可配置的多频带天线装置及其设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种天线装置及其设计方法，该天线装置被调谐为在多个频带中辐射。天线装置包括第一导电元件，该第一导电元件具有紧凑的线性2D或3D形状因子。它还包括附接到第一导电元件的叶片，叶片的位置、尺寸、形状因子和取向基于它们对基模和谐波模的频移的影响来定义，以使得天线装置在多个预定义的频率辐射。该设计方法使用热区的图，在该热区中对针对叶片定义的参数的灵敏度最大。有利地，按照使用叶片的参数对于不同辐射模的影响的正交性的方式来执行该设计方法。天线装置紧凑，并且非常适于对IoT和消费者通信设备的应用。

Configurable multi band antenna and its design method

The present invention discloses an antenna device and its design method, which is tuned to radiate in a plurality of bands. The antenna device includes a first conductive element, which has a compact linear 2D or 3D shape factor. It also includes the blades attached to the first conductive element. The position, size, shape factor and orientation of the blades are defined based on their influence on the frequency shift of the fundamental mode and the harmonic mode, so that the antenna device can radiate at multiple predefined frequencies. The design method uses a diagram of the heat zone, which is most sensitive to the parameters defined for the blade in the heat zone. It is advantageous to perform the design method in a manner that uses the parameters of the blade for the orthogonality of the influence of different radiation modes. The antenna is compact and is very suitable for the application of IoT and consumer communication devices.

【技术实现步骤摘要】
可配置的多频带天线装置及其设计方法
本专利技术涉及在VHF、UHF、S、C、X或更高频带中具有多个频率模式的天线装置。具体而言，可以以简单的方式设计和调谐根据本专利技术的天线装置，以便以紧凑的形状因子在多个频率(特别是在微波或VHF/UHF域中)发送/接收(T/R)射频信号。
技术介绍
飞行器、船舶、火车、卡车、汽车上载有的或行人携带的终端或智能电话在行进中需要被连接。这些设备需要在高吞吐量和低功率预算下对语音和数据的短距离和极远距离通信能力，包括观看或收听多媒体内容(视频或音频)或参与交互游戏。车辆上载有的或位于制造厂、办公室、仓库、储存设施、零售店、医院、体育场馆或家庭中的各种物体都连接到物联网(IoT)：用以定位并识别库存中的物体或者将人员保留在限制区域内或外部的标签；用以监测其用户的身体活动或健康参数的设备；用以捕获环境参数(污染物浓度；测湿法；风速等)的传感器；用以远程控制和指挥各种家用器具的致动器，或更一般地，可以是智能化指挥控制通信系统的一部分的任何类型的电子设备，该系统例如被编程以捕获/处理信号/数据，将其发送到另一个电子设备、或服务器，使用实施基于人工智能或知识的推理的处理逻辑来处理数据和返回信息或者激活由致动器实施的命令。对于连接这些类型的物体或平台，RF通信比固定线路通信用途更广。因此，射频T/R模块在专业和消费者应用中已经很普及并将越来越普及。多个T/R模块可以实施在同一设备上。作为示例，智能电话通常包括蜂窝通信T/R模块、Wi-Fi/蓝牙T/R模块、卫星定位信号(来自全球导航卫星系统或GNSS)的接收机。WiFi、蓝牙和3G或4G蜂窝通信在2.5GHz频带(S频带)中。GNSS接收机通常在1.5GHz频带(L频带)中工作。射频识别(RFID)标签在900MHz频带(UHF)或更低频带中工作。近场通信(NFC)标签在13MHz频带(HF)中以极短的距离(约10cm)工作。似乎针对IoT连接的一种良好折衷在于VHF或UHF频带(30-300MHz和300MHz至3GHz)以获得足够的可用带宽和范围、对多径反射的良好恢复力以及低功率预算。针对处于这些频带的T/R模块的设计，要解决的问题是获得足够紧凑以适应连接对象的形状因子的天线。一种适用于VHF频带的单极型传统全向天线长度在25cm与2.5m(λ/4)之间。公开号为WO2015007746的PCT申请特别提供了针对这个问题的解决方案，该申请具有相同的专利技术人并且共同转让给本申请的申请人。本申请公开了一种塞子(bung)类型的天线装置，其中，组合多个天线元件，以使得装置的最大尺寸与波长之间的比率远低于波长的十分之一，甚至低于波长的二十分之一，或在一些实施例中低于波长的五十分之一。为了实现这样的效果，控制天线的基模的天线元件被卷绕成3D形状因子(例如，螺旋形)，以使得其外部尺寸相对于其长度减小。但是，还需要所连接的设备与使用WiFi或蓝牙频带和协议进行通信的终端兼容。在这种用例中，T/R模块的一些级必须与VHF和S频带都兼容。如果添加了GNSS接收机，则还需要在L频带中的T/R能力。这意味着这种设备的天线装置应该能够同时或相继地以不同的频带进行通信。添加与频带一样多的天线在形状因子、功率预算和材料方面是昂贵的。这对于天线的设计产生了另一个具有挑战性的问题。公开号为WO200122528和WO200334544的PCT申请公开了针对基站天线的一些解决方案。但是这些解决方案并非在VHF频带中工作，并且未提供在这些频带中足够紧凑的装置。因此，本专利技术的目的在于提供一种天线装置，其足够紧凑以适应小形状因子并且可以在例如从VHF频带到S或C频带的频带下进行工作。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种天线装置来满足这一需求，该天线装置包括被调谐到基模的较低频率的天线元件以及附加元件，该附加元件的位置、形状因子、尺寸和取向被确定以优化该基模的选定谐波的接收的条件。根据其一个方面，本专利技术公开了一种天线装置，包括：第一导电元件，其被配置为在电磁辐射的限定的频率以上辐射；一个或多个附加导电元件，其位于一个或多个位置处或位于一个或多个位置附近，该一个或多个位置根据具有电磁辐射的选定谐波的电磁辐射的电流的节点位置而被定义。有利地，基于所述一个或多个附加导电元件对电磁辐射的辐射频率的值的影响来定义所述一个或多个位置相对于节点位置的距离。有利地，由附加导电元件所引起的频移定义天线装置的一组预定义的辐射频率。有利地，基于对电磁辐射的基模或高阶模中的一项或多项的频移的期望影响来定义一个或多个附加导电元件的数量、第一尺寸、形状因子或取向中的一项或多项。有利地，根据对天线装置阻抗、天线装置匹配程度或所述电磁辐射的带宽中的一项或多项的期望影响来进一步定义一个或多个附加导电元件的数量、第一尺寸、形状因子或取向中的一项或多项。有利地，第一导电元件是金属带和/或金属线。有利地，第一导电元件具有2D或3D紧凑形状因子中的一项。有利地，本专利技术的天线装置通过金属化工艺被沉积在以聚合物基底、陶瓷基底或纸质基底中的一项成层状的非导电基底上。有利地，本专利技术的天线装置被调谐为在两个或更多个频带中进行辐射，所述两个或更多个频带包括ISM频带、WIFi频带、蓝牙频带、3G频带、LTE频带和5G频带中的一项或多项。有利地，第一导电元件是单极或偶极天线。本专利技术还提供了一种这个天线装置的设计方法。根据其另一方面，本专利技术还公开了一种设计天线装置的方法，包括：定义在电磁辐射的限定的频率以上辐射的第一导电元件的几何形状；将一个或多个附加导电元件放置在一个或多个位置处或放置在一个或多个位置附近，该一个或多个位置根据具有所述电磁辐射的选定谐波的电磁辐射的电流的节点位置而被定义。有利地，通过从基模开始并以递增的谐波阶数进行迭代来执行将一个或多个附加导电元件放置在一个或多个所定义的位置处或放置在一个或多个所定义的位置附近。有利地，通过选择对已经调谐的模影响较小的位置，基于热区、温区或冷区中的一项或多项的图来执行将一个或多个附加导电元件放置在一个或多个所定义的位置处或放置在一个或多个所定义的位置附近。有利地，本专利技术的方法还包括：基于对电磁辐射的基模或高阶模中的一项或多项的频移的期望影响来定义一个或多个附加导电元件的数量、第一尺寸、形状因子或取向中的一项或多项。有利地，基于对天线装置阻抗、天线装置匹配程度或电磁辐射的带宽中的一项或多项的期望影响来进一步定义一个或多个附加导电元件的数量、第一尺寸、形状因子或取向中的一项或多项。本专利技术的多频天线装置可以在多个聚合频率以交替模式或同时模式使用，因此显著增加了带宽资源。本专利技术的天线装置可以是紧凑的，特别是对于所使用的最低频率，这允许其以小体积集成。本专利技术的天线装置设计简单，特别是在将辐射频率调谐到期望值时，考虑到天线装置的环境的影响，特别是对其电气性能具有电磁影响的环境要素、地平面以及天线的干线的位置。本专利技术的天线装置易于制造，因此具有非常低的成本。附图说明在阅读纯粹以非限制性示例的方式给出的对特定实施例的以下详细说明之后，将更好地理解本专利技术及其优点，参考附图来进行该说明，在附图中：-图1示出了根据本专利技术的实施例的天线装置；-图2a、2b、2c和2d分别例示了根据现有技术的经典几何形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天线装置(400)，包括：‑第一导电元件(310)，所述第一导电元件(310)被配置为在电磁辐射的限定的频率以上辐射；‑一个或多个附加导电元件(441、442、443)，所述一个或多个附加导电元件(441、442、443)位于一个或多个位置(911b、912b)处或位于一个或多个位置(911b、912b)附近，所述一个或多个位置(911b、912b)根据具有所述电磁辐射的选定谐波的电磁辐射的电流的节点位置而被定义。

【技术特征摘要】
2016.08.16 EP 16306059.31.一种天线装置(400)，包括：-第一导电元件(310)，所述第一导电元件(310)被配置为在电磁辐射的限定的频率以上辐射；-一个或多个附加导电元件(441、442、443)，所述一个或多个附加导电元件(441、442、443)位于一个或多个位置(911b、912b)处或位于一个或多个位置(911b、912b)附近，所述一个或多个位置(911b、912b)根据具有所述电磁辐射的选定谐波的电磁辐射的电流的节点位置而被定义。2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，基于所述一个或多个附加导电元件对所述电磁辐射的辐射频率的值的影响来定义所述一个或多个位置相对于所述节点位置的距离。3.根据权利要求2所述的天线装置，其中，由所述附加导电元件所引起的频移定义所述天线装置的一组预定义的辐射频率。4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线装置，其中，基于对电磁辐射的基模或高阶模中的一项或多项的频移的期望影响来定义所述一个或多个附加导电元件的数量、第一尺寸、形状因子或取向中的一项或多项。5.根据权利要求4所述的天线装置，其中，根据对天线装置阻抗、天线装置匹配程度或所述电磁辐射的带宽中的一项或多项的期望影响来进一步定义所述一个或多个附加导电元件的数量、第一尺寸、形状因子或取向中的所述一项或多项。6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线装置，其中，所述第一导电元件是金属带和/或金属线。7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线装置，其中，所述第一导电元件具有2D或3D紧凑形状因子中的一项。8.根据权利要求7所述的天线装置，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP·库佩，
申请(专利权)人：法国矿业电信学校联盟法国国立高等电信布列塔尼学院，
类型：发明
国别省市：法国,FR