使用具有天线隔离规定的电容式耦合复合环形天线的天线系统技术方案

提供了一种天线系统，其包括第一天线、第二天线、接地平面以及耦合到第一天线和第二天线的谐振隔离器。天线中的每个被配置为电容式耦合的复合环形天线，并且谐振隔离器被配置为在谐振时提供在两个天线之间的隔离。两个天线可以是对称的或非对称的，并且包括发射磁场的第一元件和产生与该磁场正交的电场的第二元件。第二元件的辐射元件可以被电容式耦合到第二元件的剩余部分。谐振隔离器可以由单个导电元件或被电容式耦合的两个导电元件组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年4月15日提交的美国专利申请No.14/253,678的权益。
本公开内容涉及复合环形天线。
技术介绍
随着新一代的蜂窝电话和其他无线通信设备变得越来越小并且嵌入有增加的应用，需要新的天线设计来解决对这些设备的固有限制并且实现新的功能。利用常规天线结构，需要特定物理体积来产生处于特定频率并且具有特定带宽的谐振天线结构。然而，这样的天线的有效实施方式常常面临由于设备中的有限可用空间的大小约束。天线效率是确定设备的性能的重要参数之一。具体地，辐射效率是描述辐射多么有效地进行的度量，并且被表示为所辐射的功率与天线的输入功率的比率。较有效的天线将辐射被馈送给其的能量的较高比例。类似地，由于天线的固有相互性，较有效的天线将接收到的能量中的更多转换成电能。因此，对于各种各样的应用常常期望具有良好效率和紧凑尺寸两者的天线。常规环形天线通常是电流馈送设备，其主要产生磁(H)场。因此，它们通常不适合用作发送器。对于小的环形天线(即，小于或具有小于一个波长的直径的那些)尤其如此。由环形天线接收到的辐射能量的量部分由其面积确定。通常，环形的面积每次被减半，可以被接收到的其能量的量被减少大约3dB。因此，尺寸效率权衡是针对环形天线设计的主要考虑之一。电压馈送天线，例如偶极天线辐射电(E)场和H场两者并且能够被用在发送模式和接收模式两者中。复合天线是其中横磁(TM)模式和横电(TE)模式两者都被激发的复合天线，从而得到诸如宽带宽(较低Q)、大辐射强度/功率/增益和良好效率的性能益处。存在二维的非复合天线的许多示例，其一般包括电路板上的印刷金属条。这些天线是电压馈送的。一个这种天线的示例是平面倒F型天线(PIFA)。大量天线设计利用四分之一波长(或四分之一波长的若干倍数)的电压馈送的偶极天线。对MIMO(多输入多输出)技术的使用在当今的无线通信设备中日益增加以提供增加的数据通信速率同时使出错率最小化。MIMO系统被设计为通过同时使用几个发送(Tx)天线来发送不同的信号并且同时使用几个接收(Rx)天线来接收不同的信号来减轻来自多路径环境的干扰，其中，不同的信号不是相同的但是为相同消息的不同变型。MIMO系统可以大体通过将相同的总发送功率散布在各天线上以便实现阵列增益来提供数据吞吐量的显著增加而没有额外的带宽或增加的发送功率。MIMO协议构成诸如IEEE802.11n(WiFi)、4G、长期演进(LTE)、WiMAX和HSPA+的无线通信标准的部分。然而，在具有多个天线的配置中，尺寸约束倾向于变得严重，并且由在各天线之间的电磁耦合引起的干扰效应可以显著地降低发送和接收质量。同时，效率可以在其中多个路径被通电并且功耗增加的许多情况下降低。
技术实现思路
提供了一种天线系统，其包括第一天线、第二天线、接地平面以及耦合到第一天线和第二天线的谐振隔离器。天线中的每个被配置为电容式耦合的复合环形天线，并且谐振隔离器被配置为在谐振时提供在两个天线之间的隔离。两个天线可以是对称的或非对称的，并且包括发射磁场的第一元件和产生与该磁场正交的电场的第二元件。第二元件的辐射元件可以被电容式耦合到第二元件的剩余部分。谐振隔离器可以由单个导电元件或被电容式耦合的两个导电元件组成。附图说明图1示出了平面CPL天线的示例。图2示出了平面C2CPL天线的示例。图3A和3B示出了具有两个C2CPL天线的双天线系统，其中图3A示出了包括天线1、天线2和第一接地平面的第一层的俯视图，并且图3B示出了包括第二接地平面的第二层的仰视图。图4A和图4B示出了具有两个C2CPL天线和对两个天线进行去耦的谐振隔离器的双天线系统的示例，其中图4A示出了包括天线1、天线2和第一接地平面的第一层的俯视图，并且图4B示出了包括第二接地平面和谐振隔离器的第二层的仰视图。图5A和5B示出了具有包括由谐振隔离器去耦的两个C2CPL天线的双天线系统的设备的实施示例，其中设备的俯视图和仰视图被分别示出在图5A和图5B中。图6是示出了所测量的S参数对比频率的绘图。图7是示出了所测量的效率对比频率的绘图。图8A、图8B和图8C分别是示出了在Y-Z平面、X-Y平面和X-Z平面上的在2.45GHz的所测量的辐射模式的绘图。图9示出了具有两个C2CPL和对两个天线进行去耦的谐振隔离器的双天线系统的另一示例，其中示出了包括天线1、天线2、第一接地平面和谐振隔离器的第一层的俯视图。图10A和图10B分别示出了具有电容式耦合的谐振隔离器的双天线系统的示例的俯视图和仰视图。图11是示出了针对图10A和图10B中示出的示例的在两个工作频率处的所测量的S参数对比频率的绘图。图12A、图12B和图12C分别是示出了在Y-Z平面、X-Y平面和X-Z平面上的针对图10A和图10B中示出的示例的在2.45GHz的所测量的辐射模式的绘图。图13A、图13B和图13C分别是示出了在Y-Z平面、X-Y平面和X-Z平面上的针对图10A和图10B中示出的示例的在5.5GHz的所测量的辐射模式的绘图。图14是示出了针对图10A和图10B中示出的示例的在2.45GHz的所测量的效率对比频率的绘图。图15是示出了针对图10A和图10B中示出的示例的在5.5GHz的所测量的效率对比频率的绘图。具体实施方式鉴于与常规天线相关联的已知限制，尤其是关于辐射效率的已知限制，已经设计了一种复合环形天线(CPL)，也被称为改良的环形天线，从而以比具有相当大小的常规天线更大的效率提供发送模式和接收模式两者。CPL天线的结构和实施方式的示例被描述在于2012年3月27日提交的美国专利No.8,144,065、于2012年4月3日提交的美国专利No.8,149,173和于2012年4月24日提交的美国专利No.8,164,532中。下面参考图1中示出的示例概述CPL天线的关键特征。图1示出了平面CPL天线100的示例。在该示例中，平面CPL天线100被印刷在印刷电路板(PCB)104上，并且包括环形元件108，其在这种情况下被形成为沿具有提供两个端部112和116的开放基底部分的矩形边缘的迹线。一个端部112是其中电流被馈送的天线的馈送点。另一端部116被短路到地。CPL天线100还包括辐射元件120，其具有J形迹线124和曲流迹线128。在该示例中，曲流迹线128被配置为将J形迹线124耦合到环形元件108。辐射元件120基本上用作提供串联的电感和电容的串联谐振电路，并且它们的值被选择使得在天线的操作的频率处发生谐振。代替使用曲流迹线128，J形迹线124的形状和尺寸可以被调节为直接连接到环形元件108并且仍然提供目标谐振。与通常为电流馈送的常规环形天线类似，平面CPL天线100的环形元件108产生磁(H)场。具有串联谐振电路特性的辐射元件120有效地用作电(E)场辐射器(其当然由于天线中固有的相互性也是E场接收器)。辐射元件120到环形元件108的连接点在用于产生/接收实质上彼此正交的E场和H场的平面CPL天线100中是关键的。该正交关系具有使得由天线发射的电磁波能够有效地在空间中传播的效果。在缺少被布置为彼此正交的E场和H场的情况下，波将不会有效地传播超过短距离。为了实现这个效果，辐射元件120被放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天线系统，包括：第一层，其包括具有第一天线和第二天线的至少一对天线，所述第一层还包括第一接地平面；以及第二层，其包括谐振隔离器和第二接地平面，所述谐振隔离器具有第一端部和第二端部并且被放置在与所述第二接地平面隔离的所述第二层上或内，所述谐振隔离器被配置为当所述第一天线由第一通孔连接到所述第一端部并且所述第二天线由第二通孔连接到所述第二端部时在谐振时将所述第一天线与所述第二天线隔离，所述第一通孔和所述第二通孔垂直于所述第一层和所述第二层；并且其中，所述第一天线和所述第二天线中的每个包括：第一元件，其被耦合到在第一端点处的电流馈送点并且被短路到在第二端点处的第一接地平面，所述第一元件发射磁场；以及第二元件，其被耦合到所述第一元件、处在具有距所述馈送点的实质上90度或实质上90度的奇数倍的电气长度处，所述第二元件产生与所述磁场实质上正交的电场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.15 US 14/253,6781.一种天线系统，包括：第一层，其包括具有第一天线和第二天线的至少一对天线，所述第一层还包括第一接地平面；以及第二层，其包括谐振隔离器和第二接地平面，所述谐振隔离器具有第一端部和第二端部并且被放置在与所述第二接地平面隔离的所述第二层上或内，所述谐振隔离器被配置为当所述第一天线由第一通孔连接到所述第一端部并且所述第二天线由第二通孔连接到所述第二端部时在谐振时将所述第一天线与所述第二天线隔离，所述第一通孔和所述第二通孔垂直于所述第一层和所述第二层；并且其中，所述第一天线和所述第二天线中的每个包括：第一元件，其被耦合到在第一端点处的电流馈送点并且被短路到在第二端点处的第一接地平面，所述第一元件发射磁场；以及第二元件，其被耦合到所述第一元件、处在具有距所述馈送点的实质上90度或实质上90度的奇数倍的电气长度处，所述第二元件产生与所述磁场实质上正交的电场。2.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述第一元件包括第一区段、第二区段以及形成在所述第一区段与所述第二区段之间的间隙，并且其中，所述第一区段和所述第二区段通过所述间隙被电容式耦合。3.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述第二元件包括第一区段、第二区段以及形成在所述第一区段与所述第二区段之间的间隙，并且其中，所述第一区段和所述第二区段通过所述间隙被电容式耦合。4.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述谐振隔离器具有实质上90度或实质上90度的奇数倍的电气长度，所述电气长度产生具有相位偏移的前向波和反射波，其导致当所述前向波和后向波被组合时在谐振时开路并且由此提供在所述第一天线与所述第二天线之间的隔离。5.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述谐振隔离器具有在所述第一天线与所述第二天线之间提供实质上90度相位延迟或实质上90度相位延迟的奇数倍中的一个的电气长度。6.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述第一通孔被耦合到所述第一天线中的其中电流值是最大值的电流馈送点，并且所述第二通孔被耦合到所述第二天线中的其中电流值是最大值的电流馈送点。7.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述第一层包括N对天线，并且所述第二层包括N个谐振隔离器，其中，所述N个谐振隔离器之中的一个谐振隔离器对应于所述N对天线之中的每对天线。8.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述天线系统是多波段天线系统，并且所述谐振隔离器被配置为在所述多波段天线系统的每个谐振时将所述第一天线与所述第二天线隔离。9.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述谐振隔离器包括将所述第一端部耦合到所述第二端部的导电线。10.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述谐振隔离器包括形成在所述第一端部与所述第二端部之间的间隙，并且其中，所述第一端部和所述第二端部通过所述间隙被电容式耦合。11.一种天线系统，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·尼尔·布兰吉耶，赖安·詹姆斯·奥尔西，马修·罗伯特·福斯特，
申请(专利权)人：多康公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH