實際上在該槽的共振頻率處匹配)將很小，於是將產生相當高的隔離度。
第29A圖是一個根據本發明之一個或更多另外實施例的包含一個在GPS頻帶中使用該帶阻槽技術之多頻帶分集接收天線系統的一多模天線結構2900的透視圖。(GPS頻帶是1575.42MHz，有20MHz的帶寬)該天線結構2900在一彈性膜電介質基片(dielectric substrate)2902，其中該基片在一電解質載體2904上形成為一個層。該天線結構2900在該天線結構2900的主發送天線元件2908上包括一GPS帶阻槽2906。該天線結構2900也包括一分集接收天線元件2910，以及連接該分集接收天線元件2910和該主發送天線元件2908的一連接元件2912。一GPS接收器(圖未示)被連接到該分集接收天線元件2910。為了在這些頻率處一般地使來自該主發送天線元件2908的天線耦合減小到最小，以及一般地使分集天線輻射效率達到最大，該主天線元件2908包括帶阻槽2906，並且靠近GPS頻帶中心被調整到一四分之一電氣波長。該分集接收天線元件2910不包含這樣的一個帶阻槽，但是包含一個適當地與該主天線源阻抗匹配的GPS天線元件，因此其與GPS接收器之間一般地將有最大功率轉換。儘管兩個天線元件2908、2910相接近地共同存在，但是由於槽2906在主發送天線元件2908處的高VSWR在槽2906被調整到頻率處減小了到該主天線元件源阻抗的耦合，從而在GPS頻率處於兩個天線元件2908、2910之間提供隔離。在GPS頻帶中介於兩個天線元件2908、2910之間的不匹配大到足以能解耦合該等天線元件，以滿足該系統設計的隔離需求，如在第29B和29C圖中所示。
於此根據本發明的各種實施例所描述的天線結構、天線元件以及連接元件較佳地形成一單一整合輻射結構，因此被饋入到任一埠的一信號激發整個天線結構以作為一個整體輻射，而不是作為單獨的輻射結構。這樣，於此所描述的技術提供天線埠的隔離，而不在天線饋電點使用解耦合網路。
將理解的是，儘管本發明以上已經根據一些特定實施例被描述，上述的實施例僅提供作為說明，並不限制或界定本發明的範圍。
包括但不限於以下所述的各種其他的實施例也在該等申請專利範圍的範圍中。例如，於此所描述的各種多模天線結構的元件或組件可進一步被分成額外的組件或結合在一起形成更少的用於執行相同功能的組件。
既已描述本發明的較佳實施例，應該顯然的是，可在不脫離本發明之精神和範圍的情況下做出修改。
100．．．天線結構
102．．．偶極
104．．．偶極
106．．．埠
108．．．埠
200．．．兩埠天線結構
202．．．元件
204．．．元件
206．．．埠
208．．．埠
210．．．連接元件
212．．．連接元件
300．．．多模天線結構
302．．．天線元件
304．．．天線元件
310．．．連接元件
312．．．連接元件
400．．．天線結構
402．．．天線元件
404．．．天線元件
406．．．天線元件
412．．．埠
418．．．埠
500．．．天線結構
502．．．天線元件
504．．．天線元件
506．．．天線元件
508．．．天線元件
510．．．埠
512．．．埠
600．．．多模天線結構
602．．．偶極
604．．．偶極
606．．．連接元件
608．．．連接元件
700．．．天線結構
702．．．天線元件
704．．．天線元件
706．．．連接元件
708．．．埠
710．．．埠
712．．．印刷電路板基材
800．．．多模偶極結構
802．．．偶極天線元件
804．．．偶極天線元件
806．．．指狀構造
808．．．指狀構造
810．．．指狀構造
812．．．指狀構造
902．．．天線元件
904．．．天線元件
906．．．RF開關
908．．．RF開關
1000．．．多模天線結構
1002．．．多模天線結構
1004．．．連接元件
1006．．．接地平面上邊緣
1008．．．連接元件
1010．．．接地平面上邊緣
1100．．．多模天線結構
1102．．．連接元件
1104．．．連接元件
1106．．．天線元件
1108．．．天線元件
1110．．．開關
1112．．．開關
1200．．．多模天線結構
1202．．．連接元件
1204．．．濾波器
1206．．．天線元件
1208．．．天線元件
1300．．．多模天線結構
1302．．．連接元件
1304．．．連接元件
1306．．．濾波器
1308．．．濾波器
1400．．．多模天線結構
1402．．．連接元件
1406．．．可調頻元件
1408．．．天線元件
1410．．．天線元件
1500．．．多模天線結構
1502．．．天線元件
1504．．．天線元件
1506．．．導電連接元件
1508．．．印刷電路板組合
1510．．．拾取形體
1600．．．多模天線結構
1602．．．天線元件
1604．．．天線元件
1606．．．連接元件
1608．．．塑膠載體
1610．．．PCB組合
1700．．．多模天線結構
1702．．．塑膠載體
1800．．．多模天線結構
1802．．．三單極天線元件
1804．．．三單極天線元件
1806．．．三單極天線元件
1808．．．連接元件
1810．．．套筒
1812．．．同軸電纜
1814．．．同軸電纜
1816．．．同軸電纜
1900．．．多模天線結構
1902．．．放大器
1904．．．放大器
2000．．．多模天線結構
2001．．．天線元件
2002．．．連接元件
2003．．．拾取形體
2004．．．天線元件
2005．．．槽
2006．．．饋電點
2007．．．接觸點
2010．．．測試組合
2011．．．PCB
2012．．．金屬板
2014．．．測試埠
2016．．．測試埠
2100．．．多模天線結構
2101．．．塑膠載體
2102．．．天線元件
2103．．．彈性印刷電路(FPC)
2104．．．天線元件
2105．．．接腳
2106．．．連接元件
2107．．．接腳
2108．．．墊片
2200．．．多模天線結構
2202．．．天線元件
2204．．．天線元件
2300．．．測試組合
2302．．．測試埠
2304．．．測試埠
2400．．．場型控制裝置
2402．．．相移器
2404．．．天線饋電
2408．．．天線饋電
2410．．．天線結構
2700．．．單極天線
2702．．．帶阻槽
2704．．．分支共振器
2706．．．分支共振器
2708．．．信號產生器
2720．．．支線帶阻濾波器
2800．．．天線結構
2802．．．第一天線元件
2804．．．第二天線元件
2806．．．連接元件
2808．．．埠
2810．．．埠
2812．．．帶阻槽
2814．．．分支共振器
2816．．．分支共振器
2900．．．多模天線結構
2902．．．彈性膜電介質基片
2904．．．電解質載體
2906．．．帶阻槽
2908．．．天線元件
2910．．．天線元件
2912．．．連接元件
S11．．．散射參數
S12．．．散射參數
S21．．．散射參數
第1A圖說明一個有兩個平行偶極的天線結構。
第1B圖說明由第1A圖天線結構中的一個偶極激發產生的電流。
第1C圖說明一個對應於第1A圖天線結構的模型。
第1D圖是一個說明第1C圖天線結構之散射參數的圖解。
第1E圖是一個說明第1C圖天線結構之電流比的圖解。
第1F圖是一個說明第1C圖天線結構之增益場型的圖解。
第1G圖是一個說明第1C圖天線結構之包絡相關性的圖解。
第2A圖根據本發明之一個或更多實施例說明透過連接元件被連接至兩個平行偶極的一個天線結構。
第2B圖說明一個對應於第2A圖天線結構的模型。
第2C圖是一個說明第2B圖天線結構之散射參數的圖解。
第2D圖是一個說明第2B圖天線結構之散射參數的圖解，其中在天線結構的兩個埠處有集總元件阻抗匹配。
第2E圖是一個說明第2B圖天線結構之電流比的圖解。
第2F圖是一個說明第2B圖天線結構之增益場型的圖解。
第2G圖是一個說明第2B圖天線結構之包絡相關性的圖解。
第3A圖根據本發明之一個或更多實施例說明透過曲折的連接元件被連接至兩個平行偶極的一天線結構。
第3B圖是一個顯示第3A圖天線結構之散射參數的圖解。
第3C圖是一個說明3A圖天線結構之電流比的圖解。
第3D圖是一個說明3A圖天線結構之增益場型的圖解。
第3E圖是一個說明3A圖天線結構之包絡相關性的圖解。
第4圖根據本發明之一個或更多實施例說明一接地或地網(counterpoise)的一個天線結構。
第5圖根據本發明之一個或更多實施例說明一個平衡天線結構。
第6A圖根據本發明之一個或更多實施例說明一個天線結構。
第6B圖是一個顯示第6A圖之有關一特定偶極寬度大小天線結構之散射參數的圖解。
第6C圖是一個顯示第6A圖之有關另一偶極寬度大小天線結構之散射參數的圖解。
第7圖根據本發明之一個或更多實施例說明在一印刷電路板上被製造的一天線結構。
第8A圖根據本發明之一個或更多實施例說明具有雙關共振的一天線結構。
第8B圖是一個說明第8A圖天線結構之散射參數的圖解。
第9圖根據本發明之一個或更多實施例說明一個可調頻天線結構。
第10A和10B圖根據本發明之一個或更多實施例說明具有沿天線元件長度指向不同位置之連接元件的天線結構。
第10C和10D圖是分別說明第10A和10B圖天線結構之散射參數的圖解。
第11圖根據本發明之一個或更多實施例說明包括具有開關之連接元件的一天線結構。
第12圖根據本發明之一個或更多實施例說明具有一連接元件的一天線結構，其中一濾波器被耦接到該連接元件。
第13圖根據本發明之一個或更多實施例說明具有兩個連接元件的一天線結構，其中一些濾波器被耦接到該等連接元件。
第14圖根據本發明之一個或更多實施例說明具有一個可調頻連接元件的一天線結構。
第15圖根據本發明之一個或更多實施例說明被安裝在一PCB組合上的一天線結構。
第16圖根據本發明之一個或更多實施例說明被安裝在一PCB組合上的另一天線結構。
第17圖根據本發明之一個或更多實施例說明可被安裝在一PCB組合上的一備選天線結構。
第18A圖根據本發明之一個或更多實施例說明一個三模式天線結構。
第18B圖是一個說明第18A圖天線結構之增益場型的圖解。
第19圖根據本發明之一個或更多實施例說明一天線結構的一天線和功率放大器組合器應用。
第20A和20B圖根據本發明之一個或更多另外實施例說明可用在，例如，一WiMAX USB或ExpressCard/34裝置中的一多模天線結構。
第20C圖說明一個被用來測量第20A和20B圖天線之性能的測試組合。
第20D到20J圖說明第20A和20B圖之天線的測試測量結果。
第21A和21B圖根據本發明之一個或更多備選實施例說明可用在，例如，一WiMAX USB伺服器鑰(dongle)中一多模天線結構。
第22A和22B圖根據本發明之一個或更多備選實施例說明可用在，例如，一WiMAX USB伺服器鑰中一多模天線結構。
第23A圖說明一個被用來測量第21A和21B圖之天線性能的測試組合。
第23B到23K圖說明第21A和21B圖之天線的測試測量結果。
第24圖是一個根據本發明之一個或更多實施例的具有一波束控制機制之天線結構的概要方塊圖。
第25A到25G圖說明第25A圖天線的測試測量結果。
第26圖根據本發明之一個或更多實施例說明一天線結構的增益優點作為饋電點間相位角差的函數。
第27A圖是一個說明一簡單雙頻帶支線單極天線結構的概要圖。
第27B圖說明在第27A圖天線結構中的電流分佈。
第27C圖是一個說明一支線(spurline)帶阻濾波器的概要圖。
第27D和27E圖是說明在第27A圖天線結構中頻率抑制的測試結果。
第28圖是一個說明根據本發明之一個或更多實施例的有一帶阻槽天線結構的概要圖。
第29A圖說明一個根據本發明之一個或更多實施例的有一帶阻槽的備選天線結構。
第29B和29C圖說明第29A圖天線結構的測試測量結果。
第30圖說明針對1900MHz頻帶中的場型控制應用的具有兩埠天線結構的一示範性USB伺服器鑰。
第31圖說明藉由模擬第30圖之該裝置而確定的SAR值。
600．．．多模天線結構
602、604．．．偶極
606、608．．．連接元件
d．．．距離
w．．．寬度
L．．．長度

Claims (22)

  1. 一種在一通訊裝置中減少近場輻射及比吸收率(SAR)值的方法，該通訊裝置包括發送及接收電磁信號的一多模天線結構，以及用以處理傳送至該天線結構之信號與來自該天線結構之信號的電路，該天線結構包含：複數個被可操作地耦接到該電路的天線埠；複數個天線元件，每一個天線元件被可操作地耦接到該等天線埠之中不同的一個；及一個或更多連接元件，分別在每一個天線元件上的一位置處電連接對應的天線元件，每一個天線元件被耦接於此的一天線埠隔開以形成一單一的輻射結構，且使得一個天線元件上的電流流到一個所連接的相鄰天線元件，而通常不流到被耦接到該相鄰天線元件的該天線埠，流經該一個天線元件及該相鄰天線元件的該等電流一般地在量測值上相等，因此在一給定期望信號頻率範圍內由一個天線埠激發的一天線模式一般地與由另外一天線埠激發的一模式被電氣隔離，且該天線結構產生分集式天線場型；該方法包含以下步驟：調整被饋入到該天線結構之相鄰天線埠之信號間的相對相位，以使被饋入到該一個天線埠的一信號相較於被饋入到該相鄰天線埠的一信號具有一個不同的相位，以提供天線場型控制及增加朝向一接收點的一選定方向上的增益；及使用低於在該天線結構的一非場型控制操作中使用的該傳輸功率的一傳輸功率，使得該通訊裝置使用低 於該非場型控制操作的傳輸功率來獲取與該接收點大致相當的無線鏈結性能，從而減少該比吸收率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中調整信號間的該相對相位包含使用一電控相移裝置來調整該等信號間的該相對相位。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中調整信號間的該相對相位包含使用一相移網路來調整該等信號間的該相對相位。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中調整信號間的該相對相位包含藉由控制於該等複數個天線埠中的每一個天線埠被提供的一載波信號之相位來調整該等信號間的該相對相位。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該通訊裝置是一蜂巢式手機、個人數位助理(PDA)、無線網路裝置或一個人電腦(PC)資料卡。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等天線元件包含螺旋線圈、寬頻帶平面外形、晶片天線、曲折外形、迴路或電感分流形式。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該多模天線結構包含一個在一印刷電路板基材上被製造的平面結構。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該多模天線結構包含金屬衝壓件，且該金屬衝壓件包括一個在該金屬衝壓件之質心的拾取形體，以在一自動化撿-放型組裝流程中使用。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該多模天線結構包含被安裝在一塑膠載體或一裝置的一塑膠外殼上的一軟性印刷電路。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該接收點是一基地台、一行動終端機或一路由器。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中調整信號間的該相對相位包含動態地調整被饋入到相鄰天線埠之信號間的該相對相位，以維持到達該接收點的一個一般最佳化通訊鏈結。
  12. 一種在一通訊裝置中減少近場輻射及比吸收率(SAR)值的方法，該通訊裝置包括用以發送及接收電磁信號的一天線陣列，及用以處理傳送至該天線陣列之信號與來自該天線陣列之信號的電路，該天線陣列包含複數個輻射元件，每一個輻射元件具有可操作地耦接到該電路的一天線埠；該方法包含以下步驟：調整被饋入到該天線陣列之該等天線埠之信號間的相對相位，以使被饋入到一個天線埠的一信號相較於被饋入到另一天線埠的一信號具有一個不同的相位，以提供天線場型控制及增加朝向一接收點的一選定方向上的增益；及使用低於在該天線陣列的一非場型控制操作中使用的該傳輸功率的一傳輸功率，使得該通訊裝置使用低於該非場型控制操作的傳輸功率來獲取與該接收點大致相當的無線鏈結性能，從而減少該比吸收率。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中調整信號間的該相對相位包含使用一電控相移裝置來調整該等信號間的該相對相位。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中調整信號間的該相對相位包含使用一相移網路來調整該等信號間的該相對相位。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中調整信號間的該相對相位包含藉由控制於該等複數個天線埠中的每一個天線埠被提供的一載波信號之該相位來調整該等信號間的該相對相位。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該通訊裝置是一蜂巢式手機、PDA、無線網路裝置或一PC資料卡。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該等輻射元件包含螺旋線圈、寬頻帶平面外形、晶片天線、曲折外形、迴路或電感分流形式。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該天線陣列包含一個在一印刷電路板基材上被製造的平面結構。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該天線陣列包含金屬衝壓件，且該金屬衝壓件包括一個在該金屬衝壓件之質心的拾取形體，以在一自動化撿-放型組裝流程中使用。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該天線陣列包含被安裝在一塑膠載體或一裝置的一塑膠外殼上的一軟性印刷電路。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該接收點是一基地台、一行動終端機或一路由器。
  22. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中調整信號間的該相對相位包含動態地調整被饋入到該等天線埠之信號間的該相對相位，以維持到達該接收點的一個一般最佳化通訊鏈結。
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